JP2804561B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波を利用した計測の分野において用い
られる超音波探触子に関する。
られる超音波探触子に関する。
［従来の技術］ たとえば、生体等の被検体に超音波を送波し、被検体
内部から反射されて到来する反射超音波を受波すること
によって被検体内部の計測および画像化を行なう超音波
診断装置において、超音波探触子は直接、被検体に接触
して超音波を送受波する機能を有するため、その特性は
極めて重要である。とくに、超音波の到達深度、S/N比
および深度方向の分解能を決定する超音波探触子の特性
としては、感度および応答性が最も重要となる。ここ
で、「感度」とは探触子の駆動電圧に対する受信電圧波
形のピーク電圧のことであり、「応答性」とは受信電圧
波形の時間的な長さのことで、通常、ピーク電圧から−
20dBまたは−40dBとなる時間幅で表わす。したがって、
感度は高いほど良く、応答性は短いほど良いことによ
る。
内部から反射されて到来する反射超音波を受波すること
によって被検体内部の計測および画像化を行なう超音波
診断装置において、超音波探触子は直接、被検体に接触
して超音波を送受波する機能を有するため、その特性は
極めて重要である。とくに、超音波の到達深度、S/N比
および深度方向の分解能を決定する超音波探触子の特性
としては、感度および応答性が最も重要となる。ここ
で、「感度」とは探触子の駆動電圧に対する受信電圧波
形のピーク電圧のことであり、「応答性」とは受信電圧
波形の時間的な長さのことで、通常、ピーク電圧から−
20dBまたは−40dBとなる時間幅で表わす。したがって、
感度は高いほど良く、応答性は短いほど良いことによ
る。
ところで、従来から感度および応答性を向上させるた
めに、振動子と被検体との間の音響的整合をとる目的
で、振動子の検体側の音響放射面に複数層の音響整合層
を介させる方式や、振動子の背面に不要な振動を吸収す
るための背面材を設ける方式等が採られてきた。
めに、振動子と被検体との間の音響的整合をとる目的
で、振動子の検体側の音響放射面に複数層の音響整合層
を介させる方式や、振動子の背面に不要な振動を吸収す
るための背面材を設ける方式等が採られてきた。
従来の一般的な探触子は背面材を有する。背面材は振
動子を機械的に保持するうえでも重要である。背面材の
超音波の吸収を高めるため、一般には高分子材料に金属
またはセラミック粉を混入して超音波を散乱させたり、
背面材の音響インピーダンスを振動子のそれに近付ける
ことで背面材の音波の透過率を高める方法が採られてき
た。しかしこれらの方法では、振動子の背面に放射され
る音波は吸収される分だけ損失となり、探触子の感度は
それだけ低下することになる。これを、文献“New Meth
od of Time Domain Analysis of the Performance of M
ulti−Layrerd Ultrasonic Transducers"IEEE第UFFC
巻、第６号（1986）によるシュミレーションによって明
らかにすると、例えば背面材のある場合は、無い場合に
比較すると、波形が短くなり応答性は約40％になるが、
感度は約30％に低下する。
動子を機械的に保持するうえでも重要である。背面材の
超音波の吸収を高めるため、一般には高分子材料に金属
またはセラミック粉を混入して超音波を散乱させたり、
背面材の音響インピーダンスを振動子のそれに近付ける
ことで背面材の音波の透過率を高める方法が採られてき
た。しかしこれらの方法では、振動子の背面に放射され
る音波は吸収される分だけ損失となり、探触子の感度は
それだけ低下することになる。これを、文献“New Meth
od of Time Domain Analysis of the Performance of M
ulti−Layrerd Ultrasonic Transducers"IEEE第UFFC
巻、第６号（1986）によるシュミレーションによって明
らかにすると、例えば背面材のある場合は、無い場合に
比較すると、波形が短くなり応答性は約40％になるが、
感度は約30％に低下する。
さて、背面材への音波の放射による損失を減じて感度
を高める場合は、背面材の音響インピーダンスを低くす
ること（1.0x105kg/m2s〜4.0x105kg/m2s）が望ましく、
背面材としては高分子系材料が適している。しかし高分
子系の材料は、低音響インピーダンスではあるが超音波
の吸収は十分ではなく、背面材の裏面からの反射波によ
る送受波形の歪および応答性の劣化が問題となる。そこ
で、これを避けるためには背面材を十分厚くして反射波
を減衰させたり、裏面を不整にして反射波を散乱させた
りする方法が考えられている。また、背面材への音波の
放射による損失を防ぐ方法としては、特開昭63−234949
に、背面材と振動子の間にミスマッチング層を設け、振
動子の背面側の音響インピーダンスを等価的に低くする
ことによって音波を被検体側に反射させる方法が示され
ている。しかしこの方法では、第２の背面層（振動子に
接する背面層を第１の背面層とする）の裏面から反射さ
れる音波については全く考慮されず、前述と同様に受信
波形の歪や応答性の劣化が大きな問題となる。
を高める場合は、背面材の音響インピーダンスを低くす
ること（1.0x105kg/m2s〜4.0x105kg/m2s）が望ましく、
背面材としては高分子系材料が適している。しかし高分
子系の材料は、低音響インピーダンスではあるが超音波
の吸収は十分ではなく、背面材の裏面からの反射波によ
る送受波形の歪および応答性の劣化が問題となる。そこ
で、これを避けるためには背面材を十分厚くして反射波
を減衰させたり、裏面を不整にして反射波を散乱させた
りする方法が考えられている。また、背面材への音波の
放射による損失を防ぐ方法としては、特開昭63−234949
に、背面材と振動子の間にミスマッチング層を設け、振
動子の背面側の音響インピーダンスを等価的に低くする
ことによって音波を被検体側に反射させる方法が示され
ている。しかしこの方法では、第２の背面層（振動子に
接する背面層を第１の背面層とする）の裏面から反射さ
れる音波については全く考慮されず、前述と同様に受信
波形の歪や応答性の劣化が大きな問題となる。
［発明が解決しようとする課題］ しかもこれらの方法は、探触子が大きくなり、製造工
程が複雑になるなどの弊害を含んでいる。とくに、低周
波数の探触子や、探触子の小型化が必須の場合には、こ
れは重要な問題となる。
程が複雑になるなどの弊害を含んでいる。とくに、低周
波数の探触子や、探触子の小型化が必須の場合には、こ
れは重要な問題となる。
そこで、本発明は上述の問題点を解決し、感度および
応答性が良く、さらに背面材の厚さが従来に比してかな
り薄い超音波探触子を提供することを目的とする。
応答性が良く、さらに背面材の厚さが従来に比してかな
り薄い超音波探触子を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、背面材に入射される音波を振動子側
に積極的に反射させることによって、この目的が達成さ
れる。
に積極的に反射させることによって、この目的が達成さ
れる。
本発明によれば、超音波を送受信し第１の音響インピ
ーダンスを有する振動子を含む超音波探触子は、振動子
の背面に少なくとも第１および第２の背面層を有し、第
１の背面層は、振動子の背面に接して第１の音響インピ
ーダンスより小さい第２の音響インピーダンスを有し、
第２の背面層は、第１の背面層の背面に接して第２の音
響インピーダンスより大きい第３の音響インピーダンス
を有する。
ーダンスを有する振動子を含む超音波探触子は、振動子
の背面に少なくとも第１および第２の背面層を有し、第
１の背面層は、振動子の背面に接して第１の音響インピ
ーダンスより小さい第２の音響インピーダンスを有し、
第２の背面層は、第１の背面層の背面に接して第２の音
響インピーダンスより大きい第３の音響インピーダンス
を有する。
望ましくは、第１の背面層は厚さLb1を有し、第２の
背面層は厚さLb2を有し、第１の背面層の内部では振動
子の自由共振周波数の波長がλb1で伝搬し、第２の背面
層の内部では自由共振周波数の波長がλb2で伝搬し、 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 なる関係に設定されている。
背面層は厚さLb2を有し、第１の背面層の内部では振動
子の自由共振周波数の波長がλb1で伝搬し、第２の背面
層の内部では自由共振周波数の波長がλb2で伝搬し、 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 なる関係に設定されている。
本発明によればまた、第１の背面層は、第２の音響イ
ンピーダンスが1.0x105kg/m2sから5.0x105kg/m2sまでの
値を有する高分子材料を含む。
ンピーダンスが1.0x105kg/m2sから5.0x105kg/m2sまでの
値を有する高分子材料を含む。
さらに本発明によれば、第２の背面層は、第３の音響
インピーダンスが5.0x105kg/m2sを下回らない値を有す
る高分子複合系、ガラス系、セラミック系および金属系
の材料からなる群より選択された材料を含む。
インピーダンスが5.0x105kg/m2sを下回らない値を有す
る高分子複合系、ガラス系、セラミック系および金属系
の材料からなる群より選択された材料を含む。
本発明によればまた、探触子は、振動子の被検体と接
触する側に少なくとも１層の音響整合層を含む。
触する側に少なくとも１層の音響整合層を含む。
さらに本発明によれば、探触子は、第２の背面層の背
面に接触し第３の音響インピーダンスより小さい第４の
音響インピーダンスを有する第３の背面層を含む。
面に接触し第３の音響インピーダンスより小さい第４の
音響インピーダンスを有する第３の背面層を含む。
本発明によればさらに、第４の音響インピーダンス
は、1.0x105kg/m2sから10.0x105kg/m2sまでの値に設定
されている。
は、1.0x105kg/m2sから10.0x105kg/m2sまでの値に設定
されている。
本発明によればまた、第３の背面層は厚さLb3を有
し、第３の背面層の内部では振動子の自由共振周波数の
波長がλb3で伝搬し Lb3≦λb3 なる関係に設定されている。
し、第３の背面層の内部では振動子の自由共振周波数の
波長がλb3で伝搬し Lb3≦λb3 なる関係に設定されている。
［作 用］ 本発明によれば、振動子から第１の背面層に入射され
る音波は、第１の背面層と第２背面層との間の界面およ
び第２背面層の背面で反射される。第１および第２背面
層の音響インピーダンスを所定の値に設定することで、
背面層に入射される音波は第２層以降にはほとんど伝搬
せず、振動子側に反射される。さらに、第１および第２
の背面層の厚さを所定の厚さにすることで、各背面層の
界面で反射される音波の位相が整合する。このため、送
信および受信波形を歪ませることがない。したがって探
触子の感度および応答性が向上する。
る音波は、第１の背面層と第２背面層との間の界面およ
び第２背面層の背面で反射される。第１および第２背面
層の音響インピーダンスを所定の値に設定することで、
背面層に入射される音波は第２層以降にはほとんど伝搬
せず、振動子側に反射される。さらに、第１および第２
の背面層の厚さを所定の厚さにすることで、各背面層の
界面で反射される音波の位相が整合する。このため、送
信および受信波形を歪ませることがない。したがって探
触子の感度および応答性が向上する。
［実施例］ 以下、本発明による超音波探触子の実施例を図面を参
照して具体的に説明する。
照して具体的に説明する。
本発明の理解のために、実施例の説明に先立って第９
図に示す従来の探触子20を説明する。これは、探触子20
を被検体９に接して置いたときにこれに接する音響整合
層22、振動子21および背面材24で構成されている。第10
A図は背面材がない場合に振動子21から送受信される波
形を示す。第10B図は、背面材24を振動子21に設けた第
９図の探触子20の場合の波形を示し、背面材24の効果に
より応答性は改善されているが感度が低下していること
が解る。
図に示す従来の探触子20を説明する。これは、探触子20
を被検体９に接して置いたときにこれに接する音響整合
層22、振動子21および背面材24で構成されている。第10
A図は背面材がない場合に振動子21から送受信される波
形を示す。第10B図は、背面材24を振動子21に設けた第
９図の探触子20の場合の波形を示し、背面材24の効果に
より応答性は改善されているが感度が低下していること
が解る。
応答性と感度をより改善するために、本発明による超
音波探触子10（第１図）は、振動子５の背面に３層の背
面層1,2,3を有する。第１図に示す例では３層の背面層
が設けられている。本実施例では、振動子５の背面に接
する第１の背面層１の音響インピーダンスZb1,第１の背
面層１の背面に接する第２の背面層２の音響インピーダ
ンスZb2,そして振動子５の音響インピーダンスZtを Zb1＜Zb2,Zb1＜Zt に設定している。さらに望ましくは、第１の背面層１の
厚さLb1,第２の背面層２の厚さLb2を 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 に設定している。ただし、λb1は振動子５の自由共振周
波数における第１の背面層１内の波長であり、λb2は振
動子５の自由共振周波数における第２の背面層２内の波
長である。
音波探触子10（第１図）は、振動子５の背面に３層の背
面層1,2,3を有する。第１図に示す例では３層の背面層
が設けられている。本実施例では、振動子５の背面に接
する第１の背面層１の音響インピーダンスZb1,第１の背
面層１の背面に接する第２の背面層２の音響インピーダ
ンスZb2,そして振動子５の音響インピーダンスZtを Zb1＜Zb2,Zb1＜Zt に設定している。さらに望ましくは、第１の背面層１の
厚さLb1,第２の背面層２の厚さLb2を 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 に設定している。ただし、λb1は振動子５の自由共振周
波数における第１の背面層１内の波長であり、λb2は振
動子５の自由共振周波数における第２の背面層２内の波
長である。
以上の条件を有する探触子10では、振動子10から第１
の背面層１に入射される音波が、第１と第２の背面層の
界面および第２の背面層の背面で反射される。その場
合、第１の背面層１および第２の背面層２の音響インピ
ーダンスを所定の値に設定することで、背面層１および
２に入射される音波は第２層以降にはほとんど伝搬せ
ず、振動子５の側に積極的に反射される。さらに、第１
の背面層１および第２の背面層２の厚さを所定の厚さに
することで、各背面層の界面で反射される音波の位相が
整合するため、送信および受信波形が歪まない。したが
って、探触子10の感度および応答性が向上する。実施例
の探触子10は、上記の条件を備え、３層の背面層1,2,3
を有する。
の背面層１に入射される音波が、第１と第２の背面層の
界面および第２の背面層の背面で反射される。その場
合、第１の背面層１および第２の背面層２の音響インピ
ーダンスを所定の値に設定することで、背面層１および
２に入射される音波は第２層以降にはほとんど伝搬せ
ず、振動子５の側に積極的に反射される。さらに、第１
の背面層１および第２の背面層２の厚さを所定の厚さに
することで、各背面層の界面で反射される音波の位相が
整合するため、送信および受信波形が歪まない。したが
って、探触子10の感度および応答性が向上する。実施例
の探触子10は、上記の条件を備え、３層の背面層1,2,3
を有する。
以下、従来例の探触子20と比較して実施例を説明す
る。第１図および第２図に示す第１の実施例の探触子10
および12は、振動子５、整合層６、および３層の背面層
1,2,3で構成されている。第４図に第１の実施例と従来
法の比較を示す。図中、（１）（２）（３）は構成材料
による分類を、Ａは本発明の実施例を、またＢは従来法
を示す。Ｚは各層の音響インピーダンス、λは各層内の
自由共振周波数の波長、Ｓは感度、Ｒは応答性を示す。
る。第１図および第２図に示す第１の実施例の探触子10
および12は、振動子５、整合層６、および３層の背面層
1,2,3で構成されている。第４図に第１の実施例と従来
法の比較を示す。図中、（１）（２）（３）は構成材料
による分類を、Ａは本発明の実施例を、またＢは従来法
を示す。Ｚは各層の音響インピーダンス、λは各層内の
自由共振周波数の波長、Ｓは感度、Ｒは応答性を示す。
材料区分（１）では振動子5,21にセラミック系の材料
を用い、第１の背面層1,第３の背面層3,24,および整合
層6,22に樹脂系の材料を、また第２の背面層２に銅箔等
の金属箔を用いている。第6A図に本実施例における送受
信波形、第6B図に従来法による波形を示す。図中foは振
動子の自由共振周波数を示す。
を用い、第１の背面層1,第３の背面層3,24,および整合
層6,22に樹脂系の材料を、また第２の背面層２に銅箔等
の金属箔を用いている。第6A図に本実施例における送受
信波形、第6B図に従来法による波形を示す。図中foは振
動子の自由共振周波数を示す。
本実施例は、従来法に比べ感度Ｓは38％向上し、応答
性Ｒは14％劣化する。しかし応答性については、本実施
例においても十分小さい値であり、実用上の問題はな
い。またシミュレーションによる本実施例の受信波形
は、従来法の受信波形と比較すると、両者とも波形歪が
少なく良好な応答性を示していることが判る。このよう
に、本実施例において応答性を著しく損なわずに感度を
向上させることができた理由は、次のように説明され
る。
性Ｒは14％劣化する。しかし応答性については、本実施
例においても十分小さい値であり、実用上の問題はな
い。またシミュレーションによる本実施例の受信波形
は、従来法の受信波形と比較すると、両者とも波形歪が
少なく良好な応答性を示していることが判る。このよう
に、本実施例において応答性を著しく損なわずに感度を
向上させることができた理由は、次のように説明され
る。
振動子５の背面に放射される音波は、第１の背面層１
と第２の背面層２との界面、および第２の背面層２と第
３の背面層３との界面で反射される。振動子５の音響イ
ンピーダンスZtと第１〜第３の背面１〜３の音響インピ
ーダンスZb1〜Zb3との間にZb1＜Zt,Zb2,Zb3＜Zb2なる関
係を設定することによって、振動子５の背面に放射され
る音波の第３の背面層３への透過を少なくしている。従
来法による背面層24と本実施例の第３の背面層３に透過
する音波を音圧の透過率で比較すると、従来法による透
過率Tpは、 Tp＝2Zb1/（Zt＋Zb1） 本実施例による透過率Tiは、 Ti＝｛2Zb1/（Zt＋Zb1）｝ｘ｛2Zb2/（Zb1＋Zb2）｝ ｘ｛2Zb3/（Zb2＋Zb3）｝ で表わすことができる。そこで、これに第３図（１）Ａ
および（１）Ｂに示す各層の音響インピーダンスの値を
代入すると、それぞれTp＝0.18およびTp＝0.04となる。
と第２の背面層２との界面、および第２の背面層２と第
３の背面層３との界面で反射される。振動子５の音響イ
ンピーダンスZtと第１〜第３の背面１〜３の音響インピ
ーダンスZb1〜Zb3との間にZb1＜Zt,Zb2,Zb3＜Zb2なる関
係を設定することによって、振動子５の背面に放射され
る音波の第３の背面層３への透過を少なくしている。従
来法による背面層24と本実施例の第３の背面層３に透過
する音波を音圧の透過率で比較すると、従来法による透
過率Tpは、 Tp＝2Zb1/（Zt＋Zb1） 本実施例による透過率Tiは、 Ti＝｛2Zb1/（Zt＋Zb1）｝ｘ｛2Zb2/（Zb1＋Zb2）｝ ｘ｛2Zb3/（Zb2＋Zb3）｝ で表わすことができる。そこで、これに第３図（１）Ａ
および（１）Ｂに示す各層の音響インピーダンスの値を
代入すると、それぞれTp＝0.18およびTp＝0.04となる。
TpおよびTiを比較すると、明らかに本実施例の方が背
面層への音圧の透過率が低く、振動子の背面に放射され
る音波はほとんど振動子側に反射され、その分、感度が
改善される。また、第１と第２の背面層の厚さを最適化
し、背面層のそれぞれの界面で反射される音波の位相が
整合することによって、送信および受信波形の歪みが少
なくなり、さらに感度も改善される。したがって本実施
例においては、背面層への音波の散逸を減じ、位相を整
合したことにより、応答性を損なうことなく感度を大幅
に向上できた。
面層への音圧の透過率が低く、振動子の背面に放射され
る音波はほとんど振動子側に反射され、その分、感度が
改善される。また、第１と第２の背面層の厚さを最適化
し、背面層のそれぞれの界面で反射される音波の位相が
整合することによって、送信および受信波形の歪みが少
なくなり、さらに感度も改善される。したがって本実施
例においては、背面層への音波の散逸を減じ、位相を整
合したことにより、応答性を損なうことなく感度を大幅
に向上できた。
本発明は、これらの実施例に限定されることなく、そ
の要旨を変更せざる範囲で変形可能である。例えば、振
動子５に高分子複合系の材料を用いた場合の例が第３図
（２）に示されている。同様に高分子系の材料を用いた
場合は同図（３）に例示されている。また、第２の背面
層2,24としてはセラミック系、ガラス系、高分子複合系
なども用いることができる。しかし、何れの場合におい
ても本実施例の効果は有効である。
の要旨を変更せざる範囲で変形可能である。例えば、振
動子５に高分子複合系の材料を用いた場合の例が第３図
（２）に示されている。同様に高分子系の材料を用いた
場合は同図（３）に例示されている。また、第２の背面
層2,24としてはセラミック系、ガラス系、高分子複合系
なども用いることができる。しかし、何れの場合におい
ても本実施例の効果は有効である。
本発明による第２の実施例の探触子は、第１図に示す
探触子10の構造において背面層３の厚さをLb3＝λb3/2
としたものである。探触子の各層の音響インピーダン
ス、厚さ、ならびに感度および応答性の値を第４図
（１）Ａに示す。背面層を１層とした従来法を同図
（１）Ｂに示す。また第6A図に本実施例の、第6B図に従
来法のシミュレーションによる送受信波形を示す。第３
図（１），ならびに第7A図および第7B図より明らかに本
実施例の方が応答性に優れ、波形の歪が少ないことが判
る。これは、第１の背面層１および第２の背面層２によ
って、振動子５の背面側に放射される音波を被検体側に
積極的に反射させ、かつ波形の歪みも少なくしているか
らである。従来の方法では、背面層24の裏面からの反射
波の影響を避けるためには、背面層24を十分厚くした
り、裏面を不整にしたりしていた。しかし本発明では、
背面層１〜３の裏面の反射波の影響がほとんど無いた
め、本実施例で示すように背面層１〜３の厚みを従来に
比べて十分に薄くでき、探触子10を全体的に小型化でき
る。
探触子10の構造において背面層３の厚さをLb3＝λb3/2
としたものである。探触子の各層の音響インピーダン
ス、厚さ、ならびに感度および応答性の値を第４図
（１）Ａに示す。背面層を１層とした従来法を同図
（１）Ｂに示す。また第6A図に本実施例の、第6B図に従
来法のシミュレーションによる送受信波形を示す。第３
図（１），ならびに第7A図および第7B図より明らかに本
実施例の方が応答性に優れ、波形の歪が少ないことが判
る。これは、第１の背面層１および第２の背面層２によ
って、振動子５の背面側に放射される音波を被検体側に
積極的に反射させ、かつ波形の歪みも少なくしているか
らである。従来の方法では、背面層24の裏面からの反射
波の影響を避けるためには、背面層24を十分厚くした
り、裏面を不整にしたりしていた。しかし本発明では、
背面層１〜３の裏面の反射波の影響がほとんど無いた
め、本実施例で示すように背面層１〜３の厚みを従来に
比べて十分に薄くでき、探触子10を全体的に小型化でき
る。
なお、本発明はこの特定の実施例にも限定されること
なく、その要旨を変更しない範囲で変形可能である。例
えば、振動子として高分子複合系の材料を用いた場合は
第４図（２）に例示され、同様に高分子系の材料を用い
た場合は同図（３）に例示されている。また第２の背面
層２としては、セラミック系、ガラス系、高分子複合系
なども用いることができる。しかし、何れの場合におい
ても本実施例の効果は有効である。
なく、その要旨を変更しない範囲で変形可能である。例
えば、振動子として高分子複合系の材料を用いた場合は
第４図（２）に例示され、同様に高分子系の材料を用い
た場合は同図（３）に例示されている。また第２の背面
層２としては、セラミック系、ガラス系、高分子複合系
なども用いることができる。しかし、何れの場合におい
ても本実施例の効果は有効である。
本発明の第３の実施例による探触子12は、第２図に示
すように、第１図に示す実施例の探触子10に別な音響整
合層８を付加して整合層を２層としたものである。その
他の構成については第３図（１）で説明した構成と同様
である。探触子12の各層の音響インピーダンス、厚さ、
ならびに感度および応答性を第５図に示す。この第３の
実施例では、整合層２層にすることで、整合層を１層に
した第１の実施例より応答性が40％も改善されることが
第５図と第３図（１）より明らかである。また、第８図
の受信波形および第6A図の第１の実施例の波形と比較し
ても、第３の実施例の方が明らかに短い応答性を呈して
いる。
すように、第１図に示す実施例の探触子10に別な音響整
合層８を付加して整合層を２層としたものである。その
他の構成については第３図（１）で説明した構成と同様
である。探触子12の各層の音響インピーダンス、厚さ、
ならびに感度および応答性を第５図に示す。この第３の
実施例では、整合層２層にすることで、整合層を１層に
した第１の実施例より応答性が40％も改善されることが
第５図と第３図（１）より明らかである。また、第８図
の受信波形および第6A図の第１の実施例の波形と比較し
ても、第３の実施例の方が明らかに短い応答性を呈して
いる。
一般に、音響媒質（生体等の被検体）と振動子の音響
的整合は整合層が多層になるほど良いことが知られてい
る。本実施例においても、整合層を１層から２層にし、
さらにその音響インピーダンスを最適化し、厚さをλ/4
にしたことによって、振動子５と被検体との間の超音波
の損失が少なくなり、かつ位相が整合する。このため応
答性が改善された。しかし、本来は整合層を２層にする
ことで感度も改善されるはずであるが、本発明において
は背面層を請求の範囲に示した構成にすることによっ
て、感度が既に大幅に改善されているため、整合層を２
層にした効果自体はほとんど直接表われていないと言え
る。本実施例においても、発明の要旨を変更しない範囲
で変形可能である。
的整合は整合層が多層になるほど良いことが知られてい
る。本実施例においても、整合層を１層から２層にし、
さらにその音響インピーダンスを最適化し、厚さをλ/4
にしたことによって、振動子５と被検体との間の超音波
の損失が少なくなり、かつ位相が整合する。このため応
答性が改善された。しかし、本来は整合層を２層にする
ことで感度も改善されるはずであるが、本発明において
は背面層を請求の範囲に示した構成にすることによっ
て、感度が既に大幅に改善されているため、整合層を２
層にした効果自体はほとんど直接表われていないと言え
る。本実施例においても、発明の要旨を変更しない範囲
で変形可能である。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明による超音波探触子には
振動子の背面に少なくとも３層の背面層を設け、振動子
の音響インピーダンスをZtとして、振動子の背面に接す
る第１の背面層の音響インピーダンスZb1,およびその背
面に接する第２の背面層の音響インピーダンスZb2を Zb1＜Zb2 Zb1＜Zt なる関係に設定し、さらに望ましくは第１の背面層の厚
さLb1,および第２の背面層の厚さLb2を 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 に設定したものである。これによって、振動子の背面に
放射される音波による損失、および背面層からの不要な
反射波による送受信波形の歪みが最小化され、したがっ
て超音波探触子の感度および応答性が改善される。さら
に、背面層を従来に比べてかなり薄くすることが可能な
ため、探触子の小型化が容易になる。
振動子の背面に少なくとも３層の背面層を設け、振動子
の音響インピーダンスをZtとして、振動子の背面に接す
る第１の背面層の音響インピーダンスZb1,およびその背
面に接する第２の背面層の音響インピーダンスZb2を Zb1＜Zb2 Zb1＜Zt なる関係に設定し、さらに望ましくは第１の背面層の厚
さLb1,および第２の背面層の厚さLb2を 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 に設定したものである。これによって、振動子の背面に
放射される音波による損失、および背面層からの不要な
反射波による送受信波形の歪みが最小化され、したがっ
て超音波探触子の感度および応答性が改善される。さら
に、背面層を従来に比べてかなり薄くすることが可能な
ため、探触子の小型化が容易になる。
第１図は本発明による超音波探触子の第１および第２の
実施例の断面構造を示す断面図、 第２図は本発明による超音波探触子の第３の実施例の断
面構造を示す第１図と同様の断面図、 第３図および第４図は第１および第２の実施例と従来法
の特性を例示した特性図、 第５図は本発明の第３の実施例の特性を示す特性図、 第6A図および第6B図は第１の実施例と従来法における送
受信波形の例を示す波形図、 第7A図および第7B図は第２の実施例と従来法における送
受信波形の例を示す波形図、 第８図は本発明の第３の実施例の受信波形の例を示す波
形図、 第９図は従来法の探触子の例を示す第１図と同様の断面
図、 第10A図は従来法による送受信波形で背面材のない場合
の波形図、 第10B図は従来法の送受信波形で背面材のある場合の波
形図である。 主要部分の符号の説明 1,2,3,24……背面層 5,21……振動子 6,8,22……整合層 ９……被検体 10,12,20……超音波探触子
実施例の断面構造を示す断面図、 第２図は本発明による超音波探触子の第３の実施例の断
面構造を示す第１図と同様の断面図、 第３図および第４図は第１および第２の実施例と従来法
の特性を例示した特性図、 第５図は本発明の第３の実施例の特性を示す特性図、 第6A図および第6B図は第１の実施例と従来法における送
受信波形の例を示す波形図、 第7A図および第7B図は第２の実施例と従来法における送
受信波形の例を示す波形図、 第８図は本発明の第３の実施例の受信波形の例を示す波
形図、 第９図は従来法の探触子の例を示す第１図と同様の断面
図、 第10A図は従来法による送受信波形で背面材のない場合
の波形図、 第10B図は従来法の送受信波形で背面材のある場合の波
形図である。 主要部分の符号の説明 1,2,3,24……背面層 5,21……振動子 6,8,22……整合層 ９……被検体 10,12,20……超音波探触子
Claims (8)
- 【請求項１】超音波を送受信し第１の音響インピーダン
スを有する振動子を含む超音波探触子において、 該探触子は、前記振動子の背面に少なくとも第１および
第２の背面層を有し、 第１の背面層は、該振動子の背面に接して第１の音響イ
ンピーダンスより小さい第２の音響インピーダンスを有
し、 第２の背面層は、第１の背面層の背面に接して第２の音
響インピーダンスより大きい第３の音響インピーダンス
を有することを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項２】請求項１に記載の探触子において、 第１の背面層は厚さLb1を有し、第２の背面層は厚さLb2
を有し、 第１の背面層の内部では前記振動子の自由共振周波数の
波長がλb1で伝搬し、第２の背面層の内部では該自由共
振周波数の波長がλb2で伝搬し、 0.01λb1≦Lb1≦0.5λb1 0.01λb2≦Lb2≦0.5λb2 なる関係に設定されていることを特徴とする超音波探触
子。 - 【請求項３】請求項２に記載の探触子において、第１の
背面層は、第２の音響インピーダンスが1.0×105kg/m2s
から5.0×105kg/m2sまでの値を有する高分子材料を含む
ことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項４】請求項２に記載の探触子において、第２の
背面層は、第３の該音響インピーダンスが5.0×105kg/m
2s以上の値を有する高分子複合系、ガラス系、セラミッ
ク系および金属系の材料からなる群より選択された材料
を含むことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項５】請求項１に記載の探触子において、該探触
子は、前記振動子の被検体と接触する側に少なくとも１
層の音響整合層を含むことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項６】請求項１に記載の探触子において、該探触
子は、第２の背面層の背面に接触し第３の音響インピー
ダンスより小さい第４の音響インピーダンスを有する第
３の背面層を含むことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項７】請求項６に記載の探触子において、第４の
音響インピーダンスは、1.0×105kg/m2sから10.0×105k
g/m2sまでの値に設定されていることを特徴とする超音
波探触子。 - 【請求項８】請求項６に記載の探触子において、第３の
背面層は厚さLb3を有し、第３の背面層の内部では前記
振動子の自由共振周波数の波長がλb3で伝搬し、 Lb3≦λb3 なる関係に設定されていることを特徴とする超音波探触
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32611389A JP2804561B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32611389A JP2804561B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03186252A JPH03186252A (ja) | 1991-08-14 |
| JP2804561B2 true JP2804561B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=18184234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32611389A Expired - Fee Related JP2804561B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804561B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0634227B1 (en) | 1993-07-15 | 1999-10-06 | General Electric Company | Broadband ultrasonic transducers and related method of manufacture |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32611389A patent/JP2804561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03186252A (ja) | 1991-08-14 |
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Legal Events
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