DE2850251C2

DE2850251C2 - Ultraschallwellenwandler und Verfahren zur Erzeugung eines konvergierenden Ultraschallwellenbündels

Info

Publication number: DE2850251C2
Application number: DE19782850251
Authority: DE
Inventors: Kohji Yokosuka Kanagawa Toda
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE2850251A1

Description

genügt, wobei r_n die horizontale Länge zwischen dem n-ten Finger der Elektrode und dem Brennpunkt ist, A;-die Wellenlänge der Schallwelle in einer Flüssigkeit, L die vertikale Länge zwischen der Elektrode und dem Brennpunkt, und wobei k\ und fe Konstanten sind.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fingerartig ineinandergreifende Elektrode eine Dreiphasenelektrode ist und daß die Wechselspannung eine Dreiphasenspannung ist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fingerartig ineinandergreifende Elektrode eine Zweiphasenelektrode ist und daß die Wechselspannung eine Einphasenspannung ist.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zwischen den Fingern und die Frequenz des an die erste Gruppe ineinandergreifender Elektroden angelegten elektrischen Signals von jenen der zweiten Gruppe ineinandergreifender Elektroden verschieden sind.

7. Verfahren zur Erzeugung eines konvergierenden Ultraschallwellenbündels unter Verwendung des Ultraschallwandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektrodenanordnungen (4a bis 4n, 4a', 4b') jeweils mit einer Wechselspannung einer speziellen Phase

I0(y_n) = 2m/r - ω₀

y_n ■ y

2 χ v„.

beaufschlagt werden, wobei η eine beliebige Elektrodenanordnung kennzeichnet, m eine ganze Zahl ist, ωό die Kreisfrequenz der Wechselspannung, v_w die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, y„ der Abstand zwischen der η-ten Elektrodenanordnung und einem Bezugspunkt und y, χ Koordinaten sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zwischen den Fingern der ineinandergreifenden Elektroden konstant gemacht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zwischen den Fingern der ineinandergreifenden Elektroden der Beziehung

ti = k_xnX_fL + ^n¹Xj

genügend ausgebildet wird, wobei r„ die horizontale Länge zwischen dem vj-ten Finger der Elektrode und dem Brennpunkt ist, Xt die Wellenlänge der Schallwelle in einer Flüssigkeit, L die vertikale Länge zwischen der Elektrode und dem Brennpunkt, und wobei Ai und fc Konstanten sind.

10. Ultraschallwellenwandler bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus der Gruppe Wasser, Äther, Aceton und Glyzerin ausgewählt ist bzw. wird.

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwellenwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Auch wenn ein Medium undurchsichtig ist, besteht die Möglichkeit, seine innere Struktur, etwa mittels Röntgenstrahlen zu erforschen. Ist das Medium zwar optisch undurchlässig, jedoch akustisch durchlässig, dann lassen sich mit Hilfe von Ultraschallwellen Fotografien herstellen. Hiervon wird bei medizinischen Anwendungen, bei Mikroskopen, bei zerstörungsfreien Untersuchungen, bei Unterwasserbeobachtung und/ oder der Erdbebenforschung Gebrauch gemacht

Es sind Ultraschallwellenwandler zur Erzeugung einer fokussierten Ultraschallwelle bekannt geworden. Hierzu zählen Phasenschieberplatten, welche eine akustische Phasenschiebung bewirken, eine kreisförmige Anordnung, eine akustische Linse und ein fotoakustischer Wandler. Mit der älteren deutschen Patentanmeldung (DE-OS 27 42 492) wird ein Ultraschallwellenwandler rfes nachfolgend anhand von F i g. 1 erläuterten Aufbaus vorgeschlagen. Zur Erzielung eines linienförmig fokussierten Ultraschallwellenbündels wird bei diesem vorgeschlagenen Ultraschallwellenwandler von einer sich ändernden Periode der später beschriebenen Elektrodenanordnung Gebrauch gemacht. Zur Erzielung einer punktförmigen Fokussierung benötigt der

so vorgeschlagene Ultraschallwellenwandler eine kreisförmige Elektrodenanordnung. Die Güte der Fokussierung hängt hierbei in starkem Maß von der Qualität, insbesondere der Maßhaltigkeit der Elektrodenanordnung ab. Eine hohe Maßhaltigkeit erfordert einen hohen Herstellungsaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ultraschallwellenwandler sowie ein ihn verwendendes Verfahren zu schaffen, mit denen auf einfache und genaue Weise fokussierte Ultraschallwellen erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst

Die Erzeugung von auf eine Linie konvergierenden Schallwellen erfolgt danach mit Hilfe wenigstens einer Gruppe mit mehreren in Richtung der Finger angeordneten Elektrodenanordnungen, die je mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, wobei die einzelnen Wechselspannungen die im Anspruch 7 im

einzelnen gekennzeichneten Phasenbeziehungen besitzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Ultraschallwellenwandlers;

Fig.2A und 2B einige Ausführungsformen der ineinandergreifenden Elektroden;

Fig.3 eine Ausführungsform des Ultraschallwellenwandlers gemäß der Erfindung;

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Ultraschallwellenwandlers gemäß der Erfindung;

Fig.5 eine Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Wirlcungsprinzips der Konvergenz in x-Richtung;

F i g. 6 und 7 in Kurvenform experimentelle Ergebnisse des vorliegenden Ultraschallwellenwandlers;

F i g. 8 eine andere Ausführungsform des Ultraschallwellenwandlers gemäß der Erfindung;

Fig.9A und 9B eine andere Anordnung der erfindungsgemäßen ineinandergreifenden Elektrode;

Fi g. 1OA und 1OB Signalformen elektrischer Signale, die den in F i g. 9A bzw. F i g. 9B gezeigten Elektroden zugeführt werden; und

F i g. 11 in Kurvenform das experimentelle Ergebnis der in den F i g. 9A und 9B gezeigten Ausführungsformen.

F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Ultraschallwandlers wie er in der DE-OS 27 42 492 beschrieben ist. In F i g. 1 befindet sich eine Flüssigkeit 2 in einem Gehäuse 1, und piezoelektrisches Material 3 mit fingerartig ineinandergreifender Elektrodenanordnung 4 auf der Oberfläche befindet sich in der Flüssigkeit 2. Einige mögliche Beispiele für die Flüssigkeit 2 sind Wasser, Äther, Azeton und Glyzerin.

Zwei mögliche Ausführungen der fingerartig ineinandergreifenden Elektrodenanordnung 4 sind in den F i g. 2A und 2B gezeigt. F i g. 2A zeigt eine Einphasen (Zweiphasen-)Elektrodenanordnung, bei der ein Paar kammförmiger Elektroden 4-1 und 4-2 fingerartig ineinandergreifend angeordnet sind, so daß die einzelnen Finger der beiden Elektroden einander abwechseln; eine Zweiphasen-Wechselspannung wird an ein Paar Anschlüsse (a) und (b) der Elektroden angelegt F i g. 2B zeigt eine Dreiphasenelektrode, bei der drei kammförmige Elektroden 4-1,4-2 und 4-3 fingerartig ineinandergreifend auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials 3 so angeordnet sind, daß die einzelnen Finger der einzelnen Elektroden abwechselnd angeordnet sind und die Periode der zur selben Elektrode gehörenden Finger drei ist; eine Dreiphasen-Wechselspannung wird

ι ο an Anschlüsse (a), (b) und (c) angelegt

Die Einphasenelektrode nach Fig.2A erzeugt ein Paar Ultraschallwellenbündel, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind (in den in F i g. 1 mit Pfeilen A und B angegebenen Richtungen). Dagegen

kann die Dreiphasenelektrode nach F i g. 9B ein einziges Ultraschallwellenbündel in einer vorbestimmten Richtung erzeugen ( der Richtung gemäß Pfeil A oder B in Fig-1).
Als Elektrodenmaterial wird beispielsweise eine Kombination aus Chrom (Cr) und Gold (Au) bevorzugt Einige der bevorzugten Materialien für den piezoelektrischen Wandler sind LiNbO₃, Quarzkristall, BiI₂GeO₂O und eine Keramik der Gruppe Pb (Zr, Ti) O3 (beispielsweise »31-A«, hergestellt von der TDK Electronics, Tokyo, Japan).

Die Beziehung zwischen der Periode öder einzelnen Finger der ineinandergreifenden Elektrode und der Richtung θ der Ultraschallwellenbündel mit maximaler Energie ist definiert durch die Beziehung:

Dabei bedeuten: λ^die Wellenlänge einer Schallwelle der Frequenz /in der Flüssigkeit, Vw die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle in der Flüssigkeit und / die Frequenz. Aus obiger Gleichung läßt sich entnehmen: ist die Periode d konstant, erhält man von der ineinandergreifenden Elektrodenanordnung parallele Ultraschallwellenbündel in der Richtung Θ.

Die folgende Tabelle zeigt experimentelle Ergebnisse für den Winkel θ der Schallbündelabstrahlung für einige Kombinationen von piezoelektrischem Material und Flüssigkeit

Flüssigkeit und Schall	Piezoelektrisches	Material und Oberflächengeschwindigkeit der akustischen Welle	Bi₁₂GeO₂₀	Piezoelektrische
geschwindigkeit (20°C)	LiNbO₃	Quarz	(111), (110)	Keramik (91 A)
	131°rot. Y, X	Y-X	(1708 m/s)	(2100 m/s)
	(4000 m/s)	(3159 m/s)	60,24°	440
Wasser (1482,6 m/s)	21,8°	28,0°	36°	28,2°
Äther (1006 m/s)	14,6°	18,6°	44,2°	34,0°
Azeton (1190 m/s)	17,3°	22,1°	/	64.5°
Glyzerin (1923 m/s)	28,7°	37,5°

Die obige Tabelle zeigt: ist ein kleiner Wert für θ gewünscht, ist eine Kombination aus einer Flüssigkeit mit niedriger Schallgeschwindigkeit und aus einem piezoelektrischen Material mit hoher Oberflächenwellengeschwindigkeit zu bevorzugen.

Fig.3 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschallwellenwandlers. Gemäß F i g. 3 sind mehrere fingerartig ineinandergreifende Elektrodenanordnungen 4a, Ab, 4c auf dem piezoelektrischen Substrat 3 angeordnet. Diese ineinandergreifenden Elektroden bilden eine Elektrodengruppe 10. Es ist in Fig.3 angenommen, daß die Periode (/zwischen den einzelnen Fingern einer jeden der ineinandergreifenden Elektroden konstant oder gleichförmig ist und daß die ineinandergreifenden Elektroden in der Längsrichtung der Elektrodenfinger positioniert sind. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist in F i g. 3 die Flüssigkeit weggelassen, obwohl die ineinandergreifenden Elektroden in Wirklichkeit die Flüssigkeit berühren.

Da die Periode d der Finger in F i g. 3 konstant ist, zeigen die Ultraschallwellenbündel in ^-Richtung keine Konvergenz oder Fokussierung, sondern man erhält eine Vielzahl paralleler Bündel. Andererseits wirken die mehreren ineinandergreifenden Elektroden in y-Richtung wie ein Beugungsgitter. Wenn ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Phasendifferenz an eine

2xv_w

= «„ Γ/ - -£■ - -^—
L y„. 2jfv„. J

Wenn der untenstehenden Formel Genüge getan ist, haben die Schallwellenbündel von allen ineinandergreifenden Elektroden die gleiche Phase, und sie konvergieren auf einer einzigen L,inie F.

2jfv».

(2)

Dabei ist m eine ganze Zahl, und y_n=nl ist erfüllt, wenn die Länge zwischen den einzelnen ineinandergreifenden Elektroden /ist

Wenn elektrische Signale mit die obige Gleichung erfüllenden Phasen an die ineinandergreifenden Elektroden in F i g. 3 angelegt werden, erhält man demgemäß ein Schallwellenbündel, das in einer einzigen Linie konvergiert In F i g. 3 ist die Phase der ineinandergreifenden Elektrode 4a gleich ΔΦ^,), die der Elektrode Ab gleich Δ,Φ^ und die Phase der Elektrode An gleich

Ein elektrisches Signal mit einer gewünschten Phase kann man erhalten, indem man eine herkömmliche Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit Abgriffen oder herkömmliche LC-Schaltungen verwendet

Es wurde ein Experiment ausgeführt, bei dem als piezoelektrisches Substrat 9\A (von der TDK Electronics Co. hergestellt) und zehn ineinandergreifende Elektroden mit einer Fingerperiode von 428 μπι verwendet wurden. Wird ein elektrisches Signal der Frequenz 5,0 MHz mit die obige Gleichung erfüllenden Phasendifferenzen an die ineinandergreifenden Elektroden angelegt, erhält man ein Schallwellenbündel, das in einer einzigen Linie konvergiert, die in einer zur Oberfläche der ineinandergreifenden Elektroden parallel verlaufenden Ebene liegt Der Abstand zwischen dieser Ebene und der Oberfläche der ineinandergreifenden Elektroden ist 20 cm.

F i g. 4 zeigt einen anderen Aufbau eines erfmdungsgemäßen Ultraschallwellenwandlers, bei dem mehrere Elektrodengruppen 10a und 106 auf einem einzigen piezoelektrischen Substrat 3 angeordnet sind. Die Elektrodengruppe 10a besitzt mehrere ineinandergreifende Elektroden 4a, 46,... An, wie sie in F i g. 3 gezeigt sind, und die andere Elektrodengruppe 106 weist eine Vielzahl ineinandergreifender Elektroden 4a' 46'... An' auf. Es sei angenommen, daß die Periode d der Finger der ineinandergreifenden Elektroden der Gruppe 10a von derjenigen der Gruppe 106 verschieden ist Da die Brennweite des UltraschallweDenbündels von der Periode der Finger der ineinandergreifenden Elektrode und von der Frequenz des an die Elektrode angelegten elektrischen Signals abhängt, kann der Ultraschallwandler nach Fig.4 ein Ultraschallweflenbündel erzeugen,

ineinandergreifende Elektrode angelegt wird, erzeugt diese demgemäß ein Schallwellenbitndel mit definierter Phase. Somit werden insgesamt die einzelnen Schallbündel, jedes mit seiner eigenen Phase, aufsummiert, und die Bündel konvergieren in der zur x-Achse parallelen Linie F.

Wenn die y-Richtung-Postion der n-ten der ineinandergreifenden Elektroden y„ ist, ferner die an die

Vn -y)²

Elektrode angelegte elektrische Frequenz /"gleich 2πω₀ und die Phase des an die Elektrode angelegten elektrischen Signals ΔΦ(γ_η)άζηη weist das Schallwellenbündel die Phase Φ^γ,χ) auf, wenn dieses Bündel an der Linie F ankommt, deren Koordinaten (y, x) sind. Diese Phase Φ_η (y, x) erhält man durch die nachfolgende Formel, in der v_w die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und t die Zeit ist.

(D

dessen Brennweite durch Umschalten eines elektrischen Signals einstellbar ist. Natürlich können auf einem einzigen Substrat mehr als drei Elektrodengruppen angeordnet werden, um mehr als drei Arten von Schallwellen zu erzeugen.

Es wird nun anhand von Fig.5 die Wirkung der Periode der ineinandergreifenden Elektrode erläutert. Wie zuvor erwähnt, ist die Beziehung zwischen der Wellenlänge Kr der Schallwelle der Frequenz / in der Flüssigkeit und der Richtung θ des stärksten Schallbündels in der folgenden Formel dargestellt, die mit den experimentellen Ergebnissen des Erfinders übereinstimmt.

sin Θ = VJW-d) = X_fld

(3)

Dabei ist d die Periode der Elektrode. Die Bedingung, daß der an allen Punkten der Elektrode erzeugte Schall im Punkt P fokussiert ist, d. h, die Bedingung, daß der in allen Punkten erzeugte Schall den Punkt P durchläuft und in Punkt P in Phase ist, ist in der folgenden Formel (4) gezeigt

- L²

ki ηX_xL + k₂r?XJ

(4)

Dabei sind: r„ der Abstand zwischen der /J-ten Elektrode und dem Punkt Q. R_n der Abstand zwischen der Λ-ten Elektrode und dem Punkt P und k\ und ki Konstanten. Die Werte für (k\, k₂) sind (1,1/4) für die in Fig.2A gezeigte Zweiphasenelektrode und (2/3, 1/9) für die in Fig.2B gezeigte Dreiphasenelektrode. Die gewünschte Periode der Elektrode kann man erhalten, indem man die Formeln (3) und (4) unter Verwendung eines Computers berechnet

so Aus der obigen Erläuterung geht auch hervor, daß die Eigenschaften der Konvergenz der Schallwelle von der Frequenz der Schallwelle abhängen. Die Fig.6 und 7 zeigen die experimentellen Ergebnisse der Fokussiereigenschaften eines Wandlers, der für einen Betrieb bei 25 MHz ausgelegt ist und bei dem piezoelektrische Keramik des Typs 91-A und Wasser kombiniert sind. In F i g. 6 zeigt die horizontale Achse den Abstand von der Schallquelle, und die vertikale Achse zeigt die Breite des Strahls. Die Kurven in Fig.6 zeigen die Form des Schallwellenbündels mit der Frequenz als Parameter, und diese Kurven erhält man durch Messen der Richtbündelung des Schallbündels bei den verschiedenenen Frequenzen. Die Form des Schallbündels erhält man aus der Richtbündelung. Die Brennweite bei jeder

es Frequenz kann man aus des Kurven in Fig.6 berechnen, und das Ergebnis ist in F i g. 7 gezeigt

Ferner zeigt das Experiment, daß der vorliegende Wandler der Analogbeziehung genfigt, ik, der

Wandler mit einem halb so großen Elektrodenmuster zeigt eine Brennweite von 16 cm bei einer Mittenfrequenz von 5 MHz und einer Bündelbreite von 3,8 mm. Ferner ändert sich die Brennweite für jede Frequenz gleichermaßen.

Gemäß der obigen Erläuterung kann eine nicht gleichförmige Periode der Finger der ineinandergreifenden Elektroden auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials in der Flüssigkeit ein konvergentes Ultraschallwellenbündel erzeugen, indem eine Wechselspannung an die Elektrode angelegt wird.

F i g. 8 zeigt einen weiteren Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschallwellenwandlers, bei dem Schallwellenbündel in einem einzigen Punkt F' konvergieren. Nach Fig.8 ist eine Vielzahl ineinandergreifender Elektroden 4a, 4£>, 4c, ... auf dem piezoelektrischen Substrat 3 angeordnet. Die ineinandergreifenden Elektroden bilden eine Elektrodengruppe 10. Die Periode zwischen den einzelnen Fingern in jeder der ineinandergreifenden Elektroden genügt der zuvor erwähnten Formel (4), und jede der ineinandergreifenden Elektroden ist in Längsrichtung der Elektrodenfinger positioniert. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist in F i g. 8 die Flüssigkeit weggelassen, obwohl die ineinandergreifenden Elektroden in Wirklichkeit eine Flüssigkeit berühren.

Da die Periode der Finger in F i g. 8 die im Zusammenhang mit F i g. 5 erläuterte Formel (4) erfüllt, konvergieren die Ultraschallwellenbündel in der ^-Richtung, und man erhält eine Vielzahl konvergierender Bündel, deren Anzahl der Zahl π der ineinandergreifenden Elektroden entspricht. Gleichzeitig konvergieren die Bündel in der y-Richtung, wenn man elektrische Signale anlegt, deren Phasendifferenzen durch die im Zusammenhang mit Fig.3 erläuterte Formel (2) definiert sind. Demgemäß konvergieren die Bündel sowohl in der x- als auch in der y-Richtung, und folglich konvergieren sie in einem einzigen Punkt F'.

Man beachte, daß eine Anordnung gemäß Fig.4 möglich ist, bei der eine Gruppe ineinandergreifender Elektroden mit der in Fig.8 erläuterten nicht gleichförmigen Periode verwendet wird. In diesem Fall können die Eigenschaften der in einen einzigen Punkt fokussierten Bündel durch Steuern der Phasendifferenz des an die ineinandergreifenden Elektroden angelegten elektrischen Signals und durch Umschalten der Gruppen der ineinandergreifenden Elektroden geändert werden.

Wenn die Oberfläche einer ineinandergreifenden Elektrode mit einer Schutzschicht, beispielsweise aus Silikongummi, bedeckt ist, ist die Elektrode gegen chemische Angriffe geschützt

Die F i g. 9A und 9B zeigen eine andere Anordnung einer erfindungsgemäßen ineinandergreifenden Elek trodenvorrichtung. Fig.9A zeigt eine zweiphasige ineinandergreifende Elektrode und Fig.9B zeigt eine dreiphasige ineinandergreifende Elektrode. Es sei angenommen, daß die Periode der Finger der ineinandergreifenden Elektroden in beiden F i g. 9A und 9B konstant ist, so daß man ein paralleles Bündel erhält, das nicht konvergiert

Die ineinandergreifenden Elektroden in Fig.9A umfassen eine gemeinsame Elektrode 9-n und andere Elektroden 9-1 bis 9-*. Jede der Elektroden 9-1 bis 9-6 verbindet eine vorbestimmte Anzahl Finger, wie es in Fig.9A gezeigt ist (ja der Ausführungsfonn sind drei Finger miteinander verbunden, es sei jedoch bemerkt, daß ein einziger Finger eine Elektrode bilden kann). Die in Fig.9B gezeigte dreiphasige ineinandergreifende Elektrode weist eine Vielzahl von Fingergruppen fa bi, Ci) auf, und zu einem Zeitpunkt erhält lediglich eine einzige Fingergruppe (at, bi, c,) das elektrische Dreiphasensignal.

Fig. 1OA zeigt die Signalform des elektrischen Signals, das an die in Fig.9A gezeigte ineinandergreifende Elektrode angelegt ist, und Fig. 1OB zeigt die Signalform desjenigen elektrischen Signals, das an die in

ίο Fig.9B gezeigte ineinandergreifende Elektrode angelegt wird.

In Fig. 1OA wird zunächst ein elektrischer Impuls (a) an die gemeinsame Elektrode 9-n und die erste Elektrode 9-1 angelegt, und dann wird der nächste elektrische Impuls (b) zwischen der gemeinsamen Elektrode 9-n und der zweiten Elektrode 9-2 angelegt. Gleichermaßen wird der elektrische Impuls an einer ineinandergreifenden Elektrode 9-1 bis 9-6 von der Elektrode 9-1 über 9-2,9-3,9-4 und 9-5 zur Elektrode 9-6 verschoben. Demgemäß verschieben sich die von den ineinandergreifenden Elektroden erzeugten Schallwellenbündel ebenfalls in x-Richtung. Die sich verschiebenden Schallwellenbündel können zur Ultraschallabtastung der Oberfläche eines Objektes benutzt werden, obwohl sie nicht fokussiert sind.

Dagegen werden in F i g. 1OB elektrische Dreiphasensignale an die Fingergruppe (at, bi, α) angelegt, und das elektrische Signal verschiebt sich von der ersten Fingergruppe (au b\, c\) zu (a₂, bi, cj) und dann zu fa b$,

to Cj), fa, 04,Ct)... (a„, b_m C_n).

Wie Fig. 1OB zeigt, erhalten zu einem Zeitpunkt nur drei Finger das elektrische Signal, wie es in Fig. 1OB durch den schraffierten Teil dargestellt ist
Die Anordnung gemäß Fig.9B und 1OB kann auch ein sich verschiebendes Ultraschallwellenbündel erzeugen, das die Oberfläche eines Objektes abtasten kann. Die Anordnung nach Fig.9A erzeugt ein Paar Schallwellenbündel, wenn ein Zweiphasensignal angelegt wird, und die Anordnung nach F i g. 9B erzeugt ein einziges Schallwellenbündel, wenn ein dreiphasiges elektrisches Signal angelegt wird.

F i g. 11 zeigt das experimentelle Ergebnis der ineinandergreifenden Elektroden in den Fig.9A und 9B, und sie zeigt die Beziehung zwischen der an die Elektroden angelegten elektrischen Frequenz und der Richtung θ des Strahlbündels. Wie Fig. 11 zeigt, kann die Richtung des Strahlbündels durch Steuern der an die Elektroden angelegten Frequenz gesteuert werden, und die Wirkung der Formel (3) ist bewiesen.

so Das sich verschiebende elektrische Signal für die Anordnungen nach den F i g. 9 A und 9B kann man durch eine Verzögerungsleitung erzeugen, die eine Vielzahl Abgriffe aufweist, wobei jeder Abgriff mit einem Elektrodenfinger a, verbunden ist

Wie aus der vorausgehenden Erläuterung hervorgeht, kann erfindungsgemäB die ineinandergreif ende Elektrode auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials in der Flüssigkeit ein konvergierendes Ultraschallwellenbündel erzeugen, indem eine Wechselspannung an die

Elektrode angelegt wird.

Das Anwendungsfekä der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Fotografie oder die Betrachtung der inneren Struktur eines Materials beschränkt, sondern die Erfindung ist auch auf andere Bereiche anwendbar, die

es ein konvergierendes SchaHbündel benötigen; beispielsweise kann man Flüssigkeit zerstäuben, indem man das Schallbündel auf- den Grenzbereich von Flüssigkeit und Wasser fokussiert

230230/331

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallwandler, umfassend ein piezoelektrisches Substrat, auf dessen Oberfläche eine Elektrodenanordnung mit Elektroden mit ineinandergreifenden Fingern angeordnet ist und mit einer Flüssigkeit in Berührung steht, und eine Einrichtung zum Zuführen einer Wechselspannung an die Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Gruppe (10; 10a, iOb) mit mehreren in Richtung der Finger angeordneten Elektrodenanordnungen (4a bis 4n; 4a, 4b, 4a', 4b') vorhanden ist, die gesondert mit einer Wechselspannung beaufschlagbar sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zwischen den Fingern einer jeden der ineinandergreifenden Elektroden konstant ist

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zwischen den Fingern der ineinandergreifenden Elektroden der Beziehung

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²X}

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