JP5179836B2 - 超音波探触子 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波探触子を模式的に示す一部断面斜視図であり、図2は、本発明の第1の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す平面図である。
BW(%)=100×(fH−fL)/fC ・・・(1)
ここで、周波数fL及びfHは、音圧がピーク値から6dB減衰する2つの周波数であり(fL<fH)、周波数fCは、次式(2)によって表されるように、周波数fLと周波数fHとの中心周波数である。
fC=(fL+fH)/2 ・・・(2)
バッキング材の音響インピーダンス: 6.0MRayl
圧電体の音響インピーダンス: 30MRayl
圧電体の電気機械結合係数k33': 0.69
超音波の中心周波数: 8.0MHz
第1の音響整合層の音響インピーダンス: 8.38MRayl
第2の音響整合層の音響インピーダンス: 2.34MRayl
音響レンズの音響インピーダンス: 1.5MRayl
被検体の音響インピーダンス: 1.5MRayl
図8は、本発明の第2の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す側面図である。本実施形態においては、複数の振動子2を含む振動子アレイと、音響レンズ4との間に、3層の音響整合層6a〜6cが配置されている。ここで、第1の音響整合層6a及び第2の音響整合層6bは均一な厚さを有しており、音響レンズ4に隣接する第3の音響整合層6cは、振動子アレイと反対側に凹面をしている。音響レンズ4の凸面は、音響整合層6cの凹面に密着している。これにより、超音波の反射が低減される。さらに、音響レンズ4の音速値を、音響整合層6cの音速値よりも小さくすることにより、複数の振動子2から送信される超音波が一軸上に集束される。その他の点に関しては、図1及び図2に示す第1の実施形態と同様である。本実施形態によれば、3層の音響整合層6a〜6cを配置することにより、振動子2と音響レンズ4との間における音響インピーダンスの変化をなだらかにすることができるので、超音波の伝播効率や受信感度をさらに向上させることができる。なお、4層以上の音響整合層を設けるようにしても良い。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す側面図である。本実施形態においては、複数の振動子2を含む振動子アレイと、音響レンズ4との間に、2層の音響整合層7a及び7bが配置されている。ここで、第1の音響整合層7aは、振動子アレイと反対側に凹面をしており、第2の音響整合層7bは、振動子アレイ側に凸面を有すると共に、振動子アレイと反対側に凹面を有している。第1の音響整合層7aの凹面と第2の音響整合層7bの凸面とは密着し、音響整合層7bの凹面と音響レンズ4の凸面とは密着している。これにより、超音波の反射が低減される。さらに、音響レンズ4の音速値を、音響整合層7bの音速値よりも小さくすることにより、複数の振動子2から送信される超音波が一軸上に集束される。その他の点に関しては、図1及び図2に示す第1の実施形態と同様である。本実施形態によれば、複数の音響整合層間の境界面を様々な形状とすることにより、設計の自由度を向上させることができる。なお、3層以上の音響整合層を設けるようにしても良い。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す側面図である。本実施形態においては、音響レンズ4上に、被検体との密着性を向上させるために弾性を有する第2の音響媒体8が配置されている。この音響媒体8は、シリコーンゲルのように、人体の音響インピーダンス(1.5MRayl)に近い音響インピーダンスを有することが望ましく、弾性があるので人体との密着性を向上させ、超音波の伝播効率を向上させることができる。その他の点に関しては、第1〜第3の実施形態と同様である。
図11は、本発明の第5の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す側面図である。本実施形態においては、第1の音響レンズ4aが、音響整合層3b側のみならず、音響整合層3bと反対側にも凸面を有しており、両凸シリンドリカルレンズの形状を有している。また、第1の音響レンズ4a上に、第2の音響レンズ4bが配置されていて、組合せレンズが構成されている。第2の音響レンズ4bは、第1の音響レンズ4a側に凹面を有すると共に、音響レンズ4aと反対側に平面を有しており、平凹シリンドリカルレンズの形状を有している。
図12は、本発明の第6の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す側面図である。本実施形態においては、図1及び図2に示す複数の振動子(圧電振動子)2を含む振動子アレイの替わりに、複数の微細超音波トランスデューサ(MUT:micro ultrasonic transducers)9を含む振動子アレイが用いられる。微細超音波トランスデューサ9としては、静電型微細超音波トランスデューサ(cMUT:capacitance MUT)と、圧電型微細超音波トランスデューサ(pMUT:piezoelectric MUT)と、電磁型微細超音波トランスデューサ(eMUT:electromagnetic MUT)が該当する。
2 振動子
2a 個別電極
2b 圧電体
2c 共通電極
3、10 音響媒体
3a、3b、6a〜6c、7a、7b 音響整合層
4 音響レンズ
5 充填材
8 第2の音響媒体
9 微細超音波トランスデューサ
9a 個別電極
9b 振動体
9c 共通電極
10 音響媒体
11 静電型微細超音波トランスデューサ(cMUT)
11a 個別電極
11b 空隙
11c 共通電極
12 圧電型微細超音波トランスデューサ(pMUT)
12a 空隙
12b 個別電極
12c 圧電体
12d 共通電極
13 電磁型微細超音波トランスデューサ(eMUT)
13a 電磁コイル
13b 空隙
13c 磁性体(振動体)
Claims (8)
- 被検体に超音波を送信し、及び/又は、被検体によって反射される超音波を受信するための複数の振動子を含む振動子アレイと、
前記振動子アレイの超音波送受信面上に、前記振動子アレイと反対側に凹面を有するように配置された少なくとも1層の音響媒体と、
前記少なくとも1層の音響媒体上に、前記少なくとも1層の音響媒体側に第1の凸面を有すると共に、前記少なくとも1層の音響媒体と反対側に第2の凸面を有するように配置され、隣接する音響媒体の音速値よりも小さい音速値を有する第1の音響レンズと、
前記第1の音響レンズ側に凹面を有すると共に、前記第1の音響レンズと反対側に平面を有し、前記第1の音響レンズの音速値よりもさらに小さい音速値を有する第2の音響レンズと、
を具備する超音波探触子。 - 前記第1の音響レンズと前記第2の音響レンズとの間に、それらの音速値よりもさらに小さい音速値を有する第2の音響媒体をさらに具備する、請求項1記載の超音波探触子。
- 前記少なくとも1層の音響媒体の凹面と前記第1の音響レンズの第1の凸面とが密着している、請求項1又は2記載の超音波探触子。
- 前記第2の音響レンズ上に配置され、被検体との密着性を向上させるために弾性を有する第3の音響媒体をさらに具備する、請求項2記載の超音波探触子。
- 前記複数の振動子の各々が、圧電振動子と、静電型振動子と、電磁気型振動子と、圧電たわみ型振動子との内の1つを含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の超音波探触子。
- 前記少なくとも1層の音響媒体が、複数の音響整合層を含み、前記複数の音響整合層の内で前記第1の音響レンズに隣接する音響整合層が、前記第1の音響レンズと反対側に凸面を有する、請求項1〜5のいずれか1項記載の超音波探触子。
- 前記少なくとも1層の音響媒体が、複数の音響整合層を含み、前記第2の音響レンズの中心部から送信される超音波の帯域と前記第2の音響レンズの周辺部から送信される超音波の帯域とが略同一となるように、前記複数の音響整合層が構成されている、請求項1〜6のいずれか1項記載の超音波探触子。
- 前記振動子アレイの超音波送受信面に対向する面上に配置されたバッキング材をさらに具備し、前記第2の音響レンズの中心部から送信される超音波の帯域と前記第2の音響レンズの周辺部から送信される超音波の帯域とが略同一となるように、前記バッキング材が構成されている、請求項1〜7のいずれか1項記載の超音波探触子。
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