JP3608453B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic inspection device - Google Patents

Ultrasonic probe and ultrasonic inspection device

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JP3608453B2
JP3608453B2 JP32798799A JP32798799A JP3608453B2 JP 3608453 B2 JP3608453 B2 JP 3608453B2 JP 32798799 A JP32798799 A JP 32798799A JP 32798799 A JP32798799 A JP 32798799A JP 3608453 B2 JP3608453 B2 JP 3608453B2
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剛彦 杉ノ内
雅彦 橋本
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松下電器産業株式会社
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は超音波を利用した計測の分野に用いられる超音波探触子およびそれを利用した超音波検査装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus using the ultrasonic probe and it used in the field of measurement using ultrasonic.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来、水や油をきらう被検体の場合や音速の遅い音響媒質を用いて分解能を向上させようとした場合、不活性の音響媒質が使用されているが、純水に比べると一般的に減衰が大きく、超音波振動子を被検体に近づける必要があった。 Conventionally, water-hating or oil with a case and sound velocity slow acoustic medium of the subject when an attempt to improve the resolution, although the acoustic medium inert is used, typically attenuated when compared to pure water is large, it is necessary to bring the ultrasonic vibrator to the subject.
【0003】 [0003]
図8を用いて特開昭63−36172号公報に示された従来の方法について説明する。 Conventional method shown in JP-A-63-36172 will be described with reference to FIG.
【0004】 [0004]
プローブ801をテーパ状の超音波カプラ802に装着する。 Attaching the probe 801 in a tapered shape of the ultrasonic coupler 802. 超音波カプラ802内には音響レンズ803が具備しており、音響レンズ803の上面803aがプローブ801と同じ曲率をもち、音響レンズ803の下面803bがプローブ801の曲率よりも小さい曲率を持つことにより、プローブ801の焦点を近距離に移動させることを実現している。 The ultrasonic coupler 802 is provided acoustic lens 803, the upper surface 803a of the acoustic lens 803 has the same curvature as the probe 801, the lower surface 803b of the acoustic lens 803 by having a smaller curvature than the curvature of the probe 801 , it is realized that to move the focus of the probe 801 at a short distance. そして音響レンズ803の前面には音響媒質804があり、シリコーンゴム膜805を通して超音波806を送信している。 And the front of the acoustic lens 803 and audio media 804, which transmits ultrasound 806 through the silicone rubber membrane 805.
【0005】 [0005]
また、音響レンズを具備した超音波振動子では音響媒質によって焦点距離が決まってしまうが、特開平5―66219号公報では薄板の引っ張り、圧縮を変化させることで凹面部分の曲率を変化させて焦点の可変を実現している。 Further, in the ultrasonic transducer provided with the acoustic lens is thus determined focal length by the acoustic medium, the tensile of the sheet in JP-A 5-66219 and JP-by changing the curvature of the concave portions by varying the compressed focus It is realized in the variable.
【0006】 [0006]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、高周波で計測を行う場合、図8に示す従来の方法ではシリコーンゴム膜805による減衰の影響を無視できなくなる。 However, when performing measurement at a high frequency, it can not be ignored the effect of attenuation due to the silicone rubber layer 805 in the conventional method shown in FIG. また、薄板の引っ張り、圧縮を変化させることで凹面部分の曲率を変化させて焦点の可変を実現する場合、被検体の凹部内を計測しようとすると、その凹部内にはいれるように小さな超音波振動子が要求され、超音波振動子の製造が困難である。 Further, pulling the thin plate, compressed to change the curvature of the concave portions by varying the in case of realizing the variable focus, a small ultrasonic so when you try to measure the recess of the object, which had on its inside recesses vibrator is required, it is difficult to manufacture the ultrasonic vibrator.
【0007】 [0007]
本発明はこのような問題点を解決するもので、被検体の音響媒質による影響をなくし、かつ音響媒質層を表面張力によって音響レンズの役割をもたせ、感度の高い超音波の送受信を実現できる超音波振動子および超音波検査装置を提供する事を目的とするものである。 The present invention is intended to solve such problems, eliminating the effects of acoustic medium of the object, and remembering the role of the acoustic lens acoustic medium layer by surface tension, it can be realized sending and receiving of high ultrasonic sensitivity super Another object of the present invention is to provide an acoustic wave transducer and the ultrasonic inspection apparatus.
【0008】 [0008]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明は、 超音波を送信あるいは受信する超音波振動子を有し、音響媒質内に配置した被検体に対して、音響媒質を介して超音波を伝搬可能な超音波探触子であって、前記超音波探触子は筒状構造を有し、前記筒状構造の中には前記音響媒質と異なる媒体を有し、被検体が存在する音響媒質と筒状構造の中の媒体とは溶解せず、前記筒状構造の中の媒体が表面張力によってレンズ構造を有する The present invention has an ultrasonic transducer for transmitting or receiving ultrasonic waves, to a subject placed within the acoustic medium, an ultrasound probe capable of propagating an ultrasonic wave through the acoustic medium the ultrasound probe has a tubular structure having a medium different from the acoustic medium in the tubular structure, and the medium in the acoustic medium and the tubular structure is subject exists not dissolved, medium in said tubular structure having a lens structure by surface tension.
【0009】 [0009]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
本発明の一実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から送信された超音波あるいは被検体により反射された超音波を伝搬させる音響媒質を少なくとも1種類以上具備し、前記超音波振動子が、前記少なくとも1種類の音響媒質を含む少なくとも2種類以上の音響媒質を介して前記被検体と超音波の送受信を行うことを特徴とする超音波探触子であり、被検体に応じた音響媒質と、感度を考慮した音響媒質を組み合わせることにより、被検体による音響媒質の制約を考慮しながら感度のよい超音波の送受信を可能にする作用を有する。 One embodiment of the present invention, an ultrasonic transducer for transmitting or receiving ultrasonic waves, at least one acoustic medium for propagating the ultrasonic waves reflected by the transmitted ultrasonic waves or the object from the ultrasonic vibrator comprising above, the ultrasonic transducers, the ultrasonic probe and performs the transmission and reception of the subject and the ultrasound through at least two or more acoustic medium comprises at least one acoustic medium , and the has the effect of enabling an acoustic medium in accordance with the subject, by combining the acoustic medium in consideration of the sensitivity, the transmission and reception of good ultrasound sensitive while considering the constraints of the acoustic medium by the subject.
【0010】 [0010]
好ましくは、少なくとも2種類以上の音響媒質は、少なくとも隣りあう音響媒質間で溶解せず、層状構造をなすことを特徴とするものであり、音響媒質が音響整合層の役割をはたすことを可能にする作用を有する。 Preferably, at least two or more acoustic medium, not dissolved among acoustic medium each other at least adjacent, and characterized in that forming a layered structure, to allow the acoustic medium plays the role of the acoustic matching layer You have the effect of.
【0011】 [0011]
好ましくは、超音波振動子から最も離れた音響媒質に被検体が設置されることを特徴とするものであり、超音波の集束行程の大半を減衰の少ない音響媒質層で行うことにより、感度のよい超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Preferably those wherein the subject is placed in an acoustic medium furthest away from the ultrasonic vibrator, by performing the majority of the ultrasound focusing stroke with less acoustic medium layer damping, the sensitivity of It has the effect of enabling the transmission and reception of good ultrasound.
【0012】 [0012]
好ましくは、少なくとも2種類以上の音響媒質は、いずれも液体であることを特徴とするものである Preferably, at least two or more acoustic medium, is characterized in that both a liquid.
【0013】 [0013]
好ましくは、被検体が存在する音響媒質が、不活性液体であることを特徴とするものであり、被検体に影響を与えずに超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Preferably, an acoustic medium is the subject exists, which is characterized in that an inert liquid has the effect of enabling the transmission and reception of ultrasonic waves without affecting the subject.
【0014】 [0014]
本発明の他の実施形態は、被検体を音響媒質内に配置し、超音波探触子を用いて超音波を音響媒質内に伝搬させて前記被検体を超音波検査する超音波検査装置であって、前記超音波探触子は筒状構造を有し、前記筒状構造の中には前記音響媒質と異なる媒体を有していることを特徴とする超音波検査装置であり、被検体に応じた音響媒質と、感度を考慮した音響媒質を組み合わせることにより、被検体による音響媒質の制約を考慮しながら感度のよい超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Another embodiment of the present invention, the subject is positioned within the acoustic medium, the ultrasonic inspection apparatus for ultrasonic inspection of the subject by the ultrasound to propagate into the acoustic medium using an ultrasonic probe there, the ultrasonic probe has a tubular structure, into the tubular structure is a ultrasonic inspection apparatus characterized in that it has a different medium and the acoustic medium, the subject having an acoustic medium in accordance, by combining an acoustic medium in consideration of the sensitivity, the effect of enabling the transmission and reception of good ultrasound sensitive while considering the constraints of the acoustic medium by the subject to.
【0015】 [0015]
好ましくは 、超音波探触子は、音響レンズを具備することを特徴とするものであり、減衰の少ない音響媒質層内で超音波の集束を可能にする作用を有する。 Preferably, the ultrasonic probe is characterized in that it comprises an acoustic lens has a function that allows focusing of the ultrasound attenuation less acoustic medium layer.
【0016】 [0016]
好ましくは、被検体が存在する音響媒質が、不活性液体であることを特徴とするものあり、被検体に影響を与えずに超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Preferably, an acoustic medium is the subject exists, there shall be characterized in that the inert liquid has the effect of enabling the transmission and reception of ultrasonic waves without affecting the subject.
【0017】 [0017]
好ましくは 、超音波探触子は、筒状構造の中の媒体に圧力変化を与える手段を具備することを特徴とするものであり、音響媒質を使ってレンズを構成し、その曲率を可変にする作用を有する。 Preferably, the ultrasonic probe is characterized in that it comprises means for providing a pressure change in the medium in the tubular structure, and a lens with an acoustic medium, the curvature variable It has the effect of.
【0018】 [0018]
好ましくは、被検体が存在する音響媒質と筒状構造の中の媒体とは溶解せず、前記筒状構造の中の媒体が表面張力によってレンズ構造を有することを特徴とするものあり、超音波を集束させる場合に音響媒質間に音響レンズを新たに用いる必要がないため、感度のよい超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Preferably, not dissolve the medium in the acoustic medium and the tubular structure is subject exists, there shall medium in said tubular structure and having a lens structure by surface tension, ultrasound since there is no need to newly use an acoustic lens between the acoustic medium in the case of focusing, and has the effect of enabling the transmission and reception of good ultrasound sensitive.
【0019】 [0019]
好ましくは、超音波探触子は、音響レンズを具備することを特徴とするものであり、減衰の少ない音響媒質層内で確実に超音波の集束を可能にする作用を有する。 Preferably, the ultrasonic probe is characterized in that it comprises an acoustic lens, has the effect of enabling reliable focusing of ultrasonic attenuation less acoustic medium layer.
【0020】 [0020]
好ましくは、被検体が存在する音響媒質が、不活性液体であることを特徴とするものであり、被検体に影響を与えずに超音波の送受信を可能にする作用を有する。 Preferably, an acoustic medium is the subject exists, which is characterized in that an inert liquid has the effect of enabling the transmission and reception of ultrasonic waves without affecting the subject.
【0021】 [0021]
好ましくは、超音波探触子は、筒状構造の中の媒体に圧力変化を与える手段を具備することを特徴とするものであり、音響媒質を使ってレンズを構成し、その曲率を可変にする作用を有する。 Preferably, the ultrasonic probe is characterized in that it comprises means for providing a pressure change in the medium in the tubular structure, and a lens with an acoustic medium, the curvature variable It has the effect of.
【0022】 [0022]
好ましくは、筒状構造の中の媒体を用いて、表面張力によってできたレンズ構造と音響レンズとの距離を可変にすることができるものであり、被検体に入射する超音波の入射角度を可変にできる作用を有する。 Preferably, by using the medium in the cylindrical structure, which the distance between the lens structure and the acoustic lens made by the surface tension can be made variable, the variable angle of incidence of the ultrasonic wave incident on the subject We have an action that can be.
【0023】 [0023]
以下、本発明の実施の形態について、図1から図7を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0024】 [0024]
(実施の形態1) (Embodiment 1)
図1は本発明の実施の形態1における超音波検査装置の概略図である。 Figure 1 is a schematic view of an ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図1において、101は超音波振動子であり、圧電素子と純水に対する音響整合層とから成る。 In Figure 1, 101 is an ultrasonic transducer, consisting of an acoustic matching layer with respect to pure water and the piezoelectric element. 圧電素子としてはチタン酸鉛系、高周波ではLiNbO 3などが使用される。 Lead titanate as the piezoelectric element, the high-frequency, such as LiNbO 3 is used. 102は筒状構造としての筒状のホルダ、103は音響媒質としての純水、104は音響媒質としての不活性液体で、例えばスリーエム社製の商品名「フロリナート」がある。 102 cylindrical holder as a cylindrical structure, 103 pure water as an acoustic medium, 104 with an inert liquid as an acoustic medium, for example, a 3M Company under the trade name "Fluorinert". 105は被検体である。 105 is the subject. 超音波振動子101と筒状ホルダ102は固定されている。 Ultrasonic transducer 101 and the cylindrical holder 102 is fixed.
【0025】 [0025]
超音波検査手順として、まず被検体105を、不活性液体104をいれた水槽106中に沈める。 As ultrasound procedures, a first object 105, submerged in the water tank 106 to put the inert liquid 104. 次に超音波振動子101と筒状のホルダ102が接続されたものを不活性液体104につかるように被検体105の上にくるように固定する。 Then securing those ultrasonic transducer 101 and the cylindrical holder 102 is connected to come on top of the subject 105 as immersed in an inert liquid 104. 筒状のホルダ102の中に純水103を流し込み、超音波計測を行う。 Pouring pure water 103 in the cylindrical holder 102, performing ultrasonic measurement. 純水103の比重が約1.0g/cc、不活性液体104をここではスリーエム社製の「フロリナート」(FC−77)とすると比重が約1.78g/ccであり、両者は溶け合わないため、混ざることなく不活性液体104の上に純水103がうわずみとして存在することになる。 A specific gravity of about 1.0 g / cc of pure water 103, a specific gravity when the "Fluorinert" manufactured by 3M of the inert liquid 104 where (FC-77) is about 1.78 g / cc, both are insoluble Therefore, pure water 103 on the inert liquid 104 without being mixed will be present as a supernatant. 筒状のホルダ102の材質は吸音性の高いものが望ましい。 The material of the cylindrical holder 102 that is desired high sound absorption. 超音波振動子101によって送受信を行い、受信した信号から純水103と不活性液体104の境界面での信号を削除して信号解析処理を行う。 Transmitted and received by the ultrasonic vibrator 101, performs signal analysis processing from the received signal by removing the signal at the boundary surface of the pure water 103 with an inert liquid 104. これによって超音波の送受信経路の大半が純水中となるので、超音波振動子101を被検体105に近づけることなく、減衰を大幅に改善できる。 Thus since most of the ultrasonic wave transmission and reception paths is pure water, without bringing the ultrasonic transducer 101 to the subject 105 can be significantly improved attenuation.
【0026】 [0026]
(実施の形態2) (Embodiment 2)
図2は本発明の実施の形態2における超音波振動子である。 Figure 2 is an ultrasonic transducer in a second embodiment of the present invention. 図2において、201は圧電素子、202は圧電素子と純水103との音響インピーダンスの整合をとるための音響整合層で、複数層の場合もある。 2, reference numeral 201 denotes a piezoelectric element, 202 is an acoustic matching layer for matching the acoustic impedance between the piezoelectric element and the pure water 103, there is a case of a plurality of layers. 圧電素子201と音響整合層202の材料は(実施の形態1)と同じである。 The material of the piezoelectric element 201 and acoustic matching layers 202 are the same as (Embodiment 1). 203はダンピング層で、圧電素子201からの超音波を吸収しやすい材料を選択し、例えばフェライトゴムがある。 203 is a damping layer, select the material that easily absorbs the ultrasonic waves from the piezoelectric element 201, for example, a ferrite rubber. その厚みはダンピング層203中へ伝搬した超音波が上面で反射して再び圧電素子201に戻ってくる強度が十分に小さくなるように設定する。 Its thickness is set such that the intensity of ultrasonic waves propagated into the damping layer 203 is returned to the piezoelectric element 201 again reflected by the upper surface is sufficiently small. 204は筒状構造としての筒状のホルダで底面に所定の開口面をもち、吸音材でかつ濡れ性のよい材料が望ましい。 204 has a cylindrical predetermined opening surface to the bottom in the holder as a cylindrical structure, and material having good wettability is desired that the sound absorbing material.
【0027】 [0027]
205は筒状構造の中の音響媒質に圧力をかけることができる装置としてのピストンで、筒状のホルダ204に純水103を供給した後、ピストン205を上に引くことにより陰圧をかけることができる。 205 is a piston of the apparatus which can apply a pressure to the acoustic medium in the cylindrical structure, after supplying pure water 103 to the cylindrical holder 204, applying a negative pressure by pulling the piston 205 upward can. なお、陰圧に引くポンプを用いても同様の効果が得られる。 Incidentally, the same effect can be obtained by using a pump to draw the negative pressure. 206は接触角90度以上の撥水性材料で、フッソ系樹脂などがある。 206 is a water-repellent material of the above-degree contact angle of 90, and the like fluorine-based resin. 207はピストン205によって陰圧をかけることによってできた純水103のメニスカス面である。 207 is a meniscus surface of pure water 103 made by applying a negative pressure by the piston 205. 濡れ性のよい筒状のホルダ204と、撥水性のよい206によってメニスカスができやすいような構造になっている。 A good wettability cylindrical holder 204, has a structure as easily can meniscuses 206 good water repellency.
【0028】 [0028]
図3は超音波検査手順についての概略図である。 Figure 3 is a schematic diagram of an ultrasonic inspection procedure. まず図3(a)のように筒状のホルダ204の底面を密封するための平板301でふさぐ。 First closing a flat plate 301 for sealing the bottom surface of the cylindrical holder 204 as shown in FIG. 3 (a). 次に上部開口302より純水103を充填させる。 Then it is filled with pure water 103 from upper opening 302. 次にピストン205で上部開口302をふさぎ、底面を密封するためのフタ301をはずす。 Then blocks the upper opening 302 in the piston 205, remove the lid 301 for sealing the bottom. 図3(b)のようにピストン205を少しさげて凸状メニスカス面303を発生させる。 3 piston 205 slightly lowered to cause the convex meniscus surface 303 as shown in (b). そのまま図3(c)のように被検体105が不活性液体104の中に沈んでいる水槽106に浸す。 As immersed in a water tank 106 which is submerged in the subject 105 is inert liquid 104 as shown in FIG. 3 (c). その状態のまま、図3(d)のようにピストン205をによって所定の陰圧をかけることによって凹状のメニスカス面207を形成させる。 Remain in that state, to form a concave meniscus surface 207 by applying a predetermined negative pressure by the piston 205 as shown in FIG. 3 (d). これによって純水103と不活性液体104の境界面に気泡がたまることがない。 This is not air bubbles accumulated in the boundary surface of the pure water 103 with an inert liquid 104.
【0029】 [0029]
陰圧の値によって凹状のメニスカス204の形状が変化するので、被検体105との位置関係と計測内容で凹状のメニスカス207の形状を決定する。 Since the value of negative pressure the shape of the concave meniscus 204 changes, to determine the shape of the concave meniscus 207 at the measurement contents and the positional relationship between the object 105. 計測内容とは、被検体105の表面に表面波をたたせたい場合、入射角度は被検体105の物性値と不活性液体104の物性値から決まってくる。 Measurement contents, if you want to stand a surface wave on the surface of the object 105, the incident angle comes determined from physical properties of physical properties and the inert liquid 104 in the subject 105. 不活性液体104の減衰を考えてなるべく焦点距離は短いほうがよい。 Possible focal length consider attenuation of the inert liquid 104 preferably shorter.
【0030】 [0030]
図4は凹状のメニスカス207を仮に球状の曲面であると仮定し、凹状のメニスカス207の曲率半径をR[mm]、純水103の音速をV1[m/sec] 、不活性液体104の音速をV2[m/sec] とした時の焦点距離F[mm]について説明した図である。 Figure 4 is assumed to be assumed spherical curved concave meniscus 207, the radius of curvature of the concave meniscus 207 R [mm], the speed of sound in the pure water 103 V1 [m / sec], the acoustic velocity of the inert liquid 104 is a diagram explaining the V2 [m / sec] and the focal length F when [mm]. 図4において401は凹状のメニスカス面207にメニスカス曲面の法線方向に対して角度Θ1で入射する入射超音波、402は凹状メニスカス面207によって屈折角Θ2で屈折した屈折超音波である。 401 incident ultrasonic waves incident at an angle Θ1 in the concave meniscus surface 207 with respect to the normal direction of the meniscus curved surface in FIG. 4, 402 is the refractive ultrasonic refracted at refraction angle Θ2 with the concave meniscus surface 207.
【0031】 [0031]
スネルの法則よりsinΘ1/sinΘ2=V1/V2 (1)が成り立ち、(1)式よりF=R/(1−V2/V1) (2)となる。 sinΘ1 / sinΘ2 = V1 / V2 (1) holds the Snell's law, the (1) F = R / from the equation (1-V2 / V1) (2).
【0032】 [0032]
凹状のメニスカス207の曲率半径を1[mm]、純水203の音速を1500[m/sec] 、不活性液体104をスリーエム社製の「フロリナート」(FC−77)とすると音速は580[m/sec] となる。 1 the curvature radius of the concave meniscus 207 [mm], 1500 the speed of sound in the pure water 203 [m / sec], when the "Fluorinert" manufactured by 3M inert liquid 104 (FC-77) the speed of sound 580 [m / sec] to become. すると焦点距離をF[mm]は(2)式よりF=1.63[mm]と計算される。 Then the focal length F [mm] is calculated as (2) F = 1.63 [mm] from the formula. しかし、実際には形成されるメニスカスによる凹面は球面ではないので、メニスカスの形状と焦点距離との関係は前もって調べておく必要がある。 However, the concave by the meniscus that is actually formed is not a spherical surface, the relationship between the meniscus shape and focal length, it is necessary to examine beforehand. メニスカスは陰圧により形成されるが、形状については筒状のホルダ204の底面の口径と材質(濡れ性)によって決まる。 Meniscus is formed by the negative pressure, the shape determined by the bottom surface of the aperture and the material of the cylindrical holder 204 (wettability). 最大で口径と同じ曲率のメニスカスをえることができる。 Maximum can be obtained meniscus of the same curvature as the diameter. これによって純水の曲率可変の音響レンズをつくり、超音波を不活性液体中に集束させることができる。 This creates a variable curvature of the acoustic lens of the pure water, it is possible to focus the ultrasonic waves in an inert liquid.
【0033】 [0033]
(実施の形態3) (Embodiment 3)
図5は本発明の実施の形態3における超音波振動子である。 Figure 5 is an ultrasonic transducer in the third embodiment of the present invention. 図5(a)において、501は音響レンズで、材料としてはポリスチレンが減衰が少ないので適している。 In FIG. 5 (a), 501 is an acoustic lens, the polystyrene is suitable because less attenuation as a material. 圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501は一体となっている。 The piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 are integrated. 圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203についての説明は実施の形態2と同じであるので省略する。 Omitted description of the piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 is the same as the second embodiment. 圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501が一体となっているものは、筒状のホルダ204の中で位置が自由に設定できる構造となっている。 Which piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 are integrated, the position in the cylindrical holder 204 has a structure that can be set freely.
【0034】 [0034]
圧電素子201によって発生した超音波は音響整合層202をとおり、音響レンズ501によって圧電素子201において発生した超音波はある角度で屈折する。 Ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 201 is as an acoustic matching layer 202, ultrasonic waves generated in the piezoelectric element 201 is refracted at an angle by the acoustic lens 501. そして音響媒質としての純水103によって形成された凹状メニスカス面207に到達し、再度屈折される。 And reaches the concave meniscus surface 207 formed by the pure water 103 as an acoustic medium, is refracted again. 凹状メニスカス面207の形成方法は実施の形態2で述べたものと同じであるので省略する。 Method of forming a concave meniscus surface 207 is omitted because it is same as that described in the second embodiment. さらに超音波検査手順は実施の形態2で述べたものと同じであるので省略する。 Further omitted ultrasound testing procedure is the same as that described in the second embodiment.
【0035】 [0035]
図5(b)においては、一体となっている圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501を図5(a)よりも下方に設定することにより図5(a)と比較して凹状のメニスカス207に入射する超音波の領域が広くなっている。 In FIG. 5 (b), the comparison with FIG. 5 (a) and by setting the piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 are integrated below the 5 (a) ultrasonic region is wider incident on the concave meniscus 207 to. これによって被検体105に入射される超音波の入射角度が大きくなる。 This incident angle of the ultrasonic wave incident on the object 105 increases.
【0036】 [0036]
これについて図6を用いて説明する。 This will be described with reference to FIG. 図6は凹状メニスカス面207を仮に球状の曲面であると仮定し、凹状メニスカス面207の曲率半径をR[mm]、純水103の音速をV1[m/sec] 、不活性液体104の音速をV2[m/sec] 、焦点距離をF[mm]とした時の被検体105への入射角度について説明した図である。 Figure 6 is assumed to be assumed spherical curved concave meniscus surface 207, the radius of curvature of the concave meniscus surface 207 R [mm], the speed of sound in the pure water 103 V1 [m / sec], the acoustic velocity of the inert liquid 104 the V2 [m / sec], is a diagram explaining incident angle to the object 105 when the focal length was set to F [mm]. 図6(a)において601は凹状メニスカス面207に入射角Θinで入射する入射超音波、602は凹状メニスカス面207によって屈折角Θ2'で屈折した屈折超音波である。 601 incident ultrasonic waves at an angle of incidence Θin concave meniscus surface 207 in FIG. 6 (a), 602 denotes a refractive ultrasonic refracted at refraction angle .theta.2 'by the concave meniscus surface 207. 図6(b)において603は、一体となっている圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501を図5(a)よりも下方に設定したとき(図5(b)の場合)の凹状メニスカス面207に入射角Θinで入射する入射超音波、604は凹状メニスカス面207によって屈折角Θ2”で屈折した屈折超音波である。 In FIG. 6 (b) 603, when set to lower than FIGS. 5 (a) the piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 which is an integral (see FIG. 5 (b) incident ultrasonic waves at an angle of incidence Θin concave meniscus surface 207 of the case), 604 denotes a refractive ultrasonic refracted at refraction angle .theta.2 "by the concave meniscus surface 207.
【0037】 [0037]
図6(a)において、スネルの法則よりsin(Θ1−Θin)/sinΘ2'=V1/V2 (3)が成り立つ。 In FIG. 6 (a), sin Snell's law (Θ1-Θin) / sinΘ2 '= V1 / V2 (3) is satisfied. Θ1は中心線方向と超音波の入射位置の、メニスカス曲面の法線方向とのなす角度である。 Θ1 is the incident position of the center line direction and an ultrasound, an angle between the normal direction of the meniscus surface. 凹状メニスカス面207に入射角Θinで入射する超音波601がメニスカス曲面の中心線から最も離れた位置であるとすると、被検体105への入射角度をΘとおくと、Θ=Θ1−Θ2' (4)が成り立つ。 When ultrasonic 601 at an incident angle Θin concave meniscus surface 207 is assumed to be farthest from the center line of the meniscus curved surface putting a theta angle of incidence to the subject 105, Θ = Θ1-Θ2 '( 4) is satisfied.
【0038】 [0038]
次に、一体となっている圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501を図5(a)よりも下方に設定すると、図6(b)においてスネルの法則よりsin(Θ1'−Θin)/sinΘ2”=V1/V2 (5)が成り立つ。Θ1'は中心線方向と超音波の入射位置の、メニスカス曲面の法線方向とのなす角度である。凹状のメニスカス207に入射角Θinで入射する超音波603がメニスカス曲面の中心線から最も離れた位置であるとすると、被検体105への入射角度をΘ'とおくと、Θ'=Θ1'−Θ2” (6)となる。 Next, by setting the piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 are integrated below the FIG 5 (a), sin Snell's law in FIG. 6 (b) (Θ1 '-Θin) / sinΘ2 "= V1 / V2 (5) is satisfied .Shita1' is the incident position of the center line direction and an ultrasound, an angle between the normal direction of the meniscus surface. entering the concave meniscus 207 When ultrasound 603 that is incident at the corner Θin is the most distant position from the center line of the meniscus curved, 'putting a, theta' the incident angle to the object 105 Θ = Θ1'-Θ2 "(6) Become. Θ1とΘ1'の差とスネルの法則によって導き出されるΘ2'とΘ2”との差は異なるので、(4)式と(6)式から被検体105への入射角度が変化したことがわかる。 Θ1 and Θ1 since the difference between the .theta.2 " 'differential and .theta.2 derived by Snell's law' different, (4) and (6) the incident angle from the formula to the subject 105 seen to have changed.
【0039】 [0039]
これによって、一体となっている圧電素子201と音響整合層202とダンピング層203と音響レンズ501と、凹状メニスカス面207との距離を変化させることで、被検体105への入射角度を可変することができる。 Thus, the piezoelectric element 201 and acoustic matching layer 202 and the damping layer 203 and the acoustic lens 501 are integrated, by changing the distance between the concave meniscus surface 207, varying the incident angle to the object 105 can.
【0040】 [0040]
(実施の形態4) (Embodiment 4)
図7は本発明の実施の形態4における超音波振動子である。 Figure 7 is an ultrasonic transducer in a fourth embodiment of the present invention. 図7において、701は凹状の被検体である。 7, 701 is the subject of the concave. 702は、下がとがった形状をして開口している筒状のホルダである。 702 is a cylindrical holder which is open in the shape of a pointed bottom. それ以外についての各部は実施の形態2および3の場合と同じであるので説明を省略する。 Each part of the other is omitted because it is same as in the second and third embodiments.
【0041】 [0041]
ここで被検体701は金属製で、音響媒体として水が使用できない。 Here the subject 701 is made of metal, water can not be used as an acoustic medium. 被検体701の凹内を高周波超音波で計測する場合、不活性液体104中での減衰をなるべく減らすために超音波信号の不活性液体104中の通過距離をなるべく短くしたい。 When measuring the concave inner of the object 701 at a high frequency ultrasound, I want to as short as possible the passing distance of the inert liquid 104 of the ultrasonic signals in order to reduce as much as possible the attenuation in an inert liquid 104. さらに不活性液体104中の減衰を考慮して、超音波のパワーを大きくするために、圧電素子201のサイズは大きくしたい。 Further considering the attenuation in the inert liquid 104, in order to increase the ultrasonic power, the size of the piezoelectric element 201 is desired to be increased. そこで筒状のホルダ702の、底面の開口を、被検体701の凹状の形状を考慮して開口に発生させたい純水103のメニスカスをもとに設計する。 Therefore the cylindrical holder 702, to design the openings of the bottom, based on the meniscus of the pure water 103 to be generated to the opening in view of the concave shape of the object 701. 次に音響レンズ501の曲率を圧電素子201の面積と筒状のホルダ702内の純水103を伝搬する超音波が筒状のホルダ702の尖った部分の内側面での反射が極力ないように(つまり、音響レンズ501の曲率はなるべく大きく)設計する。 Next, as there is no much as possible reflection at the inner surface of the pointed part of the ultrasound cylindrical holder 702 that the curvature propagating area and cylindrical pure water 103 in the holder 702 of the piezoelectric element 201 of the acoustic lens 501 (i.e., the curvature of the acoustic lens 501 is as large as possible) to design. これによって不活性液体中にある被検体の凹部の計測も、大きな圧電素子を使って有効に計測できる。 This also measuring the recess of the subject in an inert liquid, it can be effectively measured using a large piezoelectric element.
以上のように本実施形態によれば、複数の音響媒質を介して被検体と超音波の送受信を行うことで、被検体による音響媒質の制約を考慮しながら感度よく送受信を行うことが可能となる。 According to the present embodiment as described above, by performing the transmission and reception of the object and the ultrasonic waves through a plurality of acoustic medium, and can perform high sensitivity reception taking into account the constraints of the acoustic medium by the subject Become. また、音響媒質を層状構造にして超音波の送受信経路の大半を減衰の少ない音響媒質層とし、被検体は不活性な音響媒質層におくことで、被検体の音響媒質による影響をなくし、かつ音響媒質層を表面張力によって音響レンズの役割をもたせ、感度の高い超音波の送受信を実現できる超音波振動子および超音波検査装置を提供できるという有利な効果を有するものである。 Moreover, the acoustic medium is less acoustic medium layer damping the majority of the ultrasonic wave transmitting and receiving paths in the layered structure, the subject by placing the inert acoustic medium layer, eliminating the influence of the acoustic medium of the object, and remembering role of the acoustic lens by surface tension acoustic medium layer, and has a beneficial effect of providing a sensitive transmission and reception of ultrasonic waves can be realized ultrasonic transducer and the ultrasonic inspection apparatus.
【0042】 [0042]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上のように本発明によれば、 音響媒質層を表面張力によって音響レンズの役割をもたせ、感度の高い超音波の送受信を実現できる超音波振動子および超音波検査装置を提供できる According to the present invention as described above, remembering role of the acoustic lens acoustic medium layer by surface tension, it can be realized sending and receiving of sensitive ultrasound kills with an ultrasound transducer and the ultrasonic inspection apparatus.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の実施の形態1による超音波検査装置の概略側面図【図2】本発明の実施の形態2による超音波検査装置の概略側面図【図3】本発明の実施の形態2による超音波検査装置の検査手順を示す概略側面図【図4】本発明の実施の形態2による超音波の屈折状況を示す概略特性図【図5】本発明の実施の形態3による超音波検査装置の概略側面図【図6】本発明の実施の形態3による超音波の屈折状況を示す概略特性図【図7】本発明の実施の形態4による超音波検査装置の概略側面図【図8】従来の超音波探触子の要部概略側面図【符号の説明】 [1] Embodiment of the present schematic side view of an ultrasonic inspection apparatus according to a second embodiment of a schematic side view of an ultrasonic inspection apparatus according to the first invention; FIG embodiment of the invention the present invention; FIG ultrasonic according to a third embodiment of a schematic characteristic diagram [5] the present invention showing an ultrasound refractive status of according to a second embodiment of a schematic side view [4] the present invention showing the test procedure of the ultrasonic inspection apparatus according to 2 schematic side view Figure ultrasound apparatus according to a fourth embodiment of a schematic graph showing the refractive status of the ultrasonic according to a third [7] the present invention exemplary schematic side view the present invention; FIG inspection device 8] main part schematic side view of a conventional ultrasonic probe [description of symbols]
101 超音波振動子102 筒状のホルダ103 純水104 不活性液体105 被検体106 水槽201 圧電素子202 音響整合層203 ダンピング層204 筒状のホルダ205 ピストン206 撥水性材料207 凹状メニスカス面301 平板302 上部開口303 凸状メニスカス面401 入射超音波402 屈折超音波501 音響レンズ601、603 入射超音波602、604 屈折超音波701 凹状の被検体702 筒状のホルダ 101 ultrasonic transducers 102 cylindrical holder 103 Pure water 104 inert liquid 105 subject 106 aquarium 201 piezoelectric element 202 acoustic matching layer 203 damping layer 204 cylindrical holder 205 piston 206 water repellent material 207 concave meniscus surface 301 flat 302 holder of the upper opening 303 convex meniscus surface 401 incident ultrasonic 402 refractive ultrasonic 501 acoustic lens 601 and 603 incident ultrasonic 602,604 refractive ultrasonic 701 concave object 702 tubular

Claims (10)

  1. 超音波を送信あるいは受信する超音波振動子を有し、音響媒質内に配置した被検体に対して、音響媒質を介して超音波を伝搬可能な超音波探触子であって、前記超音波探触子は筒状構造を有し、前記筒状構造の中には前記音響媒質と異なる媒体を有し、被検体が存在する音響媒質と筒状構造の中の媒体とは溶解せず、前記筒状構造の中の媒体が表面張力によってレンズ構造を有することを特徴とする超音波探触子。 Having an ultrasonic transducer for transmitting or receiving ultrasonic waves, to a subject placed within the acoustic medium, an ultrasound probe capable of propagating an ultrasonic wave through the acoustic medium, the ultrasonic probe has a tubular structure having a medium different from the acoustic medium in the tubular structure, not dissolve the medium in the acoustic medium and the tubular structure is subject exists, ultrasonic probe medium in said tubular structure and having a lens structure by surface tension.
  2. 筒状構造内に音響レンズを具備することを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。 An ultrasonic probe according to claim 1, characterized by comprising an acoustic lens in the cylindrical structure.
  3. 被検体が存在する音響媒質が、不活性液体であることを特徴とする請求項1または2記載の超音波探触子。 Acoustic medium is subject exists ultrasonic probe according to claim 1 or 2, wherein it is inert liquid.
  4. 超音波探触子は、筒状構造の中の媒体に圧力変化を与える手段を具備することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の超音波探触子。 Ultrasonic probe, an ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises means for providing a pressure change in the medium in the cylindrical structure.
  5. 筒状構造の中の媒体を用いて、表面張力によってできたレンズ構造と音響レンズとの距離を可変にすることができる請求項2記載の超音波探触子。 Using media in the cylindrical structure, the ultrasonic probe according to claim 2, wherein the distance between the lens structure and the acoustic lens made by the surface tension can be made variable.
  6. 被検体を音響媒質内に配置し、超音波探触子を用いて超音波を音響媒質内に伝搬させて前記被検体を超音波検査する超音波検査装置であって、前記超音波探触子は筒状構造を有し、前記筒状構造の中には前記音響媒質と異なる媒体を有し、 被検体が存在する音響媒質と筒状構造の中の媒体とは溶解せず、前記筒状構造の中の媒体が表面張力によってレンズ構造を有することを特徴とする超音波検査装置。 The subject was placed in the acoustic medium, an ultrasonic inspection apparatus for ultrasonic inspection of the subject by the ultrasound to propagate into the acoustic medium using an ultrasonic probe, the ultrasonic probe has a cylindrical structure has a medium different from the acoustic medium in the tubular structure, not dissolve the medium in the acoustic medium and the tubular structure is subject exists, the tubular ultrasonic inspection apparatus in which the medium in the structure and having a lens structure by surface tension.
  7. 超音波探触子は、音響レンズを具備することを特徴とする請求項6記載の超音波検査装置。 Ultrasonic probe, the ultrasonic inspection apparatus according to claim 6, characterized by comprising an acoustic lens.
  8. 被検体が存在する音響媒質が、不活性液体であることを特徴とする請求項6または7記載の超音波検査装置。 Acoustic medium is subject exists, ultrasonic inspection apparatus according to claim 6 or 7, wherein it is inert liquid.
  9. 超音波探触子は、筒状構造の中の媒体に圧力変化を与える手段を具備することを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の超音波検査装置。 Ultrasonic probe, an ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 6, characterized in that it comprises means for providing a pressure change in the medium in the tubular structure 8.
  10. 筒状構造の中の媒体を用いて、表面張力によってできたレンズ構造と音響レンズとの距離を可変にすることができる請求項7記載の超音波検査装置。 Using media in the cylindrical structure, ultrasonic inspection apparatus according to claim 7, wherein the distance between the can lens structure and the acoustic lens can be made variable by surface tension.
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