-
Diese Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde, die in einem
Ultraschalldiagnosegerät zur medizinischen Verwendung
verwendet wird.
-
Es gibt eine jüngste Tendenz, Ultraschallsonden, die aus
piezoelektrischen Verbundmaterialien hergestellt sind, auf dem
Gebiet von Ultraschalldiagnosegeräten für die medizinische
Anwendung und ähnliches zu verwenden.
-
Solche Ultraschallsonden, die piezoelektrische
Verbundmaterialien verwenden, sind vorgeschlagen worden, einschließlich
der beispielsweise in Proc. IEEE Ultrasonic Symposium, 1984,
von A. A. Shaulov u. a. auf den Seiten 545 bis 548 erwähnten
Konstruktion.
-
Nun Bezug nehmend auf die Fig. 1 und 2 wird eine
herkömmliche Ultraschallsonde vom Typ einer Vielfachanordnung
beschrieben, die piezoelektrische Verbundmaterialien
verwendet.
-
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die
wesentlichen Merkmale der Sonde zeigt, und Fig. 2 ist eine
vergrößerte Schnittansicht des Bereiches, in dem die
Verbindungsdrähte mit ihr verbunden sind. Das Bezugszeichen 101
bezeichnet ein piezoelektrisches Material, das aus einem
piezoelektrischen Keramikmaterial 102, das sich in einer
Richtung erstreckt, und einem organischen Polymermaterial 103
zusammengesetzt ist, das sich in drei Dimensionen erstreckt
und das genannte piezoelektrische Keramikmaterial 102
umgibt. Auf einer Oberfläche dieses piezoelektrischen
Verbundmateriales 101 ist eine Mehrzahl Elektroden 104 durch
Vakuumaufdampfen mittels einer Maske oder ähnlichem
angeordnet,
während eine gemeinsame Elektrode 105 auf der
gegenüberliegenden Oberfläche des piezoelektrischen
Verbundmateriales 101 durch Vakuumaufdampfen angebracht ist, und
eine akustische Anpassungsschicht 106, die aus einem
Epoxykunststoff oder ähnlichem hergestellt ist, ist auf der
Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 105 (der Schallwellen-
Strahlungsoberfläche) aufgebracht, um die Schallwellen
wirksam zu dem zu untersuchenden Gegenstand zu führen. Die
Verbindungsdrähte 108 sind mit den einzelnen Elektroden durch
Draht-Bonden oder ähnliche Mittel verbunden, und sind
ihrerseits mit elektrischen Anschlüssen (nicht gezeigt)
verbunden.
-
Indem somit Elektrodensignale, die außerhalb gesteuert
werden, an die Elektroden 104, 105 auf beiden Oberflächen des
piezoelektrischen Verbundmaterials 101 angelegt werden,
können Ultraschallwellen an der Oberfläche der akustischen
Anpassungsschicht 106 ausgestrahlt werden.
-
In dem piezoelektrischen Verbundmaterial 101 ist die
piezolelektrische Keramik 102 aus PCT hergestellt, und das
organische hochpolymere Material 103 kann aus einem
Epoxykunststoff oder ähnlichem hergestellt werden, und ein
solches piezoelektrisches Verbundmaterial 101 kann einen
elektro-mechanischen Kopplungskoeffizienten mit einer
Charakteristik nahezu gleich K&sub3;&sub3; erhalten, wie der
elektro-mechanische Kopplungskoeffizient der piezoelektrischen Keramik 102,
und kann eine niederere Schallimpedanz verglichen mit
derjenigen der piezoelektrischen Keramik alleine aufweisen (in
dem Fall der PZT-Verbindung ist sie ungefähr 20 bis 35·10&sup5;
g/cm²·s). Wenn beispielsweise für die Volumenverhältnis 25%
piezoelektrische Keramik 102 und 75% organisches Polymer 103
aus Epoxykunststoff verwendet werden, ist die Schallimpedanz
ungefähr 8·10&sup5; g/cm²·s, und seine Anpassung an dem
Gegenstand, wie der menschliche Körper (dessen Schallimpedanz 1,5
bis 1,8·10&sup5; g/cm²·s ist) ist viel besser als in dem Fall
einer piezoelektrischen Keramik allein, und nur eine Schicht
aus akustischer Anpassungsschicht 106 ist ausreichend, um
den Wirkungsgrad (Empfindlichkeit) des Aussendens und des
Empfangs zu verbessern. Da sich auch die piezoelektrische
Keramik 102 nur eindimensional erstreckt, gibt es wenig Leck
der Schallwellen zu anderen Elementen (akustisches
Übersprechen), was bedeutet, daß die Ausrichtungsauflösung
hervorragend ist.
-
Somit ist die Nützlichkeit von Ultraschallsonden, die
piezoelektrisches Verbundmaterial 101 mit einer einzelnen,
akustischen Anpassungsschicht 106 verwenden, auf dem Gebiet der
Technik bekannt.
-
Jedoch ist es in der Praxis bei der herkömmlichen
Konstruktion, wenn Verbindungsdrähte mit den Elektroden verbunden
werden, nachdem eine Vielfachanordnung von Elektroden 104
durch Maskieren oder andere Mittel auf einer Seite des
piezoelektrischen Verbundmateriales 101 gebildet worden ist,
trotz des Vorteils, die Elektroden 104 in einer
Vielfachanordnung mit äußerster Genauigkeit zu bilden, indem
Halbleiterherstellungs-Technologie eingesetzt wird, sehr schwierig,
die Verbindungsdrähte 108 durch Draht-Bonden oder andere
Mittel nach dem Bilden der Elektroden 104 zu verbinden. Das
heißt, das piezoelektrische Verbundmaterial 101 ist, wie es
oben erwähnt worden ist, nämlich aus piezoelektrischem
Keramikmaterial 102 und einem organischen Polymer 103 aus
Epoxykunststoff hergestellt, und dieser Teil ist in Fig. 2
vergrößert. Genauer gesagt, wegen des Unterschiedes bei der
Härte und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem
piezoelektrischen Keramikmaterial 102 und dem organischen
Polymer 103, ist die Oberfläche des organischen Polymers 103
nicht flach, sondern gewellt, und es ist schwierig, diese
Rauhigkeit zu vermeiden. Wenn Elektroden 104 auf einer
derart gewellten Oberfläche mit einer Dicke von ungefähr 1
Mikron durch Vakuumaufdampfen oder andere Mittel gebildet
werden, werden die Elektroden 104 ungleichmäßig auf der
gewellten Oberfläche des piezoelektrischen Verbundmateriales 101
gebildet. Es ist äußerst schwierig, Verbindungsdrähte 108
durch Draht-Bonden gleichförmig und fest mit einer solchen
unebenen Oberfläche zu verbinden. Da insbesondere das Draht-
Bonden an der Stelle des organischen Polymers 103 schwierig
ist, ist es notwendig, die Verbindungsdrähte 103 durch
Draht-Bonden an der Stelle des piezoelektrischen
Keramikmateriales 102 zu verbinden. Jedoch wird bei hohen Frequenzen
die Form der piezoelektrischen Keramik 102 weniger als 70
Mikron (7·10&supmin;&sup5; m), und Draht-Bonden ist kaum möglich. Wenn
aber die Verbindungsdrähte 108 durch Draht-Bonden an der
Position der Elektroden 104 verbunden werden, die in einer
Mehrzahl angeordnet sind, ist die Festigkeit geringer und
die Zuverlässigkeit ist unzureichend, oder bei hoher
Frequenz ist es kaum möglich, Verbindungsdrähte 108 zu
verbinden.
-
In dem Fall, wo Ultraschallsonden vom Typ einer
Vielfachanordnung verwendet werden, ist das Verfahren zum Ansteuern
bekannt, indem der Reihe nach Sende- und Empfangssignale
abgetastet werden, die an eine Vielfachanordnung angelegt
werden sollen, die eine Mehrzahl von Elektroden 104 umfaßt, und
das Verfahren des Abtastens durch Verändern der Laufrichtung
der Ultraschallwellen, indem mit einer sehr geringen
Zeitverzögerung das Sende- und Empfangssignal angesteuert wird,
das an eine Mehrzahl von Reihen von Elektroden 104 angelegt
wird. In diesen Fällen ist es von Bedeutung, daß sich die
Schallwellen nicht zu den benachbarten Elektroden
fortpflanzen können, wenn die Vielfachanordnung von Elektroden 104
angesteuert wird; das heißt das akustische Übersprechen soll
klein sein, um die Ausrichtungsauflösung zu verstärken.
Jedoch ist bei einer solchen herkömmlichen Struktur die
akustische Anpassungsschicht 106 nicht von der Mehrzahl von
Elektroden 104 isoliert, sondern aus einer durchgehenden
Platte hergestellt, und unnötige Schallwellen pflanzen sich
von der akustischen Anpassungsschicht 106 zu den
benachbarten Elektroden 104 fort, was eine Verschlechterung der
Ausrichtungsauflösung bewirkt.
-
Eine akustische Impedanzanpassungseinrichtung für einen
piezoelektrischen Wandler ist in US-A-4,326,418 geoffenbart.
Das Impedanzanpassungsfenster für den Ultraschallwandler
umfaßt eine periodische Vielfachanordnung von abgestuften
Strukturen. Jede abgestufte Struktur umfaßt eine Mehrzahl
von parallelen Anpassungsstreifen, die nebeneinander an
einer aktiven Oberfläche eines piezoelektrischen
Keramikmaterials angeordnet sind. Die Zielsetzung ist, daß der
Frequenzgang dieser Struktur, die Breitbandpulse von dem
Wandler in beispielsweise menschliches Gewebe koppelt, sich
einem Gauss-Frequenzgang annähern sollte.
-
EP-A-0025092 beschreibt eine Ultraschallsonde, die ein
piezoelektrisches Element aufweist, das eine Mehrzahl von
Elektroden auf einer Oberfläche und eine gemeinsame
Elektrode auf der anderen trägt. Das piezoelektrische Element
ist aus piezoelektrischem Keramikmaterial zusammengesetzt
und ist geschnitten. Eine akustische Anpassungsschicht ist
auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen
Elementes vorgesehen.
-
GB-A-2035010 beschreibt eine Ultraschallsonde, die ein
piezoelektrisches Element verwendet, das aus piezoelektrischem
Keramikmaterial zusammengesetzt ist. Das piezoelektrische
Element ist in eine Mehrzahl von beabstandeten, linearen
Abschnitten unterteilt. Um die Energieübertragung von dieser
Schallquelle hoher Impedanz auf den menschlichen Körper zu
verbessern, sind zwei
Viertelwellenlängen-Anpassungsumwandlungsschichten vorgesehen. Um die Brechungswirkungen in den
zwei akustischen Anpassungsschichten zu überwinden, können
darin Nuten vorgesehen sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung beabsichtigt, die oben erörterten
Schwierigkeiten bei herkömmlichen Ultraschallsonden zu lösen, und
es ist daher eine vorrangige Zielsetzung dieser Erfindung,
eine Ultraschallsonde vorzulegen, bei der die elektrischen
Anschlüsse ohne weiteres verbunden werden können und bei der
die Zuverlässigkeit erhöht werden kann.
-
Es ist eine andere Zielsetzung dieser Erfindung, eine
Ultraschallsonde zu schaffen, die die Ausrichtungsauflösung
verstärken kann.
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Ultraschallsonde,
umfassend: ein zusammengesetztes, piezoelektrische Element,
das aus einer piezoelektrischen Keramik und einem Material
mit kleinerer akustischer Impedanz als die piezoelektrische
Keramik zusammengesetzt ist; eine Mehrzahl Elektroden, die
an einer Oberfläche des piezoelektrischen Elementes
angeordnet sind; eine Mehrzahl elektrischer Anschlüsse, die mit den
jeweiligen Elektroden verbunden sind; eine gemeinsame
Elektrode, die an der anderen Oberfläche des piezoelektrischen
Elementes angeordnet ist; und eine akustische
Anpassungsschicht, die auf der gemeinsamen Elektrode angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Anpassungsschicht
durch Nuten in eine Mehrzahl von Abschnitten mit Intervallen
unterteilt ist, die den Intervallen zwischen der Mehrzahl
von Elektroden entsprechen, und die Unterteilungsnuten mit
einem Material gefüllt sind, das eine akustische Impedanz
aufweist, die von derjenigen der akustischen
Anpassungsschicht beträchtlich verschieden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
herkömmliche Ultraschallsonde zeigt, die aus einem
piezoelektrischen Verbundmaterial hergestellt ist;
-
Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung der Ansicht gemäß A-A'
der Fig. 1;
-
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht einer der
Ausführungsformen der Ultraschallsonde gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei die Ultraschallsonde aus
einem piezoelektrischen Verbundmaterial
hergestellt ist;
-
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Ultraschallsonde, die
in Fig. 3 gezeigt ist;
-
Fig. 5 bis 7 beziehen sich auf weitere Ausführungsformen dieser
Erfindung, in denen Fig. 5 eine perspektivische
Teilansicht der Ultraschallsonde ist, Fig. 6 eine
Schnittansicht der Ultraschallsonde der Fig. 5 ist
und Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht des
piezoelektrischen Verbundmateriales ist; und
-
Fig. 8 eine noch andere Ausführungsform der
Ultraschallsonde dieser Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
-
Eine Ausführungsformen dieser Erfindung wird unten unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig.
3 ist eine Schnittansicht der Ultraschallsonde der
vorliegenden Erfindung, und Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die
Ultraschallsonde der Fig. 3. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die
ein Schnittbild der Ansicht B-B' in Fig. 4 ist, ist ein
piezoelektrisches Verbundmaterial 1 aus einem
piezoelektrischen Keramikmaterial 2, wie PZT, PCM oder einer ähnlichen
Verbindung, gebildet, das sich in einer Dimension erstreckt,
und einem Material geringer Schallimpedanz, wie
Epoxykunststoff oder ein anderes organisches Polymermaterial 3, das
sich in drei Dimensionen erstreckt, wodurch es das
piezoelektrische Keramikmaterial 2 umgibt. Auf gegenüberliegenden
Oberflächen des piezoelektrischen Verbundmateriales 1 sind
Elektroden 4, 5 auf der gesamten Oberfläche durch
Vakuumabscheidung, Elektrobeschichtung oder andere Mittel
angeordnet. Ein positives Verbindungsteil 7a von elektrischen
Anschlüssen 7, wie flexible Kabel, das mit dem gleichen Muster
wie der erwünschte Elektrodenabstand auf einem Substrat 6
gebildet ist, ist an dem negativen Teil einer der Elektroden
4 des piezoelektrischen Verbundmateriales 3 durch Löten 8
oder einen anderen Leiter (wie ein leitendes Klebemittel)
angebracht, und die elektrischen Anschlüsse 7 und die
Elektroden 4 des piezoelektrischen Verbundmateriales 1 sind
elektrisch verbunden. Dann werden in erwünschten Abständen,
wie es in Fig. 4 gezeigt ist, Nuten 9 in dem positiven
Verbindungsteil 7a der elektrischen Anschlüsse und der
Elektroden 4 des piezoelektrischen Verbundmaterials 1 mittels
einer Schneidemaschine oder ähnlichem gebildet, um sie zu
unterteilen. Als nächstes wird, wie es in Fig. 3 gezeigt
ist, eine akustische Anpassungsschicht 10, die aus
Epoxykunststoff oder ähnlichem hergestellt ist, durch Eingießen
oder andere Mittel auf der Elektrode (gemeinsame Elektrode)
5 gebildet, die zu den Elektroden 4 entgegengesetzt ist, mit
der die elektrischen Anschlüsse 7 verbunden werden, und eine
akustische Linse 11, wie Silikongummi wird an dieser
akustischen Anpassungsschicht gebildet, um die Ultraschallwellen
zu fokussieren, wie es verlangt wird.
-
Auf diese Weise werden Elektroden 4 auf der gesamten
Oberfläche des piezoelektrischen Verbundmateriales 1 gebildet,
und elektrische Anschlüsse 7 werden an einem Teil der
Elektroden 4 unter Verwendung eines leitenden Klebemittels 8
oder ähnlichem angebracht, um eine elektrische Verbindung
auszuführen, und dann werden die Elektroden 4 des
piezoelektrischen
Verbundmaterials 1 und das Verbindungsteil 7a
der elektrischen Anschlüsse 7 unterteilt, um eine
Vielfachanordnung zu bilden. Deshalb wird der Maskierungsvorgang,
der herkömmlicher Weise verlangt wird, um die Elektroden in
einer Reihenform anzuordnen, nicht benötigt, wenn die
Frequenz höher gemacht wird, und die Abmessungen des
piezoelektrischen Keramikmaterials 2 können verringert werden, so
daß die elektrischen Anschlüsse 7 ohne weiteres ohne
irgendeine Schwierigkeit verbunden werden können, selbst wenn die
Elektrodenabstände der Vielfachanordnung sehr eng sind.
Ferner sind die elektrischen Anschlüsse 7 auf dem Substrat 6
gebildet und weisen eine hohe Festigkeit auf, und sie sind
unmittelbar an den Elektroden 4 angebracht, ohne mit
Anschlußdrähten gekoppelt zu sein, um eine elektrische
Verbindung zu machen, so daß die Verbindungsbereiche der
elektrischen Anschlüsse 7 sehr fest sind, was die
Zuverlässigkeit erhöht.
-
Bei dieser Ausführungsform werden die Elektroden 4 zuerst
auf dem piezoelektrischen Verbundmaterial 1 angeordnet, und
dann werden die elektrischen Anschlüsse 7 mittels eines
leitenden Klebemittels 8 oder ähnlichem angeklebt, um
zueinander zu leiten, aber bei der vorliegenden Erfindung ist
es auch möglich, die elektrischen Anschlüsse 7 an einem Teil
des piezoelektrischen Verbundmaterials 1 anzukleben, indem
ein Isoliermaterial, wie ein Epoxykunststoff, verwendet
wird, dann Elektroden 4 auf dem piezoelektrischen
Verbundmaterial 1 anzubringen, und dann die Elektroden 4 auf einen
Teil der elektrischen Anschlüsse 7 und das piezoelektrische
Verbundmaterial 1 im Vakuum aufzudampfen, um elektrische
Verbindungen zu schaffen, und (durch Unterteilung) die
Elektroden 4 in einer Vielfachanordnung zu bilden. Auch die
vorstehende Ausführungsform bezieht sich auf die Anwendung
bei einer Ultraschallsonde vom sogenannten Typ mit
Vielfachanordnung, die in einer linearen Form angeordnet ist, aber
es ist offensichtlich, daß diese Erfindung auch bei
verschiedenen
Arten von Ultraschallsonden angewendet werden
kann, wie einer Ultraschallsonde mit zweidimensionaler
Anordnungsauslegung und einer Ultraschallsonde mit
bogenförmiger Auslegung.
-
Gemäß der Erfindung werden, wie es aus der vorstehenden
Beschreibung klar ist, Elektroden und elektrische
Anschlüsse, um sie mit diesen Elektroden zu verbinden, auf der
Oberfläche eines piezoelektrischen Verbundmaterials geschaffen
wird, und diese Elektroden und elektrischen Anschlüsse
werden in eine Anzahl unterteilt, um die elektrischen
Anschlüsse zu verbinden. Wenn die Frequenz höher gemacht wird, wird
deshalb die Größe des piezoelektrischen Keramikmaterials des
piezoelektrischen Verbundmaterials schmaler, und wenn die
sich ergebenden Elektrodenabstände in der Vielfachanordnung
sehr eng werden, können die elektrischen Anschlüsse 7 noch
ohne weiteres mit den Elektroden verbunden werden, und die
Verbindung der Elektroden 4 und der elektrischen Anschlüsse
7 wird bezüglich der Festigkeit erhöht, so daß die
Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
-
Fig. 5 ist eine perspektivische Teilansicht der
Ultraschallsonde bei einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; Fig. 6 ist eine Schnittansicht; und Fig. 7
ist eine perspektivische Teilansicht des piezoelektrischen
Verbundmaterials.
-
Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ist das piezoelektrische
Verbundmaterial 1 aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial 2
aus PZT, PCM oder einer ähnlichen Verbindung gebildet, die
sich in einer Dimension erstreckt, und einem organischen
Polymermaterial 3, wie ein Expoxykunststoff, der sich in
drei Dimensionen dem genannten piezoelektrischen
Keramikmaterial 2 benachbart erstreckt. Das piezoelektrische
Keramikmaterial 2 ist unterteilt, indem Unterteilungsnuten 15 in
der Form von Gitterstrichen mittels einer Schneidemaschine
oder ähnlichem gebildet werden, wobei nur der elektrische
Anschlußverbindungsbereich 14 (dieser Bereich wird auch
durch die Unterteilungsnuten 16 unterteilt, so daß er sich
bei den gleichen Abständen wie die unten beschriebenen
reihenförmigen Elektroden 4 befindet) freigelassen wird. Diese
Unterteilungsgräben 15, 16 werden mit organischem
Polymermaterial 3 gefüllt, das dann ausgehärtet wird. Zu diesem
Zeitpunkt sollte das organische Polymermaterial 3 vorzugsweise
im Vakuum verformt werden, um gleichmäßig mit wenigen Blasen
zu füllen. Das piezoelektrische Keramikmaterial 2 und das
organische Polymermaterial 3 werden auf eine Dicke der
erwünschten Frequenz durch Schleifen oder andere Mittel
bearbeitet, und bilden das piezoelektrische Verbundmaterial 1.
-
Da der elektrische Anschlußverbindungsbereich 14 nahezu
vollständig aus piezoelektrischem Keramikmaterial gemacht
wird, hat er deshalb nicht die Funktion wie das
piezoelektrische Verbundmaterial. Wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt
ist, ist auf einer Oberfläche des piezoelektrischen
Verbundmateriales 1 eine Mehrzahl von in einer Anordnung
gebildeten Elektroden 4 durch Vakuumaufdampfung oder ein
ähnliches Verfahren mittels Maske oder ähnlichem vorgesehen und
sie sind durch Unterteilungsnuten 16 voneinander getrennt.
Auf der anderen Oberfläche ist eine gemeinsame Elektrode 5
durch Vakuumaufdampfen oder ein anderes Verfahren
vorgesehen, wobei der elektrische Anschlußverbindungsbereich 14
ausgeschlossen wird. Auf der freien Oberfläche der
gemeinsamen Elektrode 5 ist eine akustische Anpassungsschicht 10
aus einem Epoxykunststoff oder ähnlichem mit der Dicke
gleich einer 1/4 Wellenlänge der Schwingungssignale durch
Aufkleben oder Aufgießen vorgesehen. Ferner ist, wenn es
verlangt wird, eine akustische Linse 11 aus Silikongummi
oder ähnlichem durch Aufkleben oder Aufgießen auf der freien
Oberfläche der Anpassungsschicht 10 vorgesehen. Die
akustische Linse 11 ist vorgesehen, um die Ultraschallwellen auf
der Außenseite der akustischen Anpassungsschicht 10 zu
fokussieren.
Mit der Mehrzahl Elektroden 4, die in einer
Vielfachanordnungsform angeordnet sind, sind die elektrischen
Anschlüsse 12 durch Draht-Bonden oder andere Mittel an den
Positionen verbunden, die dem elektrischen
Anschlußverbindungsbereich 14 entsprechen.
-
Da der elektrische Anschlußverbindungsbereich 14 nahezu
vollständig aus piezoelektrischem Keramikmaterial 2 gemacht
ist, wenn das piezoelektrische Verbundmaterial 1 hergestellt
wird, können somit die elektrischen Anschlüsse 12 ohne
weiteres und fest durch Draht-Bonden oder ein anderes Verfahren
verbunden werden. Deshalb ist die Zuverlässigkeit sehr hoch.
Zusätzlich schwingt dieser Bereich nicht, da die gemeinsame
Elektrode 5 nicht an der Position vorgesehen ist, die dem
elektrischen Anschlußverbindungsbereich 14 auf der
gegenüberliegenden Seite der in Vielfachanordnung gebildeten
Elektroden 4 in dem piezoelektrischen Verbundmaterial 1
entspricht. Das heißt, daß da nur das piezoelektrische
Verbundmaterial 1 und nicht der elektrische
Anschlußverbindungsbereich 14 schwingt, kann der erwünschte
Ultraschallstrahl erhalten werden. Da ferner der elektrische
Anschlußverbindungsbereich 14 des piezoelektrischen Keramikmaterials
2 mit den gleichen Intervallen wie die Vielfachanordnung der
Elektroden 4 unterteilt ist, kann ein akustisches
Übersprechen zu den benachbarten Elementen verringert werden, so daß
eine Ultraschallauflösung mit hoher Ausrichtungsauflösung
erhalten werden kann.
-
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zuerst der
elektrische Anschlußverbindungsbereich 14 des
piezoelektrischen Keramikmaterials 2 mit den gleichen Intervallen wie
die Vielfachanordnung der Elektroden 4 unterteilt, und dann
wurde eine Vielfachanordnung von Elektroden 4 aufgedampft,
wobei eine Maske oder ähnliches verwendet wurde, wobei aber
andere Verfahren anwendbar sind. Beispielsweise können
Elektroden, um eine Vielfachanordnung von Elektroden 4 zu
bilden,
auf der gesamten Oberfläche auf einer Oberfläche des
piezoelektrischen Verbundmaterials 1 vorgesehen sein, die
den elektrischen Anschlußverbindungsbereich 14 hat, und eine
gemeinsame Elektrode 5 kann auf der anderen Seite vorgesehen
sein. Dann wird eine akustische Anpassungsschicht 10 auf
dieser gemeinsamen Elektrode 5 angeordnet, und die
Elektroden und das piezoelektrische Verbundmaterial 1 werden dann
in eine Vielfachanordnung durch eine Schneidemaschine oder
ähnliches unterteilt, um die Vielfachanordnung der
Elektroden 7 zu bilden, und schließlich werden die elektrischen
Anschlüsse 12 durch Draht-Bonden oder ein anderes Verfahren
verbunden. Alternativ ist es auch in ähnlicher Weise, wie
bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform,
möglich, Elektroden zum Bilden von Reihen von Elektroden 4 auf
der Gesamtheit einer Oberfläche des piezoelektrischen
Verbundmaterials 1 vorzusehen, das einen elektrischen
Anschlußverbindungsbereich 14 aufweist, eine gemeinsame Elektrode 5
auf der anderen Oberfläche anzuordnen, eine akustische
Anpassungsschicht 10 auf dieser gemeinsamen Elektrode 5
anzubringen, plattenförmige Anschlüsse als plattenförmige,
elektrische Anschlüsse 11 durch Löten oder Verwenden eines
leitenden Klebemittels auf den Elektroden an der Position
vorzusehen, die dem elektrischen Anschlußverbindungsbereich 14
des piezoelektrischen Verbundmaterials 1 entspricht, und die
elektrischen Anschlüsse, Elektroden und das piezoelektrische
Verbundmaterial 1 in Reihen zu unterteilen, wodurch die
elektrischen Anschlüsse 11 verbunden werden.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf
Anwendungen bei Ultraschallsonden vom sogenannten Reihen-
Typ, die in linearer Form angeordnet sind, aber es ist
offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung in gleicher
Weise bei anderen Arten von Ultraschallsonden angewendet
werden kann, wie einer Ultraschallsonde mit
zweidimensionaler Auslegung und einer Ultraschallsonde mit bogenförmiger
Auslegung.
-
Bei der Ausführungsform, die in Fig. 7 gezeigt ist, ist der
elektrische Anschlußverbindungsbereich in dem
piezoelektrischen Keramikmaterial des piezoelektrischen Verbundmaterials
vorgesehen, und Reihen von Elektroden sind auf einer
Oberfläche dieses piezoelektrischen Verbundmaterials vorgesehen,
während eine gemeinsame Elektrode auf der anderen Oberfläche
vorgesehen ist, und die elektrischen Anschlüsse sind von den
Reihen von Elektroden her an den Positionen verbunden, die
dem elektrischen Anschlußverbindungsbereich entsprechen. Da
die Frequenz erhöht wird, wenn die Größe des
piezoelektrischen Keramikmaterials 2 des piezoelektrischen
Verbundmaterials 1 verringert wird oder der Abstand der Elektroden in
der Reihe verengt wird, können auch dann die elektrischen
Anschlüsse noch ohne weiteres verbunden werden.
-
Da ferner der elektrische Anschlußverbindungsbereich eine
hohe Festigkeit hat, kann die Zuverlässigkeit erhöht werden.
-
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Ultraschallsonde bei
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
bei der das piezoelektrische Verbundmaterial 1 aus einem
piezoelektrischen Keramikmaterial aus PZT, PCM oder einer
ähnlichen Verbindung hergestellt ist, die sich in einer
Dimension erstreckt, und aus einem organischen Polymer 3,
wie ein Epoxykunststoff, der sich in drei Dimensionen dem
piezoelektrischen Keramikmaterial 2 benachbart erstreckt.
Wenn beispielsweise das piezoelektrische Keramikmaterial 2
aus der PZT-Verbindung und das aus Epoxykunststoff
hergestellte, organische Polymer 3 mit den Mengen von 25
Volumen-% bzw. 75 Volumen-% verwendet wird, dann ist die akustische
Impedanz 8·10&sup5; g/cm²·s. Auf einer Oberfläche dieses
piezoelektrischen Verbundmaterials 1 wird eine Mehrzahl von
Elektroden 4 in bestimmten Abständen angeordnet, während eine
gemeinsame Elektrode 5 auf der anderen Oberfläche durch
Vakuumabscheiden oder ein anderes Verfahren gebildet wird.
-
Auf dieser gemeinsamen Elektrode 5 wird eine akustische
Anpassungsschicht 10 mit einer Dicke gleich 1/4 Wellenlänge
der Schwingungssignale durch Aufkleben oder Gießen gebildet.
Angenommen, daß der Gegenstand ein menschlicher Körper ist
(dessen akustische Impedanz 1,5 bis 1,8·10&sup5; g/cm²·s ist),
ist die geeignete, akustische Impedanz der akustischen
Anpassungsschicht 10 ungefähr 3 bis 4·10&sup5; g/cm²·s, und das
Material mit diesem Wert ist ein Epoxykunststoff, und
Epoxykunststoff, der in der akustischen Anpassungsschicht 10
verwendet wird, wird unterteilt, indem Teilungsnuten 17 mit
einer Schneidemaschine oder ähnlichem in den gleichen
Abständen wie jenen der Elektroden 4 gebildet werden. Auf der
freien Oberfläche der unterteilten, akustischen
Anpassungsschicht 10 wird eine akustische Linse 11 aus Silikongummi
oder einem ähnlichen Material durch Ankleben oder Gießen
gebildet, um Ultraschallwellen zu fokussieren, und die
Teilungsnuten 17 jeder akustischen Anpassungsschicht 10 werden
mit einem Klebemittel oder einem ähnlichen Material als
akustische Linse 11 gefüllt. Als das Material, die
Unterteilungsnuten 17 der akustischen Anpassungsschicht 10
aufzufüllen, kann irgendein Stoff, der eine beträchtlich
unterschiedliche, akustische Impedanz gegenüber der akustischen
Anpassungsschicht 10 hat und einen großen
Ultraschalldämpfungsfaktor aufweist, verwendet werden, wie eine Mischung
aus Silikongummi und Mikrokugeln.
-
Indem somit die akustische Anpassungsschicht 10 mit den
gleichen Intervallen wie die Elektroden 4 unterteilt wird,
die in einer Mehrzahl auf dem piezoelektrischen
Verbundmaterial 1 angeordnet sind, kann die Ausbreitung von
Schallwellen zu benachbarten Elektroden 4 verhindert werden, und
es ist offensichtlich, daß das akustische Übersprechen
beträchtlich verringert werden kann. Deshalb kann ein
Ultraschallbild mit einer hohen Ausrichtungsauflösung erhalten
werden.
-
Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform wird zuerst die
akustische Anpassungsschicht 10 auf dem piezoelektrischen
Verbundmaterial 1 durch Kleben oder Gießen gebildet und dann
unterteilt. Aber es ist auch möglich, zuerst die akustische
Anpassungsschicht 10 auf dem piezoelektrischen
Verbundmaterial 1 durch Kleben oder Aufgießen zu bilden, die akustische
Anpassungsschicht 10 zu unterteilen, wobei ungefähr 1/10 der
Dicke verbleibt oder vollständig entfernt wird, in den
gleichen Intervallen (Abständen) wie die Mehrzahl von Elektroden
4, die in einer Reihe auf dem piezoelektrischen
Verbundmaterial 1 angeordnet sind, die Unterteilungsnuten 7 mit
Silikongummi oder einem ähnlichen Material zu füllen, und die
gemeinsame Elektrodenfläche 5 des piezoelektrischen
Verbundmaterials 1 anzubringen.
-
Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist die
akustische Anpassungsschicht, die an der Schallwellensende- und
Empfangsoberfläche des piezoelektrischen Verbundmaterials
vorgesehen ist, die die Ultraschallwellen überträgt und
empfängt, mit den gleichen Intervallen (Abständen) wie die
Mehrzahl von Elektroden unterteilt, die in bestimmten
Intervallen (Abständen) auf der Oberfläche angeordnet sind,
die zu der Schallwellenübertragungs- und Empfangsoberfläche
des piezoelektrischen Verbundmaterials gegenüberliegt.
Deshalb kann ein akustisches Übersprechen zu den verbundenen
Elektrodenteilen beträchtlich verringert werden, und es wird
eine Ultraschallsonde, die eine große
Ausrichtungsauflösungsleistung hat, erhalten.