JP2554477B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JP2554477B2 JP2554477B2 JP61249849A JP24984986A JP2554477B2 JP 2554477 B2 JP2554477 B2 JP 2554477B2 JP 61249849 A JP61249849 A JP 61249849A JP 24984986 A JP24984986 A JP 24984986A JP 2554477 B2 JP2554477 B2 JP 2554477B2
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、音響レンズを有する超音波探触子を利用分
野とし、特に、音響レンズの周波数に依存して減衰する
伝送特性を補償した超音波探触子に関する。
野とし、特に、音響レンズの周波数に依存して減衰する
伝送特性を補償した超音波探触子に関する。
（発明の背景） 超音波探触子は、医用、鉱工業用の超音波診断装置、
超音波探傷装置に超音波の送受波源として利用される。
一般には、超音波送受波面側に音響レンズを設けて、超
音波を収束し感度を高めるようにしている。そして、近
年では、診断及び探傷精度の向上のため、超音波の周波
数帯域幅（以下、帯域幅と略す）が広くて分解能に優れ
た広帯域型の超音波探触子が望まれている。
超音波探傷装置に超音波の送受波源として利用される。
一般には、超音波送受波面側に音響レンズを設けて、超
音波を収束し感度を高めるようにしている。そして、近
年では、診断及び探傷精度の向上のため、超音波の周波
数帯域幅（以下、帯域幅と略す）が広くて分解能に優れ
た広帯域型の超音波探触子が望まれている。
（従来技術） 第５図は、従来の超音波探触子の一例を示す断面図で
ある。
ある。
超音波の発生源となる圧電板１は、例えばジルコン酸
チタン酸鉛からなり、両主面に厚み振動を励起する励振
電極２が形成される。なお、一方から他方の主面には折
り返し電極３が形成される。超音波送受波面側となる一
方の主面側には、音響整合層４がコーテイングされ、圧
電板１と図示しない被測定体あるいは音響媒質との音響
的なインピーダンス整合を計り超音波の放射効率を高め
る。例えば、被測定体を人体とした場合には、その音響
インピーダンスが1.5×106Kg/m2s、圧電板１のそれが34
×106/m2sなので、音響整合層のそれを4.25×106Kg/m2s
として超音波の波長λのλ/4とする。そして、音響整合
層４の上に例えばシリコンゴムからなる音響レンズ５を
取着し、超音波を被測定体の所定箇所に収束して感度を
高めるようにする構成としていた。
チタン酸鉛からなり、両主面に厚み振動を励起する励振
電極２が形成される。なお、一方から他方の主面には折
り返し電極３が形成される。超音波送受波面側となる一
方の主面側には、音響整合層４がコーテイングされ、圧
電板１と図示しない被測定体あるいは音響媒質との音響
的なインピーダンス整合を計り超音波の放射効率を高め
る。例えば、被測定体を人体とした場合には、その音響
インピーダンスが1.5×106Kg/m2s、圧電板１のそれが34
×106/m2sなので、音響整合層のそれを4.25×106Kg/m2s
として超音波の波長λのλ/4とする。そして、音響整合
層４の上に例えばシリコンゴムからなる音響レンズ５を
取着し、超音波を被測定体の所定箇所に収束して感度を
高めるようにする構成としていた。
（問題点及び原因） しかしながら、このような構成の超音波探触子では、
音響レンズ５により超音波の帯域幅を狭めてしまう問題
があった。すなわち、λ/4の音響整合層４を付着した状
態では、第６図（ａ）の周波数特性図を示したように、
中心周波数（f0）領域で超音波の放射レベルを最大（即
ち、減衰量を最小）として平坦な所定の帯域幅が得られ
る。しかし、音響レンズ５内での超音波の伝送特性は周
波数依存性の減衰特性を有し、第６図（ｂ）に示したよ
うに、周波数が高いほど減衰量が大きくなる。従って、
音響レンズ５を取着した超音波探触子の周波数特性は、
音響整合層４と音響レンズ５とによる周波数特性を積算
した合成になるので、第６図（ｃ）に示したように、帯
域幅を狭める問題があった。
音響レンズ５により超音波の帯域幅を狭めてしまう問題
があった。すなわち、λ/4の音響整合層４を付着した状
態では、第６図（ａ）の周波数特性図を示したように、
中心周波数（f0）領域で超音波の放射レベルを最大（即
ち、減衰量を最小）として平坦な所定の帯域幅が得られ
る。しかし、音響レンズ５内での超音波の伝送特性は周
波数依存性の減衰特性を有し、第６図（ｂ）に示したよ
うに、周波数が高いほど減衰量が大きくなる。従って、
音響レンズ５を取着した超音波探触子の周波数特性は、
音響整合層４と音響レンズ５とによる周波数特性を積算
した合成になるので、第６図（ｃ）に示したように、帯
域幅を狭める問題があった。
（発明の目的） 本発明は、高感度で分解能に優れた超音波探触子を提
供することを目的とする。
供することを目的とする。
（着目点及び解決手段） 本発明は、特に、音響整合層の厚みλ/4を増減するこ
とにより超音波探触子の伝送搬特性が変化することに着
目し、 圧電板と音響整合層とによる伝送特性を所定の周波数
領域において音響レンズの伝送特性とは逆傾斜に設定
し、音響レンズの伝送特性を補償して広帯域としたこと
を解決手段とする。
とにより超音波探触子の伝送搬特性が変化することに着
目し、 圧電板と音響整合層とによる伝送特性を所定の周波数
領域において音響レンズの伝送特性とは逆傾斜に設定
し、音響レンズの伝送特性を補償して広帯域としたこと
を解決手段とする。
（発明の説明） 以下、前述した図及び第３図の伝送特性図を参照して
本発明を説明する。
本発明を説明する。
超音波探触子の音響整合層４の厚みは、前述したよう
に、超音波探触子のほぼ中心周波数の波長λのλ/4に設
定される。この場合には、中心周波数領域ににおける減
衰を最小として平坦な伝送特性が得られる「前第６図
（ａ）」。
に、超音波探触子のほぼ中心周波数の波長λのλ/4に設
定される。この場合には、中心周波数領域ににおける減
衰を最小として平坦な伝送特性が得られる「前第６図
（ａ）」。
一方、音響整合層４の厚みｄをλ/4から増減すると、
第３図の曲線（イ）（ロ）を示したように、中心周波数
（f0）領域で減衰量が増加し、厚みに応じた周波数領域
での超音波レベルを最大（減衰量が０）とする。なお、
同図の曲線（イ）は厚みｄを減少した場合、曲線（ロ）
は増加した場合を示し、横軸を周波数（MHz）、縦軸を
エネルギーレベル（減衰量、dB）としている。すなわ
ち、この図から明らかなように、音響整合層４の厚みに
より中心周波数（f0）領域における伝送曲線の傾斜を変
化させ得ることが理解される。
第３図の曲線（イ）（ロ）を示したように、中心周波数
（f0）領域で減衰量が増加し、厚みに応じた周波数領域
での超音波レベルを最大（減衰量が０）とする。なお、
同図の曲線（イ）は厚みｄを減少した場合、曲線（ロ）
は増加した場合を示し、横軸を周波数（MHz）、縦軸を
エネルギーレベル（減衰量、dB）としている。すなわ
ち、この図から明らかなように、音響整合層４の厚みに
より中心周波数（f0）領域における伝送曲線の傾斜を変
化させ得ることが理解される。
従って、例えば第４図に示したように、音響レンズに
よる伝送特性を前述した減衰特性（曲線ニ）とし、音響
整合層による伝送特性を所定の周波数領域内で前記減衰
特性とは逆傾斜に設定（曲線ハ）すれば、両者の伝送特
性が合成されて平坦な伝送特性（曲線ホ）となり、音響
レンズによる減衰特性を補償できる。以下、本発明の一
実施例を説明する。
よる伝送特性を前述した減衰特性（曲線ニ）とし、音響
整合層による伝送特性を所定の周波数領域内で前記減衰
特性とは逆傾斜に設定（曲線ハ）すれば、両者の伝送特
性が合成されて平坦な伝送特性（曲線ホ）となり、音響
レンズによる減衰特性を補償できる。以下、本発明の一
実施例を説明する。
（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を説明する超音波探触子
の断面図である。なお、前述した図と同一部分には同番
号を付与して説明する。
の断面図である。なお、前述した図と同一部分には同番
号を付与して説明する。
圧電板１は前述したようにPZTからなり、超音波周波
数が所定の値となる厚みに設定される。そして、両主面
には励振電極２が形成され、一方から他方の主面には折
り返し電極３が延出する。超音波の送受波面となる一方
の主面には音響整合層４が超音波の波長λのλ/4より厚
い厚みｄ′コーティングされる。例えば、超音波周波数
を7.5MHz（即ちλ/4波長が約90μ）とすると、その厚み
は約110μ程度になる。そして、前述したような減衰特
性を有する音響レンズ５が取着される。
数が所定の値となる厚みに設定される。そして、両主面
には励振電極２が形成され、一方から他方の主面には折
り返し電極３が延出する。超音波の送受波面となる一方
の主面には音響整合層４が超音波の波長λのλ/4より厚
い厚みｄ′コーティングされる。例えば、超音波周波数
を7.5MHz（即ちλ/4波長が約90μ）とすると、その厚み
は約110μ程度になる。そして、前述したような減衰特
性を有する音響レンズ５が取着される。
第２図（ａ）（ｂ）は、本実施例による効果を説明す
る従来例と比較した超音波探触子の伝送特性図である。
なお、図中の横軸は超音波の周波数（MHz）、縦軸は放
射レベルが最大のときを0dBした減衰量（dB）である。
る従来例と比較した超音波探触子の伝送特性図である。
なお、図中の横軸は超音波の周波数（MHz）、縦軸は放
射レベルが最大のときを0dBした減衰量（dB）である。
すなわち、第２図（ａ）の本発明による伝送曲線の6d
B減衰した通過帯域幅は、下限周波数f1を約6.08MHz、上
限周波数f2を約9.24MHzとして2.16MHZになる。他方、第
２図（ｂ）の従来例の6dB減衰した通過帯域幅は下限周
波数f1′を5.6MHz、上限周波数f3′を7.2MHzとして1.6M
Hzになる。
B減衰した通過帯域幅は、下限周波数f1を約6.08MHz、上
限周波数f2を約9.24MHzとして2.16MHZになる。他方、第
２図（ｂ）の従来例の6dB減衰した通過帯域幅は下限周
波数f1′を5.6MHz、上限周波数f3′を7.2MHzとして1.6M
Hzになる。
従って、本実施例では従来例に比し帯域幅を1.35倍に
することができ、パルス応答性に優れて分解能を良好と
することができる。
することができ、パルス応答性に優れて分解能を良好と
することができる。
（他の事項） なお、上記実施例では、音響整合層の厚みを理論上の
厚み（超音波のλ/4）から変化させて圧電板との伝送特
性を音響ンズとは逆傾斜になるようにしたが、例えは音
響整合層の厚みを理論上の厚みに設定して圧電板の厚み
を異ならせてもよく、要は圧電板と音響整合層とによる
伝送特性が音響レンズの傾斜とは逆になるようにすれば
よい。
厚み（超音波のλ/4）から変化させて圧電板との伝送特
性を音響ンズとは逆傾斜になるようにしたが、例えは音
響整合層の厚みを理論上の厚みに設定して圧電板の厚み
を異ならせてもよく、要は圧電板と音響整合層とによる
伝送特性が音響レンズの傾斜とは逆になるようにすれば
よい。
また、音響整合層を一層として説明したが、例えば二
層以上としたものでも本発明を適用できる。但し、第一
層目と第二層目とを接着して形成する場合には、接着層
の厚みを考慮した音響的な厚みがλ/4波長より大きくな
るようにする。さらに、圧電板を単一圧電板としたが、
例えば複数個の圧電片を並べて形成したリニアー・アレ
ー型、セクター走査型及びコンベックス・アレー型等、
種々の探触子に同一原理で応用できる。
層以上としたものでも本発明を適用できる。但し、第一
層目と第二層目とを接着して形成する場合には、接着層
の厚みを考慮した音響的な厚みがλ/4波長より大きくな
るようにする。さらに、圧電板を単一圧電板としたが、
例えば複数個の圧電片を並べて形成したリニアー・アレ
ー型、セクター走査型及びコンベックス・アレー型等、
種々の探触子に同一原理で応用できる。
そして、中心周波数領域における音響レンズの周波数
特性を右下がり、音響整合層を右上がりの逆特性として
説明したが、これに限定されることなく各周波数特性が
逆であってもよく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
内で適宜利用される。
特性を右下がり、音響整合層を右上がりの逆特性として
説明したが、これに限定されることなく各周波数特性が
逆であってもよく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
内で適宜利用される。
また、発明の説明では帯域内を便宜的に平坦部分と
し、図面では直線として記載してあるが、実際には実施
例で示したように凸上の曲線になる。
し、図面では直線として記載してあるが、実際には実施
例で示したように凸上の曲線になる。
（発明の効果） 本発明は、圧電板と音響整合層とによる伝送特性を所
定の周波数領域において音響レンズの伝送特性とは逆傾
斜に設定し音響レンズの伝送特性を補償して広帯域とし
たので、高分解能で感度が良好な超音波探触子を提供で
きる。
定の周波数領域において音響レンズの伝送特性とは逆傾
斜に設定し音響レンズの伝送特性を補償して広帯域とし
たので、高分解能で感度が良好な超音波探触子を提供で
きる。
第１図は本発明の一実施例を説明する超音波探触子の断
面図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例の効果を
説明する従来例に比較した周波数特性図、第３図及び第
４図は本発明を説明する周波数特性図である。第５図は
従来例を説明する超音波探触子の断面図、第６図（ａ）
（ｂ）（ｃ）は従来例の超音波探触子を周波数特性図で
ある。 １……圧電板、２……励振電極、３……折り返し電極、
４……音響整合層、５……音響レンズ。
面図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例の効果を
説明する従来例に比較した周波数特性図、第３図及び第
４図は本発明を説明する周波数特性図である。第５図は
従来例を説明する超音波探触子の断面図、第６図（ａ）
（ｂ）（ｃ）は従来例の超音波探触子を周波数特性図で
ある。 １……圧電板、２……励振電極、３……折り返し電極、
４……音響整合層、５……音響レンズ。
Claims (2)
- 【請求項１】圧電板の一方の主面に形成された音響整合
層上に周波数依存性の伝送特性を有する音響レンズを取
着した超音波探触子において、前記圧電板と音響整合層
とによる伝送特性を、前記音響レンズの伝送特性とは所
定の周波数領域において逆傾斜の特性とし、前記音響レ
ンズの伝送特性を補償して広帯域としたことを特徴とす
る超音波探触子。 - 【請求項２】第１項記載の特許請求の範囲において、前
記音響整合層の厚みを超音波の波長λのλ/4以上とした
ことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61249849A JP2554477B2 (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61249849A JP2554477B2 (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103992A JPS63103992A (ja) | 1988-05-09 |
| JP2554477B2 true JP2554477B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=17199095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61249849A Expired - Fee Related JP2554477B2 (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554477B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1127798A (ja) * | 1997-07-04 | 1999-01-29 | S C:Kk | 超音波振動の発生方法 |
| CN108054275B (zh) * | 2017-12-12 | 2021-11-16 | 北京信息科技大学 | 一种非等厚匹配层压电振子及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5772494A (en) * | 1980-10-23 | 1982-05-06 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Ultrasonic probe |
| US4366406A (en) * | 1981-03-30 | 1982-12-28 | General Electric Company | Ultrasonic transducer for single frequency applications |
| JPS6099236A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-03 | 株式会社東芝 | 超音波プロ−ブ |
| JPS61185258A (ja) * | 1985-02-14 | 1986-08-18 | 松下電器産業株式会社 | 超音波探触子 |
-
1986
- 1986-10-21 JP JP61249849A patent/JP2554477B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63103992A (ja) | 1988-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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