JP6433748B2 - 超音波発生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波発生装置に関する。

従来、複数の超音波素子から放射した複数の超音波の合成によって合成波を発生させる超音波発生装置が知られている。

特開２０１２−４２４２１号公報

この種の超音波発生装置では、瞬間的な消費電力である瞬時消費電力の低減ができれば有意義である。

実施形態の超音波発生装置は、複数の超音波振動子と、駆動部と、を備える。前記複数の超音波振動子は、それぞれが超音波を発生させる。前記駆動部は、前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる。前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置されている。前記駆動部は、超音波帯の周波数を有する搬送波信号を音響信号を用いて振幅変調することで、前記駆動信号を得る。

図１は、第一の実施形態の超音波発生装置と対象物との例示的な図である。 図２は、第一の実施形態のスピーカの例示的な正面図である。 図３は、図２に示された第一の実施形態のスピーカのIII矢視図である。 図４は、第一の実施形態の駆動部の例示的な図である。 図５は、第一の実施形態のスピーカに供給される電流を説明するための説明図である。 図６は、比較例のスピーカの例示的な図である。 図７は、比較例のスピーカに供給される電流を説明するための説明図である。 図８は、第二の実施形態のスピーカの例示的な図である。 図９は、第三の実施形態の超音波発生装置と対象物との例示的な図である。 図１０は、第四の実施形態の超音波発生装置と対象物との例示的な図である。 図１１は、第五の実施形態の超音波発生装置と対象物との例示的な図である。 図１２は、第五の実施形態のスピーカの例示的な正面図である。 図１３は、図１２に示された第五の実施形態のスピーカのXIII矢視図である。 図１４は、第五の実施形態のスピーカに供給される電流を説明するための説明図である。 図１５は、第六の実施形態の超音波発生装置と対象物との例示的な図である。 図１６は、第七の実施形態のスピーカの例示的な正面図である。 図１７は、図１６に示された第七の実施形態のスピーカのXVII-XVIIに沿った例示的な断面図である。

以下の例示的な複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。

（第一の実施形態）
第一の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態の超音波発生装置１０（加振装置）は、例えば、対象物１００に超音波Ｓ１を放射することにより、対象物１００を振動させることが可能である。すなわち、超音波発生装置１０は、対象物１００を加振する加振装置として動作可能である。超音波発生装置１０は、例えば、対象物１００を非接触で検査する検査システムに設けられうる。検査システムは、超音波発生装置１０の他に、例えば振動計測装置や欠陥判定装置等を備える。振動計測装置は、超音波発生装置１０の加振によって発生した対象物１００の表面の振動をレーザ光を用いて計測する。振動計測装置は、例えばレーザドップラー振動計を含む。欠陥判定装置は、振動計測装置によって計測された対象物１００の表面の振動に基づいて、対象物１００の欠陥の有無を判定する。対象物１００は、例えばトンネルの壁等であり、欠陥は、例えば空洞等である。なお、超音波発生装置１０は、対象物１００の受熱状態を分析するシステム等にも用いられうる。

超音波発生装置１０は、スピーカ１１と、駆動部１２と、走査部１３と、を備える。スピーカ１１は、駆動部１２に駆動されることにより、指向性を有する超音波Ｓ１（超音波ビーム、音波）を発生させる。走査部１３は、対象物１００上で超音波Ｓ１を走査する。

図２，３に示されるように、スピーカ１１は、基板２１と、複数の超音波振動子２２と、を有する。スピーカ１１は、パラメトリックスピーカとして構成されている。複数の超音波振動子２２は、超音波振動子アレイとも称される。

基板２１は、例えば矩形の平板状に構成されている。基板２１は、矩形平面状の実装面２１ａを有する。

複数の超音波振動子２２は、実装面２１ａに実装されている。各超音波振動子２２は、超音波Ｓ２（図３）を発生する。複数の超音波振動子２２から放射された複数の超音波Ｓ２が合成されることにより、超音波Ｓ１が形成される。超音波Ｓ１は、第一の合成波（合成波）の一例である。

図３に示されるように、超音波振動子２２は、筐体２２ａと、振動体２２ｂ（振動板）と、を有する。なお、図３では、一つの超音波振動子２２の振動体２２ｂが示され、他の超音波振動子２２の振動体２２ｂの図示は省略されている。筐体２２ａは、実装面２１ａとは反対側の端部２２ｃ（端面）に開口部（不図示）が設けられている。振動体２２ｂは、筐体２２ａ内に収容されている。振動体２２ｂは、例えば圧電素子によって構成され、電流が供給されることで振動する。振動体２２ｂが振動することによって超音波Ｓ２が発生し、発生した超音波Ｓ２は、筐体２２ａの開口部から放射される。

各超音波振動子２２は、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２が実装面２１ａと略直交するように、配置されている。なお、図３中で正面方向Ｆ２を示す矢印は、一つの超音波振動子２２に対して示され、他の超音波振動子２２に対しては省略されている。超音波振動子２２の正面方向Ｆ２は、振動体２２ｂの振動方向と一致している。また、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２は、超音波Ｓ２の音軸方向および超音波振動子２２の中心軸とも一致している。

図２に示されるように、複数の超音波振動子２２は、Ｍ（Ｍは整数）行、Ｎ（Ｎは整数）列の行列状に配置されている。超音波振動子２２の行列は、一例として５行８列である。なお、説明の便宜上、基板２１の一辺部２１ｂ側（図２の左側）の列を１列目とし基板２１の一辺部２１ｂの反対側の他辺部２１ｃ側（図２の右側）の列を８列目（Ｎ列目）とし、超音波振動子２２を１列目〜８列目の順に超音波振動子２２−１〜２２−８とも称する。したがって、複数の超音波振動子２２の各行は、超音波振動子２２−１〜２２−８を含む。

図３に示されるように、各行の超音波振動子２２−１〜２２−８は、段状に配置されている。各行の超音波振動子２２−１〜２２−８のうち超音波振動子２２−２〜２２−８は、突出部２３（支持部）を介して実装面２１ａに結合されている。突出部２３の実装面２１ａからの突出量は、超音波振動子２２−２〜超音波振動子２２−８の順で大きくなっている。これにより、各行の超音波振動子２２−１〜２２−８（の端部２２ｃ）は、超音波振動子２２−１〜超音波振動子２２−８の順で、基板２１の実装面２１ａから遠くに位置されている。別の言い方をすると、超音波振動子２２−１を基準とすると、正面方向Ｆ２に沿った方向での他の超音波振動子２２−２〜２２−８の超音波振動子２２−１からの距離は、超音波振動子２２−２〜超音波振動子２２−８の順で長くなっている。

図４に示されるように、駆動部１２は、供給部３１と、生成部３２と、振幅変調部３３と、位相設定部３４（遅延部）と、増幅部３５と、を有する。供給部３１は、音響信号を振幅変調部３３に供給する。音響信号は、例えば一定の周波数であってよい。生成部３２は、超音波帯の周波数を有する搬送波信号を生成し、生成した搬送波信号を振幅変調部３３に供給する。振幅変調部３３は、音響信号を用いて搬送波信号を振幅変調することで、駆動信号（変調信号）を得る。位相設定部３４は、駆動信号の位相を設定する。増幅部３５は、駆動信号を増幅する。増幅部３５によって増幅された駆動信号は、スピーカ１１に供給される。この駆動信号によって、各超音波振動子２２が駆動される。スピーカ１１は、駆動信号によって駆動されることにより、超音波Ｓ１を放射する。そして、超音波Ｓ１が空気（媒体）中を伝播することにより超音波Ｓ１に波形歪みが発生し、これにより、音響信号と同じ可聴音が復調される。

駆動部１２は、増幅部３５から複数の超音波振動子２２のそれぞれに対して超音波Ｓ２を発生させる駆動信号を入力する。この際、駆動部１２は、各超音波振動子２２に供給する電流の位相が互いにずれるように、各超音波振動子２２に入力する駆動信号の位相を異ならせる。すなわち駆動部１２は位相差駆動を行う。図５には、駆動信号に応じて各列（ｎ＝１〜８）に入力される電流（図５ではＩ_ｎと表記）と時間（図５ではｔと表記）との関係が示されている。図５中のＴ_０は、基準時点（初期時点）を示している。駆動部１２は、各超音波振動子２２に供給する電流の位相が互いにずれて、同一時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計が、複数の超音波振動子２２のそれぞれの最大消費電流の合計よりも低くなるように、各超音波振動子２２の駆動信号の位相を設定する。ここで、各列の順番をｎ（ｎ＝１が一例目）、駆動信号による電流の最大値（最大振幅）をＩ_０、搬送波信号の角周波数をω_ｃ、音響信号の角周波数をω_ｓ、変調度をｍ、基準の駆動信号に対する別の駆動信号の位相差をΦ_ｎ、時間をｔ、各超音波振動子２２に入力される電流をＩ_ｎとすると、Ｉ_ｎ＝Ｉ_０｛１＋ｍ×ｓｉｎ（ω_ｓｔ＋Φ_ｎ）｝ｃｏｓ（ω_ｃｔ）と表せる。したがって、ある時点での複数の超音波振動子２２に供給される電流Ｉ_ｎの絶対値の合計が、当該時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計、すなわち当該時点でのスピーカ１１の瞬時消費電力となる。例えば、図５中の時間ｔ＝Ｔの時点では、ｎ＝４の超音波振動子２２、すなわち超音波振動子２２−４だけに電流が供給されているので、この時の超音波振動子２２−４に供給される電流Ｉ_ｎ（例えば電流Ｉ_０）が、スピーカ１１の瞬時消費電力となる。

位相設定部３４は、上述の電流を各超音波振動子２２に供給するために、詳細には、位相設定部３４は、複数の超音波振動子２２のうち基準とする超音波振動子２２−１（第一の超音波振動子）に入力する駆動信号に対して、複数の超音波振動子２２のうち他の超音波振動子２２−２〜２２−８（第二の超音波振動子）に入力する駆動信号の位相を異ならせる。具体的には、位相設定部３４は、超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対して、超音波振動子２２−２〜２２−８に入力する駆動信号を遅延させることにより、駆動信号の位相を異ならせる。位相設定部３４は、超音波振動子２２−２〜超音波振動子２２−８の順で、超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対する遅延量を大きくする。例えば、位相設定部３４は、超音波振動子２２−１〜２２−８に入力する駆動信号を、一周期（規定周期）ずつずらす。このように超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対して、複数の超音波振動子２２のうち超音波振動子２２−２〜２２−８に入力する駆動信号の位相を異ならせることにより、駆動部１２は、同一時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計を、複数の超音波振動子２２のそれぞれの最大消費電流の合計よりも低くする。

ここで、駆動信号の位相差と、超音波振動子２２−１〜２２−８の位置との関係について説明する。図３に示されるように、超音波振動子２２−２〜２２−８は、当該超音波振動子２２−２〜２２−８に入力される駆動信号の、超音波振動子２２−１に入力される駆動信号に対する遅延量（位相差）が大きいほど、超音波振動子２２−１に対して正面方向Ｆ２の前方に位置されている。詳細には、超音波振動子２２−２〜２２−８は、超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２で超音波振動子２２−１よりも前方の位置であって、超音波Ｓ１の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１が超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２に沿う位置に、位置されている。別の言い方をすると、位相設定部３４は、複数の超音波振動子２２のうち基板２１の実装面２１ａに最も近い超音波振動子２２を基準として、実装面２１ａからの距離が遠い超音波振動子２２ほど、超音波振動子２２に入力する駆動信号の遅延量を大きくする。

図１に示されるように、走査部１３は、可動反射部材４１（音響反射鏡）を有する。可動反射部材４１、超音波Ｓ１（超音波Ｓ２）を対象物１００に向けて反射し、対象物１００上で超音波Ｓ１を走査する。具体的には、可動反射部材４１は、一つの軸回りに回転可能に設けられている。可動反射部材４１は、モータによって駆動されて、軸回りに往復動することにより、対象物１００上で超音波Ｓ１を線状に走査（リニアスキャニング）する。図１では、超音波Ｓ１の走査方向の一例が矢印Ｂで示されている。可動反射部材４１は、例えばアクリル樹脂などの合成樹脂材料によって構成される。なお、可動反射部材４１は、合成樹脂材料以外の材料によって構成されてもよい。

以上説明したように、駆動部１２は、複数の超音波振動子２２のそれぞれに対して超音波Ｓ２を発生させる駆動信号を入力する。駆動部１２は、複数の超音波振動子２２のうち超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対して、複数の超音波振動子２２のうち超音波振動子２２−２〜２２−８に入力する駆動信号の位相を異ならせることにより、同一時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計を、複数の超音波振動子２２のそれぞれの最大消費電流の合計よりも低くする。よって、超音波発生装置１０の瞬時消費電力を低減することができる。

ここで、比較例について説明する。図６に示されるように、比較例の超音波発生装置１０１１は、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２での各超音波振動子２２の位置が略同一である。すなわち、各超音波振動子２２が平面状に配置されている。また、図７に示されるように、各超音波振動子２２へ入力される駆動信号に位相差（遅延）は無く、各超音波振動子２２に入力される電流に位相差はない。このような超音波発生装置１０１１では、ある時点で、全ての超音波振動子２２に同時に最大消費電流が供給されるので、瞬時消費電流の最大値が比較的大きい。これに対して、本実施形態では、全ての超音波振動子２２に同時に最大消費電流が供給されることがないので、瞬時消費電流の最大値が比較的小さい。

また、超音波振動子２２−２〜２２−８は、超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２で超音波振動子２２−１よりも前方の位置であって、超音波振動子２２−１および超音波振動子２２−２〜２２−８のそれぞれで発生した超音波Ｓ２の合成によって形成される超音波Ｓ１（第一の合成波）の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１が超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２に沿う位置に、位置されている。よって、駆動信号の位相を異ならせても、超音波Ｓ１の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１を超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２に沿わせることができる。ここで、作業者等は、一般的なスピーカではスピーカの正面方向に超音波が進行するものと考える。よって、超音波Ｓ１の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１を超音波振動子２２の正面方向Ｆ２に沿わせることにより、作業者等によるスピーカ１１の取り付け姿勢の間違えの発生を抑制することができる。

また、可動反射部材４１は、超音波Ｓ１を対象物１００に向けて反射し、対象物１００上で超音波Ｓ１を線状に走査する。よって、超音波Ｓ１を走査するためにスピーカ１１を動かす必要がない。ここで、スピーカ１１を機械的に回転させて超音波Ｓ１の放射方向を制御する方法も考えられるが、超音波振動子２２の数を増やした場合にはスピーカ１１の総質量が増大するため、スピーカ１１を回転させる機構が複雑化する可能性がある。これに対し、本実施形態では、可動反射部材４１の設計次第で可動反射部材４１の軽量化がしやすいため、走査部１３の複雑化が抑制しやすいとともに、走査部１３のモータ等への負荷軽減にも繋がる。

（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態を図８を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ａは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ａは、スピーカ１１Ａの超音波振動子２２の配置が第一の実施形態の超音波発生装置１０と主に異なる。本実施形態では、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２での各超音波振動子２２の位置が略同一である。すなわち、複数の超音波振動子２２が平面状に配置されている。このような位置関係の各超音波振動子２２は、第一の実施形態と同様に位相差駆動される。したがって、超音波Ｓ１の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１は、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２に対して傾斜する。本実施形態では、可動反射部材４１は、合成波面Ｓ１ａが傾斜した超音波Ｓ１を反射することで超音波Ｓ１の進行方向Ｆ１を制御し、対象物１００上で超音波Ｓ１を走査する。

以上説明したように、本実施形態では、平面状に超音波振動子２２が配置されているため、スピーカ１１Ａから放射される超音波Ｓ１は、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２に対してある角度を有してしまうが、超音波Ｓ１を可動反射部材４１で反射することにより、任意の方向へ超音波Ｓ１を伝搬させることができる。

（第三の実施形態）
次に、第三の実施形態を図９を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ｂは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ｂは、走査部１３の走査動作が第一の実施形態の超音波発生装置１０と主に異なる。本実施形態では、走査部１３は、超音波Ｓ１を円状に走査する。具体的には、可動反射部材４１は、二つの軸回りに回転可能に設けられている。可動反射部材４１は、モータによって駆動されることにより、対象物１００上で超音波Ｓ１を円状に走査（コニカルスキャニング）する。図９では、超音波Ｓ１の走査方向の一例が矢印Ｃで示されている。なお、可動反射部材４１は、超音波Ｓ１の線状の走査と超音波Ｓ１の円状の走査との両方が可能であってもよい。本実施形態と第１の実施形態とから分かるように、可動反射部材４１は、超音波Ｓ１の線状の走査と超音波Ｓ１の円状の走査とのいずれかが可能であるように構成される。なお、本実施形態を第二の実施形態に適用してもよい。

（第四の実施形態）
次に、第四の実施形態を図１０を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ｃは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ｃは、複数のスピーカ１１が設けられるとともに、各スピーカ１１毎に、駆動部１２と走査部１３（可動反射部材４１）とが設けられている点が、第一の実施形態の超音波発生装置１０と主に異なる。本実施形態では、複数のスピーカ１１は、それぞれが複数の超音波振動子２２を有する。複数の可動反射部材４１は、個別に超音波Ｓ１の進行方向Ｆ１を制御する。複数の可動反射部材４１は、それぞれが反射した超音波Ｓ１が対象物１００に向かうにつれて近づく方向に超音波Ｓ１を反射する。複数の超音波Ｓ１は、互いに重なる（合成される）。よって、対象物１００に強力な音響加振力を作用させることができる。反射した複数の超音波Ｓ１が対象物１００のある一点に集束するよう各可動反射部材４１の角度を制御することにより、複数の超音波Ｓ１の集束点でより大きな音圧を発生させることができる。なお、本実施形態を第二の実施形態や第三の実施形態に適用してもよい。

（第五の実施形態）
次に、第五の実施形態を図１１〜１４を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ｄは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ｄは、スピーカ１１Ｄおよびスピーカ１１Ｄの駆動方法が、第一の実施形態の超音波発生装置１０と主に異なる。

図１１，１２に示されるように、スピーカ１１Ｄの基板２１の実装面２１ａには、一例として三つ（複数）の領域Ａ１〜Ａ３が設けられている。領域Ａ１は、一辺部２１ｂを含み、領域Ａ３は、他辺部２１ｃを含み、領域Ａ２は、領域Ａ１と領域Ａ２との間に位置されている。領域Ａ２は、第一の領域の一例であり、領域Ａ１，Ａ３は、それぞれが第二の領域の一例である。なお、スピーカ１１Ｄの基板２１の一辺部２１ｂと他辺部２１ｃとの間の長さは、第一の実施形態のスピーカ１１の基板２１の一辺部２１ｂと他辺部２１ｃとの間の長さよりも長い。

各領域Ａ１〜Ａ３には、複数の超音波振動子２２が配置されている。図１２,１３に示されるように、領域Ａ２には、第一の実施形態と同様の段状の配置で複数の超音波振動子２２が配置されている。一方、領域Ａ１,Ａ３には、第二の実施形態と同様の平面状の配置で複数の超音波振動子２２が配置されている。本実施形態では、領域Ａ２の超音波振動子２２−１は、第一の超音波振動子に相当し、領域Ａ２の超音波振動子２２−２〜２２−８は、第二の超音波振動子に相当する。また、領域Ａ１の超音波振動子２２−８と領域Ａ３の超音波振動子２２−１は、第三の超音波振動子に相当し、領域Ａ１の超音波振動子２２−１〜２２−７と領域Ａ３の超音波振動子２２−２〜２２−８は、第四の超音波振動子に相当する。すなわち、領域Ａ１（第二の領域）には、複数の超音波振動子２２のうち第三の超音波振動子としての超音波振動子２２−８と複数の超音波振動子２２のうち第四の超音波振動子としての超音波振動子２２−１〜２２−７とが設けられている。また、領域Ａ２（第一の領域）には、第一の超音波振動子としての超音波振動子２２−１と第二の超音波振動子としての超音波振動子２２−２〜２２−８とが設けられている。また、領域Ａ３には、複数の超音波振動子２２のうち第三の超音波振動子としての超音波振動子２２−１と複数の超音波振動子２２のうち第四の超音波振動子としての超音波振動子２２−２〜２２−８とが設けられている。

本実施形態では、各領域Ａ１〜Ａ３毎に、複数の超音波振動子２２によって超音波Ｓ１が発生する。なお、説明の便宜上、領域Ａ１の複数の超音波振動子２２で発生した超音波Ｓ２の合成によって形成される超音波Ｓ１を超音波Ｓ１−１とも称し、領域Ａ２の複数の超音波振動子２２で発生した超音波Ｓ２の合成によって形成される超音波Ｓ１を超音波Ｓ１−２とも称し、領域Ａ３の複数の超音波振動子２２で発生した超音波Ｓ２の合成によって形成される超音波Ｓ１を超音波Ｓ１−３とも称する。

駆動部１２は、各領域Ａ１〜Ａ３毎に超音波振動子２２を個別に制御する。駆動部１２は、図１４に示されるように、領域Ａ２の超音波振動子２２に対しては第一の実施形態と同様の駆動を行う。これにより、図１３に示されるように、超音波Ｓ１−２の合成波面Ｓ１ａは、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２、すなわち基板２１の正面方向に沿って進む。また、駆動部１２は、図１４に示されるように、領域Ａ３の超音波振動子２２に対しては第二の実施形態と同様の駆動を行う。これにより、図１３に示されるように、超音波Ｓ１−３の合成波面Ｓ１ａは、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２に対して傾斜した方向であって、超音波Ｓ１−２から離れる方向に進行する。なお、領域Ａ２，Ａ３の超音波振動子２２に対する駆動の詳細な説明は、第一の実施形態および第二の実施形態での説明と重複するため省略する。また、図１４から理解できるように、駆動部１２は、領域Ａ１の超音波振動子２２に対する駆動信号（電流）の位相の設定を、領域Ａ２，Ａ３の超音波振動子２２に対するものと異なるものとする。具体的には、位相設定部３４は、超音波振動子２２−８を位相差制御の基準とする。そして、位相設定部３４は、超音波振動子２２−８に入力する駆動信号に対して、超音波振動子２２−１〜２２−７に入力する駆動信号を遅延させることにより、駆動信号の位相を異ならせる。位相設定部３４は、超音波振動子２２−７〜超音波振動子２２−１の順で、超音波振動子２２−８に入力する駆動信号に対する遅延量を大きくする。これにより、図１３に示されるように、超音波Ｓ１−１の合成波面Ｓ１ａは、超音波振動子２２の正面方向Ｆ２に対して傾斜した方向であって、超音波Ｓ１−２から離れる方向に進行する。また、超音波Ｓ１−１の合成波面Ｓ１ａと超音波Ｓ１−３の合成波面Ｓ１ａとは、互いに離れる方向に進行する。

以上から分かるように、本実施形態では、領域Ａ１の超音波振動子２２−１〜２２−７は、領域Ａ１の超音波振動子２２−１〜２２−８のそれぞれで発生した超音波Ｓ２によって形成される超音波Ｓ１―1（第二の合成波）の合成波面Ｓ１ａが超音波Ｓ１−２の合成波面Ｓ１ａから離れる方向に進行する位置に、位置されている。同様に、領域Ａ３の超音波振動子２２−２〜２２−８は、領域Ａ３の超音波振動子２２−１〜２２−８のそれぞれで発生した超音波Ｓ２によって形成される超音波Ｓ１―３（第二の合成波）の合成波面Ｓ１ａが超音波Ｓ１−２の合成波面Ｓ１ａから離れる方向に進行する位置に、位置されている。

また、駆動部１２は、領域Ａ２の超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対して、領域Ａ２の超音波振動子２２−２〜２２−８に入力する駆動信号の位相を異ならせるとともに、領域Ａ１の超音波振動子２２−８および領域Ａ３の超音波振動子２２−１に入力する駆動信号に対して、領域Ａ１の超音波振動子２２−１〜２２−７および領域Ａ３の超音波振動子２２−２〜２２−８に入力する駆動信号の位相を異ならせる。これにより、駆動部１２は、同一時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計を、複数の超音波振動子のそれぞれの最大消費電流の合計よりも低くする。よって、第一の実施形態と同様に、超音波発生装置１０Ｄの瞬時消費電力を低減することができる。

また、本実施形態では、各領域Ａ１〜Ａ３毎に走査部１３（可動反射部材４１）が設けられている。複数の可動反射部材４１は、それぞれが反射した超音波Ｓ１−１〜Ｓ１−３が対象物１００に向かうにつれて近づく方向に超音波Ｓ１−１〜Ｓ１−３を反射する。複数の超音波Ｓ１−１〜Ｓ１−３は、互いに重なる（合成される）。よって、対象物１００を強力な音響加振力で振動させることができる。

以上から分かるように、本実施形態では、領域Ａ１〜Ａ３毎に超音波Ｓ１の進行方向Ｆ１が個別に制御される。よって、複数の超音波Ｓ１の重なりによる音圧の増強がしやすいとともに、複数の基板２１を設ける構成に比べて、超音波発生装置１０Ｄのコンパクト化がしやすい。なお、本実施形態を第二の実施形態や第三の実施形態に適用してよい。

（第六の実施形態）
次に、第六の実施形態を図１５を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ｅは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ｅは、複数のスピーカ１１Ｅが設けられている点と反射部材５１（音響反射鏡）が設けられている点とが、第一の実施形態の超音波発生装置１０と主に異なる。なお、超音波発生装置１０Ｅには、可動反射部材４１は設けられていない。

また、本実施形態では、対象物１００に対面する位置に振動計測装置２００が配置されている。振動計測装置２００は、対象物１００の計測部位１００ａ（表面）に照射し、計測部位１００ａで反射したレーザ光３００の反射光を受光する。振動計測装置２００は、超音波発生装置１０Ｅの加振によって発生した対象物１００の表面の振動を、受光した反射光に基づいて計測する。振動計測装置は、例えばレーザドップラー振動計を含む。なお、振動計測装置２００は、レーザドップラー振動計（振動計）の他に、反射鏡等の光学部材を含んでいてもよい。

反射部材５１は、凹状の反射面５１ａ（凹面反射鏡）を有する。反射面５１ａは、振動計測装置２００のレーザ光３００の出射側とは反対側で振動計測装置２００に面している。反射面５１ａは、超音波Ｓ１を計測部位１００ａに向けて反射する。反射部材５１は、例えばアクリル樹脂などの合成樹脂材料によって構成される。なお、反射部材５１は、合成樹脂材料以外の材料によって構成されてもよい。

複数のスピーカ１１Ｅは、それぞれが複数の超音波振動子２２を有する。超音波振動子２２の数は、第一の実施形態のスピーカと同じであってもよいし異なっていてもよい。図１５では、超音波振動子２２の数は、第一の実施形態のスピーカ１１と異なる例が示されている。スピーカ１１Ｅの基板２１Ｅは、反射面５１ａに沿って湾曲している。なお、基板２１Ｅは、湾曲していなくてもよい。複数のスピーカ１１Ｅは、レーザ光３００の光軸３００ａから外れた位置に位置されている。複数のスピーカ１１Ｅは、反射部材５１で反射した超音波Ｓ１と、図１５の紙面と直交する方向で離間する位置に、位置されており、反射した超音波Ｓ１は、スピーカ１１Ｅに当たらない。

以上説明したように、本実施形態では、反射部材５１が凹状の反射面５１ａを有するので、対象物１００上の振動計測装置２００のレーザ光３００の照射位置に、スピーカ１１Ｅの超音波Ｓ１を当てる場合に、振動計測装置２００の近くにスピーカ１１Ｅを配置しやすい。よって、超音波発生装置１０Ｅのコンパクト化がしやすい。なお、スピーカ１１Ｅの超音波振動子２２の配列は、第二の実施形態と同様であってもよい。

（第七の実施形態）
次に、第七の実施形態を図１６,１７を参照して説明する。本実施形態の超音波発生装置１０Ｆは、第一の実施形態の超音波発生装置１０と同様の構成を備える。よって、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、本実施形態の超音波発生装置１０Ｆは、スピーカ１１Ｆの形状が、第一の実施形態のスピーカ１１と主に異なる。

本実施形態のスピーカ１１Ｆの基板２１Ｆは、円板状に構成されている。なお、基板２１Ｆは、矩形状等であってもよい。そして、複数の超音波振動子２２は、超音波Ｓ１の合成波面Ｓ１ａの進行方向Ｆ１が超音波振動子２２−１の正面方向Ｆ２に沿う位置に、位置されている。具体的には、一例として複数の超音波振動子２２は、すり鉢状（凹状）をなすように配置されている（図１７）。

位相設定部３４は、複数の超音波振動子２２のうち基板２１Ｆの実装面２１ａに最も近い超音波振動子２２を基準として、実装面２１ａから距離が遠い超音波振動子２２ほど、超音波振動子２２に入力する駆動信号の遅延量を大きくする。これにより、位相設定部３４は、同一時点での複数の超音波振動子２２のそれぞれの消費電流の合計を、複数の超音波振動子２２のそれぞれの最大消費電流の合計よりも低くする。よって、本実施形態でも超音波発生装置１０Ｆの瞬時消費電力を低減することができる。

また、本実施形態では、複数の超音波振動子２２がすり鉢状（凹状）をなすように配置されていることにより、例えば図１７の複数の超音波振動子２２を、左側から右側に位置されるものほど基板２１Ｆの実装面２１ａから遠くなるように配置した場合に比べて、正面方向Ｆ２でのスピーカ１１Ｆの長さを短くすることができる。なお、複数の超音波振動子２２は、山形状（凸状）をなすように配置されてもよい。この場合も、例えば図１７の複数の超音波振動子２２を、左側から右側に位置されるものほど基板２１Ｆの実装面２１ａから遠くなるように配置した場合に比べて、正面方向Ｆ２でのスピーカ１１Ｆの長さを短くすることができる。このように複数の超音波振動子２２が山形状（凸状）をなすように配置された場合も、位相設定部３４は、複数の超音波振動子２２のうち基板２１Ｆの実装面２１ａに最も近い超音波振動子２２を基準として、実装面２１ａから距離が遠い超音波振動子２２ほど、超音波振動子２２に入力する駆動信号の遅延量を大きくする。また、本実施形態を第三の実施形態〜第六の実施形態に適用してもよい。

以上説明したとおり、上記各実施形態によれば、超音波発生装置１０,１０Ａ〜１０Ｆの瞬時消費電力を低減することができる。

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。例えば、各超音波振動子２２の駆動信号の位相差は、一波長分以外であってもよく、同一時点で全ての超音波振動子２２の駆動信号（電流）が最高振幅とならないようにすればよい。また、基板２１の形状は、矩形や円状以外に、矩形以外の多角形や楕円であってもよい。また、複数の超音波振動子２２の配置は、段状やすり鉢状、山形状に限るものではない。

１０,１０Ａ〜１０Ｆ…超音波発生装置、１１,１１Ａ,１１Ｄ〜１１Ｆ…スピーカ、１２…駆動部、１３…走査部、２１，２１Ｆ…基板、２２，２２−１〜２２−８…超音波振動子、４１…可動反射部材、５１…反射部材、５１ａ…反射面、１００…対象物、２００…振動計測装置、３００…レーザ光、３００ａ…光軸、Ａ１〜Ａ３…領域、Ｆ１…進行方向、Ｆ２…正面方向、Ｓ１，Ｓ１−１〜Ｓ１−３…超音波、Ｓ１ａ…合成波面、Ｓ２…超音波。

Claims (12)

1. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
   前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
   を備え、
   前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置され、
   前記駆動部は、超音波帯の周波数を有する搬送波信号を音響信号を用いて振幅変調することで、前記駆動信号を得る、超音波発生装置。
2. 前記第一の合成波を対象物に向けて反射し、前記対象物上で前記第一の合成波を走査する可動反射部材を備えた、請求項１に記載の超音波発生装置。
3. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
   前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
   可動反射部材と、
   を備え、
   前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置され、
   前記可動反射部材は、前記第一の合成波を対象物に向けて反射し、前記対象物上で前記第一の合成波を走査する、超音波発生装置。
4. 前記可動反射部材は、前記第一の合成波の線状の走査と前記第一の合成波の円状の走査とのいずれかが可能である、請求項２または３に記載の超音波発生装置。
5. それぞれが前記複数の超音波振動子を有した複数のスピーカを備え、
   前記可動反射部材は、前記複数のスピーカ毎に設けられ、
   複数の前記可動反射部材は、それぞれが反射した前記第一の合成波が前記対象物に向かうにつれて近づく方向に前記第一の合成波を反射する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の超音波発生装置。
6. 前記第一の超音波振動子と前記第二の超音波振動子とが設けられた第一の領域と、前記複数の超音波振動子のうち第三の前記超音波振動子と前記複数の超音波振動子のうち第四の前記超音波振動子とが設けられた第二の領域と、を有した基板を備え、
   前記駆動部は、前記第一の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第二の超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせるとともに、前記第三の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第四の超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせ、
   前記第四の超音波振動子は、前記第三の超音波振動子および前記第四の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波によって形成される第二の合成波の合成波面が前記第一の合成波の合成波面から離れる方向に進行する位置に、位置された、請求項１に記載の超音波発生装置。
7. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
   前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
   前記第一の超音波振動子と前記第二の超音波振動子とが設けられた第一の領域と、前記複数の超音波振動子のうち第三の前記超音波振動子と前記複数の超音波振動子のうち第四の前記超音波振動子とが設けられた第二の領域と、を有した基板と、
   を備え、
   前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置され、
   前記駆動部は、前記第一の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第二の超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせるとともに、前記第三の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第四の超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせ、
   前記第四の超音波振動子は、前記第三の超音波振動子および前記第四の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波によって形成される第二の合成波の合成波面が前記第一の合成波の合成波面から離れる方向に進行する位置に、位置された、超音波発生装置。
8. それぞれが前記複数の超音波振動子を有し前記第一の合成波を出射する複数のスピーカと、
   レーザ光を対象物の計測部位に照射する振動計測装置の前記レーザ光の出射側とは反対側で前記振動計測装置に面し前記第一の合成波を前記計測部位に向けて反射する凹状の反射面、を有した反射部材と、
   を備え、
   前記複数のスピーカは、前記レーザ光の光軸から外れた位置に位置された、請求項１に記載の超音波発生装置。
9. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
   前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
   複数のスピーカと、
   反射部材と、
   を備え、
   前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置され、
   前記複数のスピーカは、それぞれが前記複数の超音波振動子を有し前記第一の合成波を出射し、
   前記反射部材は、レーザ光を対象物の計測部位に照射する振動計測装置の前記レーザ光の出射側とは反対側で前記振動計測装置に面し前記第一の合成波を前記計測部位に向けて反射する凹状の反射面、を有し、
   前記複数のスピーカは、前記レーザ光の光軸から外れた位置に位置された、超音波発生装置。
10. 前記駆動部は、前記第一の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第二の超音波振動子に入力する前記駆動信号を遅延させることにより、前記位相を異ならせ、
    前記第二の超音波振動子は、当該第二の超音波振動子に入力される前記駆動信号の、前記第一の超音波振動子に入力される前記駆動信号に対する遅延量が大きいほど、前記正面方向の前方に位置された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波発生装置。
11. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
    前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
    を備え、
    前記第二の超音波振動子は、前記第一の超音波振動子の正面方向で前記第一の超音波振動子よりも前方の位置であって、前記第一の超音波振動子および前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される第一の合成波の合成波面の進行方向が前記正面方向に沿う位置に、位置され、
    前記駆動部は、前記第一の超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記第二の超音波振動子に入力する前記駆動信号を遅延させることにより、前記位相を異ならせ、
    前記第二の超音波振動子は、当該第二の超音波振動子に入力される前記駆動信号の、前記第一の超音波振動子に入力される前記駆動信号に対する遅延量が大きいほど、前記正面方向の前方に位置された、超音波発生装置。
12. それぞれが超音波を発生させる複数の超音波振動子と、
    前記複数の超音波振動子のそれぞれに対して前記超音波を発生させる駆動信号を入力し、かつ、前記複数の超音波振動子のうち第一の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号に対して、前記複数の超音波振動子のうち第二の前記超音波振動子に入力する前記駆動信号の位相を異ならせる駆動部と、
    前記第一の超音波振動子と前記第二の超音波振動子のそれぞれで発生した前記超音波の合成によって形成される合成波を対象物に向けて反射し、前記対象物上で前記合成波を走査する可動反射部材と、
    を備えた超音波発生装置。

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