JPS5821994B2 - 超音波変換方法 - Google Patents
超音波変換方法Info
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- JPS5821994B2 JPS5821994B2 JP52152966A JP15296677A JPS5821994B2 JP S5821994 B2 JPS5821994 B2 JP S5821994B2 JP 52152966 A JP52152966 A JP 52152966A JP 15296677 A JP15296677 A JP 15296677A JP S5821994 B2 JPS5821994 B2 JP S5821994B2
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Links
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波装置に用いられる超音波の発生又は検出
のための方法及びトランスデユーサに関し、特に平行ビ
ーム超音波を発生又は検出する方法及びトランスデユー
サに関する。
のための方法及びトランスデユーサに関し、特に平行ビ
ーム超音波を発生又は検出する方法及びトランスデユー
サに関する。
光学的には不透明な媒質でも、音響的に透明でありさえ
すれば、Ｘ線による透視と同様に音波による透視像の観
測が可能である。
すれば、Ｘ線による透視と同様に音波による透視像の観
測が可能である。
光学的不透明体の超音波による撮像は医療診断、顕微鏡
、非破壊検査、海底の模様の観測、地震研究の分野への
応用が可能である。
、非破壊検査、海底の模様の観測、地震研究の分野への
応用が可能である。
従来の超音波トランスデユーサとしては、音響位相板を
用いるもの、環状アレイを用いるもの、音響レンズを用
いるもの、光−音響トランスデユーサを用いるもの、な
どが提案されている。
用いるもの、環状アレイを用いるもの、音響レンズを用
いるもの、光−音響トランスデユーサを用いるもの、な
どが提案されている。
しかしながら超音波撮像に必要な音波の特性という点で
なお改善の余地があるのが実情である。
なお改善の余地があるのが実情である。
さらに、従来のトランスデユーサは励起された超音波ビ
ームを収束させることを前提としているが、収束しない
平行なビームでもビームを移動させることにより音響撮
像用として十分に利用することが出来る。
ームを収束させることを前提としているが、収束しない
平行なビームでもビームを移動させることにより音響撮
像用として十分に利用することが出来る。
従来のこの種の装置はバルク振動をする複数個のトラン
スデユーサ・エレメントの組合せにより平行ビームを放
射し、同時に信号処理技術によって電気信号が印加され
るトランスデユーサを移動させることにより音源からの
平行ビームをＸ軸方向に移動させている。
スデユーサ・エレメントの組合せにより平行ビームを放
射し、同時に信号処理技術によって電気信号が印加され
るトランスデユーサを移動させることにより音源からの
平行ビームをＸ軸方向に移動させている。
しかしながら従来のこの方式では、多数のエレメントか
らなるトランスデユーサを作成するに際して１枚の圧電
材料を機械的に切削分割する技術が用いられているので
、製作上の再現性に問題があり、かつ使用周波数の上限
が制限されていた。
らなるトランスデユーサを作成するに際して１枚の圧電
材料を機械的に切削分割する技術が用いられているので
、製作上の再現性に問題があり、かつ使用周波数の上限
が制限されていた。
従って本発明は従来の技術の上記欠点を改善することを
目的とし、その特徴は、一方の表面にインターディジタ
ル電極を有する圧電性物質を該電極が液体に接するごと
く設置し、該インターディジタル電極は、複数の平行な
細長電極指を有するくしの歯状電極を複数組具備し各く
しの歯状電極の電極指が交互にオーバーラツプして配置
される構造を有し、電極に印加又は、誘起する交流信号
と超音波との変換を行なう方法において、インターディ
ジクル電極の電極周期が一様であり、当該インターディ
ジタル電極に選択的に交流電気信号が印加され、かつ選
択される電極指を電極指の配列にそって順次移動される
ことにより、インターディジタル電極から所定の方向に
方射されかつ時間的に平移動する超音波ビームを発生さ
せるごとき超音波変換方法、及び同じ原理による超音波
検出方法にある。
目的とし、その特徴は、一方の表面にインターディジタ
ル電極を有する圧電性物質を該電極が液体に接するごと
く設置し、該インターディジタル電極は、複数の平行な
細長電極指を有するくしの歯状電極を複数組具備し各く
しの歯状電極の電極指が交互にオーバーラツプして配置
される構造を有し、電極に印加又は、誘起する交流信号
と超音波との変換を行なう方法において、インターディ
ジクル電極の電極周期が一様であり、当該インターディ
ジタル電極に選択的に交流電気信号が印加され、かつ選
択される電極指を電極指の配列にそって順次移動される
ことにより、インターディジタル電極から所定の方向に
方射されかつ時間的に平移動する超音波ビームを発生さ
せるごとき超音波変換方法、及び同じ原理による超音波
検出方法にある。
以下図面により詳細ζこ説明する。第１図は本発明によ
る収束超音波トランスデユーサの構造例で、容器１の中
に液体２がもうけられ、該液体の中に、表面にインター
ディジタル電極（すだれ状電極と呼ばれることもある）
４を有する圧電性物質３がもうけられる。
る収束超音波トランスデユーサの構造例で、容器１の中
に液体２がもうけられ、該液体の中に、表面にインター
ディジタル電極（すだれ状電極と呼ばれることもある）
４を有する圧電性物質３がもうけられる。
液体としては、水、エーテル、アセトン、グリセリンな
どが可能である。
どが可能である。
電極４は第２図Ａにしめすごとく、くしの歯状の電極を
交互にインターディジタルに配置し、端子Ｃ及びａｉに
交流信号を印加する単相電極、及び第２図Ｂにしめすご
とく、インターディジタルに構成される電極を３本目毎
に接続し、端子ａｉ、ｂｉ及びｃｉから３相交流信号を
印加する３相電極、又は同様にｎ（ｎは４以上の自然数
）本目毎の電極を相互に接続してｎ相交流信号を印加す
る多相電極が可能である。
交互にインターディジタルに配置し、端子Ｃ及びａｉに
交流信号を印加する単相電極、及び第２図Ｂにしめすご
とく、インターディジタルに構成される電極を３本目毎
に接続し、端子ａｉ、ｂｉ及びｃｉから３相交流信号を
印加する３相電極、又は同様にｎ（ｎは４以上の自然数
）本目毎の電極を相互に接続してｎ相交流信号を印加す
る多相電極が可能である。
単相電極の場合は超音波ビームが両方向に２本（第１図
の実線及び点線）発生するのに対し、３相電極の場合は
単一方向の１本の超音波ビームが得られる。
の実線及び点線）発生するのに対し、３相電極の場合は
単一方向の１本の超音波ビームが得られる。
電極の材料としては例えばＣｒとＡｕを組合せたのが耐
水性が強く良好で、電極は写真蝕刻法により圧電板の上
に形成されるか又は写真蝕刻法により形成されたマスク
を介して蒸着によってもうけられる。
水性が強く良好で、電極は写真蝕刻法により圧電板の上
に形成されるか又は写真蝕刻法により形成されたマスク
を介して蒸着によってもうけられる。
圧電性物質としてはＬ１Ｎｂ０３、水晶、Ｂ ｉ１２
Ｇ ｅ ０２ 。
Ｇ ｅ ０２ 。
。ＰＺＴ系磁器（例えば東京電気化学工業株製９１Ａ材
）などが可能である。
）などが可能である。
電極の周期ｄと超音波ビームの最大出力の方向θとの関
係はｓｉｎθ＝λｆ／ｄにより定まる（λｆは超音波ｆ
の音波の液体中での波長である）。
係はｓｉｎθ＝λｆ／ｄにより定まる（λｆは超音波ｆ
の音波の液体中での波長である）。
この式から電極周期ｄを一様とすれば、すだれ状電極か
らは角度θの方向の平行な超音波ビームが得られること
がわかる。
らは角度θの方向の平行な超音波ビームが得られること
がわかる。
又周波数を変化させることにより、放射方向θが変化す
ることがわかる。
ることがわかる。
次に各圧電性物質と液体との組合せに対するビーム放射
角度θの実験結果を次表に示す。
角度θの実験結果を次表に示す。
この表からθの値を小さくするには、音波の速度の遅い
液体と表面波伝播速度が早い圧電体とを組合せれば良い
ことがわかる。
液体と表面波伝播速度が早い圧電体とを組合せれば良い
ことがわかる。
第３図Ａは第２図Ａの単相電極の場合における電極への
交流信号の印加の時間関係を示し、Ｘ軸方向に配列（電
極指の配列の方向）される電極ａ１ 、 ａ２ ｔ ａ
３ ｔ・・・には、第３図Ａにしめすごとく、順次選択
的に交流信号が印加される。
交流信号の印加の時間関係を示し、Ｘ軸方向に配列（電
極指の配列の方向）される電極ａ１ 、 ａ２ ｔ ａ
３ ｔ・・・には、第３図Ａにしめすごとく、順次選択
的に交流信号が印加される。
従って電極から発生する超音波ビームはＸ軸方向に時間
的に移動する。
的に移動する。
このような交流信号を印加する為の回路としては、例え
ばタップ付遅延線の各タップを電極ａ１． ａ２ ＋
ａ３ ｔ・・・に対応させることが可能である。
ばタップ付遅延線の各タップを電極ａ１． ａ２ ＋
ａ３ ｔ・・・に対応させることが可能である。
第３図Ｂは第２図Ｂの３相電極に印加する電圧を示す。
３本目毎に配置される電極ａｉ、ｂ！、ｃｉには相互に
１２０°の位相差を有する同一周波数の交流信号が第３
図Ｂに示すごとく順次印加され、時間的にある瞬間には
図に斜線で示すごとく、唯３本の電極のみに交流電圧が
印加される。
１２０°の位相差を有する同一周波数の交流信号が第３
図Ｂに示すごとく順次印加され、時間的にある瞬間には
図に斜線で示すごとく、唯３本の電極のみに交流電圧が
印加される。
なお第２図Ａでは３対の電極を１セクシヨンとする構成
を例示するが、電極を固定的なセクションとせずに信号
処理のタップとの接続端子を１：１で結びつければより
緻密なＸ軸方向へのビームのシフトが可能である。
を例示するが、電極を固定的なセクションとせずに信号
処理のタップとの接続端子を１：１で結びつければより
緻密なＸ軸方向へのビームのシフトが可能である。
本発明の実験例として東京電気化学工業株製の圧電磁器
９１Ａ材（基板表面に対して垂直方向分極、長さ７０朋
、幅２０１Ｌｍ、厚さ６ｍ１１Ｌ）の表面に電極周期８
５６μｍ１電極重なり幅ＩＱｍｓのすだれ状電極をもう
け、液体として水を電極に接しさせ、高周波パルス電気
信号を印加することにより良好な平行音波ビームが放射
されることが観測された。
９１Ａ材（基板表面に対して垂直方向分極、長さ７０朋
、幅２０１Ｌｍ、厚さ６ｍ１１Ｌ）の表面に電極周期８
５６μｍ１電極重なり幅ＩＱｍｓのすだれ状電極をもう
け、液体として水を電極に接しさせ、高周波パルス電気
信号を印加することにより良好な平行音波ビームが放射
されることが観測された。
同時に、高周波パルスのキャリア周波数を変化させたと
ころ、トランスデユーサからの音波ビームの方向θは第
４図に示すごとく変化した。
ころ、トランスデユーサからの音波ビームの方向θは第
４図に示すごとく変化した。
従って周波数を変化させることにより音波ビームの方向
を電気的に変化させることが出来る。
を電気的に変化させることが出来る。
以上実施例により詳しく説明したごとく、一様な周期の
すだれ状電極に、電極を順次切替えながら高周波信号を
印加することにより、ビームが平行移動をする超音波ビ
ームを発生させることが出来る。
すだれ状電極に、電極を順次切替えながら高周波信号を
印加することにより、ビームが平行移動をする超音波ビ
ームを発生させることが出来る。
なお上記実施例は主に超音波の発生について説明したが
、同じ構造により超音波を検出して対応する交流信号を
得ることもできる。
、同じ構造により超音波を検出して対応する交流信号を
得ることもできる。
第１図は本発明による超音波発生（検出）装置の構造例
、第２図Ａ及び第２図Ｂはすだれ状電極の構成例、第３
図Ａ及び第３図Ｂはすだれ状電極に印加する交流信号の
時間関係図、第４図はすだれ状電極に印加する周波数と
ビームの方向を示すグラフである。 １；容器、２；液体、３；圧電性物質、４；すだれ状電
極。
、第２図Ａ及び第２図Ｂはすだれ状電極の構成例、第３
図Ａ及び第３図Ｂはすだれ状電極に印加する交流信号の
時間関係図、第４図はすだれ状電極に印加する周波数と
ビームの方向を示すグラフである。 １；容器、２；液体、３；圧電性物質、４；すだれ状電
極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一方の表面にインターディジタル電極を有する圧電
性物質を該電極が液体に接するごとく設置し、該インタ
ーディジクル電極は、複数の平行な細長電極指を有する
くしの歯状電極を複数組具備し各くしの歯状電極の電極
指が交互にオーバーラツプして配置される構造を有し、
電極に印加又は誘起する交流信号と超音波との変換を行
なう方法において、インターディジタル電極の電極周期
が一様であり、当該インターディジクル電極に選択的に
交流電気信号が印加され、かつ選択される電極指を電極
指の配列にそって順次移動させることにより、インター
ディジタル電極から所定の方向に放射されかつ時間的に
平行移動する超音波ビームを発生させることを特徴とす
る超音波変換方法。 ２ 交流電気信号の周波数を変化させることにより超音
波ビームの放射方向を変化させる特許請求の範囲第１項
記載の超音波変換方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52152966A JPS5821994B2 (ja) | 1977-12-21 | 1977-12-21 | 超音波変換方法 |
| DE19782850251 DE2850251C2 (de) | 1977-11-21 | 1978-11-20 | Ultraschallwellenwandler und Verfahren zur Erzeugung eines konvergierenden Ultraschallwellenbündels |
| US06/215,902 US4399387A (en) | 1977-11-21 | 1980-12-12 | Ultrasonic wave transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52152966A JPS5821994B2 (ja) | 1977-12-21 | 1977-12-21 | 超音波変換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5485713A JPS5485713A (en) | 1979-07-07 |
| JPS5821994B2 true JPS5821994B2 (ja) | 1983-05-06 |
Family
ID=15552040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52152966A Expired JPS5821994B2 (ja) | 1977-11-21 | 1977-12-21 | 超音波変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821994B2 (ja) |
-
1977
- 1977-12-21 JP JP52152966A patent/JPS5821994B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5485713A (en) | 1979-07-07 |
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