JP2927144B2 - 超音波トランスデューサ - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
- B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置などに
用い、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサに
関するものである。
用い、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、超音波診断装置の超音波画像
を高分解能化するため、超音波トランスデューサの周波
数特性を広帯域化する検討や、音響レンズを設ける構成
の検討が行われ、例えば、「医用超音波機器ハンドブッ
ク」の186ページ、「5.3.1超音波プローブの基
本的構造」に記載された構成が知られている。
を高分解能化するため、超音波トランスデューサの周波
数特性を広帯域化する検討や、音響レンズを設ける構成
の検討が行われ、例えば、「医用超音波機器ハンドブッ
ク」の186ページ、「5.3.1超音波プローブの基
本的構造」に記載された構成が知られている。
【0003】従来、この種の超音波トランスデューサと
しては、図5に示すように、均一の厚みを持つ圧電体1
1と、圧電体11の超音波送受信側(前面)に設けら
れ、この圧電体11と被検体との間の音響インピーダン
スのミスマッチによる反射を緩和させ、超音波を効率よ
く放射させるための4分の1波長の均一の厚みを持つ2
層以上の音響整合層12、13と、圧電体11の背面に
設けられ、ダンピング、保持としての機能を有するバッ
キング材14と、音響整合層13の前面に設けられ、超
音波ビームを集束させるシリコーンゴムの材料を用いた
音響レンズ15とから構成されている。
しては、図5に示すように、均一の厚みを持つ圧電体1
1と、圧電体11の超音波送受信側(前面)に設けら
れ、この圧電体11と被検体との間の音響インピーダン
スのミスマッチによる反射を緩和させ、超音波を効率よ
く放射させるための4分の1波長の均一の厚みを持つ2
層以上の音響整合層12、13と、圧電体11の背面に
設けられ、ダンピング、保持としての機能を有するバッ
キング材14と、音響整合層13の前面に設けられ、超
音波ビームを集束させるシリコーンゴムの材料を用いた
音響レンズ15とから構成されている。
【0004】このような構成により、広帯域の周波数特
性を得ることができ、また、音響レンズ15によって超
音波ビームを細く絞っているため、高分解能化を実現す
ることができる。
性を得ることができ、また、音響レンズ15によって超
音波ビームを細く絞っているため、高分解能化を実現す
ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の超音波トランスデューサでは、高周波にすると、
シリコーンゴム材などの音響レンズ15の減衰係数が大
きいため、被検体に送信し、あるいは被検体から受信す
る超音波信号は、減衰して周波数特性を著しく劣化さ
せ、また、音響レンズ15の減衰により著しく感度(効
率)を劣化させるなどの問題があった。
来例の超音波トランスデューサでは、高周波にすると、
シリコーンゴム材などの音響レンズ15の減衰係数が大
きいため、被検体に送信し、あるいは被検体から受信す
る超音波信号は、減衰して周波数特性を著しく劣化さ
せ、また、音響レンズ15の減衰により著しく感度(効
率)を劣化させるなどの問題があった。
【0006】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、音響レンズによる減衰の影響を受ける
ことなく、広帯域の周波数特性を得ることができるとと
もに、感度(効率)を向上させることができ、したがっ
て、高分解能で、被検深度の深い超音波画像を得ること
ができるようにした超音波トランスデューサを提供する
ことを目的とするものである。
するものであり、音響レンズによる減衰の影響を受ける
ことなく、広帯域の周波数特性を得ることができるとと
もに、感度(効率)を向上させることができ、したがっ
て、高分解能で、被検深度の深い超音波画像を得ること
ができるようにした超音波トランスデューサを提供する
ことを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、超音波を送受信する圧電体
と、断面形状が中心部でほぼ4分の1波長の厚みを有
し、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外部で最
も薄く、前記圧電体の曲率より大きい曲率の凹面部を有
する音響整合層を少なくとも一層備えたものである。
の本発明の技術的手段は、超音波を送受信する圧電体
と、断面形状が中心部でほぼ4分の1波長の厚みを有
し、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外部で最
も薄く、前記圧電体の曲率より大きい曲率の凹面部を有
する音響整合層を少なくとも一層備えたものである。
【0008】そして、上記技術的手段における音響整合
層を、凹面部の曲率を異ならせて少なくとも二層形成す
ることができる。
層を、凹面部の曲率を異ならせて少なくとも二層形成す
ることができる。
【0009】
【0010】
【作用】したがって、本発明によれば、超音波を送受信
する圧電体と、断面形状が中心部でほぼ4分の1波長の
厚みを有し、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最
外部で最も薄く、前記圧電体の曲率より大きい曲率の凹
面部を有する音響整合層を少なくとも一層備えているの
で、広帯域で正規分布型の周波数特性を得ることがで
き、また、音響レンズを用いないで、圧電体が持つ曲率
により任意の距離に超音波ビームを集束させることが可
能であるので、高感度化を図ることができる。このよう
に極めて短いパルス応答波形を得ることができ、しか
も、音響レンズの減衰による周波数特性劣化、感度(効
率)の劣化を解消することができる。
する圧電体と、断面形状が中心部でほぼ4分の1波長の
厚みを有し、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最
外部で最も薄く、前記圧電体の曲率より大きい曲率の凹
面部を有する音響整合層を少なくとも一層備えているの
で、広帯域で正規分布型の周波数特性を得ることがで
き、また、音響レンズを用いないで、圧電体が持つ曲率
により任意の距離に超音波ビームを集束させることが可
能であるので、高感度化を図ることができる。このよう
に極めて短いパルス応答波形を得ることができ、しか
も、音響レンズの減衰による周波数特性劣化、感度(効
率)の劣化を解消することができる。
【0011】
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について図面
を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例
における超音波トランスデューサを示す概略断面図であ
る。
を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例
における超音波トランスデューサを示す概略断面図であ
る。
【0012】図1において、1はほぼ均一の厚みを有
し、超音波を送受信する方向(被検体5)に対して任意
の曲率を有する凹面形状の圧電体、2は超音波送受信方
向と反対側の圧電体1の面に設けられたバッキング材、
3は圧電体1の超音波送受信側である凹面部に設けら
れ、前面が平面状になるように形成された第1の音響整
合層、4は第1の音響整合層3の上に設けられた第2の
音響整合層である。
し、超音波を送受信する方向(被検体5)に対して任意
の曲率を有する凹面形状の圧電体、2は超音波送受信方
向と反対側の圧電体1の面に設けられたバッキング材、
3は圧電体1の超音波送受信側である凹面部に設けら
れ、前面が平面状になるように形成された第1の音響整
合層、4は第1の音響整合層3の上に設けられた第2の
音響整合層である。
【0013】第1の音響整合層3は、圧電体1の凹面部
に形成されているので、厚みは不均一であり、中心部が
最も厚く、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外
部で最も薄くなるように形成されている。一方、第2の
音響整合層4は、第1の音響整合層3とは異なり、全体
がほぼ均一な厚みとなり、被検体5との接触面は、ほぼ
平坦面となるように形成されている。
に形成されているので、厚みは不均一であり、中心部が
最も厚く、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外
部で最も薄くなるように形成されている。一方、第2の
音響整合層4は、第1の音響整合層3とは異なり、全体
がほぼ均一な厚みとなり、被検体5との接触面は、ほぼ
平坦面となるように形成されている。
【0014】圧電体1としては、PZT系、PbTiO
3系なでの電圧セラミックスが用いられ、被検体5、例
えば、生体を対象とした場合、第1と第2の音響整合層
3と4としては、それぞれの音響インピーダンスが一般
的に7〜15MRaylと3MRayl前後のものが用
いられ、本実施例においても、ほぼこの範囲の材料が用
いられる。
3系なでの電圧セラミックスが用いられ、被検体5、例
えば、生体を対象とした場合、第1と第2の音響整合層
3と4としては、それぞれの音響インピーダンスが一般
的に7〜15MRaylと3MRayl前後のものが用
いられ、本実施例においても、ほぼこの範囲の材料が用
いられる。
【0015】例えば、5.0MHzの周波数に設定した
厚みを有するPbTiO3系の圧電体1を凹面形状に形
成し、エポキシ樹脂に充填材を加えて調整した材料(音
響インピーダンスは12MRayl)を第1の音響整合
層3として用い、エポキシ樹脂(音響インピーダンスは
2.8MRayl)を第2の音響整合層4として用いた
とき、第2の音響整合層4の厚みをほぼ4分の1波長に
固定し、第1の音響整合層3の最も厚くなるところ(中
心部)の厚み(最大厚み)を可変して、それぞれ厚みに
対して周波数特性を測定すると、図2に示す結果となっ
た。図2のa、b、cはそれぞれ第1の音響整合層3の
厚みが6分の1波長、4分の1波長、5分の2波長とな
っている。第1の音響整合層3の厚みがaの6分の1波
長より更に小さくなると、周波数特性は更に劣化し、ま
た、cの厚みより大きくなっても、aと同様に周波数特
性が更に劣化する傾向になる。このことから、不均一な
厚みを持つ第1の音響整合層3の最大厚み部分をほぼ4
分の1波長に設定することにより、広帯域で正規分布型
の周波数特性が得られることがわかった。
厚みを有するPbTiO3系の圧電体1を凹面形状に形
成し、エポキシ樹脂に充填材を加えて調整した材料(音
響インピーダンスは12MRayl)を第1の音響整合
層3として用い、エポキシ樹脂(音響インピーダンスは
2.8MRayl)を第2の音響整合層4として用いた
とき、第2の音響整合層4の厚みをほぼ4分の1波長に
固定し、第1の音響整合層3の最も厚くなるところ(中
心部)の厚み(最大厚み)を可変して、それぞれ厚みに
対して周波数特性を測定すると、図2に示す結果となっ
た。図2のa、b、cはそれぞれ第1の音響整合層3の
厚みが6分の1波長、4分の1波長、5分の2波長とな
っている。第1の音響整合層3の厚みがaの6分の1波
長より更に小さくなると、周波数特性は更に劣化し、ま
た、cの厚みより大きくなっても、aと同様に周波数特
性が更に劣化する傾向になる。このことから、不均一な
厚みを持つ第1の音響整合層3の最大厚み部分をほぼ4
分の1波長に設定することにより、広帯域で正規分布型
の周波数特性が得られることがわかった。
【0016】ここで、周波数特性と分解能との関係につ
いて簡単に説明し、広帯域で正規分布型の周波数特性が
超音波診断装置用超音波トランスデューサに望まれる理
由について説明する。
いて簡単に説明し、広帯域で正規分布型の周波数特性が
超音波診断装置用超音波トランスデューサに望まれる理
由について説明する。
【0017】分解能、特に、超音波を送受信する方向の
距離分解能は、パルスで送受信させ、距離方向の2点間
をいかに分解して表示できるかについての能力であり、
これはパルス幅が短い程、分解能を高くすることができ
ることを意味する。短いパルス幅を得るためには、高い
周波数にする方法と、広い周波数帯域を持ち、かつ単峰
性特性(正規分布型特性)にする方法とがある。例え
ば、周波数を固定した場合に分解能を向上させようとす
ると、後者の方法、すなわち、広帯域で正規分布型の周
波数特性を持たせる方法を考えなければならないことに
なる。
距離分解能は、パルスで送受信させ、距離方向の2点間
をいかに分解して表示できるかについての能力であり、
これはパルス幅が短い程、分解能を高くすることができ
ることを意味する。短いパルス幅を得るためには、高い
周波数にする方法と、広い周波数帯域を持ち、かつ単峰
性特性(正規分布型特性)にする方法とがある。例え
ば、周波数を固定した場合に分解能を向上させようとす
ると、後者の方法、すなわち、広帯域で正規分布型の周
波数特性を持たせる方法を考えなければならないことに
なる。
【0018】したがって、図2に示す周波数特性の中で
最も距離分解能が良好な特性は、bの第1の音響整合層
3の厚みが4分の1波長のものであるといえる。また、
第2の音響整合層4の厚みもほぼ4分の1波長が望まし
い。
最も距離分解能が良好な特性は、bの第1の音響整合層
3の厚みが4分の1波長のものであるといえる。また、
第2の音響整合層4の厚みもほぼ4分の1波長が望まし
い。
【0019】また、本実施例においては、圧電体1を任
意の曲率を持たせた凹面形状に形成しているので、従来
のように音響整合層上にシリコームゴムなどの音響レン
ズを設けなくとも、任意の距離に焦点を有する超音波ビ
ームを集束させることができる。したがって、もちろ
ん、従来のようなシリコーンゴムの音響レンズのような
減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感度(効
率)も高くすることができる。ちなみに、従来例とまっ
たく同じ構成(周波数、開口、焦点距離)と本実施例と
の受信電圧、つまり感度(効率)を比較してみると、本
実施例の方が約6dB高い値を示した。
意の曲率を持たせた凹面形状に形成しているので、従来
のように音響整合層上にシリコームゴムなどの音響レン
ズを設けなくとも、任意の距離に焦点を有する超音波ビ
ームを集束させることができる。したがって、もちろ
ん、従来のようなシリコーンゴムの音響レンズのような
減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感度(効
率)も高くすることができる。ちなみに、従来例とまっ
たく同じ構成(周波数、開口、焦点距離)と本実施例と
の受信電圧、つまり感度(効率)を比較してみると、本
実施例の方が約6dB高い値を示した。
【0020】なお、本実施例では、圧電体1として圧電
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、PVDFなどの圧電体1を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体1の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
1、第2の音響整合層3、4の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、PVDFなどの圧電体1を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体1の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
1、第2の音響整合層3、4の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
【0021】また、本実施例では、音響整合層3、4を
2層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは3層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
2層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは3層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
【0022】また、本実施例では、第2の音響整合層4
の厚みを均一にし、また被検体5との接触面がほぼ平坦
面になるように形成した場合について説明したが、この
ほか第1の音響整合層3と同様に第2の音響整合層4の
厚みを不均一にし、音響整合層4の最も厚い部分をほぼ
4分の1波長にし、被検体5側の面を凹面形状の構成に
した場合についても同様に広帯域で正規分布型のものが
得られる。
の厚みを均一にし、また被検体5との接触面がほぼ平坦
面になるように形成した場合について説明したが、この
ほか第1の音響整合層3と同様に第2の音響整合層4の
厚みを不均一にし、音響整合層4の最も厚い部分をほぼ
4分の1波長にし、被検体5側の面を凹面形状の構成に
した場合についても同様に広帯域で正規分布型のものが
得られる。
【0023】また、本実施例では、圧電体1が単一の場
合について説明したが、図3に示すように、圧電体1を
短冊状に分割した、いわゆるアレイ型の超音波トランス
デューサについても同様の効果が得られる。
合について説明したが、図3に示すように、圧電体1を
短冊状に分割した、いわゆるアレイ型の超音波トランス
デューサについても同様の効果が得られる。
【0024】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について図面を参照したがら説明する。図4は本発明の
第2の実施例における超音波トランスデューサを示す概
略断面図である。
について図面を参照したがら説明する。図4は本発明の
第2の実施例における超音波トランスデューサを示す概
略断面図である。
【0025】本実施例においては、図4示すように、上
記第1の実施例と同様に、圧電体1と、バッキング材2
と、第1の音響整合層3と、第2の音響整合層4とから
構成されている。
記第1の実施例と同様に、圧電体1と、バッキング材2
と、第1の音響整合層3と、第2の音響整合層4とから
構成されている。
【0026】圧電体1の曲率半径Rは、超音波ビームの
焦点をどこにするかによって決められ、また、圧電体1
の開口幅Aは、周波数と超音波ビームの絞る強さなどに
よって決められているため、上記第1の実施例の場合の
ように圧電体1の凹面部全体に第1の音響整合層3を形
成することができない場合がある。すなわち、圧電体1
の凹面部の最も高くなるところの高さが第1の音響整合
層3の厚みになる訳で、この厚みが4分の1波長にでき
ない構成になる。この場合には、本実施例に示すような
構成にすることにより解決できる。
焦点をどこにするかによって決められ、また、圧電体1
の開口幅Aは、周波数と超音波ビームの絞る強さなどに
よって決められているため、上記第1の実施例の場合の
ように圧電体1の凹面部全体に第1の音響整合層3を形
成することができない場合がある。すなわち、圧電体1
の凹面部の最も高くなるところの高さが第1の音響整合
層3の厚みになる訳で、この厚みが4分の1波長にでき
ない構成になる。この場合には、本実施例に示すような
構成にすることにより解決できる。
【0027】図4に示すように、任意の曲率を有する凹
面形状の圧電体1の超音波送受信面に外側の部分を除い
て第1の音響整合層3を設け、この第1の音響整合層3
は最も厚くなる部分の厚みがほぼ4分の1波長になるよ
うに曲率を持たせた凹面形状に形成し、更に、第1の音
響整合層3上から第2の音響整合層4を設け、この第2
の音響整合層4は第1の音響整合層3と同様に、最も厚
くなる部分の厚みが4分の1波長になるように曲率を持
たせた凹面形状に形成する。
面形状の圧電体1の超音波送受信面に外側の部分を除い
て第1の音響整合層3を設け、この第1の音響整合層3
は最も厚くなる部分の厚みがほぼ4分の1波長になるよ
うに曲率を持たせた凹面形状に形成し、更に、第1の音
響整合層3上から第2の音響整合層4を設け、この第2
の音響整合層4は第1の音響整合層3と同様に、最も厚
くなる部分の厚みが4分の1波長になるように曲率を持
たせた凹面形状に形成する。
【0028】例えば、上記第1の実施例と同様に、圧電
体1として周波数5.0MHzの圧電セラミックス、第
1、2の音響整合層3、4として音響インピーダンスが
それぞれ12MRayl(音速2550m/s)、2.
8MRayl(音速2580m/s)の材料を用い、圧
電体1の曲率半径Rを40mm、開口径Aを10mmと
した場合、第1、2の音響整合層3、4のそれぞれの最
も厚い部分をほぼ4分の1波長の厚み(第1の音響整合
層3は0.128mm、第2の音響整合層4は0.12
9mm)にしようとすると、第1の音響整合層3の曲率
半径は67mmとなる。また、第2の音響整合層4の被
検体5側の曲率半径は218mmとなる。このように、
第1、第2の音響整合層3、4についても曲面を持たせ
ることにより、それぞれの最も厚い部分の厚みをほぼ4
分の1波長に設定することが可能となる。また、上記第
1の実施例と同様に、圧電体1を任意の曲率を持たせた
凹面形状に形成しているので、従来のように音響整合層
上にシリコーンゴムなどの音響レンズを設けなくとも任
意の距離に焦点を有する超音波ビームを集束させること
ができる。したがって、もちろん、従来のような音響レ
ンズの減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感
度(効果)も高くすることが可能になるという特徴を有
している。
体1として周波数5.0MHzの圧電セラミックス、第
1、2の音響整合層3、4として音響インピーダンスが
それぞれ12MRayl(音速2550m/s)、2.
8MRayl(音速2580m/s)の材料を用い、圧
電体1の曲率半径Rを40mm、開口径Aを10mmと
した場合、第1、2の音響整合層3、4のそれぞれの最
も厚い部分をほぼ4分の1波長の厚み(第1の音響整合
層3は0.128mm、第2の音響整合層4は0.12
9mm)にしようとすると、第1の音響整合層3の曲率
半径は67mmとなる。また、第2の音響整合層4の被
検体5側の曲率半径は218mmとなる。このように、
第1、第2の音響整合層3、4についても曲面を持たせ
ることにより、それぞれの最も厚い部分の厚みをほぼ4
分の1波長に設定することが可能となる。また、上記第
1の実施例と同様に、圧電体1を任意の曲率を持たせた
凹面形状に形成しているので、従来のように音響整合層
上にシリコーンゴムなどの音響レンズを設けなくとも任
意の距離に焦点を有する超音波ビームを集束させること
ができる。したがって、もちろん、従来のような音響レ
ンズの減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感
度(効果)も高くすることが可能になるという特徴を有
している。
【0029】したがって、広帯域で正規分布型の周波数
特性と高効率を有する超音波トランスデューサを得るこ
とができるので、高分解能で、しかも、被検深度の深い
超音波画像を得ることが可能となる。
特性と高効率を有する超音波トランスデューサを得るこ
とができるので、高分解能で、しかも、被検深度の深い
超音波画像を得ることが可能となる。
【0030】なお、本実施例では、圧電体1として圧電
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、PVDFなどの圧電体1を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体1の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
1、第2の音響整合層3、4の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、PVDFなどの圧電体1を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体1の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
1、第2の音響整合層3、4の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
【0031】また、本実施例では、音響整合層3、4を
2層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは3層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
2層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは3層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
【0032】また、本実施例では、圧電体1、第1、第
2の音響整合層3、4を1点の中心点を有する単一の曲
率に構成した場合について説明したが、このほか、圧電
体1、第1、第2の音響整合層3、4を複数の中心点を
有する曲率面にした構成を用いても同様に、広帯域で正
規分布型の周波数特性を得ることができる。
2の音響整合層3、4を1点の中心点を有する単一の曲
率に構成した場合について説明したが、このほか、圧電
体1、第1、第2の音響整合層3、4を複数の中心点を
有する曲率面にした構成を用いても同様に、広帯域で正
規分布型の周波数特性を得ることができる。
【0033】また、本実施例では、第1、第2の音響整
合層3、4の両方に曲率を持たせて曲面の厚みを不均一
にした場合について説明したが、このほか、第1の音響
整合層3だけ曲面にして不均一の厚みにし、第2の音響
整合層4は4分の1波長の均一の厚みにした構成を用い
ても同様に広帯域で正規分布型の周波数特性を得ること
ができる。
合層3、4の両方に曲率を持たせて曲面の厚みを不均一
にした場合について説明したが、このほか、第1の音響
整合層3だけ曲面にして不均一の厚みにし、第2の音響
整合層4は4分の1波長の均一の厚みにした構成を用い
ても同様に広帯域で正規分布型の周波数特性を得ること
ができる。
【0034】また、本実施例では、圧電体1が単一の場
合について説明したが、圧電体1を短冊状に分割した、
いわゆるアレイ型の超音波トランスデューサについても
同様の効果が得られる。
合について説明したが、圧電体1を短冊状に分割した、
いわゆるアレイ型の超音波トランスデューサについても
同様の効果が得られる。
【0035】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
超音波を送受信する圧電体と、断面形状が中心部でほぼ
4分の1波長の厚みを有し、周辺部に至るに従って次第
に薄くなり、最外部で最も薄く、前記圧電体の曲率より
大きい曲率の凹面部を有する音響整合層を少なくとも一
層備えたので、超音波ビームを集束することができ、音
響レンズが不要となる。このように、音響レンズによる
減衰の影響を受けることなく、広帯域の周波数特性を得
ることができるとともに、感度(効率)を向上させるこ
とができ、したがって、高分解能で、かつ被検深度の深
い超音波画像を得ることができる。
超音波を送受信する圧電体と、断面形状が中心部でほぼ
4分の1波長の厚みを有し、周辺部に至るに従って次第
に薄くなり、最外部で最も薄く、前記圧電体の曲率より
大きい曲率の凹面部を有する音響整合層を少なくとも一
層備えたので、超音波ビームを集束することができ、音
響レンズが不要となる。このように、音響レンズによる
減衰の影響を受けることなく、広帯域の周波数特性を得
ることができるとともに、感度(効率)を向上させるこ
とができ、したがって、高分解能で、かつ被検深度の深
い超音波画像を得ることができる。
【図1】本発明の第1の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
デューサを示す概略断面図
【図2】同超音波トランスデューサの周波数特性の説明
図
図
【図3】同超音波トランスデューサをアレイ型に構成し
た例の概略斜視図
た例の概略斜視図
【図4】本発明の第2の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
デューサを示す概略断面図
【図5】従来の超音波トランスデューサを示す概略断面
図
図
1 圧電体 2 第1の音響整合層 3 第2の音響整合層 4 バッキング材
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 8/00 - 8/14
Claims (2)
- 【請求項1】 超音波を送受信する圧電体と、断面形状
が中心部でほぼ4分の1波長の厚みを有し、周辺部に至
るに従って次第に薄くなり、最外部で最も薄く、前記圧
電体の曲率より大きい曲率の凹面部を有する音響整合層
を少なくとも一層備えた超音波トランスデューサ。 - 【請求項2】 凹面部の曲率が異なる少なくとも二層の
音響整合層を備えた請求項1記載の超音波トランスデュ
ーサ。
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---|---|---|---|
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US6974415B2 (en) * | 2003-05-22 | 2005-12-13 | Magnetus Llc | Electromagnetic-acoustic imaging |
US7021145B2 (en) * | 2003-07-21 | 2006-04-04 | Horiba Instruments, Inc | Acoustic transducer |
US7062972B2 (en) * | 2003-07-21 | 2006-06-20 | Horiba Instruments, Inc. | Acoustic transducer |
US7124621B2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-10-24 | Horiba Instruments, Inc. | Acoustic flowmeter calibration method |
US7360417B2 (en) * | 2005-01-10 | 2008-04-22 | Gems Sensors, Inc. | Fluid level detector |
JP2009510889A (ja) * | 2005-09-27 | 2009-03-12 | 株式会社 メディソン | 超音波診断用プローブ及びこれを用いる超音波診断システム |
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CN102596432B (zh) * | 2009-11-09 | 2015-03-25 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有预成型的球面形匹配层的弯曲超声hifu换能器 |
US9214152B2 (en) * | 2011-09-26 | 2015-12-15 | Koninklijke Philips N.V. | Ultrasound probe with an acoustical lens |
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KR101736641B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2017-05-17 | 주식회사 포스코 | 균열 측정 장치 및 방법 |
CN114340802B (zh) * | 2019-08-30 | 2023-09-29 | 京瓷株式会社 | 涂装装置、涂装膜及涂装方法 |
WO2023098736A1 (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 武汉联影医疗科技有限公司 | 一种超声换能器和用于制备匹配层的方法 |
TWI816253B (zh) * | 2021-12-15 | 2023-09-21 | 詠業科技股份有限公司 | 超聲波傳感器 |
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US4205686A (en) * | 1977-09-09 | 1980-06-03 | Picker Corporation | Ultrasonic transducer and examination method |
US4184094A (en) * | 1978-06-01 | 1980-01-15 | Advanced Diagnostic Research Corporation | Coupling for a focused ultrasonic transducer |
US4446395A (en) * | 1981-12-30 | 1984-05-01 | Technicare Corporation | Short ring down, ultrasonic transducer suitable for medical applications |
JPS5959000A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-04 | Toshiba Corp | 凹面型超音波探触子及びその製造方法 |
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JPS61292550A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | アレイ形超音波探触子 |
JPH07121158B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1995-12-20 | オムロン株式会社 | 超音波探触子 |
-
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- 1993-06-23 JP JP5151851A patent/JP2927144B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-04-18 US US08/228,902 patent/US5438999A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-21 EP EP94302836A patent/EP0631272B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-21 DE DE69429213T patent/DE69429213T2/de not_active Expired - Fee Related
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JPH078486A (ja) | 1995-01-13 |
DE69429213D1 (de) | 2002-01-10 |
EP0631272A2 (en) | 1994-12-28 |
US5438999A (en) | 1995-08-08 |
DE69429213T2 (de) | 2002-07-11 |
EP0631272A3 (en) | 1996-04-24 |
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