JP2937359B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JP2937359B2 JP2937359B2 JP24793989A JP24793989A JP2937359B2 JP 2937359 B2 JP2937359 B2 JP 2937359B2 JP 24793989 A JP24793989 A JP 24793989A JP 24793989 A JP24793989 A JP 24793989A JP 2937359 B2 JP2937359 B2 JP 2937359B2
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超音波診断装置や超音波探傷装置において、
使用される超音波を送受する超音波探触子に関する。
使用される超音波を送受する超音波探触子に関する。
（従来の技術） 超音波により物体内部の構造をイメージングする装置
には、超音波診断装置や超音波探傷装置などがある。こ
れらの装置において超音波を送受する超音波探触子に
は、より高感度なものが求められている。超音波探触子
の超音波と電気の変換素子には圧電セラミックなどの圧
電体が用いられており、通常この圧電体は、両面に電極
のついた板状あるいは短冊状となっている。この様な超
音波探触子の感度はその送波能力と受波感度によって決
まるが、送波能力を上げるには駆動電圧の増大、圧電材
料の改良（結合係数を大きくする）などの方法があり、
また受信感度を上げるには圧電材料の改良などの方法が
ある。さらに受波信号の受信回路系への効率的な伝達を
図るために圧電体の電気的インピーダンスを小さくする
方法として、誘電率の大きな圧電材料を用いる、圧電体
を積層する、あるいはインピーダンス変換器を付加する
などの方法がある。これらのうち圧電体の結合係数を大
きくする方法は最も理想的であるが、現存する圧電セラ
ミック材料において結合係数の最も大きな値は0.7程度
であり、この値は近年ほとんど進歩していない。また圧
電体の電気的インピーダンスを小さくする方法はケーブ
ルなどによる受波信号の電気的損失を少なくするもの
で、基本的に探触子の受波感度を上げるものではない。
圧電体を積層する方法は探触子の受波感度自体は小さく
なる方向にある。
には、超音波診断装置や超音波探傷装置などがある。こ
れらの装置において超音波を送受する超音波探触子に
は、より高感度なものが求められている。超音波探触子
の超音波と電気の変換素子には圧電セラミックなどの圧
電体が用いられており、通常この圧電体は、両面に電極
のついた板状あるいは短冊状となっている。この様な超
音波探触子の感度はその送波能力と受波感度によって決
まるが、送波能力を上げるには駆動電圧の増大、圧電材
料の改良（結合係数を大きくする）などの方法があり、
また受信感度を上げるには圧電材料の改良などの方法が
ある。さらに受波信号の受信回路系への効率的な伝達を
図るために圧電体の電気的インピーダンスを小さくする
方法として、誘電率の大きな圧電材料を用いる、圧電体
を積層する、あるいはインピーダンス変換器を付加する
などの方法がある。これらのうち圧電体の結合係数を大
きくする方法は最も理想的であるが、現存する圧電セラ
ミック材料において結合係数の最も大きな値は0.7程度
であり、この値は近年ほとんど進歩していない。また圧
電体の電気的インピーダンスを小さくする方法はケーブ
ルなどによる受波信号の電気的損失を少なくするもの
で、基本的に探触子の受波感度を上げるものではない。
圧電体を積層する方法は探触子の受波感度自体は小さく
なる方向にある。
（発明が解決しようとする課題） 超音波診断装置や超音波探傷装置においてはS/Nの向
上による高画質化のために高感度な超音波探触子が求め
られている。そのためには送波能力、受波感度の向上が
必要である。感度向上の方法として、駆動電圧の増大、
圧電材料の結合係数の増大などのほか誘電率の大きな圧
電材料を用いたり圧電体を積層する方法等も考えられて
いる。しかし駆動電圧の増大や電圧材料の結合係数、誘
電率の増大などによる方法には限界があり、大幅な感度
向上は望めない。また圧電体を積層する方法では、送波
能力や受波信号の電気的損失は向上しても、探触子の受
波感度自体は低下してしまうという問題がある。
上による高画質化のために高感度な超音波探触子が求め
られている。そのためには送波能力、受波感度の向上が
必要である。感度向上の方法として、駆動電圧の増大、
圧電材料の結合係数の増大などのほか誘電率の大きな圧
電材料を用いたり圧電体を積層する方法等も考えられて
いる。しかし駆動電圧の増大や電圧材料の結合係数、誘
電率の増大などによる方法には限界があり、大幅な感度
向上は望めない。また圧電体を積層する方法では、送波
能力や受波信号の電気的損失は向上しても、探触子の受
波感度自体は低下してしまうという問題がある。
本発明はこの様な問題を解決し、送波能力を低下させ
ることなく受波感度を向上させた高感度な超音波探触子
を提供することを目的とする。
ることなく受波感度を向上させた高感度な超音波探触子
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） 本発明は超音波探触子に用いる通常の板状あるいは短
冊状の圧電体若しくはその電極を厚み方向と垂直な方向
に複数に分割し、分割した各々の圧電体を物理的には並
列のまま、電気的には直列に接続することにより構成さ
れる。
冊状の圧電体若しくはその電極を厚み方向と垂直な方向
に複数に分割し、分割した各々の圧電体を物理的には並
列のまま、電気的には直列に接続することにより構成さ
れる。
上記記載の複数に分割した圧電体間の電気的接続を並
列又は直列に切り替えるための切り替えスイッチを備
え、超音波の送波時には圧電体の電気的接続を並列にし
通常の板状あるいは短冊状圧電体と同様の状態にし、受
波時には圧電体間の電気的接続を直列に接続することに
より構成される。
列又は直列に切り替えるための切り替えスイッチを備
え、超音波の送波時には圧電体の電気的接続を並列にし
通常の板状あるいは短冊状圧電体と同様の状態にし、受
波時には圧電体間の電気的接続を直列に接続することに
より構成される。
また受波時に直列に接続した圧電体のインピーダンス
が圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイ
ンピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合
成インピーダンスより大きい場合には、接続された圧電
体とその圧電体により検出された信号を受信部に伝達す
るためのケーブルとの間にインピーダンス変換器を付加
したものである。
が圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイ
ンピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合
成インピーダンスより大きい場合には、接続された圧電
体とその圧電体により検出された信号を受信部に伝達す
るためのケーブルとの間にインピーダンス変換器を付加
したものである。
（作用） この発明によれば、板状あるいは短冊状の圧電体若し
くはその電極を複数に分割し、分割した各各の圧電体を
物理的には並列のまま、電気的には直列に接続している
ため、圧電体の共振周波数を変えることなく受波感度を
接続した圧電体の個数倍だけ向上させることができる。
印加電圧を分割していない圧電体と等しくした場合、送
波能力は小さくなるが、送波能力が等しくなるように印
加電圧を増大させることで全体としての感度も向上させ
ることができる。印加電圧の増大ができないような場合
でも、複数に分割した圧電体間の電気的接続を並列又は
直列に切り替えるための切り替えスイッチを備えること
により、送波時には複数の圧電体間の電気的接続を並列
をし、送波能力は通常の圧電体と同様に保持することが
でき、受波時には圧電体間の電気的接続を直列にするこ
とにより、前記の場合同様接続した圧電体の個数倍だけ
受波感度を向上させることができる。
くはその電極を複数に分割し、分割した各各の圧電体を
物理的には並列のまま、電気的には直列に接続している
ため、圧電体の共振周波数を変えることなく受波感度を
接続した圧電体の個数倍だけ向上させることができる。
印加電圧を分割していない圧電体と等しくした場合、送
波能力は小さくなるが、送波能力が等しくなるように印
加電圧を増大させることで全体としての感度も向上させ
ることができる。印加電圧の増大ができないような場合
でも、複数に分割した圧電体間の電気的接続を並列又は
直列に切り替えるための切り替えスイッチを備えること
により、送波時には複数の圧電体間の電気的接続を並列
をし、送波能力は通常の圧電体と同様に保持することが
でき、受波時には圧電体間の電気的接続を直列にするこ
とにより、前記の場合同様接続した圧電体の個数倍だけ
受波感度を向上させることができる。
また受波時に直列に接続した圧電体のインピーダンス
が圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイ
ンピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合
成インピーダンスより大きい場合には、圧電体とケーブ
ルとの間にインピーダンス変換器を付加することでイン
ピーダンスを低減し、受波信号の受信回路系への効率的
な伝達を図ることができ、超音波探触子全体としても高
感度なものを得ることができる。
が圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイ
ンピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合
成インピーダンスより大きい場合には、圧電体とケーブ
ルとの間にインピーダンス変換器を付加することでイン
ピーダンスを低減し、受波信号の受信回路系への効率的
な伝達を図ることができ、超音波探触子全体としても高
感度なものを得ることができる。
（実施例） 第１図には、本発明の実施例を示す。第３図に示した
ものは従来の超音波探触子であるが、以下第１図と第３
図を対比しながら説明する。第１図においては第３図の
圧電体８の両面の電極12,13を中央で２分割した形とな
っている。さらに音響整合層２側の電極３とバッキング
７側の電極６を接続し、バッキング７側の電極４と音響
整合層２側の電極５の間に駆動パルスを印加する。第１
図において２つに分割された圧電体の分極方向（矢印）
は同一になっている。電極４と電極５の間と第３図の電
極12と電極13の間に十分駆動能力のあるパルサにより同
一のパルスを印加した場合、第１の分割された各々の圧
電体にかかる電解は第３図の圧電体にかかる電解の２分
の１になり、第１図の圧電体により発生する超音波の音
圧は、第３図の圧電体により発生される超音波の音圧の
２分の１となるが、電極４と電極５の間に印加するパル
スの電圧を増大させることで発生させる超音波の音圧は
第３図の場合と同等にすることができる。また同一の超
音波を第１図及び第３図に示した超音波探触子を用いて
受波する場合、第１図及び第３図の圧電体に生じる歪み
は等しく、従って電極４と電極５の間に生じる電圧は電
極12と電極13の間に生じる電圧の２倍となる。以上のこ
とにより、第１図及び第３図に示した超音波探触子を送
波音圧一定のもとで比較した場合、第１図の構造のもの
の電圧感度は、第３図に示す従来の超音波探触子に比べ
２倍となる。
ものは従来の超音波探触子であるが、以下第１図と第３
図を対比しながら説明する。第１図においては第３図の
圧電体８の両面の電極12,13を中央で２分割した形とな
っている。さらに音響整合層２側の電極３とバッキング
７側の電極６を接続し、バッキング７側の電極４と音響
整合層２側の電極５の間に駆動パルスを印加する。第１
図において２つに分割された圧電体の分極方向（矢印）
は同一になっている。電極４と電極５の間と第３図の電
極12と電極13の間に十分駆動能力のあるパルサにより同
一のパルスを印加した場合、第１の分割された各々の圧
電体にかかる電解は第３図の圧電体にかかる電解の２分
の１になり、第１図の圧電体により発生する超音波の音
圧は、第３図の圧電体により発生される超音波の音圧の
２分の１となるが、電極４と電極５の間に印加するパル
スの電圧を増大させることで発生させる超音波の音圧は
第３図の場合と同等にすることができる。また同一の超
音波を第１図及び第３図に示した超音波探触子を用いて
受波する場合、第１図及び第３図の圧電体に生じる歪み
は等しく、従って電極４と電極５の間に生じる電圧は電
極12と電極13の間に生じる電圧の２倍となる。以上のこ
とにより、第１図及び第３図に示した超音波探触子を送
波音圧一定のもとで比較した場合、第１図の構造のもの
の電圧感度は、第３図に示す従来の超音波探触子に比べ
２倍となる。
第２図には、本発明の他の第２の実施例を示す。第２
図に示した超音波探触子は第３図に於ける圧電体の電極
のうち一方の面のみを分割したもので分極方向は分割し
た部分を境に逆になっている。電極９と電極10により電
圧の印加及び取り出しを行うが電気的には第１の実施例
と等価でありその効果も同等である。この様な構造にす
ることにより第１の実施例に於ける電極３と電極６の接
続の必要がなく、またリードも同一の面から取り出せる
ので構造も簡易となる。
図に示した超音波探触子は第３図に於ける圧電体の電極
のうち一方の面のみを分割したもので分極方向は分割し
た部分を境に逆になっている。電極９と電極10により電
圧の印加及び取り出しを行うが電気的には第１の実施例
と等価でありその効果も同等である。この様な構造にす
ることにより第１の実施例に於ける電極３と電極６の接
続の必要がなく、またリードも同一の面から取り出せる
ので構造も簡易となる。
第４図には、本発明の他の実施例を示す。圧電体は第
１図のものと同様に分割してある。電極17はケーブルの
信号側に接続され電極14はアース側に接続される。電極
15はスイッチ19を介して電極16又はアースのいずれかに
接続される。電極16はスイッチ18を介して電極15又はケ
ーブルの信号側のいずれかに接続される。送波時にはス
イッチ19はアース側にスイッチ18はケーブルの信号側に
接続され、電気的に並列となり、これにより第３図の圧
電体と同等となる。受波時にはスイッチ19は電極16側に
スイッチ18は電極15側に接続され、電気的に直列となり
第１図に示す実施例と同様に受波感度は２倍になる。全
体として第３図に示す従来のプローブと同じ印加電圧で
２倍の感度を得ることができる。
１図のものと同様に分割してある。電極17はケーブルの
信号側に接続され電極14はアース側に接続される。電極
15はスイッチ19を介して電極16又はアースのいずれかに
接続される。電極16はスイッチ18を介して電極15又はケ
ーブルの信号側のいずれかに接続される。送波時にはス
イッチ19はアース側にスイッチ18はケーブルの信号側に
接続され、電気的に並列となり、これにより第３図の圧
電体と同等となる。受波時にはスイッチ19は電極16側に
スイッチ18は電極15側に接続され、電気的に直列となり
第１図に示す実施例と同様に受波感度は２倍になる。全
体として第３図に示す従来のプローブと同じ印加電圧で
２倍の感度を得ることができる。
第５図には、本発明の他の実施例を示す。第５図は第
１図にインピーダンス変換器20を付加したもので、イン
ピーダンス変換器はコイル、トランス、FETを使用した
ものなどその種類は問わない。前項までに記載のように
受波時二分割した圧電体を直列に接続した場合、電気的
な容量は減少する。例えば第１図や第２図のように２分
割にした場合電気的な容量は４分の１となる。電気的な
容量の減少はそのままインピーダンスの増大になる。直
列に接続した圧電体のインピーダンスが圧電体と受信部
を接続するケーブルの容量分によるインピーダンスと受
信部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダンス
より大きい場合には、ケーブルによる損失が大きく受波
信号の受信回路系への効率的な伝達を図ることができな
い。その為探触子の受波感度は上がってもシステムとし
ては感度は下がってしまう。そこで本発明では受信系に
インピーダンス変換器を付加し受波信号の受信回路系へ
の効率的な伝達を図っている。第５図では第１図にイン
ピーダンス変換器を付加したものを示したが、第２図や
第４図のような場合でも同様のことがいえる。
１図にインピーダンス変換器20を付加したもので、イン
ピーダンス変換器はコイル、トランス、FETを使用した
ものなどその種類は問わない。前項までに記載のように
受波時二分割した圧電体を直列に接続した場合、電気的
な容量は減少する。例えば第１図や第２図のように２分
割にした場合電気的な容量は４分の１となる。電気的な
容量の減少はそのままインピーダンスの増大になる。直
列に接続した圧電体のインピーダンスが圧電体と受信部
を接続するケーブルの容量分によるインピーダンスと受
信部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダンス
より大きい場合には、ケーブルによる損失が大きく受波
信号の受信回路系への効率的な伝達を図ることができな
い。その為探触子の受波感度は上がってもシステムとし
ては感度は下がってしまう。そこで本発明では受信系に
インピーダンス変換器を付加し受波信号の受信回路系へ
の効率的な伝達を図っている。第５図では第１図にイン
ピーダンス変換器を付加したものを示したが、第２図や
第４図のような場合でも同様のことがいえる。
以上の実施例では、２分割の場合についてのみ記述し
たが３分割、４分割としていった場合でもその効果は容
易に類推できる。第６図には第２図に示した実施例の分
割数を増やした場合の構造の一例を示す。
たが３分割、４分割としていった場合でもその効果は容
易に類推できる。第６図には第２図に示した実施例の分
割数を増やした場合の構造の一例を示す。
以上説明したように、本発明によれば超音波探触子の
圧電体を複数に分割し圧電体の共振周波数を変えること
なく受波感度を接続した圧電体の個数倍だけ向上させる
ことができる。
圧電体を複数に分割し圧電体の共振周波数を変えること
なく受波感度を接続した圧電体の個数倍だけ向上させる
ことができる。
第１図、第２図、第４図乃至第６図は、本発明の一実施
例の構成図、第３図は従来の超音波探触子の構成図を示
す。 １……送受信装置、２……音響整合層、３〜６……電
極、７……バッキング、８……圧電体、９〜17……電
極、18……スイッチ、19……スイッチ、20……インピー
ダンス変換器、21〜24……電極、25……送信装置、26…
…受信装置、27……電極。
例の構成図、第３図は従来の超音波探触子の構成図を示
す。 １……送受信装置、２……音響整合層、３〜６……電
極、７……バッキング、８……圧電体、９〜17……電
極、18……スイッチ、19……スイッチ、20……インピー
ダンス変換器、21〜24……電極、25……送信装置、26…
…受信装置、27……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−220882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−125244（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−12740（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04R 17/00
Claims (2)
- 【請求項１】超音波を送受する圧電体と、該圧電体の２
つの主面上に各々形成された電極を備えた超音波探触子
において、前記電極の少なくとも一方は複数に分割さ
れ、この分割により複数に分割された圧電体間の電気的
接続を並列又は直列に切り替えるための切り替えスイッ
チを備え、前記圧電体の共振周波数を変えることなく、
超音波の送波時には前記圧電体間の電気的接続を並列
に、受波時には前記圧電体間の電気的接続を直列にする
ことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項２】前記圧電体とその圧電体により検出された
信号を受信部に伝達するためのケーブルとの間に設けら
れ、受波時に直列に接続した前記圧電体のインピーダン
スが、前記圧電体と前記受信部とを接続するケーブルの
容量分によるインピーダンスと前記受信部の入力インピ
ーダンスとの並列合成インピーダンスよりも大きい場合
には、インピーダンス変換を行なうインピーダンス変換
器を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24793989A JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24793989A JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110998A JPH03110998A (ja) | 1991-05-10 |
| JP2937359B2 true JP2937359B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=17170802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24793989A Expired - Fee Related JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937359B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5754145B2 (ja) * | 2011-01-25 | 2015-07-29 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波センサーおよび電子機器 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP24793989A patent/JP2937359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03110998A (ja) | 1991-05-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |