JP2836062B2 - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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JP2836062B2
JP2836062B2 JP2283786A JP28378690A JP2836062B2 JP 2836062 B2 JP2836062 B2 JP 2836062B2 JP 2283786 A JP2283786 A JP 2283786A JP 28378690 A JP28378690 A JP 28378690A JP 2836062 B2 JP2836062 B2 JP 2836062B2
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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、超音波顕微鏡の探触子(超音波探触子)に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a probe (ultrasonic probe) of an ultrasonic microscope.

(従来の技術) 超音波顕微鏡において、試料と超音波伝播媒体の音響
レンズとの間の距離を変化させると、圧電振動子からの
出力は、反射波の位相の関係で周期的に極大極小を繰り
返す。この試料と音響レンズとの間の距離と圧電振動子
の出力との関係をプロットすると、第2図に示すような
曲線が得られる。第2図において、横軸は試料と音響レ
ンズとの間の距離zを示し、縦軸は圧電振動子の出力電
圧Vを示す。この曲線をV(z)曲線という。このV
(z)曲線の周期Δzは、試料の弾性表面波速度Vlsaw
によって決まり、次式(1)のようになる。
(Prior Art) In an ultrasonic microscope, when the distance between the sample and the acoustic lens of the ultrasonic wave propagation medium is changed, the output from the piezoelectric vibrator periodically reaches a local maximum and a minimum due to the phase of the reflected wave. repeat. When the relationship between the distance between the sample and the acoustic lens and the output of the piezoelectric vibrator is plotted, a curve as shown in FIG. 2 is obtained. In FIG. 2, the horizontal axis represents the distance z between the sample and the acoustic lens, and the vertical axis represents the output voltage V of the piezoelectric vibrator. This curve is called a V (z) curve. This V
(Z) The period Δz of the curve is the surface acoustic wave velocity Vlsaw of the sample.
It is determined by the following equation (1).

Vlsaw=Vw/(1−(1−Vw/2fΔz)1/2 …(1) (1)式でVwは水中の音速、fは超音波周波数であ
る。(1)式から分かるように、曲線の周期Δzを測定
することにより、試料の弾性表面波速度Vlsawを求める
ことができる。
Vlsaw = Vw / (1− (1−Vw / 2fΔz) 2 ) 1/2 (1) In equation (1), Vw is a sound speed in water, and f is an ultrasonic frequency. As can be seen from the equation (1), the surface acoustic wave velocity Vlsaw of the sample can be obtained by measuring the period Δz of the curve.

第3図に超音波探触子の構成を示す。同図において、
1は圧電振動子、2は上部電極、3は下部電極、4は上
部リード線、5は下部リード線、6は超音波伝播媒体、
6aは超音波伝播媒体の一方の端面に形成された音響レン
ズ、7は水、8は試料である。なお、超音波探触子は符
号1〜6から構成される。
FIG. 3 shows the configuration of the ultrasonic probe. In the figure,
1 is a piezoelectric vibrator, 2 is an upper electrode, 3 is a lower electrode, 4 is an upper lead wire, 5 is a lower lead wire, 6 is an ultrasonic wave propagation medium,
6a is an acoustic lens formed on one end face of the ultrasonic wave propagation medium, 7 is water, and 8 is a sample. In addition, the ultrasonic probe is constituted by reference numerals 1 to 6.

第3図で、上部、下部リード線4,5から上部、下部電
極2,3を通じて圧電振動子1に高周波の印加電圧が加え
られると、圧電振動子1は圧電に応じて伸縮して超音波
を発生する。圧電振動子1の下面に発生した超音波は音
響レンズ6aに入射し、水中7で或る焦点距離をもって集
束する。
In FIG. 3, when a high frequency applied voltage is applied to the piezoelectric vibrator 1 from the upper and lower lead wires 4 and 5 through the upper and lower electrodes 2 and 3, the piezoelectric vibrator 1 expands and contracts according to the piezoelectric and the ultrasonic wave. Occurs. Ultrasonic waves generated on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1 enter the acoustic lens 6a and are focused in the water 7 with a certain focal length.

ここで、超音波探触子の各部の寸法は、第1図に示す
ように、上部電極2の径をDt、音響レンズ6aの開口径お
よび軸長をDaおよびLとする。この場合、実際に超音波
を発生するのは上部電極2の径と等しい径Dtの部分から
であると仮定して、従来の超音波探触子は、λを媒体6
の波長として、Dt=Da、L=Dt2/4λとして設計してい
た。このように設計すると、音響レンズ6aの後方焦点面
における音場は、中心軸上の音圧を最大値としたガウス
状の分布を示し、光学のレンズ理論から良好な集束効果
が得られる。
Here, as shown in FIG. 1, the dimensions of each part of the ultrasonic probe are Dt for the diameter of the upper electrode 2, and Da and L for the opening diameter and the axial length of the acoustic lens 6a. In this case, assuming that the ultrasonic wave is actually generated from a portion having a diameter Dt equal to the diameter of the upper electrode 2, the conventional ultrasonic probe uses λ as the medium 6
Were designed as Dt = Da and L = Dt 2 / 4λ. With this design, the sound field on the rear focal plane of the acoustic lens 6a exhibits a Gaussian distribution with the maximum value of the sound pressure on the central axis, and a good focusing effect can be obtained from the lens theory of optics.

(発明が解決しようとする課題) 第4図(a)に圧電振動子の中心軸上の音圧分布を示
す。横軸はDt2/4λ、縦軸は音圧である。第4図(a)
から分かるように、Dt2/4λ<1の範囲の音場(近距離
音場)では音圧は急激な極大、極小を示し、Dt2/4λ=
1の位置(近距離音場限界距離)が最後の極大を示す位
置であり、Dt2/4λ>1の範囲の音場(遠距離音場)で
は音圧は滑らかに減少する。なお、第4図(b)は半径
方向の音圧を示す。
(Problems to be Solved by the Invention) FIG. 4 (a) shows a sound pressure distribution on the central axis of the piezoelectric vibrator. The horizontal axis is Dt 2 / 4λ, and the vertical axis is sound pressure. FIG. 4 (a)
As can be seen from the graph, in the sound field in the range of Dt 2 / 4λ <1 (short-range sound field), the sound pressure shows a sharp maximum and a minimum, and Dt 2 / 4λ =
The position 1 (short distance sound field limit distance) is the position indicating the last maximum, and the sound pressure decreases smoothly in the sound field (distant sound field) in the range of Dt 2 / 4λ> 1. FIG. 4 (b) shows the sound pressure in the radial direction.

近年、V(z)曲線から得られる試料の弾性表面速度
の周期と周波数依存性から、試料の弾性的性質、膜厚等
を調べることができる。この場合、正確に試料の弾性的
性質を調べるため同一の超音波探触子で周波数を変化さ
せる必要があるが、この周波数の変化に対して次のよう
な問題が生じる。
In recent years, the elastic properties, film thickness, and the like of a sample can be examined from the cycle and frequency dependence of the elastic surface velocity of the sample obtained from the V (z) curve. In this case, it is necessary to change the frequency with the same ultrasonic probe in order to accurately check the elastic properties of the sample. However, the following problem arises with respect to this change in frequency.

例えば、周波数200MHzにおいて軸長L=Dt2/4λとな
っていても、周波数を上げていくと次第にDt2/4λが大
きくなってガウス状分布とするための条件が満たされな
くなり、ガウス状分布を呈しなくなる。これにより音響
レンズ6a(第1図)の後方焦点面における音場は複雑に
なる。そうなるとV(z)曲線上には試料の弾性的性質
の他に音響レンズ6aの後方焦点面の音場の影響が重畳す
るため、試料の弾性的性質を抽出する際、精度低下の原
因となる。
For example, even if a shaft length L = Dt 2 / 4λ in the frequency 200MHz, no longer satisfied the conditions for the Gaussian distribution gradually Dt 2 / 4.lamda As you increase the frequency increases, Gaussian distribution No longer appear. This complicates the sound field at the rear focal plane of the acoustic lens 6a (FIG. 1). In this case, since the influence of the sound field on the rear focal plane of the acoustic lens 6a is superimposed on the V (z) curve in addition to the elastic property of the sample, accuracy in extracting the elastic property of the sample is reduced. .

したがって、同一の超音波探触子で周波数を変化させ
る場合、ある程度周波数を変化させても音響レンズ6aの
後方焦点面における音場があまり変化せず、ガウス状の
分布に近い音場が保てるようにする必要がある。そのた
めには軸長Lはある程度遠距離音場の位置に設定してお
く必要がある。
Therefore, when changing the frequency with the same ultrasonic probe, even if the frequency is changed to some extent, the sound field at the rear focal plane of the acoustic lens 6a does not change so much that a sound field close to a Gaussian distribution can be maintained. Need to be For this purpose, it is necessary to set the axial length L to a position in the far sound field to some extent.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、圧電振動子印加電圧の周波数変化
に対して音響レンズ後方焦点面における音場が大きく変
わらない超音波探触子を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe in which the sound field on the rear focal plane of the acoustic lens does not change significantly with respect to the frequency change of the voltage applied to the piezoelectric vibrator. To provide.

また、本発明の他の目的は、振幅の大きなV(z)曲
線を得て精度良く弾性表面波速度が求められる超音波探
触子を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an ultrasonic probe capable of obtaining a V (z) curve having a large amplitude and accurately determining a surface acoustic wave velocity.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、一方の端面に音
響レンズが形成された超音波伝播媒体と、この超音波伝
播媒体の他方の端面に取り付けられた圧電振動子とを備
えた超音波探触子において、 前記圧電振動子における指向性関数の第一零輻射点が
前記音響レンズの開口径と一致するような値に前記圧電
振動子の径と前記音響レンズの開口径および軸長とを設
定するようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic wave propagation medium having an acoustic lens formed on one end face, and a piezoelectric medium attached to the other end face of the ultrasonic wave propagation medium. An ultrasonic probe comprising a vibrator and a diameter of the piezoelectric vibrator and the acoustic wave having a value such that a first zero radiation point of a directivity function of the piezoelectric vibrator matches an opening diameter of the acoustic lens. The aperture diameter and the axial length of the lens are set.

また、上記発明において、被検体となる試料のレーリ
ー臨界角θが15度以上35度以下となるときの前記音響
レンズの開口角θaを θa=1.88×10-2×θR 3−1.13×θR 2+2.61+101 ×θ−1.48×102 となるようにしたものである。
Further, in the above invention, the opening angle .theta.a acoustic lens θa = 1.88 × 10 -2 × θ R 3 -1.13 × when Rayleigh critical angle theta R of sample of the subject is equal to or less than 35 degrees 15 degrees θ R 2 + 2.61 + 10 1 × θ R −1.48 × 10 2 .

(作用) 本発明による超音波探触子においては、周波数が変化
してもガウス状分布を呈し、また振幅の大きなV(z)
曲線を得て精度良く弾性表面波速度が求められる。
(Operation) The ultrasonic probe according to the present invention exhibits a Gaussian distribution even when the frequency changes, and has a large amplitude V (z).
The surface acoustic wave velocity can be obtained with high accuracy by obtaining the curve.

(実施例) 本発明による超音波探触子の一実施例を第1図を用い
て説明する。第1図において、1は超音波の発信、受信
を行う圧電振動子、2は圧電振動子1の上部に接着され
ている上部電極、3は圧電振動子1の下部に接着されて
いる下部電極、4は上部電極2に接着されている上部電
極リード線、5は下部電極3に接着されている下部電極
リード線、6は超音波伝播媒体である。超音波伝播媒体
6は円筒状であり、一方の端面には音響レンズ6aが形成
されており、他方の端面には下部電極3が接着されてい
る。音響レンズ6aは圧電振動子1により発せられた超音
波を集束する。
Embodiment An embodiment of the ultrasonic probe according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a piezoelectric vibrator for transmitting and receiving ultrasonic waves, 2 denotes an upper electrode bonded to the upper part of the piezoelectric vibrator 1, and 3 denotes a lower electrode bonded to the lower part of the piezoelectric vibrator 1. Reference numeral 4 denotes an upper electrode lead wire adhered to the upper electrode 2, reference numeral 5 denotes a lower electrode lead wire adhered to the lower electrode 3, and reference numeral 6 denotes an ultrasonic wave propagation medium. The ultrasonic wave propagation medium 6 has a cylindrical shape, and an acoustic lens 6a is formed on one end face, and the lower electrode 3 is adhered to the other end face. The acoustic lens 6a focuses the ultrasonic waves emitted by the piezoelectric vibrator 1.

まず、遠距離音場内においてガウス状の分布が得られ
る条件について説明する。ここで、音響レンズ6aの後方
焦点面における音圧分布は通常、第5図に示すようにサ
イドロープを持っている。よって、中心(r=0)から
最初の極小位置(ヌルポイント)P1の示す径が音響レン
ズ6aの開口径Daと一致する場合に最も理想的なガウス状
分布になる。このような分布となる条件をレンズ開口径
Da、振動子径Dt、軸長Lを各々変化させてレンズ後方焦
点面における音圧分布を計算したところ、それぞれのパ
ラメータは第6図に示す直線上にのるように設定すれば
よいことがわかった。ここでLo=Dt2/4λであり、また
直線は次式(2)で表わされる。
First, the conditions under which a Gaussian distribution is obtained in the far field will be described. Here, the sound pressure distribution on the rear focal plane of the acoustic lens 6a usually has a side rope as shown in FIG. Therefore, when the diameter indicated by the first minimum position (null point) P1 from the center (r = 0) matches the opening diameter Da of the acoustic lens 6a, the most ideal Gaussian distribution is obtained. Conditions for such a distribution are determined by the lens aperture diameter.
When the sound pressure distribution in the rear focal plane of the lens was calculated by changing Da, the transducer diameter Dt, and the axial length L, it was found that each parameter should be set so as to be on the straight line shown in FIG. all right. Here, Lo = Dt 2 / 4λ, and the straight line is represented by the following equation (2).

Da/Dt=0.6030×L/Lo+0.0257 ……(2) この直線は、γを圧電振動子の中心から任意の方向を
示す角度、J1(z)をベッセル関数、z=πDtsinγ/
λ(γについては第1図参照)とすると、次式(3)で
示される円形振動子における指向性関数Rの第1零軸射
点を示す直線に他ならない。すなわち、この直線上にの
るようにレンズ R=|2J1(z)/z| ……(3) 開口径Da、圧電振動子径Dt、軸長Lを設定すると、中心
から最初の音圧極小を示す半径r(第5図では略1000μ
mであり、以下この半径をr0と記載する)がレンズ開口
径Daと一致する理想的なガウス状分布が遠距離音場内で
実現する。
Da / Dt = 0.6030 × L / Lo + 0.0257 (2) This straight line is an angle indicating an arbitrary direction from the center of the piezoelectric vibrator, J 1 (z) is a Bessel function, z = πDtsin γ /
If λ (see FIG. 1 for γ), it is nothing but a straight line indicating the first zero axis launch point of the directivity function R in the circular vibrator represented by the following equation (3). That is, the lens R = | 2J 1 (z) / z | (3) When the aperture diameter Da, the piezoelectric vibrator diameter Dt, and the axial length L are set so as to be on this straight line, the initial sound pressure from the center is obtained. Radius r indicating the minimum (approximately 1000 μ in FIG. 5)
m, and below this radius to as r 0) is ideal Gaussian distribution that matches the lens aperture diameter Da is achieved in the far sound field.

第7図は本実施例の寸法設定における特性を示すもの
で、横軸は半径、縦軸は音圧の振幅である。第7図
(b)はDaとr0とを一致させた場合でr0=500μmであ
り、Da/Dt=2.174、f=200MHz、L/Lo=3.563の場合で
ある。第7図(a)はDa/Dt=2.174、f=150MHz、L/Lo
=4.750の場合、(c)はDa/Dt=2.174、f=270MHz、L
/Lo=2.693の場合を示す。
FIG. 7 shows the characteristics in the dimension setting of the present embodiment. The horizontal axis represents the radius, and the vertical axis represents the amplitude of the sound pressure. FIG. 7 (b) shows a case where Da and r 0 are matched, where r 0 = 500 μm, Da / Dt = 2.174, f = 200 MHz, and L / Lo = 3.563. Fig. 7 (a) shows Da / Dt = 2.174, f = 150MHz, L / Lo
When = 4.750, (c) is Da / Dt = 2.174, f = 270MHz, L
The case where /Lo=2.693 is shown.

第8図は従来の寸法設定における特性を示すもので、
横軸、縦軸は第7図と同様である。第8図(b)がDt=
Da、L=Dt2/4λとした場合であり、Dt/Da=1、L/Lo=
1、f=200MHzの場合である。第8図(a)はDt/Da=
1、f=150MHz、L/Lo=1.333の場合、第8図(c)はD
t/Da=1、f=270MHz、L/Lo=0.741の場合を示す。
FIG. 8 shows the characteristics in the conventional dimension setting.
The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. FIG. 8 (b) shows Dt =
Da, L = Dt 2 / 4λ, where Dt / Da = 1, L / Lo =
1, f = 200 MHz. FIG. 8 (a) shows Dt / Da =
In the case of 1, f = 150 MHz and L / Lo = 1.333, FIG.
The case where t / Da = 1, f = 270 MHz, and L / Lo = 0.741 is shown.

このように第7図と第8図は周波数変移を示すもので
あるが、各図(a),(b),(c)の対応から分かる
ように、本実施例を示す第7図においては音圧分布はガ
ウス状分布と大きく異ならないが、従来例を示す第8図
においてガウス状分布から大きく異なっている。
FIGS. 7 and 8 show frequency shifts as described above. As can be seen from the correspondence between FIGS. 7 (a), 7 (b) and 7 (c), FIG. The sound pressure distribution is not significantly different from the Gaussian distribution, but is significantly different from the Gaussian distribution in FIG. 8 showing a conventional example.

さて、V(z)曲線より試料の弾性的性質を抽出する
際、V(z)曲線の振幅はなるべく大きい方が測定精度
が増す。そこで、振幅の大きなV(z)曲線を得るため
の条件について検討した。その結果について説明する。
V(z)曲線の理論式は通常次式(4)によって示され
る。
Now, when extracting the elastic properties of the sample from the V (z) curve, the greater the amplitude of the V (z) curve, the higher the measurement accuracy. Therefore, conditions for obtaining a V (z) curve having a large amplitude were examined. The result will be described.
The theoretical equation of the V (z) curve is generally expressed by the following equation (4).

(4)式でU(r)はレンズ後方焦点面における音
場、P1(r),P2(r)は瞳関数、R(r/fl)は試料の
反射率の角度分布、flは焦点距離、k0はレンズ内の波
数、zは焦点位置からの試料のデフォーカス量である。
In equation (4), U (r) is the sound field at the rear focal plane of the lens, P 1 (r) and P 2 (r) are pupil functions, R (r / fl) is the angular distribution of the reflectance of the sample, and fl is focal length, k 0 is the wave number in the lens, z is a defocus amount of the sample from the focal position.

式(4)は〔U(r)〕とR(r/fl)、及び半径方
向の位相補正項であるexp.の各項の積を半径方向に積分
した形となっていることがわかる。よってU(r)が前
記のガウス状分布を呈しているとすると、V(z)曲線
はR(r/fl)とexp.の項で決まる。ここで、R(r/fl)
は試料の反射率とレンズの開口角θaによって決まり、
半径方向の位相補正項はレンズの開口角θaによって決
まる。したがって、被検体となる試料が定まれば、この
試料のV(z)曲線はレンズの開口角θaによって決定
される。そこで、U(r)を前記のガウス状分布で一定
とし、表1に示す各試料に対して、レンズの開口角を変
化させてV(z)曲線を計算し、その振幅を求めた。こ
こで各試料の減衰率はすべて0とした。その結果、ある
開口角において振幅は最大となり、 その開口角より大きくても小さくても振幅は徐々に小さ
くなっていくことがわかった。各々の試料のレーリーの
臨界角に対してV(z)曲線の振幅が最大となるレンズ
開口角をプロットしたのが第9図である。図中の曲線は
プロットした点に対して近似した曲線であり、レーリー
臨界角をθとすると、 θa=(1.88×10-2)×θR 3−1.13×θR 2+(2.61+10
1) ×θ−(1.48×102) ……(5) で表わされる。ただし(5)式において、θは15度以
上35度以下である。
Equation (4) shows that the product of [U (r)] 2 and R (r / fl), and each term of exp. Which is a phase correction term in the radial direction is integrated in the radial direction. . Therefore, assuming that U (r) has the above-described Gaussian distribution, the V (z) curve is determined by R (r / fl) and the term of exp. Where R (r / fl)
Is determined by the reflectance of the sample and the aperture angle θa of the lens,
The phase correction term in the radial direction is determined by the lens opening angle θa. Therefore, once a sample to be a subject is determined, the V (z) curve of this sample is determined by the lens opening angle θa. Therefore, U (r) was kept constant in the above-mentioned Gaussian distribution, and the V (z) curve was calculated for each sample shown in Table 1 while changing the aperture angle of the lens, and the amplitude was obtained. Here, the attenuation rate of each sample was set to 0. As a result, the amplitude becomes maximum at a certain aperture angle, It was found that the amplitude gradually decreased regardless of whether the opening angle was larger or smaller. FIG. 9 plots the lens aperture angle at which the amplitude of the V (z) curve is maximum with respect to the Rayleigh critical angle of each sample. Curve in the figure is a curve approximation to points plotted, when the Rayleigh critical angle is θ R, θa = (1.88 × 10 -2) × θ R 3 -1.13 × θ R 2 + (2.61 + 10
1 ) × θ R − (1.48 × 10 2 ) (5) However, in the equation (5), θ R is 15 degrees or more and 35 degrees or less.

なお、第9図において、○はアルミナ、●はシリコ
ン、△はCaTiO3、▲は石英、□は鉄、■はニッケルを示
す。
In FIG. 9, ○ indicates alumina, ● indicates silicon, Δ indicates CaTiO 3 , ▲ indicates quartz, □ indicates iron, and Δ indicates nickel.

以上より、第6図に示す直線上にのるようにレンズ開
口径Da、圧電振動子径Dt、軸長Lを設定することによ
り、遠距離音場内においてガウス状分布を実現でき、減
衰の小さな試料については、レンズ開口角θaを第7図
より決定することにより振幅の大きなV(z)曲線の得
られる音響レンズも設計することが可能となる。なお、
減衰の大きな試料については例を示していないが、同様
の手法で振幅の大きなV(z)曲線を得ることができ
る。
As described above, by setting the lens aperture diameter Da, the piezoelectric vibrator diameter Dt, and the axial length L so as to be on the straight line shown in FIG. 6, it is possible to realize a Gaussian distribution in a long-range sound field and to reduce the attenuation. For the sample, by determining the lens opening angle θa from FIG. 7, it is also possible to design an acoustic lens capable of obtaining a V (z) curve having a large amplitude. In addition,
Although an example is not shown for a sample having a large attenuation, a V (z) curve having a large amplitude can be obtained by a similar method.

ところで、ガウス状分布は、円形振動子だけでなく、
リング状振動子においても実現できる。よって、円形振
動子の場合と同様にリング状振動子の指向性関数の第一
零輻射点をレンズ開口径に一致させるということで、円
形振動子の場合と同様の議論が成り立つ。
By the way, the Gaussian distribution is not only for circular oscillators,
It can also be realized in a ring-shaped vibrator. Therefore, as in the case of the circular oscillator, the same argument as in the case of the circular oscillator is established by matching the first zero radiation point of the directivity function of the ring-shaped oscillator with the lens aperture diameter.

(発明の効果) 以上説明したように本発明は、一方の端面に音響レン
ズが形成された超音波伝播媒体と、この超音波伝播媒体
の他方の端面に取り付けられた圧電振動子とを備えた超
音波探触子において、前記圧電振動子における指向性関
数の第一零輻射点が前記音響レンズの開口径と一致する
ような値に前記圧電振動子の径Dtと前記音響レンズの開
口径Daおよび軸長Lとを設定したことにより、Da/Dtの
値を1より十分大きな値とすれば、超音波周波数を変化
させても音響レンズ後方焦点面における音場をガウス状
分布から大きく異ならないものにできるので、試料の弾
性的性質の測定の際にその抽出精度が低下しない効果が
ある。また、Da/Dtの値を1より十分大きくすれば良い
ので、Da,Dt,Lの選択の幅が広がり、超音波探触子の設
計が容易になる。
(Effect of the Invention) As described above, the present invention includes an ultrasonic wave propagation medium having an acoustic lens formed on one end surface, and a piezoelectric vibrator attached to the other end surface of the ultrasonic wave propagation medium. In the ultrasonic probe, the diameter Dt of the piezoelectric vibrator and the aperture diameter Da of the acoustic lens are set to values such that the first zero radiation point of the directivity function of the piezoelectric vibrator matches the aperture diameter of the acoustic lens. When the value of Da / Dt is set to a value sufficiently larger than 1 by setting the axis length L and the axis length L, the sound field at the rear focal plane of the acoustic lens does not greatly differ from the Gaussian distribution even when the ultrasonic frequency is changed. Therefore, there is an effect that the extraction accuracy does not decrease when the elastic property of the sample is measured. Further, since the value of Da / Dt may be set to be sufficiently larger than 1, the range of choice of Da, Dt, L is widened, and the design of the ultrasonic probe becomes easy.

また、上記発明において被検体となる試料のレーリー
臨界角θが15度以上35度以下となるときの前記音響レ
ンズの開口角θaを θa=1.88×10-2×θR 3−1.13×θR 2+2.61+101 ×θ−1.48×102 とすることにより、V(z)曲線の振幅を大きくするこ
とができ、試料の弾性的性質抽出の際にその抽出精度を
向上させることが可能となる。
Moreover, the opening angle .theta.a acoustic lens θa = 1.88 × 10 -2 × when Rayleigh critical angle theta R of the sample as a subject in the invention is 35 degrees or less than 15 degrees θ R 3 -1.13 × θ By setting R 2 + 2.61 + 10 1 × θ R −1.48 × 10 2 , the amplitude of the V (z) curve can be increased, and the extraction accuracy can be improved when extracting the elastic properties of the sample. It becomes possible.

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

第1図は本発明による超音波探触子の一実施例の説明
図、第2図は超音波探触子を移動して得られる超音波信
号の出力波形図、第3図は超音波探触子の使用状態図、
第4図および第5図は音圧分布の様子を模式的に示す説
明図、第6図は本発明の実施例を説明するためのグラ
フ、第7図および第8図は本発明の実施例および従来例
における音圧分布図、第9図は試料のレーリー臨界角に
対する最適レンズ開口角を示すグラフである。 1……圧電振動子、2……上部電極、3……下部電極、
4……上部電極リード線、5……下部電極リード線、6
……超音波伝播媒体、6a……音響レンズ。
FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention, FIG. 2 is an output waveform diagram of an ultrasonic signal obtained by moving the ultrasonic probe, and FIG. Diagram of the use of the contactor,
4 and 5 are explanatory diagrams schematically showing the state of sound pressure distribution, FIG. 6 is a graph for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are embodiments of the present invention. FIG. 9 is a graph showing the optimum lens aperture angle with respect to the Rayleigh critical angle of the sample. 1 ... piezoelectric oscillator, 2 ... upper electrode, 3 ... lower electrode,
4 ... upper electrode lead wire, 5 ... lower electrode lead wire, 6
…… Ultrasonic propagation medium, 6a …… Acoustic lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 壽芳 東京都世田谷区成城2丁目24番7号 (72)発明者 谷 泰弘 東京都世田谷区宮坂3丁目47番12号 (72)発明者 藤島 一雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭63−113352(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 29/24 501──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyoshi Sato 2-24-7 Seijo, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Yasuhiro Tani 3-47-12, Miyasaka 3-chome, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Fujishima Kazuo Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 650 address Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura in the factory (56) reference Patent Sho 63-113352 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) G01N 29/24 501

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一方の端面に音響レンズが形成された超音
波伝播媒体と、この超音波伝播媒体の他方の端面に取り
付けられた圧電振動子とを備えた超音波探触子におい
て、 前記圧電振動子における指向性関数の第一零輻射点が前
記音響レンズの開口径と一致するような値に前記圧電振
動子の径と前記音響レンズの開口径および軸長とを設定
したことを特徴とする超音波探触子。
1. An ultrasonic probe comprising: an ultrasonic wave propagation medium having an acoustic lens formed on one end face; and a piezoelectric vibrator attached to the other end face of the ultrasonic wave propagation medium. The diameter of the piezoelectric vibrator, the aperture diameter of the acoustic lens, and the axial length are set to values such that the first zero radiation point of the directivity function of the vibrator matches the aperture diameter of the acoustic lens. Ultrasonic probe.
【請求項2】被検体となる試料のレーリー臨界角θ
15度以上35度以下となるときの前記音響レンズの開口角
θaを θa=1.88×10-2×θR 3−1.13×θR 2+2.61+101 ×θ−1.48×102 としたことを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。
2. The Rayleigh critical angle θ R of a sample to be inspected is
The aperture angle .theta.a of the acoustic lens when equal to or more than 15 degrees 35 degrees θa = 1.88 × 10 -2 × θ R 3 -1.13 × θ R 2 + 2.61 + 10 1 × θ R -1.48 × 10 2 and the possible The ultrasonic probe according to claim 1, wherein:
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