JPH01101455A

JPH01101455A - 超音波顕微鏡用トランスジューサ

Info

Publication number: JPH01101455A
Application number: JP62260182A
Authority: JP
Inventors: Koji Daito; 弘二大東; Kiyoto Koyama; 清人小山; Toshiaki Miyamoto; 年昭宮本; Yuichi Maita; 雄一舞田
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産泉上立豆亙光互本発明は、高周波で、広い周波数帯域で動作し、かつ高
いＳ／Ｎ比を有する圧電性高分子薄膜を用いた超音波顕
微鏡用トランスジューサに関するものである。

脆」Ｉ【胤最近、高周波超音波技術の進歩に伴って、物体の表面や
物体の内部の微細な構造、欠陥あるいは粘弾性などの物
性を音響的に検出して、、映像化する超音波顕微鏡が実
用に供せられるに至っている。

この目的の超音波顕微鏡用トランスジューサは、（ｉ）
送受感度が高い、（…）音波の集束性が良い、（ｉｎ）
広帯域で動作する（パルス応答性が良い）、（汁）高い
Ｓ／Ｎ比を持つ（ダイナミックレンジが広い）、（ｖ）
大きい開口角を持つ、などの特性を持つことが必要であ
り、また、超音波顕微鏡においては数１０ＭＨｚから１
００１００Ｏの範囲の周波数が最も良く用いられている
。

また、従来から用いられてきた超音波顕微鏡用トランス
ジューサは、第３図に示すように柱状の音響レンズｌは
音響放射面１ａを凹面に形成し、また背面１ｂを平面に
加工し、この音響レンズ１の背面１ｂにスパッタリング
で無機圧電体薄膜２が被着形成されて構成されている。

この音響レンズｌには主としてサアフィア単結晶が用い
られ、また無機圧電体薄膜２には、ＺｎＯが用いられて
いる。さらに、音響レンズｌと音波伝播媒体（カップリ
ング液体）との音響整合をとるために、通常音響レンズ
１の凹面の音響放射面１ａに音響整合層３が設けられて
いる。

■が　　しようとするロ　占従来から用いられているこのタイプの超音波顕微鏡用ト
ランスジューサは、ＺｎＯの圧電体薄膜２の形成に多大
の時間とコストを要するばかりでなく、次の欠点があっ
た。

（１）音響レンズｌ内で長波が拡散し、また横波が発生
するので、これらがノイズの原因となり。

Ｓ／Ｎ比を低下させる。

（２）音響整合層３のために動作周波数帯域が狭くなり
、短パルスの必要な用途や、広い周波数が必要な音響物
性の測定（超音波スペクトロスコピー）の用途には用い
ることができない（時間分解能の低下、）。

（３）音響レンズ１の音響放射面１ａで音波が強く多重
反射するので、この信号と被検査体からの反射信号が重
畳し、大きいダイナミックレンジが得られない。

（４）球面収差のために空間分解能が低い。

（５）平面状の圧電体薄膜２からの平面波は音響放射面
１ａの周辺部分で入射角が小さくなるので、反射が大と
なり、カップリング液体へ伝達されない。このため、音
響レンズｌの実効開口径が小さくなるばかりでなく、音
響放射面１ａの近傍の液体中での音波強度が不均一にな
る（分解能が低下する。また、Ｖ　（Ｚ）曲線の定量的
評価に支障をもたらす）という欠点があった。

このような欠点を解消するために、本発明者らは、凹面
状に形成された電極上に圧電性高分子薄膜を直接塗布す
ることにより形成された超音波顕微鏡用トランスジュー
サを提案した（実開昭５４−１００８３号公報参照）。

この超音波顕微鏡用トランスジューサは、圧電性高分子
薄膜を、凹面状に加工した金属電極上に塗布形成してい
る。従って、このタイプの超音波顕微鏡用トランスジュ
ーサでは、前述の音響レンズを用いたトランスジューサ
の欠点を多く解決するが、しかし、１つのトランスジュ
ーサで使用できる周波数範囲が未だ狭く、また金属の凹
面の収差のない鏡面加工にコストがかかるという開運が
あった。

間　へを　　するための本発明は、上記問題点を解決するために、プラスチック
材料からなり、端部に凹面部を形成した基体と、該基体
の少なくとも前記凹面部に形成した背面電極と、この背
面電極の表面に被着された圧電性高分子薄膜と、該圧電
性高分子薄膜を覆うように形成した表面電極とからなる
ことを特徴とする。

止■ 本発明によれば、薄膜電極が被着された高分子基体上に
直接圧電性高分子薄膜を塗布することにより、高周波で
、広い周波数帯域で動作し、かつ高いＳ／Ｎ比を有する
。

叉凰餌第１図は、本発明の１実施例の超音波顕微鏡用トランス
ジューサの断面図で、一端が凹面４ａに影形成された基
体４はエポキシ樹脂からなる。この基体４は一端を鏡面
に研磨された凹面を有するサファイアロンドを原型とし
て、シリコンゴムで鋳型を作成し、この鋳型にエポキシ
樹脂を流し込んで重合固化させて作成したものである。

基体４の直径としては１例えば１．５議■で、また凹面
部の半径は例えば１■醜である。この基体４の全表面は
無電解メツキにより銅の薄膜電極５が被着されている。

この基体４は金属円筒６の中に絶縁体（ベークライト）
７とともに同軸状に収納されている。そして、凹面４ａ
及びその周囲に回転塗布法でＤＭＦ溶液から厚さが５ｐ
ｍ（Ｆ）Ｐ　　（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）　　（ＶＤＦ７５
ｍｏ１％）の圧電性高分子薄膜８が形成され、さらに、
この圧電性高分子薄膜８の上にスパッタ法で金（Ａ　ｕ
　）の薄膜電極９が形成されている。Ｐ（ＶＤＦ−Ｔｒ
ＦＥ）の圧電性高分子薄膜８はポーリングに先立って、
１５０℃で１時間の熱処理を行い、結晶を成長させた後
、電極端子１０．１１の間に電圧を加えることによりポ
ーリングされた。

このように構成された本実施例の超音波顕微鏡用トラン
スジューサを、水をカップリング液体としてバースト駆
動し、金属板をターゲットとするパルスエコー法により
測定すると、本実施例の超音波顕微鏡用トランスジュー
サの挿入損失の周波数特性は第２図の曲線Ａで示すよう
になる（水の吸収による損失は除いである）。第２図の
曲線Ａで分かるように、約２００ＭＨｚの動作中心周波
数を持ち、１０ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの広い周波
数帯域で動作が可能であった。また、中心周波数におけ
るＳ／Ｎ比は４５ｄＢであった。

なお、基体４のプラスチック材料は成形加工できる高分
子材料であれば、いずれでもよく、単一の組成の高分子
のみならず、共重合体、ブレンド重合体、あるいは無機
物との混合体等も含まれる。

また圧電性高分子薄膜８には、ポリフッ化ビニリデン（
ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共
重合体（Ｐ　（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））。

フッ化ビニリデンと四フッ化エチレンの共重合体（Ｐ　
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ））、あるいはシアノビニリデンと
ビニルアセテートとの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ−ＶＡ）
）など、ポーリングにより圧電性が付与される高分子が
用いられる。特に、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）とＰ　（Ｖ
　Ｄ　Ｆ　−Ｔ　ｅ　Ｆ　Ｅ　）、Ｐ　（ＶＤＣＮ−Ｖ
Ａ）はその溶液を凹面４ａ（７）薄膜電極５の上に直接
部布することにより薄膜化し、これをポーリングして圧
電性高分子薄膜８を作成し得るので、特に好ましく用い
られる。

比較例１第２図の曲線Ｂは前述の第３図の超音波顕微鏡用トラン
スジューサの挿入損失の周波数特性である。曲線ＡとＢ
の比較から明らかなように１本発明の超音波顕微鏡用ト
ランスジューサは従来の超音波顕微鏡用トランスジュー
サと比較して動作周波数帯域が約２倍程度広く、またＳ
−Ｎ比も従来例（３５ｄＢ）より１０ｄＢ高い。

現絞涯１本発明の実施例のプラスチックの基体４と同一形状と大
きさを持つ基体を銅で作成し、これに実施例と同様にＰ
　（Ｖ　Ｄ　Ｆ　−Ｔ　ｒ　Ｆ　Ｅ　）の薄膜（約３ａ
ｍ）を塗布して超音波顕微鏡用トランスジューサを構成
した。その挿入損失の周波数特性を、第２図の曲線Ｃで
示すと、帯域幅は前述の従来例より広いが、本発明の実
施例の超音波顕微鏡用トランスジューサより狭かった。

このように１本発明の実施例と従来例及び比較例で示さ
れるように、本発明の超音波顕微鏡用トランスジューサ
は広帯域、高Ｓ／Ｎ比を持ち、広い周波数範囲の超音波
顕微鏡や超音波スペクトロスコピーなどに用いることが
でき、きわめて有用である。また、パルス応答特性が優
れているので、時間分解能が高く、従って距離分解能に
優れている。

また、本発明の超音波顕微鏡用トランスジューサは、基
体がプラスチック材料で構成されているため、加工がき
わめて容易であり、精密に加工された鋳型を用いて、射
出成型法、モノマーからの重合法、硬化剤による架橋法
などによって、ばらつきのない精度の基体４を作成すめ
ことができる。

また、電極５の形成には、実施例で示した無電解メツキ
の他に、導電性塗料の焼付法、真空蒸着法。

スパッタ法などが適用できる。さらに、導電性の微粒子
（カーボン微粒子、炭素繊維などと混合することにより
、基体４自体を導電性にすることができ、電極の形成を
省略することができる。

なお、本発明には、基体１の材料に可撓性のあるシリコ
ンなどのプラスチック材料も一般に用いることができる
が、この場合、可撓性のある超音波トランスジューサが
できるので、体内に導入して、超音波による体内の情報
を得るためのカテーテル型超音波トランスジューサに適
用することができる。

また、本発明の実施例では、基体４の端面ば凹面状に形
成されたが、基体４の形状は目的に応じて成型されるこ
とは当然である１例えば、Ｖ　（Ｚ）曲線の測定のため
には、１つの軸上に音波を集束したトランスジューサが
必要であり、このためには、凹面円筒型に酸形成された
基体を用いる。また、透過型超音波顕微鏡用トランスジ
ューサには平面型の基体を用いる。

」ｌ１例」Ｌ艮以上の説明から明らかなように、本発明は、薄膜電極が
被着された高分子基体上に直接圧電性高分子薄膜を塗布
することにより、高周波で、広い周波数帯域で動作し、
かつ高いＳ／Ｎ比を有するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の超音波顕微鏡用トランスジ
ューサの断面図、第２図は本発明、従来例及び比較例の
超音波顕微鏡用トランスジューサの挿入損失の周波数特
性を示した図、第３図は従来例の超音波顕微鏡用トラン
スジューサの断面図□　　　である。４・・・基体、５・・・薄膜電極、６・・・金属円筒、
７・・・絶縁体、８・・・圧電性高分子薄膜、９．１０
・・・電極端子。特許出願人　本多電子株式会社（他１名）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラスチック材料からなり、端部に凹面部を形成
した基体と、該基体の少なくとも前記凹面部に形成した
背面電極と、この背面電極の表面に被着された圧電性高
分子薄膜と、該圧電性高分子薄膜を覆うように形成した
表面電極とからなる超音波顕微鏡用トランスジューサ。
（２）前記圧電性高分子薄膜を溶液の塗布によって形成
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音
波顕微鏡用トランスジューサ。