JPH0759765A - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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Publication number
JPH0759765A
JPH0759765A JP15185493A JP15185493A JPH0759765A JP H0759765 A JPH0759765 A JP H0759765A JP 15185493 A JP15185493 A JP 15185493A JP 15185493 A JP15185493 A JP 15185493A JP H0759765 A JPH0759765 A JP H0759765A
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JP
Japan
Prior art keywords
matching layer
piezoelectric body
acoustic matching
ultrasonic
characteristic
Prior art date
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Pending
Application number
JP15185493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Saito
孝悦 斉藤
Fusako Kikuchi
総子 菊地
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an ultrasonic transducer which meets both of wide band frequency characteristic and large depth of focus characteristic to obtain an ultrasonic image with a higher resolution. CONSTITUTION:An piezo-electric body 1 is formed in such a manner that the center part thereof becomes thinner while becomes thicker toward the outside to make an ultrasonic radiation surface concave. An acoustic matching layer 2 is provided on the concave side of the piezo-electric body 1. The acoustic matching layer 2 has a value of 1/10 to 1.5/10 of an acoustic impedance value of the piezo-electric body 1 and is formed so that the center part thereof becomes thicker while becomes thinner toward the outside to be made uneven in thickness. A wide band frequency characteristic can be obtained by setting the shape of the piezo-electric body 1 and the acoustic impedance of the acoustic matching layer 2. A large depth of focus characteristic can be obtained depending on the shape of the piezo-electric body 1. The surface of the acoustic matching layer 2 is made almost flat thereby achieving better contacting properly with living body an a specimen 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水や生体を対象とした
ソナーや超音波診断装置などのセンサとして用いる超音
波トランスデューサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer used as a sensor for a sonar or ultrasonic diagnostic apparatus for water or living bodies.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の超音波トランスデューサ
においては、高分解能の超音波画像を得るため、複合圧
電体の材料を用いて広帯域の周波数特性化する構成、圧
電体に電気機械結合係数の分布を持たせて超音波に音圧
分布を持たせ、重みづけ(アポダイジング)して焦点深
度を長く(長焦点深度化)する構成などが検討されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of ultrasonic transducer, in order to obtain an ultrasonic image with high resolution, a structure for frequency characteristic of a wide band using a material of a composite piezoelectric material, an electromechanical coupling coefficient A configuration is being considered in which the ultrasonic waves are given a sound pressure distribution by giving a distribution, and weighting (apodization) is performed to increase the depth of focus (longer focal depth).

【0003】ここで、分解能と周波数特性、焦点深度特
性との関係について簡単に説明する。分解能は超音波が
伝搬する方向、すなわち、深さ方向と超音波トランスデ
ューサを走査する走査方向とに大別される。周波数特性
は深さ方向の分解能に大きく影響する特性である。周波
数特性はパルス応答特性をフーリエ変換したものである
ので、周波数特性の帯域幅が広くなると、パルス応答特
性は尾びきが押さえられ、短いパルスが得られることに
より分解能が向上することになる。また、周波数特性の
形をガウス分布型の単峰特性にすると、パルス応答特性
の尾びきが素直に収まることになるので、深さ方向に分
解能が更に向上する。以上のことから超音波トランスデ
ューサの周波数特性は、広帯域で、ガウス型のものが望
ましい。一方、走査方向においては、超音波トランスデ
ューサから送信する超音波ビームを可能な限り細く、し
かも、いずれの深さでも広くならないように絞ると分解
能は向上する。このことは超音波ビームの焦点深度が長
い程、分解能は高くなることを意味する。
Here, the relationship between the resolution, the frequency characteristic, and the depth of focus characteristic will be briefly described. The resolution is roughly divided into a propagation direction of ultrasonic waves, that is, a depth direction and a scanning direction in which an ultrasonic transducer is scanned. The frequency characteristic is a characteristic that greatly affects the resolution in the depth direction. Since the frequency characteristic is obtained by Fourier transforming the pulse response characteristic, when the bandwidth of the frequency characteristic becomes wide, the tail of the pulse response characteristic is suppressed and a short pulse is obtained, so that the resolution is improved. Further, if the frequency characteristic is a Gaussian-type unimodal characteristic, the tail of the pulse response characteristic falls straight, so the resolution is further improved in the depth direction. From the above, it is desirable that the frequency characteristics of the ultrasonic transducer have a wide band and a Gauss type. On the other hand, in the scanning direction, the resolution is improved by narrowing the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic transducer as much as possible and not narrowing it at any depth. This means that the longer the focal depth of the ultrasonic beam, the higher the resolution.

【0004】上記のような超音波トランスデューサの例
として、文献「Proc.IEEE,1985,Ultrasonics Symposiu
m」のP648-P651、特願平2−513975号公報に記載
されているような構成が知られている。
As an example of the ultrasonic transducer as described above, the document "Proc. IEEE, 1985, Ultrasonics Symposiu" is used.
The structure as described in P648-P651 of "m" and Japanese Patent Application No. 2-513975 is known.

【0005】前者においては、図4に示すように、柱状
の圧電セラミック11aと高分子11bを複合化した複
合圧電体11が形成され、複合圧電体11の一方の面に
接地電極12が設けられ、他方の面にアレイ状に配列さ
れた電極13が設けられた、いわゆるアレイ型トランス
デューサの構成となっている。
In the former case, as shown in FIG. 4, a composite piezoelectric body 11 in which a columnar piezoelectric ceramic 11a and a polymer 11b are composited is formed, and a ground electrode 12 is provided on one surface of the composite piezoelectric body 11. The structure is a so-called array type transducer in which the electrodes 13 arranged in an array are provided on the other surface.

【0006】複合圧電体11は音響インピーダンスを生
体に近づけることができ、しかも、電気機械結合係数は
ほぼ圧電セラミック単体のものと同等の高い値を有して
いるため、高感度で、広帯域の周波数特性を得ることが
できるという特徴がある。
Since the composite piezoelectric body 11 can bring the acoustic impedance close to that of a living body and has a high electromechanical coupling coefficient almost equal to that of the piezoelectric ceramic alone, it has high sensitivity and a wide frequency band. It has the characteristic that the characteristics can be obtained.

【0007】一方、後者においては、図5に示すよう
に、接地電極12と電極13との間の圧電セラミック1
5がアレイ状に配列され、配列方向に対して直角の方向
において、圧電セラミック15の分極する強度が調整さ
れ、電気機械結合係数に分布が形成されて超音波に音圧
分布を持たせるような構成となっている。
On the other hand, in the latter, as shown in FIG. 5, the piezoelectric ceramic 1 between the ground electrode 12 and the electrode 13 is formed.
5 are arranged in an array, the polarization strength of the piezoelectric ceramic 15 is adjusted in a direction perpendicular to the arrangement direction, and a distribution is formed in the electromechanical coupling coefficient so that ultrasonic waves have a sound pressure distribution. It is composed.

【0008】したがって、圧電セラミック15の配列方
向に対して直角の方向(音響レンズ方向)における音場
はサイドローブが小さく、しかも、深さ方向で焦点深度
の長い特性が得られるという特徴を有している。
Therefore, the sound field in the direction perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric ceramics 15 (acoustic lens direction) has a small side lobe, and further, a characteristic that the depth of focus is long in the depth direction is obtained. ing.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超音波トランスデューサのうち、図4に示す
前者の構成では、広帯域の超音波特性を得ることはでき
るものの、焦点深度については曲面形状に形成し、ある
いは音響レンズを設けて超音波を集束させるため、1点
集束になり、集束された焦点部分は超音波ビームを絞る
ことはできるが、それ以外の部分はビームが発散してし
まい、分解能を劣化させるという問題があった。
However, among the conventional ultrasonic transducers as described above, the former configuration shown in FIG. 4 can obtain ultrasonic characteristics in a wide band, but has a curved surface shape for the depth of focus. Since it is formed or provided with an acoustic lens to focus the ultrasonic waves, it becomes a single-point focusing, and the focused focal portion can focus the ultrasonic beam, but the beam diverges in other portions, There was a problem of degrading resolution.

【0010】一方、図5に示す後者の構成では、前者と
は逆に焦点深度は長くなるが、圧電体の電気機械結合係
数を低下させて音圧分布を持たせているため、周波数特
性、特に、帯域特性が狭くまり、パルス応答特性が劣化
するという問題があった。
On the other hand, in the latter configuration shown in FIG. 5, the depth of focus becomes longer, contrary to the former, but since the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body is lowered to give the sound pressure distribution, the frequency characteristic, In particular, there is a problem that the band characteristic is narrowed and the pulse response characteristic is deteriorated.

【0011】本発明は、このような従来のいずれの問題
をも解決するものであり、広帯域周波数特性と長焦点深
度特性の両特性を満たすことができ、したがって、分解
能の高い超音波画像を得ることができるようにした超音
波トランスデューサを提供することを目的とするもので
ある。
The present invention solves any of the conventional problems described above, and is capable of satisfying both the broadband frequency characteristic and the long focal depth characteristic, thus obtaining an ultrasonic image with high resolution. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer capable of performing the above.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、中心部の厚みが薄く、外方に
至るに従い厚くなり、厚みが不均一で超音波の送受信側
が凹面形状となるように形成された圧電体と、この圧電
体の凹面部に設けられ、この圧電体の音響インピーダン
ス値の10分の1〜10分の1.5の値を有する不均一
な厚みの音響整合層とを備えたものである。
Means for Solving the Problems The technical means of the present invention for achieving the above-mentioned object is that the thickness of the central portion is thin, and becomes thicker toward the outside, the thickness is uneven, and the ultrasonic wave transmitting / receiving side is concave. A piezoelectric body formed to have a shape and a concave surface portion of the piezoelectric body having a nonuniform thickness having a value of 1/10 to 1.5 / 10 of the acoustic impedance value of the piezoelectric body. And an acoustic matching layer.

【0013】そして、上記技術的手段における音響整合
層は、中心部の厚みが厚く、外方に至るに従い薄くなる
形状に形成し、また、音響整合層は、被検体と接する面
をほぼ平坦面となるように形成するのが好ましい。
The acoustic matching layer in the above technical means is formed in a shape in which the thickness of the central portion is thick and becomes thinner toward the outside, and the acoustic matching layer has a substantially flat surface in contact with the subject. It is preferable to form so that

【0014】[0014]

【作用】したがって、本発明によれば、圧電体の厚みを
不均一にしているので、広い周波数帯での振動が可能と
なり、しかも、圧電体の凹面部にこの圧電体の音響イン
ピーダンス値の10分の1から10分の1.5の値に設
定した音響整合層を設けているので、広帯域の周波数特
性を得ることができる。また、圧電体の超音波送受信方
向の面を凹面形状とし、圧電体の中心部の薄い部分は高
い周波数を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い
周波数を有しているので、中心部付近から送受信される
超音波ビームは、高い周波数成分であり、近距離部に集
束し、また、外側部は低い周波数成分であり、同じ曲面
であるにもかかわらず、遠距離に集束する。その結果、
超音波ビームを近距離から遠距離まで集束することがで
きることになり、焦点深度は長くなる。
Therefore, according to the present invention, since the thickness of the piezoelectric body is made non-uniform, it is possible to vibrate in a wide frequency band, and moreover, the acoustic impedance value of the piezoelectric body is 10% on the concave surface of the piezoelectric body. Since the acoustic matching layer set to a value of 1/10 to 1.5 / 10 is provided, a wide band frequency characteristic can be obtained. In addition, the surface of the piezoelectric body in the ultrasonic transmission / reception direction has a concave shape, and the thin portion of the central portion of the piezoelectric body has a high frequency, and the thicker portion toward the outside has a lower frequency. The ultrasonic beam transmitted and received from the vicinity of the portion has a high frequency component and is focused on the near distance portion, and the outer portion has a low frequency component and is focused on the far distance despite having the same curved surface. as a result,
The ultrasonic beam can be focused from a short distance to a long distance, and the depth of focus becomes long.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】まず、本発明の第1の実施例について説明
する。図1は本発明の第1の実施例における超音波トラ
ンスデューサを示す概略断面図である。
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.

【0017】図1において、1は超音波を送受信する圧
電体、2は圧電体1の超音波送受信側の面に設けられた
音響整合層、3は圧電体1の音響整合層2とは反対側の
背面に設けられたバッキング材、4は生体、若しくは水
などを対象とした被検体であり、超音波は圧電体1から
音響整合層2を伝搬して生体、若しくは水(音響インピ
ーダンスは1.5〜1.65MRayl)を対象とした
被検体4に伝搬する構成となっている。
In FIG. 1, 1 is a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves, 2 is an acoustic matching layer provided on the surface of the piezoelectric body 1 on the ultrasonic transmitting and receiving side, and 3 is opposite to the acoustic matching layer 2 of the piezoelectric body 1. The backing material 4 provided on the back surface of the side is a living body or an object to be examined such as water, and ultrasonic waves propagate from the piezoelectric body 1 through the acoustic matching layer 2 to the living body or water (acoustic impedance is 1 .5 to 1.65 MRayl) is propagated to the subject 4.

【0018】以下、上記構成の詳細について説明する。
圧電体1として、PZT系、チタン酸鉛系などの圧電セ
ラミックス、あるいは複合圧電体などの圧電材料が用い
られる。そして、圧電体1におけるバッキング材3側の
面はほぼ平坦面形状に形成され、反対側の超音波送受波
面は被検体4側に対して一定の曲率を有する凹面形状に
形成されている。すなわち、圧電体1はその中心部付近
の厚みが最も薄くなり、外方(若しくは周辺)に至るに
従って厚みが次第に厚くなり、最外側部(若しくは最外
周部)で厚みが最も厚くなる形状となるように形成され
ている。したがって、厚みの薄い中心部付近は高い周波
数成分、厚みの厚い外側の付近は低い周波数成分を有
し、広い周波数帯域成分を有する圧電体1となる。
The details of the above configuration will be described below.
As the piezoelectric body 1, a piezoelectric material such as PZT-based or lead titanate-based piezoelectric ceramics or a composite piezoelectric body is used. The surface of the piezoelectric body 1 on the backing material 3 side is formed into a substantially flat surface shape, and the ultrasonic wave transmitting / receiving surface on the opposite side is formed into a concave shape having a certain curvature with respect to the subject 4 side. That is, the piezoelectric body 1 has the thinnest thickness in the vicinity of the center thereof, the thickness gradually increases toward the outside (or the periphery), and becomes the thickest in the outermost portion (or the outermost peripheral portion). Is formed. Therefore, the piezoelectric body 1 has a high frequency component near the thin central portion and a low frequency component near the thick outer portion, and has a wide frequency band component.

【0019】音響整合層2はエポキシ樹脂のような材料
から成り、圧電体1の超音波受信側である凹面の全面に
設けられている。音響整合層2は圧電体1の場合とは逆
に中心部付近が最も厚く、外方(若しくは周辺)に至る
に従って次第に薄くなり、最も外側の部分で厚みが最も
薄くなり、被検体4側に接する面がほぼ平坦面になるよ
うな形状に形成されている。したがって、音響整合層2
は均一の厚みではなく、不均一の厚みを有する形状とな
る。
The acoustic matching layer 2 is made of a material such as epoxy resin and is provided on the entire concave surface of the piezoelectric body 1 on the ultrasonic wave receiving side. Contrary to the case of the piezoelectric body 1, the acoustic matching layer 2 is thickest in the vicinity of the central portion, becomes gradually thinner toward the outside (or the periphery), becomes thinner at the outermost portion, and becomes closer to the subject 4 side. The contact surface is formed into a substantially flat surface. Therefore, the acoustic matching layer 2
Has a non-uniform thickness, not a uniform thickness.

【0020】このような超音波トランスデューサの構成
において、例えば、圧電体1に富士セラミックス社製の
チタン酸鉛系圧電セラミックスM−6を用い、一方の面
を幅10mmでシリンドリカルに曲率半径50mmの曲
面に、反対側の面を平坦面にし、かつ最も薄い中心部の
厚みを0.36mmにした形状にすると、圧電体1の最
も厚い最外周部の厚みは0.61mmとなる。したがっ
て、圧電体1の凹面形状の高さは、最も厚い厚みと最も
薄い厚みの差となり、0.25mmになる。なお、上記
材質の圧電体1の厚み縦振動の反共振周波数における周
波数定数Ntは約2470Hz・mm、音響インピーダ
ンスは約34MRaylの値を有している。したがっ
て、上記形状を有する圧電体1は、厚みが0.61mm
の部分では約4.05MHz、厚みが0.36mmの部
分では6.86MHzの反共振周波数となり、4.05
〜6.86MHzの周波数対を有したものとなる。しか
しながら、実際は、この反共振周波数に対して約80%
低い周波数付近が中心周波数となる。したがって、上記
形状の圧電体1の中心周波数は5.45MHz×0.8
で約4.4MHzとなる。
In the structure of such an ultrasonic transducer, for example, a lead titanate-based piezoelectric ceramic M-6 manufactured by Fuji Ceramics Co., Ltd. is used as the piezoelectric body 1, and one surface has a width of 10 mm and a curved surface with a radius of curvature of 50 mm. When the opposite surface is flat and the thickness of the thinnest central portion is 0.36 mm, the thickest outermost peripheral portion of the piezoelectric body 1 has a thickness of 0.61 mm. Therefore, the height of the concave shape of the piezoelectric body 1 is 0.25 mm, which is the difference between the thickest thickness and the thinnest thickness. The frequency constant Nt at the antiresonance frequency of the thickness longitudinal vibration of the piezoelectric body 1 made of the above material has a value of about 2470 Hz · mm, and the acoustic impedance has a value of about 34 MRayl. Therefore, the piezoelectric body 1 having the above shape has a thickness of 0.61 mm.
The anti-resonance frequency of about 4.05MHz in the part of, and 6.86MHz in the part of thickness 0.36mm becomes 4.05MHz.
It has a frequency pair of ~ 6.86 MHz. However, in reality, about 80% for this anti-resonance frequency
The center frequency is near the low frequency. Therefore, the center frequency of the piezoelectric body 1 having the above shape is 5.45 MHz × 0.8.
Becomes about 4.4 MHz.

【0021】以上のような圧電体1を用い、その凹面部
分に音響整合層2を設け、音響インピーダンス1.5〜
1.65MRaylの値を有する生体や水の被検体4に
対して超音波を送受信した場合、音響整合層2の音響イ
ンピーダンスの値が周波数特性に大きく影響する。分解
能を高めるには周波数特性を広帯域にし、かつガウス分
布型の単峰性特性のものが理想的である。そこで、音響
整合層2の音響インピーダンスの値を変えたものを圧電
体1の凹面部に充填し、被検体4を水にしてこの水中に
設置したアルミ反射板からの反射波の周波数特性を測定
した。その結果、図2に示すような周波数特性の傾向が
得られた。なお、図2において、(1)、(2)、
(3)、(4)、(5)、(6)、(7)は音響整合層
2の音響インピーダンスの値がそれぞれ2.8、3.
3、3.5、5.0、7.0、7.8、11.0MRa
ylである。ここで使用したそれぞれの音響インピーダ
ンスを有する音響整合層2はエポキシ樹脂をベースとし
て充填材料および充填量を可変して作成した。しかも、
音速は可能な限り、近い値を有する材料を使用した。
The piezoelectric body 1 as described above is used, and the acoustic matching layer 2 is provided on the concave surface portion thereof, and the acoustic impedance of 1.5 to
When ultrasonic waves are transmitted / received to / from a living body or a subject 4 having a value of 1.65 MRayl, the value of the acoustic impedance of the acoustic matching layer 2 greatly affects the frequency characteristics. In order to improve the resolution, it is ideal that the frequency characteristic is wide band and the Gaussian distribution type single-peak characteristic. Therefore, the frequency characteristics of the reflected wave from the aluminum reflection plate installed by filling the concave surface of the piezoelectric body 1 with different acoustic impedance values of the acoustic matching layer 2 and using the subject 4 as water are measured. did. As a result, the tendency of frequency characteristics as shown in FIG. 2 was obtained. In addition, in FIG. 2, (1), (2),
In (3), (4), (5), (6), and (7), the acoustic impedance values of the acoustic matching layer 2 are 2.8, 3.
3, 3.5, 5.0, 7.0, 7.8, 11.0MRa
It is yl. The acoustic matching layer 2 having each acoustic impedance used here was prepared by changing the filling material and the filling amount based on the epoxy resin. Moreover,
As far as possible, a material having a value close to the sound velocity was used.

【0022】図2からも明らかなように、音響整合層2
の音響インピーダンスの値によって周波数特性が大きく
変化することを確認することができた。ここで、周波数
特性は前述したように、周波数特性を広帯域にし、かつ
ガウス分布型の単峰性特性を有するものが分解能を高め
る上で重要な特性であることから、図2に示すそれぞれ
の周波数特性を評価すると、(2)〜(4)番、すなわ
ち、音響整合層2の音響インピーダンスの値が3.3〜
5.0MRaylが望ましい特性と言える。音響整合層
2の音響インピーダンスが2.8MRaylの(1)番
は単峰特性であるが、周波数帯域が狭くなっており、パ
ルス応答特性の尾びきが悪くなる。また、7.0MRa
yl以上の(5)〜(7)番になると、帯域は広いが、
双峰型の周波数特性となっている。このことはパルス応
答の尾びき特性が悪くなり、その結果、深さ(超音波伝
搬方向)方向の分解能を低下させることになる。
As is clear from FIG. 2, the acoustic matching layer 2
It was confirmed that the frequency characteristics greatly changed depending on the value of the acoustic impedance of. Here, as described above, the frequency characteristic is a characteristic that the frequency characteristic is wideband and has a Gaussian-type unimodal characteristic is important for improving the resolution. When the characteristics are evaluated, the numbers (2) to (4), that is, the value of the acoustic impedance of the acoustic matching layer 2 is 3.3 to.
It can be said that 5.0 MRayl is a desirable characteristic. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 2 is 2.8 MRayl, number (1) has a single-peaked characteristic, but the frequency band is narrow, and the tail of the pulse response characteristic becomes worse. Also, 7.0 MRa
When the number is (5) to (7) above yl, the band is wide,
It has a bimodal frequency characteristic. This deteriorates the tailing characteristic of the pulse response, and as a result, reduces the resolution in the depth (ultrasonic wave propagation direction) direction.

【0023】ここでは、音響整合層2の音響インピーダ
ンスの値と周波数特性について説明しているが、これら
の周波数特性は圧電体1と、音響整合層2と、被検体4
とのそれぞれの音響インピーダンスの関係から音響整合
層2の音響インピーダンスの最適値を見いだしている。
したがって、本実施例において、音響インピーダンスが
1.5〜1.65MRaylの被検体4を対象としたと
き、音響整合層2の音響インピーダンスは圧電体1の音
響インピーダンスの10分の1から10分の1.5の値
が最適であるという結果を見いだした。
Here, the value of the acoustic impedance and the frequency characteristic of the acoustic matching layer 2 are described, but these frequency characteristics are the piezoelectric body 1, the acoustic matching layer 2, and the subject 4.
The optimum value of the acoustic impedance of the acoustic matching layer 2 has been found from the relationship between the respective acoustic impedances of and.
Therefore, in the present embodiment, when the subject 4 having an acoustic impedance of 1.5 to 1.65 MRayl is targeted, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 2 is 1/10 to 10 minutes of the acoustic impedance of the piezoelectric body 1. We have found that a value of 1.5 is optimal.

【0024】圧電体1はその厚みが変化した場合、それ
ぞれの厚みに対応した周波数を有することになり、音響
整合層2は圧電体1のそれぞれの周波数に対して4分の
1波長の厚みにして形成するのが一般的である。しかし
ながら、本実施例のような圧電体1の形状において、音
響整合層2を上記のようなそれぞれの周波数に対応した
厚みに形成すると、被検体4と接する側の面の形状は更
に曲率が小さい凹面になり、被検体4との接触性がます
ます悪くなる。本実施例においては、このように被検体
4との接触性を大幅に改善することができ、また、周波
数特性も広帯域でガウス分布型に近い単峰性の周波数特
性を得ることができ、しかも、焦点深度が長いものを得
ることができる。
When the thickness of the piezoelectric body 1 changes, the piezoelectric body 1 has a frequency corresponding to each thickness, and the acoustic matching layer 2 has a thickness of a quarter wavelength with respect to each frequency of the piezoelectric body 1. Is generally formed. However, when the acoustic matching layer 2 is formed to have a thickness corresponding to each frequency as described above in the shape of the piezoelectric body 1 as in this embodiment, the shape of the surface in contact with the subject 4 has a smaller curvature. The surface becomes concave, and the contact with the subject 4 becomes worse. In the present embodiment, the contact property with the subject 4 can be greatly improved in this way, and the frequency characteristic can be obtained in a wide band and a unimodal frequency characteristic close to a Gaussian distribution type. , One with a long depth of focus can be obtained.

【0025】また、圧電体1の超音波送受信方向の面を
凹面形状し、圧電体1の中心部の薄い部分は高い周波数
を有し、外方に至るに従い厚くなる部分は低い周波数を
有しているので、中心部付近から送受信される超音波ビ
ームは、高い周波数成分であり、近距離部に集束し、ま
た、外辺部は低い周波数成分であり、同じ曲面であるに
もかかわらず、遠距離に集束する。その結果、超音波ビ
ームを近距離から遠距離までが集束することができるこ
とになり、焦点深度は長くなる。
Further, the surface of the piezoelectric body 1 in the ultrasonic wave transmitting / receiving direction has a concave shape, and the thin portion at the center of the piezoelectric body 1 has a high frequency and the thicker portion toward the outside has a low frequency. Therefore, the ultrasonic beam transmitted and received from the vicinity of the central portion has a high frequency component and is focused in a short distance portion, and the outer peripheral portion has a low frequency component, which is the same curved surface. Focus on a long distance. As a result, the ultrasonic beam can be focused from a short distance to a long distance, and the depth of focus becomes long.

【0026】このように本実施例によれば、広帯域でガ
ウス分布型の周波数特性を有し、長焦点深度の超音波ビ
ーム特性を有するので、分解能が高い超音波画像を得る
ことができ、更に、被検体4との接触性が良好になるの
で、良好な操作性を得ることができる。
As described above, according to this embodiment, since it has a wide band Gaussian distribution type frequency characteristic and a long focal depth ultrasonic beam characteristic, it is possible to obtain an ultrasonic image with high resolution. Since the contact property with the subject 4 becomes good, good operability can be obtained.

【0027】なお、本実施例においては、圧電体1にお
けるバッキング材3に接する面を平面に形成している
が、このほか、曲面を持たせた形状においても同様の特
性が得られる。
In this embodiment, the surface of the piezoelectric body 1 in contact with the backing material 3 is formed as a flat surface, but the same characteristics can be obtained in the case of a curved surface.

【0028】また、本実施例においては、圧電体1の曲
面をシリンドリカルな形状にした場合について説明した
が、このほか、曲面を球面形状にした場合においても同
様の特性が得られる。
Further, in the present embodiment, the case where the curved surface of the piezoelectric body 1 has a cylindrical shape has been described, but in addition to this, the same characteristics can be obtained when the curved surface has a spherical shape.

【0029】また、本実施例においては、圧電体1が単
体の場合について説明したが、このほか、図3に第2の
実施例として示すように、圧電体1をアレイ状に配列し
た、いわゆるアレイ型超音波トランスデューサにおいて
も同様の特性が得られる。
In the present embodiment, the case where the piezoelectric body 1 is a single body has been described. In addition to this, as shown in FIG. 3 as a second embodiment, the piezoelectric bodies 1 are arranged in an array, that is, so-called. Similar characteristics can be obtained in the array type ultrasonic transducer.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、厚
みが不均一で超音波放射方向に対して凹面形状を有する
圧電体の凹面側に、圧電体の音響インピーダンス値の1
0分の1〜10分の1.5の値を有する音響整合層の材
料を不均一の厚みに設けているので、広帯域周波数特性
を得ることができるとともに、焦点深度の長い特性を得
ることができる。したがって、分解能の高い超音波画像
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the acoustic impedance value of the piezoelectric body is 1 on the concave side of the piezoelectric body having a nonuniform thickness and a concave shape in the ultrasonic wave radiation direction.
Since the material of the acoustic matching layer having a value of 1/0 to 1/10 is provided in a non-uniform thickness, it is possible to obtain a wide band frequency characteristic and a long focal depth characteristic. it can. Therefore, an ultrasonic image with high resolution can be obtained.

【0031】また、音響整合層における被検体との接触
面がほぼ平坦面となるように形成することにより、生体
のような被検体との接触性が良好になり、操作性を向上
させることができる。
Further, by forming the acoustic matching layer so that the contact surface with the subject is substantially flat, the contactability with the subject such as a living body is improved and the operability can be improved. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同超音波トランスデューサにおける音響整合層
の音響インピーダンスと周波数特性との関係を示す説明
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between acoustic impedance of an acoustic matching layer and frequency characteristics in the ultrasonic transducer.

【図3】本発明の第2の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略斜視図
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の超音波トランスデューサの一例を示す概
略斜視図
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a conventional ultrasonic transducer.

【図5】従来の超音波トランスデューサの他の例を示す
概略斜視図
FIG. 5 is a schematic perspective view showing another example of a conventional ultrasonic transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電体 2 音響整合層 3 バッキング材 4 被検体 1 piezoelectric body 2 acoustic matching layer 3 backing material 4 subject

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04R 17/00 J 332 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H04R 17/00 J 332 A

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中心部の厚みが薄く、外方に至るに従い
厚くなり、超音波の送受信側が凹面形状となるように形
成された圧電体と、この圧電体の凹面部に設けられ、こ
の圧電体の音響インピーダンス値の10分の1から10
分の1.5の値を有する不均一な厚みの音響整合層とを
備えた超音波トランスデューサ。
1. A piezoelectric body formed so that a central portion thereof has a small thickness and becomes thicker toward the outside, and a transmitting and receiving side of ultrasonic waves has a concave shape, and a piezoelectric body provided on the concave surface portion of the piezoelectric body. 1/10 of the acoustic impedance value of the body
Ultrasonic transducer with a non-uniform thickness acoustic matching layer having a value of 1.5 min.
【請求項2】 音響整合層は、中心部の厚みが厚く、外
方に至るに従い薄くなる形状に形成された請求項1記載
の超音波トランスデューサ。
2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the acoustic matching layer is formed in a shape in which the thickness of the central portion is large and the thickness becomes thinner toward the outside.
【請求項3】 音響整合層は、被検体と接する面がほぼ
平坦面となるように形成された請求項1または2記載の
超音波トランスデューサ。
3. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the acoustic matching layer is formed such that the surface in contact with the subject is a substantially flat surface.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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