JPH04132498A - 超音波センサ装置 - 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〕 本発明は、ハイドロフォン、医用超音波プローブ等の超
音波探触子に用いる超音波センサ装置に関する。

〔従来の技術］ 超音波探触子は、種々の分野で用いられる。例えば、第
３図は、ハイドロフォンの先端部構造を示したものだが
、外套管２１の一部に音響窓２２を形成し外套管２１内
部には音響窓２２に対向するように超音波振動子２３を
設けである。また、超音波振動子２３の背後にはバッキ
ング材２４を設けるとともに、超音波振動子２３の電極
には信号線２５を接続している。このハイドロフォンは
、超音波振動子２３が音響窓２２を介して測定しようと
する音圧を受けると電極間に電位の変化を生しる。この
電位変化を信号線２５を介してハイドロフォンの外部に
取す出して、測定器で観測するようになっている。

第４図は、メカラジアルスキャン方式の医用超音波プロ
ーブの先端部構造を示したものである。

音響的にほぼ透明なテフロン等のシース２６の内部に、
ハウジング２７を設けてあり、該ハウジング２７はコイ
ルシャフト２８を介して回転可能となっている。また、
ハウジング２７の内部にはバッキング材２９、超音波振
動子３０を設けてあり、この超音波振動子３０の電極に
は信号線３１を接続しである。この超音波プローブは、
信号線３１を介して電気パルスの供給を受けると、超音
波ビームをシース２６を透過して外部に放射する。放射
された超音波ビームは、被検対象で反射しエコーが超音
波振動子３０で受信され、電極間に電位変化が生じる。

これを信号線３１を介して外部の超音波観測装置に送信
し、超音波断層像を表示させるのである。なお、この場
合、ハウジング２７を回転させながら上記のごとき超音
波ビームの送受信を行うことにより、所望の超音波断層
像を得るのである。また、超音波の到達距離を伸ばすた
めに、不要振動を吸収するだめのバッキング材２９の容
積を大きく形成し極めて高い電圧を超音波振動子３０に
印加している。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の従来例において、超音波振動子が受ける受信波の
音圧は実際には極めて低い。また、受信信号を送信する
信号線の長さは、外部に引き出すためには最低でも１ｍ
程度を必要とするため送信中に外来雑音の妨害を受けた
り、減衰して受信信号による観測が十分に行えないとい
う不具合があった。

この不具合を解決するため、受信信号増幅用のプリアン
プを超音波振動子の近傍に設けることが考えられる。し
かし、仮にプリアンプを微小なＩＣチップ上に設けるに
しても、ＩＣチップを超音波プローグ等の先端に配設す
るには、ＩＣチップのみならずＩＣを実装するための基
板、ＩＣと超音波振動子を電気的に接続するためのワイ
ヤ等を設ける空間を必要とする。したがって、超音波探
触子の先端部が大きくなってしまい、実用には適しない
という不具合を生じてしまう。

また、特開昭５９−１３７０３９号公報には、送信用ト
ランスデユーサとして電圧セラミックを、受信用トラン
スデユーサとして高分子圧電材料を用いた超音波プロー
ブが記載されている。これは高感度な超音波プローブと
することを目的としたものだが、音波吸収層、支持材等
を設け、超音波探触子としては大型化を避けられない構
成である。

本発明は、上記不具合を解決すべく提案されるもので、
ハイドロフォンや超音波プローブ等の超音波探触子の受
信波形の劣化を抑止するためのプリアンプを、それらの
先端部を大型化することな（設けることのできる超音波
センサ装置を提供することを目的としたものである。

（課題を解決するための手段および作用］本発明は、上
記目的を達成するために、高分子圧電体膜を存する超音
波振動子の受信信号を増幅するためのプリアンプ用ＩＣ
チップ上に超音波振動子を設け、両者を電気的に接続し
た超音波センサ装置としたものである。

このように構成したことにより、ＩＣチップが圧電体の
基板を兼ねることとなり、また電気的接続用の広い空間
を不要としたので超音波探触子の先端部を大型化するこ
となく、受信波形の改善を実現できる。

〔実施例］ 以下、図面に従い本発明の実施例を詳細に説明してゆく
。第１図は、本発明に係る超音波センサ装置の第１実施
例を用いたハイドロフォンの先端部を示したものである
。極めて細い外套管１の外周先端部に音響窓２を形成し
である。この音響窓２に超音波振動子３を対向させ、音
圧を受けるようにしである。先端部の内部には、超音波
センサ装置を構成する超音波振動子３とプリアンプ用ｒ
ｃチップ４を設けてあり、プリアンプ用ＩＣチップ４に
は信号線束５を接続している。超音波振動子３は高分子
圧電体膜を用いて形成され、プリアンプ用ＩＣチップ４
の回路面上４ａに、絶縁体層６を介在させて載置固定し
である。そして、超音波振動子３のアノード電極７はプ
リアンプ用ＩＣチップ７に設けである入力端子９に超音
波圧着等の技術により直接接合し、カソード電極８は、
プリアンプ用ＩＣチップの他方の入力端子１０にワイヤ
ボンディングにより接続している。

このように構成しであるハイドロフオンを動作させるに
は、信号線束５を介してプリアンプ用ＩＣチップ４に電
源を供給し、プリアンプの出力信号を図示していない外
部の測定手段に電送するのである。超音波振動子３が音
響窓２を通して測定しようとする音圧を受けると、電極
７．８の間に音圧に対応した電位変化が生じる。すると
、電位変化は超音波振動子３の直下にあるプリアンプ用
ＩＣチップ４に最短の接続経路で伝送され、増幅される
。受信信号は、プリアンプ用ＩＣチップ４で外来雑音に
影響されないレベルまで増幅された後、信号線束５で外
部に伝送されるので、極めて良好な受信波形を観測でき
ることとなる。

なお、本実施例に係る超音波センサは、超音波振動子の
裏面から出る超音波を吸収するためのバッキング材を設
けていない。つまり、一般に受信信号を乱してしまうの
を防止するため、超音波振動子の裏面にバッキング材を
設けているが、特に圧電体がセラミックス系の場合はバ
ッキング材は、大きな容積を必要とし超音波探触子の小
型化の障害となっている。しかし、本実施例の場合、バ
ッキング材を設けなくともプリアンプ用ＩＣチップ４の
厚さを、測定しようとする超音波の周波数の１７４波長
相当分にしておけばその周波数近傍に超音波振動子３の
共振周波数が現れるので、該周波数の超音波を選択的に
検出できるようになる。つまり、バッキング材の機能を
プリアンプ用ＩＣチップに兼用させることとなっている
。

また、プリアンプ用ＩＣチップ４を設けるにあたり、Ｉ
Ｃチップを実装する基板を用いず、直接超音波振動子３
をプリアンプ用ＩＣチップ４上に直接載置固定して電気
的に接続しているため、゛ハイドロフォンの先端部に新
たに設けられるものは、微小なＩＣチップだけであり先
端部を大型化することはない。

第２図は、本発明に係る超音波センサ装置の第２実施例
を医用超音波プローブに使用した場合の先端部を示した
ものである。この医用超音波センサは、音響的にほぼ透
明なテフロン等のシース１１の先端部内にハウジング１
２を設け、ハウジング１２は柔軟性を有するコイルシャ
フト１３に連結しであるとともにコイルシャフト１３を
介して回転可能にしである。

ハウジング１２は、外周面の一部に窓部１２ａを形成し
その内部には、受信信号を増幅するためのプリアンプ用
ＩＣチップ１４、およびバッキング材１５をプローブ軸
方向に並設し、それらの上に超音波振動子１６．１７を
それぞれ載置固定している。超音波振動子１６．１７は
窓部１２ａに対向し、超音波の送受波を行なうようにし
である。そして一方の超音波振動子１６は、前記実施例
と同様に絶縁体層１８を介在させてプリアンプ用ＩＣチ
ップ１４の上に載置固定している。そして超音波振動子
１６．１７およびプリアンプ用ＩＣチップ１４には電気
信号を送受するための信号線束１９を接続している。

このように構成している医用超音波プローブを動作させ
るには、信号線１３を介して超音波振動子１６．１７に
超音波パルスを送受するとともに、コイルシャツ目３に
よりハウジング１２を回転させるとメカニカルラジアル
スキャンが実施できる。この場合、一方の超音波振動子
１７は耐電圧の高いセラミックス系の圧電体を使用し、
超音波パルスの放射のみを行う、他方の超音波振動子１
６は、受信感度の高い高分子系の圧電体を使用し、最短
の経路でプリアンプ用ＩＣチップ１４の入力端子に接続
している。そしてこの超音波振動子１６は、反射波の受
信専用に使用する。

本実施例では、上記のように超音波の送波受波を独立の
超音波振動子で行うようにし、送波用の超音波振動子１
７はプリアンプ用ＩＣチップの耐圧を越える高電圧を印
加して強力なパルスを送波し、受信用の超音波振動子１
６は耐電圧は低いが感度の高い高分子系の圧電体を使用
して、反射波をより効率よく検出できるようにしている
。本実施例では、超音波振動子をプローブ軸方向に並設
しているので、ハウジングが長くなってしまうが使用上
の不都合はなく、プリアンプ用ＩＣチップ１４を実装す
るための基板、さらにバッキング材を不要としているの
でハウジング１２の径にも殆ど影響がない。

したがって、このような超音波センサを使用することに
より超音波探触子の大型化を招くことなく、劣化のない
受信波形が得られることとなる。

〔発明の効果〕

以上のごとく、本発明によれば受信波形を超音波振動子
を載置固定したプリアンプ用ＩＣチップで増幅し、外来
雑音等の妨害の影響を受けない波形として伝送でき高精
度な測定、観測が可能となる。

しかもＩＣチップの実装基板、大きなバッキング材を不
要としているのでＩＣチップを新たに設けても超音波探
触子の大型化を招かない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を使用したハイドロフォ
ンの概要図、 第２図は、本発明の第２実施例を使用した超音波プロー
ブの概要図、 第３図、第４図は、従来例の概要を示したものである。 ３・・・超音波振動子 ４・・・プリアンプ用ＩＣチップ ６・・・絶縁体層 ７・・・アノード電極 ８・・・カソード電極 ９・・・入力端子 １０・・・入力端子 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．高分子圧電体膜を有する超音波振動子の受信信号を
   増幅するためのプリアンプ用ＩＣチップ上に超音波振動
   子を設け、両者を電気的に接続したことを特徴とする超
   音波センサ装置。