DE3043776A1 - "ultraschall-abbildungseinrichtung" - Google Patents
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Abbildungseiiirichtung.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ultraschall-Abbildung seinrichtung zur Erzeugung scharfer Bilder indem
abgetastet wird, während die Übertragungsultraschallfrequenz verändert wird, oder indem Ultraschallwellen
unterschiedlicher Frequenzen überlagert werden. Die Einrichtung verwendet ein makromolekulares, piezoelektrisches
Element als Wandler.
Ultraschall-Abbildungseinrichtungen werden heutzutage beispielsweise
in Ultraschallmikroskopen, Ultraschall-Diagnoseeinrichtungen oder Ultraschall-Fehlernachweisgeräten eingesetzt.
Diese Ultraschall-Abbildungseinrichtungen können in verschiedenen Gruppen in Abhängigkeit von dem verwandten
Mechanismus unterteilt werden. In einer der Gruppen v/erden
Abbildungen dadurch erzeugt, daß von Gegenständen reflektierte Ultraschallwellen empfangen werden. Bei einer anderen Gruppe
werden Abbildungen dadurch erzeugt, daß durch Gegenstände hindurchgegangene Ultraschallwellen empfangen werden. Bei
einer wiederum anderen Gruppe werden Bilder dadurch erzeugt, daß sowohl von dem Gegenstand reflektierte als auch
durch den Gegenstand hindurchgegangene Ultraschallwellen empfangen werden. In einer wiederum anderen Gruppe v/ird
die Ultraschall-Holografie verwandt, bei der ein Ultraschal !hologramm erzeugt wird, indem eine Bezugswelle auf
eine von einem Gegenstand reflektierte oder durch einen
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Gegenstand hindurchgegangene Ultraschallwelle angewandt wird, welche dann verwandt wird, um eine sichtbare Abbildung
mittels eines schalloptischen Effektes zu erzeugen.
Eine Ultraschallwelle wird stark gedämpft, wenn sie durch ein Medium hindurchgeht. Je höher die Frequenz und je kürzer
die Wellenlänge ist, desto größer ist die Dämpfung. Deshalb können Ultraschallwellen äußerst hoher Frequenz nicht verwandt
werden, um das Innere eines zu prüfenden Gegenstandes zu beobachten. Beispielsweise ist die höchste, in einer Ultraschall-Diagnoseeinrichtung
verwandte Ultraschallfrequenz auf ungefähr 15 oder 16 MHz sogar für zu untersuchende Bereiche
in einer Schicht nahe einer Oberfläche und auf ungefähr 5 oder 6 MHz für zu untersuchende, tiefere Schichten begrenzt.
Es ist auf diesem Gebiet wohl bekannt, daß die Auflösung der Ultraschall-Abbildungseinrichtung der Wellenlänge umgekehrt
proportional ist. Da die Betriebsfrequenz begrenzt ist, wie vorhergehend beschrieben wurde, ist die Auflösung
dieser Einrichtungen entsprechend begrenzt· Beim Durchgang durch einen zu untersuchenden Gegenstand wird eine Ultraschallwelle
gestreut oder verzögert. Somit interferieren
die sich ergebenden Wellen miteinander oder werden unregelmäßig gestreut, wodurch ein Untergrund erzeugt wird, welcher
als Licht- und Schattenbereiche oder Geisterbilder auftritt. Ferner kommt hinzu, daß wegen Faktoren, die der Einrichtung
selbst zueigen sind, die tatsächliche Auflösung kleiner als die theoretische Auflösung ist, die aus der Wellenlänge der
Ultraschallwelle bestimmt wird. Die wirkliche Auflösung ist häufig gleich dem mehrmaligen der Wellenlänge der verwandten
Ultraschallwelle.
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Ein Verfahren zum Verhindern einer Verringerung der Auflösung,
die durch Untergrund wegen der vorhergehend beschriebenen Interferenz hervorgerufen wird, wurde beispielsweise
in einem Artikel von Korpel et al. in "Acoustical Holography", 5, 373 - 390 (197A-) beschrieben.
Das Prinzip dieses Verfahrens besteht darin, daß, wenn die Wellenlänge einer erzeugten Ultraschallwelle kontinierlich
oder stuf enweise verändert wird, so daß eine Abbildung durch Ultraschallwellen unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt
wird, Untergrundeffekte, die den unterschiedlichen Ultraschallwellen entsprechen, voneinander verschieden sind.
Deshalb wird nur die erwünschte Abbildung hervorgehoben,
wodurch sich eine scharfe Abbildung ergibt. Es ist offensichtlich, daß dieses Prinzip in dem Fall angewandt werden
kann, indem Ultraschallwellen unterschiedlüier Wellenlänge
gleichzeitig einander überlagernd erzeugt werden. Ferner wurde beispielsweise in der US-PS 3,564,9CW- ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem Ultraschallhologramme erzeugt werden, die verschiedene Wellenlänge aufweisen, die durch Beaufschlagung
eines Gegenstandes mit einer Vielzahl von Ultraschallbündeln gleichzeitig oder entsprechend einer vorbestimmten
Reihenfolge erhalten werden, damit sie Licht unterschiedlicher
Farbtöne entsprechen, um eine farbige Abbildung zu erzeugen. Eine solche farbige Abbildung kann nicht nur
mittels der Holografie sondern auch mit einem Verfahren erhalten werden, bei dem eine Ultraschallabbildung mit einem
Wandler empfangen vrird und die empfangenen Ultraschallwellen
unterschiedlicher Wellenlänge mit unterschiedlichen Farben angezeigt werden. Ferner können zufriedenstellende Ergebnisse
bei Verwendung des von Korpel et al. oder des in der US-PS 3,564-,90^- angegebenen Verfahrens erhalten werden, wobei der
Ultraschallfrequenzberexch so groß wie möglich eingestellt ist.
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— Π _
Bei einer herkömmlichen Ultraschall-Abbildungseinrichtung
wird im allgemeinen ein nichtorganisches, piezoelektrisches Element, wie z.B. ein piezoelektrischer Wandler oder ein
Kristall als Ultraschallwandler eingesetzt. Im allgemeinen gilt für die Grundresonanzfrequenz ±q eines piezoelektrischen
Elementes, welches als ein Ultraschallwandler verwandt wird:
f0 - v/2£\ (1)
worin l> die Dicke des piezoelektrischen Elementes und ν
die Schallgeschwindigkeit in dem piezoelektrischen Element "bedeuten.
Ein nichtorganisches, piezoelektrisches Element hat einen
Umwandlungswirkungsgrad A von einigen Zehnteln Prozent in der Nähe der Grundresonanzfrequenz f«. Der Umwandlungswirkungsgrad A wird durch die Gleichung (2) definiert.
Schalleistung
A (%) = : — χ 100 (2)
A (%) = : — χ 100 (2)
elektrische Leistung
Jedoch nimmt der Umwandlungswirkungsgrad A plötzlich auf "beiden Seiten der Grundresonanzfrequenz ±~ ab, d.h. der
größte Umwandlungswirkungsgrad A wird bei der Grundresonanz frequenz fQ erhalten.
lig. 1 zeigt ein Beispiel einer Meßung,die durchgeführt
wurde, um die Änderungen des Umwandlungswirkungsgrades A eines Wandlers mit einem piezoelektrischen Element aus
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Bleiniobat, in dem die Frequenz bei konstant gehaltener elektrischer Leistung verändert wurde. In Fig. 1 besitzt
der Umwandlungswirkungsgrad A bei der Grundresonanzfrequenz fn einen maximalen Vert A . Wie sich ohne weiteres aus
Fig. 1 ergibt, beträgt der Frequenzbereich, in dem der Umwandlungswirkungsgrad A einen größeren Wert als die
Hälfte des Wertes A113x aufweist, nur ungefähr 0,6 MHz.
Innerhalb dieses Frequenzbereiches ändert sich der Umwandlungswirkungsgrad äußerst plötzlich mit der Frequenz und deshalb
unterscheiden sich bei den erzeugten Frequenzen empfangene Abbildungen bezüglich der Schärfe voneinander, mit dem Ergebnis,
daß die Verarbeitung der Abbildungen äußerst schwierig ist.
Bei einem nichtorganischen, piezoelektrischen Element aus Bleiniobat oder einem piezoelektrischen Wandler ändern sich
dessen Impedanz und die Baase der zugeführten Signale außerhalb der Grundresonanzfrequenz fQ in hohem Maße, wie es in
Fig. 2 dargestellt ist. Deshalb ist es äußerst schwierig, wenn die Frequenz deutlich um Tq verändert wird, eine den
Wandler treibende Hochfrequenzeinrichtung an den Wandler
anzupassen, und die erforderliche Einrichtung zum Einstellen oder Steuern der Einrichtung weist entsprechend eine komplizierte
Ausbildung auf. Es ist somit schwierig, häufig die Frequenz zu ändern. Wenn die Frequenz in einem Bereich verändert wird,
in dem sich wenigstens die Phase und der Umwandlungswirkungsgrad nictfc so stark ändern, so daß der Frequenzbereich des
Wandlers durch das Maximum des Umwandlungswirkungsgrades Ä und A" /2 in diesem Bereich definiert ist, dann liegt die
Frequenzänderung des Bleiniobat-Wandlers im wesentlichen innerhalb von 3 - 0,3 MHz.
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. copy
Es ist deshalb eine Zielsetzung der Erfindung, eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung
zu schaffen, die "beispielsweise in einem Holografie-System oder einem Abtastsystem
verwandt werden kann, bei der sich der Umwandlungswirkungsgrad des Wandlers nicht plötzlich mit der Frequenz ändert
und bei der sich die bei verschiedenen Frequenzen empfangenen
Bilder nicht stark in ihrer Qualität voneinander abweichen.
Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine
solche Ultraschall-Abbildungseinrichtung zu schaffen, bei der sich die Phase und der Umwandlungswirkungsgrad nicht
wesentlich in einem breiten Frequenzbereich ändern.
Gemäß dieser und anderen Zielsetzungen der Erfindung wird eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung geschaffen, welche
einen Wandler mit einem piezoelektrischen Element aufweist, das aus einer dünnen, makromolekularen, piezoelektrischen
Platte mit einer Dicke von 3 um bis 1000 um besteht. An beiden Seiten der piezoelektrischen Platte sind Elektroden
angeordnet. Eine Hochfrftquenzsignal-Überlagerungseingabeeinrichtung
oder eine Hochfrequenzsignal-Abtasteinrichtung
beaufschlagt die Elektroden mit Hochfrequenzsißnalen unterschiedlicher
Frequenzen gleichzeitig oder stufenweise in einem Frequenzbereich um eine Grundresonanzfrequenz der
piezoelektrischen Platte von - ΛξΡ/ο bis 70% der Grundresonanzfrequenz.
Die piezoelektrische Platte ist aus einem makromolekularen Material, insbesondere Polymeren und Copolymeren
von polaren Monomeren hergestellt. Insbesondere umfaßt das bevorzugte Material für die piezoelektrische Platte wenigstens
ein Material, welches aus der Vinylidenfluorid, Vinylfluorid,
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Trifluoräthylen und Fluorchlorovinyliden umfassenden Gruppe
"besteht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs-"beispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 grafische Darstellungen, welche den Umwandlungs-
wirkungsgrad und die Impedanz und Phaseneigenschaften
eines Wandlers vom Bleinio"battyp zeigen, und
Fig. 3 und 4- zeigen ebenfalls grafische Darstellungen,
welche den Umwandlungswirkungsgrad und die Impedanz und Phaseneigenschaften eines Wandlers
von der Art mit einem makromolekularen, piezoelektrischen Element nach der Erfindung darsteller
Die Erfinder haben die mögliche Verwendung eines makromolekularer piezoelektrischen Elementes aus einem Material aus z.B. Polyvinylidenfluorid
statt des herkömmlichen, nichtorganischen
piezoelektrischen Elementes als Wandler für z.B. eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung
untersucht, , "bei der eine Frequenzänderung oder eine Überlagerung vorgenommen wird.
Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde festgestellt, daß, während der Kopplungskoeffizient eines nichtorganischen,
piezoelektrischen Elementes guter Qualität über 50% liegt,
derjenige eines makromolekularen, piezoelektrischen Elementes sehr klein ist, nämlich nicht größer als 20%, und daß entsprechend
der Ultraschall-Ausgang "bzw. die Ultraschallausgangsleistung des letzteren klein ist. Aufgrund des Ver-
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gleichs des maximalen Ausgangs des makromolekularen,
piezoelektrischen Elementes mit dem des nichtorganischen,
piezoelektrischen Elementes wurde der Schluß gezogen, daß ersteiDs nicht als Wandler für eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung
geeignet ist. Insbesondere bei veränderter Frequenz treten bei einem nichtorganischen piezoelektrischen
Element die vorhergehend beschriebenen Schwierigkeiten auf. Andererseits rst der Wert A bei einem Wandler,
bei dem ein makromolekulares,piezoelektrisches Element verwandt wird, kleiner als derjenige bei einem nicht organischen
piezoelektrischen Element, jedoch ist die Frequenzkurve des Umwandlungswirkungsgrades relativ flach. Demgemäß hat das
makromolekulare,piezoelektrische Element einen breiten
Frequenzbereichen dem der Umwandlungswirkungsgrad größer als & —/2. ist, und es weist eine viel kleiner Impedanz
und Phasenänderung auf. Es wird darauf hingewiesen, daß das makromolekulare, piezoelektrische Element selbst in
dem unter A „/2 liegenden Bereich wegen seines kleinen Umwandlung
swirkung sgr ade s und geringer Phasenänderung eingesetzt werden kann. Somit haben die Erfinder herausgefunden,
daß ein Wandler mit einem makromolekularen,piezoelektrischen Element verglichen mit einem Wandler mit einem herkömmlichen,
nicht organischen piezoelektrischen Element viele Vorteile aufwei st.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in einer Ultraschall-Abbildungseinrichtung
und dem bei ihr benutzten Wandlers bei dem das den Wandler bildende piezoelektrische Element eine
dünne, makromolekulare, piezoelektrische Platte mit einer
Dicke von 3 bis 1000 um ist und bei dem eine Hochfrequenz-
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signaleinrichtung mit mehreren Eingängen oder eine Hochfrequenzsignal-Abtasteinrichtung
vorgesehen ist, mit der eine Vielzahl von Hochfrequenz Signalen in einem Frequenzbereich
der Grundresonanzfrequenz der piezoelektrischen Platte von - 10 bis 70% gleichzeitig oder aufeinanderfolgend
an die Elektroden an beiden Seiten der piezoelektrischen Platte angelegt werden.
Das gemäß der Erfindung verwandte makromolekulare, piezoelektrische
Element wird gebildet, indem der Polarisation bzw. Polarisationswirkung eines elektrischen Feldes hoher
Spannung eine Folie bzw. ein dünnes Plättchen aus Polymer oder Copolymer ausgesetzt wird, welches im wesentlichen zumindest
eines der polaren Monomere wie z.B. Vinylidenfluorid, Vinylfluorid, Trifluoräthylen und Fluorchlorovinyliden
enthält.
Die Dicke des verwandten, makromolekularen, piezoelektrischen Elementes beträgt 3 um bis 1000 um. Die Verwendung eines
makromolekularen, piezoelektrischen Elementes mit einer kleineren Dicke als 3 V^ erschwert es, eine gleichförmige
Schicht mit einem großen, piezoelektrischen l'lodul zu bilden.
Die Verwendung einer Platte bzw. einer Schicht mit einer Dicke oberhalb von 1000 um ist nicht praktisch, da ihre
Grundfrequenz kleiner als 1 MHz ist und die Auflösung der sich ergebenden Ultraschall abbildung entsprechend klein ist.
Der Dickenbereich des makromolekularen, piezoelektrischen
Elementes ist ferner begrenzt, wenn die Dämpfung einer Ultraschallwelle oder der Verwendungszweck der Einrichtung in Betracht
gezogen wird. Bei einem gewöhnlichen Ultraschallmikroskop muß die Dicke nicht sehr groß sein. Bei einem Ultraschallmikroskop
mit einer größeren Auflösung jedoch beträgt die Dicke
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vorzugsweise 30 bis 50 um. Bei einer TJItraschall-Fehlernachwei
seinrichtung oder einer Ultraschall-Diagnose einrichtung
liegt die Dicke vorzugsweise "bei 50 "bis 1000 um,
da die Kopplung der Ultraschallwellen mit dem Inneren des Gegenstandes der wesentlichste Gesichtpunkt ist.
Bei dem Wandler sind Elektroden auf "beiden Seiten des
makromulekularen, piezoelektrischen Elementes vorgesehen, und wenn erforderlich, ist eine schallreflektierende Platte
wie z.B. eine Metallplatte oder eine keramische Platte oder eine schallabsorbierende Platte wie z.B. eine Gummiplatte
oder eine Kunststoffplatte an der Rückseite des makromolekularen, piezoelektrischen Elementes vorgesehen. In dem Fall,
in dem beabsichtigt ist, den Wandler im Wasser zu verwenden, wird bevorzugt, daß wenigstens eine der Elektroden des makromolekularen,
piezoelektrischen Elementes mit einer dünnen Schicht isoliert wird, die aus einem Material wie z.B.
Silicongummi bestehen kann, welches gegenüber Wasser undurchlässig ist.
Eine elektrische Hochfrequenzquelle wird mit dem Elektrodenkreis des Wandlers gekoppelt, um den Wandler mit Ultraschallwellen
zu erregen. Die elektrische Hochfrequenzquelle umfaßt eine Hochfrequenzsignal-Überlagerungseinrichtung mit einer
Vielzahl von Hochfrequenzschwingungskreisen, die Signale unterschiedlicher Frequenz erzeugen, oder eine Hochfrequenzsignal-Abtasteinrichtung,
deren Ausgangsfrequenz sich kontinuierlich oder stufenweise ändert. Der Eingangsfrequenzbereich
sollte sich von der Grundresonanzfrequenz, die durch. die Dicke des in dem Wandler verwandten piezoelektrischen
Elementes festgelegt ist, bis zu -: 10 bis 70% der Grundre-
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sonanzfrequenz erstrecken. Wenn der Eingangsfrequenzbereich,
kleiner als ein Bereich von der Grundresonanzfrequenz von innerhalb - ΛΟΡ/ο von ihr ist, ist der Frequenzbereich, der
durch Überlagerung oder durch die Abtastfrequenzen überdeckt wird, klein und deshalb tritt der Effekt nicht stark
hervor, daß scharfe Abbildungen erhalten werden. Im Bereich bis zu 10% kann ein Wandler vom Bleiniobat- oder piezoelektrischen
Typ bei !"requenzänderun^nvervrandt werden. Im Bereich
von - 10% bis - 15% ist der Umwandlungswirkungsgrad eines
nichtorganischen, piezoelektrischen Elementes wie z.B. ein piezoelektrischer Wandler wegen der Wellenlängen bei
höheren und niederen Frquenzen groß und deshalb ist die
Verwendung eines nichtorganischen, piezoelektrischen Elementes nicht erwünscht, obgleich in manchen Fällen mit einigem Aufwand
ein piezoelektrischer Wandler verwandt \irerden kann.
Im Eingangsfrequenzbereich von - 15% der Grundresonanzfrequenz ist ein makromulekulares, piezoelektrisches Element nach
der Erfindung wesentlich vorteilhafter als ein nichtorganisches,
piezoelektrisches Element. Vorzugsweise sollte die obere Grenze des Eingangsfrequenzbereiches bei - 15 his 50% der Grundresonanzfrequenz
liegen, da, wenn die Frequenz besonders groß ist, sich der Umwandlungswirkungsgrad und das Durchdringen
der Wellen durch einen zu untersuchenden Gegenstand stark
ändern.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Wandlers liegt darin, daß die Schärfe der Abbildungen aufgrund der Verwendung
des makromolekularen, piezoelektrischen Elementes verbessert wird, wie es vorhergehend beschrieben wurde. Eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung
wird häufig in einer Situation verwandt, be; der der zu untersuchende Gegenstand im Wasser angeordnet wird
oder bei der die Ultraschallwellen den zu untersuchenden Gegenstand durch eine Wasserschicht hindurch beaufschlagen, wobei
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sich, in einem solchen Fall die Ultraschallwellen durch eine
Wasserschicht fortpflanzen müssen. Die Schallimpedanz eines makromolekularen, piezoelektrischen Elementes, die ein Bruchteil
der Schallimpedanz eines nichtorganischen, piezoelektrischen Elementes ist, ist der Schall impedanz von Wasser sehr
nahe. Deshalb ist ein makromolekulares, piezoelektrisches Element schallmäßig zufriedenstellend wasserangepaßt und
demgemäß tritt bei den Ultraschallwellen an der Grenze zwischen dem Element und dem Wasser ein wesentlich kleinerer
Reflektionsverlust auf als bei der bisher verwandten Ausgestaltung.
Demgemäß ist das Umwandlungswirkungsgradverhältnis, wenn Ultraschallwellen durch eine !/asserschicht
hindurchgehen, fünf-oder sechsmal (nur beim Durchgang) bis
fünfzehn-oder sechzehnmal (im Fall des Durchgangs und des Empfangs, wobei die Ultraschallwellen durch die Grenze hindurchgehen)
so groß wie dasjenige von piezoelektrischen Elementen. Ferner kann ein Wandler mit gleichförmiger Dicke
und einer großen Fläche ohne weiteres aufgrund der Verwendung des vorhergehend beschriebenen, makromolekularen,
piezoelektrischen Elementes hergestellt werden.
Ein im folgenden als Wandler A bezeichneter Wandler wurde auf folgende Weise hergestellt. Eine piezoelektrische Folie
aus einachsig orientiertem Polyvinylidenfluorid mit einer Dicke von 520 [um, einer Breite von 4- cm und einer Länge von
7 6 cm mit einer piezoelektrischen .Konstanten d„ = 5 x 10 '
c.g.s.e.s.u. wurde zum Aufbringen von Elektroden einer Aluminiumvakuumverdampfung ausgesetzt. Die Folie wurde auf
eine Bakelitplatte der Größe 10 cm χ 10 cm χ 2 cm geklebt
und ein Epoxy-Klebemittel und eine Silikonharzschicht von
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2 mm Dicke wurde auf der Oberfläche ausgebildet. Anschlußdrähte
erstrecken sieb, von den Elektroden durch die Beschichtung
sschicht.
Die Impedanz und Phaseneigenschaften des Wandlers wurden mit einem Vektorimpedanzmeßgerät gemessen und die Meßergebnisse
sind, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Der elektro-optische Um Wandlungswirkungsgrad des Wandlers wurde
mit einem Strahlungsdruckmeßgerät, bei dem ein Abgleich vorgenommen wird, gemessen (ein solches Gerät ist beispielsweise
beschrieben in J. Phys. Soc. Japan 3, (194-8), 47)
und es wurden die in Fig. 3 gezeigten Meßergebnxsse erhalten.
Ein im folgenden als Wandler B bezeichneter Wandler wurde
als Vergleichsmuster hergestellt, wobei ein keramisches, piezoelektrisches Element mit Bleiniobat verwandt wurde,
welches eine Dicke von 400 jum, eine Breite von 7 cm und
eine Länge von 7 cm und eine piezoelektrische Konstante
& = 20 χ 10 ' c.g.s.e.s.u. aufwies. In gleicher Weise
wie beim Wandler A wurden die Eigenschaften des Wandlers B gemessen und die Meßergebnxsse sind in den Figuren 1
und 2 dargestellt.
Jeder Wandler wurde als ein Gegeristandswelle-Wandler in
einer Holografieeinrichtung (Kanebo Model KM-101) verwandt,
mit dem eine Frequenzabtastung durchgeführt werden kann,
und die sich in beiden Fällen ergebenden Abbildungen wurden miteinander verglichen. Die Impulsbreite und die Wiederholungsrate
der verwandten Hochfrequenz-Anregungsimpulse
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betrug 180 psec bzw. 15Ο sec" .Ferner wurde eine Frequenzabtastung
in fünf Stufen bei gleichen Intervallen durchgeführt. Mit dem Wandler A wurde eine Abtastbreite von
± 5OO KHz mit einer Hauptfrequenz fQ von 2,5 MHz ohne
weiteres erhalten. Der Wandler A konnte in der Praxis mit einer Abtastbreite von +^ 1 MHz betrieben werden. Für
den Wandler B betrug die Abtastbreite +_ 150 MHz bei den
gleichen Bedingungen und die praktische Betriebsgrenze war +_ 3OO KHz.
Für die Vergleichsuntersuchung der Abbildung wurde die Auflösung gemessen, indem eine in vorbestimmten Abständen
durchbohrte Bakelitplatte verwandt wurde. Mit dem Wandler A, der mit einer Abtastbreite von +_ 5OO KHz eingesetzt wurde,
konnte die sich ergebende Abbildung bis auf Abstände von 1,4 mm aufgelöst werden. Andererseits konnte in dem Fall,
in dem der Wandler B verwandt wurde, bei einer Abtastbreite
von +_ 150 KHz die sich ergebende Abbildung nur bis zu Abständen
von 2,3 mm aufgelöst werden und sie zeigte allgemein einen Untergrund.
Abbildungen einer menschlichen Hand wurden miteinander verglichen,
die mit Verwendung der Wandler A und B in gleicher Weise wie in dem vorhergehend beschriebenen Fall erzeugt
wurden. Die mit dem Wandler A erhaltene Abbildung stellte sich als scharf bis in kleine Einzelheiten verglichen mit
der mit dem Wandler B hergestellten Abbildung heraus. Bei den vorhergehend beschriebenen Messungen war ein in der
Holografieeinrichtung vorgesehener Bleiniobat-Wandler als
Wandler zur Erzeugung einer das Hologramm bildenden Bezugs-
130038/0591
welle verwandt worden. Wenn jedoch dieser Wandler durch
einen Bezugswellen-Wandler ersetzt würde, kann erwartet werden, daß die Schärfe der Abbildung verbessert wird.
Bei einer Ultraschall-Abbildungseinrichtung oder einem.
Ultraschallmikroskop, die ein Abtastsystem verwenden, bei dem die reflektierte Welle oder die hindurchgegangene Welle
des abgetasteten Ultraschallbündels von dem gleichen Wandler oder einem verschiedenen Wandler empfangen wird, sind die
durch die Frequenzabtastung hervorgerufenen Wirkungen die gleichen wie jene bei dem vorhergehend beschriebenen holografischen
System mit Ultraschall-Abbildungseinrichtung. Deshalb werden, wenn diese Einrichtungen mit einem Wandler
mit einem nach der Erfindung ausgebildeten, makromolekularen, piezoelektrischen Element verwandt werden, die gleichen vorteilhaften
Wirkungen wie jene bei dem holografischen System, mit Ultraschall-Abbildungseinrichtung erhalten.
Zusammenfassend ergibt sich somit, daß durch die Erfindungs eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung geschaffen wird, die
z.B. in einem holografischen System oder einem Abtastsystem verwandt werden kann und einen piezoelektrischen Wandler
aufweist, bei dem der Umwandlungswirkungsgrad und die Phase der Eingangs signale im wesentlichen über· einen, breiten
Frequenzbereich konstant sind. Eine dünne, piezoelektrische Platte mit einer Dicke von $ ,uüi bis 1000 pm wird für ein
piezoelektrisches Element verwandt. Die piezoelektrische dünne Platte wird aus einem makromolekularen Material,
welches Polymere und Copolymere von polaren Monomeren umfaßt, hergestellt. Mit einer Hochfrequenzsignal-Eingabe-
130038/0591
Einrichtung werden den mit der dünnen, piezoelektrischen
Platte gekoppelten Elektroden Hochfrequenzsignale verschiedener
Frequenzen in einem Frequenzbereich um eine Grundresonanzfrequenz der piezoelektrischen Platte von
+_ 10 bis 70 % der Grundresonanzfrequenz zugeführt.
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Claims (8)
1. Ultraschall-Abbilaungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wandler mit einem piezoelektrischen
Element, welches eine dünne, makromolekulare, piezoelektrische Platte mit einer Dicke von 3 Jm ^is 1000 um aufweist, wobei
sich auf beiden Seiten der dünnen, piezoelektrischen Platte Elektroden befinden, und eine Hochfrequenzsignal-Eingabeeinrichtung
vorgesehen sind, um den Elektroden Hochfrequenzsignale verschiedener Frequenzen in einem Frequenzbereich
um eine Grundresonanzfreqrenz von £iO - 70% &er Grundresonanz
frequenz der dünnen, piezoelektrischen Platte zuzuführen.
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COPV
_ 2 —
2. Einrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dünne, piezoelektrische Platte
aus einem Material besteht, welches aus der Polymere und Copolymere polarer Monomere umfassenden Gruppe ausgewählt
ist.
3- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dünne, piezoelektrische Platte
aus wenigstens einem Material "besteht, welches aus der Vinylidenfluorid, Vinylfluorid, Trifluorethylen und
Fluorchlorvinyliden umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
4. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3>
dadurch gekennzeichnet , daß die Ultraschall-Abbildung
seinrichtung in einem Holografiesystem verwandt wird.
5- Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet , daß die Ultraschall-Abbildungseinrichtung
in einem Abtastsystem verwandt wird.
6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3>
dadurch gekennzeichnet , daß die Hochfrequenzsignal-Eingabeeinrichtung eine Hochfrequenzsignalüberlagerungseinrichtung
umfaßt, durch die den Elektroden gleichzeitig Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzen zuführbar
sind.
7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3»
dadurch gekennzeichnet , daß die Hochfrequenzsignal-Eingabeeinrichtung
eine Hochfrequenzsignal-Abtast-
130038/0591
einrichtung aufweist, durch die den Elektroden gleichzeitig Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzen
zuführbar sind.
8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 "bis 5>
dadurch gekennzeichnet , daß die Hochfrequenz signal-Eingabeeinrichtung eine Einrichtung umfaßt,
durch die den Elektroden stufenweise Hochfrequenzsignale
verschiedener Frequenzen zuführbar sind.
130038/0591
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