特許 7564070 超音波トランスデューサおよび超音波検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】超音波トランスデューサおよび超音波検査システム

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20241001BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20241001BHJP

   G01N 29/22 20060101ALI20241001BHJP

   G01S 7/526 20060101ALI20241001BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 330

A61B8/00

G01N29/22

G01S7/526 J

H04R17/00 332B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021143298

(22)【出願日】2021-09-02

(65)【公開番号】P2023036312

(43)【公開日】2023-03-14

【審査請求日】2024-05-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520167645

【氏名又は名称】東レエンジニアリングＤソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100202728

【弁理士】

【氏名又は名称】三森 智裕

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 晃

(72)【発明者】

【氏名】竜口 広嗣

【審査官】▲高▼橋 真之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１７１２１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－８６５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１９９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０００４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ ３／００

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ａ６１Ｂ ８／００

Ｇ０１Ｎ ２９／２２

Ｇ０１Ｓ ７／５２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波送受信装置から入力された入力波に基づいて超音波を発生するとともに、検査対象からの反射波を検出することによって、前記超音波送受信装置に対して検出信号を出力する圧電素子と、
互いに並列に接続されている抵抗素子およびインダクタを含み、前記圧電素子の入力側に接続されている並列回路部と、を備え、
前記圧電素子と前記並列回路部とを少なくとも含む定抵抗回路が構成されており、
前記超音波送受信装置から入力用伝送路を介して入力された前記入力波が前記並列回路部を介して前記圧電素子に入力されることによって超音波を発生するとともに、前記圧電素子から前記並列回路部を介さずに前記入力用伝送路とは異なる出力用伝送路を介して前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されている、超音波トランスデューサ。

【請求項2】

前記圧電素子と前記並列回路部との間に接続される遮断回路部をさらに備え、
前記遮断回路部は、前記超音波送受信装置からの前記入力波が前記並列回路部を介して前記圧電素子に入力されるように導通させるとともに、前記圧電素子からの前記検出信号が前記並列回路部を介さずに前記超音波送受信装置に出力されるように導通を遮断するように構成されている、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項3】

前記遮断回路部は、互いに逆極性となるように並列に接続された一対のダイオードによって構成されており、
前記一対のダイオードの各々は、順方向電圧が互いに略等しい大きさとなるように構成されている、請求項２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項4】

前記圧電素子は、前記出力用伝送路のインピーダンス整合を行うために前記超音波送受信装置側に設けられた終端抵抗に対して互いに並列に接続されるように、前記出力用伝送路を介して前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されており、
前記圧電素子のインピーダンスと前記並列回路部の前記インダクタのインピーダンスとの積は、前記入力用伝送路の特性インピーダンスの２乗と略同一となるように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項5】

前記圧電素子は、前記入力用伝送路の特性インピーダンスと略等しい大きさの特性インピーダンスを有する前記出力用伝送路を介して、前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されており、
前記圧電素子および前記並列回路部を少なくとも含む前記定抵抗回路は、前記入力用伝送路の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項6】

前記圧電素子と並列に接続され、前記圧電素子および前記並列回路部と共に前記定抵抗回路を構成する合成用抵抗素子をさらに備え、
前記圧電素子は、前記入力用伝送路の特性インピーダンスよりも大きい特性インピーダンスを有する前記出力用伝送路を介して、前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されており、
前記圧電素子と、前記並列回路部と、前記合成用抵抗素子とを含む前記定抵抗回路は、前記入力用伝送路の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項7】

複数の前記圧電素子を備え、
前記並列回路部は、前記複数の圧電素子の各々の入力側に接続されるように複数設けられており、
前記超音波送受信装置から前記複数の圧電素子に対応するように設けられた複数の前記入力用伝送路の各々を介して入力された前記入力波が複数の前記並列回路部の各々を介して前記複数の圧電素子の各々に入力されることによって超音波を発生するとともに、前記複数の圧電素子の各々から前記複数の並列回路部の各々を介さずに前記複数の圧電素子に対応するように設けられた複数の前記出力用伝送路の各々を介して前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項8】

入力された入力波に基づいて超音波を発生するとともに、検査対象からの反射波を検出することによって検出信号を出力する圧電素子を含む超音波トランスデューサと、
前記入力波を前記超音波トランスデューサに対して送信するための入力用伝送路と、
前記入力用伝送路とは別個に、前記超音波トランスデューサからの前記検出信号を出力するための出力用伝送路と、
前記入力用伝送路を介して前記超音波トランスデューサに対して前記入力波を出力するとともに、前記出力用伝送路を介して前記超音波トランスデューサからの前記検出信号を取得する超音波送受信装置と、を備え、
前記超音波トランスデューサの前記圧電素子と、互いに並列に接続されている抵抗素子およびインダクタを含み、前記圧電素子の入力側に接続されている並列回路部とを少なくとも含む定抵抗回路が構成されており、
前記超音波トランスデューサは、前記超音波送受信装置から前記入力用伝送路を介して入力された前記入力波が前記並列回路部を介して前記圧電素子に入力されることによって超音波を発生するとともに、前記圧電素子から前記並列回路部を介さずに前記入力用伝送路とは異なる前記出力用伝送路を介して前記超音波送受信装置に対して前記検出信号を出力するように構成されている、超音波検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、超音波トランスデューサおよび超音波検査システムに関し、特に、圧電素子を備える超音波トランスデューサおよび超音波検査システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電素子を備える超音波トランスデューサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１に記載の超音波トランスデューサは、圧電素子を備えている。この圧電素子は、超音波を発生するとともに被検体（検査対象）からの反射波を受信して出力する。また、上記特許文献１に記載の超音波トランスデューサは、インダクタ、および、２つの抵抗素子を備えている。そして、この超音波トランスデューサでは、伝送路とのインピーダンス整合を行うために、圧電素子、インダクタ、および、２つの抵抗素子によって定抵抗回路が構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許６２５９５８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、上記特許文献１には明記されていないが、上記特許文献１に記載のような超音波トランスデューサでは、圧電素子を振動させるためのパルス波が、同軸ケーブルなどの伝送路を介して入力される。そして、圧電素子によって受信された反射波に基づく出力信号が入力と同じ伝送路を介して出力される。このため、圧電素子に対する入力信号と、圧電素子から出力される出力信号との両方が、定抵抗回路を構成するインダクタおよび２つの抵抗素子を介して入出力される。したがって、定抵抗回路を構成するインダクタおよび２つの抵抗素子において、入力と出力との２回分の挿入損失が発生する。この２回分の挿入損失に起因して、超音波トランスデューサから出力される検出信号の強度が低下する。そのため、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することが望まれている。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することが可能な超音波トランスデューサおよび超音波検査システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による超音波トランスデューサは、超音波送受信装置から入力された入力波に基づいて超音波を発生するとともに、検査対象からの反射波を検出することによって、超音波送受信装置に対して検出信号を出力する圧電素子と、互いに並列に接続されている抵抗素子およびインダクタを含み、圧電素子の入力側に接続されている並列回路部と、を備え、圧電素子と並列回路部とを少なくとも含む定抵抗回路が構成されており、超音波送受信装置から入力用伝送路を介して入力された入力波が並列回路部を介して圧電素子に入力されることによって超音波を発生するとともに、圧電素子から並列回路部を介さずに入力用伝送路とは異なる出力用伝送路を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されている。

【0008】

この第１の局面による超音波トランスデューサでは、上記のように、超音波送受信装置から入力用伝送路を介して入力された入力波が並列回路部を介して圧電素子に入力されることによって超音波を発生するように構成する。そして、圧電素子から並列回路部を介さずに入力用伝送路とは異なる出力用伝送路を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成する。これにより、入力波を、インピーダンス整合を行うための定抵抗回路を構成する並列回路部を介して圧電素子に入力させる一方で、検出信号を、抵抗素子およびインダクタを含む並列回路部を介さずに出力させることができる。そのため、入力と出力との両方において並列回路部を介して信号の送受信を行う場合に比べて、挿入損失の発生を入力時のみにすることができるので、出力される検出信号の強度が低下することを抑制することができる。その結果、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0009】

上記第１の局面による超音波トランスデューサにおいて、好ましくは、圧電素子と並列回路部との間に接続される遮断回路部をさらに備え、遮断回路部は、超音波送受信装置からの入力波が並列回路部を介して圧電素子に入力されるように導通させるとともに、圧電素子からの検出信号が並列回路部を介さずに超音波送受信装置に出力されるように導通を遮断するように構成されている。このように構成すれば、遮断回路部によって導通を遮断することによって、圧電素子からの検出信号を、定抵抗回路を構成する並列回路部を介さずに出力させることができるので、圧電素子からの検出信号の強度が低下することを容易に抑制することができる。

【0010】

この場合、好ましくは、遮断回路部は、互いに逆極性となるように並列に接続された一対のダイオードによって構成されており、一対のダイオードの各々は、順方向電圧が互いに略等しい大きさとなるように構成されている。このように構成すれば、順方向電圧よりも大きい電圧が印加された場合に、電圧の極性によらず遮断回路部を導通させることができるとともに、順方向電圧よりも小さい電圧が印加された場合には、電圧の極性によらず遮断回路部を遮断することができる。そのため、一対のダイオードによって、順方向電圧よりも大きい電圧値を有する入力波を圧電素子に入力させるように導通させることができるとともに、順方向電圧よりも小さい電圧値を有する検出信号を遮断することができる。その結果、遮断回路部の導通および遮断を切り替える制御を実行するスイッチング回路などの構成を設けることなく、一対のダイオードを設ける簡易な構成によって、圧電素子からの検出信号が定抵抗回路を構成する並列回路部の影響を受けることなく出力用伝送路だけに出力されるように構成することができるので、圧電素子からの検出信号の強度が低下することをより容易に抑制することができる。

【0011】

上記第１の局面による超音波トランスデューサにおいて、好ましくは、圧電素子は、出力用伝送路のインピーダンス整合を行うために超音波送受信装置側に設けられた終端抵抗に対して互いに並列に接続されるように、出力用伝送路を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されており、圧電素子のインピーダンスと並列回路部のインダクタのインピーダンスとの積は、入力用伝送路の特性インピーダンスの２乗と略同一となるように構成されている。このように構成すれば、超音波送信時（入力時）において、並列回路部の抵抗素子およびインダクタと、圧電素子と、出力用伝送路の終端抵抗とによって、定抵抗回路を構成するとともに、超音波受信時（出力時）において、抵抗素子およびインダクタを含む並列回路部を介さずに、終端抵抗により終端された出力用伝送路を介して検出信号を出力することができる。そのため、並列回路部の抵抗素子およびインダクタと、圧電素子と、出力用伝送路の終端抵抗とによって、入力時と出力時との両方のインピーダンス整合を行うことができる。その結果、入力時と出力時との両方のインピーダンス整合を行いながら、並列回路部を介さずに検出信号を出力させることにより検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0012】

上記第１の局面による超音波トランスデューサにおいて、好ましくは、圧電素子は、入力用伝送路の特性インピーダンスと略等しい大きさの特性インピーダンスを有する出力用伝送路を介して、超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されており、圧電素子および並列回路部を少なくとも含む定抵抗回路は、入力用伝送路の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する。このように構成すれば、入力用伝送路の特性インピーダンスと、出力用伝送路の特性インピーダンスとが略等しい大きさであるため、共通の種類の同軸ケーブルなどを用いて、入力用伝送路と出力用伝送路とを構成することができる。そのため、接続される入力用伝送路と出力用伝送路との保守管理を容易に行うことができる。また、出力用伝送路のインピーダンス整合を行うための終端抵抗を用いて、並列回路部と圧電素子と共に定抵抗回路を構成する場合には、入力用伝送路の特性インピーダンスと、出力用伝送路の特性インピーダンスとが略等しい大きさであるため、入力用伝送路とのインピーダンス整合を行うための定抵抗回路を容易に構成することができる。

【0013】

上記第１の局面による超音波トランスデューサにおいて、好ましくは、圧電素子と並列に接続され、圧電素子および並列回路部と共に定抵抗回路を構成する合成用抵抗素子をさらに備え、圧電素子は、入力用伝送路の特性インピーダンスよりも大きい特性インピーダンスを有する出力用伝送路を介して、超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されており、圧電素子と、並列回路部と、合成用抵抗素子とを含む定抵抗回路は、入力用伝送路の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する。このように構成すれば、超音波送信時（入力時）において、圧電素子と、並列回路部と、合成用抵抗素子とを用いた定抵抗回路を構成することによってインピーダンス整合を行いながら、超音波受信時（出力時）において、並列回路部を介さずに入力用伝送路よりも特性インピーダンスの大きい出力用伝送路を介して検出信号を出力することができる。そのため、並列回路部における挿入損失の発生を入力時のみにすることができることに加えて、出力用伝送路の特性インピーダンスが入力用伝送路の特性インピーダンスよりも大きいことにより、出力用伝送路による圧電素子からの検出信号の強度の低下を抑制することができる。その結果、圧電素子からの検出信号の検出感度をより一層高くすることができるので、検出信号の強度の低下をより一層抑制することができる。

【0014】

上記第１の局面による超音波トランスデューサにおいて、好ましくは、複数の圧電素子を備え、並列回路部は、複数の圧電素子の各々の入力側に接続されるように複数設けられており、超音波送受信装置から複数の圧電素子に対応するように設けられた複数の入力用伝送路の各々を介して入力された入力波が複数の並列回路部の各々を介して複数の圧電素子の各々に入力されることによって超音波を発生するとともに、複数の圧電素子の各々から複数の並列回路部の各々を介さずに複数の圧電素子に対応するように設けられた複数の出力用伝送路の各々を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されている。このように構成すれば、複数の圧電素子を備える場合にも、入力波を、インピーダンス整合を行うための定抵抗回路を構成する複数の並列回路部の各々を介して複数の圧電素子の各々に入力させる一方で、複数の圧電素子の各々からの検出信号を、抵抗素子およびインダクタを含む複数の並列回路部の各々を介さずに出力させることができる。その結果、複数の圧電素子を備えることによって検査対象を広範囲に亘って一括して検査することができるとともに、複数の圧電素子の各々から出力される検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0015】

この発明の第２の局面による超音波検査システムは、入力された入力波に基づいて超音波を発生するとともに、検査対象からの反射波を検出することによって検出信号を出力する圧電素子を含む超音波トランスデューサと、入力波を超音波トランスデューサに対して送信するための入力用伝送路と、入力用伝送路とは別個に、超音波トランスデューサからの検出信号を出力するための出力用伝送路と、入力用伝送路を介して超音波トランスデューサに対して入力波を出力するとともに、出力用伝送路を介して超音波トランスデューサからの検出信号を取得する超音波送受信装置と、を備え、超音波トランスデューサの圧電素子と、互いに並列に接続されている抵抗素子およびインダクタを含み、圧電素子の入力側に接続されている並列回路部とを少なくとも含む定抵抗回路が構成されており、超音波トランスデューサは、超音波送受信装置から入力用伝送路を介して入力された入力波が並列回路部を介して圧電素子に入力されることによって超音波を発生するとともに、圧電素子から並列回路部を介さずに入力用伝送路とは異なる出力用伝送路を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成されている。

【0016】

この発明の第２の局面による超音波検査システムは、上記のように、超音波送受信装置から入力用伝送路を介して入力された入力波が並列回路部を介して圧電素子に入力されることによって超音波を発生するように構成する。そして、圧電素子から並列回路部を介さずに入力用伝送路とは異なる出力用伝送路を介して超音波送受信装置に対して検出信号を出力するように構成する。これにより、入力波を、インピーダンス整合を行うための定抵抗回路を構成する並列回路部を介して圧電素子に入力させる一方で、検出信号を、抵抗素子およびインダクタを含む並列回路部を介さずに出力させることができる。そのため、入力と出力との両方において並列回路部を介して信号の送受信を行う場合に比べて、挿入損失の発生を入力時のみにすることができるので、出力される検出信号の強度が低下することを抑制することができる。その結果、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することが可能な超音波検査システムを提供することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、上記のように、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態による超音波検査システムの構成を示した模式図である。

【図2】第１実施形態による超音波検査システムの回路図である。

【図3】超音波送信時における図２の等価回路を示す図である。

【図4】超音波受信時における図２の等価回路を示す図である。

【図5】本発明の第２実施形態による超音波検査システムの構成を示した模式図である。

【図6】第２実施形態による超音波検査システムの回路図である。

【図7】超音波送信時における図６の等価回路を示す図である。

【図8】本発明の第３実施形態による超音波検査システムの構成を示した模式図である。

【図9】第３実施形態による超音波検査システムの回路図である。

【図10】第１～第３実施形態の変形例による超音波トランスデューサの構成を示した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0020】

［第１実施形態］
図１～図４を参照して、第１実施形態による超音波検査システム１００および超音波トランスデューサ１０１の構成について説明する。超音波検査システム１００では、検査対象Ｐに対して超音波を放射するとともに、検査対象Ｐからの反射波を検出することによって、検査対象Ｐの検査が行われる。超音波検査システム１００は、たとえば、超音波診断、および、非破壊超音波検査などに用いられる。

【0021】

図１に示すように、第１実施形態による超音波検査システム１００は、超音波トランスデューサ１０１、パルサーレシーバ１０２、ケーブル１０３、ケーブル１０４、および、解析装置１０５を備える。なお、パルサーレシーバ１０２は、特許請求の範囲における「超音波送受信装置」の一例である。また、ケーブル１０３およびケーブル１０４は、それぞれ、特許請求の範囲における「入力用伝送路」および「出力用伝送路」の一例である。

【0022】

パルサーレシーバ１０２は、ケーブル１０３を介して超音波トランスデューサ１０１に対して入力波（送信パルス）を出力（送信）する。そして、パルサーレシーバ１０２は、ケーブル１０４を介して超音波トランスデューサ１０１からの検出信号（受信パルス）を取得（受信）する。また、パルサーレシーバ１０２は、増幅器などを含む図示しない送受信回路を含んでおり、取得された検出信号を増幅して、解析装置１０５に対して出力する。解析装置１０５は、パルサーレシーバ１０２からの検出信号を解析することによって、検査対象Ｐの検査結果を生成するように構成されている。解析装置１０５は、たとえば、検査を行う検査作業者に用いられるＰＣ（パーソナルコンピュータ）などである。

【0023】

ケーブル１０３は、パルサーレシーバ１０２からの入力波を超音波トランスデューサ１０１に対して入力するための伝送路である。また、ケーブル１０４は、ケーブル１０３とは別個に設けられ、超音波トランスデューサ１０１からの検出信号を出力（受信）するための伝送路である。ケーブル１０３およびケーブル１０４は、たとえば、同軸ケーブルである。また、第１実施形態では、ケーブル１０３およびケーブル１０４の特性インピーダンスは略等しい大きさである。たとえば、ケーブル１０３およびケーブル１０４の特性インピーダンスは、約５０［Ω］である。

【0024】

図２に示すように、超音波トランスデューサ１０１は、圧電素子１０、並列回路部２０、および、遮断回路部３０を備えている。超音波トランスデューサ１０１は、図示しないコネクタ部を有しており、コネクタ部を介して、ケーブル１０３およびケーブル１０４のそれぞれに接続されている。

【0025】

圧電素子１０は、パルサーレシーバ１０２から入力された入力波（送信パルス）に基づいて、超音波を発生する。また、圧電素子１０は、検査対象Ｐからの反射波（超音波エコー）を検出することによって検出信号を出力する。具体的には、圧電素子１０は、圧電体（圧電材料）を一対の電極によって挟み込んだ構造を有する。そして、圧電素子１０は、一対の電極に対して入力波としての交流電圧またはパルス電圧が印加されることによって超音波を放射（発生）するように構成されている。また、圧電素子１０は、圧電体に対して超音波振動が伝播されることによって、電気信号を検出信号として出力するように構成されている。圧電体（圧電材料）は、たとえば、ポリフッ化ビニリデン－三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））などの高分子材料である。また、圧電素子１０は、所定の静電容量を有しており、電気素子としてコンデンサとほぼ等価の働きを有する。なお、図２では、圧電素子１０をコンデンサ（キャパシタ）として記載している。

【0026】

並列回路部２０は、互いに並列に接続されている抵抗素子２１およびインダクタ２２を含む。また、並列回路部２０は、圧電素子１０の入力側（ケーブル１０３側）に接続されている。抵抗素子２１の抵抗値は、たとえば、約５０［Ω］である。そして、第１実施形態の超音波トランスデューサ１０１では、圧電素子１０と並列回路部２０とを少なくとも含む定抵抗回路が構成されている。定抵抗回路の詳細については後述する。

【0027】

超音波トランスデューサ１０１の遮断回路部３０は、一対のダイオード３１およびダイオード３２によって構成されている。また、遮断回路部３０は、圧電素子１０と並列回路部２０との間に接続される。一対のダイオード３１および３２は、互いに逆極性となるように並列に接続されている。具体的には、ダイオード３１は、アノードが入力側（ケーブル１０３側）、カソードが出力側（ケーブル１０４側）となるように接続されている。そして、ダイオード３２は、ダイオード３１とは逆方向に、アノードが出力側、カソードが入力側となるように接続されている。

【0028】

（超音波送信時と超音波受信時との信号経路）
ここで、第１実施形態の超音波トランスデューサ１０１は、パルサーレシーバ１０２からケーブル１０３を介して入力された入力波が並列回路部２０および遮断回路部３０を介して圧電素子１０に入力されることによって超音波を発生するように構成されている。そして、第１実施形態の超音波トランスデューサ１０１は、圧電素子１０から並列回路部２０を介さずに、ケーブル１０３とは異なるケーブル１０４を介してパルサーレシーバ１０２に対して検出信号を出力するように構成されている。

【0029】

具体的には、超音波トランスデューサ１０１の遮断回路部３０は、パルサーレシーバ１０２からの入力波が並列回路部２０を介して圧電素子１０に入力されるように導通させるように構成されている。そして、遮断回路部３０は、圧電素子１０からの検出信号が並列回路部２０を介さずにパルサーレシーバ１０２に出力されるように導通を遮断するように構成されている。

【0030】

ここで、ダイオード３１および３２は、それぞれ順方向特性として、所定の順方向電圧よりも大きい電圧が順方向（アノード側からカソード側）に印加された場合に、電流が流れる（導通させる）ように構成されている。そして、ダイオード３１および３２は、入力波の電圧値よりも非常に小さく、かつ、互いに略等しい大きさの順方向電圧を有するように構成されている。そして、圧電素子１０から出力される検出信号の電圧値は、通常の場合順方向電圧よりさらに小さくなるように構成されている。したがって、ダイオード３１および３２は、入力波が入力された場合には導通させ、一方で、検出信号が出力された場合には遮断するように構成されている。また、ダイオード３１および３２は、互いに逆極性となるように並列に接続されているので、入力波の極性によらず電力を圧電素子１０に流すことが可能となるように構成されている。

【0031】

なお、圧電素子１０は数百ｋＨｚ～数百ＭＨｚの比較的高い周波数の超音波を送受信できるように構成されている。そして、圧電素子１０に伝達される入力波は、高い周波数成分を有するパルス電圧または交流電圧であって、そのような高い周波数成分においても圧電素子１０への伝達損失を抑制するために、ダイオード３１およびダイオード３２のスイッチング時間（逆回復時間）はできるだけ早い（短い）方が好ましい。また、検出信号の感度を向上させるためには、ダイオード３１および３２の端子間容量および直列抵抗は、できるだけ小さい方が好ましい。

【0032】

また、パルサーレシーバ１０２側には、終端抵抗４０が設けられている。終端抵抗４０は、ケーブル１０４のインピーダンス整合を行うために設けられている。すなわち、終端抵抗４０は、ケーブル１０４の特性インピーダンスと略等しい大きさの抵抗値を有する。たとえば、ケーブル１０４の特性インピーダンスが約５０［Ω］である場合には、終端抵抗４０の抵抗値は、約５０［Ω］である。第１実施形態では、圧電素子１０は、終端抵抗４０に対して互いに並列に接続されるように、ケーブル１０４を介してパルサーレシーバ１０２に対して検出信号を出力するように構成されている。

【0033】

図３に示すように、超音波送信時（入力波の入力時）では、入力波がダイオード３１および３２の順方向電圧よりも大きい電圧値を有していることにより、ダイオード３１および３２の抵抗値（インピーダンス）が極めて低くなる。そのため、遮断回路部３０は、導線と見なすことができる。また、ケーブル１０４は、終端抵抗４０により終端されている。したがって、超音波トランスデューサ１０１から観た出力側は、圧電素子１０に対して並列に終端抵抗４０と同等の純抵抗が接続されていることと等価となるので、超音波送信時における図２の等価回路を、図３のように表すことができる。

【0034】

ここで、第１実施形態では、圧電素子１０と、並列回路部２０の抵抗素子２１およびインダクタ２２と、出力インピーダンス（終端抵抗４０）とによって、定抵抗回路が構成されている。ここで言う「出力インピーダンス」は、圧電素子１０（コンデンサ）に並列に接続される出力側の抵抗（終端抵抗４０およびケーブル１０４のインピーダンス）を意味する。なお、第１実施形態では、出力インピーダンスは、上記のとおり並列に接続された終端抵抗４０と等価である。

【0035】

詳細には、第１実施形態では、並列回路部２０の抵抗素子２１の抵抗値と、終端抵抗４０の抵抗値とは、ともにケーブル１０３の特性インピーダンスと略等しい大きさ（約５０［Ω］）となるように構成されている。また、第１実施形態では、圧電素子１０のインピーダンスＺｃと並列回路部２０のインダクタ２２のインピーダンスＺｌの積Ｚｃ・Ｚｌが、ケーブル１０３の特性インピーダンスの２乗と略同一となるように構成されている。したがって、抵抗素子２１および終端抵抗４０の抵抗値をＲとおくと、圧電素子１０のインピーダンスＺｃとインダクタ２２のインピーダンスＺｌの積Ｚｃ・Ｚｌは、抵抗素子２１の抵抗値Ｒと終端抵抗４０の抵抗値Ｒとの積と略同一になるように（Ｚｃ・Ｚｌ＝Ｒ^２の関係を満たすように）構成されている。

【0036】

そして、Ｚｃ・Ｚｌ＝Ｒ^２の関係が満たされる場合には、圧電素子１０、並列回路部２０（抵抗素子２１およびインダクタ２２）、および、終端抵抗４０によって定抵抗回路が構成される。そして、この定抵抗回路の合成インピーダンスは、Ｒ（５０［Ω］）となる。なお、定抵抗回路は、合成インピーダンスが周波数に依存せず、純抵抗と等価になる。また、圧電素子１０と並列回路部２０のインダクタ２２とは、互いに抵抗値Ｒ（５０［Ω］）における逆回路となる。具体的には、圧電素子１０の所定の静電容量（キャパシタンス）をＣ、インダクタ２２のインダクタンスをＬとすると、Ｚｃ＝１／ｊωＣ、Ｚｌ＝ｊωＬと表される。なお、ω＝２πｆであり、ｆは周波数である。したがって、Ｚｃ・Ｚｌ＝Ｌ／Ｃとなるため、Ｌ／Ｃ＝Ｒ^２が満たされる場合に、定抵抗回路が構成される。たとえば、圧電素子１０の所定の静電容量Ｃが、約１１［ｐＦ］であり、インダクタ２２のインダクタンスＬが、約２７［ｎＨ］である場合には、Ｌ（２７［ｎＨ］）×１／Ｃ（１／１１［ｐＦ］）≒５０［Ω］×５０［Ω］の関係が成立する。したがって、超音波送信時において、超音波トランスデューサ１０１では、並列に接続された抵抗素子２１およびインダクタ２２と、並列に接続された圧電素子１０および終端抵抗４０とによって、定抵抗回路（図３の点線Ｒ１００の領域）が構成される。そして、この定抵抗回路の合成インピーダンスは、ケーブル１０３の特性インピーダンスと略同一の約５０［Ω］となる。

【0037】

したがって、パルサーレシーバ１０２側（ケーブル１０３側）から観た場合には、超音波トランスデューサ１０１側は５０［Ω］の純抵抗と略同等なる。すなわち、超音波検査システム１００は、ケーブル１０３とのインピーダンス整合が行われた状態で、ケーブル１０３を介して入力波が超音波トランスデューサ１０１に入力されるように構成されている。

【0038】

また、超音波受信時（検出信号の出力時）では、反射波（超音波エコー）による圧電素子１０からの起電力は小さい。そして、圧電素子１０からの検出信号がダイオード３１および３２の順方向電圧よりも小さい電圧値を有している場合には、ダイオード３１および３２の抵抗値（インピーダンス）は極めて大きくなる。そのため、前述のとおり、遮断回路部３０によって導通が遮断され、遮断回路部３０よりも入力側は、電気的に切り離される。したがって、超音波受信時における図２の等価回路を、図４のように表すことができる。

【0039】

したがって、図４に示すように、圧電素子１０側から観た場合には、パルサーレシーバ１０２側は、５０［Ω］の純抵抗（終端抵抗４０）が接続されているだけの回路と等価となる。すなわち、超音波検査システム１００は、ケーブル１０４とインピーダンス整合が行われた状態で、並列回路部２０を介さず検出信号を超音波トランスデューサ１０１からパルサーレシーバ１０２に対して出力するように構成されている。

【0040】

［第１実施形態の効果］
第１実施形態による超音波検査システム１００および超音波トランスデューサ１０１では、以下のような効果を得ることができる。

【0041】

第１実施形態では、上記のように、パルサーレシーバ１０２（超音波送受信装置）からケーブル１０３（入力用伝送路）を介して入力された入力波が並列回路部２０を介して圧電素子１０に入力されることによって超音波を発生するように構成する。そして、圧電素子１０から並列回路部２０を介さずにケーブル１０３とは異なるケーブル１０４（出力用伝送路）を介してパルサーレシーバ１０２に対して検出信号を出力するように構成する。これにより、入力波を、インピーダンス整合を行うための定抵抗回路を構成する並列回路部２０を介して圧電素子１０に入力させる一方で、検出信号を、抵抗素子２１およびインダクタ２２を含む並列回路部２０を介さずに出力させることができる。そのため、入力と出力との両方において並列回路部２０を介して信号の送受信を行う場合に比べて、挿入損失の発生を入力時のみにすることができるので、出力される検出信号の強度が低下することを抑制することができる。その結果、インピーダンス整合を行うために定抵抗回路を設ける場合にも、検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0042】

また、第１実施形態では、上記のように、圧電素子１０と並列回路部２０との間に接続される遮断回路部３０を備え、遮断回路部３０は、パルサーレシーバ１０２（超音波送受信装置）からの入力波が並列回路部２０を介して圧電素子１０に入力されるように導通させるとともに、圧電素子１０からの検出信号が並列回路部２０を介さずにパルサーレシーバ１０２に出力されるように導通を遮断するように構成されている。これにより、遮断回路部３０によって導通を遮断することによって、圧電素子１０からの検出信号を、定抵抗回路を構成する並列回路部２０を介さずに出力させることができるので、圧電素子１０からの検出信号の強度が低下することを容易に抑制することができる。

【0043】

また、第１実施形態では、上記のように、遮断回路部３０は、互いに逆極性となるように並列に接続された一対のダイオード３１および３２によって構成されており、一対のダイオード３１および３２の各々は、順方向電圧が互いに略等しい大きさとなるように構成されている。これにより、順方向電圧よりも大きい電圧が印加された場合に、電圧の極性によらず遮断回路部３０を導通させることができるとともに、順方向電圧よりも小さい電圧が印加された場合には、電圧の極性によらず遮断回路部３０を遮断することができる。そのため、一対のダイオード３１および３２によって、順方向電圧よりも大きい電圧値を有する入力波を圧電素子１０に入力させるように導通させることができるとともに、順方向電圧よりも小さい電圧値を有する検出信号を遮断することができる。その結果、遮断回路部３０の導通および遮断を切り替える制御を実行するスイッチング回路などの構成を設けることなく、一対のダイオード３１および３２を設ける簡易な構成によって、圧電素子１０からの検出信号が定抵抗回路を構成する並列回路部２０の影響を受けることなくケーブル１０４（出力用伝送路）だけに出力されるように構成することができるので、圧電素子１０からの検出信号の強度が低下することをより容易に抑制することができる。

【0044】

また、第１実施形態では、上記のように、圧電素子１０は、ケーブル１０４（出力用伝送路）のインピーダンス整合を行うためにパルサーレシーバ１０２（超音波送受信装置）側に設けられた終端抵抗４０に対して互いに並列に接続されるように、ケーブル１０４を介してパルサーレシーバ１０２に対して検出信号を出力するように構成されている。そして、圧電素子１０のインピーダンスＺｃと並列回路部２０のインダクタ２２のインピーダンスＺｌとの積は、ケーブル１０３（入力用伝送路）の特性インピーダンスの２乗と略同一となるように構成されている。これにより、超音波送信時（入力時）において、並列回路部２０の抵抗素子２１およびインダクタ２２と、圧電素子１０と、ケーブル１０４の終端抵抗４０とによって、定抵抗回路を構成するとともに、超音波受信時（出力時）において、抵抗素子２１およびインダクタ２２を含む並列回路部２０を介さずに、終端抵抗４０により終端されたケーブル１０４を介して検出信号を出力することができる。そのため、並列回路部２０の抵抗素子２１およびインダクタ２２と、圧電素子１０と、ケーブル１０４の終端抵抗４０とによって、入力時と出力時との両方のインピーダンス整合を行うことができる。その結果、入力時と出力時との両方のインピーダンス整合を行いながら、並列回路部２０を介さずに検出信号を出力させることにより検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0045】

また、第１実施形態では、上記のように、圧電素子１０は、ケーブル１０３（入力用伝送路）の特性インピーダンスと略等しい大きさの特性インピーダンスを有するケーブル１０４（出力用伝送路）を介して、パルサーレシーバ１０２（超音波送受信装置）に対して検出信号を出力するように構成されている。そして、圧電素子１０および並列回路部２０を少なくとも含む定抵抗回路は、ケーブル１０３の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する。これにより、ケーブル１０３の特性インピーダンスと、ケーブル１０４の特性インピーダンスとが略等しい大きさであるため、共通の種類の同軸ケーブルなどを用いて、ケーブル１０３とケーブル１０４とを構成することができる。そのため、接続されるケーブル１０３とケーブル１０４との保守管理を容易に行うことができる。また、ケーブル１０４のインピーダンス整合を行うための終端抵抗４０を用いて、並列回路部２０と圧電素子１０と共に定抵抗回路を構成する場合には、ケーブル１０３の特性インピーダンスと、ケーブル１０４の特性インピーダンスとが略等しい大きさであるため、ケーブル１０３とのインピーダンス整合を行うための定抵抗回路を容易に構成することができる。

【0046】

［第２実施形態］
次に、図５～図７を参照して、第２実施形態による超音波検査システム２００および超音波トランスデューサ２０１の構成について説明する。第２実施形態では、ケーブル１０３とケーブル１０４とが互いに略等しい大きさの特性インピーダンスを有するように構成した第１実施形態とは異なり、ケーブル２０３とケーブル２０４との特性インピーダンスが互いに異なる大きさを有する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

【0047】

図５に示すように、第２実施形態による超音波検査システム２００は、超音波トランスデューサ２０１、パルサーレシーバ２０２、ケーブル２０３、および、ケーブル２０４を備える。なお、パルサーレシーバ２０２は、特許請求の範囲における「超音波送受信装置」の一例である。また、ケーブル２０３およびケーブル２０４は、それぞれ、特許請求の範囲における「入力用伝送路」および「出力用伝送路」の一例である。

【0048】

ケーブル２０３およびケーブル２０４は、第１実施形態のケーブル１０３およびケーブル１０４と同様に、たとえば、同軸ケーブルである。また、ケーブル２０３は、パルサーレシーバ２０２からの入力波を超音波トランスデューサ２０１に対して送信するための伝送路である。そして、ケーブル２０４は、ケーブル２０３とは別個に設けられ、超音波トランスデューサ２０１からの検出信号を出力（受信）するための伝送路である。そして、第２実施形態では、ケーブル２０４の特性インピーダンスは、ケーブル２０３の特性インピーダンスよりも大きい。たとえば、ケーブル２０３の特性インピーダンスは、約５０［Ω］である。そして、ケーブル２０４の特性インピーダンスは、約７５［Ω］である。

【0049】

パルサーレシーバ２０２は、第１実施形態のパルサーレシーバ１０２と同様に、ケーブル２０３を介して超音波トランスデューサ２０１に対して入力波（送信パルス）を出力（送信）するとともに、ケーブル２０４を介して超音波トランスデューサ２０１からの検出信号（受信パルス）を取得（受信）する。また、パルサーレシーバ２０２は、取得された検出信号を解析装置１０５に対して出力する。

【0050】

そして、図６に示すように、パルサーレシーバ２０２は、終端抵抗２４０を有する。終端抵抗２４０は、第１実施形態の終端抵抗４０と同様に、ケーブル２０４とパルサーレシーバ２０２とのインピーダンス整合を行うために設けられている。すなわち、終端抵抗２４０は、ケーブル２０４の特性インピーダンスと、略等しい大きさの抵抗値を有する。したがって、ケーブル２０４の特性インピーダンスが約７５［Ω］である場合には、終端抵抗２４０の抵抗値は、同様に、約７５［Ω］である。

【0051】

また、第２実施形態の超音波トランスデューサ２０１は、圧電素子１０、並列回路部２０、および、遮断回路部３０に加えて、抵抗素子２５０を有する。なお、圧電素子１０、並列回路部２０、および、遮断回路部３０の構成は、第１実施形態と同様である。なお、抵抗素子２５０は、特許請求の範囲における「合成用抵抗素子」の一例である。

【0052】

第２実施形態では、抵抗素子２５０は、圧電素子１０の入力側において、圧電素子１０と並列に接続される。詳細には、抵抗素子２５０は、遮断回路部３０よりも入力側において、圧電素子１０と並列に接続されている。そして、第２実施形態では、超音波送信時において、抵抗素子２５０と出力インピーダンス（終端抵抗２４０）との合成抵抗は、圧電素子１０および並列回路部２０と共に定抵抗回路（図７の点線Ｒ２００の領域）を構成する。

【0053】

図７に示すように、超音波送信時（入力波の入力時）では、第１実施形態と同様に、遮断回路部３０は、導線と見なすことができる。また、ケーブル２０４は、終端抵抗２４０により終端されている。したがって、超音波送信時における図６の等価回路を、図７のように表すことができる。

【0054】

ここで、超音波送信時において遮断回路部３０が導通していることにより、第２実施形態の終端抵抗２４０と、抵抗素子２５０とは、互いに並列に接続されている状態と等価になり、図７の点線Ｒ２００の領域のような等価回路となる。そして、図７の点線Ｒ２００の領域における互いに並列に接続されている終端抵抗２４０と抵抗素子２５０との合成抵抗は、ケーブル２０３の特性インピーダンス（約５０［Ω］）と略同等の大きさとなるように構成されている。具体的には、終端抵抗２４０の抵抗値がケーブル２０４の特性インピーダンスと略等しい約７５［Ω］であるため、終端抵抗２４０と抵抗素子２５０との合成抵抗が約５０［Ω］となるように、抵抗素子２５０は、約１５０［Ω］の抵抗値を有するように構成される。そして、並列回路部２０における抵抗素子２１の抵抗値が、約５０［Ω］であるため、終端抵抗２４０と抵抗素子２５０との合成抵抗を同様に約５０［Ω］とすることで、圧電素子１０とインダクタ２２とは、第１実施形態と同様に、互いに抵抗値５０［Ω］における逆回路となる。このようにして、図７の点線Ｒ２００の領域において、第１実施形態の図３の点線Ｒ１００の領域と同様の定抵抗回路が構成される。すなわち、第２実施形態の超音波トランスデューサ２０１では、圧電素子１０と、並列回路部２０と、抵抗素子２５０と、出力インピーダンス（終端抵抗２４０）とによって、ケーブル２０３の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する定抵抗回路が構成される。

【0055】

したがって、パルサーレシーバ２０２側（ケーブル２０３側）から観た場合には、超音波トランスデューサ２０１側は５０［Ω］の純抵抗と略同等となる。すなわち、超音波検査システム２００は、第１実施形態の超音波検査システム１００と同様に、ケーブル２０３とのインピーダンス整合が行われた状態で、ケーブル２０３を介して入力波が超音波トランスデューサ２０１に入力されるように構成されている。

【0056】

なお、超音波受信時（検出信号の出力時）では、第１実施形態と同様に、遮断回路部３０によって導通が遮断され、遮断回路部３０よりも入力側は、電気的に切り離される。したがって、圧電素子１０側から観た場合には、パルサーレシーバ２０２側は、７５［Ω］の純抵抗（終端抵抗２４０）が接続されているだけの回路と略同等となる。すなわち、超音波検査システム２００は、第１実施形態の超音波検査システム１００と同様に、ケーブル２０４とインピーダンス整合が行われた状態で、並列回路部２０を介さず検出信号を超音波トランスデューサ２０１からパルサーレシーバ２０２に対して出力するように構成されている。

【0057】

また、第２実施形態によるその他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0058】

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0059】

第２実施形態では、上記のように、圧電素子１０と並列に接続され、圧電素子１０および並列回路部２０と共に定抵抗回路を構成する抵抗素子２５０（合成用抵抗素子）を備える。そして、圧電素子１０は、ケーブル２０３（入力用伝送路）の特性インピーダンスよりも大きい特性インピーダンスを有するケーブル２０４（出力用伝送路）を介して、パルサーレシーバ２０２（超音波送受信装置）に対して検出信号を出力するように構成されている。そして、圧電素子１０と、並列回路部２０と、抵抗素子２５０とを含む定抵抗回路は、ケーブル２０３の特性インピーダンスと略同一の合成インピーダンスを有する。これにより、超音波送信時（入力時）において、圧電素子１０と、並列回路部２０と、抵抗素子２５０とを用いた定抵抗回路を構成することによってインピーダンス整合を行いながら、超音波受信時（出力時）において、並列回路部２０を介さずにケーブル２０３よりも特性インピーダンスの大きいケーブル２０４を介して検出信号を出力することができる。そのため、並列回路部２０における挿入損失の発生を入力時のみにすることができることに加えて、ケーブル２０４の特性インピーダンスがケーブル２０３の特性インピーダンスよりも大きいことにより、ケーブル２０４による圧電素子１０からの検出信号の強度の低下を抑制することができる。その結果、圧電素子１０からの検出信号の検出感度をより一層高くすることができるので、検出信号の強度の低下をより一層抑制することができる。

【0060】

また、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0061】

［第３実施形態］
次に、図８および図９を参照して、第３実施形態による超音波検査システム３００および超音波トランスデューサ３０１の構成について説明する。第３実施形態では、超音波トランスデューサ１０１が１つの圧電素子１０を備えるように構成した第１実施形態とは異なり、超音波トランスデューサ３０１が複数の圧電素子３１０を備えるように構成されている。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

【0062】

図８に示すように、第３実施形態による超音波検査システム３００は、超音波トランスデューサ３０１、パルサーレシーバ３０２、ケーブル３０３、ケーブル３０４、および、解析装置３０５を備える。なお、パルサーレシーバ３０２は、特許請求の範囲における「超音波送受信装置」の一例である。また、ケーブル３０３およびケーブル３０４は、それぞれ、特許請求の範囲における「複数の入力用伝送路」および「複数の出力用伝送路」の一例である。

【0063】

図９に示すように、第３実施形態では、超音波トランスデューサ３０１は、複数の圧電素子３１０を備えている。具体的には、超音波トランスデューサ３０１は、複数の圧電素子３１０として、圧電素子３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、・・・、３１０ｘを備える。圧電素子３１０の個数は、たとえば、６４個である。複数の圧電素子３１０の各々は、パルサーレシーバ３０２から入力された入力波（送信パルス）に基づいて、超音波を発生する。また、複数の圧電素子３１０の各々は、検査対象Ｐからの反射波（超音波エコー）を検出することによって検出信号を出力する。なお、複数の圧電素子３１０の各々は、略同等の静電容量を有する。また、超音波トランスデューサ３０１では、複数の圧電素子３１０は、直線状に１列に並べて配置されている。すなわち、超音波トランスデューサ３０１は、検査対象Ｐを直線状に走査するリニアアレイ探触子である。

【0064】

第３実施形態による超音波検査システム３００および超音波トランスデューサ３０１では、複数の圧電素子３１０の各々に対して、第１および第２実施形態と同様に、インピーダンス整合を行いながら検出信号の感度の低下を抑制するための構成がそれぞれ設けられている。すなわち、超音波検査システム３００は、複数の圧電素子３１０の各々における同様の構成を組み合わせることによって、検査対象Ｐを直線状に走査可能に構成されている。

【0065】

具体的には、図８に示すように、第３実施形態のパルサーレシーバ３０２は、複数の圧電素子３１０の各々に対応するように複数（６４個）のチャンネルを有している。そして、パルサーレシーバ３０２は、複数のチャンネルの各々によって、ケーブル３０３を介して超音波トランスデューサ３０１の複数の圧電素子３１０の各々に対して入力波（送信パルス）を出力（送信）する。そして、パルサーレシーバ３０２は、複数のチャンネルの各々によって、ケーブル３０３とは別個のケーブル３０４を介して超音波トランスデューサ３０１の複数の圧電素子３１０の各々からの検出信号（受信パルス）を取得（受信）する。すなわち、パルサーレシーバ３０２は、複数の圧電素子３１０の各々を独立して動作させることによって、複数の圧電素子３１０の各々からの検出信号を別個に取得するように構成されている。また、超音波トランスデューサ３０１は、図示しないコネクタ部を有しており、コネクタ部を介して、ケーブル３０３およびケーブル３０４のそれぞれに接続されている。そして、パルサーレシーバ３０２は、取得された複数の圧電素子３１０からの検出信号を解析装置３０５に対して出力する。解析装置３０５は、パルサーレシーバ３０２からの検出信号を解析することによって、検査対象Ｐの検査結果を生成するように構成されている。

【0066】

図９に示すように、ケーブル３０３およびケーブル３０４は、圧電素子３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、・・・、３１０ｘの各々に対応するように、それぞれ、ケーブル３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、・・・、３０３ｘおよびケーブル３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、・・・、３０４ｘを、複数の圧電素子３１０の各々に対応する伝送路（信号線）として有する。たとえば、ケーブル３０３および３０４は、複数（６４本）の同軸ケーブルを束ねた構造を有する。また、ケーブル３０３およびケーブル３０４の両方において、複数の同軸ケーブルの各々の特性インピーダンスは略等しく約５０［Ω］である。

【0067】

また、パルサーレシーバ３０２は、ケーブル３０４の複数のケーブル３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、・・・、３０４ｘの各々とのインピーダンス整合を行うための終端抵抗３４０（終端抵抗３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、・・・、３４０ｘ）を有する。終端抵抗３４０の各々は、第１実施形態の終端抵抗４０と同様に、それぞれ、ケーブル３０４の各々の特性インピーダンスと略等しい大きさの抵抗値（約５０［Ω］）を有する。

【0068】

そして、第３実施形態では、超音波トランスデューサ３０１は、複数の圧電素子３１０の各々に対応するように、複数の並列回路部３２０と、複数の遮断回路部３３０と、複数のコンデンサ３６０とを備える。具体的には、超音波トランスデューサ３０１は、圧電素子３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、・・・、３１０ｘの各々に対応するように、並列回路部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、・・・、３２０ｘと、遮断回路部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、・・・、３３０ｘと、コンデンサ３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃ、・・・、３６０ｘとを備える。

【0069】

複数の並列回路部３２０の各々は、複数の圧電素子３１０の各々の入力側に接続される。また、複数の並列回路部３２０の各々は、互いに同様の構成を有している。具体的には、複数の並列回路部３２０の各々は、第１実施形態における並列回路部２０と同様に、互いに並列に接続されている抵抗素子２１およびインダクタ３２２を含む。また、並列回路部３２０は、圧電素子３１０の入力側（ケーブル３０３側）に接続されている。抵抗素子２１の抵抗値は、たとえば、約５０［Ω］である。そして、第３実施形態の超音波トランスデューサ３０１では、圧電素子３１０の各々およびコンデンサ３６０の各々と、並列回路部３２０の各々とを含む定抵抗回路がそれぞれ構成されている。定抵抗回路の詳細は後述する。

【0070】

複数の遮断回路部３３０の各々は、第１実施形態と同様に互いに逆極性となるように並列に接続された一対のダイオードによって構成されている。また、遮断回路部３３０は、圧電素子３１０および並列回路部３２０の間に接続されている。そして、遮断回路部３３０の各々は、互いに同様の構成を有している。遮断回路部３３０は、第１実施形態の遮断回路部３０と同様に、一対のダイオードの順方向電圧よりも大きい入力波が入力された場合には導通させ、一方で、順方向電圧よりも小さい検出信号が入力された場合には遮断するように構成されている。

【0071】

複数のコンデンサ３６０の各々は、それぞれ複数の圧電素子３１０の各々と並列に接続されている。リニアアレイ探触子では、圧電素子３１０の１つ１つの面積が小さくなるため、圧電素子３１０のインピーダンスが高くなりやすい。そのため、圧電素子３１０から出力される検出信号に対する周囲からの電磁ノイズの影響が大きくなる。これに対して、圧電素子３１０と並列にコンデンサ３６０を接続することによって、感度が低くなるものの、インピーダンスが小さくなるように調整することができる。

【0072】

コンデンサ３６０の各々の静電容量は、圧電素子３１０の静電容量、出力側のケーブル３０４の特性インピーダンス、および、入力波の周波数に基づいて設定される。たとえば、複数の圧電素子３１０のうちの１つである圧電素子３１０ｘに対して並列に接続されるコンデンサ３６０ｘでは、圧電素子３１０ｘとコンデンサ３６０ｘとの合成容量Ｃ_ｘが、次の式（１）によって表されるように、コンデンサ３６０ｘの容量が設定される。

【数1】

なお、Ｚ_３０４は、ケーブル３０４の特性インピーダンスを示す。また、角周波数ω_ｕは、２πｆ_ｕによって表される値である。そして、周波数ｆ_ｕは、好ましくは、対応する圧電素子３１０のうちの１つの要素から出力される超音波の周波数帯域の中心の値から周波数帯域の上限の値までの範囲のうちから選択される。なお、複数のコンデンサ３６０の各々は、互いに同様の静電容量を有する。すなわち、複数のコンデンサ３６０の各々においても、対応する圧電素子３１０のうちの１つの要素との合成容量が上記の式（１）と同様の式によって表されるように、静電容量が定められる。

【0073】

（超音波送信時と超音波受信時との信号経路）
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、超音波トランスデューサ３０１は、超音波送信時（入力時）において、パルサーレシーバ３０２からケーブル３０３の各々を介して入力された入力波が複数の並列回路部３２０の各々を介して複数の圧電素子３１０の各々に入力されることによって超音波を発生するように構成されている。そして、超音波トランスデューサ３０１は、超音波受信時（出力時）において、複数の圧電素子３１０の各々から複数の並列回路部３２０の各々を介さずにケーブル３０４の各々を介してパルサーレシーバ３０２に対して検出信号を出力するように構成されている。

【0074】

具体的には、超音波送信時（入力波の入力時）では、第１実施形態と同様に、遮断回路部３３０の各々は、導線と見なすことができる。そして、並列回路部３２０と、圧電素子３１０およびコンデンサ３６０と、出力インピーダンス（終端抵抗３４０）とによって、ケーブル３０３の特性インピーダンスと略等しいインピーダンス（約５０［Ω］）を有する定抵抗回路が構成される。すなわち、複数の圧電素子３１０およびコンデンサ３６０の合成回路とインダクタ３２２とは、互いに抵抗値５０［Ω］における逆回路となるように構成されている。

【0075】

詳細には、超音波送信時において、超音波トランスデューサ３０１は、圧電素子３１０およびコンデンサ３６０の合成インピーダンスとインダクタ３２２のインピーダンスとの積が、ケーブル３０３の特性インピーダンスの２乗（抵抗素子２１の抵抗値と終端抵抗３４０の抵抗値との積）となるように構成されている。したがって、超音波検査システム３００は、第１実施形態の超音波検査システム１００と同様に、ケーブル３０３の各々とのインピーダンス整合がそれぞれ行われた状態で、ケーブル３０３の各々を介して入力波が超音波トランスデューサ３０１の圧電素子３１０の各々に別個に入力されるように構成されている。

【0076】

また、超音波受信時（検出信号の出力時）では、第１実施形態と同様に、遮断回路部３３０の各々によって導通が遮断され、遮断回路部３３０よりも入力側は、電気的に切り離される。したがって、超音波検査システム３００は、第１実施形態の超音波検査システム１００と同様に、終端抵抗３４０の各々によりケーブル３０４の各々とインピーダンス整合が行われた状態で、並列回路部３２０を介さず検出信号を超音波トランスデューサ３０１の圧電素子３１０の各々からパルサーレシーバ３０２に対して別個に出力するように構成されている。

【0077】

また、第３実施形態によるその他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0078】

［第３実施形態の効果］
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0079】

第３実施形態では、上記のように、複数の圧電素子３１０を備え、並列回路部３２０は、複数の圧電素子３１０の各々の入力側に接続されるように複数設けられており、パルサーレシーバ３０２（超音波送受信装置）から複数の圧電素子３１０に対応するように設けられたケーブル３０３（複数の入力用伝送路）の各々を介して入力された入力波が複数の並列回路部３２０の各々を介して複数の圧電素子３１０の各々に入力されることによって超音波を発生するとともに、複数の圧電素子３１０の各々から複数の並列回路部３２０の各々を介さずに複数の圧電素子３１０に対応するように設けられたケーブル３０４（複数の出力用伝送路）の各々を介してパルサーレシーバ３０２に対して検出信号を出力するように構成されている。これにより、複数の圧電素子３１０を備える場合にも、入力波を、インピーダンス整合を行うための定抵抗回路を構成する複数の並列回路部３２０の各々を介して複数の圧電素子３１０の各々に入力させる一方で、複数の圧電素子３１０の各々からの検出信号を、抵抗素子２１およびインダクタ３２２を含む複数の並列回路部３２０の各々を介さずに出力させることができる。その結果、複数の圧電素子３１０を備えることによって検査対象Ｐを広範囲に亘って一括して検査することができるとともに、複数の圧電素子３１０の各々から出力される検出信号の強度の低下を抑制することができる。

【0080】

また、第３実施形態では、複数の圧電素子３１０の各々と並列に接続された複数のコンデンサ３６０を備える。これにより、複数の圧電素子３１０の面積が小さくインピーダンスが比較的大きい場合にも、圧電素子３１０と並列に接続されたコンデンサ３６０によって、合成インピーダンスを小さくすることができるので、圧電素子３１０から出力される検出信号に対する周囲からの電磁ノイズの影響を小さくすることができる。また、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

【0081】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0082】

たとえば、上記第１および第３実施形態では、終端抵抗４０（３４０）と並列回路部２０（３２０）の抵抗素子２１との抵抗値が、ともにケーブル１０３、３０３（入力用伝送路）の特性インピーダンスと等しい値であり、圧電素子１０（３１０）のインピーダンスと並列回路部２０（３２０）のインダクタ２２（３２２）のインピーダンスとの積が、ケーブル１０３、３０３の特性インピーダンスの２乗と略同一となるように構成することによって、定抵抗回路が構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電素子に対して、直列または並列にキャパシタまたはインダクタをさらに接続することによって、定抵抗回路を構成するようにしてもよい。すなわち、圧電素子を、キャパシタおよび直列共振回路を含む等価回路として表す場合には、圧電素子を構成する直列共振回路と互いに逆回路となる構成をさらに設けることによって定抵抗回路を構成するようにしてもよい。

【0083】

また、上記第１～第２実施形態では、ケーブル１０３、２０３（入力用伝送路）と、ケーブル１０４、２０４（出力用伝送路）とが、別個の同軸ケーブルである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、入力用伝送路と出力用伝送路とが、１つのケーブルに含まれるように構成されていてもよい。すなわち、１つのケーブルの中に２つの信号線が入力用伝送路および出力用伝送路として含まれるように構成されていてもよい。同様に、上記第３実施形態では、ケーブル３０３（複数の入力用伝送路）と、ケーブル３０４（複数の出力用伝送路）とが、別個のケーブルである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の入力用伝送路である信号線と複数の出力用伝送路である信号線とを、１つのケーブルの中にまとめて含まれるように構成してもよい。

【0084】

また、上記第１～第３実施形態では、超音波トランスデューサ１０１（２０１、３０１）と、ケーブル１０３、２０３、３０３（入力用伝送路、複数の入力用伝送路）およびケーブル１０４、２０４、３０４（出力用伝送路、複数の出力用伝送路）とが、別個に構成されており、コネクタ部を介して互いに接続されるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、超音波トランスデューサと、ケーブル（入力用伝送路および出力用伝送路）とが、一体的に構成されていてもよい。

【0085】

また、上記第１～第３実施形態では、圧電素子１０（３１０）が高分子材料である圧電体（圧電材料）を含む構造である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、圧電素子の圧電体を、セラミックス材料によって構成してもよい。

【0086】

また、上記第１～第３実施形態では、超音波トランスデューサ１０１（２０１、３０１）を、圧電素子１０（３１０）および並列回路部２０（３２０）の両方を備えるように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、圧電素子と共に定抵抗回路を構成する並列回路部を超音波トランスデューサとは別個に設けるとともに、入力用伝送路と超音波トランスデューサとの間にコネクタなどを介して並列回路部を接続することによって、入力用伝送路とのインピーダンス整合を行うように構成してもよい。また、同様に、遮断回路部３０を、超音波トランスデューサと別個に設けるようにしてもよい。

【0087】

また、上記第１～第３実施形態では、遮断回路部３０を一対のダイオード３１および３２によって構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、遮断回路部を、ソリッドステートリレー、ヒ化ガリウムを用いた半導体スイッチ、または、高速高電圧半導体スイッチなどを用いて構成してもよい。その場合には、超音波送信時（入力時）と超音波受信時（出力時）との接続状態を切り替えるために別途制御信号を設けることにより、入力時と出力時との導通を切り替えるように構成する。

【0088】

また、図１０に示す変形例による超音波トランスデューサ４０１のように、遮断回路部４３０を、一対のＦＥＴ４３１およびＦＥＴ４３２（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）によって構成するようにしてもよい。この場合には、遮断回路部４３０では、一対のＦＥＴ４３１および４３２は、互いに逆極性となるように並列に接続されている。そして、一対のＦＥＴ４３１および４３２は、各々のドレイン端子とゲート端子とが接続されること（ダイオード接続）によって、第１実施形態による一対のダイオード３１および３２と同様の動作をするように構成されている。同様に、遮断回路部を、コレクタ端子とベース端子とを接続したトランジスタ（または、ダーリントン接続のトランジスタ）によって構成するようにしてもよい。

【0089】

また、上記第３実施形態では、超音波トランスデューサ３０１は、直線状に配置された複数の圧電素子３１０を備えるリニアアレイ探触子である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、超音波トランスデューサは、複数の圧電素子が格子状（平面状）に配置されているマルチアレイトランスデューサであってもよい。

【0090】

また、上記第３実施形態では、超音波トランスデューサ３０１を、複数の圧電素子３１０の各々に並列に接続された複数のコンデンサ３６０を備えるように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の圧電素子を備える場合に、圧電素子と並列するコンデンサを備えないようにしてもよい。また、第１および第２実施形態のように圧電素子を１つだけ備える場合に、圧電素子に対して並列にコンデンサを接続するように構成してもよい。

【0091】

また、上記第３実施形態では、複数の圧電素子３１０の各々が略等しい静電容量を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の圧電素子３１０が互いに異なる静電容量を有していてもよい。その場合には、複数の圧電素子の各々の入力側に接続される並列回路部についても、複数の並列回路部の各々の構成が互いに異なるように構成される。具体的には、複数の圧電素子の異なる静電容量に応じて定抵抗回路を構成するように、複数の並列回路部の各々のインダクタのインピーダンスがそれぞれ設定される。また、同様に、上記第３実施形態では、ケーブル３０３（複数の入力用伝送路）の各々の伝送路（同軸ケーブル）の特性インピーダンスが略等しい例を示したが、複数の入力用伝送路の各々の特性インピーダンスも、互いに異なる値であってもよい。その場合にも、同様に、異なる特性インピーダンスの各々に応じて、インピーダンス整合を行うように、並列回路部の抵抗素子の抵抗値を設定する。また、ケーブル３０４（複数の出力用伝送路）についても同様である。

【符号の説明】

【0092】

１０、３１０ 圧電素子
２０、３２０ 並列回路部
２１ 抵抗素子
２２、３２２ インダクタ
３０、３３０、４３０ 遮断回路部
３１、３２ ダイオード
４０、２４０、３４０ 終端抵抗
１００、２００、３００ 超音波検査システム
１０１、２０１、３０１、４０１ 超音波トランスデューサ
１０２、２０２、３０２ パルサーレシーバ（超音波送受信装置）
１０３、２０３ ケーブル（入力用伝送路）
１０４、２０４ ケーブル（出力用伝送路）
２５０ 抵抗素子（合成用抵抗素子）
３０３ ケーブル（複数の入力用伝送路）
３０４ ケーブル（複数の出力用伝送路）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】