JPH0759765A - 超音波トランスデューサ - Google Patents
超音波トランスデューサInfo
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- JPH0759765A JPH0759765A JP5151854A JP15185493A JPH0759765A JP H0759765 A JPH0759765 A JP H0759765A JP 5151854 A JP5151854 A JP 5151854A JP 15185493 A JP15185493 A JP 15185493A JP H0759765 A JPH0759765 A JP H0759765A
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 広帯域周波数特性と長焦点深度特性の両特性
を満たし、分解能の高い超音波画像を得ることができる
超音波トランスデューサを提供する。 【構成】 圧電体１は中心部の厚みが薄く、外方に至る
に従い厚くなり、超音波放射面が凹面となるように形成
する。圧電体１の凹面側に音響整合層２を設ける。音響
整合層２は圧電体１の音響インピーダンス値の１０分の
１〜１０分の１．５の値を有し、中心部の厚みが厚く、
外方に至るに従い薄くなる不均一な厚みに形成する。圧
電体１の形状と音響整合層２の音響インピーダンスの設
定により広帯域周波数特性を得ることができる。圧電体
１の形状により長焦点深度特性を得ることができる。音
響整合層２の表面をほぼ平坦面に形成することにより被
検体４である生体との接触性を良好にすることができ
る。
を満たし、分解能の高い超音波画像を得ることができる
超音波トランスデューサを提供する。 【構成】 圧電体１は中心部の厚みが薄く、外方に至る
に従い厚くなり、超音波放射面が凹面となるように形成
する。圧電体１の凹面側に音響整合層２を設ける。音響
整合層２は圧電体１の音響インピーダンス値の１０分の
１〜１０分の１．５の値を有し、中心部の厚みが厚く、
外方に至るに従い薄くなる不均一な厚みに形成する。圧
電体１の形状と音響整合層２の音響インピーダンスの設
定により広帯域周波数特性を得ることができる。圧電体
１の形状により長焦点深度特性を得ることができる。音
響整合層２の表面をほぼ平坦面に形成することにより被
検体４である生体との接触性を良好にすることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水や生体を対象とした
ソナーや超音波診断装置などのセンサとして用いる超音
波トランスデューサに関する。
ソナーや超音波診断装置などのセンサとして用いる超音
波トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波トランスデューサ
においては、高分解能の超音波画像を得るため、複合圧
電体の材料を用いて広帯域の周波数特性化する構成、圧
電体に電気機械結合係数の分布を持たせて超音波に音圧
分布を持たせ、重みづけ（アポダイジング）して焦点深
度を長く（長焦点深度化）する構成などが検討されてい
る。
においては、高分解能の超音波画像を得るため、複合圧
電体の材料を用いて広帯域の周波数特性化する構成、圧
電体に電気機械結合係数の分布を持たせて超音波に音圧
分布を持たせ、重みづけ（アポダイジング）して焦点深
度を長く（長焦点深度化）する構成などが検討されてい
る。
【０００３】ここで、分解能と周波数特性、焦点深度特
性との関係について簡単に説明する。分解能は超音波が
伝搬する方向、すなわち、深さ方向と超音波トランスデ
ューサを走査する走査方向とに大別される。周波数特性
は深さ方向の分解能に大きく影響する特性である。周波
数特性はパルス応答特性をフーリエ変換したものである
ので、周波数特性の帯域幅が広くなると、パルス応答特
性は尾びきが押さえられ、短いパルスが得られることに
より分解能が向上することになる。また、周波数特性の
形をガウス分布型の単峰特性にすると、パルス応答特性
の尾びきが素直に収まることになるので、深さ方向に分
解能が更に向上する。以上のことから超音波トランスデ
ューサの周波数特性は、広帯域で、ガウス型のものが望
ましい。一方、走査方向においては、超音波トランスデ
ューサから送信する超音波ビームを可能な限り細く、し
かも、いずれの深さでも広くならないように絞ると分解
能は向上する。このことは超音波ビームの焦点深度が長
い程、分解能は高くなることを意味する。
性との関係について簡単に説明する。分解能は超音波が
伝搬する方向、すなわち、深さ方向と超音波トランスデ
ューサを走査する走査方向とに大別される。周波数特性
は深さ方向の分解能に大きく影響する特性である。周波
数特性はパルス応答特性をフーリエ変換したものである
ので、周波数特性の帯域幅が広くなると、パルス応答特
性は尾びきが押さえられ、短いパルスが得られることに
より分解能が向上することになる。また、周波数特性の
形をガウス分布型の単峰特性にすると、パルス応答特性
の尾びきが素直に収まることになるので、深さ方向に分
解能が更に向上する。以上のことから超音波トランスデ
ューサの周波数特性は、広帯域で、ガウス型のものが望
ましい。一方、走査方向においては、超音波トランスデ
ューサから送信する超音波ビームを可能な限り細く、し
かも、いずれの深さでも広くならないように絞ると分解
能は向上する。このことは超音波ビームの焦点深度が長
い程、分解能は高くなることを意味する。
【０００４】上記のような超音波トランスデューサの例
として、文献「Proc.IEEE,1985,Ultrasonics Symposiu
m」のP648-P651、特願平２−５１３９７５号公報に記載
されているような構成が知られている。
として、文献「Proc.IEEE,1985,Ultrasonics Symposiu
m」のP648-P651、特願平２−５１３９７５号公報に記載
されているような構成が知られている。
【０００５】前者においては、図４に示すように、柱状
の圧電セラミック１１ａと高分子１１ｂを複合化した複
合圧電体１１が形成され、複合圧電体１１の一方の面に
接地電極１２が設けられ、他方の面にアレイ状に配列さ
れた電極１３が設けられた、いわゆるアレイ型トランス
デューサの構成となっている。
の圧電セラミック１１ａと高分子１１ｂを複合化した複
合圧電体１１が形成され、複合圧電体１１の一方の面に
接地電極１２が設けられ、他方の面にアレイ状に配列さ
れた電極１３が設けられた、いわゆるアレイ型トランス
デューサの構成となっている。
【０００６】複合圧電体１１は音響インピーダンスを生
体に近づけることができ、しかも、電気機械結合係数は
ほぼ圧電セラミック単体のものと同等の高い値を有して
いるため、高感度で、広帯域の周波数特性を得ることが
できるという特徴がある。
体に近づけることができ、しかも、電気機械結合係数は
ほぼ圧電セラミック単体のものと同等の高い値を有して
いるため、高感度で、広帯域の周波数特性を得ることが
できるという特徴がある。
【０００７】一方、後者においては、図５に示すよう
に、接地電極１２と電極１３との間の圧電セラミック１
５がアレイ状に配列され、配列方向に対して直角の方向
において、圧電セラミック１５の分極する強度が調整さ
れ、電気機械結合係数に分布が形成されて超音波に音圧
分布を持たせるような構成となっている。
に、接地電極１２と電極１３との間の圧電セラミック１
５がアレイ状に配列され、配列方向に対して直角の方向
において、圧電セラミック１５の分極する強度が調整さ
れ、電気機械結合係数に分布が形成されて超音波に音圧
分布を持たせるような構成となっている。
【０００８】したがって、圧電セラミック１５の配列方
向に対して直角の方向（音響レンズ方向）における音場
はサイドローブが小さく、しかも、深さ方向で焦点深度
の長い特性が得られるという特徴を有している。
向に対して直角の方向（音響レンズ方向）における音場
はサイドローブが小さく、しかも、深さ方向で焦点深度
の長い特性が得られるという特徴を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超音波トランスデューサのうち、図４に示す
前者の構成では、広帯域の超音波特性を得ることはでき
るものの、焦点深度については曲面形状に形成し、ある
いは音響レンズを設けて超音波を集束させるため、１点
集束になり、集束された焦点部分は超音波ビームを絞る
ことはできるが、それ以外の部分はビームが発散してし
まい、分解能を劣化させるという問題があった。
うな従来の超音波トランスデューサのうち、図４に示す
前者の構成では、広帯域の超音波特性を得ることはでき
るものの、焦点深度については曲面形状に形成し、ある
いは音響レンズを設けて超音波を集束させるため、１点
集束になり、集束された焦点部分は超音波ビームを絞る
ことはできるが、それ以外の部分はビームが発散してし
まい、分解能を劣化させるという問題があった。
【００１０】一方、図５に示す後者の構成では、前者と
は逆に焦点深度は長くなるが、圧電体の電気機械結合係
数を低下させて音圧分布を持たせているため、周波数特
性、特に、帯域特性が狭くまり、パルス応答特性が劣化
するという問題があった。
は逆に焦点深度は長くなるが、圧電体の電気機械結合係
数を低下させて音圧分布を持たせているため、周波数特
性、特に、帯域特性が狭くまり、パルス応答特性が劣化
するという問題があった。
【００１１】本発明は、このような従来のいずれの問題
をも解決するものであり、広帯域周波数特性と長焦点深
度特性の両特性を満たすことができ、したがって、分解
能の高い超音波画像を得ることができるようにした超音
波トランスデューサを提供することを目的とするもので
ある。
をも解決するものであり、広帯域周波数特性と長焦点深
度特性の両特性を満たすことができ、したがって、分解
能の高い超音波画像を得ることができるようにした超音
波トランスデューサを提供することを目的とするもので
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、中心部の厚みが薄く、外方に
至るに従い厚くなり、厚みが不均一で超音波の送受信側
が凹面形状となるように形成された圧電体と、この圧電
体の凹面部に設けられ、この圧電体の音響インピーダン
ス値の１０分の１〜１０分の１．５の値を有する不均一
な厚みの音響整合層とを備えたものである。
の本発明の技術的手段は、中心部の厚みが薄く、外方に
至るに従い厚くなり、厚みが不均一で超音波の送受信側
が凹面形状となるように形成された圧電体と、この圧電
体の凹面部に設けられ、この圧電体の音響インピーダン
ス値の１０分の１〜１０分の１．５の値を有する不均一
な厚みの音響整合層とを備えたものである。
【００１３】そして、上記技術的手段における音響整合
層は、中心部の厚みが厚く、外方に至るに従い薄くなる
形状に形成し、また、音響整合層は、被検体と接する面
をほぼ平坦面となるように形成するのが好ましい。
層は、中心部の厚みが厚く、外方に至るに従い薄くなる
形状に形成し、また、音響整合層は、被検体と接する面
をほぼ平坦面となるように形成するのが好ましい。
【００１４】
【作用】したがって、本発明によれば、圧電体の厚みを
不均一にしているので、広い周波数帯での振動が可能と
なり、しかも、圧電体の凹面部にこの圧電体の音響イン
ピーダンス値の１０分の１から１０分の１．５の値に設
定した音響整合層を設けているので、広帯域の周波数特
性を得ることができる。また、圧電体の超音波送受信方
向の面を凹面形状とし、圧電体の中心部の薄い部分は高
い周波数を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い
周波数を有しているので、中心部付近から送受信される
超音波ビームは、高い周波数成分であり、近距離部に集
束し、また、外側部は低い周波数成分であり、同じ曲面
であるにもかかわらず、遠距離に集束する。その結果、
超音波ビームを近距離から遠距離まで集束することがで
きることになり、焦点深度は長くなる。
不均一にしているので、広い周波数帯での振動が可能と
なり、しかも、圧電体の凹面部にこの圧電体の音響イン
ピーダンス値の１０分の１から１０分の１．５の値に設
定した音響整合層を設けているので、広帯域の周波数特
性を得ることができる。また、圧電体の超音波送受信方
向の面を凹面形状とし、圧電体の中心部の薄い部分は高
い周波数を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い
周波数を有しているので、中心部付近から送受信される
超音波ビームは、高い周波数成分であり、近距離部に集
束し、また、外側部は低い周波数成分であり、同じ曲面
であるにもかかわらず、遠距離に集束する。その結果、
超音波ビームを近距離から遠距離まで集束することがで
きることになり、焦点深度は長くなる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１６】まず、本発明の第１の実施例について説明
する。図１は本発明の第１の実施例における超音波トラ
ンスデューサを示す概略断面図である。
する。図１は本発明の第１の実施例における超音波トラ
ンスデューサを示す概略断面図である。
【００１７】図１において、１は超音波を送受信する圧
電体、２は圧電体１の超音波送受信側の面に設けられた
音響整合層、３は圧電体１の音響整合層２とは反対側の
背面に設けられたバッキング材、４は生体、若しくは水
などを対象とした被検体であり、超音波は圧電体１から
音響整合層２を伝搬して生体、若しくは水（音響インピ
ーダンスは１．５〜１．６５ＭＲａｙｌ）を対象とした
被検体４に伝搬する構成となっている。
電体、２は圧電体１の超音波送受信側の面に設けられた
音響整合層、３は圧電体１の音響整合層２とは反対側の
背面に設けられたバッキング材、４は生体、若しくは水
などを対象とした被検体であり、超音波は圧電体１から
音響整合層２を伝搬して生体、若しくは水（音響インピ
ーダンスは１．５〜１．６５ＭＲａｙｌ）を対象とした
被検体４に伝搬する構成となっている。
【００１８】以下、上記構成の詳細について説明する。
圧電体１として、ＰＺＴ系、チタン酸鉛系などの圧電セ
ラミックス、あるいは複合圧電体などの圧電材料が用い
られる。そして、圧電体１におけるバッキング材３側の
面はほぼ平坦面形状に形成され、反対側の超音波送受波
面は被検体４側に対して一定の曲率を有する凹面形状に
形成されている。すなわち、圧電体１はその中心部付近
の厚みが最も薄くなり、外方（若しくは周辺）に至るに
従って厚みが次第に厚くなり、最外側部（若しくは最外
周部）で厚みが最も厚くなる形状となるように形成され
ている。したがって、厚みの薄い中心部付近は高い周波
数成分、厚みの厚い外側の付近は低い周波数成分を有
し、広い周波数帯域成分を有する圧電体１となる。
圧電体１として、ＰＺＴ系、チタン酸鉛系などの圧電セ
ラミックス、あるいは複合圧電体などの圧電材料が用い
られる。そして、圧電体１におけるバッキング材３側の
面はほぼ平坦面形状に形成され、反対側の超音波送受波
面は被検体４側に対して一定の曲率を有する凹面形状に
形成されている。すなわち、圧電体１はその中心部付近
の厚みが最も薄くなり、外方（若しくは周辺）に至るに
従って厚みが次第に厚くなり、最外側部（若しくは最外
周部）で厚みが最も厚くなる形状となるように形成され
ている。したがって、厚みの薄い中心部付近は高い周波
数成分、厚みの厚い外側の付近は低い周波数成分を有
し、広い周波数帯域成分を有する圧電体１となる。
【００１９】音響整合層２はエポキシ樹脂のような材料
から成り、圧電体１の超音波受信側である凹面の全面に
設けられている。音響整合層２は圧電体１の場合とは逆
に中心部付近が最も厚く、外方（若しくは周辺）に至る
に従って次第に薄くなり、最も外側の部分で厚みが最も
薄くなり、被検体４側に接する面がほぼ平坦面になるよ
うな形状に形成されている。したがって、音響整合層２
は均一の厚みではなく、不均一の厚みを有する形状とな
る。
から成り、圧電体１の超音波受信側である凹面の全面に
設けられている。音響整合層２は圧電体１の場合とは逆
に中心部付近が最も厚く、外方（若しくは周辺）に至る
に従って次第に薄くなり、最も外側の部分で厚みが最も
薄くなり、被検体４側に接する面がほぼ平坦面になるよ
うな形状に形成されている。したがって、音響整合層２
は均一の厚みではなく、不均一の厚みを有する形状とな
る。
【００２０】このような超音波トランスデューサの構成
において、例えば、圧電体１に富士セラミックス社製の
チタン酸鉛系圧電セラミックスＭ−６を用い、一方の面
を幅１０ｍｍでシリンドリカルに曲率半径５０ｍｍの曲
面に、反対側の面を平坦面にし、かつ最も薄い中心部の
厚みを０．３６ｍｍにした形状にすると、圧電体１の最
も厚い最外周部の厚みは０．６１ｍｍとなる。したがっ
て、圧電体１の凹面形状の高さは、最も厚い厚みと最も
薄い厚みの差となり、０．２５ｍｍになる。なお、上記
材質の圧電体１の厚み縦振動の反共振周波数における周
波数定数Ｎｔは約２４７０Ｈｚ・ｍｍ、音響インピーダ
ンスは約３４ＭＲａｙｌの値を有している。したがっ
て、上記形状を有する圧電体１は、厚みが０．６１ｍｍ
の部分では約４．０５ＭＨｚ、厚みが０．３６ｍｍの部
分では６．８６ＭＨｚの反共振周波数となり、４．０５
〜６．８６ＭＨｚの周波数対を有したものとなる。しか
しながら、実際は、この反共振周波数に対して約８０％
低い周波数付近が中心周波数となる。したがって、上記
形状の圧電体１の中心周波数は５．４５ＭＨｚ×０．８
で約４．４ＭＨｚとなる。
において、例えば、圧電体１に富士セラミックス社製の
チタン酸鉛系圧電セラミックスＭ−６を用い、一方の面
を幅１０ｍｍでシリンドリカルに曲率半径５０ｍｍの曲
面に、反対側の面を平坦面にし、かつ最も薄い中心部の
厚みを０．３６ｍｍにした形状にすると、圧電体１の最
も厚い最外周部の厚みは０．６１ｍｍとなる。したがっ
て、圧電体１の凹面形状の高さは、最も厚い厚みと最も
薄い厚みの差となり、０．２５ｍｍになる。なお、上記
材質の圧電体１の厚み縦振動の反共振周波数における周
波数定数Ｎｔは約２４７０Ｈｚ・ｍｍ、音響インピーダ
ンスは約３４ＭＲａｙｌの値を有している。したがっ
て、上記形状を有する圧電体１は、厚みが０．６１ｍｍ
の部分では約４．０５ＭＨｚ、厚みが０．３６ｍｍの部
分では６．８６ＭＨｚの反共振周波数となり、４．０５
〜６．８６ＭＨｚの周波数対を有したものとなる。しか
しながら、実際は、この反共振周波数に対して約８０％
低い周波数付近が中心周波数となる。したがって、上記
形状の圧電体１の中心周波数は５．４５ＭＨｚ×０．８
で約４．４ＭＨｚとなる。
【００２１】以上のような圧電体１を用い、その凹面部
分に音響整合層２を設け、音響インピーダンス１．５〜
１．６５ＭＲａｙｌの値を有する生体や水の被検体４に
対して超音波を送受信した場合、音響整合層２の音響イ
ンピーダンスの値が周波数特性に大きく影響する。分解
能を高めるには周波数特性を広帯域にし、かつガウス分
布型の単峰性特性のものが理想的である。そこで、音響
整合層２の音響インピーダンスの値を変えたものを圧電
体１の凹面部に充填し、被検体４を水にしてこの水中に
設置したアルミ反射板からの反射波の周波数特性を測定
した。その結果、図２に示すような周波数特性の傾向が
得られた。なお、図２において、（１）、（２）、
（３）、（４）、（５）、（６）、（７）は音響整合層
２の音響インピーダンスの値がそれぞれ２．８、３．
３、３．５、５．０、７．０、７．８、１１．０ＭＲａ
ｙｌである。ここで使用したそれぞれの音響インピーダ
ンスを有する音響整合層２はエポキシ樹脂をベースとし
て充填材料および充填量を可変して作成した。しかも、
音速は可能な限り、近い値を有する材料を使用した。
分に音響整合層２を設け、音響インピーダンス１．５〜
１．６５ＭＲａｙｌの値を有する生体や水の被検体４に
対して超音波を送受信した場合、音響整合層２の音響イ
ンピーダンスの値が周波数特性に大きく影響する。分解
能を高めるには周波数特性を広帯域にし、かつガウス分
布型の単峰性特性のものが理想的である。そこで、音響
整合層２の音響インピーダンスの値を変えたものを圧電
体１の凹面部に充填し、被検体４を水にしてこの水中に
設置したアルミ反射板からの反射波の周波数特性を測定
した。その結果、図２に示すような周波数特性の傾向が
得られた。なお、図２において、（１）、（２）、
（３）、（４）、（５）、（６）、（７）は音響整合層
２の音響インピーダンスの値がそれぞれ２．８、３．
３、３．５、５．０、７．０、７．８、１１．０ＭＲａ
ｙｌである。ここで使用したそれぞれの音響インピーダ
ンスを有する音響整合層２はエポキシ樹脂をベースとし
て充填材料および充填量を可変して作成した。しかも、
音速は可能な限り、近い値を有する材料を使用した。
【００２２】図２からも明らかなように、音響整合層２
の音響インピーダンスの値によって周波数特性が大きく
変化することを確認することができた。ここで、周波数
特性は前述したように、周波数特性を広帯域にし、かつ
ガウス分布型の単峰性特性を有するものが分解能を高め
る上で重要な特性であることから、図２に示すそれぞれ
の周波数特性を評価すると、（２）〜（４）番、すなわ
ち、音響整合層２の音響インピーダンスの値が３．３〜
５．０ＭＲａｙｌが望ましい特性と言える。音響整合層
２の音響インピーダンスが２．８ＭＲａｙｌの（１）番
は単峰特性であるが、周波数帯域が狭くなっており、パ
ルス応答特性の尾びきが悪くなる。また、７．０ＭＲａ
ｙｌ以上の（５）〜（７）番になると、帯域は広いが、
双峰型の周波数特性となっている。このことはパルス応
答の尾びき特性が悪くなり、その結果、深さ（超音波伝
搬方向）方向の分解能を低下させることになる。
の音響インピーダンスの値によって周波数特性が大きく
変化することを確認することができた。ここで、周波数
特性は前述したように、周波数特性を広帯域にし、かつ
ガウス分布型の単峰性特性を有するものが分解能を高め
る上で重要な特性であることから、図２に示すそれぞれ
の周波数特性を評価すると、（２）〜（４）番、すなわ
ち、音響整合層２の音響インピーダンスの値が３．３〜
５．０ＭＲａｙｌが望ましい特性と言える。音響整合層
２の音響インピーダンスが２．８ＭＲａｙｌの（１）番
は単峰特性であるが、周波数帯域が狭くなっており、パ
ルス応答特性の尾びきが悪くなる。また、７．０ＭＲａ
ｙｌ以上の（５）〜（７）番になると、帯域は広いが、
双峰型の周波数特性となっている。このことはパルス応
答の尾びき特性が悪くなり、その結果、深さ（超音波伝
搬方向）方向の分解能を低下させることになる。
【００２３】ここでは、音響整合層２の音響インピーダ
ンスの値と周波数特性について説明しているが、これら
の周波数特性は圧電体１と、音響整合層２と、被検体４
とのそれぞれの音響インピーダンスの関係から音響整合
層２の音響インピーダンスの最適値を見いだしている。
したがって、本実施例において、音響インピーダンスが
１．５〜１．６５ＭＲａｙｌの被検体４を対象としたと
き、音響整合層２の音響インピーダンスは圧電体１の音
響インピーダンスの１０分の１から１０分の１．５の値
が最適であるという結果を見いだした。
ンスの値と周波数特性について説明しているが、これら
の周波数特性は圧電体１と、音響整合層２と、被検体４
とのそれぞれの音響インピーダンスの関係から音響整合
層２の音響インピーダンスの最適値を見いだしている。
したがって、本実施例において、音響インピーダンスが
１．５〜１．６５ＭＲａｙｌの被検体４を対象としたと
き、音響整合層２の音響インピーダンスは圧電体１の音
響インピーダンスの１０分の１から１０分の１．５の値
が最適であるという結果を見いだした。
【００２４】圧電体１はその厚みが変化した場合、それ
ぞれの厚みに対応した周波数を有することになり、音響
整合層２は圧電体１のそれぞれの周波数に対して４分の
１波長の厚みにして形成するのが一般的である。しかし
ながら、本実施例のような圧電体１の形状において、音
響整合層２を上記のようなそれぞれの周波数に対応した
厚みに形成すると、被検体４と接する側の面の形状は更
に曲率が小さい凹面になり、被検体４との接触性がます
ます悪くなる。本実施例においては、このように被検体
４との接触性を大幅に改善することができ、また、周波
数特性も広帯域でガウス分布型に近い単峰性の周波数特
性を得ることができ、しかも、焦点深度が長いものを得
ることができる。
ぞれの厚みに対応した周波数を有することになり、音響
整合層２は圧電体１のそれぞれの周波数に対して４分の
１波長の厚みにして形成するのが一般的である。しかし
ながら、本実施例のような圧電体１の形状において、音
響整合層２を上記のようなそれぞれの周波数に対応した
厚みに形成すると、被検体４と接する側の面の形状は更
に曲率が小さい凹面になり、被検体４との接触性がます
ます悪くなる。本実施例においては、このように被検体
４との接触性を大幅に改善することができ、また、周波
数特性も広帯域でガウス分布型に近い単峰性の周波数特
性を得ることができ、しかも、焦点深度が長いものを得
ることができる。
【００２５】また、圧電体１の超音波送受信方向の面を
凹面形状し、圧電体１の中心部の薄い部分は高い周波数
を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い周波数を
有しているので、中心部付近から送受信される超音波ビ
ームは、高い周波数成分であり、近距離部に集束し、ま
た、外辺部は低い周波数成分であり、同じ曲面であるに
もかかわらず、遠距離に集束する。その結果、超音波ビ
ームを近距離から遠距離までが集束することができるこ
とになり、焦点深度は長くなる。
凹面形状し、圧電体１の中心部の薄い部分は高い周波数
を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い周波数を
有しているので、中心部付近から送受信される超音波ビ
ームは、高い周波数成分であり、近距離部に集束し、ま
た、外辺部は低い周波数成分であり、同じ曲面であるに
もかかわらず、遠距離に集束する。その結果、超音波ビ
ームを近距離から遠距離までが集束することができるこ
とになり、焦点深度は長くなる。
【００２６】このように本実施例によれば、広帯域でガ
ウス分布型の周波数特性を有し、長焦点深度の超音波ビ
ーム特性を有するので、分解能が高い超音波画像を得る
ことができ、更に、被検体４との接触性が良好になるの
で、良好な操作性を得ることができる。
ウス分布型の周波数特性を有し、長焦点深度の超音波ビ
ーム特性を有するので、分解能が高い超音波画像を得る
ことができ、更に、被検体４との接触性が良好になるの
で、良好な操作性を得ることができる。
【００２７】なお、本実施例においては、圧電体１にお
けるバッキング材３に接する面を平面に形成している
が、このほか、曲面を持たせた形状においても同様の特
性が得られる。
けるバッキング材３に接する面を平面に形成している
が、このほか、曲面を持たせた形状においても同様の特
性が得られる。
【００２８】また、本実施例においては、圧電体１の曲
面をシリンドリカルな形状にした場合について説明した
が、このほか、曲面を球面形状にした場合においても同
様の特性が得られる。
面をシリンドリカルな形状にした場合について説明した
が、このほか、曲面を球面形状にした場合においても同
様の特性が得られる。
【００２９】また、本実施例においては、圧電体１が単
体の場合について説明したが、このほか、図３に第２の
実施例として示すように、圧電体１をアレイ状に配列し
た、いわゆるアレイ型超音波トランスデューサにおいて
も同様の特性が得られる。
体の場合について説明したが、このほか、図３に第２の
実施例として示すように、圧電体１をアレイ状に配列し
た、いわゆるアレイ型超音波トランスデューサにおいて
も同様の特性が得られる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、厚
みが不均一で超音波放射方向に対して凹面形状を有する
圧電体の凹面側に、圧電体の音響インピーダンス値の１
０分の１〜１０分の１．５の値を有する音響整合層の材
料を不均一の厚みに設けているので、広帯域周波数特性
を得ることができるとともに、焦点深度の長い特性を得
ることができる。したがって、分解能の高い超音波画像
を得ることができる。
みが不均一で超音波放射方向に対して凹面形状を有する
圧電体の凹面側に、圧電体の音響インピーダンス値の１
０分の１〜１０分の１．５の値を有する音響整合層の材
料を不均一の厚みに設けているので、広帯域周波数特性
を得ることができるとともに、焦点深度の長い特性を得
ることができる。したがって、分解能の高い超音波画像
を得ることができる。
【００３１】また、音響整合層における被検体との接触
面がほぼ平坦面となるように形成することにより、生体
のような被検体との接触性が良好になり、操作性を向上
させることができる。
面がほぼ平坦面となるように形成することにより、生体
のような被検体との接触性が良好になり、操作性を向上
させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
デューサを示す概略断面図
【図２】同超音波トランスデューサにおける音響整合層
の音響インピーダンスと周波数特性との関係を示す説明
図
の音響インピーダンスと周波数特性との関係を示す説明
図
【図３】本発明の第２の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略斜視図
デューサを示す概略斜視図
【図４】従来の超音波トランスデューサの一例を示す概
略斜視図
略斜視図
【図５】従来の超音波トランスデューサの他の例を示す
概略斜視図
概略斜視図
１ 圧電体 ２ 音響整合層 ３ バッキング材 ４ 被検体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 17/00 Ｊ ３３２ Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】 中心部の厚みが薄く、外方に至るに従い
厚くなり、超音波の送受信側が凹面形状となるように形
成された圧電体と、この圧電体の凹面部に設けられ、こ
の圧電体の音響インピーダンス値の１０分の１から１０
分の１．５の値を有する不均一な厚みの音響整合層とを
備えた超音波トランスデューサ。 - 【請求項２】 音響整合層は、中心部の厚みが厚く、外
方に至るに従い薄くなる形状に形成された請求項１記載
の超音波トランスデューサ。 - 【請求項３】 音響整合層は、被検体と接する面がほぼ
平坦面となるように形成された請求項１または２記載の
超音波トランスデューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151854A JPH0759765A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151854A JPH0759765A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0759765A true JPH0759765A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=15527718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5151854A Pending JPH0759765A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0759765A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001029319A (ja) * | 1999-05-18 | 2001-02-06 | Seiko Instruments Inc | 圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法、及び圧電トランスデューサを用いた脈波検出装置 |
| JP2002209292A (ja) * | 2001-01-11 | 2002-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| US6706698B2 (en) | 2000-09-27 | 2004-03-16 | Ilex Products, Inc. | α-Substituted β-aminoethyl phosphonate derivatives |
| US6872711B2 (en) | 2000-10-23 | 2005-03-29 | Ilex Oncology Research S.A. | β-substituted β-aminoethyl phosphonate derivatives |
| CN113533527A (zh) * | 2021-06-26 | 2021-10-22 | 西北工业大学 | 一种非球面聚焦的深景超声探测器及方法 |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5151854A patent/JPH0759765A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001029319A (ja) * | 1999-05-18 | 2001-02-06 | Seiko Instruments Inc | 圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法、及び圧電トランスデューサを用いた脈波検出装置 |
| US6706698B2 (en) | 2000-09-27 | 2004-03-16 | Ilex Products, Inc. | α-Substituted β-aminoethyl phosphonate derivatives |
| US6872711B2 (en) | 2000-10-23 | 2005-03-29 | Ilex Oncology Research S.A. | β-substituted β-aminoethyl phosphonate derivatives |
| JP2002209292A (ja) * | 2001-01-11 | 2002-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| CN113533527A (zh) * | 2021-06-26 | 2021-10-22 | 西北工业大学 | 一种非球面聚焦的深景超声探测器及方法 |
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