JP2001258879A - Ultrasonic transducer system and ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer system and ultrasonic transducer

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JP2001258879A
JP2001258879A JP2000072854A JP2000072854A JP2001258879A JP 2001258879 A JP2001258879 A JP 2001258879A JP 2000072854 A JP2000072854 A JP 2000072854A JP 2000072854 A JP2000072854 A JP 2000072854A JP 2001258879 A JP2001258879 A JP 2001258879A
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JP
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piezoelectric vibrator
transmitting
receiving
ultrasonic
ultrasonic transducer
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Application number
JP2000072854A
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Japanese (ja)
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Hideo Adachi
日出夫 安達
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic transducer technology allowing the detection of a harmonics signal with higher sensitivity than heretofore. SOLUTION: This ultrasonic transducer has a transmitting piezoelectric vibrator 102, a receiving piezoelectric vibrator 104, a housing 106 for accommodating the piezoelectric vibrators 102, 104, and a concave acoustic lens 108. The transmitting piezoelectric vibrator 102 has resonance frequency ft, and the receiving piezoelectric vibrator 104 has resonance frequency nft [(n) is an integer of 2 or more]. Driving voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator 102 only for a time t1. During a specified time t2(>t1) from the application of the driving voltage, a low resistance state including short circuit is maintained between electrodes of the receiving piezoelectric vibrator 104, and until the following driving voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator 102 after the lapse of the specified time t2, a high resistance state including release is maintained between the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator 102.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ハーモニックイメ
ージング超音波診断に用いられる超音波トランスデュー
サや超音波トランスデューサシステムに関する。
[0001] The present invention relates to an ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer system used for harmonic imaging ultrasonic diagnosis.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ハーモニックイメージング超音波
診断法が注目を浴びている。この診断方法は大別して、
造影剤を用いたコントラストハーモニックイメージング
と生体組織が有する弾性特性の非線型性を検出して画像
表示するティッシューハーモニックイメージングに分類
される。その状況は「エレクトロニクスの臨床 超音波
特集−最新の超音波−:1999年日本超音波医学会学
術講演会 配布テキスト」に詳しく記述されている。
2. Description of the Related Art Harmonic imaging ultrasonic diagnostic methods have recently attracted attention. This diagnostic method is roughly divided into
It is classified into contrast harmonic imaging using a contrast agent and tissue harmonic imaging which detects and displays an image by detecting nonlinearity of elastic properties of living tissue. The situation is described in detail in "Special Issue on Clinical Ultrasound of Electronics -Latest Ultrasound-: Textbook distributed at the 1999 Annual Meeting of the Japanese Society of Ultrasound Medicine".

【0003】ティッシューハーモニックイメージング
は、超音波造影剤を用いずに、中心周波数f0を有す超
音波パルスを生体組織に送信し、帰ってきたエコー信号
に含まれる高調波成分nf0(nは2以上の整数)を抽出
し、その振幅とエコー信号受信時刻との関係を断層像表
示することにより診断画像を得る。体外用においてはこ
の機能を搭載した診断装置が既に市販されている。ティ
ッシューハーモニックイメージング診断法は従来ノイズ
の混入によってエコー像が不鮮明であることの多かった
肥満例や高齢者あるいは喫煙者においても比較的明瞭に
左室壁などの心構造物を観察できる。
[0003] In tissue-harmonic imaging, an ultrasonic pulse having a center frequency f0 is transmitted to living tissue without using an ultrasonic contrast agent, and a harmonic component nf0 (n is 2 or more) included in the returned echo signal. ) Is extracted, and a diagnostic image is obtained by displaying a relationship between the amplitude and the echo signal reception time on a tomographic image. For extracorporeal use, diagnostic devices equipped with this function are already on the market. The tissue harmonic imaging diagnostic method enables relatively clear observation of cardiac structures such as the left ventricular wall even in obese cases, elderly people, or smokers, where echo images have often been unclear due to noise contamination.

【0004】この診断技術は現状では体外用でのみ用い
られており、第二高調波(n=2)のみが用いられてい
る。この第二高調波を効率良く受信する為には超音波ト
ランスデューサの帯域の下半分で送信し、上半分で受信
する必要がある。この為に広帯域超音波トランスデュー
サが用いられ、帯域を広げる為の駆動制御が行われてき
た。
At present, this diagnostic technique is used only for extracorporeal use, and only the second harmonic (n = 2) is used. In order to receive this second harmonic efficiently, it is necessary to transmit in the lower half of the band of the ultrasonic transducer and receive in the upper half. For this purpose, a broadband ultrasonic transducer has been used, and drive control for widening the band has been performed.

【0005】しかし、現状でも帯域、感度が十分とは言
えず、更に、n≧3の高調波を扱う場合、最適設計され
た現状の超音波トランスデューサが持つ比帯域幅以上の
大きな比帯域幅を実現するのは、従来の超音波トランス
デューサ設計、製造技術では極めて難しい。次善の策と
して駆動波形の工夫で広帯域化は可能であるが、広帯域
化は感度の低下を招く。
However, at present, the bandwidth and sensitivity cannot be said to be sufficient. Further, when dealing with harmonics of n ≧ 3, a large fractional bandwidth greater than the fractional bandwidth of the currently optimally designed ultrasonic transducer is required. This is extremely difficult to achieve with conventional ultrasonic transducer design and manufacturing techniques. As a next best measure, it is possible to widen the band by devising the drive waveform, but widening causes a decrease in sensitivity.

【0006】通常、ハーモニクス信号は基本周波数信号
に比べて2次で15〜20dB、3次では更に15〜2
0dB感度が低下すると言われている。よって上記のよ
うな広帯域化に伴う感度の低下は、更に診断画像の劣化
を招き、好ましくない。
Normally, the harmonic signal is 15 to 20 dB in the second order and 15 to 2 in the third order compared to the fundamental frequency signal.
It is said that 0 dB sensitivity decreases. Therefore, the decrease in sensitivity due to the above-mentioned widening of the band causes further deterioration of the diagnostic image, which is not preferable.

【0007】更に、送受信を同一の圧電振動子で行なう
と、ハーモニクス信号に基本波信号が混在し、この中か
ら微弱なハーモニクス信号のみを高精度に抽出すること
には特別の工夫が必要となる。以上の問題はf0送信と
2f0受信を同一の圧電振動子で行なう限り避けられな
い。
Further, when transmission and reception are performed by the same piezoelectric vibrator, a harmonic signal is mixed with a harmonic signal, and a special device is required to extract only a weak harmonic signal from the harmonic signal with high accuracy. . The above problem cannot be avoided as long as f0 transmission and 2f0 reception are performed by the same piezoelectric vibrator.

【0008】特開平11−155863号は、このよう
な不具合を改善するため、一つのケース内に送信用圧電
振動子と受信用圧電振動子を収納し、高調波成分を効率
よく受信する超音波トランスデューサを開示している。
この超音波トランスデューサの構成を図14に示す。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-155863 discloses an ultrasonic wave in which a transmitting piezoelectric vibrator and a receiving piezoelectric vibrator are housed in a single case to efficiently receive a harmonic component. 1 discloses a transducer.
FIG. 14 shows the configuration of this ultrasonic transducer.

【0009】図14に示されるように、超音波トランス
デューサ1000は、送信用の圧電超音波振動子100
2と、その前方に配置された受信用の高分子圧電振動子
1004を有しており、受信用の高分子圧電振動子10
04と送信用の圧電超音波振動子1002は音響整合層
1006を介して層状に配置されている。
As shown in FIG. 14, an ultrasonic transducer 1000 includes a transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 100.
2 and a receiving polymer piezoelectric vibrator 1004 disposed in front of it.
04 and the transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 1002 are arranged in layers with an acoustic matching layer 1006 interposed therebetween.

【0010】送信用の圧電超音波振動子1002と受信
用の高分子圧電振動子1004の前側の電極は共に接地
用リード線1008に接続されており接地電位に保たれ
る。送信用の圧電超音波振動子1002の後ろ側の電極
は送信用シールド線1010に接続されており、これを
介して駆動電圧が供給される。受信用の高分子圧電振動
子1004の後ろ側の電極は受信用シールド線1012
に接続されており、これを介して受信信号が取り出され
る。
The front electrodes of the transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 1002 and the receiving polymer piezoelectric vibrator 1004 are both connected to a ground lead wire 1008 and are kept at the ground potential. An electrode on the rear side of the transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 1002 is connected to a transmitting shield wire 1010, and a driving voltage is supplied through the transmitting shield wire 1010. An electrode on the rear side of the receiving polymer piezoelectric vibrator 1004 is a receiving shield wire 1012.
, Through which a received signal is extracted.

【0011】送信用の圧電超音波振動子1002は、超
音波造影剤の共振周波数又は前記超音波造影剤の共振周
波数に対して特定の関係を有する周波数に、一致する共
振周波数又は反共振周波数を有している。一方、受信用
の高分子圧電振動子1004は、非共振型の圧電振動子
であり、超音波造影剤の非線形的挙動に基づいて発生す
る高調波成分をも受信し得る。
The transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 1002 has a resonance frequency or an anti-resonance frequency that matches the resonance frequency of the ultrasonic contrast agent or a frequency having a specific relation to the resonance frequency of the ultrasonic contrast agent. Have. On the other hand, the receiving polymer piezoelectric vibrator 1004 is a non-resonant type piezoelectric vibrator, and can also receive a harmonic component generated based on the non-linear behavior of the ultrasonic contrast agent.

【0012】この超音波トランスデューサ1000は、
送信用の圧電超音波振動子1002と受信用の高分子圧
電振動子1004の間に音響整合層1006が設けられ
ているため、人体内の血管や周辺部に毛細血管の集中し
た癌組織など注入した超音波造影剤が存在する部位だけ
を他の部位より鮮明に描出し得る。
[0012] The ultrasonic transducer 1000
Since the acoustic matching layer 1006 is provided between the transmitting piezoelectric ultrasonic vibrator 1002 and the receiving high-molecular piezoelectric vibrator 1004, injection of cancerous tissue in which blood capillaries are concentrated in blood vessels in the human body or in the peripheral part. Only the portion where the ultrasonic contrast agent is present can be drawn more clearly than other portions.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】この超音波トランスデ
ューサ1000は、別個の送信用圧電振動子と受信用圧
電振動子を有しているので、従来の一般に用いられてき
た単一の圧電振動子で送受信を行なう超音波トランスデ
ューサに比べて、広帯域化が容易に行なえ、ハーモニッ
クイメージングに適した特性を示すことが期待される。
Since the ultrasonic transducer 1000 has a separate transmitting piezoelectric vibrator and a receiving piezoelectric vibrator, it is possible to use a single piezoelectric vibrator which has been generally used in the past. Compared with an ultrasonic transducer that performs transmission and reception, it is expected that the bandwidth can be easily widened and characteristics suitable for harmonic imaging are exhibited.

【0014】しかしながら、送信用圧電振動子と受信用
圧電振動子が層状に配置されているため、送信時におい
ては、超音波が受信用圧電振動子を透過する際に送信超
音波に残留振動が重畳され、受信時においては、受信超
音波が送信用圧電振動子に到達した際に受信超音波に残
留振動が重畳されてしまう。このような残留振動の重畳
は、分解能を大きく劣化させる原因となる。この事実
は、当発明者らによって、実験的にもシミュレーション
でも確認されている。
However, since the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator are arranged in layers, during transmission, when transmitting the ultrasonic wave through the receiving piezoelectric vibrator, residual vibrations occur in the transmitted ultrasonic wave. At the time of reception, when receiving ultrasonic waves reach the transmitting piezoelectric vibrator, residual vibrations are superimposed on the received ultrasonic waves. Such superposition of the residual vibration causes a great degradation in resolution. This fact has been confirmed experimentally and by simulations by the present inventors.

【0015】このように、特開平11−155863号
に開示される超音波トランスデューサ1000は、送信
用圧電振動子1002と受信用圧電振動子1004の間
に音響整合層1006を有しているので、送信用圧電振
動子1002と受信用圧電振動子1004の境界部にお
ける反射に関してはなくすことが可能であるが、残留振
動に対する対策は成されていない。また、同文献は、残
留振動の対策について教示も示唆もしていない。
As described above, the ultrasonic transducer 1000 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-155863 has the acoustic matching layer 1006 between the transmitting piezoelectric vibrator 1002 and the receiving piezoelectric vibrator 1004. Although it is possible to eliminate the reflection at the boundary between the transmitting piezoelectric vibrator 1002 and the receiving piezoelectric vibrator 1004, no measure is taken against residual vibration. In addition, the document does not teach or suggest measures against residual vibration.

【0016】本発明の目的は、同一のケース内に収容さ
れた送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を有するが、
残留振動による分解能劣化の悪影響を受けずにハーモニ
クス信号を高感度で検出できる超音波トランスデューサ
技術を提供することである。
An object of the present invention is to have a transmitting piezoelectric vibrator and a receiving piezoelectric vibrator housed in the same case,
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer technology capable of detecting a harmonic signal with high sensitivity without being affected by resolution degradation caused by residual vibration.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、一面において
は、超音波トランスデューサシステムであって、互いに
層状に配置された共振周波数ftの超音波を送信する送
信用圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)
の超音波を受信する受信用圧電振動子とを有する超音波
トランスデューサと、超音波トランスデューサを制御す
る制御手段とを有し、制御手段は、時間t1の間だけ送
信用圧電振動子に駆動電圧を印加するとともに、この駆
動電圧の印加から所定時間t2(>t1)の間は、受信用圧
電振動子の電極間を、短絡を含む低抵抗状態に保持し、
所定時間t2の経過後、送信用圧電振動子に次の駆動電
圧を印加するまでの間は、送信用圧電振動子の電極間
を、開放を含む高抵抗状態に保持する、超音波トランス
デューサシステムである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, in one aspect, is an ultrasonic transducer system, comprising: a transmitting piezoelectric vibrator for transmitting ultrasonic waves having a resonance frequency ft disposed in layers with each other; and a resonance frequency nft ( n is an integer of 2 or more)
An ultrasonic transducer having a receiving piezoelectric vibrator for receiving ultrasonic waves, and control means for controlling the ultrasonic transducer, wherein the control means applies a drive voltage to the transmitting piezoelectric vibrator only during time t1. During the predetermined time t2 (> t1) from the application of the drive voltage, the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator are maintained in a low resistance state including a short circuit,
After the lapse of the predetermined time t2, until the next drive voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator, an ultrasonic transducer system that holds the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator in a high resistance state including an open state is used. is there.

【0018】本発明は、別の一面においては、超音波ト
ランスデューサであって、共振周波数ftの超音波を送
信する送信用圧電振動子と、共振周波数nft(nは2以
上の整数)の超音波を受信する受信用圧電振動子とを有
し、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子の一方は輪帯
状で、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子の他方は円
板状であり、円板状の圧電振動子は輪帯状の圧電振動子
の内側に配置されている、超音波トランスデューサであ
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transducer, comprising: a transmitting piezoelectric vibrator for transmitting ultrasonic waves having a resonance frequency ft; and an ultrasonic transducer having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more). One of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator has an annular shape, and the other of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator has a disc shape. The disk-shaped piezoelectric vibrator is an ultrasonic transducer arranged inside the annular piezoelectric vibrator.

【0019】本発明は、さらに別の一面においては、超
音波トランスデューサであって、共振周波数ftの超音
波を送信する複数の送信用圧電振動子と、共振周波数n
ft(nは2以上の整数)の超音波を受信する複数の受信
用圧電振動子とを有し、送信用圧電振動子と受信用圧電
振動子は放射状に交互に配置されている、超音波トラン
スデューサである。
According to still another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transducer, comprising: a plurality of transmitting piezoelectric vibrators for transmitting ultrasonic waves having a resonance frequency ft;
a plurality of receiving piezoelectric vibrators for receiving ultrasonic waves of ft (n is an integer of 2 or more), wherein the transmitting piezoelectric vibrators and the receiving piezoelectric vibrators are radially and alternately arranged. It is a transducer.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】[第一の実施の形態]本実施の形
態は、ハーモニックイメージング超音波診断に適した超
音波トランスデューサシステムであり、これは超音波ト
ランスデューサとその制御系を含んでおり、以下では、
最初に超音波トランスデューサについて説明し、続いて
その制御系について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] This embodiment is an ultrasonic transducer system suitable for harmonic imaging ultrasonic diagnosis, which includes an ultrasonic transducer and a control system thereof. Below,
First, an ultrasonic transducer will be described, and then a control system thereof will be described.

【0021】[構成]図1に示されるように、超音波ト
ランスデューサは、送信用圧電振動子102と、受信用
圧電振動子104と、これらの圧電振動子102,10
4を収容するハウジング106と、凹面状の音響レンズ
108とを有している。
[Structure] As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer comprises a transmitting piezoelectric vibrator 102, a receiving piezoelectric vibrator 104, and these piezoelectric vibrators 102 and 10.
4 and a concave acoustic lens 108.

【0022】送信用圧電振動子102は、例えば、ジル
コンチタン酸鉛PZTやビスマス層状構造体等の圧電セ
ラミクスまたは水晶、ニオブ酸リチウム、PZT等の単
結晶からなる圧電素子である。受信用圧電振動子104
は、例えば、ポリ弗化ビニリデン、シアン化ビニリデン
等の高分子樹脂からなる高分子圧電素子、またはエポキ
シ樹脂等に柱状圧電セラミクスを分布させた複合圧電素
子である。
The transmitting piezoelectric vibrator 102 is, for example, a piezoelectric element made of piezoelectric ceramics such as lead zircon titanate PZT or a bismuth layered structure, or a single crystal such as quartz, lithium niobate, or PZT. Receiving piezoelectric vibrator 104
Is, for example, a polymer piezoelectric element made of a polymer resin such as polyvinylidene fluoride or vinylidene cyanide, or a composite piezoelectric element in which columnar piezoelectric ceramics are distributed in an epoxy resin or the like.

【0023】送信用圧電振動子102と受信用圧電振動
子104は音響整合層110を挟んで積層され、送信用
圧電振動子102の背面にダンピング層112が設けら
れている。この積層構造体は、ハウジング106の内壁
にライニングされた絶縁層114によって、ハウジング
106内に固定されている。絶縁層114は、ハウジン
グ106と圧電振動子102,104の電極とを絶縁し
ている。音響レンズ108は、受信用圧電振動子104
の前面に配置されている。
The transmitting piezoelectric vibrator 102 and the receiving piezoelectric vibrator 104 are laminated with an acoustic matching layer 110 interposed therebetween, and a damping layer 112 is provided on the back surface of the transmitting piezoelectric vibrator 102. This laminated structure is fixed in the housing 106 by an insulating layer 114 lined on the inner wall of the housing 106. The insulating layer 114 insulates the housing 106 from the electrodes of the piezoelectric vibrators 102 and 104. The acoustic lens 108 includes the receiving piezoelectric vibrator 104.
It is arranged on the front of.

【0024】送信用圧電振動子102の超音波出射側の
電極と、受信用圧電振動子104の超音波出射側の反対
側の電極は、配線116によりハウジング106に電気
的に接続され、ハウジング106と同電位に保たれる。
二芯同軸ケーブル118は、リード線122が、送信用
圧電振動子102の超音波出射側の反対側の電極に電気
的に接続され、リード線124が、受信用圧電振動子1
04の超音波出射側の電極に電気的に接続され、シール
ド線120が、ハウジング106に電気的に接続されて
いる。
The electrode on the ultrasonic wave emitting side of the transmitting piezoelectric vibrator 102 and the electrode on the opposite side of the ultrasonic wave emitting side of the receiving piezoelectric vibrator 104 are electrically connected to the housing 106 by wiring 116. And is kept at the same potential.
The two-core coaxial cable 118 has a lead wire 122 electrically connected to an electrode on the side opposite to the ultrasonic wave emitting side of the transmitting piezoelectric vibrator 102, and a lead wire 124 connected to the receiving piezoelectric vibrator 1.
04 is electrically connected to the electrode on the ultrasonic wave emitting side, and the shield line 120 is electrically connected to the housing 106.

【0025】送信用圧電振動子102は共振周波数ft
を有し、受信用圧電振動子104は共振周波数nft(n
は2以上の整数)を有する。例えば、送信用圧電振動子
102は5MHzの共振周波数を有し、受信用圧電振動
子104は10MHzの共振周波数を有する。圧電振動
子102,104の共振周波数は、その厚さを制御する
ことによって調整される。
The transmitting piezoelectric vibrator 102 has a resonance frequency ft
And the receiving piezoelectric vibrator 104 has a resonance frequency nft (n
Is an integer of 2 or more). For example, the transmitting piezoelectric vibrator 102 has a resonance frequency of 5 MHz, and the receiving piezoelectric vibrator 104 has a resonance frequency of 10 MHz. The resonance frequencies of the piezoelectric vibrators 102 and 104 are adjusted by controlling their thickness.

【0026】受信用圧電振動子104の形成は、予め分
極状態の圧電高分子膜を接着により接合する方法もある
が、接合時の圧力、気泡の巻き込みの影響、接着層の影
響で送信用圧電振動子が割れるダメージや不均一な接着
層厚み等により設計通りの構造や特性が安定して得られ
ない場合がある。この様な場合、表面エネルギーポーリ
ング可能な圧電高分子層を形成することが望ましい。こ
の方法は、文献「JunyaIDE et al: Jpn J. Appl. Phys.
Vol.38 (1999) pp2049-2052」に詳述されており、ポリシ
アノフェニルサルファイド等の高分子材料を、音響整合
層110表面に形成された電極上に成膜し、硬化後に上
部電極を形成するもので、特に分極処理をしなくても表
面エネルギーの効果で成膜後に自発的に分極状態が実現
できる。スピンコート等で形成できるので、分極状態の
圧電高分子膜を接着により接合する方法より目標とする
構造を実現し易い。この高分子材料を音響整合層110
表面に形成された電極(図示せず)上に滴下し、適当な回
転数にしてスピンコーティングし、更に上部電極を形成
して、受信用圧電振動子104が形成される。
The receiving piezoelectric vibrator 104 may be formed by bonding a piezoelectric polymer film in a polarized state in advance by bonding. However, the transmitting piezoelectric vibrator 104 is affected by the pressure at the time of bonding, the influence of air bubbles, and the effect of the adhesive layer. In some cases, the structure and characteristics as designed cannot be stably obtained due to damage to the vibrator, uneven thickness of the adhesive layer, and the like. In such a case, it is desirable to form a piezoelectric polymer layer capable of surface energy poling. This method is described in the literature "JunyaIDE et al: Jpn J. Appl. Phys.
Vol.38 (1999) pp2049-2052 ", and a polymer material such as polycyanophenyl sulfide is formed on the electrode formed on the surface of the acoustic matching layer 110, and the upper electrode is formed after curing. The polarization state can be spontaneously realized after the film formation by the effect of the surface energy without performing the polarization treatment. Since it can be formed by spin coating or the like, it is easier to realize a target structure than a method of bonding a piezoelectric polymer film in a polarized state by adhesion. This polymer material is used for the acoustic matching layer 110.
A drop is dropped on an electrode (not shown) formed on the surface, spin-coated at an appropriate number of revolutions, and an upper electrode is further formed to form the receiving piezoelectric vibrator 104.

【0027】次に音響レンズ108の球面の曲率半径の
設定について図5を用いて説明する。図5(A)は、円板
圧電振動子の前面に配置される音響レンズの曲率半径R
と、水の超音波伝播媒体における焦点距離Fの関係を、
横軸D(=a2/λR'、a:開口半径、λ:超音波の伝播
材質中での波長、R':レンズの見かけの曲率半径でR'
=2.25R、R:音響レンズの加工曲率半径)、縦軸
F/R'の関係で示したもので、良く知られたレーリーの
式から導かれる関係である。図5(B)は、これから更に
5MHzと10MHzの場合について、焦点と音響レン
ズの実際の加工曲率半径との関係を示したものである。
図5(B)から、いずれの周波数においても同じ位置、例
えば30mmの位置に焦点を結ばせる為には、異なる曲
率半径、例えば10MHzに対しては16mm、5MH
zに対しては40mmに設定することが望ましいことが
分かる。しかし、超音波を送受信する開口表面は共有さ
れている。このため、音響レンズ108は、両曲率半径
の中間値、例えば25mmに設定されており、この構造
における最適の焦点結像状態を実現している。
Next, the setting of the radius of curvature of the spherical surface of the acoustic lens 108 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows the radius of curvature R of the acoustic lens disposed on the front surface of the disk-shaped piezoelectric vibrator.
And the relationship between the focal length F in the ultrasonic propagation medium of water,
The horizontal axis D (= a 2 / λR ′, a: aperture radius, λ: wavelength in the propagation material of the ultrasonic wave, R ′: R ′ is the apparent radius of curvature of the lens
= 2.25R, R: radius of curvature of the acoustic lens) and the vertical axis F / R ', which is derived from the well-known Rayleigh equation. FIG. 5B shows the relationship between the focal point and the actual radius of curvature of the acoustic lens for the cases of 5 MHz and 10 MHz.
From FIG. 5 (B), in order to focus on the same position, for example, a position of 30 mm at any frequency, a different radius of curvature, for example, 16 mm for 10 MHz, 5 MH
It can be seen that it is desirable to set z to 40 mm. However, the aperture surfaces for transmitting and receiving ultrasonic waves are shared. For this reason, the acoustic lens 108 is set to an intermediate value between the two radii of curvature, for example, 25 mm, and realizes an optimum focus imaging state in this structure.

【0028】なお、上記では平均値としたが、中心が受
信に最適で周囲が送信に最適となるように曲率半径を部
分的に変えても(或いはその逆に構成しても)良い。
Although the average value is used in the above description, the radius of curvature may be partially changed so that the center is optimal for reception and the periphery is optimal for transmission (or vice versa).

【0029】以上は送信時から10MHzのハーモニク
ス信号が発生している場合だが、実際は超音波の伝播距
離とともに生体の弾性率の非線形性によってハーモニク
ス信号が徐々に発生するので、前述した程ハーモニクス
受信信号の焦点が遠方になる訳ではない。しかしなが
ら、ハーモニクス信号の次数と共に基本周波数における
焦点から遠ざかってゆくので、それとともに両者の焦点
ずれは大きくなり、ハーモニクスイメージングによる超
音波画像分解能の改善を打ち消してしまうことになる。
The above description is for the case where a harmonic signal of 10 MHz has been generated from the time of transmission. In practice, however, the harmonic signal is gradually generated due to the nonlinearity of the elastic modulus of the living body together with the propagation distance of the ultrasonic wave. Is not far away. However, since the distance from the focal point at the fundamental frequency increases with the order of the harmonics signal, the defocus of the two becomes large with it, thereby canceling out the improvement of the ultrasonic image resolution by the harmonics imaging.

【0030】次に、上述した超音波トランスデューサの
送受信を制御する制御系について図6を用いて説明す
る。
Next, a control system for controlling transmission and reception of the above-described ultrasonic transducer will be described with reference to FIG.

【0031】図6(A)は制御系の構成を模式的に示して
いる。図6(A)に示されるように、制御系は、送信用圧
電振動子102を制御するオンオフ制御デバイス150
と、受信用圧電振動子104の信号の流れを制御するセ
レクタ160とを有している。オンオフ制御デバイス1
50は、端子152から供給される高電圧Vdを、端子
154から入力される制御信号Vtに従って、送信用圧
電振動子102に供給する。セレクタ160は、受信用
圧電振動子104の受信信号を、端子162から入力さ
れる制御信号Vrに従って、アンプに接続された分枝1
64と、接地された分枝166のいずれかに導く。
FIG. 6A schematically shows the configuration of the control system. As shown in FIG. 6A, the control system includes an on / off control device 150 for controlling the transmitting piezoelectric vibrator 102.
And a selector 160 for controlling the signal flow of the receiving piezoelectric vibrator 104. On-off control device 1
50 supplies the high voltage Vd supplied from the terminal 152 to the transmitting piezoelectric vibrator 102 according to the control signal Vt input from the terminal 154. The selector 160 converts the received signal of the receiving piezoelectric vibrator 104 into the branch 1 connected to the amplifier according to the control signal Vr input from the terminal 162.
64 and one of the grounded branches 166.

【0032】図6(B)は、オンオフ制御デバイス150
とセレクタ160に入力される制御信号VtとVrのタイ
ミングチャートを示している。このタイミングチャート
から分かるように、t3の周期で、オンオフ制御デバイ
ス150の端子154にはパルス幅t1のパルスが入力
され、セレクタ160の端子162にはパルス幅t2(>
t1)のパルスが入力される。タイミングチャートには単
発の矩形波の制御波形が示されているが、制御波形は、
本発明者らが特願平10−178861号において開示
している方法に従って、バイポーラダブルパルス電圧波
形がより好ましい。
FIG. 6B shows an on / off control device 150.
And a timing chart of control signals Vt and Vr input to the selector 160. As can be seen from this timing chart, a pulse having a pulse width t1 is input to the terminal 154 of the on / off control device 150 and a pulse width t2 (>) to the terminal 162 of the selector 160 at a period of t3.
The pulse of t1) is input. The timing chart shows the control waveform of a single rectangular wave.
According to the method disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application No. 10-178861, a bipolar double pulse voltage waveform is more preferable.

【0033】[作用]送信用圧電振動子に例えば本発明
者らが特願平10−178861において開示している
方法に従って、バイポーラダブルパルス電圧を印加す
る。送信用圧電振動子は比較的Qmが大きいので、この
電圧印加法によって、音圧振幅が大きく、帯域の大きな
超音波パルスを発生することが出来る。実際のQmは圧
電振動子のQmだけでなくダンピング層112のダンピ
ングの程度にも大きく依存するので、例えばQmが数十
の圧電振動子でも、ダンピングの程度を弱め同等の効果
を得ることも可能である。
[Operation] A bipolar double pulse voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator according to, for example, the method disclosed in Japanese Patent Application No. 10-178861 by the present inventors. Since the transmitting piezoelectric vibrator has a relatively large Qm, this voltage application method can generate an ultrasonic pulse having a large sound pressure amplitude and a large band. Since the actual Qm greatly depends not only on the Qm of the piezoelectric vibrator but also on the degree of damping of the damping layer 112, for example, even with a piezoelectric vibrator having a Qm of several tens, it is possible to weaken the degree of damping and obtain the same effect. It is.

【0034】この送信超音波はその前面に配置した受信
用超音波トランスデューサを透過する際に超音波の疎密
波が受信用超音波トランスデューサ内に、周期的に変形
を拘束する極性の表面電荷を発生する。この電荷は圧電
振動子内に分極状態の変化を拘束するような方向の電界
を発生させ、逆圧電効果によって機械的変位が起こり難
い状態、即ち硬い状態を誘起する。一方、前記表面電荷
を外部回路によって放電させると、分極状態の変化を拘
束するような方向の電界を発生することはなく、結果と
して、硬い状態が誘起されることはない。即ち、圧電振
動子の電極間に発生する電荷をどの様に処理するかで圧
電振動子の硬さに差異が現れる。この現象は圧電振動子
に起る特異な現象で、一般に、圧電振動子のスティフネ
スが、c E(電界0)とcD(電気変位0)で表され、 cE=(1−K2)cD (K:電気機械結合定数) と関係づけられる良く知られた現象である。超音波の波
長に比べて、超音波が透過する圧電振動子の厚みが十分
厚い場合は、前記表面電荷の発生の影響は殆ど無いが、
本実施の形態のように、圧電振動子の厚みが1/4λ程
度の場合、大きな影響を及ぼす。
The transmitted ultrasonic wave is transmitted to the receiving
Of ultrasonic wave when transmitting through ultrasonic transducer
Waves periodically deform in the receiving ultrasonic transducer
Generates a surface charge of a polarity that restricts the surface charge. This charge is piezoelectric
Electric field in a direction that restricts the change in polarization state in the oscillator
And mechanical displacement is unlikely to occur due to the inverse piezoelectric effect.
A hard state. Meanwhile, the surface charge
Is discharged by an external circuit.
It does not produce an electric field in the direction of
Thus, a hard state is not induced. That is, the piezoelectric vibration
The pressure depends on how the charge generated between the electrodes of the rotor is treated.
A difference appears in the hardness of the electric vibrator. This phenomenon is a piezoelectric vibrator
This is a peculiar phenomenon that occurs in the stiffener of a piezoelectric vibrator.
Is c E(Electric field 0) and cD(Electrical displacement 0), cE= (1-KTwo) cD (K: electromechanical coupling constant) is a well-known phenomenon. Ultrasonic waves
The thickness of the piezoelectric vibrator through which ultrasonic waves pass is sufficient compared to the length
When the thickness is large, there is almost no effect of the generation of the surface charge,
As in the present embodiment, the thickness of the piezoelectric vibrator is about 1 / 4λ.
In the case of degrees, it has a big impact.

【0035】図8は、その影響を計算したシミュレーシ
ョン結果を表したものである。図8において、縦の列
は、送信時の受信用圧電振動子104の電極間の電荷処
理状態と、受信時の送信用圧電振動子102の電極間の
電荷処理状態との関係を変えた時、即ち(a)、(b)、
(c)は送信時、受信用圧電振動子104の電極間の電荷
処理状態/受信時、送信用圧電振動子102の電極間の
電荷処理状態がショート/ショート、(d)、(e)、(f)
はショート/オープン、(g)、(h)、(i)はオープン/オ
ープン、(j)、(k)、(l)はオープン/ショートにした
時の送信のみの超音波パルス(左列)、受信のみの超音波
パルス(中列)、送受信トータルの超音波パルス(右列)を
示している。図8からショート/ショートとオープン/シ
ョートの場合、それぞれ(b)と(k)より、残留振動が現
れることが明白であり、好ましい電極間の電荷処理方法
とは言えない。尚、ショート状態とは短絡を含む低抵抗
状態であり、オープン状態とは開放を含む高抵抗状態で
ある。
FIG. 8 shows a simulation result obtained by calculating the influence. In FIG. 8, the vertical column shows the relationship between the state of charge processing between the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator 104 during transmission and the state of charge processing between the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator 102 during reception. That is, (a), (b),
(c) shows the state of charge processing between the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator 104 during transmission, the state of charge processing between the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator 102 during the reception / short / short, (d), (e), (f)
Is short / open, (g), (h), (i) is open / open, (j), (k), (l) is an ultrasonic pulse for transmission only when open / short (left column) , The reception-only ultrasonic pulse (middle row) and the transmission / reception total ultrasonic pulse (right row). It is clear from FIG. 8 that in the case of short / short and open / short, residual vibrations appear from (b) and (k), respectively, and it cannot be said that this is a preferable method of treating charges between electrodes. Note that the short state is a low resistance state including a short circuit, and the open state is a high resistance state including an open state.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】また、表1は、これらのパルス波形の特徴
値、即ちVpp:パルスの最大振幅、CF:中心周波数、
PW:−20dBパルス幅をまとめたものである。Vpp
が大きく、PWが小さいことが広帯域、高感度につなが
ると言う一般的な考え方に立つと、この表から、ショー
ト/オープンの電極間電荷処理方法、即ち、基本波超音
波送信時は受信用超音波振動子104は電極間がショー
ト、受信時は送信用超音波振動子102は電極間がオー
プン状態に制御されることが最も好ましいことがわか
る。この現象は基本的に、送信用超音波振動子102と
受信用超音波振動子104の境界に音響整合層112を
設けて得られる効果とは原理的に異なるものであって、
必要不可欠な制御方法と言える。
Table 1 shows characteristic values of these pulse waveforms, that is, Vpp: maximum pulse amplitude, CF: center frequency,
PW: -20 dB pulse width. Vpp
Based on the general idea that large and small PW lead to wide band and high sensitivity, this table shows that the short / open inter-electrode charge processing method, It can be seen that it is most preferable that the ultrasonic transducer 104 is controlled so that the electrodes are short-circuited, and the receiving ultrasonic transducer 102 is controlled to be open between the electrodes during reception. This phenomenon is basically different from the effect obtained by providing the acoustic matching layer 112 at the boundary between the transmitting ultrasonic transducer 102 and the receiving ultrasonic transducer 104 in principle,
This is an indispensable control method.

【0038】次に本実施の形態に関する動作について図
6を用いて説明する。
Next, the operation according to this embodiment will be described with reference to FIG.

【0039】オンオフ制御デバイス150は、端子15
2に直流電圧Vdが印加されており、端子154にパル
ス幅等が制御された制御信号Vtが入力される。制御信
号Vtは、矩形波やインパルス波やバイポーラダブルパ
ルス波等であり、例えば、図6(B)に示されるように、
t3の周期を持ちt1のパルス幅を持つ矩形波である。送
信用圧電振動子102は、入力される制御信号Vtのパ
ルス波形に応じた超音波パルス174を発生する。
The on / off control device 150 is connected to the terminal 15
2, a DC voltage Vd is applied, and a control signal Vt whose pulse width or the like is controlled is input to a terminal 154. The control signal Vt is a rectangular wave, an impulse wave, a bipolar double pulse wave, or the like. For example, as shown in FIG.
This is a rectangular wave having a period of t3 and a pulse width of t1. The transmitting piezoelectric vibrator 102 generates an ultrasonic pulse 174 according to the pulse waveform of the input control signal Vt.

【0040】送信超音波パルス174は、中心周波数f
tを有しており、これは、生体組織170の音響的不連
続境界面172で反射され、生体の弾性特性の非線形性
により、周波数nft(nは2以上の整数)のハーモニク
ス信号を比較的多く含んだエコー信号176となって、
受信用圧電振動子104によって受信される。受信用圧
電振動子104は、周波数nft(nは2以上の整数)を
中心周波数に持つ共振周波数を有しているので、このハ
ーモニクス信号を選択的に受信し電気信号に変換する。
The transmission ultrasonic pulse 174 has a center frequency f
t, which is reflected at the acoustic discontinuity interface 172 of the biological tissue 170 and, due to the non-linearity of the elastic properties of the living body, relatively disperses the harmonic signal at the frequency nft (n is an integer of 2 or more). It becomes an echo signal 176 that contains a lot,
It is received by the receiving piezoelectric vibrator 104. The receiving piezoelectric vibrator 104 has a resonance frequency having a frequency nft (n is an integer of 2 or more) as a center frequency, and thus selectively receives the harmonic signal and converts it into an electric signal.

【0041】セレクタ160は、端子162に入力され
る制御信号Vrに応じて、受信用圧電振動子104の受
信信号を、分岐164と分岐166のいずれかに導く。
制御信号Vrは、制御信号Vtの周期t3と同じ周期を持
つt2のパルス幅を持つ矩形波で、制御信号Vtと同期し
ている。セレクタ160は、受信信号を、「H」に対応す
る時間t2の間は接地された分岐166に導き、「L」に
対応する時間t4=t3−t2の間は増幅器等の後続する
信号処理部に接続された分岐164に導く。
The selector 160 guides the received signal of the receiving piezoelectric vibrator 104 to one of the branches 164 and 166 in accordance with the control signal Vr input to the terminal 162.
The control signal Vr is a rectangular wave having a pulse width of t2 having the same cycle as the cycle t3 of the control signal Vt, and is synchronized with the control signal Vt. The selector 160 guides the received signal to the grounded branch 166 during a time t2 corresponding to "H", and a subsequent signal processing unit such as an amplifier during a time t4 = t3-t2 corresponding to "L". To the branch 164 connected to

【0042】制御信号Vrのパルス幅t2は、制御信号V
tのパルス幅t1より長く設定されており、これは、少な
くとも送信用圧電振動子102で発生された超音波が受
信用圧電振動子104を完全に透過する時間に相当して
いる。
The pulse width t2 of the control signal Vr is
The pulse width t is set to be longer than the pulse width t1, which corresponds to at least the time required for the ultrasonic waves generated by the transmitting piezoelectric vibrator 102 to completely pass through the receiving piezoelectric vibrator 104.

【0043】端子162に入力される制御信号Vrは、
エコー信号176が受信用圧電振動子104で受信され
るタイミングでは「L」に切り替わっており、従って、受
信用圧電振動子104からの受信信号Voutは、増幅器
等の後続する信号処理部に導かれる。
The control signal Vr input to the terminal 162 is
At the timing when the echo signal 176 is received by the receiving piezoelectric vibrator 104, the signal is switched to “L”. Therefore, the received signal Vout from the receiving piezoelectric vibrator 104 is guided to a subsequent signal processing unit such as an amplifier. .

【0044】前述したように、受信時の送信用圧電振動
子102の電極間は、オープン状態かこれに近い状態に
制御することが好ましい。エコー信号176が受信用圧
電振動子104で受信される間、制御信号Vrは「L」で
あるので、送信用圧電振動子102の電極間は実質的に
オープン状態に保たれる。
As described above, it is preferable that the gap between the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator 102 at the time of reception is controlled to be in an open state or a state close thereto. While the echo signal 176 is received by the receiving piezoelectric vibrator 104, the control signal Vr is “L”, so that the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator 102 are kept substantially open.

【0045】この制御において、送信駆動回路の最終段
は、トランス結合ではなく、出力抵抗がオン時に小さく
オフ時に大きくかつ出力電圧が大きくとれる制御デバイ
スが用いられることが好ましい。このような制御デバイ
スには、例えば、出力電圧が大きい高速パワーMOSF
ETが適している。
In this control, it is preferable that a control device capable of obtaining a large output voltage and a large output voltage when the output resistance is low when the output resistance is on and not when the output resistance is on is used for the last stage of the transmission drive circuit, instead of the transformer coupling. Such a control device includes, for example, a high-speed power MOSF having a large output voltage.
ET is suitable.

【0046】なお、受信用圧電振動子104を構成する
高分子圧電体は圧電g定数が大きく、受信感度が大きい
がQmが小さく、従って受信周波数に対する選択性が小
さい。そこで、この選択性を改善する為に、受信用圧電
振動子104に並列にインダクタンスを接続することが
効果的な場合もある。また、複合圧電体のQmは高分子
圧電体のQmに比べて大きく選択性が比較的大きいので
更に好ましい。
The piezoelectric polymer constituting the receiving piezoelectric vibrator 104 has a large piezoelectric g constant and a large receiving sensitivity, but has a small Qm, and therefore has low selectivity with respect to the receiving frequency. Therefore, in some cases, it is effective to connect an inductance in parallel to the receiving piezoelectric vibrator 104 in order to improve the selectivity. Further, the Qm of the composite piezoelectric material is more preferable because it is larger than the Qm of the polymer piezoelectric material and has relatively high selectivity.

【0047】以下、本実施の形態の変形例について図面
を参照して説明する。図中、上述した部材と同等の部材
は同一の参照符号で示され、その詳しい説明は以下の記
述において重複を避けるために省略する。
Hereinafter, a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings, members equivalent to those described above are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted in the following description to avoid duplication.

【0048】図2は、超音波トランスデューサの第一の
変形例を示している。本変形例の超音波トランスデュー
サは、凸面状の音響レンズ132と、音響レンズ132
と受信用圧電振動子104の間に設けられたバッファー
層134とを有している。凸面状の音響レンズ132
は、レンズ材質の音速が生体組織の音速1500m/s
ecより小さな場合に対応する。バッファー層134
は、音響レンズ132と受信用圧電振動子104の間の
接合性を改善する。
FIG. 2 shows a first modification of the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer of this modification includes a convex acoustic lens 132 and an acoustic lens 132.
And a buffer layer 134 provided between the receiving piezoelectric vibrators 104. Convex acoustic lens 132
Means that the sound speed of the lens material is 1500 m / s
It corresponds to the case smaller than ec. Buffer layer 134
Improves the bonding between the acoustic lens 132 and the receiving piezoelectric vibrator 104.

【0049】本変形例では、送信用圧電振動子102と
受信用圧電振動子104の間に、図1における音響整合
層110を有していないが、送信用圧電振動子102と
受信用圧電振動子104の間に音響整合層を有している
と更に好ましい。凸面形状の音響レンズ132の材料と
して用いられるシリコーン樹脂は、一般に他の樹脂材料
への接着性が悪いので、バッファ層としてポリイミド樹
脂膜を予め加熱接合したのち音響レンズ132と受信用
圧電振動子104を接合すればよい。
In this modification, the acoustic matching layer 110 in FIG. 1 is not provided between the transmitting piezoelectric vibrator 102 and the receiving piezoelectric vibrator 104, but the transmitting piezoelectric vibrator 102 and the receiving piezoelectric vibrating It is more preferable to have an acoustic matching layer between the elements 104. Since the silicone resin used as the material of the convex acoustic lens 132 generally has poor adhesion to other resin materials, the acoustic lens 132 and the receiving piezoelectric vibrator 104 are preliminarily heated and bonded to a polyimide resin film as a buffer layer. Should be joined.

【0050】図3は、超音波トランスデューサの第二の
変形例を示している。本変形例の超音波トランスデュー
サは、音響レンズを有しておらず、受信用圧電振動子1
04の前面に絶縁層136だけが形成されている。この
超音波トランスデューサは、横方向分解能をあまり問題
にせず、ハーモニクス信号によって従来得られなかった
生体情報を検出する目的に対して、安価に提供できる。
本変形例においても、送信用圧電振動子102と受信用
圧電振動子104の間に音響整合層を有していると更に
よい。
FIG. 3 shows a second modification of the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer of this modification does not have an acoustic lens, and the receiving piezoelectric vibrator 1
Only the insulating layer 136 is formed on the front surface of the substrate 04. This ultrasonic transducer can be provided at a low cost for the purpose of detecting biological information that has not been conventionally obtained by using a harmonics signal without making the lateral resolution much a problem.
Also in this modification, it is more preferable to have an acoustic matching layer between the transmitting piezoelectric vibrator 102 and the receiving piezoelectric vibrator 104.

【0051】図4は、超音波トランスデューサの第三の
変形例を示している。本変形例の超音波トランスデュー
サは、送信用圧電振動子138と受信用圧電振動子14
0と絶縁層142がいずれも凹面形状になっている。こ
の構造的特徴により、超音波トランスデューサは音響レ
ンズ無しで超音波を収束出来る。本変形例においても、
送信用圧電振動子138と受信用圧電振動子140の間
に音響整合層を有していると更によい。
FIG. 4 shows a third modification of the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer of this modification includes a transmitting piezoelectric vibrator 138 and a receiving piezoelectric vibrator 14.
0 and the insulating layer 142 are both concave. This structural feature allows the ultrasound transducer to focus ultrasound without an acoustic lens. Also in this modification,
It is more preferable to have an acoustic matching layer between the transmitting piezoelectric vibrator 138 and the receiving piezoelectric vibrator 140.

【0052】図7(A)は、制御系の変形例の構成を模式
的に示しており、図7(B)は、制御信号Vtのタイミン
グチャートを示している。
FIG. 7A schematically shows a configuration of a modified example of the control system, and FIG. 7B shows a timing chart of the control signal Vt.

【0053】この制御系では、受信用圧電振動子104
の制御部は、セレクタ160を含まず、代わりに、並列
に接続されたトランス180と、トランス180の二次
側に接続されたコンデンサ182とを有している。他の
構成は、図6(A)に示される制御系と同じである。
In this control system, the receiving piezoelectric vibrator 104
Does not include the selector 160, but instead has a transformer 180 connected in parallel and a capacitor 182 connected to the secondary side of the transformer 180. The other configuration is the same as the control system shown in FIG.

【0054】トランス180は、一次側のインダクタン
スが小さく、送信時、周波数ftに対するインピーダン
スωL(Lはトランス180の一次側のインダクタンス)
が実質的にショート状態と見なせるインダクタンス値に
設定されている。また、コンデンサ182は、周波数n
ft(nは2以上の整数)に同調する静電容量を有してい
る。
The transformer 180 has a small primary-side inductance, and has an impedance ωL with respect to the frequency ft during transmission (L is the primary-side inductance of the transformer 180).
Is set to an inductance value that can be regarded as substantially in a short state. The capacitor 182 has a frequency n
ft (n is an integer of 2 or more).

【0055】この制御系では、受信用圧電振動子104
からの受信信号のうち、nft(nは2以上の整数)の成
分すなわちハーモニクス信号のみが選択的に二次側同調
回路(トランス180とコンデンサ182)によって昇圧
され、出力Voutとして増幅器等の後続する信号処理部
に送られる。
In this control system, the receiving piezoelectric vibrator 104
Out of the received signal, only the component of nft (n is an integer of 2 or more), that is, the harmonics signal is selectively boosted by the secondary-side tuning circuit (transformer 180 and capacitor 182), and is output as an output Vout by an amplifier or the like. It is sent to the signal processing unit.

【0056】[効果]超音波トランスデューサが、層状
に配置された送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を有
し、制御系が、超音波送信時は受信用圧電振動子の電極
間をショートかそれに近い状態に特定の時間保持し、超
音波受信時は送信用圧電振動子の電極間をオープンかそ
れに近い状態に特定の時間保持する制御を行なうことに
より、残留振動によるノイズ成分がなくなりかつ開口構
造が同一であり、開口全域で超音波を送受信するので、
出力の大きなハーモニクス信号の受信が可能となる。
[Effect] The ultrasonic transducer has a transmitting piezoelectric vibrator and a receiving piezoelectric vibrator arranged in layers, and the control system short-circuits the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator during ultrasonic transmission. Or a state close to it for a specific time, and at the time of ultrasonic reception, control is performed to keep the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator open or close to the state for a specific time, thereby eliminating noise components due to residual vibration and Since the aperture structure is the same and transmits and receives ultrasonic waves throughout the aperture,
It is possible to receive a harmonic signal having a large output.

【0057】尚、本実施の形態は機械的セクタ走査用単
一形超音波トランスデューサの構成について記述した
が、本実施の形態に記述した技術は電子走査用アレイ形
超音波トランスデューサにも適用できるものであり、機
械的セクタ走査用単一形超音波トランスデューサに限定
して適用されるものではない。また本実施の形態におけ
る基本形、変形例の構造は種々組み合わせることが可能
で、診断対象部位や診断精度に応じて種々のハーモニッ
クイメージング用超音波トランスデューサの構成が可能
であり、これらも本実施の形態の他の変形例として含め
るものとする。
Although the present embodiment has described the configuration of a single type ultrasonic transducer for mechanical sector scanning, the technology described in the present embodiment is applicable to an array type ultrasonic transducer for electronic scanning. However, the present invention is not limited to a single type ultrasonic transducer for mechanical sector scanning. In addition, the basic form and the structure of the modification in the present embodiment can be variously combined, and various configurations of ultrasonic transducers for harmonic imaging are possible in accordance with a diagnosis target site and diagnosis accuracy. It is included as another modification.

【0058】[第二の実施の形態]本実施の形態は、ハ
ーモニックイメージング超音波診断に適した超音波トラ
ンスデューサである。
[Second Embodiment] The present embodiment relates to an ultrasonic transducer suitable for harmonic imaging ultrasonic diagnosis.

【0059】[構成]図9に示されるように、超音波ト
ランスデューサは、送信用圧電振動子202と、受信用
圧電振動子204と、これらの圧電振動子202,20
4を収容するハウジング206と、凹面状の音響レンズ
208とを有している。
[Structure] As shown in FIG. 9, the ultrasonic transducer includes a transmitting piezoelectric vibrator 202, a receiving piezoelectric vibrator 204, and these piezoelectric vibrators 202 and 20.
4 and a concave acoustic lens 208.

【0060】送信用圧電振動子202は、両面に電極が
施され分極された、例えばジルコンチタン酸鉛(PZT)
セラミクスからなる圧電素子である。受信用圧電振動子
204は、例えば同じ材質か他の組成のジルコンチタン
酸鉛(PZT)セラミクス、又は単結晶、又は複合圧電体
等の送信用圧電振動子より圧電g定数が大きい圧電材料
からなる圧電素子である。
The transmitting piezoelectric vibrator 202 is made of, for example, lead zircon titanate (PZT) which is polarized by applying electrodes on both surfaces.
This is a piezoelectric element made of ceramics. The receiving piezoelectric vibrator 204 is made of a piezoelectric material having a larger piezoelectric g constant than a transmitting piezoelectric vibrator such as lead zircon titanate (PZT) ceramics of the same material or another composition, or a single crystal or a composite piezoelectric material. It is a piezoelectric element.

【0061】送信用圧電振動子202は輪帯状で、受信
用圧電振動子204は円板状であり、受信用圧電振動子
204は送信用圧電振動子202の内側に位置してい
る。
The transmitting piezoelectric vibrator 202 has an annular shape, the receiving piezoelectric vibrator 204 has a disk shape, and the receiving piezoelectric vibrator 204 is located inside the transmitting piezoelectric vibrator 202.

【0062】送信用圧電振動子202の背面にはダンピ
ング層210が設けられ、受信用圧電振動子204の背
面にはダンピング層212が設けられている。
A damping layer 210 is provided on the back of the transmitting piezoelectric vibrator 202, and a damping layer 212 is provided on the back of the receiving piezoelectric vibrator 204.

【0063】受信超音波は送信超音波の整数倍の周波数
を有するので、受信用圧電振動子204の背面のダンピ
ング層212のダンピング度は送信用圧電振動子202
の背面のダンピング層210のダンピング度より弱く設
定してもよく、例えば層の厚さを比較的薄く設定した
り、比較的超音波減衰の小さなダンピング材料を使用し
てもよい。このことはダンピング層212の材料として
エポキシ樹脂にアルミナを分散させた絶縁性ダンピング
層を使用することを可能とし、ダンピング層を介した電
気的クロストークの影響をも回避できる。
Since the receiving ultrasonic wave has an integral multiple of the frequency of the transmitting ultrasonic wave, the damping degree of the damping layer 212 on the back surface of the receiving piezoelectric vibrator 204 is
May be set to be weaker than the damping degree of the damping layer 210 on the back surface, for example, the thickness of the layer may be set relatively thin, or a damping material having a relatively small ultrasonic attenuation may be used. This makes it possible to use an insulating damping layer in which alumina is dispersed in an epoxy resin as a material of the damping layer 212, and can also avoid the influence of electric crosstalk via the damping layer.

【0064】音響レンズ208は、圧電振動子202,
204の前面に配置されており、例えばエポキシ樹脂等
から作られる。音響レンズ208は、送信用圧電振動子
202の前面に位置するレンズ部分が曲率半径rTを有
し、受信用圧電振動子204の前面に位置するレンズ部
分が曲率半径rRを有しており、これらのレンズ部分は
共に凹面状である。送信超音波は、送信用圧電振動子2
02の開口と曲率半径rT及び周波数fTに対応した波長
λTによって焦点F2に結び、受信超音波も受信用圧電振
動子204の開口と曲率半径rR及び周波数nfT(nは
2以上の整数)に対応した波長λT/nによって決まる焦
点F2に結ぶ様に設計されている。
The acoustic lens 208 includes the piezoelectric vibrator 202,
It is arranged on the front surface of 204 and is made of, for example, epoxy resin. In the acoustic lens 208, a lens portion located on the front surface of the transmitting piezoelectric vibrator 202 has a radius of curvature rT, and a lens portion located on the front surface of the receiving piezoelectric vibrator 204 has a radius of curvature rR. Both lens portions are concave. The transmitting ultrasonic wave is transmitted by the transmitting piezoelectric vibrator 2.
02 and the focal point F2 by the wavelength λT corresponding to the radius of curvature rT and the frequency fT, and the received ultrasonic wave also corresponds to the aperture of the receiving piezoelectric vibrator 204, the radius of curvature rR and the frequency nfT (n is an integer of 2 or more). It is designed so as to connect to the focal point F2 determined by the wavelength .lambda.T / n.

【0065】更に、この音響レンズに音響整合の機能を
付与させるために、音響レンズの曲率半径rTのレンズ
部分と曲率半径rRのレンズ部分は、それぞれ、平均的
にその周波数に対応した1/4λの厚さを持つことが望
まれる。対象とするハーモニクス信号の周波数を2fT
とすると、受信用圧電振動子204の前面のレンズ部分
の平均厚さtRは、望ましくは、送信用圧電振動子20
2の前面のレンズ部分の平均厚さtTの1/2である。こ
の条件と焦点が一致するという両条件を満たすようにし
たとき、曲率半径の異なる二つのレンズ部分の境界で段
差を生じることがある。このずれを補正するため、受信
用圧電振動子204の表面位置が長さtd分、送信用圧
電振動子202の表面位置に対して突き出している。こ
こで、平均厚さtRは、図9(B)に示されるように、受
信用圧電振動子204の表面から、曲率半径rRの凹面
の底部と曲率半径rRの凹面の上端部との中間までの距
離である。また、平均的厚さtTは、送信用圧電振動子
202の表面から、曲率半径rTの仮想的な底部と曲率
半径rTの凹面の上端部(但し、送信用圧電振動子に対す
るレンズ有効端まで)との中間までの距離である。
Further, in order to give the acoustic lens a function of acoustic matching, the lens portion having a radius of curvature rT and the lens portion having a radius of curvature rR of the acoustic lens are each 1 / 4λ corresponding to the frequency on average. It is desired to have a thickness of The frequency of the target harmonics signal is 2fT
Then, the average thickness tR of the lens portion on the front surface of the receiving piezoelectric vibrator 204 is desirably equal to the transmitting piezoelectric vibrator 20.
2 is 1/2 of the average thickness tT of the front lens portion. If this condition and the condition that the focus coincides are satisfied, a step may occur at the boundary between two lens portions having different radii of curvature. To correct this shift, the surface position of the receiving piezoelectric vibrator 204 protrudes from the surface position of the transmitting piezoelectric vibrator 202 by the length td. Here, the average thickness tR is, as shown in FIG. 9B, from the surface of the receiving piezoelectric vibrator 204 to the middle between the bottom of the concave surface of the curvature radius rR and the upper end of the concave surface of the curvature radius rR. Is the distance. The average thickness tT is from the surface of the transmitting piezoelectric vibrator 202 to the virtual bottom of the radius of curvature rT and the upper end of the concave surface of the radius of curvature rT (from the lens effective end to the transmitting piezoelectric vibrator). And the distance to the middle.

【0066】送信用圧電振動子202と受信用圧電振動
子204と音響レンズ208を含む構造体は、絶縁層2
14を介して、ハウジング206の内部に固定されてい
る。受信用圧電振動子204の前側の電極は配線216
により送信用圧電振動子202の前側の電極に接続され
ており、送信用圧電振動子202の前側の電極は配線2
18によりハウジング206に接続されている。二芯同
軸ケーブル220は、リード線222が送信用圧電振動
子202の後ろ側の電極に接続され、リード線224が
受信用圧電振動子204の後ろ側の電極に接続され、シ
ールド線226がハウジング206に接続されている。
The structure including the transmitting piezoelectric vibrator 202, the receiving piezoelectric vibrator 204, and the acoustic lens 208 is composed of an insulating layer 2
14 and is fixed inside the housing 206. The front electrode of the receiving piezoelectric vibrator 204 is a wiring 216.
Is connected to the front electrode of the transmitting piezoelectric vibrator 202, and the front electrode of the transmitting piezoelectric vibrator 202 is connected to the wiring 2.
It is connected to the housing 206 by 18. The two-core coaxial cable 220 has a lead wire 222 connected to the rear electrode of the transmitting piezoelectric vibrator 202, a lead wire 224 connected to the rear electrode of the receiving piezoelectric vibrator 204, and a shield wire 226 connected to the housing. 206.

【0067】[作用]送信用圧電振動子202から送信
された中心周波数fTの超音波は、音響レンズ208に
よって収束され、位置F2に焦点を結ぶ。非線型効果の
大きな生体組織を伝播してハーモニクス信号を含んだエ
コー信号は、音響レンズ208を介してnfT(nは2以
上の整数)に共振周波数を有す受信用圧電振動子204
に入射し、電気信号に変換される。
[Operation] The ultrasonic wave having the center frequency fT transmitted from the transmitting piezoelectric vibrator 202 is converged by the acoustic lens 208 and focuses on the position F2. An echo signal including a harmonic signal transmitted through a living tissue having a large nonlinear effect is transmitted via an acoustic lens 208 to a receiving piezoelectric vibrator 204 having a resonance frequency of nfT (n is an integer of 2 or more).
And is converted into an electric signal.

【0068】受信用圧電振動子204が送信用圧電振動
子と同じ音速を有する材質である場合、受信用圧電振動
子204の厚みは送信用圧電振動子202の厚みのほぼ
1/nに設定される。これによって受信用圧電振動子2
04は選択的にnfT(nは2以上の整数)の周波数成分
を受信する。
When the receiving piezoelectric vibrator 204 is made of a material having the same sound speed as the transmitting piezoelectric vibrator, the thickness of the receiving piezoelectric vibrator 204 is set to approximately 1 / n of the thickness of the transmitting piezoelectric vibrator 202. You. Thereby, the receiving piezoelectric vibrator 2
04 selectively receives a frequency component of nfT (n is an integer of 2 or more).

【0069】また音響レンズも中心周波数fTの送信周
波数に対する焦点と中心周波数nfT(nは2以上の整
数)の受信周波数に対する焦点が一致する様に曲率半径
rTとrRを決めているので良好な空間分解能が得られ
る。更には、音響レンズの平均的厚さをそれぞれの周波
数に対して1/4λの厚さに設定しているので、広帯
域、高感度の送受信が行なえる。
Also, the acoustic lens also determines the radii of curvature rT and rR so that the focal point for the transmission frequency of the center frequency fT and the focal point for the reception frequency of the center frequency nfT (n is an integer of 2 or more) coincide with each other. Resolution is obtained. Further, since the average thickness of the acoustic lens is set to 1 / 4λ for each frequency, transmission and reception with a wide band and high sensitivity can be performed.

【0070】本実施の形態では、送信用圧電振動子20
2と受信用圧電振動子204がほぼ同一面内に分離して
配置されているので、送信用圧電振動子202で発生さ
れた超音波は受信用圧電振動子204を透過したりそこ
で反射されることがない。従って、それぞれの電極間の
状態を、オープン・ショート等の制御をする必要がな
く、制御が極めて容易である。
In this embodiment, the transmitting piezoelectric vibrator 20
2 and the receiving piezoelectric vibrator 204 are arranged so as to be separated from each other in substantially the same plane, so that the ultrasonic waves generated by the transmitting piezoelectric vibrator 202 pass through the receiving piezoelectric vibrator 204 or are reflected there. Nothing. Therefore, it is not necessary to control the state between the respective electrodes, such as open / short, and the control is extremely easy.

【0071】本実施の形態では、受信用圧電振動子20
4の圧電g定数を送信用圧電振動子202の圧電g定数
より大きくし、かつ機械的品質係数Qmの大きい圧電材
料を用いることにより、更にハーモニクス信号受信の選
択性が増すことになる。
In this embodiment, the receiving piezoelectric vibrator 20
By making the piezoelectric g constant of No. 4 larger than the piezoelectric g constant of the transmitting piezoelectric vibrator 202 and using a piezoelectric material having a large mechanical quality factor Qm, the selectivity of harmonic signal reception is further increased.

【0072】印加する信号をバイポーラダブルパルスと
することによって、大きな振幅の送信超音波が得られ、
比例してハーモニクス信号の振幅を大きくすることが可
能になる。このことはハーモニクス信号のS/Nを向上
させることにつながり、良好なハーモニックイメージン
グを得ることが可能となる。
By making the applied signal a bipolar double pulse, a transmission ultrasonic wave having a large amplitude can be obtained.
It is possible to increase the amplitude of the harmonic signal in proportion. This leads to an improvement in the S / N of the harmonic signal, and makes it possible to obtain good harmonic imaging.

【0073】以下、本実施の形態の変形例について図面
を参照して説明する。図中、上述した部材と同等の部材
は同一の参照符号で示され、その詳しい説明は以下の記
述において重複を避けるために省略する。
Hereinafter, a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings, members equivalent to those described above are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted in the following description to avoid duplication.

【0074】図10は、超音波トランスデューサの第一
の変形例を示している。本変形例の超音波トランスデュ
ーサでは、音響レンズ230は、全開口にわたり同一の
曲率半径を有している。音響レンズ230は、送信用圧
電振動子202の前面の平均厚さtTが基本周波数fTの
超音波の波長λの1/4の点をドーナツ状に沿って結ん
だ円となり、受信用圧電振動子204の前面の平均厚さ
tRが基本周波数nfT(nは2以上の整数)の超音波の波
長λの1/4の点をドーナツ状に沿って結んだ円となる
よう、両者に外接する球の半径を曲率半径とした曲率表
面を有している。ここで、平均厚さtRは、図10に示
されるように、受信用圧電素子204の表面から、音響
レンズ230の凹面の底部とその上端部(但し、受信用
圧電素子204に対する有効端まで)との中間までの距
離であり、平均厚さtTは、送信用圧電素子202の表
面から、音響レンズ230の底部とその上端部(但し、
送信用圧電素子202に対するレンズ有効端まで)との
中間までの距離である。
FIG. 10 shows a first modification of the ultrasonic transducer. In the ultrasonic transducer of this modification, the acoustic lens 230 has the same radius of curvature over the entire aperture. The acoustic lens 230 is a circle in which the average thickness tT of the front surface of the transmitting piezoelectric vibrator 202 is connected along a donut shape to a quarter of the wavelength λ of the ultrasonic wave having the fundamental frequency fT. Spheres circumscribed so that the average thickness tR of the front surface of the ring 204 is a circle connecting a quarter of the wavelength λ of the ultrasonic wave having the fundamental frequency nfT (n is an integer of 2 or more) along a donut shape. Has a curvature surface having a radius of curvature as a radius of curvature. Here, the average thickness tR is, as shown in FIG. 10, from the surface of the receiving piezoelectric element 204 to the bottom of the concave surface of the acoustic lens 230 and its upper end (from the effective end to the receiving piezoelectric element 204). And the average thickness tT is from the surface of the transmitting piezoelectric element 202 to the bottom of the acoustic lens 230 and its upper end (however,
The distance from the transmission piezoelectric element 202 to an intermediate point between the transmission piezoelectric element 202 and the lens effective end).

【0075】これにより、空間分解能は多少低下する
が、音響整合条件が近似的に満たされ、ハーモニクス信
号に対し高感度の受信が行なえる。また、音響レンズ2
30の曲率半径が全開口にわたり同一なので、加工が容
易であり、従って、安価なハーモニックイメージング超
音波診断用の超音波トランスデューサを提供できる。
As a result, the spatial resolution is slightly reduced, but the acoustic matching condition is approximately satisfied, and high-sensitivity reception of harmonic signals can be performed. Also, the acoustic lens 2
Since the radius of curvature of 30 is the same over the entire opening, machining is easy, and therefore, an inexpensive ultrasonic transducer for harmonic imaging ultrasonic diagnosis can be provided.

【0076】図11は、超音波トランスデューサの第二
の変形例を示している。本変形例の超音波トランスデュ
ーサは、輪帯状の受信用圧電振動子232と、円板状の
送信用圧電振動子234を有し、送信用圧電振動子23
4は受信用圧電振動子232の内側に位置している。音
響レンズ236は、送信用圧電振動子234の前面に位
置するレンズ部分が球面曲率半径rTを有し、受信用圧
電振動子232の前面に位置するレンズ部分が球面曲率
半径rRを有しており、これらのレンズ部分は共に凸面
状である。
FIG. 11 shows a second modification of the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer according to the present modification includes a ring-shaped receiving piezoelectric vibrator 232 and a disc-shaped transmitting piezoelectric vibrator 234.
4 is located inside the receiving piezoelectric vibrator 232. In the acoustic lens 236, the lens portion located on the front surface of the transmitting piezoelectric vibrator 234 has a spherical curvature radius rT, and the lens portion located on the front surface of the receiving piezoelectric vibrator 232 has a spherical curvature radius rR. These lens portions are both convex.

【0077】音響レンズ232は、超音波を収束させる
ことが本来の目的であるが、音響整合層の機能も兼ねて
いると更に好ましい。ハーモニクス信号のための音響整
合層の厚さは、基本波周波数のための音響整合層の厚さ
に比べて薄い。音響レンズ232は、中心寄りのレンズ
部分が厚く、周辺部のレンズ部分が薄い。このため、中
心部に送信用圧電振動子234が配置され、周辺部に受
信用圧電振動子232が配置されている。
Although the original purpose of the acoustic lens 232 is to converge the ultrasonic waves, it is more preferable that the acoustic lens 232 also functions as an acoustic matching layer. The thickness of the acoustic matching layer for the harmonic signal is smaller than the thickness of the acoustic matching layer for the fundamental frequency. The acoustic lens 232 has a thicker lens portion near the center and a thinner lens portion at the peripheral portion. For this reason, the transmitting piezoelectric vibrator 234 is disposed at the center, and the receiving piezoelectric vibrator 232 is disposed at the peripheral part.

【0078】図12は、超音波トランスデューサの第三
の変形例の主要部を示している。本変形例の超音波トラ
ンスデューサの主要部は、ハウジング内に収容される部
分であり、円形の送信部248と、これを取り囲む輪帯
状の受信部250とを有しており、送信部248は圧電
振動子242の中央部分で構成され、受信部250は、
圧電振動子242の周囲部分と、その背面に設けられた
ダンピング層252とで構成されている。
FIG. 12 shows a main part of a third modification of the ultrasonic transducer. The main part of the ultrasonic transducer of the present modification is a part accommodated in the housing, and has a circular transmitting part 248 and a ring-shaped receiving part 250 surrounding the transmitting part 248. The receiving unit 250 includes a central portion of the vibrator 242,
It comprises a peripheral portion of the piezoelectric vibrator 242 and a damping layer 252 provided on the back surface thereof.

【0079】圧電振動子242は、円板状で、その前面
に、送信部248と受信部250に共通の電極244を
有し、背面に、送信部248の円形の電極246と、受
信部250の輪帯状の電極256とを有している。圧電
振動子242の受信部250は、送信部248の厚みの
1/nの厚みを有しており、送信部248から送信され
る基本波送信超音波ftに対して、nft(nは2以上の
整数)の周波数成分を持つn次高調波を選択的に受信で
きる。
The piezoelectric vibrator 242 has a disk shape, and has, on its front surface, an electrode 244 common to the transmitting unit 248 and the receiving unit 250, and on its back surface, the circular electrode 246 of the transmitting unit 248 and the receiving unit 250. And an annular electrode 256. The receiving unit 250 of the piezoelectric vibrator 242 has a thickness of 1 / n of the thickness of the transmitting unit 248, and nft (n is 2 or more) with respect to the fundamental transmission ultrasonic wave ft transmitted from the transmitting unit 248. ) Can be selectively received.

【0080】ダンピング層252は、圧電振動子242
の送信部248に対応する中央部分に凹状陥没部を有し
ており、その外側の輪帯部分が圧電振動子242の受信
部250に接合されており、凹状陥没部の底部は圧電振
動子242の送信部248に接しておらず、送信部24
8の背面に空隙部254が形成されている。
The damping layer 252 includes the piezoelectric vibrator 242
Has a concave depression at a central portion corresponding to the transmitting portion 248, and the outer annular portion is joined to the receiving portion 250 of the piezoelectric vibrator 242, and the bottom of the concave depression is a piezoelectric vibrator 242. Is not in contact with the transmission unit 248 of the
8, a void 254 is formed on the back surface.

【0081】この構造体は、送信部248は、機械的品
質係数Qmが大きく、前述のバイポーラダブルパルス駆
動制御を行なうことにより、大振幅で広帯域の送信超音
波を放射できる。本変形例では、ダンピング層252
は、送信部248に対応する中央部分に、凹状陥没部を
有しているが、貫通穴を有していてもよい。
In this structure, the transmission section 248 has a large mechanical quality factor Qm, and can radiate a large-amplitude and wide-band transmission ultrasonic wave by performing the aforementioned bipolar double-pulse drive control. In this modification, the damping layer 252
Has a concave depression at the center corresponding to the transmitting unit 248, but may have a through hole.

【0082】図13は、超音波トランスデューサの第四
の変形例の主要部を示している。本変形例の超音波トラ
ンスデューサの主要部は、ハウジング内に収容される部
分であり、四つの送信部260と四つの受信部270と
を有している。送信部260と受信部270は共に同じ
扇形を有しており、これらは放射状に交互に配置されて
いる。すなわち、扇形状の送信部260と受信部270
は、角度方向に沿って交互に並べられている。
FIG. 13 shows a main part of a fourth modification of the ultrasonic transducer. The main part of the ultrasonic transducer of this modification is a part housed in the housing, and has four transmitting units 260 and four receiving units 270. The transmitting section 260 and the receiving section 270 both have the same fan shape, and they are arranged alternately in a radial pattern. That is, the fan-shaped transmitting unit 260 and the receiving unit 270
Are alternately arranged along the angular direction.

【0083】送信部260は、周波数ftの基本波超音
波を送信する送信用圧電振動子262と、その前面に配
置された送信用音響レンズ264と、送信用圧電振動子
262の背面に設けられたダンピング層266とを有し
ている。送信用音響レンズ264は、点F2を中心とす
る表面曲率半径rTを有し、送信用圧電振動子262か
ら送信される基本周波数ftの超音波に対して、音線2
68で点F2に焦点を結ぶ。
The transmitting section 260 is provided on the transmitting piezoelectric vibrator 262 for transmitting the fundamental ultrasonic wave of the frequency ft, the transmitting acoustic lens 264 disposed on the front surface thereof, and the rear surface of the transmitting piezoelectric vibrator 262. And a damping layer 266. The transmitting acoustic lens 264 has a surface radius of curvature rT centered on the point F2, and transmits a sound ray 2 to an ultrasonic wave of the fundamental frequency ft transmitted from the transmitting piezoelectric vibrator 262.
At 68 focus on point F2.

【0084】受信部270は、周波数nft(nは2以上
の整数)のハーモニクス超音波を選択的に受信する受信
用圧電振動子272と、その前面に配置された受信用音
響レンズ274と、受信用圧電振動子272の背面に設
けられたダンピング層276とを有している。受信用音
響レンズ274は、点F1を中心とする表面曲率半径rR
を有し、周波数nftのハーモニクス超音波に対して、
音線278で点F2に焦点を結ぶ。
The receiving section 270 includes a receiving piezoelectric vibrator 272 for selectively receiving harmonic ultrasonic waves having a frequency nft (n is an integer of 2 or more), a receiving acoustic lens 274 disposed on the front surface thereof, And a damping layer 276 provided on the rear surface of the piezoelectric vibrator 272. The receiving acoustic lens 274 has a surface curvature radius rR centered on the point F1.
And for harmonic ultrasound at frequency nft:
The sound ray 278 focuses on the point F2.

【0085】この構造体は、送信部260と受信部27
0の開口面積が送受信で同じであり、レンズ表面形状だ
けで焦点を一致させることができる。
This structure is composed of a transmitting unit 260 and a receiving unit 27
The aperture area of 0 is the same for transmission and reception, and the focal point can be matched only by the lens surface shape.

【0086】[効果]本実施の形態の超音波トランスデ
ューサは、送信部と受信部が面内で分かれているので、
圧電振動子の前面に配置される音響レンズの形状を最適
化することにより、送受信が効率的に行なわれるだけで
なく、基本波超音波とハーモニクス超音波の焦点が合致
した空間分解能が良く出力の大きなハーモニクス信号の
受信が可能となる。
[Effect] In the ultrasonic transducer of the present embodiment, the transmitting section and the receiving section are separated in the plane.
By optimizing the shape of the acoustic lens placed in front of the piezoelectric vibrator, not only can transmission and reception be performed efficiently, but also the spatial resolution where the focal points of the fundamental ultrasonic wave and the harmonic ultrasonic wave match are good and the output is good. A large harmonic signal can be received.

【0087】本実施の形態は機械的セクタ走査用単一形
超音波トランスデューサの構成について述べたが、本実
施の形態に記述された内容は、第四の変形例を除いて、
電子走査用アレイ形超音波トランスデューサにも適用で
きるものであり、機械的セクタ走査用単一形超音波トラ
ンスデューサに限定して適用されるものではない。ま
た、本実施の形態やその変形例の構成は、種々組み合わ
せることが可能で、診断対象部位や診断精度に応じて種
々のハーモニックイメージング用超音波トランスデュー
サの構成が可能であり、これらも本実施の形態の他の変
形例として含めるものとする。
Although the present embodiment has described the configuration of the single type ultrasonic transducer for mechanical sector scanning, the contents described in this embodiment are the same as those of the fourth embodiment except for the fourth modification.
The present invention can be applied to an array type ultrasonic transducer for electronic scanning, and is not limited to a single type ultrasonic transducer for mechanical sector scanning. In addition, the configurations of the present embodiment and its modifications can be variously combined, and various configurations of ultrasonic transducers for harmonic imaging are possible in accordance with a diagnosis target site and diagnostic accuracy. It shall be included as another modification of the embodiment.

【0088】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
Although some embodiments have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be carried out without departing from the scope of the invention. Including all implementations.

【0089】従って、本発明の超音波トランスデューサ
について、以下のことが言える。
Therefore, the following can be said about the ultrasonic transducer of the present invention.

【0090】1.同一構造体に共振周波数ftの送信用
圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)の受
信用圧電振動子とが層状に配置した構造を有することを
特徴とした超音波トランスデューサ。
1. An ultrasonic transducer having a structure in which a transmitting piezoelectric vibrator having a resonance frequency ft and a receiving piezoelectric vibrator having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more) are arranged in a layer on the same structure.

【0091】[作用効果]共振周波数ftを有する送信
用超音波振動子から、ほぼftの超音波パルスを生体組
織に送信すると、生体組織内を伝播することによって生
体組織の弾性特性の非線型性の影響を受け、ftと、ft
のほぼ整数倍のハーモニクス信号が混在した超音波エコ
ー信号が受信される。受信用圧電振動子の共振周波数が
送信用超音波振動子の共振周波数ftのほぼ整数倍であ
るので選択的にftのほぼ整数倍のハーモニクス信号の
みを、選択的に検出することが可能となる。また、層状
に構成されている為、超音波の送受信開口が一致し、超
音波トランスデューサの開口をフルに活用しているの
で、大きな音圧の超音波パルスを送信できる。このこと
は受信ハーモニクス信号の音圧が増加することを意味
し、基準周波数に比べ微弱な信号であるハーモニクス信
号を比較的高いS/Nで信号処理出来るようになる。ま
た、送受信超音波ビームのビーム軸が一致していている
ので横方向分解能が良好となる。
[Effects] When an ultrasonic pulse of approximately ft is transmitted from a transmitting ultrasonic vibrator having a resonance frequency ft to a living tissue, the ultrasonic pulse propagates through the living tissue so that the elasticity of the living tissue is nonlinear. Ft and ft
An ultrasonic echo signal in which harmonic signals of almost an integral multiple of the above are mixed is received. Since the resonance frequency of the receiving piezoelectric vibrator is substantially an integral multiple of the resonance frequency ft of the transmitting ultrasonic vibrator, it is possible to selectively detect only the harmonic signal of substantially an integral multiple of ft. . In addition, since the transmission and reception apertures of the ultrasonic wave coincide with each other and the aperture of the ultrasonic transducer is fully utilized, an ultrasonic pulse having a large sound pressure can be transmitted. This means that the sound pressure of the received harmonics signal increases, and the harmonics signal, which is weaker than the reference frequency, can be processed with a relatively high S / N. Further, since the beam axes of the transmitted and received ultrasonic beams coincide with each other, the lateral resolution is improved.

【0092】2.第1項に記載した超音波トランスデュ
ーサに接続され、該受信用圧電振動子の電極間が、送信
用圧電振動子に駆動電圧を印加してから特定の時間、短
絡を含む低抵抗状態に保たれるよう制御することを特徴
とした超音波トランスデューサの制御手段。
[0092] 2. The low-resistance state including the short circuit is connected to the ultrasonic transducer described in the first item, and the gap between the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator is kept for a specific time after applying the driving voltage to the transmitting piezoelectric vibrator. Control means for an ultrasonic transducer, characterized in that it is controlled so as to be controlled.

【0093】[作用効果]電気的に拘束された状態の圧
電振動子を超音波が透過する時、透過超音波の波長と振
動子厚の関係によっては周期的に電気的拘束状態の変化
が起り、対応して圧電振動子の音速が周期的に変化し、
残留振動が現れることがある。受信用圧電振動子の電極
を短絡することにより、常に拘束されない状態となり、
送信超音波透過時に残留振動が起ることがなくなり、そ
の結果S/Nが良く空間分解能に優れた超音波診断が出
来るようになる。
[Operation and Effect] When ultrasonic waves pass through the piezoelectric vibrator in an electrically constrained state, the electric constrained state periodically changes depending on the relationship between the wavelength of the transmitted ultrasonic wave and the vibrator thickness. Correspondingly, the sound speed of the piezoelectric vibrator changes periodically,
Residual vibration may appear. By short-circuiting the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator, it is always unrestricted,
Residual vibration does not occur when transmitting ultrasonic waves, and as a result, ultrasonic diagnosis with good S / N and excellent spatial resolution can be performed.

【0094】尚ここで言う低抵抗状態とは両電極間が数
10kΩ以下、高抵抗状態とは両電極間が数100kΩ
以上をさす。
The low resistance state referred to here is between several tens of kΩ or less between the two electrodes, and the high resistance state is several hundred kΩ between the two electrodes.
That's all.

【0095】3.第2項に記載した超音波トランスデュ
ーサの制御手段が、前記特定の時間経過後、次の送信を
行なうまで、送信用圧電振動子の電極を開放を含む高抵
抗状態に保持するよう制御することを特徴とした超音波
トランスデューサの制御手段。
3. The control means of the ultrasonic transducer described in paragraph 2 controls the electrode of the transmitting piezoelectric vibrator to be kept in a high resistance state including an open state after the specific time has elapsed until the next transmission is performed. Ultrasonic transducer control means.

【0096】[作用効果]超音波トランスデューサの制
御手段が、前記特定の時間経過後、次の送信を行なうま
で、送信用圧電振動子の電極を開放を含む高抵抗状態に
保持するため、送信用圧電振動子が硬い状態に保たれる
ので、受信時に残留振動が起ることがなくなり、その結
果S/Nが良く空間分解能に優れた超音波診断が出来る
ようになる。
[Operation and Effect] The control means of the ultrasonic transducer keeps the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator in the high resistance state including the open state until the next transmission is performed after the lapse of the specific time. Since the piezoelectric vibrator is kept in a hard state, residual vibration does not occur at the time of reception, and as a result, ultrasonic diagnosis with a good S / N and excellent spatial resolution can be performed.

【0097】4.第2項に記載した超音波トランスデュ
ーサの制御手段において、受信用圧電振動子の電極間を
特定の時間、短絡を含む低抵抗状態に保つよう制御する
のがインダクタンス回路であることを特徴とする超音波
トランスデューサの制御手段。
4. In the control means of the ultrasonic transducer according to the second aspect, an inductance circuit performs control so as to maintain a low resistance state including a short circuit between the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator for a specific time. Control means for the acoustic transducer.

【0098】[作用効果]インダクタンス回路を介して
受信回路に接続すると、インダクタンス回路と受信用圧
電振動子の静電容量とで共振系を構成し最適な受信帯域
特性が得られる様になる。これにより基本波を遮断し、
ハーモニクス信号のみを高い選択性で検出出来る様にな
る。また同時にインダクタンス回路を受信用圧電振動子
に接続して電極間抵抗を低抵抗に維持することが可能に
なる。
[Effects] When connected to a receiving circuit via an inductance circuit, a resonance system is formed by the inductance circuit and the capacitance of the receiving piezoelectric vibrator, so that optimum reception band characteristics can be obtained. This shuts off the fundamental wave,
Only the harmonic signal can be detected with high selectivity. At the same time, the inductance circuit can be connected to the receiving piezoelectric vibrator to keep the inter-electrode resistance low.

【0099】5.第3項に記載した超音波トランスデュ
ーサの制御手段において、前記開放を含む高抵抗状態に
保持するよう制御するのが送信用圧電振動子に駆動電圧
を印加する回路の最終段を兼ねたオンオフ制御デバイス
であることを特徴とした超音波トランスデューサの制御
手段。
5. 4. An on / off control device for controlling the ultrasonic transducer according to claim 3, wherein the control is performed such that the high resistance state including the open state is maintained. Control means for an ultrasonic transducer.

【0100】[作用効果]送信用圧電振動子に駆動電圧
を印加する回路の最終段がオンオフ制御デバイスからな
るので、送信時オン状態で受信時オフになる様に前記デ
バイスを制御することによって受信信号に残留振動が重
畳することを防ぐことが出来、その結果S/Nが良く空
間分解能に優れた超音波診断が出来るようになる。
[Function / Effect] Since the last stage of the circuit for applying the drive voltage to the transmitting piezoelectric vibrator comprises an on / off control device, the device is controlled so as to be in the on state at the time of transmission and turned off at the time of reception to thereby receive the signal. It is possible to prevent the residual vibration from being superimposed on the signal, and as a result, it becomes possible to perform an ultrasonic diagnosis having a good S / N and an excellent spatial resolution.

【0101】6.第1項に記載した超音波トランスデュ
ーサにおいて、前記受信用圧電振動子は高分子圧電体又
は複合圧電体のいずれかであることを特徴とした超音波
トランスデューサの制御手段。
6. 2. The ultrasonic transducer control unit according to claim 1, wherein the receiving piezoelectric vibrator is one of a polymer piezoelectric substance and a composite piezoelectric substance.

【0102】[作用効果]受信用圧電振動子として高分
子圧電体又は複合圧電体のいずれかを用いることによっ
て、受信感度を高め、ハーモニクス信号を高感度に検出
できる様になる。
[Function and Effect] By using either the polymer piezoelectric material or the composite piezoelectric material as the receiving piezoelectric vibrator, the receiving sensitivity can be increased and the harmonic signal can be detected with high sensitivity.

【0103】7.第6項に記載した超音波トランスデュ
ーサにおいて、前記高分子圧電体が送信用圧電振動子の
超音波出射側の表面に直接または音響整合層を介して配
置した構造を有することを特徴とした超音波トランスデ
ューサ。
7. 7. The ultrasonic transducer according to claim 6, wherein the polymer piezoelectric body has a structure in which the polymer piezoelectric body is disposed directly or through an acoustic matching layer on a surface of the transmitting piezoelectric vibrator on the ultrasonic wave emitting side. Transducer.

【0104】[作用効果]高分子圧電体は一般に音響イ
ンピーダンスが生体の音響インピーダンスに近い。従っ
て、これを受信用圧電振動子として用い生体組織に接触
する側に配置することにより、表面近傍における多重反
射の発生を抑え体表近傍の高いコントラスト分解能を実
現出来る。
[Function and Effect] In general, the acoustic impedance of a polymer piezoelectric substance is close to the acoustic impedance of a living body. Therefore, by using this as a receiving piezoelectric vibrator and disposing it on the side that comes into contact with the living tissue, it is possible to suppress the occurrence of multiple reflection near the surface and to achieve high contrast resolution near the body surface.

【0105】8.第7項に記載した超音波トランスデュ
ーサにおいて、前記高分子圧電体が、表面エネルギー分
極によって自発的に圧電性が生じる高分子膜からなるこ
とを特徴とした超音波トランスデューサ。
8. 8. The ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the piezoelectric polymer is made of a polymer film that spontaneously generates piezoelectricity due to surface energy polarization.

【0106】[作用効果]接着層が介在しないので安定
した送受信特性を得られる。更に高分子圧電体層形成直
後に表面エネルギーの作用によって自発的に分極状態に
至り、外部電界の印加無しに、分極状態が発現出来る。
また接着工程が無いので、接着時に気泡を巻き込み感度
や帯域の劣化を引き起こすことがない。また背面に存在
する送信用圧電振動子に接着押圧を作用させないので送
信用圧電振動子にワレ等の危害を及ぼさずに製造工程が
単純化出来、かつ、低コストで再現性の良いハーモニッ
クイメージング用超音波トランスデューサが得られるよ
うになる。
[Function and Effect] Since no adhesive layer is interposed, stable transmission / reception characteristics can be obtained. Furthermore, immediately after the formation of the piezoelectric polymer layer, the polarization state is spontaneously reached by the action of surface energy, and the polarization state can be developed without applying an external electric field.
In addition, since there is no bonding step, bubbles are not entangled at the time of bonding and the sensitivity and the band are not deteriorated. Also, since no adhesive pressure is applied to the transmitting piezoelectric vibrator on the back side, the manufacturing process can be simplified without causing damage to the transmitting piezoelectric vibrator such as cracks, and it is low cost and has good reproducibility for harmonic imaging. An ultrasonic transducer can be obtained.

【0107】9.第1項に記載した超音波トランスデュ
ーサにおいて、前記送信用圧電振動子の背面にダンピン
グ層、前記受信用圧電振動子前面に、音響整合機能を有
した音響レンズを配したことを特徴とした超音波トラン
スデューサ。
9. 2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein a damping layer is provided on a back surface of the transmitting piezoelectric vibrator, and an acoustic lens having an acoustic matching function is provided on a front surface of the receiving piezoelectric vibrator. Transducer.

【0108】[作用効果]送信用圧電振動子の背面にダ
ンピング層を設けることによって、送信超音波パルスの
パルス幅を短くし、深さ方向空間分解能を高め、音響整
合機能を有した音響レンズの形成によって、高感度で収
束性が良好な超音波トランスデューサが得られ良好な横
方向の空間分解能が得られる様になる。
[Function and Effect] By providing a damping layer on the back surface of the transmitting piezoelectric vibrator, the pulse width of the transmitting ultrasonic pulse is shortened, the spatial resolution in the depth direction is increased, and the acoustic lens having the acoustic matching function is provided. By the formation, an ultrasonic transducer having high sensitivity and good convergence can be obtained, and good lateral spatial resolution can be obtained.

【0109】10.第9項に記載した超音波トランスデ
ューサにおいて、前記音響レンズの表面が凹面又は凸面
の曲率半径Rの球面で、Rがftにおける音響的焦点と
nft(nは2以上の整数)における音響的焦点の平均値
である音響的焦点を示す値に設定されたことを特徴とし
た超音波トランスデューサ。
10. 10. The ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the surface of the acoustic lens is a concave or convex spherical surface having a radius of curvature R, and R is an acoustic focal point at ft and an acoustic focal point at nft (n is an integer of 2 or more). An ultrasonic transducer characterized by being set to a value indicating an acoustic focus which is an average value.

【0110】[作用効果]送信超音波はft、受信周波
数はnft(nは2以上の整数)で、音響レンズの球面の
曲率半径が同一の場合、送信時の焦点と受信時の焦点は
異なる位置になる。これは超音波画像の均一性の劣化に
つながる。層状構造において各層に対応した曲率半径を
有すレンズ構造を同じ位置に一体的に形成することは不
可能である。従って、レンズの曲率半径を、前記絶縁層
の表面が凹面又は凸面の曲率半径Rの球面で、Rがft
における音響的焦点とnft(nは2以上の整数)におけ
る音響的焦点の平均値である音響的焦点を示す値に設定
することによって良好な超音波画像の均一性が得られ
る。
[Effects] The transmission ultrasonic wave is ft, the reception frequency is nft (n is an integer of 2 or more), and when the radius of curvature of the spherical surface of the acoustic lens is the same, the focal point for transmission and the focal point for reception are different. Position. This leads to deterioration of the uniformity of the ultrasonic image. In the layered structure, it is impossible to integrally form a lens structure having a radius of curvature corresponding to each layer at the same position. Accordingly, the radius of curvature of the lens is set such that the surface of the insulating layer is a spherical surface having a concave or convex radius of curvature R and R is ft.
By setting a value indicating the acoustic focus, which is the average value of the acoustic focus at nft and nft (n is an integer of 2 or more), good ultrasonic image uniformity can be obtained.

【0111】11.第9項に記載した超音波トランスデ
ューサにおいて、前記音響レンズの表面が、部分的に異
なる曲率半径を有していることを特徴とした超音波トラ
ンスデューサ。
(11) 10. The ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the surface of the acoustic lens has a partially different radius of curvature.

【0112】[作用効果]前記音響レンズの表面が異な
る位置で異なる曲率半径を持つので、送信超音波の周波
数ftで結ぶ音響的焦点と受信超音波nft(nは2以上
の整数)で結ぶ音響的焦点を一致させることが可能とな
る。これにより、横方向分解能が改善される。
[Operation and Effect] Since the surface of the acoustic lens has different radii of curvature at different positions, the acoustic focus connected at the frequency ft of the transmitted ultrasonic wave and the acoustic wave connected at the received ultrasonic wave nft (n is an integer of 2 or more). It is possible to match the target focus. This improves the lateral resolution.

【0113】12.同一構造体に共振周波数ftの送信
用圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)の
受信用圧電振動子とを有する超音波トランスデューサに
おいて、その相対的配置が、輪帯板とその内径内に配置
した円板の関係にあることを特徴とした超音波トランス
デューサ。
12. In an ultrasonic transducer having a transmitting piezoelectric vibrator having a resonance frequency ft and a receiving piezoelectric vibrator having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more) in the same structure, the relative arrangement thereof is such that the annular plate and the An ultrasonic transducer characterized by being in a relation of a disk arranged inside an inner diameter.

【0114】[作用効果]送信用圧電振動子と受信用圧
電振動子の相対位置が輪帯板とその内径内に配置した円
板の関係にあるので、送信超音波も受信超音波も他の圧
電振動子を透過したり反射することがなく、残留振動に
対する対策を講じる必要がなくなる。また送信用圧電振
動子と受信用圧電振動子との間の音響整合層も不要で構
造が簡単になり、高い信頼性で、基本波の送信とハーモ
ニクス信号の受信が出来る。
[Operation and Effect] Since the relative positions of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator are in the relation of the annular plate and the disk disposed inside the inner diameter thereof, the transmitting ultrasonic wave and the receiving ultrasonic wave are not used. It does not transmit or reflect through the piezoelectric vibrator, so that it is not necessary to take measures against residual vibration. Further, an acoustic matching layer between the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator is not required, the structure is simplified, and the transmission of the fundamental wave and the reception of the harmonic signal can be performed with high reliability.

【0115】13.第12項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、前記送信用及び受信用圧電振動子の
上面に音響整合機能を有する音響レンズを有することを
特徴とした超音波トランスデューサ。
13. 13. The ultrasonic transducer according to claim 12, further comprising an acoustic lens having an acoustic matching function on upper surfaces of the transmitting and receiving piezoelectric vibrators.

【0116】[作用効果]音響レンズ機能によって超音
波ビームを絞り横方向分解能を良くし、音響整合機能に
よって高感度の送受信を行える様になる。
[Function and Effect] The ultrasonic lens function narrows the ultrasonic beam to improve the lateral resolution, and the acoustic matching function enables high-sensitivity transmission and reception.

【0117】14.第13項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、前記輪帯板が送信用圧電振動子であ
り、内径内に配置した円板が受信用圧電振動子であるこ
とを特徴とした超音波トランスデューサ。
14. 14. The ultrasonic transducer according to claim 13, wherein the orbicular plate is a transmitting piezoelectric vibrator, and a disk disposed within the inner diameter is a receiving piezoelectric vibrator.

【0118】[作用効果]送信用圧電振動子の共振周波
数はftであり、その前面に配した音響レンズの平均厚
さをtとした時、受信用圧電振動子の受信周波数がnf
(nは2以上の整数)となる為、その前面に配した音響レ
ンズの平均厚さはt/nとなる。輪帯板である送信用圧
電振動子が外側、円板である受信用圧電振動子が内側に
配置するので、音響レンズ材料の音速が生体組織の音速
より大きい場合は上記厚さの関係をあてはめると周辺部
が厚く、中心部が薄い音響レンズ構造となる。これは音
響レンズの表面形状を凹面形状に出来ることを意味し、
音響レンズに音響整合の機能を附加することが可能とな
る。
[Function and Effect] The resonance frequency of the transmitting piezoelectric vibrator is ft, and the receiving frequency of the receiving piezoelectric vibrator is nf when the average thickness of the acoustic lens disposed on the front surface is t.
(n is an integer of 2 or more), so that the average thickness of the acoustic lens disposed on the front surface is t / n. Since the transmitting piezoelectric vibrator as the annular plate is disposed outside and the receiving piezoelectric vibrator as the circular plate is disposed inside, if the sound speed of the acoustic lens material is higher than the sound speed of the living tissue, the above thickness relationship is applied. Thus, the acoustic lens structure has a thicker peripheral portion and a thinner central portion. This means that the surface shape of the acoustic lens can be made concave,
It becomes possible to add an acoustic matching function to the acoustic lens.

【0119】15.第12項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、前記した両圧電振動子の背面に異な
る厚さ、又は異なるダンピング特性を有したダンピング
層を有することを特徴とした超音波トランスデューサ。
15. 13. The ultrasonic transducer according to claim 12, further comprising a damping layer having different thicknesses or different damping characteristics on the back surfaces of the two piezoelectric vibrators.

【0120】[作用効果]受信ハーモニクス信号の周波
数がnft(nは2以上の整数)で、送信超音波の周波数
に比べ高いので、同一材質なら送信用圧電振動子背面の
ダンピング層の厚さに比べ薄くすることが可能である。
またはダンピング能力の低い絶縁性のダンピング層が使
える様になる。これにより、送信用圧電振動子と受信用
圧電振動子の間のダンピング層を会した電気的クロスト
ークを低減でき、ハーモニクス信号に基本波信号がのり
にくくすることが可能となる。
[Function and Effect] Since the frequency of the received harmonic signal is nft (n is an integer of 2 or more), which is higher than the frequency of the transmitted ultrasonic wave, if the same material is used, the thickness of the damping layer on the back of the transmitting piezoelectric vibrator is reduced. It is possible to make it thinner.
Alternatively, an insulating damping layer having a low damping ability can be used. As a result, it is possible to reduce the electrical crosstalk between the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator that has reached the damping layer, and it is possible to make it difficult for the fundamental signal to be put on the harmonic signal.

【0121】16.第13項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、前記音響レンズの表面が部分的に異
なる曲率半径を有し、送信超音波の音響レンズによる焦
点と、受信超音波の音響レンズによる焦点とが一致する
ように、両音響レンズの曲率半径が設定されていること
を特徴とした超音波トランスデューサ。
16. 14. The ultrasonic transducer according to claim 13, wherein a surface of the acoustic lens has a partially different radius of curvature, and a focal point of the transmitting ultrasonic wave by the acoustic lens coincides with a focal point of the receiving ultrasonic wave by the acoustic lens. Wherein the radius of curvature of both acoustic lenses is set.

【0122】[作用効果]送信超音波パルスの周波数は
ftであり、送信超音波の焦点が特定の位置Aになるよ
うに音響レンズの曲率半径Rtを設定する時、受信超音
波の焦点を位置Aに一致させようとすると音響レンズの
曲率半径RrはRtと異なる値に設定する必要がある。従
って本項の様に送信用圧電振動子上の球面部と受信用圧
電振動子上の球面部とで異なる曲率半径を有する構造に
することによって送信基本波とハーモニクス受信信号の
それぞれの焦点が一致するようになり良好な空間分解能
および超音波画像の均一性が得られる。
[Function and Effect] The frequency of the transmitted ultrasonic pulse is ft. When the radius of curvature Rt of the acoustic lens is set so that the focal point of the transmitted ultrasonic wave is at a specific position A, the focal point of the received ultrasonic wave is positioned. In order to match A, the radius of curvature Rr of the acoustic lens must be set to a value different from Rt. Therefore, by adopting a structure having different radii of curvature between the spherical portion on the transmitting piezoelectric vibrator and the spherical portion on the receiving piezoelectric vibrator as described in this section, the focal points of the transmission fundamental wave and the harmonic reception signal coincide. As a result, good spatial resolution and uniformity of the ultrasonic image can be obtained.

【0123】17.第13項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、前記受信用圧電振動子の表面が、前
記送信用圧電振動子の表面よりも超音波送信側に突出し
ていることを特徴とした超音波トランスデューサ。
17. 14. The ultrasonic transducer according to claim 13, wherein a surface of the receiving piezoelectric vibrator protrudes toward an ultrasonic transmitting side from a surface of the transmitting piezoelectric vibrator.

【0124】[作用効果]第16項の音響レンズ構造だ
と、開口寸法と輪帯状圧電振動子の内径を決めれば、一
義的に焦点位置が決定することになる。異なる深部位置
の生体組織を診断する場合、それに対応した焦点位置を
有する様に設計変更できることが望ましい。本項の様に
受信用圧電振動子の表面が、送信用圧電振動子の表面よ
りも超音波送信側に突出する構造にすることによって、
凹面の曲率半径を変えずにnf(nは2以上の整数)に対
応した受信時の音響整合条件を満たすことが可能とな
る。
[Function and Effect] In the acoustic lens structure of the sixteenth aspect, if the aperture size and the inner diameter of the ring-shaped piezoelectric vibrator are determined, the focal position is uniquely determined. When diagnosing a living tissue at a different deep position, it is desirable that the design can be changed so as to have a focal position corresponding thereto. By adopting a structure in which the surface of the receiving piezoelectric vibrator protrudes toward the ultrasonic transmitting side from the surface of the transmitting piezoelectric vibrator as in this section,
It is possible to satisfy the acoustic matching condition at the time of reception corresponding to nf (n is an integer of 2 or more) without changing the radius of curvature of the concave surface.

【0125】18.第16項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、送信用圧電振動子上の音響レンズの
凹面又は凸面の曲率半径rTより受信用圧電振動子上の
音響レンズの凹面又は凸面の曲率半径rRの方が小さい
ことを特徴とした超音波トランスデューサ。
18. In the ultrasonic transducer described in Item 16, the radius of curvature rR of the concave or convex surface of the acoustic lens on the receiving piezoelectric vibrator is smaller than the radius of curvature rT of the concave or convex surface of the acoustic lens on the transmitting piezoelectric vibrator. An ultrasonic transducer characterized in that:

【0126】[作用効果]送信超音波パルスの周波数は
ftであり、送信超音波の焦点が特定の位置Aになるよ
うに凹面形状の曲率半径rTを設定する時、受信超音波
の焦点を位置Aに一致させようとすると凹面形状の曲率
半径rR>rTという関係が必要である。従って本項の様
に送信用圧電振動子上の球面部と受信用圧電振動子上の
球面部とでrR>rTを満たす構造にすることによって送
信超音波の焦点を受信超音波の焦点に一致させることが
出来る様になり、良好な横方向分解能および超音波画像
の均一性を有すハーモニクスイメージング超音波診断画
像が得られるようになる。
[Effects] The frequency of the transmitted ultrasonic pulse is ft. When the radius of curvature rT of the concave shape is set so that the focal point of the transmitted ultrasonic wave is at a specific position A, the focal point of the received ultrasonic wave is positioned. In order to make A coincide with A, the relationship that the radius of curvature of the concave surface is rR> rT is required. Therefore, the focal point of the transmitted ultrasonic wave coincides with the focal point of the received ultrasonic wave by making the spherical portion on the transmitting piezoelectric vibrator and the spherical portion on the receiving piezoelectric vibrator satisfy rR> rT as described in this section. This makes it possible to obtain a harmonic imaging ultrasound diagnostic image having good lateral resolution and uniformity of the ultrasonic image.

【0127】19.同一構造体に共振周波数ftの送信
用圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)の
受信用圧電振動子とを有する超音波トランスデューサに
おいて、その相対的配置が、放射状に交互に配置してい
る関係にあることを特徴とした超音波トランスデュー
サ。
19. In an ultrasonic transducer having a transmitting piezoelectric vibrator having a resonance frequency ft and a receiving piezoelectric vibrator having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more) in the same structure, their relative arrangement is radially and alternately arranged. An ultrasonic transducer characterized by being in a relationship.

【0128】[作用効果]複数の送信用圧電振動子と複
数の受信用圧電振動子が放射状に交互に配置しているの
で送信超音波の平均開口径と受信超音波の平均開口径と
は一致しており、それぞれの圧電振動子前面の音響レン
ズの設計の自由度が増加し、異なる焦点領域を持つ種々
のハーモニクスイメージング用超音波トランスデューサ
を実現できるようになる。
[Function and Effect] Since the plurality of transmitting piezoelectric vibrators and the plurality of receiving piezoelectric vibrators are arranged alternately in a radial pattern, the average aperture diameter of the transmitted ultrasonic wave and the average aperture diameter of the received ultrasonic wave are one. As a result, the degree of freedom in designing the acoustic lens in front of each piezoelectric vibrator is increased, and various ultrasonic transducers for harmonic imaging having different focal regions can be realized.

【0129】20.第19項に記載した超音波トランス
デューサにおいて、該超音波トランスデューサが送信用
圧電振動子前面に曲率半径rT、受信用圧電振動子前面
にrRの曲率半径でrR<rTの関係を有した音響レンズ
をそれぞれ有したことを特徴とした超音波トランスデュ
ーサ。
20. The ultrasonic transducer according to claim 19, wherein the ultrasonic transducer has an acoustic lens having a radius of curvature rT on the front surface of the transmitting piezoelectric vibrator and a radius of curvature rR on the front surface of the receiving piezoelectric vibrator and having a relationship of rR <rT. An ultrasonic transducer characterized by having each.

【0130】[作用効果]複数の送信用圧電振動子と複
数の受信用圧電振動子が放射状に交互に配置しているの
で送信超音波の平均開口径と受信超音波の平均開口径と
は一致しており、送信用圧電振動子前面に曲率半径r
T、受信用圧電振動子前面にrRの曲率半径でrR<rTの
関係を有した音響レンズをそれぞれ有しているので、送
信超音波の焦点を受信超音波の焦点に一致させることが
出来る様になり、良好な横方向分解能を有すハーモニク
スイメージング超音波診断画像が得られるようになる。
[Operation and Effect] Since the plurality of transmitting piezoelectric vibrators and the plurality of receiving piezoelectric vibrators are arranged alternately in a radial pattern, the average aperture diameter of transmitted ultrasonic waves and the average aperture diameter of received ultrasonic waves are one. Radius of curvature r on the front face of the transmitting piezoelectric vibrator.
T, since the front side of the receiving piezoelectric vibrator has acoustic lenses having a relationship of rR <rT with a radius of curvature of rR on the front surface of the receiving piezoelectric vibrator, the focal point of the transmitted ultrasonic wave can be matched with the focal point of the received ultrasonic wave. , And a harmonic imaging ultrasonic diagnostic image having a good lateral resolution can be obtained.

【0131】21.同一構造体に共振周波数ftの送信
用圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)の
受信用圧電振動子とを有し、その超音波出射側前面に音
響レンズをそれぞれ配置した超音波トランスデューサに
おいて、前記送信用圧電振動子と受信用圧電振動子のそ
れぞれの背面に互いに電気的に隔絶したダンピング層を
配していることを特徴とした超音波トランスデューサ。
21. The same structure includes a transmitting piezoelectric vibrator having a resonance frequency ft and a receiving piezoelectric vibrator having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more), and an acoustic lens disposed on the front surface of the ultrasonic wave emitting side thereof. An ultrasonic transducer, wherein a damping layer which is electrically isolated from each other is disposed on a back surface of each of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator.

【0132】[作用効果]送信用と受信用圧電振動子と
の間に電気的クロストークが起らず、nft(nは2以上
の整数)ハーモニクス受信信号に基本周波数が混入する
ことを防止できる。
[Effects] No electrical crosstalk occurs between the transmitting and receiving piezoelectric vibrators, and it is possible to prevent the fundamental frequency from being mixed into the nft (n is an integer of 2 or more) harmonic reception signal. .

【0133】22.同一構造体に共振周波数ftの送信
用圧電振動子と共振周波数nft(nは2以上の整数)の
受信用圧電振動子とを有する超音波トランスデューサに
接続する制御手段において、前記送信用圧電振動子に印
加する電圧波形が台形波又はダブルパルスであることを
特徴とした制御手段。
22. A control unit connected to an ultrasonic transducer having a transmitting piezoelectric vibrator having a resonance frequency ft and a receiving piezoelectric vibrator having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more) in the same structure; Control means characterized in that the voltage waveform applied to the device is a trapezoidal wave or a double pulse.

【0134】[作用効果]振幅が大きくかつ広帯域の送
信超音波信号が得られ、微弱なハーモニクス信号の振幅
を増加させることが可能となり、高感度でS/Nの良好
なハーモニクスイメージング超音波診断画像が得られる
ようになる。
[Function / Effect] A transmission ultrasonic signal having a large amplitude and a wide band can be obtained, the amplitude of a weak harmonic signal can be increased, and a high-sensitivity, favorable S / N S / N harmonic imaging ultrasonic diagnostic image can be obtained. Can be obtained.

【0135】[0135]

【発明の効果】本発明によれば、同一のケース内に収容
された送信用圧電振動子と受信用圧電振動子とを有して
いるが、残留振動による分解能劣化の悪影響を受けない
超音波トランスデューサ技術が提供される。これによる
超音波トランスデューサや超音波トランスデューサシス
テムによれば、ハーモニクス信号をこれまでよりも高い
感度で検出できる。
According to the present invention, although the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator are housed in the same case, the ultrasonic wave which is not adversely affected by the resolution degradation due to the residual vibration is provided. Transducer technology is provided. According to the ultrasonic transducer and the ultrasonic transducer system, the harmonic signal can be detected with higher sensitivity than before.

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

【図1】第一の実施の形態における超音波トランスデュ
ーサの側断面を示している。
FIG. 1 shows a side cross section of an ultrasonic transducer according to a first embodiment.

【図2】第一の実施の形態における超音波トランスデュ
ーサの第一の変形例の側断面を示している。
FIG. 2 shows a side cross section of a first modification of the ultrasonic transducer according to the first embodiment.

【図3】第一の実施の形態における超音波トランスデュ
ーサの第二の変形例の側断面を示している。
FIG. 3 shows a side cross section of a second modified example of the ultrasonic transducer according to the first embodiment.

【図4】第一の実施の形態における超音波トランスデュ
ーサの第三の変形例の側断面を示している。
FIG. 4 shows a side cross section of a third modification of the ultrasonic transducer according to the first embodiment.

【図5】図1に示される音響レンズの曲率半径の設定に
ついて説明するための図であり、(A)は、円板圧電振動
子の前面に配置される音響レンズの曲率半径Rと、水の
超音波伝播媒体における焦点距離Fの関係を、横軸D
(=a2/λR'、a:開口半径、λ:超音波の伝播材質中
での波長、R':レンズの見かけの曲率半径でR'=2.
25R、R:音響レンズの加工曲率半径)、縦軸F/R'
の関係で示すグラフ、(B)は、5MHzと10MHzの
場合について、焦点と音響レンズの曲率半径との関係を
示すグラフである。
5A and 5B are diagrams for explaining setting of a radius of curvature of the acoustic lens shown in FIG. 1; FIG. 5A is a diagram illustrating a radius of curvature R of an acoustic lens disposed on a front surface of a disk-shaped piezoelectric vibrator; The relationship of the focal length F in the ultrasonic propagation medium of FIG.
(= A 2 / λR ′, a: aperture radius, λ: wavelength of ultrasonic wave in the propagation material, R ′: apparent radius of curvature of the lens, R ′ = 2.
25R, R: radius of curvature of the acoustic lens), vertical axis F / R '
(B) is a graph showing the relationship between the focal point and the radius of curvature of the acoustic lens in the case of 5 MHz and 10 MHz.

【図6】図1に示される超音波トランスデューサの送受
信を制御する制御系について説明するための図であり、
(A)は、制御系の構成を模式的に示し、(B)は、オンオ
フ制御デバイスとセレクタに入力される制御信号Vtと
Vrのタイミングチャートを示している。
6 is a diagram for explaining a control system that controls transmission and reception of the ultrasonic transducer shown in FIG. 1,
(A) schematically shows a configuration of a control system, and (B) shows a timing chart of on / off control devices and control signals Vt and Vr input to a selector.

【図7】図1に示される超音波トランスデューサの送受
信を制御する制御系の変形例について説明するための図
であり、(A)は、変形例の制御系の構成を模式的に示
し、(B)は、オンオフ制御デバイスに入力される制御信
号VtとVrのタイミングチャートを示している。
7A and 7B are diagrams for explaining a modification of the control system that controls transmission and reception of the ultrasonic transducer shown in FIG. 1; FIG. 7A schematically shows a configuration of a control system of the modification; (B) shows a timing chart of the control signals Vt and Vr input to the on / off control device.

【図8】超音波が透過する圧電振動子に発生する表面電
荷の影響を計算したシミュレーション結果を表してお
り、送信時の受信用圧電振動子104の電極間の電荷処
理状態/受信時の送信用圧電振動子102の電極間の電
荷処理状態に関して、(a)、(b)、(c)はショート/シ
ョート、(d)、(e)、(f)はショート/オープン、
(g)、(h)、(i)はオープン/オープン、(j)、(k)、
(l)はオープン/ショートにした場合における、送信の
みの超音波パルス(左列)、受信のみの超音波パルス(中
列)、送受信トータルの超音波パルス(右列)を示してい
る。
FIG. 8 shows a simulation result in which the effect of surface charges generated on a piezoelectric vibrator through which ultrasonic waves are transmitted is calculated, and the state of charge processing between the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator 104 during transmission / transmission during reception. Regarding the charge processing state between the electrodes of the credit piezoelectric vibrator 102, (a), (b), (c) are short / short, (d), (e), (f) are short / open,
(g), (h), (i) are open / open, (j), (k),
(l) shows the transmission-only ultrasonic pulse (left column), the reception-only ultrasonic pulse (middle column), and the total transmission / reception ultrasonic pulse (right column) when open / short.

【図9】第二の実施の形態の超音波トランスデューサに
ついて説明するための図であり、(A)は、超音波トラン
スデューサの側断面を示し、(B)は、音響レンズの中央
部分を拡大して示している。
9A and 9B are views for explaining an ultrasonic transducer according to a second embodiment, in which FIG. 9A shows a side cross section of the ultrasonic transducer, and FIG. 9B is an enlarged view of a central portion of the acoustic lens. Is shown.

【図10】第二の実施の形態の超音波トランスデューサ
の第一の変形例の側断面を示している。
FIG. 10 shows a side cross section of a first modified example of the ultrasonic transducer according to the second embodiment.

【図11】第二の実施の形態の超音波トランスデューサ
の第二の変形例の側断面を示している。
FIG. 11 shows a side cross section of a second modified example of the ultrasonic transducer according to the second embodiment.

【図12】第二の実施の形態の超音波トランスデューサ
の第三の変形例の側断面を示している。
FIG. 12 shows a side cross section of a third modified example of the ultrasonic transducer of the second embodiment.

【図13】第二の実施の形態の超音波トランスデューサ
の第四の変形例について説明するための図であり、(A)
は、超音波トランスデューサの上面を示し、(B)は、
(A)のB−B線に沿った超音波トランスデューサの側断
面を示している。
FIG. 13 is a view for explaining a fourth modification of the ultrasonic transducer according to the second embodiment, and FIG.
Shows the upper surface of the ultrasonic transducer, and (B) shows
FIG. 3A is a side cross-sectional view of the ultrasonic transducer taken along the line BB of FIG.

【図14】従来例の超音波トランスデューサの側断面を
示している。
FIG. 14 shows a side cross section of a conventional ultrasonic transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

102 送信用圧電振動子 104 受信用圧電振動子 108 音響レンズ 150 オンオフ制御デバイス 160 セレクタ 102 Transmitting piezoelectric vibrator 104 Receiving piezoelectric vibrator 108 Acoustic lens 150 ON / OFF control device 160 Selector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04R 17/00 330 H04R 17/00 330J ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04R 17/00 330 H04R 17/00 330J

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに層状に配置された共振周波数ftの
超音波を送信する送信用圧電振動子と共振周波数nft
(nは2以上の整数)の超音波を受信する受信用圧電振動
子とを有する超音波トランスデューサと、 超音波トランスデューサを制御する制御手段とを有する
超音波トランスデューサシステムであり、 制御手段は、時間t1の間だけ送信用圧電振動子に駆動
電圧を印加するとともに、この駆動電圧の印加から所定
時間t2(>t1)の間は、受信用圧電振動子の電極間を、
短絡を含む低抵抗状態に保持し、所定時間t2の経過
後、送信用圧電振動子に次の駆動電圧を印加するまでの
間は、送信用圧電振動子の電極間を、開放を含む高抵抗
状態に保持する、超音波トランスデューサシステム。
1. A transmitting piezoelectric vibrator for transmitting ultrasonic waves having a resonance frequency ft and a resonance frequency nft disposed in layers with each other.
(n is an integer of 2 or more) an ultrasonic transducer having an ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves, and an ultrasonic transducer system having control means for controlling the ultrasonic transducer; A drive voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator only for t1, and for a predetermined time t2 (> t1) from the application of the driving voltage, the electrodes of the receiving piezoelectric vibrator are
After the predetermined time t2 elapses and the drive voltage is applied to the transmitting piezoelectric vibrator after the elapse of the predetermined time t2, the electrodes of the transmitting piezoelectric vibrator are maintained in a low resistance state including a short circuit. An ultrasonic transducer system that holds in state.
【請求項2】共振周波数ftの超音波を送信する送信用
圧電振動子と、 共振周波数nft(nは2以上の整数)の超音波を受信す
る受信用圧電振動子とを有しており、 送信用圧電振動子と受信用圧電振動子の一方は輪帯状
で、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子の他方は円板
状であり、円板状の圧電振動子は輪帯状の圧電振動子の
内側に配置されている、超音波トランスデューサ。
2. A transmitting piezoelectric vibrator for transmitting an ultrasonic wave having a resonance frequency ft, and a receiving piezoelectric vibrator for receiving an ultrasonic wave having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more). One of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator has a ring shape, and the other of the transmitting piezoelectric vibrator and the receiving piezoelectric vibrator has a disc shape, and the disc-shaped piezoelectric vibrator has a ring-shaped piezoelectric vibrator. An ultrasonic transducer located inside the transducer.
【請求項3】共振周波数ftの超音波を送信する複数の
送信用圧電振動子と、 共振周波数nft(nは2以上の整数)の超音波を受信す
る複数の受信用圧電振動子とを有しており、 送信用圧電振動子と受信用圧電振動子は放射状に交互に
配置されている、超音波トランスデューサ。
3. A plurality of transmitting piezoelectric vibrators for transmitting ultrasonic waves having a resonance frequency ft, and a plurality of receiving piezoelectric vibrators for receiving ultrasonic waves having a resonance frequency nft (n is an integer of 2 or more). An ultrasonic transducer in which a transmitting piezoelectric vibrator and a receiving piezoelectric vibrator are alternately arranged radially.
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