JPH0118640B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0118640B2 JPH0118640B2 JP60014283A JP1428385A JPH0118640B2 JP H0118640 B2 JPH0118640 B2 JP H0118640B2 JP 60014283 A JP60014283 A JP 60014283A JP 1428385 A JP1428385 A JP 1428385A JP H0118640 B2 JPH0118640 B2 JP H0118640B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- electrode
- polarization
- ultrasonic
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は超音波を用いて被測定体内部の構造・
物性を測定する装置の探触子の構成に関する。
物性を測定する装置の探触子の構成に関する。
医用超音波診断装置や超音波顕微鏡など数ＭHz
から数100MHzの超音波を被測定体に送波し、反
射波あるいは透過波を受波して、その内部を詳細
に調べる装置が、最近著しく進展しつつある。従
来まで、これらの装置に用いられている電気音響
変換器すなわち探触子は、圧電体の厚み伸縮振動
を利用する方式であるため、使用周波数に対し圧
電体の製法に基づく制約が課せられていた。すな
わち、厚み方向の音速をｖ（ｍ／ｓ）、圧電体の厚
みをｔ（ｍ）とすると、基本共振周波数0（Hz）は
次式で表わされる。
から数100MHzの超音波を被測定体に送波し、反
射波あるいは透過波を受波して、その内部を詳細
に調べる装置が、最近著しく進展しつつある。従
来まで、これらの装置に用いられている電気音響
変換器すなわち探触子は、圧電体の厚み伸縮振動
を利用する方式であるため、使用周波数に対し圧
電体の製法に基づく制約が課せられていた。すな
わち、厚み方向の音速をｖ（ｍ／ｓ）、圧電体の厚
みをｔ（ｍ）とすると、基本共振周波数0（Hz）は
次式で表わされる。
0＝ｖ／（2t）
医用診断装置に於ては通常セラミツクスが用い
られており、その厚みを200μm程度以下にするこ
とは難かしいため、0は高々10MHzである。
られており、その厚みを200μm程度以下にするこ
とは難かしいため、0は高々10MHzである。
ただし、ｖ＝4000m／ｓとしている。しかし、
内視鏡用あるいは眼科用として更に高周波化し、
高分解能で診断したいという要望は強く、その改
善が望まれていた。一方、超音波顕微鏡に於て
は、前者とは逆に、ZnOなどの電圧半導体をスパ
ツタリングによりサフアイアなどで出来たレンズ
母体に成長させるため、極めて薄いものしか出来
ず、共振周波数も100MHz程度より高い領域で用
いられているにすぎなかつた。しかし、10MHz〜
200MHz程度の超音波を用いれば、超音波伝播媒
体での減衰をはじめ、試料内部での減衰を軽減さ
せることができるため、生物試料など分解能をあ
まり必要としない分野での幅広い応用が期待でき
る。
内視鏡用あるいは眼科用として更に高周波化し、
高分解能で診断したいという要望は強く、その改
善が望まれていた。一方、超音波顕微鏡に於て
は、前者とは逆に、ZnOなどの電圧半導体をスパ
ツタリングによりサフアイアなどで出来たレンズ
母体に成長させるため、極めて薄いものしか出来
ず、共振周波数も100MHz程度より高い領域で用
いられているにすぎなかつた。しかし、10MHz〜
200MHz程度の超音波を用いれば、超音波伝播媒
体での減衰をはじめ、試料内部での減衰を軽減さ
せることができるため、生物試料など分解能をあ
まり必要としない分野での幅広い応用が期待でき
る。
さらに従来、フレネル・ゾーンプレートを用い
て超音波を集束する振動子も知られているがフレ
ネルパターンに応じた多重同心円に振動子を分離
加工するのは非常に手間がかかる。一方単一の圧
電体に設ける電極のみを多重同心円に分離した構
造では各電極を形成する電界の回り込みにより電
極間の分離領域の圧電体もかなりの振巾で振動す
るため明確なフレネルパターン状の振動とはなら
ず、したがつて焦点に強く集束した音波ビームが
得られない欠点を有している。
て超音波を集束する振動子も知られているがフレ
ネルパターンに応じた多重同心円に振動子を分離
加工するのは非常に手間がかかる。一方単一の圧
電体に設ける電極のみを多重同心円に分離した構
造では各電極を形成する電界の回り込みにより電
極間の分離領域の圧電体もかなりの振巾で振動す
るため明確なフレネルパターン状の振動とはなら
ず、したがつて焦点に強く集束した音波ビームが
得られない欠点を有している。
本発明はこれらの点を鑑みてなされたもので、
その目的は10MHzから数100MHz程度の超音波帯
で利用でき、かつ不要超音波の発生を抑制してフ
レネル・ゾーンプレートで強く集束した音波ビー
ムを得ることができる高性能探触子を提供するこ
とにある。
その目的は10MHzから数100MHz程度の超音波帯
で利用でき、かつ不要超音波の発生を抑制してフ
レネル・ゾーンプレートで強く集束した音波ビー
ムを得ることができる高性能探触子を提供するこ
とにある。
ここで、本発明の探触子の基本動作について述
べる。第１図はセラミツクスと、一例としてその
上に形成されたインターデイジタル形電極の断面
を示す。リード線１，２はセラミツクス３上の電
極４に交互に接続されている。このセラミツクス
は、通常の表面弾性波素子とは異なり、リード線
１，２間に電圧を印加して分極されるため、分極
の程度は電極下で最も強く、電極から離れるに従
い次第に弱くなつている。その方向は矢印で示す
向きとなる。このようにして一度分極されたセラ
ミツクスに、今度は超音波励振用の電圧をリード
線１，２間に印加すると、電極下の領域に対して
は、分極の向きと印加電圧の向きが一致するため
全て同位相で伸縮し、厚み方向に縦振動が生じ
る。しかし、電極間の領域に対しては、分極の向
きが交互に逆向きになるため、横方向振動は互い
に打消し極めて小さくなる。以上の理由により、
厚み縦振動が主として発生することが分かる。こ
の場合分極された領域は厚み方向に明確な境界を
有するわけではないので非共振特性を示す。従つ
て、使用周波数とは無関係に圧電体の厚さを厚く
することができる。さらに、多重円のフレネルパ
ターン状に電極を形成し、上記したインターデイ
ジタル形電極と同様に分極に利用してフレネル・
ゾーンプレートを形成すれば、電極間の領域では
厚み振動が生じず、電極領域のみのフレネル・パ
ターンに対応した部分の音圧が明確に現れ、集束
点に強く集束した音波ビームが形成できる。
べる。第１図はセラミツクスと、一例としてその
上に形成されたインターデイジタル形電極の断面
を示す。リード線１，２はセラミツクス３上の電
極４に交互に接続されている。このセラミツクス
は、通常の表面弾性波素子とは異なり、リード線
１，２間に電圧を印加して分極されるため、分極
の程度は電極下で最も強く、電極から離れるに従
い次第に弱くなつている。その方向は矢印で示す
向きとなる。このようにして一度分極されたセラ
ミツクスに、今度は超音波励振用の電圧をリード
線１，２間に印加すると、電極下の領域に対して
は、分極の向きと印加電圧の向きが一致するため
全て同位相で伸縮し、厚み方向に縦振動が生じ
る。しかし、電極間の領域に対しては、分極の向
きが交互に逆向きになるため、横方向振動は互い
に打消し極めて小さくなる。以上の理由により、
厚み縦振動が主として発生することが分かる。こ
の場合分極された領域は厚み方向に明確な境界を
有するわけではないので非共振特性を示す。従つ
て、使用周波数とは無関係に圧電体の厚さを厚く
することができる。さらに、多重円のフレネルパ
ターン状に電極を形成し、上記したインターデイ
ジタル形電極と同様に分極に利用してフレネル・
ゾーンプレートを形成すれば、電極間の領域では
厚み振動が生じず、電極領域のみのフレネル・パ
ターンに対応した部分の音圧が明確に現れ、集束
点に強く集束した音波ビームが形成できる。
第２図は本発明の一実施例を示し、超音波顕微
鏡用探触子の構造を示す。セラミツクス５上に電
極６を形成し、第１図と同様な分極処理を施して
ある。電極６は超音波伝播媒体７に浸る他、空中
の水蒸気などにさらされるので、AuやNiなどの
耐腐食性金属を蒸着あるいはスパツタリングして
形成する。しかし、電極表面にガラスなどをスパ
ツタリングして保護膜で覆う場合には、Alなど
の金属でもよい。いま、電極６に電圧を印加する
と、発生した超音波は５および７を伝播する。７
を伝播する超音波は被測定体８に到達し、８の情
報を得て反射あるいは透過する。これは有用な超
音波成分であるが、一方５を伝播する超音波は瑞
面９で反射された後再び６に達し、不要信号を発
生するので好ましくない。しかしここで、セラミ
ツクス５の長さＬ（ｍ）を超音波が伝播中に減衰
し、十分に無視できるように選べば不要信号は発
生しないことになる。第３図は粒径1μmのチタン
酸鉛の伝播損失と周波数の関係を示す図である
が、10MHzに於て0.1dB／cmの減衰が得られてお
り、減衰量は周波数のほぼ２乗に比例して増大す
ることが分かる。また、減衰量は粒径の３乗に比
例することが知られているため、例えば粒径5μm
で厚みが２cmのセラミツクスを用いると、10MHz
に於て往復50dBの減衰量を達成でき、端面から
の不要な反射波はほとんど無視することができ
る。セラミツクスの厚み及び種類は必要な減衰量
に応じて選択すればよい。
鏡用探触子の構造を示す。セラミツクス５上に電
極６を形成し、第１図と同様な分極処理を施して
ある。電極６は超音波伝播媒体７に浸る他、空中
の水蒸気などにさらされるので、AuやNiなどの
耐腐食性金属を蒸着あるいはスパツタリングして
形成する。しかし、電極表面にガラスなどをスパ
ツタリングして保護膜で覆う場合には、Alなど
の金属でもよい。いま、電極６に電圧を印加する
と、発生した超音波は５および７を伝播する。７
を伝播する超音波は被測定体８に到達し、８の情
報を得て反射あるいは透過する。これは有用な超
音波成分であるが、一方５を伝播する超音波は瑞
面９で反射された後再び６に達し、不要信号を発
生するので好ましくない。しかしここで、セラミ
ツクス５の長さＬ（ｍ）を超音波が伝播中に減衰
し、十分に無視できるように選べば不要信号は発
生しないことになる。第３図は粒径1μmのチタン
酸鉛の伝播損失と周波数の関係を示す図である
が、10MHzに於て0.1dB／cmの減衰が得られてお
り、減衰量は周波数のほぼ２乗に比例して増大す
ることが分かる。また、減衰量は粒径の３乗に比
例することが知られているため、例えば粒径5μm
で厚みが２cmのセラミツクスを用いると、10MHz
に於て往復50dBの減衰量を達成でき、端面から
の不要な反射波はほとんど無視することができ
る。セラミツクスの厚み及び種類は必要な減衰量
に応じて選択すればよい。
なお第２図中点線は超音波の伝播領域を示す。
第４図ａは実施例の電極パターンを示し、第２
図に示した構成例の電極としてフレネル・ゾーン
プレートを用い超音波を集束するものである。
図に示した構成例の電極としてフレネル・ゾーン
プレートを用い超音波を集束するものである。
第４図ｂは分極の理想的な強度分布を表わす
が、実際には第４図ｃのように２値化して分極す
ればよい。
が、実際には第４図ｃのように２値化して分極す
ればよい。
なお第４図ｂの分極強度分布T0（ｘ）は
T0（ｘ）＝Ｃ＋Acos（kx2／Z0）
で表わされる。ただし、Ｃは直流分であり、ｋは
波数、Z0は焦点までの距離を表わす。従つて、第
４図ａに示すｎ番目の環の幅Δとして次式のよう
に選べばよい。
波数、Z0は焦点までの距離を表わす。従つて、第
４図ａに示すｎ番目の環の幅Δとして次式のよう
に選べばよい。
なお、ここに示す電極は端部になるにつれて電
極間隔が狭くなるので、隣接する環ごとに分極す
る必要がある。
極間隔が狭くなるので、隣接する環ごとに分極す
る必要がある。
第５図は本発明の他の実施例を示し、セラミツ
クス２２上に、複数個の電極２３を並置したもの
である。電極の形状としては第４図ａに示すもの
を用いることができる。このように複数個の電極
を形成した探触子を用いれば、短時間に多くの領
域からの情報を得ることができるので、測定速度
を高めることができる。
クス２２上に、複数個の電極２３を並置したもの
である。電極の形状としては第４図ａに示すもの
を用いることができる。このように複数個の電極
を形成した探触子を用いれば、短時間に多くの領
域からの情報を得ることができるので、測定速度
を高めることができる。
以上のように、本発明によりフレネル・パター
ンの分極強度分布をもつ振動子が容易に得られ、
電極間の領域からの音波の送出は非常に少なく、
よつて焦点に強く集束する音波ビームを発するフ
レネル・ゾーンプレートを得ることができる。
ンの分極強度分布をもつ振動子が容易に得られ、
電極間の領域からの音波の送出は非常に少なく、
よつて焦点に強く集束する音波ビームを発するフ
レネル・ゾーンプレートを得ることができる。
第１図は本発明に用いたセラミツクスの動作を
説明するための図、第２図は本発明の実施例を示
す図、第３図は減衰量と周波数の関係を示す図、
第４図ａは電極の形状を示す図、第４図ｂ及び第
４図ｃはそれぞれ分極強度を示す図、第５図は本
発明の他の実施例を示す図である。
説明するための図、第２図は本発明の実施例を示
す図、第３図は減衰量と周波数の関係を示す図、
第４図ａは電極の形状を示す図、第４図ｂ及び第
４図ｃはそれぞれ分極強度を示す図、第５図は本
発明の他の実施例を示す図である。
Claims (1)
- １ フレネル・ゾーンプレート状に分割された多
重同心円状の電極が表面に設けられた圧電体を有
し、該圧電体の上記表面近くが上記多重同心円状
の電極の隣接する環ごとに電圧を印加して交互の
向きに分極されてなることを特徴とする超音波探
触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1428385A JPS60197099A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1428385A JPS60197099A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60197099A JPS60197099A (ja) | 1985-10-05 |
| JPH0118640B2 true JPH0118640B2 (ja) | 1989-04-06 |
Family
ID=11856761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1428385A Granted JPS60197099A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60197099A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5708444B2 (ja) * | 2011-10-31 | 2015-04-30 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電デバイスおよび超音波探触子並びに圧電デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821991B2 (ja) * | 1977-03-24 | 1983-05-06 | 戸田 耕司 | 超音波発生方法 |
| JPS545823U (ja) * | 1977-06-15 | 1979-01-16 |
-
1985
- 1985-01-30 JP JP1428385A patent/JPS60197099A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60197099A (ja) | 1985-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2745147B2 (ja) | 圧電変換素子 | |
| Gallego-Juarez | Piezoelectric ceramics and ultrasonic transducers | |
| US5706820A (en) | Ultrasonic transducer with reduced elevation sidelobes and method for the manufacture thereof | |
| CN104646260B (zh) | 超声波探头 | |
| JP5391241B2 (ja) | 超音波探触子および超音波撮像装置 | |
| Wong et al. | Development of a 20-MHz wide-bandwidth PMN-PT single crystal phased-array ultrasound transducer | |
| JPH0715799A (ja) | サイドローブを減少した超音波トランスジューサ及びその製造方法 | |
| JPH07121158B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS5822915B2 (ja) | 超音波トランスデュ−サ | |
| JP5179836B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0118640B2 (ja) | ||
| JPH03270282A (ja) | 複合圧電体 | |
| JPS5822978A (ja) | 超音波装置 | |
| Eiras et al. | Vibration modes in ultrasonic Bessel transducer | |
| JPH03274899A (ja) | 超音波変換器 | |
| Chilibon | Ultrasound transducer for medical therapy | |
| JPH0440099A (ja) | 超音波探触子 | |
| Snook et al. | High-frequency transducers for medical ultrasonic imaging | |
| JPH02251754A (ja) | 焦点探触子 | |
| RU2070840C1 (ru) | Ультразвуковой преобразователь | |
| Olbrish et al. | Physical apodization of ultrasonic arrays | |
| Snook et al. | Design of a high frequency annular array for medical ultrasound | |
| JPS60198453A (ja) | 超音波探触子 | |
| JP2754648B2 (ja) | 超音波トランスデューサ及び該トランスデューサを用いた音響撮像装置 | |
| SU853529A1 (ru) | Ультразвуковой преобразователь |