JPH0527784A

JPH0527784A - 音響カツプラー、及び音響レンズ

Info

Publication number: JPH0527784A
Application number: JP18238591A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tomita; 佳紀富田; Satoshi Yuasa; 聡湯浅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】音響伝達効率の高いカップラー、及びレンズ
を得る。【構成】ヒドロゲルからなる音響カップラー４の音響
インピーダンスを第１の媒体１の音響インピーダンスＺ
₁ から第２の媒体２の音響インピーダンスＺ₂ まで連続
的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音波（超音波を含む。以
下、同様）を伝搬する音響カップラー、及び音波を屈
折、収束、分散させる音響レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、音波の音源と測定対象物等の被伝
搬体の間に介装し、音源から被伝搬体へ音波を搬送する
音響カップラーは、一般には水やグリセリン等の液体を
用いてきた。液体の流動性が好ましくない場合には、ゼ
リーのような粘凋な媒体を用いてきた。これらの音響カ
ップラーは空気等の気体よりも（超）音波を良く伝搬
し、且つ測定対象物等の被伝搬体の形状に合わせて変形
することが必要条件である。しかし、固有音響インピー
ダンスは音源、音響カップラー、被伝搬体でまちまちな
値である。このため、それらの界面で伝搬する音波の一
部が反射され、音響伝搬効率が悪かった。図２はこの音
響反射率を説明するものである。図中１は媒体１で比較
的高い音響インピーダンスを有するもの、例えば音源に
用いられる金属電極等、２は比較的低音響インピーダン
スを有するもの、例えば液体や人体等である。３は１と
２を音響的に接続する音響カップラーで、これがレンズ
形状をしていると音響レンズとなる。

【０００３】例えば、医療用超音波エコー診断装置の表
面はプラスチックや金属でできている。この場合の被伝
搬体である人体は柔らかく、音響インピーダンスは診断
装置より小さい。診断時には人体表面に水、グリセリ
ン、ゼリー等を塗布し、診断装置と人体の空間を埋める
ことで、超音波を伝搬していた。このゼリー等の音響イ
ンピーダンスは人体のそれに近いので、人体とゼリー等
との界面での超音波の反射は少ない。しかし、診断装置
とゼリーとの界面では音響インピーダンスの差が大き
く、このため反射による音響の伝搬ロスが大きかった。

【０００４】また、平面型トランスデューサから発せら
れた音波を収束させる目的でアクリル等の材質からなる
音響レンズをトランスデューサの前面に設置して用いる
ことがある。このような場合にもトランスデューサとレ
ンズ、レンズと液体等の音波伝搬媒質との間で音響イン
ピーダンスのミスマッチによる減衰があった。即ち、従
来の音響レンズはアクリル樹脂をレンズ形状に成形し、
ハイドロフォンや超音波トランスデューサの前に置き、
音波や超音波を屈折・収束させる目的で用いられてき
た。

【０００５】この音響レンズの作製方法として、アクリ
ル樹脂から削りだす方法では成形に手間がかかり、また
寸法の再現性に乏しいなど、価格・性能とも満足するも
のではなかった。また、型にはめる方法では、アクリル
モノマーの重合に伴う体積変化によって型どうりの寸法
にはならないという問題があった。

【０００６】加えて、従来の音響レンズは固定焦点であ
るので、合焦させるためには音源被伝搬体を移動させる
ことが必要であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
音響カップラーは、例えば診断装置に用いる場合には、
主に水やゼリー等あるいはアクリル等のプラスチックを
用いていたが、人体や診断装置との音響インピーダンス
のマッチングが悪く、その界面での減衰は避けられなか
った。

【０００８】従って、本発明の目的は人体と診断装置と
の界面等の音響インピーダンスの異なる媒体間の音響イ
ンピーダンスのマッチングがよく、両者間で音響インピ
ーダンスを連続的に変化させ、且つ（超）音波の良伝搬
体である音響カップラーを提供することにある。

【０００９】また、上記したごとく、従来の音響レンズ
は精度が悪かったり、価格が高いという問題があった。

【００１０】更に、固定焦点であるので、合焦のために
音源あるいは対象物を焦点位置へ移動させる必要があっ
た。そのために、移動用ステージを用意し、これを高精
度で移動しなければならず、またステージを設置する空
間も必要で装置の小型化を妨げていた。

【００１１】さらには、固有音響インピーダンスは音
源、音響レンズ、被伝搬体でまちまちな値であり、その
界面で反射されるので音響伝搬効率が悪かった。

【００１２】音源は一般には金属でできている。一方の
被伝搬体は一般には水などの液体である。音響レンズは
前述したようにアクリルなどのプラスチックでできてい
て、音源と音響レンズ、音響レンズと液体との界面で音
響インピーダンスのミスマッチによる減衰があった。

【００１３】従って、本発明の他の目的は上記従来例の
問題点を解決し、廉価で高精度な、しかも可動焦点とす
ることにより装置全体を小型化し得る音響レンズを提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、第１の媒体と第２の媒体との間に介装さ
れ、前記両媒体間に音響を伝達する音響カップラーの音
響インピーダンスを前記両媒体の固有音響インピーダン
スの範囲内で両媒体を結ぶ方向に沿って段階的、又は連
続的に変化させるもので、音響カップラーが外乱強度に
応じて音響インピーダンスを変化させる高分子ゲルから
なること、外乱強度が高分子ゲル内で分布を持つこと、
音響インピーダンスの変化が可逆的であること、外乱が
熱・水素イオン・水酸イオン・無機化合物・有機化合物
・電圧・電流のいずれかあるいは複数であること、高分
子ゲルが外乱強度に応じて比重変化、高分子濃度変化又
は高分子密度変化を起こすものであること、高分子ゲル
が外乱強度に応じて相転移を起こすものであること、音
波の中心周波数が１キロヘルツから１０ギガヘルツであ
ることを含む。

【００１５】また、本発明は、第１の媒体と第２の媒体
との間に介装され、両媒体間に音響を伝達する音響レン
ズが外乱に応じて音響特性を可逆的に変化させる高分子
ゲルからなるもので、更に、第１の媒体と第２の媒体と
の間に介装され両媒体間に音響を伝達する音響レンズの
音響インピーダンスが前記両媒体の固有インピーダンス
の範囲内で両媒体を結ぶ方向に沿って段階的又は連続的
に変化してなるもので、外乱が熱・水素イオン・水酸イ
オン・無機化合物・有機化合物・電圧・電流のいずれか
あるいは複数であること、ゲルが外乱に応じて比重変
化、高分子濃度変化又は高分子密度変化を起こすもので
あること、ゲルが外乱に応じて相転移を起こすものであ
ること、音響の中心周波数が１キロヘルツから１０ギガ
ヘルツであることを含む。

【００１６】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１７】本発明に係る音響カップラー、及び音響レ
ンズはゲルを用いて構成する。

【００１８】図１は本発明に係る音響カップラーを示す
もので、図中１は媒体１で比較的高い音響インピーダン
スを有するもの、例えば音源に用いられる金属電極等、
２は媒体２で、比較的低音響インピーダンスを有するも
の、例えば液体や人体等である。３は媒体１，２の間に
介装した音響カップラーで、その音響インピーダンスＺ
_C は媒体１から媒体２の方向に沿って連続的又は段階的
にＺ₁ からＺ₂ へと変化している。

【００１９】このような構造を形成するゲルは一般には
架橋高分子と水とからなるハイドロゲルが用いられる。
その他エチルアルコールなどの有機溶媒を含む非ハイド
ロゲルを用いてもよい（以下総じてゲル）。

【００２０】ハイドロゲルとしては、ポリＮ−イソプロ
ピルアクリルアミドをメチレンビスアクリルアミドで架
橋したものがあるが、これ以外にもポリアクリル酸を、
メチレンビスアクリルアミドで架橋したゲル、ポリビニ
ルアルコールを凍結融解を繰り返して架橋させたゲル、
多糖類ゲル等が好ましい。

【００２１】非ハイドロゲルとしては、ポリスチレンを
ジビニルベンゼンで架橋させ、ベンゼンで膨潤させたゲ
ル等が好ましい。

【００２２】本発明に要求されるゲルの性質は熱・水素
イオン・水酸イオン・無機化合物・有機化合物・電圧・
電流などの外乱によって音響インピーダンスが連続的に
変化することである。

【００２３】上記ゲルは塩濃度や温度に応じて相転移を
おこし収縮する。これによりゲル内の音響インピーダン
スを連続的に変化させるものである。このときゲル内か
らゲル外へ水等が排除され、結果としてゲル内の高分子
濃度・高分子密度が高くなる。しかも塩濃度や温度の条
件によっては高分子濃度・高分子密度はゲル内で不均一
となる。例えば前記ゲルを１００ｇ／ｌ以上の濃度の塩
化ナトリウム水溶液に常温・常圧で浸漬するとその表面
はすばやく収縮して高分子濃度・密度は高くなるが、そ
の内部は長時間にわたって膨潤状態のまま、すなわち低
高分子濃度・密度のままである。

【００２４】このような不均一なゲル内の高分子濃度・
密度は収縮の過程でおこる非平衡状態であるが、高分子
との相互作用によってゲル内における塩や水の拡散が遅
いこと及び収縮層は物質透過を抑制して拡散がさらに遅
くなることによりこのような非平衡状態が長時間保たれ
る。

【００２５】外乱のうち、熱を用いる場合にはゲルを加
熱することにより、ゲルの相転移を起こさせるものであ
るが、温度としてはポリＮ−イソプロピルアクリルアミ
ドを例にとるならば３５〜６０℃が好ましい。

【００２６】外乱に水素イオン・水酸イオンを用いる場
合には、酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の強酸が好ま
しい。

【００２７】アルカリとしては水酸化ナトリウム、水酸
化カリウム等の強アルカリが好ましい。

【００２８】これらを一般には１〜０．０１規定溶液と
して用いる。

【００２９】無機化合物としては塩化ナトリウム、塩化
カリウム、硫酸ナトリウム等を用いることができ、これ
らを１〜１０％水溶液として用いるものである。

【００３０】有機化合物としてはアセトン、エチルアル
コール、メチルアルコール等の液体、あるいはショ糖、
尿素、酢酸ナトリウム等があり、これらを直接又は１〜
１０％水溶液として用いる。

【００３１】更に、電圧としては１Ｖ〜１００ＶのＤ
Ｃ、もしくはＡＣが、電流としては０．０１Ａ〜１Ａが
好ましい。

【００３２】本発明においては、上記外乱を用いてゲル
中に高分子濃度・密度の連続的、又は段階的な分布を形
成し、これを音響カップラーとして利用することを特徴
とする。具体例として超音波トランスデューサ等の音源
側にゲルの収縮した部分を接触させ、人体などの被伝搬
体側に膨潤している部分を接触させる。音源は一般には
金属やプラスチック等の比較的硬いものでできているの
で、音響インピーダンスは一般に大きな値である。一
方、ゲルの収縮部分も高分子密度が高く、音速も膨潤状
態より速いので音響インピーダンスは音源の材質に近い
値となり、音響的なマッチングがよい。他方、膨潤して
いる部分は水や人体（人体は水分を多く含むことはよく
知られている。）と接触させるが、これらは膨潤状態の
ゲルに音響的な性質が似ているのでやはりマッチングが
よい。超音波をはじめとする音波・振動は音響インピー
ダンスの不連続な部分で反射減衰されやすい。よって本
発明はゲルが収縮層から膨潤層へと連続的、又は段階的
な音響インピーダンスを持って、その状態が、例えば検
診時間等の実際の使用に際して必要とされる時間に対し
て十分長時間維持されることを利用して高効率な音響カ
ップラーを提供することを可能とするものである。

【００３３】また、ゲルの外形をレンズ状とすることで
音波を高効率で屈折・収束させることができる。即ち、
この場合には伝搬効率向上のために、ゲル中に高分子濃
度・密度の連続的、又は段階的な分布を形成させて音響
インピーダンスのマッチングを図ると共に、屈折・収束
のためにレンズ形状を形成して音響レンズとするもので
ある。このような音響レンズの例を図７，８に示した。

【００３４】レンズ形状を形成する方法としては、レン
ズ状の型枠中でモノマーを重合させる方法がある。この
型枠の材質としては、ガラス、アクリル、テフロン、粘
土、金属などがある。離型剤としてシリコーンオイルや
長鎖脂肪酸などを用いてもよい。型枠を用いないレンズ
形状作成方法として、ヘキサンや四塩化炭素などのモノ
マー溶液と混合しない溶媒の上にモノマー溶液を展開
し、表面張力や重力で自然にレンズ形状を形成させ、そ
の状態で重合させる方法もある（特開昭６３−２０５２
２０）。更には、ブロック状のゲルを作成し、切削して
レンズ状にすることもできるが、この方法では面精度が
悪いレンズしか得られない。

【００３５】本発明の音響レンズは例えば医療用・魚群
探知機・探傷装置用として有効である。

【００３６】前述したように、音波は一般に水中で用い
られることが多く、固体である音源と液体である被伝搬
体とでは音響インピーダンスに大きな違いがありその界
面での減衰があった。本発明の音響カップラーは膨潤ゲ
ルが液体状の性質を有し、収縮ゲルが固体状の性質であ
り、しかも膨潤ゲルから収縮ゲルへと部分的且つ連続的
に性質を変化させ得る。よって音源と被伝搬体とを本発
明の音響カップラーを介して間接的に接続することによ
り、減衰のほとんど認められない高効率な音波の伝搬が
可能となる。

【００３７】同様に、音源と被伝搬体とを本発明の音響
レンズを介して間接的に接続することにより、減衰が少
なく屈折率の高い高効率な音響レンズとなる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３９】（実施例１）Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド０．５ｇ、Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド
１３．３ｍｇ、アクリル酸ナトリウム７．５ｍｇ、Ｎ，
Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルエチレンジアミン６μｇ
を純水１０ｍｌに溶解し、窒素で１時間以上バブリング
して溶存する空気を置換した。φ１０ｍｍの試験管内に
移し、氷冷しながら１ｍｇの過硫酸アンモニウムを加
え、１時間静置して重合させ円柱状のハイドロゲルを得
た。このゲルを試験管から取り出し、図３に示すよう
に、高分子ゲル５であるハイドロゲルの一端を１２０ｇ
／ｌの塩化ナトリウム水溶液６に３０分間接触して収縮
させた。

【００４０】このゲルは収縮に伴い白濁するのでこれを
目安とすることができる。

【００４１】白濁は塩化ナトリウムに接触した端が最も
白く、多端へと連続的に白濁が薄くなり、途中からは無
色透明な膨潤ゲルとなっていた。この収縮端に３０ＭＨ
ｚの超音波トランスデューサを密着させ音響カップラー
とし、膨潤端は空中に置いた。

【００４２】比較実験として両端とも膨潤したゲルを用
いて、同様の配置をした。超音波トランスデューサから
パルス発振された超音波は密着された部分からゲルに伝
搬し、他端の空気との界面でほぼ全反射されて同じ経路
をたどって超音波トランデューサに戻る。このときトラ
ンスデューサは発信／受信装置として使われ、受信され
た反射信号強度が電圧値として求められる。

【００４３】比較実験と比較したところ、約４倍の電圧
が得られた（エネルギーとしては１６倍になる）。これ
は＋１２ｄＢである。すなわち、本発明の音響カップラ
ーを用いれば従来の水やゼリーを用いた場合（両端膨潤
ゲルがこれに相当する）に比較して超音波トランスデュ
ーサとゲル界面での減衰が半分となり、往復で４倍の効
率となる。

【００４４】また、この音響カップラーの特性はおよそ
１日間保持された。ゲルは可逆的で、繰り返し塩化ナト
リウム水溶液で収縮させて、音響カップラーとして用い
ることができた。

【００４５】（実施例２）１０ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍの
立方体の枠内で実施例１と同一組成のハイドロゲルを重
合し、１０ｃｍ×３ｃｍの面を１００ｇ／ｌの塩化カリ
ウム水溶液に１時間接触させて立方体の音響カップラー
を得た。

【００４６】この面を医療用の位相走査型超音波トラン
スデューサに密着させてマウスを試料としてエコー像を
観察したところ、従来より高感度・高解像度の画像を得
た。人体などの皮膚に接触する場合でも塩化カリウムは
無害であり医療上の障害はない。アクリルアミド系のモ
ノマーは神経毒があるといわれているが、未反応のモノ
マーは十分な水洗によって除去可能である。人体用とす
る場合には収縮させる前に水洗を約１週間以上すること
が望ましい。

【００４７】（実施例３）実施例１で用いた超音波トラ
ンスデューサの先端部で且つ超音波の発信／受信を妨げ
ない位置に微小な電気ヒータを設置した。一方、Ｎ−イ
ソプロピルアクリルアミド０．５ｇ、Ｎ、Ｎ´−メチレ
ンビスアクリルアミド１３．３ｍｇ、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ
´−テトラメチルエチレンジアミン６μｇを純水１０ｍ
ｌに溶解し、窒素で１時間以上バブリングして溶存する
空気を置換した。

【００４８】前記トランスデューサの先端部をφ１０ｍ
ｍの試験管内に移し、氷冷しながら１ｍｇの過硫酸アン
モニウムを加え、１時間静置して重合させ円柱状のハイ
ドロゲルを得た。

【００４９】この円柱状のハイドロゲルは超音波トラン
スデューサの先端を包むように形成された。電気ヒータ
に電流を流してトランスデューサに接する部分のゲルの
温度を約４０℃としたところ、ゲルが白濁して相転移が
起きていることが確認された。この状態で実施例１と同
様の比較実験をしたところ、膨潤ゲルと比較して約３倍
から４倍の効率が得られた。なお、トランスデューサと
接する部分の温度は４０℃であるが、この程度の温度変
化では本実施例のトランスデューサはもちろん、一般の
トランスデユーサの特性は変化しない。

【００５０】図４は本実施例に用いるトランスデューサ
と異なるトランスデューサの構造を示している。この場
合にはトランスデューサ８に形成した電極部９の周囲に
電気ヒーター１０が設けられており、電極部９上に配置
されたレンズ状の音響カップラー７は前記ヒーター１０
により加熱され、これにより音響インピーダンスを変化
させるものである。なお、本図においては、説明の都合
上カップラー７と電極９とを分離した状態で表示してい
る。

【００５１】（実施例４）アクリルアミド０．５ｇ、
Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド１３．３ｍｇ、
アクリル酸ナトリウム７．５ｍｇ、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´
−テトラメチルエチレンジアミン６μｇを純水１０ｍｌ
に溶解し、窒素で１時間以上バブリングして溶存する空
気を置換した。

【００５２】φ１０ｍｍの試験管内に移し、氷冷しなが
ら１ｍｇの過硫酸アンモニウムを加え、１時間静置して
重合させ、円柱状のハイドロゲルを得た。

【００５３】このゲルを試験管から取り出し、５％塩酸
水溶液に一端を接触・収縮させ音響カップラーとした。
実施例１と同様の比較実験から、約４倍の高効率の結果
を得た。

【００５４】（実施例５）実施例１で用いた組成のゲル
を片レンズ形状にした。この平面部の表面を１２０ｇ／
ｌの食塩水に３０分間接触し、収縮させた。図４に示し
た周波数３０ＭＨｚのトランスデューサの先端部に平面
部を接着し、音響レンズとした。水中でのビーム径１０
０μｍの収束型トランスデューサを得た。同一形状のア
クリル製音響レンズと比較して、出力はおよそ２倍であ
った。（＋６ｄＢ）。

【００５５】（実施例６）Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド０．５ｇ，Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド
１３．３ｍｇ，アクリル酸ナトリウム７．５ｍｇ，Ｎ，
Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルエチレンジアミン６μｇ
を純水１０ｍｌに溶解し、窒素で１時間以上バブリング
して溶存する空気を置換した。続いてｎ−ヘキサン０．
５ｍｌを水溶液上にゆっくり滴下し、レンズ状とした。
このままアルゴン雰囲気下、常温で１時間放置しアクリ
ルアミドを重合させた後、更にｎ−ヘキサンを蒸発させ
たところ、上側の表面のほぼ中央に、レンズ状の凹部
（曲率半径１０ｍｍ）を有するレンズ型が得られた。

【００５６】この高分子ゲル５を取り出し、平面状にな
っている一端を１２０ｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液６
に３０分間接触して収縮させた。（図５）このゲルは収
縮に伴い白濁するのでこれを目安とすることができる。

【００５７】白濁は塩化ナトリウムに接触した端が最も
白く、他端へと連続的に白濁が薄くなり、途中からは無
色透明な膨潤ゲルとなっていた。この収縮端に３０ＭＨ
ｚの平面型超音波トランスデューサを密着させ音響レン
ズとし、膨潤端は空中に置いた。

【００５８】比較実験の１としてアクリル製のレンズを
用いた従来の音響レンズを用意した。

【００５９】比較実験の２として両端とも膨潤したゲル
を用いて同様の配置をした。超音波トランスデューサか
らパルス発振された超音波は密着された部分からゲルに
伝搬し、他端の空気との界面でほぼ全反射されて同じ経
路をたどって超音波トランスデューサに戻る。

【００６０】このときトランスデューサは発信／受信装
置として使われ、受信された反射信号強度の電圧値を用
いて伝搬効率が求められる。

【００６１】比較実験の３としてゲルのレンズ状部分を
切断し、円柱状のゲルを得て、この一端を上記塩化ナト
リウム水溶液中で収縮させ上記と同一性能のトランスデ
ューサをこの端部に密着させた。

【００６２】比較実験の１と比較したところ、約４倍の
電圧が得られた（エネルギーとしては１６倍になる）。

【００６３】すなわち、本発明の音響レンズを用いれば
従来のアクリルレンズに比較して超音波トランスデュー
サと音響レンズの界面での滅衰が半分となり、往復で４
倍の効率となった。（＋１２ｄＢ）比較実験の２では本
発明の音響レンズにたいして約１／３の効率であった。
この比較実験から超音波トランスデューサと膨潤ゲル界
面で音響インピーダンスに大きな差があり、この界面で
音波が反射されて減衰していることが分かった。本発明
の音響レンズでは、トランスデューサと接する部分のゲ
ルが収縮していて、音響インピーダンスのマッチングが
良くなっている。

【００６４】比較実験の３では水中での音波の分布測定
から超音波は収束・拡散せず、レンズとして作用してい
ないことが分かった。また本実施例の音響レンズは水中
焦点距離１０ｃｍ、焦点でのスポット径３００μｍであ
った。

【００６５】また、この音響レンズの特性はおよそ１日
間保持された。音響特性は可逆的で繰り返し塩化ナトリ
ウム水溶液で収縮させて、音響レンズとして用いること
ができた。

【００６６】（実施例７）図６に示すように、下面がＲ
＝４０ｃｍの放物面を有するハイドロゲルのレンズを実
施例６に示す組成と同じ組成で製造した。

【００６７】１０ｃｍ×３ｃｍの平面を１００ｇ／ｌの
塩化カリウム水溶液に１時間接触させた。

【００６８】この面を医療用の位相走査型超音波トラン
スデューサに密着させてマウスを試料としてエコー像を
観察したところ、従来より高感度・高解像度・かつ広範
囲の画像を得た。人体などの皮膚に接触する場合でも塩
化カリウムは無害であり医療上の障害はない。アクリル
アミド系のモノマーは神経毒があるといわれているが、
未反応のモノマーは十分な水洗によって除去可能であ
り、人体用とする場合には収縮させる前に約１週間以上
の水洗をすることが望ましい。

【００６９】（実施例８）実施例６で用いた超音波トラ
ンスデューサの先端部で且つ超音波の発信／受信を妨げ
ない位置に微小な電気ヒータを設置した。

【００７０】Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０．５
ｇ、Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド１３．３ｍ
ｇ，Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルエチレンジアミ
ン６μｍを純水１０ｍｌに溶解し、窒素で１時間以上バ
ブリングして溶存する空気を置換した。

【００７１】実施例６と同様にして凹レンズ状のハイド
ロゲルを得た。

【００７２】このゲルを取り出し、ハイドロゲルを超音
波トランスデューサの先端を包むような形で形成した。
電気ヒータに電流を流してトランスデューサに接する部
分のゲルの温度を約４０℃としたところ、ゲルが白濁し
て相転移が起きていることが確認された。この状態で実
施例６と同様の比較実験をしたところ、約３倍から４倍
の効率が得られた。

【００７３】なお、温度分布による音波の屈折は小さく
無視できる。

【００７４】（実施例９）アクリルアミド０．５ｇ，
Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド１３．３ｍｇ，
アクリル酸ナトリウム７．５ｍｇ、Ｎ，Ｎ，´，Ｎ´−
テトラメチルエチレンジアミン６μｇを純水１０ｍｌに
溶解し、窒素で１時間以上バブリングして溶存する空気
を置換した。

【００７５】１００ｍｌの四塩化炭素を直径４０ｍｍの
ガラスシャーレに入れ、この上に静かに上記モノマー水
溶液を展開してレンズ状とした。氷冷しながら１ｍｇの
過硫酸アンモニウムを加え、１時間静置して重合させレ
ンズ状のハイドロゲルを得た。

【００７６】このゲルを取り出し、５％塩酸水溶液に一
端を接触・収縮させ音響カップラーとした。

【００７７】実施例６と同様の比較実験から、本発明品
は約４倍高効率であった。

【００７８】

【発明の効果】本発明に係る音響カップラー及びレンズ
は第１の媒体と第２の媒体とを音響的に接続し、しかも
これらの内部で連続的に、又は段階的に音響インピーダ
ンスを変化させることにより、音響インピーダンスのマ
ッチングをとることができるので、媒体とカップラー又
はレンズとの界面での音響の減衰が少なく、従って高い
音響の伝搬効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音響カップラーの一例を示す側面
図である。

【図２】音響反射率の説明図である。

【図３】本発明に係る音響カップラーの製造工程の一例
を示す説明図である。

【図４】本発明に係る音響レンズの使用例を示す説明図
である。

【図５】本発明に係る音響レンズの製造工程の一例を示
す説明図である。

【図６】本発明に係る音響レンズの形状の一例を示す斜
視図である。

【図７】本発明に係る音響レンズの一例を示す側面図で
ある。

【図８】本発明に係る音響レンズの一例を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１第１の媒体２第２の媒体３音響カップラー４音響カップラー５高分子ゲル６塩化ナトリウム水溶液７音響レンズ８超音波トランスデューサ９電極部１０電気ヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の媒体と第２の媒体との間に介装さ
れ、前記両媒体間に音響を伝達する音響カップラーの音
響インピーダンスが前記両媒体の固有音響インピーダン
スの範囲内で前記両媒体を結ぶ方向に沿って段階的に変
化してなる音響カップラー。
【請求項２】第１の媒体と第２の媒体との間に介装さ
れ、前記両媒体間に音響を伝達する音響カップラーの音
響インピーダンスが前記両媒体の固有音響インピーダン
スの範囲内で両媒体を結ぶ方向に沿って連続的に変化し
てなる音響カップラー。
【請求項３】音響カップラーが外乱強度に応じて音響
インピーダンスを変化させる高分子ゲルからなる請求項
１又は２記載の音響カップラー。
【請求項４】外乱強度が高分子ゲル内で分布を持つ請
求項３記載の音響カップラー。
【請求項５】音響インピーダンスの変化が可逆的であ
る請求項３記載の音響カップラー。
【請求項６】外乱が熱・水素イオン・水酸イオン・無
機化合物・有機化合物・電圧・電流のいずれかあるいは
複数である請求項３乃至５いずれか記載の音響カップラ
ー。
【請求項７】高分子ゲルが外乱強度に応じて比重変
化、高分子濃度変化又は高分子密度変化を起こす請求項
３記載の音響カップラー。
【請求項８】高分子ゲルが外乱強度に応じて相転移を
起こす請求項３に記載の音響カッブラー。
【請求項９】音響の中心周波数が１キロヘルツから１
０ギガヘルツである請求項１乃至８いずれか記載の音響
カップラー。
【請求項１０】第１の媒体と第２の媒体との間に介装
され、前記両媒体間に音響を伝達する音響レンズが外乱
に応じて音響特性を可逆的に変化させる高分子ゲルから
なる音響レンズ。
【請求項１１】第１の媒体と第２の媒体との間に介装
され、前記両媒体間に音響を伝達する音響レンズの音響
インピーダンスが前記両媒体の固有インピーダンスの範
囲内で両媒体を結ぶ方向に沿って段階的に変化してなる
音響レンズ。
【請求項１２】第１の媒体と第２の媒体との間に介装
され、前記両媒体間に音響を伝達する音響レンズの音響
インピーダンスが前記両媒体の固有インピーダンスの範
囲内で両媒体を結ぶ方向に沿って連続的に変化してなる
音響レンズ。
【請求項１３】外乱が熱・水素イオン・水酸イオン・
無機化合物・有機化合物・電圧・電流のいずれかあるい
は複数である請求項１０記載の音響レンズ。
【請求項１４】ゲルが外乱に応じて比重変化、高分子
濃度変化又は高分子密度変化を起こす請求項１０乃至１
２いずれか記載の音響レンズ。
【請求項１５】ゲルが外乱に応じて相転移を起こす請
求項１０乃至１２いずれか記載の音響レンズ。
【請求項１６】音波の中心周波数が１キロヘルツから
１０ギガヘルツである請求項１０乃至１２いずれか記載
の音響レンズ。