JPH0473691A - 音響レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は医療用超音波内視鏡等に使用される超音波探触
子用の音響レンズを製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ この種の音響レンズおよびその製造方法は、特開昭５６
−１６８５４７号公報、および特開平１−２３７４２０
号゛公報から既知である。即ち、この従来の音響レンズ
の製造方法では、予め樹脂等を用いて注型、切削、研削
等により製造した音響レンズを圧電素子に接合する方法
、圧電素子に樹脂等の層を接合、形成し、これをレンズ
形状に削り出す方法、或は振動子を注型の型に収めてこ
の状態で硬化した後にレンズとなる液状の樹脂材を注型
し硬化する方法、或は又、圧電素子それ自体を凹面等に
形成してレンズ効果をもたせる方法などが採用されてい
る。また、Ｃ０２レーザ等の赤外線レーザ光がＰＭＭＡ
等の樹脂に良（吸収されるため、これを用いてバーニン
グパターンによるレーザビームの評価及び彫刻、ＩＣモ
ードパッケージのマーキング等が行われているのは周知
の通りである。同様に、エキシマ−レーザ等の高出力紫
外線パルスレーザを用い、樹脂フィルムの孔あけや、上
述した所と同様のＩＣのマーキング等が行われているの
も周知である。

［発明が解決しようとする課題］ かかる従来の音響レンズの製造方法では、レンズをモー
ルド、注型や切削、研削等で作成するため、多くの機材
や複雑な工程を必要とする欠点がある。更に、モールド
、注型を使用して音響レンズを製造する場合、異なった
焦点距離や口径のレンズを作成するためには、その都度
具なった型を作成して用いる必要がある。また、非球面
レンズ、高周波超音波探触子用の薄型レンズ、小形の超
音波探触子用のレンズ等については、その製造が極めて
困難である。

更に、接合工程を必要とする場合には、接合時のレンズ
歪み、接合層への気泡の混入、接合層の不均一等による
性能のバラツキや低下、長時間使用した場合の接合層の
剥がれ等による信頼性の低下が生じる欠点がある。また
、接合後に切削等によりレンズ形状を加工する場合には
、加工時に加わる応力により、接合層の剥離等の問題が
生じる可能性がある。

これらの要因のため、高性能、高信頼性の超音波探触子
を安価に製造できない。

本発明は、上記の問題点に鑑み成されたものであり、音
響レンズを、球面、非球面にかかわらず、また振動子と
の接合状態であっても、高精度かつ容易に形成する方法
を提供することを目的と本発明方法は、超音波を用いて
物体内を検査する超音波探触子に用いられ、音場の収束
を行う音響レンズを製造するに当たり、熱可塑性樹脂を
、高輝度ランプや赤外線レーザの収束光照射による可視
または赤外光照射により熱加工して熔融、蒸発させるこ
とによってレンズの凹面を形成するようにしたことを特
徴とする。

本発明方法の実施に当たり、前記熱可塑性樹脂をアイオ
ノマー系、ＰＰＳ　、　ＰＥＩ　、ＰＥＥＫ％ＰＢＴ　
、　ＰＳＦ　、　ＰＥＳ　、　ＰＡ等とし、前記高輝度
ランプをハロゲンランプ等とし、前記赤外線レーザをＣ
Ｏ２レーザ、ＹＡＧレーザ等とする。

本発明方法の他の例では、超音波を用いて物体内を検査
する超音波探触子に用いられ、音場の収束を行う音響レ
ンズを製造するに当たり、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹
脂或はセラミックスを、エキシマ−レーザ光の収束光照
射等による紫外光照射によってアプレーションにより除
去してレンズの凹面を形成するようにしたことを特徴と
する。

本発明方法の実施に当たり、前記熱可塑性樹脂をアイオ
ノマー系、ＰＰＳ　、　ＰＥＩ　、　ＰＥＥＫ、　ＰＢ
Ｔ　、　ＰＳＦ　、　ＰＥＳ　、　ＰＡ等とし、前記熱
硬化性樹脂をエポキシ、ウレタン、ポリエステル、アク
リレート等とし、前記セラミックスをアルミナ等とする
。

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明音響レンズの製造方
法およびその実施に用いる装置の構成の概念を示す。

本発明方法によれば、音響レンズ用の樹脂等に高エネル
ギー密度の光を照射して照射部の樹脂を材料除去し、こ
れにレンズ形状を形成するものである。

第１図（ａ）および（ｂ）に示すように、樹脂板１又は
、セラミックス板の、圧電素子との接合面とは反対側に
、光源８からの光を照射する。このとき、所望に応じ、
光学系９を用いて光束５を収束又は拡散する。従って、
樹脂板１は、光照射された光を吸収するか、又は、これ
と反応して、第１図（ｂｌ　に示すように樹脂板１の光
による被照射面の材料部分が、熱加工による熔融、蒸発
又はアプレーションによる蒸散等の材料除去処理が施さ
れ、凹レンズ形状が形成される。かようにして形成され
る凹みの形状は第１図（ｃｌ　に示すようになり、照射
された光の強度分布をほぼ反映する。従って凹面形状は
、樹脂板１上の被照射面における照射光の強度分布を、
光源と光学系とを調整して制御することができる。

〔実施例］ （第１実施例） 本発明音響レンズの製造方法の第１実施例およびその実
施に用いる装置の構成を第２図（ａ）および（ｂ）に示
す。図中、第１図に示す構成素子と同一部分には同一符
号を付して示す。

本実施例では、樹脂板１を載置台ｌＯ上におき、この際
樹脂板の圧電素子との接合面が載置台１０に接触し得る
ようにする。樹脂板１のこの接合面とは反対側の上方に
光源８を設ける。樹脂板１の材質としては、アイオノマ
ー系、ＰＰＳ、ＰＥ１．　ＰＥＥＲｌＰＢＴ　、　ＰＳ
Ｆ、ＰＥＳ、ＰＡ等の熱可塑性樹脂を使用する。

光源８としてはハロゲンランプ等の高輝度のランプを使
用する。ランプ背面には反射鏡（図示せず）を設け、光
束５を光学系９を経て固定された樹脂板１の表面に収束
し得るようにする。ただし、ランプ背面の反射板により
、充分な集光ができる場合には光学系９を省略すること
ができる。

ランプ８から放射される光はミラー、レンズ等により、
光学系９に導かれる。光学系９によって入射光を収束し
、樹脂板１の表面に光束５を収束し誘導する。光束５は
、光学系９により樹脂板ｌの表面で必要なパワー分布、
照射面積および断面形状を有するように調整する。従っ
て収束された光が有する熱エネルギーによって、第２図
（ｂ）に示すように光による被照射部の樹脂が熔融、蒸
発して材料除去され、第２図（Ｃ）に示すように凹面が
形成される。

次いで、光束５を遮蔽することにより、材料除去作用は
停止し、これにより凹レンズを形成することができる。

このとき、収束された光束の熱エネルギー分布が第２図
（ｄ）に示すように凹面の形状にほぼ転写されるように
なる。

上述したように本実施例によれば、材料加工を光照射の
みで行うため、レンズの大きさ、焦点距離の変更に対し
ても、光源の強度、光学系、照射時間を調整して、照射
光の断面積、強度分布を制御することで対応でき、非球
面レンズ等も容易に製造することができる。

本例では材料加工に伴う光照射は短時間で良いため、圧
電素子等に熱が伝わることはなく、これらの特性を劣化
させることもない。

また、材料加工が非接触で行われ、被加工物に力が加え
られることがないので、加工時には、樹脂板ｌを平板状
の基板上に置くだけで良く、ワークハンドリングが極め
て容易となる。

同様の理由により、レンズの平面形状を田辺外でも任意
に選択することができる。

レンズの凹面形状は、エネルギー分布が概ね転写されて
形成されるため、収束光内のエネルギー分布を制御する
ことにより、凹面の表面粗さをも制御することができる
。

従って、これらの効果により、音響レンズを正確かつ容
易に製造することができる。

（第２実施例） 本発明音響レンズの製造方法の第２実施例を示す。本実
施例ではその基本的な構成は第１実施例につき説明した
所と同様であり、従ってその詳細な説明は省略し、その
相違点のみについて説明する。

本例では、光源８としてＣＯ２レーザ等の赤外線レーザ
を使用する。レーザ発振器は、ＣＷ型とするのが望まし
いが、パルス型とすることもできる。

レーザ光によって光学系９を経て固定された樹脂板１の
表面に光を収束する。第１実施例につき説明した所と同
様に光学系９は省略することもできる。樹脂板１の材質
も、第１実施例につき説明した所と同様に、アイオノマ
ー系、ＰＰＳ　、　ＰＥＴ　、　ＰＥＥＫ、　ＰＢＴ　
、　ＰＳＦ　、　ＰＥＳ　、　ＰＡ等の熱可塑性樹脂を
使用する。光源からのレーザ光はミラー、レンズ等によ
り、又は直接光学系９に入射させる。光学系９は入射光
を収束又は拡散して、樹脂板１の表面に光束５を収束し
誘導する。光束５は、レーザ発振器と光学系９とにより
、樹脂板１の表面で必要なパワー分布を有するように調
整する。収束された光が有する熱エネルギーにより、被
照射部の樹脂が熔融、蒸発して材料除去され、レンズの
凹面が形成される。また、照射を停止することにより、
材料除去作用は停止し、凹レンズを形成することができ
る。このとき、収束された光束の熱エネルギー分布が凹
面の形状にほぼ転写される。

この際、レンズを保護するためにアシストガスを使用す
るが、このアシストガスの圧力を高（すると、形成され
る凹面の表面が粗面となるため注意する必要がある。

例えば軸流型のＣＯ２レーザを用いる場合には、羊−の
ピークのエネルギー分布を有するＴＥＭ００モトのＣＷ
レーザ光を容易に得ることができ、良好な表面粗さを得
ることができる。

上述した第２実施例によれば、第１実施例に示した効果
に加え、樹脂板１が赤外光を良く吸収することから、−
層容易にレンズを形成することができる。また、レーザ
光の収束により極めて高い温度が得られるため、耐熱性
に優れた樹脂でも短時間で容易に加工することができる
。

従って、これらの効果により、高性能の音響レンズを極
めて容易に形成することができる。

（第３実施例） 本発明音響レンズの製造方法の第３実施例及びその実施
に用いる装置の構成を第３図（ａｌ、（ｂ）および（ｃ
）に示す。

本実施例においても、基本的な構成は第１実施例につき
説明した所と同様であるので、その詳細な説明は省略し
、その相違点についてのみ説明する。

本例では光源８に、エキシマ−レーザ等の高出力の紫外
線パルスレーザを使用する。レーザ光は、光学系９を経
て固定された樹脂板１の表面に光を収束する。この光学
系９は前述した所と同様に省略することもできる。

本実施例では、光学系９と樹脂板１との間にアパーチャ
１１を設ける。このアパーチャ１１は、金属板等の紫外
光を透過しない材質で形成し、開口面積を調整可能とす
るか、又は異なった開口のものを交換可能とするように
構成する。

樹脂板１の材質としては、アイオノマー系、ＰＰＳ　、
　ＰＥＩ　、　ＰＥＥＫ、　ＰＢＴ　、　ＰＳＦ　、　
ＰＥＳ　、　ＰＡ、等の熱可塑性樹脂か、又はエポキシ
、ウレタン、ポリエステル、アクリレート、ＰＩ等の熱
硬化性樹脂を使用することができる。

また、この場合には、セラミックス板を使用することが
でき、このセラミック板の材質としては、ＡＩ、２０３
．５ｉ０２、ＳｉＮマシナブルセラミックス等を用いる
。

レーザ光はミラー、レンズ等を介して、又は直接光学系
９に入射させる。光学系９により入射光を収束して、樹
脂板１の表面に光束５を収束し誘導する。光束５は、レ
ーザ発振器、光学系９及びアパーチャ１１により、第３
図（ｂ）に示すように樹脂板１の表面で必要なパワー分
布及び断面形状が得られるように調整する。収束された
光が有するエネルギーにより、被照射部のみの樹脂又は
セラミックスがレーザ、アプレーションにより除去され
、階段状の凹面が形成される。凹面の段差は１パルス当
たりのエネルギー、単位時間当たりのパルス繰り返し数
、照射パルス数等を制御することにより決める。次いで
、光照射を停止することにより材料除去作用は停止する
。この作業を、アパーチャの開口面積を段階的に小さく
しながら繰返すことにより、第３図（Ｃ）に示すような
階段状の表面を有するほぼ凹面のレンズを形成すること
ができる。この段差を、例えば使用する超音波の樹脂内
における波長の１７１６以下等のように、小さく押さえ
るようにすれば、レンズ効果が損なわれることはない。

また樹脂を使用する場合、１パルス当たりの照射エネル
ギーを小さくすると、針状の樹脂の炭化物が精製され、
加工面が粗面になるので注意する必要がある。

上述したように本実施例によれば、第１実施例に示した
効果に加え、加工時に発熱がないため、樹脂の材質、接
合層等に影響を及ぼすことばない。

また、ポリイミド樹脂等の、炭化されるために熱加工が
困難となる樹脂および熱硬化性樹脂でも加工することが
できるため、材質選択の自由度が増し、超音波探触子と
しての性能や安全性等を優先させることができる。

従って、これらの効果により、高機能の音響レンズを正
確かつ容易に形成することができる。

（第４実施例） 本発明音響レンズの製造方法の第４実施例およびその実
施に使用する装置の構成を第４図に示す。本実施例の基
本的な構成は第１実施例につき説明した所と同様であり
、従ってその詳細な説明は省略し、相違点のみを説明す
る。

本実施例では、レンズを形成すべき樹脂材ｌを、第４図
に示すように、音響整合層２、背面負荷材４等と共に圧
電素子３に組みつけた探触子１２を載置台１０上に固定
する。

光源９、光学系８及びアパーチャ１１等の構成は、上述
した他の実施例につき説明した所と同様とする。

光束５は、載置台ｌＯ上に固定した振動子１２の樹脂層
１の表面に照射する。

本例では第１実施例に示した効果に加え、超音波振動子
組み付けの最終工程で、音響レンズの加工を行うことが
できる。このため、レンズ加工以前の工程は全く同一で
、かつ特別な固定手段や保護手段を必要とすることなく
、異なった焦点距離の音響レンズを有する超音波探触子
を容易に製造することができる。

またこの方法によれば、超音波探触子の部組み状態での
焦点距離調整を行うことも可能である。

（第５実施例） 本発明音響レンズの製造方法の第５実施例およびその実
施に使用する装置の構成を第５図に示す。本実施例の基
本的な構成は第１実施例につき説明した所と同様であり
、その詳細な説明は省略し、相違点のみを説明する。

本実施例では、レンズとなる樹脂材１を、超音波探触子
の大きさに裁断する前の状態でテーブル（図示せず）上
に固定する。このとき樹脂材１には、第４実施例で示し
たように、圧電素子３、音響整合層２、背面負荷材４等
を接合していても良い。本例ではテーブルまたは光学系
９を可動とし、光束５を制御することにより光の被照射
部を樹脂材１の表面の任意の位置に移動可能とする。

光源９、光学系８及びアパーチャ１１等は、可動とする
意思外は、上述した他の実施例につき説明した所と同様
とする。

本実施例においては、光束５を制御して、樹脂板ｌ上の
任意の位置に凹部１３を形成する。その後、樹脂板１を
切断し、所定の大きさとする。或はまた、切断を行わず
に、アレイ型超音波探触子のレンズアレイとすることも
できる。

本実施例によれば、第１実施例に示した効果に加え、ワ
ークの保持作業が一度で済み、かつ振動子よりも大きな
板状のワークを保持するため、作業が一層容易である。

また、樹脂板上の光の被照射位置を複数にすることによ
り、アレイ型超音波探触子用のレンズアレイにも容易に
対応させることができる。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、超音波探触子用のレン
ズを容易に形成することができる。また、レンズの大き
さ、状の変更にも、光源の強度、光学系、照射時間の調
整により対応でき、非球面レンズ等も容易に形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明音響レンズの製造方
法の概念を示す説明図、第１図（ｃ）は本発明音響レン
ズの製造方法により製造した音響レンズを示す側面図で
ある。第２図（ａ）および（ｂ）は本発明音響レンズの
製造方法の第１実施例の構成を示す側面図、第２図（ｃ
）は第１実施例により製造した音響レンズを示す側面図
、第２図（ｄ）は光束の熱エネルギー分布を示す説明図
である。第３図（ａ）は本発明音響レンズの製造方法の
第３実施例の構成を示す側面図、第３図（ｂ）は紫外線
レーザ光照射により音響レンズを形成する手段を示す断
面図、第３図（ｄ）は第３実施例により製造した音響レ
ンズを示す側面図および斜視図である。 第４図は本発明音響レンズの製造方法の第４実施例によ
り音響レンズを形成する工程を示す側面図、第５図は本
発明音響レンズの製造方法の第５実施例の構成を示す斜
視図である。 ｌ・・・樹脂層 ２・・・第１整合層 ３・・・圧電素子 ４・・・背面負荷材 ５・・・光束（模式図） ６・・・音響レンズ ７・・・振動子 ８・・・光学系 ９・・・光源 １０・・・載置台 １１・・・アパーチャ（絞り １２・・・振動子（探触子） １３・・・凹面 （ａ） （ｂン 第３ （ａ） 図 （Ｃ） 第 因 第 図 ノ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波を用いて物体内を検査する超音波探触子に
   用いられ、音場の収束を行う音響レンズを製造するに当
   たり、熱可塑性樹脂を、高輝度ランプや赤外線レーザの
   収束光照射による可視または赤外光照射により熱加工し
   て熔融、蒸発させることによってレンズの凹面を形成す
   るようにしたことを特徴とする音響レンズの製造方法。
2. （２）前記熱可塑性樹脂はアイオノマー系、ＰＰＳ、Ｐ
   ＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＢＴ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＡ等とし
   、前記高輝度ランプをハロゲンランプ等とし、前記赤外
   線レーザをＣＯ＿２レーザ、ＹＡＧレーザ等としたこと
   を特徴とする請求項１に記載の音響レンズの製造方法。
3. （３）超音波を用いて物体内を検査する超音波探触子に
   用いられ、音場の収束を行う音響レンズを製造するに当
   たり、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂或はセラミックス
   を、エキシマ−レーザ光の収束光照射等による紫外光照
   射によってアプレーションにより除去してレンズの凹面
   を形成するようにしたことを特徴とする音響レンズの製
   造方法。
4. （４）前記熱可塑性樹脂をアイオノマー系、ＰＰＳ、Ｐ
   ＥＩ、ＰＥＥＫ、ＢＢＴ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＡ等とし
   、前記熱硬化性樹脂をエポキシ、ウレタン、ポリエステ
   ル、アクリレート等とし、前記セラミックスをアルミナ
   等としたことを特徴とする請求項３に記載の音響レンズ
   の製造方法。