JPH02109411A - 音波遅延線 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は電気信号のための音波遅延線に関する。

［従来の技術］ モノリシックの圧電セラミック基板上に二つの電気音響
変換器が電極構造として相互に走行時間路を形成する距
離を置いて設けられているようになっている前記の種類
の遅延線は、アイトリプルイー（ＩＥＥＥ）超音波シン
ポジウム、１９８６年、第３１５〜３１９ページに記載
されている。その遅延線においては圧電セラミック板の
両面上に対称な電極構造が電気音響変換器として設けら
れている。圧電セラミック板はその厚さの方向に分極さ
れているので、変換器によりｆ５Ｑ次の対称なラム波が
発生させられる。信号帯域幅が大きい場合にはラム波の
分散的な伝送特性が不利に作用する。すなわちラム波の
音速が周波数に関係する。

更にそれぞれの周波数域において種々の伝播特性を有す
る複数のラム波モードが存在する。従って基本モードを
選択的に励振するためには、完全に定められた公差の無
い電極構造が必要である。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、１ないしｌＯＭＨｚの周波数域の電
気信号を広帯域にかつできるだけ少ない伝送損失により
ひずみ無くかつ狭い走行時間公差により遅延させるよう
な音波遅延線を提供することである。その際遅延値が大
であってもデノくイス寸法を小さく保とうとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、変換器の電極構造が合同
に基板の両面上に設けられ、基板の厚さが基板の中を伝
送しようとする最高周波数の波長以下であり、基板の中
の電極構造に電圧を印加する場合に生じる等電位線に対
しほぼ平行に基板が分極されているこ上により解決され
る。

またこの課題はこの発明に基づき、変換器の電極構造が
基板の片面上だけに設けられ、基板の厚さが基板の中を
伝送しようとする最高周波数の半波艮以下であり、基板
の中の電極構造に電圧を印加する場合に生じる等電位線
に対しほぼ平行に基板が分極されているこ上によっても
解決される。

基板の選択された厚さに関連して前記の分極方向により
、遅延線の中には基本モードの板せん断波だけが生じる
。

表面波デバイスに比べて板せん断波を有するデバイスは
、例えば工ないし１０ＭＨｚの低い周波数の場合にも使
用できるので有利である。その際圧電セラミックの良好
な電気・機械的な結合により挿入損失が少なく、大きい
相対的帯域幅が可能となる。

バルク波と端面に設けられた変換器上により作動するパ
ル（ＰＡＬ　）式及びセカム（ＳＥＣＡＭ　）式の復号
器の場合の走査線遅延のための遅延線に比べて、ここで
は干渉信号（トリプルトランジットエコー）が−層良好
に抑制される。更に交差指形変換器により作動する遅延
線を経済的に大量に製造できる。

純粋に電気的な遅延線に比べて音波遅延線の場合には発
生するひずみが少ない、更に少ない出費で大きい遅延時
間と著しく小さい走行時間公差、例えば２０１Ｌｓの目
標走行時間の場合に±Ｉｏｎｓ又は０．１％の公差が実
現できる。

複数の電極構造を相前後して音波の伝播方向に基板上に
配置することができる。これらの電極構造により一つの
遅延線上で信号を種々の値をもたせて遅延させることが
可能となる。

また、基板が音波の波面に平行な境界を有しないように
することもできる。それにより基板縁での反射に基づく
干渉信号が抑制される。干渉信号（トリプルトランジッ
トエコー）の抑制のための別の手段は、両変換器を相互
に平行にならないように並べるこ上によって実現される
。

また、干渉反射の減衰のために変換器と走行時ｆｆｆｌ
路との外側に基板上に吸収体を有するようにすることも
できる。吸収体は音ダンパ層を備えるか又は電気抵抗層
を備えるこ、ともできる、電気抵抗層は常に音波と共に
発生する電界のエネルギーを熱エネルギーに変換する。

変換器の間の容量的結合を防止するために、接地電極を
両変換器の間に設置することができる。

正確な走行時間調整のために走行時間路上に減極領域を
設けることもできる。この償球の幅は走行時間を変化さ
せる。なぜならば減極領域の中の音速は一般的に分極基
板の中の音速より１０ないし２０％低いからである。

［実施例］ 次にこの発明に基づく音波遅延線の複数の実施例を示す
図面により、この発明の詳細な説明する。

第１図に示す遅延線２は１例えばジルコン酸チタン酸鉛
（ＰＺＴセラミック）のような圧電セラミック材料から
構成されている。モノリシックの基板４上には間隔りを
鐙いて二つの電気音響変換器６，８が配置されている。

変換器６．８はそれぞれ、電極１０．１２から成る片面
の交差指形電極構造により圧電セラミック基板４の電極
下に存在する範囲と共に形成される。電極構造はホトリ
ゾグラフィにより設けられるのが有利である。変換器の
構造は要求に関係する。要求される帯域幅、挿入損失及
び干渉信号抑制に応じて、変換器の指の数が変わるか、
又は隙間重みづけないし分割指の有り又は無しの変換器
６．８が用いられる。

第１図に示す遅延！ｉｉ２と異なって、第２図に示す遅
延線２の場合には変換器６，８が、電極１０．１２を有
する両面の合同な交差指形電極構造により圧電セラミッ
ク基板４の電極下に存在する範囲と共に形成されている
。向かい合う面上にある電極１０．１２はそれぞれ電気
的に相互に結合されているので、向かい合う面上にある
電極１０．１２は電圧を印加した場合にそれぞれ同じ電
位を有する。

以下の説明は第１図ばかりでなく第２図にも関係する。

圧電セラミック基板４は電極１０．１２の指に平行に分
極されている。換言すれば基板は、変換３６又は８の電
極構造に電圧を印加した場合に基板４の中に生じる等電
位線に対しほぼ平行に分極されている。ここでほぼ平行
とは分極の成分が等電位線の方向において卓越している
という意味である。このことは矢印１３により示されて
いる。電極１０．１２により発生させられる電界に関し
て分極をこのように特別に方向づけるこ上により、基板
４の中には水平な板せん新油が生じる。基板の厚さ又は
板厚ｄは、有効周波数域において第０次の水平に偏向さ
れだせん新油だけを発生することができるように寸法を
選ばれている。高次のモードを阻止するために圧電セラ
ミック基板の厚さｄに対して、第１図に示す片面の変換
器構造の場合には次式 ％式％ が、また第２図に示す両面の合同な変換器構造の場合に
は次式 ％式％ が満足されなければならない、ここでＣ３はせん新液速
度であり、ｆ、は上限周波数である。圧電セラミック基
板４の厚さｄはＩＯＭＨ２の上限周波数ｆ、の場合に約
１００ないし２００　ＪＬｍである。かかる基板４は非
常に割れやすい、取り扱いを改善するために、機能を損
なうことなく基板を十分に弾性的な接着剤を用いて安定
した支持体上に接着することができる（図示されていな
い）。

第０次の板せん新油の特別の長所は、この波が分散を有
せず、従ってその音速が周波数に無関係であるというこ
上に示される。従って電気信号の広帯域のひずみのない
遅延が可能である。

変換器６は例えばその電極１０．１２に電気信号を印加
した後に音のせん新油を基板４の中に発生させる。音波
は距離Ｌにわたって基板４の中を変換器６から変換器８
へ走る。基板４のこの範囲は走行時間路又は遅延路１４
を形成する。同じく反対方向に変換器６から放射された
波は吸収体又は音のサンプ１６により吸収される。変換
器８は打ち当たった音波を再び電気信号に変換し、この
信号は変換器６での信号に対し距ｌ１ｌＬにわたる音波
の走行時間に応じて時間ｔだけ遅延させられている。変
換器８の後方に配置された別の吸収体又はサンプ１６は
更に先に走る音波を減衰する。

丙サンプ１６により基板４の縁での反射（縁エコー）が
抑制される。送信変換器としての変換器６と受信変換器
としての変換器８とのここに述べた割り当ては随意的な
ものである。この割り当ては機能の説明のために選択さ
れたにすぎない、変換器６．８を同様に逆にそれぞれ受
信変換器及び送信変換器と決めることができる。

吸収体又はサンプ１６は導電性抵抗材料の層から成り、
その面積抵抗は常に音波と共に発生する電界の最善の減
衰が行われるように適合される。

加えるに又は変形案として音響的吸収体により減衰する
ことができる。そのために適当な機械的制振質量が注型
法で又はスクリーン印刷法により基板４の表面上に塗布
される。

圧電セラミック材料の中の音波の伝播速度は電磁波の伝
播速度より著しく小さいので１両変換器６．８の距離り
により電気信号の相応の長さの遅延が小さいデバイス寸
法により達成される。特にせん新液速度はラム波速度の
約半分の大きさにすぎない、従って遅延時間が長い場合
であってもデバイス寸法が小さくなる０例えば２０４ｓ
の遅延時間を有する遅延線は約５０ｍｍの長さを有する
。

音伝播波面に対し平行に遅延路１４上には柱状の減極領
域１８が作られている。この領域は基板４又はデバイス
の全幅２０にわたって延びている。

この領域１８は走行時間ｔの正確な調整に役立つ、走行
時間ｔは減極領域１８により延長することしかできない
ので、走行時間路１４の寸法選定の際には必要な修正の
余地をＬの相応の短縮により準備しなければならない、
要求される遅延時間ｔの正確な調節は、第１図に破線で
示すように複数の減極領域１８を並べるこ上により行わ
れる。

調整により例えば０．１％の公差を有する高精度の遅延
線を製造することができる。

第３図は、信号を異なる遅延時間をもたせて取り出すこ
とができるような１片面の変換器構造を有する遅延線を
示す、符号は第１図と同様に選ばれている。第１図に示
された実施例に加えて、音伝播方向に対して変換器８の
後方に別の変換器８１　が設けられている。変換器６と
変換器８Ｔ　との間の全走行時間路は部分走行路１４と
１４’　　とを備える。複数の信号を種々の遅延をもた
せて取り出すことができるようにするために、別の変換
器６．８．８′を音伝播方向に基板上に配置することが
できる（ここには図示されていない）。

基板４上には変換器６と８との間に走行時間路１４上に
接地電極２２が設けられている。接地電極は変換器６と
８との間の容量的結合を阻止する。接地電極２２に結合
された導電性パッケージ（図示されていなしりが変換器
６，８．８ｒ及び走行時間路１４に密接して配置される
とき、接地電極２２の減結合効果を高めることができる
。

音波面と変換器８上に関して斜めに整列させるこ上によ
り、変換器８と接地電極２２との間の干渉反射がほぼ避
けられる。接地電極２２での反射（多重エコー）がもは
や同位相ではなく異なる位相をもって受信変換器８に当
たるので、電気的な干渉信号の合成振幅はほとんど消滅
する。

接地電極２２が直接に基板４上ではなく小さい間隔（図
示されていない）を置いて変換器６と８の間に配置され
ている場合には、走行時間路１４上での音伝播は影響を
受けない、従ってこの場合には音波面の方向を考慮する
ことなく接地電極２２を並べることができる。

基板４の横縁２４の傾斜は同様に干渉信号の抑制に役立
つ、ここでも反射の後に音波はもはや同位相ではなく異
なる位相で変換器６．８．８ｒ　に当たる、それによっ
ても縁での反射に基づく干渉信号（縁エコー）がほぼ避
けられる。

送信変換器６と受信変換器８との間の干渉信号（トリプ
ルトランジットエコー）を抑制する別の可能性は、受信
変換器８を音伝播波面に対し斜めに並べる（ここには図
示されていない）というこ上にある、この手段によって
も、接地電極２２と横縁２４とを斜めに並べた場合と同
様に１反射された音波がもはや同位相で電極に当たらず
、もはや干渉しない小さい振幅にまで互いに相殺される
。

■ないし１０ＭＨｚの周波数のための２０１ＬＳ以下の
遅延時間を有する音波遅延線は、身体組織の検査のため
に超音波診断装置に使用される。そこではそれぞれ一つ
の遅延線が変換器アレーの一つ又は複数の個々の変換器
に付設されている。

遅延線を用いて超音波ビームが所定の深さで集束される
（線走査）ように、放射された超音波信号と受信された
エコー信号とが遅延させられる。加えるに超音波信号の
傾動を行うことができるので・星形の範囲が走査される
。ａ音波像の中では挿入された遅延に基づく輝度の急変
が見えないようにするために、身体組織の中の超音波ビ
ームの減衰に相応するように、適当な材料組成又は走行
時間路１４，１４１上の表面被膜により圧電セラミック
基板４の走行時間に関係する減衰を選択又は調節するこ
とができる。それで走行時間が同じ場合に、走行時間路
１４上での音波の吸収が身体組織の中での超音波信号の
吸収に等しくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明に基づく音波遅延
線の異なる実施例の斜視図、第３図は更に別の実施例の
平面図である。 ２・・・音波遅延線 ４・・・基板 ６．８，８′・・・電気音響変換器 １４．１４１・・・走行時間路 １６・・・吸収体 １８・・・減極領域 ２２・・・接地電極 ｄ・・・厚さ Ｌ・・・距離 −）代理人井理士冨村 雷４．４−１ ｖ””Ｏ，ｉＩす 〔１巧♀ ＩＧ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）モノリシックの圧電セラミック基板（４）上に二つ
   の電気音響変換器（６、８、８′）が電極構造として相
   互に走行時間路を形成する距離（Ｌ）を置いて設けられ
   ている電気信号のための音波遅延線（２）において、変
   換器（６、８、８′）の電極構造が合同に基板（４）の
   両面上に設けられ、基板（４）の厚さ（ｄ）が基板（４
   ）の中を伝送しようとする最高周波数の波長以下であり
   、基板（４）の中の電極構造に電圧を印加する場合に生
   じる等電位線に対しほぼ平行に基板（４）が 分極されていることを特徴とする音波遅延 線。 ２）モノリシックの圧電セラミック基板（４）上に二つ
   の電気音響変換器（６、８、８′）が電極構造として相
   互に走行時間路を形成する距離（Ｌ）を置いて設けられ
   ている電気信号のための音波遅延線（２）において、変
   換器（６、８、８′）の電極構造が基板（４）の片面上
   だけに設けられ、基板（４）の厚さ（ｄ）が基板（４）
   の中を伝送しようとする最高周波数の半波長以下であり
   、基板（４）の中の電極構造に電圧を印加する場合に生
   じる等電位線に対しほぼ平行に基板（４）が 分極されていることを特徴とする音波遅延 線。 ３）電極構造が交差指構造として基板（４）上に設けら
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載の遅延線
   。 ４）複数の変換器（８、８′）が走行時間路（１４）上
   に配置されていることを特徴と する請求項１ないし３の一つに記載の遅延 線。 ５）基板（４）が音波の波面に平行な境界を有しないこ
   とを特徴とする請求項１ないし４の一つに記載の遅延線
   。 ６）変換器（６、８、８′）が相互に平行にならないよ
   うに並べられていることを特徴と する請求項１ないし５の一つに記載の遅延 線。 ７）　干渉反射の減衰のために吸収体（１６）が変換器
   と走行時間路（１４）との外側に基板（４）上に設けら
   れていることを特徴とする請求項１ないし６の一つに記
   載の遅延線。 ８）　吸収体（１６）が音のダンパ層を備えることを特
   徴とする請求項１ないし７の一つに記載の遅延線。 ９）　吸収体（１６）が適合された導電率を有する電気
   抵抗層を備えることを特徴とする請求項１ないし８の一
   つに記載の遅延線。 １０）　接地電極（２２）が送信変換器（６）と受信変
   換器（８、８′）との間に配置されていることを特徴と
   する請求項１ないし９の一つに記載の遅延線。 １１）　接地電極（２２）が受信変換器（８、８′）に
   対し平行にならないように並べられていることを特徴と
   する請求項１０記載の遅延線。 １２）　接地電極（２２）が直接に基板（４）上に設け
   られていることを特徴とする請求項１０又は１１記載の
   遅延線。 １３）　接地電極（２２）が基板（４）に対し間隔を置
   いて配置されていることを特徴とする請求項１０又は１
   １記載の遅延線。 １４）　走行時間路（１４、１４′）が減極領域（１８
   ）を有することを特徴とする請求項１ないし１３の一つ
   に記載の遅延線。 １５）　身体組織の検査のための超音波診断装置の中に
   、超音波信号の遅延された発信のために及び／又はエコ
   ー信号の遅延された受信のために、それぞれ一つの遅延
   線（２）が変換 器アレーの一つ又は複数の個々の変換器に 付設され、その際遅延が超音波信号の集束 及び／又は傾動をもたらすことを特徴とす る請求項１ないし１４の一つに記載の遅延 線。 １６）　基板（４）上において走行時間路（１４、１４
   ′）上で走行時間が同じ場合に、走行時間路（１４、１
   ４′）上での音波の吸収が身体組織の中での超音波信号
   の吸収に等しいことを特徴とする請求項１５記載の遅延
   線。 １７）　所望の吸収が基板（４）の材料組成により行わ
   れることを特徴とする請求項１６記載の遅延線。 １８）　所望の吸収が走行時間路（１４）上の被膜によ
   り行われることを特徴とする請求項１６記載の遅延線。