JPS6177500A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS6177500A JPS6177500A JP59198548A JP19854884A JPS6177500A JP S6177500 A JPS6177500 A JP S6177500A JP 59198548 A JP59198548 A JP 59198548A JP 19854884 A JP19854884 A JP 19854884A JP S6177500 A JPS6177500 A JP S6177500A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic probe
- temperature
- electroacoustic transducer
- electroacoustic
- phase transition
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、超音波診断装置などに用いる超音波探触子に
関するものである。
関するものである。
従来、超音波探触子の電気音響変換部にはジルコン・チ
タン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミック板が広く用いら
れているにれらは強誘電性を示す物質で自発分極をもっ
ており、所定の温度で板面に垂直に強電界を印加する（
分極処理）ことにより分極方向がそろい強い圧電性が発
現する。
タン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミック板が広く用いら
れているにれらは強誘電性を示す物質で自発分極をもっ
ており、所定の温度で板面に垂直に強電界を印加する（
分極処理）ことにより分極方向がそろい強い圧電性が発
現する。
ＰＺＴ系セラミックスでは、強誘電性を示す上限温度が
室温より充分高く、また抗電界も大きいため、分極処理
後の残留分極が安定に保持される。
室温より充分高く、また抗電界も大きいため、分極処理
後の残留分極が安定に保持される。
したがって、周囲温度が変化したり電界を印加しても、
それらが著しく大きくないかぎり、ＰＺＴ系セラミック
の圧電性はほとんど変化しない。従来の超音波探触子で
は、この性質を利用して安定な電気音響変換効率を得て
いる。
それらが著しく大きくないかぎり、ＰＺＴ系セラミック
の圧電性はほとんど変化しない。従来の超音波探触子で
は、この性質を利用して安定な電気音響変換効率を得て
いる。
しかし、最近の超音波診断装置に対する高性能化の要求
に伴ない、超音波探触子の電気音響変換部の変換特性を
外部から制御できることが望ましい場合もでてきた６例
えば、第１図に示したような従来の電子走査型リニア探
触子では、各短舟状振動要素１２の配列方向（長軸方向
）からみた超音波ビームパターンは、駆動要素の数（し
たがって口径）および各駆動要素に印加する電気信号の
位相を変えることにより制御することができる。
に伴ない、超音波探触子の電気音響変換部の変換特性を
外部から制御できることが望ましい場合もでてきた６例
えば、第１図に示したような従来の電子走査型リニア探
触子では、各短舟状振動要素１２の配列方向（長軸方向
）からみた超音波ビームパターンは、駆動要素の数（し
たがって口径）および各駆動要素に印加する電気信号の
位相を変えることにより制御することができる。
ところが、配列方向と垂直方向（短軸方向）には口径お
よび焦点は固定になっているため、短軸方向の分解能が
深度によって不充分であるという問題点が出ている。こ
の場合、各振動要素内の電気音響変換効率を外部から制
御でき変換効率に重み分布をつけることができればこの
問題を解決できるが、ＰＺＴ系圧電セラミックスからな
る振動要素で困難である。
よび焦点は固定になっているため、短軸方向の分解能が
深度によって不充分であるという問題点が出ている。こ
の場合、各振動要素内の電気音響変換効率を外部から制
御でき変換効率に重み分布をつけることができればこの
問題を解決できるが、ＰＺＴ系圧電セラミックスからな
る振動要素で困難である。
そこで、この問題を解決するため圧電振動子の上下両面
の電極をそれぞれ長軸方向、短軸方向に沿って分割して
、短軸方向にも長軸方向と同様に口径を変化させる方法
が開示されている（特開昭５６−２１０５７）。しかし
、この方法では短軸方向にも電極を分割することによっ
て必要な切換スイッチ数が著しく増大し、送受波器の回
路構成が複雑になるという欠点がある。
の電極をそれぞれ長軸方向、短軸方向に沿って分割して
、短軸方向にも長軸方向と同様に口径を変化させる方法
が開示されている（特開昭５６−２１０５７）。しかし
、この方法では短軸方向にも電極を分割することによっ
て必要な切換スイッチ数が著しく増大し、送受波器の回
路構成が複雑になるという欠点がある。
本発明の目的は、電気音響変換部の変換効率を外部から
選択的に制御できる超音波探触子を提供することにある
。
選択的に制御できる超音波探触子を提供することにある
。
本発明の超音波探触子は、相転移温度が室温近くにある
強誘電性圧電体を電気音響変換部に用い。
強誘電性圧電体を電気音響変換部に用い。
温度を変化させることにより電気音響変換効率を制御す
ることを特徴とする。一般に電気音響変換効率の目安と
なる電気機械結合係数は相転移温度の近傍で大きく変化
するので、相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体
を用いて室温付近で温度制御することにより電気音響変
換効率を制御できる。さらに温度分布を与えることによ
り電気音響変換効率に重み分布を与えることができ超音
波ビームパターンを制御できる。
ることを特徴とする。一般に電気音響変換効率の目安と
なる電気機械結合係数は相転移温度の近傍で大きく変化
するので、相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体
を用いて室温付近で温度制御することにより電気音響変
換効率を制御できる。さらに温度分布を与えることによ
り電気音響変換効率に重み分布を与えることができ超音
波ビームパターンを制御できる。
これら相転移温度が室温近くにある強誘電体では室温付
近で抗電界が著しく低下し、残留分極を保持できない場
合がある。この場合は、直流バイアス電界を印加してお
くことにより１強誘電相で残留分極を保持し圧電性を維
持することができる。
近で抗電界が著しく低下し、残留分極を保持できない場
合がある。この場合は、直流バイアス電界を印加してお
くことにより１強誘電相で残留分極を保持し圧電性を維
持することができる。
直流バイアス電界がないとき温度を相転移温度以上にす
ると、自発分極は消滅し圧電性はなくなるが、直流バイ
アス電界を印加しい温度を相転移温度以下にすることに
より再び圧電性が発現する。
ると、自発分極は消滅し圧電性はなくなるが、直流バイ
アス電界を印加しい温度を相転移温度以下にすることに
より再び圧電性が発現する。
すなわち、相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体
を用いると室温付近で温度を制御することにより圧電活
性にしたり不活性にしたりできるにの効果を用いて超音
波ビームパターンを制御することができる。以下本発明
を実施例を参照しながら詳しく説明する６ 〔発明の実施例〕 実施例１ 相転移温度が室温近くにある強度誘電性圧電体として、
ジルコン・チタン酸鉛 Ｐ ｂ （Ｚ ｒｏ、ａｓ Ｔ ｌ ａ、ａｓ）Ｏｉ
にランタンＬａをドープしたいわゆるＰＬＺＴセラミッ
クスを用いた。Ｌａをｐｂに対し８．５ モル％加えた
ものは４０℃付近に相転移が観測される。すなわち、こ
の物質では、４０℃以下では強誘電性を示し自発分極が
存在するが、直流バイアス電界がないとき４０℃より上
の温度では自発分極が消滅し圧電性もなくなる。このよ
うな圧電セラミックからなる矩形板の両面に銀電極を印
刷した圧電振動板をバッキング材に接着した。ここでバ
ッキング材２１中に、長手方向に線状のヒーター２３が
２本埋め込まれている（第２図）６次に圧電振動板を多
数の短冊状変換素子２２に切断し、さらにその上に音ｙ
＃整合層を設けて、電子走査型リニア探触子に組み立て
たにのような超音波探触子では、バッキング材の中に埋
め込まれたヒーター２３に流す電流値を制御することに
より圧電振動板の短軸方向（バッキング材の長手方向と
垂直方向）の温度分布を制御することができる。第２図
の構造の超音波探触子においては２本のヒーターでその
周辺を温めることにより各短冊状変換素子２２の両端部
の温度が高くなる温度分布が実現でき、両端部の温度が
４０℃を越えるとこの部分は圧電不活性になる。
を用いると室温付近で温度を制御することにより圧電活
性にしたり不活性にしたりできるにの効果を用いて超音
波ビームパターンを制御することができる。以下本発明
を実施例を参照しながら詳しく説明する６ 〔発明の実施例〕 実施例１ 相転移温度が室温近くにある強度誘電性圧電体として、
ジルコン・チタン酸鉛 Ｐ ｂ （Ｚ ｒｏ、ａｓ Ｔ ｌ ａ、ａｓ）Ｏｉ
にランタンＬａをドープしたいわゆるＰＬＺＴセラミッ
クスを用いた。Ｌａをｐｂに対し８．５ モル％加えた
ものは４０℃付近に相転移が観測される。すなわち、こ
の物質では、４０℃以下では強誘電性を示し自発分極が
存在するが、直流バイアス電界がないとき４０℃より上
の温度では自発分極が消滅し圧電性もなくなる。このよ
うな圧電セラミックからなる矩形板の両面に銀電極を印
刷した圧電振動板をバッキング材に接着した。ここでバ
ッキング材２１中に、長手方向に線状のヒーター２３が
２本埋め込まれている（第２図）６次に圧電振動板を多
数の短冊状変換素子２２に切断し、さらにその上に音ｙ
＃整合層を設けて、電子走査型リニア探触子に組み立て
たにのような超音波探触子では、バッキング材の中に埋
め込まれたヒーター２３に流す電流値を制御することに
より圧電振動板の短軸方向（バッキング材の長手方向と
垂直方向）の温度分布を制御することができる。第２図
の構造の超音波探触子においては２本のヒーターでその
周辺を温めることにより各短冊状変換素子２２の両端部
の温度が高くなる温度分布が実現でき、両端部の温度が
４０℃を越えるとこの部分は圧電不活性になる。
すなわち実効的に短軸方向の口径が変化することになる
。
。
実際に、第２図に示した電子走査型リニア探触子を用い
超音波ビーム形成の実験を行なった。その結果、まずビ
ータ−に電流を流さないときは短冊状変換素子の長さに
相当する口径で超音波が放射されていることが確認でき
た。次に、ヒーターに電流を流して周辺部を温めたとこ
ろ、短軸方向からみた超音波ビームパターンが変化し、
比較的近距離においてビームが鋭くなっていることがわ
かった。これは、実効的に短軸方向の口径が小さくなっ
たためと考えられる。すなわち、短軸方向からみた超音
波ビームパターンを制御できることが確認できた。
超音波ビーム形成の実験を行なった。その結果、まずビ
ータ−に電流を流さないときは短冊状変換素子の長さに
相当する口径で超音波が放射されていることが確認でき
た。次に、ヒーターに電流を流して周辺部を温めたとこ
ろ、短軸方向からみた超音波ビームパターンが変化し、
比較的近距離においてビームが鋭くなっていることがわ
かった。これは、実効的に短軸方向の口径が小さくなっ
たためと考えられる。すなわち、短軸方向からみた超音
波ビームパターンを制御できることが確認できた。
実施例２
次にジルコン・チタン酸鉛
Ｐ ｂ （Ｚ ｒｏ、ｓｓ Ｔ ｌ ｏ、１ｓ）Ｏｉに
Ｌａをｐｂに対し９．０モル％加えたＰＬＺＴセラミッ
クスを用いた。
Ｌａをｐｂに対し９．０モル％加えたＰＬＺＴセラミッ
クスを用いた。
このセラミックスでは１５℃付近で相転移が観測され、
室温（〜２０℃）では強誘電性を示さずしたがって圧電
性がない。このセラミックからなる矩形板の両面に銀電
極を印刷し、これをバッキング材に接着した。ここで第
３図に示したようにバッキング材３１の中に、長手方向
にペルチェ効果を利用した線状の温調素子３３が中央に
１本埋め込まれている。次にセラミック板を多数の短冊
状素子３２に切断し、さらにその上に音響整合層を設け
て、電子走査型リニア探触子に組み立てた。
室温（〜２０℃）では強誘電性を示さずしたがって圧電
性がない。このセラミックからなる矩形板の両面に銀電
極を印刷し、これをバッキング材に接着した。ここで第
３図に示したようにバッキング材３１の中に、長手方向
にペルチェ効果を利用した線状の温調素子３３が中央に
１本埋め込まれている。次にセラミック板を多数の短冊
状素子３２に切断し、さらにその上に音響整合層を設け
て、電子走査型リニア探触子に組み立てた。
このような超音波探触子は、室温では動作せずバッキン
グ材の中に埋め込まれたペルチェ素７−３３に電流を流
し、冷却して各々の短冊状素子の温度を１５℃以下に保
つことにより動作させることができる６ところが、構造
から明らかなように短冊状素子の中心部は両端部に比較
して温度が低くなるので、ペルチェ素子に流す電流値を
制御することにより短冊状素子の中心部のみを１５℃以
下にして圧電活性にすることができる。すなわち、実効
的に短軸方向の口径が変化することになる。
グ材の中に埋め込まれたペルチェ素７−３３に電流を流
し、冷却して各々の短冊状素子の温度を１５℃以下に保
つことにより動作させることができる６ところが、構造
から明らかなように短冊状素子の中心部は両端部に比較
して温度が低くなるので、ペルチェ素子に流す電流値を
制御することにより短冊状素子の中心部のみを１５℃以
下にして圧電活性にすることができる。すなわち、実効
的に短軸方向の口径が変化することになる。
実際に、第３図に示した電子走査型リニア探触子を用い
て超音波ビーム形成の実験を行なったにのとき各短冊状
変換素子には厚み方向に直流バイアス電界を印加し、さ
らに信号電界を印加した。
て超音波ビーム形成の実験を行なったにのとき各短冊状
変換素子には厚み方向に直流バイアス電界を印加し、さ
らに信号電界を印加した。
その結果、まずペルチェ素子に電流を流さないときは、
超音波探触子として動作しないことを確認した。次に、
ペルチェ素子に電流を流して冷却すると超音波が発生し
、電流値によって短軸方向からみた超音波ビームパター
ンが変化することがわかった。すなわち、電流値が小さ
いときは比較的近距離でのビームが細く、電流値が大き
くなるにしたがいビームが細くなる位置が遠距離にずれ
ることが観測できた。これは、電流値を大きくして冷却
するにしたがい圧電活性の部分の面積が大きくなり、実
行的に短軸方向の口径が大きくなった結果と考えられる
。このように本実施例でも、短軸方向からみた超音波ビ
ームパターンを制御できることが確認できた。
超音波探触子として動作しないことを確認した。次に、
ペルチェ素子に電流を流して冷却すると超音波が発生し
、電流値によって短軸方向からみた超音波ビームパター
ンが変化することがわかった。すなわち、電流値が小さ
いときは比較的近距離でのビームが細く、電流値が大き
くなるにしたがいビームが細くなる位置が遠距離にずれ
ることが観測できた。これは、電流値を大きくして冷却
するにしたがい圧電活性の部分の面積が大きくなり、実
行的に短軸方向の口径が大きくなった結果と考えられる
。このように本実施例でも、短軸方向からみた超音波ビ
ームパターンを制御できることが確認できた。
以上説明したように、相転移が室温近くでおこる強誘電
性圧電体を電気音響変換部に用い、電気音響変換効率を
温度によって制御することにより超音波ビームパターン
を制御できることは明らかである。実施例では、短軸方
向の口径が可変な電子走査型リニア探触子が実現できる
ことに示したが、本発明によれば、このような超音波探
触子のみならず一般に電気音響変換部に任意の＠度分布
を与え、電気音響変換効率に任意の重み分布をつけて超
音波ビームを制御できる探触子が実現できることは明ら
かである。例えば、二次元的な温度分布を与えることに
より１選択的に超音波ビームを送受できる二次元配列超
音波探触子も実現できる。
性圧電体を電気音響変換部に用い、電気音響変換効率を
温度によって制御することにより超音波ビームパターン
を制御できることは明らかである。実施例では、短軸方
向の口径が可変な電子走査型リニア探触子が実現できる
ことに示したが、本発明によれば、このような超音波探
触子のみならず一般に電気音響変換部に任意の＠度分布
を与え、電気音響変換効率に任意の重み分布をつけて超
音波ビームを制御できる探触子が実現できることは明ら
かである。例えば、二次元的な温度分布を与えることに
より１選択的に超音波ビームを送受できる二次元配列超
音波探触子も実現できる。
第１図は、従来の電子走査型リニア探触子の構造を示す
図、第２図および第３図は本発明の超音波探触子の例を
示す図。 １１．２１．３１・・・バッキング材、１２・・・ＰＺ
Ｔ系セラミックからなる短冊状変換素子、２２゜３２・
・・相転移が温度付近でおこる強誘電性圧電体からなる
短冊状変換素子、２３．３３・・・温度制御″！４１区 ￥２目
図、第２図および第３図は本発明の超音波探触子の例を
示す図。 １１．２１．３１・・・バッキング材、１２・・・ＰＺ
Ｔ系セラミックからなる短冊状変換素子、２２゜３２・
・・相転移が温度付近でおこる強誘電性圧電体からなる
短冊状変換素子、２３．３３・・・温度制御″！４１区 ￥２目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体を電気
音響変換部に用い、該電気音響変換部の温度を変化させ
ることにより電気音響変換効率を制御する制御手段を有
することを特徴とする超音波探触子。 ２、前記制御手段は前記電気音響変換部の温度分布を制
御し、もつて前記電気音響変換部内の電気音響変換効率
に重みをつける発熱もしくは冷却手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波探触子。 ３、前記電気音響変換部が多数の短冊状変換素子アレイ
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項に記載の超音波探触子。 ４、前記制御手段は前記短冊状変換素子の配列方向と垂
直方向の温度分布を制御する発熱手段もしくは冷却手段
を有することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
の超音波探触子。 ５、前記発熱手段もしくは冷却手段は超音波探触子の長
軸方向に沿つた線状の素子からなることを特徴とする特
許請求の範囲第４項に記載の超音波探触子。 ６、相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体を含む
電気音響変換部と、前記電気音響変換部に直流バイアス
電界を印加する手段とを有する超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198548A JPS6177500A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198548A JPS6177500A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177500A true JPS6177500A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16392997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59198548A Pending JPS6177500A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177500A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61268238A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-11-27 | 横河メディカルシステム株式会社 | 超音波診断装置用探触子 |
-
1984
- 1984-09-25 JP JP59198548A patent/JPS6177500A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61268238A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-11-27 | 横河メディカルシステム株式会社 | 超音波診断装置用探触子 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5471721A (en) | Method for making monolithic prestressed ceramic devices | |
| US6972510B2 (en) | Array of ultrasound transducers | |
| Meyer Jr et al. | Displacement amplification of electroactive materials using the cymbal flextensional transducer | |
| US6614143B2 (en) | Class V flextensional transducer with directional beam patterns | |
| JPH07107596A (ja) | 超音波プローブ、これに使用される電気歪トランスデューサ及び超音波プローブの動作温度範囲拡大方法 | |
| EP1503872B1 (en) | Array of membrane ultrasound transducers | |
| JPH0783518B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP3482101B2 (ja) | 圧電膜型素子 | |
| CA1125343A (en) | Dielectric electro-mechanical transducer | |
| JP4295238B2 (ja) | 圧電音響発生装置 | |
| Uchino | Recent trend of piezoelectric actuator developments | |
| Tressler et al. | A comparison of the underwater acoustic performance of single crystal versus piezoelectric ceramic-based “cymbal” projectors | |
| EP1050079B1 (en) | High-sensitivity piezocomposite material and ultrasonic transducer made therefrom | |
| Meyer et al. | Tonpilz transducers designed using single crystal piezoelectrics | |
| JP2020526073A (ja) | 対角線共振の音波及び超音波トランスデューサー | |
| JP4373777B2 (ja) | 圧電デバイス | |
| Viehland et al. | Enhancement of electromechanical coupling coefficient and acoustic power density in conventional “Hard” Pb (Zr 1− x Ti x) O 3 ceramics by application of uniaxial stress | |
| JPH0294579A (ja) | 超音波振動子用電歪磁器組成物 | |
| JPS5936440B2 (ja) | 電気・機械変換素子 | |
| JPH0639468Y2 (ja) | セラミックスアクチュエータ | |
| JP2001148522A (ja) | 異方性圧電板及びそれを用いた圧電応用装置 | |
| Bernstein et al. | Integrated ferroelectric monomorph transducers for acoustic imaging | |
| JPS63288077A (ja) | 電歪セラミック材料体およびその分極操作方法 | |
| Zhang | Transverse Resonance Orthogonal Beam (TROB) Single Crystal Underwater Transducers | |
| Haertling | Method for making monolithic prestressed ceramic devices |