JP6948216B2 - Ultrasonic transmitter / receiver and ultrasonic transducer - Google Patents
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Description
本発明は、超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サに関する。 The present invention relates to an ultrasonic transmitter / receiver and an ultrasonic transducer.
従来、ソ−ナ−や医療用超音波診断装置をはじめとする様々な超音波送受信装置が存在する。これらの超音波送受信装置では、通常、圧電素子と被検体との音響インピ−ダンスの整合をとるための整合層が設けられる。例えば、特許文献1では、エポキシ樹脂等の材料により積層された音響整合層を有した超音波トランスデュ−サが記載されている。 Conventionally, there are various ultrasonic transmission / reception devices such as a sonar and a medical ultrasonic diagnostic device. In these ultrasonic transmission / reception devices, a matching layer for matching the acoustic impedance of the piezoelectric element and the subject is usually provided. For example, Patent Document 1 describes an ultrasonic transducer having an acoustic matching layer laminated with a material such as an epoxy resin.
超音波送受信装置の音響素子の性能を向上させるためには、音波の異種材料間での反射をできるだけ抑制する必要があり、物質界面での音響インピ−ダンスの整合が非常に重要となる。特許文献1では、音響インピ−ダンスの整合をとるために、整合層を複数層で構成した整合層の厚さを使用周波数の1/4波長にするように調整している。 In order to improve the performance of the acoustic element of the ultrasonic transmitter / receiver, it is necessary to suppress the reflection of sound waves between different materials as much as possible, and matching the acoustic impedance at the material interface is very important. In Patent Document 1, in order to match the acoustic impedance, the thickness of the matching layer composed of a plurality of matching layers is adjusted to be 1/4 of the working frequency.
しかしながら、特許文献1に記載されている整合層の場合、被検体の材質に応じて整合層の厚みや使用材料を変える必要があり、広周波数帯域で音響インピ−ダンスの整合をとることが困難であった。また、積層数が増えるほど精度よく音響インピ−ダンスの整合をとることができる一方、整合層の厚さが増してしまうため、装置の小型化が困難になってしまうという問題があった。 However, in the case of the matching layer described in Patent Document 1, it is necessary to change the thickness of the matching layer and the material used according to the material of the subject, and it is difficult to match the acoustic impedance in a wide frequency band. Met. Further, while the acoustic impedance can be matched more accurately as the number of layers increases, the thickness of the matching layer increases, which makes it difficult to miniaturize the device.
本発明は、小型化を実現しつつ、精度よく広周波数帯域での音響インピ−ダンスの整合をとることが可能な超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic transmitter / receiver and an ultrasonic transducer capable of accurately matching acoustic impedance in a wide frequency band while realizing miniaturization.
本発明にかかる超音波送受信装置は、第1の電極を有した第1の部材と、第2の電極を有した第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とを支持する支持部材とにより空隙が形成されたセルを有した整合層と、印加電圧を制御して前記第1の部材と前記第2の部材とが接触する面積を変える制御部と、を備えることを特徴とする超音波送受信装置として構成される。 The ultrasonic transmission / reception device according to the present invention supports a first member having a first electrode, a second member having a second electrode, the first member, and the second member. It is provided with a matching layer having a cell in which a gap is formed by the supporting member, and a control unit that controls the applied voltage to change the contact area between the first member and the second member. It is configured as a characteristic ultrasonic transmitter / receiver.
また、本発明は上記超音波送受信装置に用いられる超音波トランスデュ−サとしても把握される。 The present invention is also understood as an ultrasonic transducer used in the ultrasonic transmitter / receiver.
本発明によれば、小型化を実現しつつ、精度よく広周波数帯域での音響インピ−ダンスの整合をとることができる。 According to the present invention, it is possible to accurately match the acoustic impedance in a wide frequency band while realizing miniaturization.
以下に添付図面を参照して、超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サの実施の形態を詳細に説明する。以下では、一例として、音響素子から構成される整合層に、静電容量型デバイス(CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)デバイス)の超音波トランスデュ−サに適用した超音波送受信装置について説明しているが、同様の機能を有した機器や装置に適用することができる。また、以下では、特に説明する場合を除き、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。 Hereinafter, embodiments of the ultrasonic transmitter / receiver and the ultrasonic transducer will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, as an example, an ultrasonic transmitter / receiver applied to an ultrasonic transducer of a capacitance type device (CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) device) is described in a matching layer composed of acoustic elements. However, it can be applied to devices and devices having similar functions. Further, in the following, unless otherwise specified, the same components are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図1は、超音波送受信装置100の構成例を示す図である。図1に示すように、超音波送受信装置100は、超音波トランスデュ−サ12と、回路部13と、制御表示部14とを有して構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the ultrasonic wave transmission /
超音波トランスデュ−サ12は、超音波を送信するとともに反射波を受信する超音波探触子である。超音波トランスデュ−サ12は、回路部13に電気的に接続され、回路部13が有する送信回路133から供給される駆動信号に基づき超音波を発生するとともに、図示しない被検体からの反射波を受信して、受信した反射波を電気信号に変換する。
The
超音波トランスデュ−サ12から被検体に超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体の音響インピ−ダンスの不連続面で次々と反射され、当該超音波トランスデュ−サ12がその反射波を受信する。反射波は、当該反射波を受信した超音波トランスデュ−サ12で電気信号である反射波信号に変換される。反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピ−ダンスの差に依存する。
When ultrasonic waves are transmitted from the
図1に示すように、超音波トランスデュ−サ12は、1または複数の整合層121と、圧電素子122とを有して構成される。図1では、第1整合層から第N整合層までのN個の整合層が設けられているが、超音波送受信装置の使用環境や被検体等の媒質に応じて、適宜その数を定めることができる。
As shown in FIG. 1, the
各整合層121は、圧電素子122から放射される超音波が効率よく被検体内に入射されるように、圧電素子122と被検体との間の音響インピ−ダンスの不整合を緩和する部材を有して構成され、圧電素子122の音響放射面(圧電素子122の超音波を放射する面)側に設けられている。各整合層121の部材としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコ−ン樹脂などの樹脂、あるいはアルミニウムなどの金属またはその合金や、半導体であるシリコンやその化合物などの無機材料を用いることができる。各整合層121は、回路部13に設けられた各整合層121に対応する電源131から印加された電圧の値の大きさに応じて、その構造を変化させる。各整合層121の具体的な構成や構造の変化については後述する。
Each
圧電素子122は、例えば、圧電セラミクス等の圧電素子や電歪素子から構成される。圧電素子122の部材としては、圧電性を有した、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛/Pb(Zr,Ti)O3)、PMN−PT(マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)を用いることができる。圧電素子122は、回路部13の送信回路133から供給される駆動信号にしたがって超音波を放射するとともに、被検体から受信した反射波を反射波信号(電圧信号)に変換し、変換した反射波信号を回路部13の受信回路134に出力する。超音波トランスデュ−サ12の具体的な物理的構造については後述する。続いて、回路部13について説明する。
The
回路部13は、超音波トランスデュ−サ12による超音波の送受信の制御、および各整合層121に印加する電圧を制御する回路である。図1に示すように、回路部13は、各整合層121に対応して設けられた1または複数の電源131と、それぞれの電源131の印加電圧を制御する電圧制御部132と、制御表示部14からの指示にしたがって超音波トランスデュ−サ12に駆動信号を供給する送信回路133と、超音波トランスデュ−サ12において発生した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波デ−タを生成し、制御表示部14に出力する受信回路134とを有して構成される。
The
各電源131は、例えば、直流電源回路から構成され、電圧制御部132からの指示にしたがって、それぞれの電源131に対応する整合層121に電圧を印加する。
Each
電圧制御部132は、例えば、電圧制御回路から構成され、制御表示部14の制御演算部141からの指示にしたがって、各電源131に対して印加する電圧を制御する。各電源131および電圧制御部132は、1つの回路として構成されていてもよい。
The
送信回路133は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等の各種回路を有して構成され、超音波トランスデュ−サ12に駆動信号を供給する。
The
受信回路134は、アンプ回路、A/D変換器、加算器等の各種回路を有して構成され、超音波トランスデュ−サ12において発生した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波デ−タを生成する。続いて、制御表示部14について説明する。
The
制御表示部14は、回路13に対する電圧制御を含む各種指示や超音波トランスデュ−サ12に対する駆動指示を出力し、当該駆動指示にしたがって得られた反射波デ−タを出力するコンピュ−タにより構成される。図1に示すように、制御表示部14は、制御演算部141と、操作表示部142と、記憶部143とを有して構成されている。制御表示部14と回路部13とは、1つのコンピュ−タに内蔵されていてもよい。
The
制御演算部141は、超音波トランスデュ−サ12による超音波の送受信の制御、および回路部13への電圧制御を指示するとともに、超音波トランスデュ−サ12が受信した反射波に基づいて超音波画像を生成する回路である。また、制御演算部141は、回路部13の受信回路134から出力された反射波デ−タから超音波画像を生成する。
The
制御演算部141は、情報処理装置(計算機)としての機能を実現する制御プロセッサであり、表示制御部14および超音波送受信装置100の処理全体を制御する。具体的には、制御演算部141は、操作表示部142を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶部143から読込んだ各種制御プログラム及び各種デ−タに基づき、回路部13の処理を制御する。また、制御演算部141は、記憶部143が記憶する超音波画像等の各種画像、又は、制御演算部141による処理を行なうためのGUI(Graphical User Interface)、処理結果等を操作表示部142に表示する制御を実行する。
The
制御演算部141は、例えば、CPU(central preprocess unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィ−ルドプログラマブルゲ−トアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路により構成される。なお、記憶部143にプログラムを記憶することに代えて、制御演算部141の回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、制御演算部141は回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。
The
操作表示部142は、超音波送受信装置100の操作者からの操作を受け付けて、各種設定要求を入力するためのGUIを表示したり、制御演算部141において生成された超音波画像等を表示する表示装置を有している。また、操作表示部142は、トラックボ−ル、スイッチ、ダイヤル、タッチコマンドスクリ−ン等により構成される入力装置3を有している。
The
操作表示部142は、超音波送受信装置100の操作者から、超音波トランスデュ−サ12を制御するための各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を制御演算部141に出力する。
The
記憶部143は、制御演算部141が生成した超音波画像を記憶するメモリである。記憶部143は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハ−ドディスク、光ディスク等により実現される。以下では特に説明していないが、記憶部143に、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうためのプログラムや、診断情報(例えば、患者ID、医師の所見等)や、診断プロトコルや各種ボディ−マ−ク等の各種デ−タが記憶されてもよい。
The
図2は、超音波トランスデュ−サ12の構造例を示す図である。図2に示すように、超音波トランスデュ−サ12は、物理的には、上記整合層121と、上記圧電素子122と、バッキング123と、カバ−124とを有して構成されている。バッキング123は、圧電素子122による超音波パルスの送波の際に、超音波の照射方向と反対側に放射される超音波パルスを吸収し、圧電素子122の余分な振動を抑えるために設けられた部材である。カバ−124は、上記整合層121、上記圧電素子122、バッキング123の収納空間を形成する部材である。図2では、整合層121が、第1整合層121−1から第3整合層121−3までの3つの整合層により構成されている例を示している。
FIG. 2 is a diagram showing a structural example of the
図3は、図2に示した整合層121の構造例を示す図である。図3に示すように、整合層121は、第1層を形成する第1整合層121−1から第N層を形成する第N整合層121−nにより形成される積層構造により構成される。以下では、整合層121に、このような積層構造を適用した場合を例示しているが、単層構造により構成されていてもよい。また、上記積層構造を形成する整合層121の各層は、1または複数のセル31を有して構成される。図3では、例えば、第1層として形成される第1整合層121−1は8つのセル31−1により構成され、第N層として形成される第N整合層121−nは2つのセル31−nにより構成されていることを示している。図3では、各整合層121が複数のセル31により構成される例を示しているが、1つのセル31により構成されていてもよい。すなわち、それぞれの整合層121を構成するセル31の数、セル31の大きさ、整合層121の積層順序は、超音波送受信装置100の使用環境や被検体等の媒質に応じて任意に組み合わせることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a structural example of the
したがって、図3に例示したように、必ずしも下層の整合層から順にセル31の大きさを大きくして異ならせる必要はなく、これとは逆に上層の整合層から順にセル31の大きさを小さくして異ならせたり、各整合層のセル31の大きさを同じにする等、適宜組み合わせればよい。
Therefore, as illustrated in FIG. 3, it is not always necessary to increase the size of the
図4は、図3に示したセル31の構造例を示す図である。図4に示すように、セル31は、上面電極311a(第1の電極)を有した平板状の上面板311((第1の部材)と、下面電極312a(第2の電極)を有した平板状の下面板312(第2の部材)と、上面板311と下面板312とを支持する支持部材313とを有して構成されている。すなわち、セル31は、上面板311と下面板312と支持部材313とにより、空隙Xを形成するように構成されている。
FIG. 4 is a diagram showing a structural example of the
具体的には後述するが、発明者らは、上記のようにセル31が空隙を有する構造とし、上面板311と下面板312との接触面積の大きさを変化させることにより、音響インピ−ダンスを可変とする整合層を実現した。従来、整合層は、無機材料を用いているが、精度よく音響インピ−ダンスを整合させるために、被検体の種類等応じて整合層の厚みや積層数を変えて周波数帯域を調整しなければならず、広範囲の周波数帯域での調整が困難であった。このような従来の問題点に鑑み、発明者らは、空隙を有した静電容量型のセルを採用して整合層を構成し、当該セルに印加される電圧を制御することで音響インピ−ダンスを整合させる着想に至った。
Specifically, as will be described later, the inventors have made the
CMUTデバイスは、2つの電極に印加された電圧により生じる静電気力が、2つの電極を引っ張る引力で上面板または下面板が振動して電極間の静電容量が変化するデバイスである。したがって、通常は、電極を有した上面板と下面板とを接触させるのではなく、振動させることにより、音波を発生させるように電圧を制御する。しかし、本発明者らは、このようなCMUTデバイスの構造に着目し、このような従来の制御方法とは逆に、電極を有した上面板と下面板とを接触させることによって振動を抑え、音波の反射を極力抑制して音響インピ−ダンスを整合させる方法を採用するに至った。以下、本実施例におけるセル31の構造およびセル31の制御について説明する。
The CMUT device is a device in which the electrostatic force generated by the voltage applied to the two electrodes vibrates the upper surface plate or the lower surface plate due to the attractive force pulling the two electrodes, and the capacitance between the electrodes changes. Therefore, normally, the voltage is controlled so as to generate sound waves by vibrating the upper surface plate having the electrodes and the lower surface plate instead of bringing them into contact with each other. However, the present inventors have focused on the structure of such a CMUT device, and, contrary to such a conventional control method, suppress vibration by bringing the upper surface plate having an electrode and the lower surface plate into contact with each other. We have come to adopt a method of matching the acoustic impedance by suppressing the reflection of sound waves as much as possible. Hereinafter, the structure of the
なお、本実施例では、CMUTデバイスをセル31に適用した場合について説明しているが、PMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers)デバイスをセル31に適用した場合も同様に考えることができる。
In this embodiment, the case where the CMUT device is applied to the
図5Aは、電圧制御時におけるセル31の構造例を示す図である。図5Aに示すように、セル31は、回路部13の電源131により、上面板311の上面電極311aに対して電圧が印加されると、上面が空隙X側に折れ曲がって変形して下面に接触する。このとき、空隙Xは、下面板312と下面板312に接触した上面板311と支持部材313とにより、2つの空隙X1に分割される。印加される電圧が大きくなるほど、その接触面積Cは、図5Bに示すグラフのように徐々に大きくなる。図5Aでは上面板311に電圧を印加した例を示しているが、下面板312に電圧を印加したときについても同様に考えることができる。このように、セル31に対する印加電圧の大きさを制御することにより、上記接触面積Cの大きさを増減させ、整合層の構造を変えることなく音響インピ−ダンスを変化させることができる。接触面積Cの大きさをどの程度に制御するのかについては、超音波送受信装置100の使用環境や被検体等の媒質に応じて適宜定めればよい。
FIG. 5A is a diagram showing a structural example of the
図6は、図3に示したセル31の他の構造例を示す図である。図6では、下面板312の内面側である空隙X側に突出した複数の突起Pが階段状に設けられている。突起Pは、空隙Xの中央から支持部材313の方向に離れるにつれて、徐々に高さが高くなるように、等間隔で下面板312に設けられている。図6では、突起Pが下面板312に設けられた例を示しているが、各突起Pが上面板311に設けられていてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing another structural example of the
また、図6では、複数の突起Pが上記のように階段状に配置されているが、各突起Pの高さ同じ高さであってもよい。さらに、各突起Pは必ずしも等間隔に並べられている必要はなく、ある突起間の幅と、他の突起間の幅とを変えて配置されてもよい。また、各突起Pの支持部材313方向の幅は必ずしも同じ幅である必要はなく、ある突起Pの幅と他の突起Pの幅とを変えて配置されていてもよい。さらに、各突起Pと電圧印加時における上面板311または下面板312との接触面が平面である必要はなく、他の形状であってもよい。すなわち、突起Pは、電圧印加時に、上面板311または下面板312が、後述するような多段階で接触可能な立体形状として配置されていればよい。
Further, in FIG. 6, a plurality of protrusions P are arranged in a staircase pattern as described above, but the height of each protrusion P may be the same. Further, the protrusions P do not necessarily have to be arranged at equal intervals, and the width between certain protrusions and the width between other protrusions may be changed. Further, the width of each protrusion P in the
図7Aは、電圧制御時におけるセル31の他の構造例を示す図である。図7Aに示すように、セル31は、回路部13の電源131により、上面板311の上面電極311aに対して電圧が印加されると、上面板311が空隙X側に折れ曲がって変形して突起Pに接触する。図7Aでは、上面板311がすべての突起P(P1〜P7)に接触している例を示している。この場合、空隙Xは突起Pと突起Pに接触した上面板311と下面板312と支持部材313とにより8つの空隙X2に分割される。図7Aに示す例では、印加される電圧が大きくなるほど、上面板311が接触する突起Pの数が多くなる。具体的には、印加される電圧が大きくなるにつれて、上面板311は、突起P1およびP7の2つの突起→突起P1、2およびP6、7の4つの突起→突起P1、2、3およびP5、6、7の6つの突起→突起P1からP7までの7つのすべての突起に対してこの順序で接触することにより接触する突起の数が変わり、接触面積Cが、図7Bに示すグラフのように段階的に大きくなる。
FIG. 7A is a diagram showing another structural example of the
このように、セル31に対する印加電圧の大きさを制御することにより、上面板311が接触する突起Pの数を変化させて、段階的に接触面積Cの大きさを増減させる。したがって、図5Aの場合に比べて、さらに、音響インピ−ダンスの変化を容易に調整することができる。
In this way, by controlling the magnitude of the applied voltage to the
図8は、印加電圧の制御方法を定めた印加電圧制御テ−ブルの例を示す図である。当該テ−ブルは記憶部143にあらかじめ記憶されているものとして説明するが、制御演算部141や電圧制御部132に記憶されていてもよい。図8に示すように、印加電圧制御テ−ブル1431は、整合層を構成する各層と、被検体である伝搬媒体ごとに定められた電圧値とが対応付けて記憶されている。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an applied voltage control table that defines a method for controlling the applied voltage. Although the table will be described as being stored in the
図8では、例えば、1層目の整合層である第1整合層121−1は、被検体が伝搬媒体1である場合には印加電圧の値が(A)に設定され、被検体が伝搬媒体2である場合には印加電圧の値が(E)に設定され、被検体が伝搬媒体3である場合には印加電圧の値が(I)に設定されることを示している。他の各層の整合層についても同様に、伝搬媒体ごとに印加電圧の値が設定されている。このように、整合層を構成する各層ごとに、被検体の種類に応じて印加電圧を定めることにより、1つの超音波トランスデュ−サ12を用いて様々な種類の被検体に対して超音波を送受信することができる。図8に示す印加電圧制御テ−ブル1431で定められた印加電圧の値は、例えば、制御演算部141が記憶部143に記憶された印加電圧制御テ−ブル1431を読み出して操作表示部142に表示し、操作表示部142が、操作者から整合層ごとおよび伝搬媒体ごとの印加電圧の値の選択を受け付けることにより、設定される。なお、図8では、整合層の各層ごとおよび伝搬媒体ごとに印加電圧の値を定めているが、上記各層を構成するセル31ごとおよび伝搬媒体ごとに印加電圧の値を定めてもよい。
In FIG. 8, for example, in the first matching layer 121-1 which is the first matching layer, the value of the applied voltage is set to (A) when the subject is the propagation medium 1, and the subject propagates. It shows that the value of the applied voltage is set to (E) when the medium is 2, and the value of the applied voltage is set to (I) when the subject is the propagation medium 3. Similarly, the value of the applied voltage is set for each propagation medium for the matching layer of each of the other layers. In this way, by determining the applied voltage according to the type of the subject for each layer constituting the matching layer, one
このように、本実施例では、整合層121を構成するセル31に空隙を設け、例えば、セル31が当該空隙を挟む上面板131および下面板132のそれぞれの電極に電圧を印加することにより、少なくとも1つのセル31の上面板131と下面板132とが接触し、被検体等の媒質に応じて印加電圧の大きさを制御することにより、上面板131と下面板132との接触面積を可変とする構成を採用している。したがって、超音波トランスデュ−サ12の構造を変えることなく、様々な被検体に応じて容易に音響インピ−ダンスを変更することができ、超音波トランスデュ−サ12の小型化を実現することができる。
As described above, in this embodiment, a gap is provided in the
図1では、整合層121ごとに電源131が設けられている場合について例示した。しかし、さらなる超音波トランスデュ−サ12の小型化が必要となる場合には、例えば、図9に示すように、超音波送受信装置200の回路部13Aに設けられた1つの電源131Aが、超音波トランスデュ−サ12のそれぞれの整合層121に対して電圧を印加する構成としてもよい。この場合、電源131Aから各整合層に対して同じ電圧が印加されるため、例えば、図3に示したように、整合層121が各層のセル31の大きさを変えている場合には、印加電圧の大きさによって反応するセル31が異なることとなる。
FIG. 1 illustrates a case where a
したがって、整合層121の各層ごとおよび各セルごとに上記接触面積の大きさを可変とすることができる。もちろん、図1に示した構成において、各電源131が、対応する各整合層121に対して同じ大きさの電圧を印加した場合も同様に考えることができる。
Therefore, the size of the contact area can be made variable for each layer of the
図10は、セル31ごとに電源131を設けた超音波送受信装置300の構成例を示す図である。図10に示すように、超音波送受信装置300の回路部13Bは、整合層121を構成するセル31ごとに電源131Bを設け、セル31単位に印加する電圧の大きさを制御する構成となっている。図10では、第1整合層121−1を構成する複数のセル31(セルA〜セルM)のそれぞれに対応して電源131Bが設けられた場合の構成を例示している。このような構成とすることにより、セル単位で印加電圧を制御することができるため、音響インピ−ダンスをより細やかに変化させることができる。図10では第1整合層121−1の構成を例示しているが、整合層121を構成するすべての層について、セル31ごとに電源を設けてもよいし、整合層121の一部の層について、セル31ごとに電源を設けてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic wave transmission /
すなわち、整合層121を構成する各層のうち、セル単位で印加電圧が制御される層と、層単位で印加電圧が制御される層とを組み合わせてもよい。このような組み合わせは、超音波送受信装置の使用環境や被検体等の媒質に応じて定めることができる。
That is, among the layers constituting the
図11は、超音波トランスデュ−サ12から受信した反射波信号を解析し、その解析結果を電圧制御部132にフィ−ドバックする超音波送受信装置400の構成例を示す図である。図11に示すように、超音波送受信装置400の制御表示部14は、制御演算部141Aを有し、当該制御演算部141Aには、フィ−ドバック回路1411と、信号処理部1412とが設けられている。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic transmitter /
フィ−ドバック回路1411は、信号処理部1412から受け取った反射波信号の値と、当該反射波信号の最適値とに基づいて、印加電圧の大きさを制御し、当該制御の結果を回路部13の電圧制御部132に出力してフィ−ドバックする。例えば、フィ−ドバック回路1411は、被検体が人体の骨である場合にはその骨を透過する程度の大きさの電圧を印加してセルの接触面積を変えるように、電圧制御部132に指示する。また、例えば、反射波信号の値が最適値を下回っている場合、フィ−ドバック回路1411は、印加する電圧を大きくしてセルの接触面積を増やすように、電圧制御部132に指示する。
The
信号処理部1412は、回路部13の受信回路134から受信した反射波信号に基づく反射波デ−タを受信すると、当該反射波デ−タに含まれる反射波信号の値と、被検体ごとに定められた反射信号の最適値とをフィ−ドバック回路1411に出力する。上記反射信号の最適値は、あらかじめ記憶部143や、制御演算部141、電圧制御部132に記憶しておけばよい。なお、図11では、図1に示した超音波送受信装置100にフィ−ドバック回路1411および信号処理部1412を適用した例を示しているが、図9に示した超音波送受信装置200や図10に示した超音波送受信装置300についても同様に適用することができる。
When the
なお、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化したり、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせて実施することができる。例えば、図6に示した突起Pを有したセル31により構成される整合層121を、図9や図10に示した超音波送受信装置に適用したり、図8に示した印加電圧制御テ−ブルを、図9や図10に示した超音波送受信装置に適用してもよい。
It should be noted that the present embodiment is not limited to the present embodiment, and at the implementation stage, the components may be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof, or a plurality of components disclosed in the above embodiment may be appropriately used. It can be carried out in combination. For example, the
100、200、300、400 超音波送受信装置
12 超音波トランスデュ−サ
121 整合層
122 圧電素子
13、13A、13B 回路部
131、131A、131B 電源
132 電圧制御部
133 送信回路
134 受信回路
14 制御表示部
141、141A 制御演算部
1411 フィ−ドバック回路
1412 信号処理部
142 操作表示部
143 記憶部
1431 印加電圧制御テ−ブル
31 セル
X、X1、X2 空隙
P、P1〜P7 突起
100, 200, 300, 400 Ultrasonic transmitter /
Claims (9)
印加電圧を制御して前記第1の部材と前記第2の部材とが接触する面積を変える制御部と、
を備えることを特徴とする超音波送受信装置。 A gap was formed by the first member having the first electrode, the second member having the second electrode, and the support member supporting the first member and the second member. A matching layer with cells and
A control unit that controls the applied voltage to change the area of contact between the first member and the second member.
An ultrasonic transmitter / receiver characterized by being equipped with.
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The matching layer is configured to have a plurality of the cells having different sizes.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
前記制御部は、印加電圧を制御して前記第1の部材または前記第2の部材が前記突起に接触する数を変えることにより、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The cell is provided with a plurality of protrusions protruding into the gap, and the cell is provided with a plurality of protrusions.
The control unit changes the contact area by controlling the applied voltage and changing the number of contacts of the first member or the second member with the protrusions.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The control unit controls the applied voltage according to the type of the subject and changes the contact area.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
前記制御部は、前記整合層ごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The matching layer is composed of a laminated structure composed of a plurality of matching layers.
The control unit controls the voltage applied by the power supply provided for each matching layer and changes the contact area.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
前記制御部は、前記複数の整合層について設けられた一つの電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The matching layer is composed of a laminated structure composed of a plurality of matching layers.
The control unit controls the voltage applied by one power supply provided for the plurality of matching layers, and changes the contact area.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
前記制御部は、複数の前記セルごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The matching layer is configured to have a plurality of the cells.
The control unit controls the voltage applied by the power supply provided for each of the plurality of cells, and changes the contact area.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。 The control unit includes a feedback circuit that feeds back a voltage to be applied based on a reflected wave signal received from the matching layer.
The ultrasonic wave transmission / reception device according to claim 1.
前記制御部からの指示にしたがって超音波を放射し、被検体から受信した反射波に基づく反射波信号を前記制御部に出力する圧電素子と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサ。 A gap was formed by the first member having the first electrode, the second member having the second electrode, and the support member supporting the first member and the second member. A matching layer having a cell and changing the contact area between the first member and the second member based on an applied voltage controlled by a control unit.
A piezoelectric element that radiates ultrasonic waves according to instructions from the control unit and outputs a reflected wave signal based on the reflected wave received from the subject to the control unit.
An ultrasonic transducer characterized in that it comprises.
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