JPS6284697A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPS6284697A JPS6284697A JP60223606A JP22360685A JPS6284697A JP S6284697 A JPS6284697 A JP S6284697A JP 60223606 A JP60223606 A JP 60223606A JP 22360685 A JP22360685 A JP 22360685A JP S6284697 A JPS6284697 A JP S6284697A
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- Japan
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- electric field
- electroacoustic
- ultrasonic probe
- axis direction
- short axis
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/245—Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes
-
- 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
- B06B1/0629—Square array
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
- H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (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酸・
チタン酸ｍ（ＰＺＴ）系の圧電セラミック板が広く用い
られている。これらは強誘電性を示す物質で自発分極を
もっておシ、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。
チタン酸ｍ（ＰＺＴ）系の圧電セラミック板が広く用い
られている。これらは強誘電性を示す物質で自発分極を
もっておシ、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
スの圧電性はほとんど変化しない。
それらが著しく大きくないかぎり、ＰＺＴ系セラミック
ス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。
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。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、各短冊状振動要素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
位相番変えることによシ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。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、各短冊状振動要素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
位相番変えることによシ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
深度によっては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
らなる振動要素では困難である。
よび焦点は固定になっているため、短軸方向の分解能が
深度によっては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
らなる振動要素では困難である。
そこで、この問題を解決するため圧電撮動子の上下両面
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
、この方法では圧電振動子の上下面の分割゛厄匝間に選
択的に駆動電界を印加しても、もれ電界によりその周辺
をも励振してしまい充分な効果が得られない可能性があ
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
、この方法では圧電振動子の上下面の分割゛厄匝間に選
択的に駆動電界を印加しても、もれ電界によりその周辺
をも励振してしまい充分な効果が得られない可能性があ
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、相転移温度が比較的室温付近
にある強誘電性圧電体、もしくは尚電歪材料を電気音響
変換部に用い、バイアス亀界を印加することにより電気
音響変換効率を制御することを特徴とする。相転移温度
が比較的室温付近にある強誘電性圧電体では、温度を相
転移温度付近に保っておくと、バイアス電界の有無によ
υ強誘電性（圧電性）が発現した少しなかったりする。
にある強誘電性圧電体、もしくは尚電歪材料を電気音響
変換部に用い、バイアス亀界を印加することにより電気
音響変換効率を制御することを特徴とする。相転移温度
が比較的室温付近にある強誘電性圧電体では、温度を相
転移温度付近に保っておくと、バイアス電界の有無によ
υ強誘電性（圧電性）が発現した少しなかったりする。
また高電歪材料では、バイアス電界を印加することによ
シ大きな圧電性を誘起できる。すなわち、これらの材料
を超音波探触子の電気音響変換部に用いると、バイアス
電界によシミ気音響変換効率を制御できる。さらに電界
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。
シ大きな圧電性を誘起できる。すなわち、これらの材料
を超音波探触子の電気音響変換部に用いると、バイアス
電界によシミ気音響変換効率を制御できる。さらに電界
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。
実施例１
相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体として１．
ジルコン・チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒｏ、５ｓＴｉｏ、５ｓ
）Ｏｓ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４０Ｃ付近に相転移が観測される。
ジルコン・チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒｏ、５ｓＴｉｏ、５ｓ
）Ｏｓ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４０Ｃ付近に相転移が観測される。
すなわち、この物質では４０Ｃ以下では強誘電性を示し
自発分極が存在するが、４０Ｃよシ上の温度では自発分
極が消滅し圧電性もなくなる。ところが、４０Ｃよシ上
の温度でもバイアス電界を印加すると強誘電性が誘起さ
れ圧電性が発現する。
自発分極が存在するが、４０Ｃよシ上の温度では自発分
極が消滅し圧電性もなくなる。ところが、４０Ｃよシ上
の温度でもバイアス電界を印加すると強誘電性が誘起さ
れ圧電性が発現する。
このような圧′紙セラミックスからなる矩形板２１の一
方の面に第２図に示したように長袖方向に沿って３分割
されたアース電極２２，２３．２４を形成し、さらに他
方の面にホン１１ｍアレイ２５を形成した。この矩形板
をホット成極側を下にしてバッキング材に接着し、アー
ス′祇ホ上には音響整合層を設けて、眠子走査型すニア
探継子に岨み立てた。このような超音波探触子では温度
を４０Ｃ以上に保っておくと、ホット電極とアース電極
の間に直流バイアス電界が印加されているときのみ、そ
れぞれのＭ隘が対向している部分が圧電活性になる。例
えばアース電極２３のみを用い、ホット電極にバイアス
電圧を加えると、短軸方向にはアース成極の幅に相当す
る部分のみ圧電活性になる。したがって、アース電極２
３とホット′畦極に直流バイアスをかけたパルス電界を
印加することによシ、短軸方向には主としてアース区優
２３の幅に相当する部分のみから超音波パルスが放射さ
れる。また、アース電極２２，２３．２４をすべて用い
ることによシ、短軸方向すべての幅に相当する部分から
超音波パルスが放射される。すなわち、使用するアース
電極を選択することによシ芙効的に短軸方向の口径を変
化させることができる。
方の面に第２図に示したように長袖方向に沿って３分割
されたアース電極２２，２３．２４を形成し、さらに他
方の面にホン１１ｍアレイ２５を形成した。この矩形板
をホット成極側を下にしてバッキング材に接着し、アー
ス′祇ホ上には音響整合層を設けて、眠子走査型すニア
探継子に岨み立てた。このような超音波探触子では温度
を４０Ｃ以上に保っておくと、ホット電極とアース電極
の間に直流バイアス電界が印加されているときのみ、そ
れぞれのＭ隘が対向している部分が圧電活性になる。例
えばアース電極２３のみを用い、ホット電極にバイアス
電圧を加えると、短軸方向にはアース成極の幅に相当す
る部分のみ圧電活性になる。したがって、アース電極２
３とホット′畦極に直流バイアスをかけたパルス電界を
印加することによシ、短軸方向には主としてアース区優
２３の幅に相当する部分のみから超音波パルスが放射さ
れる。また、アース電極２２，２３．２４をすべて用い
ることによシ、短軸方向すべての幅に相当する部分から
超音波パルスが放射される。すなわち、使用するアース
電極を選択することによシ芙効的に短軸方向の口径を変
化させることができる。
実際に、温度を４０Ｃ’以上に保ち第２図に示した電子
走歪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。その結果、アース電極２３のみを用いた場合
には、アース電極すべてを削いだ場合に比較して、短軸
方向からみた超音波ビームの幅が近距離において狭くな
っていることがわかった。これは、実効的に短軸方向の
口径が小さくなっているためと考えられる。すなわち、
バイアス′電界の分布を変えることにより短軸方向から
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。
走歪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。その結果、アース電極２３のみを用いた場合
には、アース電極すべてを削いだ場合に比較して、短軸
方向からみた超音波ビームの幅が近距離において狭くな
っていることがわかった。これは、実効的に短軸方向の
口径が小さくなっているためと考えられる。すなわち、
バイアス′電界の分布を変えることにより短軸方向から
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
高電歪材料としてチタン酸バリウム・ストロンチウム（
Ｂ ａ、 Ｓ ｒ ） Ｔｉｅｓセラミックスを用いた
。このセラミックスはバイアス電界を印加することによ
り大きな圧電性を誘起できる。実施例１と同様、本セラ
ミックスからなる矩形板の一方の面に長軸方向に沿って
３分割されたアース゛電極を形成し、さらに他方の面に
ホット電極アレイを形成した。この矩形板、をホット鎮
極側を下にしてバッキング材に接層し、アース電極上に
は音響整合層を設けて、電子走査型リニア探触子に組立
てた。
Ｂ ａ、 Ｓ ｒ ） Ｔｉｅｓセラミックスを用いた
。このセラミックスはバイアス電界を印加することによ
り大きな圧電性を誘起できる。実施例１と同様、本セラ
ミックスからなる矩形板の一方の面に長軸方向に沿って
３分割されたアース゛電極を形成し、さらに他方の面に
ホット電極アレイを形成した。この矩形板、をホット鎮
極側を下にしてバッキング材に接層し、アース電極上に
は音響整合層を設けて、電子走査型リニア探触子に組立
てた。
このような超音波探触子では、ホット電極とアース電極
の間に直流バイアス電界が印加されているときのみ、そ
れぞれの電極が対向している部分が圧成活性になる。し
たがって、実施例１の場合と同様、ホット醒他にはバイ
アスをかけたパルス′紅界を印加し、使用するアース電
極を選択することによシ実効的に短軸方向の口径を変化
させることができる。
の間に直流バイアス電界が印加されているときのみ、そ
れぞれの電極が対向している部分が圧成活性になる。し
たがって、実施例１の場合と同様、ホット醒他にはバイ
アスをかけたパルス′紅界を印加し、使用するアース電
極を選択することによシ実効的に短軸方向の口径を変化
させることができる。
実際に超音波ビーム形成の実験を行なった結果、中央の
アース電極のみを用いた場合には、アース電極すべてを
用いた場合に比較して、短軸方向からみた超音波ビーム
の幅が近距離において狭くなっていることがわかった。
アース電極のみを用いた場合には、アース電極すべてを
用いた場合に比較して、短軸方向からみた超音波ビーム
の幅が近距離において狭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ているた
めと考えられる。
めと考えられる。
すなわち、バイアス電界の分布を食えることにより短軸
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。
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。
以上の実施例ではアース電極の分割数を３にしたが、回
も３に限ることはなくいくつに分割しても良いことは自
明である。
も３に限ることはなくいくつに分割しても良いことは自
明である。
壕だ、バイアス電界の印加手段としてポット電埃側に絶
縁層を介して独立にバイアス゛醒界印加用の電極を設け
、アース電極との間に゛電界を印加しても目的を達成で
きる。
縁層を介して独立にバイアス゛醒界印加用の電極を設け
、アース電極との間に゛電界を印加しても目的を達成で
きる。
以上説明したように、電界によシ強誘電性もしくは圧電
性を誘起できる強誘電性圧電体もしくは電歪材料を電気
音響変換部に用い、電気音％変換効率をバイアス電界に
よって制御することにょシ超音波ビームパターンを割（
財）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食型リニア探触子が実現できるこ
とを示したが、本発明によれば、このような超音波探触
子の与ならず一般にシス音響変換部に任意のバイアス電
界分布を与え、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、二次元的な電界分布を与える
ことによシ、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。
性を誘起できる強誘電性圧電体もしくは電歪材料を電気
音響変換部に用い、電気音％変換効率をバイアス電界に
よって制御することにょシ超音波ビームパターンを割（
財）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食型リニア探触子が実現できるこ
とを示したが、本発明によれば、このような超音波探触
子の与ならず一般にシス音響変換部に任意のバイアス電
界分布を与え、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、二次元的な電界分布を与える
ことによシ、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図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す図
。 １１・・・バッキング材、１２・・・ＰＺＴ系セラミッ
クスからなる短冊状変換素子、２１・・・相転移が室温
付近でおこる強誘電体、もしくは高電歪材料からなる矩
形板、２２〜２４・・・アース電１ｉ、２５・・・ホッ
ト１１１慣アレイ。 ／””
図、第２図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す図
。 １１・・・バッキング材、１２・・・ＰＺＴ系セラミッ
クスからなる短冊状変換素子、２１・・・相転移が室温
付近でおこる強誘電体、もしくは高電歪材料からなる矩
形板、２２〜２４・・・アース電１ｉ、２５・・・ホッ
ト１１１慣アレイ。 ／””
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電界により強誘電性もしくは圧電性を誘起できる強
誘電性圧電材料もしくは電歪材料を電気音響変換部に用
い、該電気音響変換部に電界を印加することにより電気
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電界分布を制
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
直方向の電界分布を制御する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、前記電界分布を制御する手段は、超音波探触子の長
軸方向に沿つて、複数に分割された電極からなることを
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
。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223606A JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
| US06/904,099 US4736631A (en) | 1985-10-09 | 1986-09-04 | Ultrasonic probes |
| DE19863631792 DE3631792A1 (de) | 1985-10-09 | 1986-09-18 | Ultraschallsonde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223606A JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6284697A true JPS6284697A (ja) | 1987-04-18 |
| JPH0783518B2 JPH0783518B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16800823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60223606A Expired - Lifetime JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4736631A (ja) |
| JP (1) | JPH0783518B2 (ja) |
| DE (1) | DE3631792A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01303136A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-07 | Yokogawa Medical Syst Ltd | 体腔内超音波プローブ |
| WO2022224825A1 (ja) * | 2021-04-22 | 2022-10-27 | 学校法人関西学院 | 発電方法および発電システム |
| US11913476B2 (en) | 2019-03-26 | 2024-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Compressor system |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02217000A (ja) * | 1989-02-16 | 1990-08-29 | Hitachi Ltd | 超音波探触子 |
| US5357481A (en) * | 1992-11-04 | 1994-10-18 | Western Atlas International, Inc. | Borehole logging tool |
| US5410205A (en) * | 1993-02-11 | 1995-04-25 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic transducer having two or more resonance frequencies |
| US5434827A (en) * | 1993-06-15 | 1995-07-18 | Hewlett-Packard Company | Matching layer for front acoustic impedance matching of clinical ultrasonic tranducers |
| US5460181A (en) * | 1994-10-06 | 1995-10-24 | Hewlett Packard Co. | Ultrasonic transducer for three dimensional imaging |
| US5345139A (en) * | 1993-08-27 | 1994-09-06 | Hewlett-Packard Company | Electrostrictive ultrasonic probe having expanded operating temperature range |
| US6225728B1 (en) | 1994-08-18 | 2001-05-01 | Agilent Technologies, Inc. | Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance |
| US5585546A (en) * | 1994-10-31 | 1996-12-17 | Hewlett-Packard Company | Apparatus and methods for controlling sensitivity of transducers |
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| US5957851A (en) * | 1996-06-10 | 1999-09-28 | Acuson Corporation | Extended bandwidth ultrasonic transducer |
| US6416478B1 (en) | 1998-05-05 | 2002-07-09 | Acuson Corporation | Extended bandwidth ultrasonic transducer and method |
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-
1985
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1986
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Also Published As
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| JPH0783518B2 (ja) | 1995-09-06 |
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