JPH0541899A

JPH0541899A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH0541899A
Application number: JP19557191A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Watanabe; 一宏渡辺; Kiyoto Matsui; 清人松井; Yasushi Hara; 靖原; Hiroshi Ishikawa; 寛石川; Kenichi Hayakawa; 健一早川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-08-05
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は超音波探触子に関し、限られた一振動
子内の分割でより多くの振幅重み付けの段数を実現する
ことを目的とする。【構成】アレイ状に配列された多数の振動子１を用いて
超音波ビームを制御する超音波探触子において、該振動
子１の電気−音響変換素子として複合圧電素子２を用い
るとともに、前記複合圧電素子２に取り付けられる電極
３の形状を、上記振動子１の配列方向Ａと直交する短軸
方向Ｂにおいて、振動子１の中央部で面積が広く、端部
に向かうに従って面積が狭くなるようにし、かつ、前記
電極３の形状を各振動子１の短軸方向Ｂに平行な中心線
４に対して非線対称なように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波探触子に関する
ものである。例えば、超音波探触子を使用した診断装置
において鮮明な画像を得るためには、細く絞られた超音
波ビームを使用する必要がある。一方、一般に、圧電振
動子から図５（ａ）に示すような均一放射音圧で超音波
を送波した場合には、超音波の放射パターンは同図
（ｂ）、（ｃ）に示すように、サイドローブレベルが高
くなり、超音波ビームを細く絞ることができないため
に、図６に示すように、圧電振動子１の中央部で大きく
端に行くにしたがって小さく超音波を送波する手法（振
幅重み付け）が用いられる。

【０００２】この振幅重み付けによれば、サイドローブ
レベルは図６（ｂ）、（ｃ）に示すように大きく抑圧さ
れ、超音波ビームを細く絞ることができることが知られ
ている。

【０００３】一方、超音波診断装置に接続されるアレイ
型超音波探触子における振幅重み付けは、探触子の走査
方向（配列方向Ａ）に対しては、図７に示すように、探
触子に接続される受信増幅器のゲインＧを開口の中央部
で大きく、端に行くにしたがって小さくなるようにする
ことが行なわれているが、走査方向に垂直な短軸方向Ｂ
に対する振幅重み付けは一般になされず、該方向での振
幅重み付けの有効な手法が求められていた。

【０００４】なお、図７において８はバッキングを示す
ものである。

【０００５】

【従来の技術】短軸方向Ｂに振幅重み付けを行ない、サ
イドローブレベルを抑圧するために、図８に示すよう
に、アレイ型超音波探触子の短軸方向Ｂに対して分極強
度７を圧電振動子１の中央部で大きく、端に行くにした
がって小さくしたものや、図９に示すように、アレイ型
超音波探触子の短軸方向Ｂに対して各配列圧電振動子１
形状を中央部で広く、両端部に行くにしたがって狭くし
たものが提案されているが、図８に示したものは、圧電
振動子１の分極強度は分極時の分極電圧、分極温度、分
極時間等に左右されるために、所望の分極強度を所望の
分布で得ることが困難であり、図９に示したものは、両
端部が狭くなるように加工された配列圧電振動子１の端
部において、割れ、欠けが生じやすい上に、配列圧電振
動子１の中央部と先細りに加工された両端部とでは、そ
の形状効果によって放射される超音波の共振周波数が異
なるという欠点を有するものであった。

【０００６】また、このような欠点を解消し、圧電振動
子１全面に渡って均一な共振周波数で超音波を放射でき
るようにした従来例として、図１０に示すように、複合
圧電素子２を電気−音響変換素子として用いる方法が提
案されている。

【０００７】この方法に使用される複合圧電素子２は１
枚の圧電素子を碁盤の目状に切削し、切削溝９にシリコ
ンやウレタン等の樹脂を充填して形成され、複合圧電素
子２上に形成する電極３の形状を図示のように、階段状
にすることにより短軸方向Ｂの振幅重み付けがなされ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例においては、複合圧電素子２を構成する微細な圧電振
動子１群は全て同じ矩形をしているために部分的に異な
った共振周波数で超音波を放射することはなく、短軸方
向Ｂの振幅重み付けを行なってサイドローブレベルをよ
り低く抑えるには、階段の段数を多くするのが望ましい
が、配列方向Ａにおける一振動子１内の複合圧電素子２
の分割数は加工上の制約によって５分割程度が限度であ
り、例えば図示の場合には、これによってなされる階段
状の振幅重み付けは３段に留まり、サイドローブレベル
の抑圧は未だ完全とはいえないという欠点を有するもの
であった（図１１参照）。

【０００９】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たものであって、限られた一振動子内の分割でより多く
の振幅重み付けの段数を実現することのできる超音波探
触子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、実施例に対応する図１および図２に示すように、ア
レイ状に配列された多数の振動子１を用いて超音波ビー
ムを制御する超音波探触子において、該振動子１の電気
−音響変換素子として複合圧電素子２を用いるととも
に、前記複合圧電素子２に取り付けられる電極３の形状
を、上記振動子１の配列方向Ａと直交する短軸方向Ｂに
おいて、振動子１の中央部で面積が広く、端部に向かう
に従って面積が狭くなるようにし、かつ、前記電極３の
形状を各振動子１の短軸方向Ｂに平行な中心線４に対し
て非線対称にしたことを特徴とする超音波探触子を提供
することにより達成される。

【００１１】この場合、前記電極３形状を前記各振動子
１の短軸方向Ｂに垂直な中心線５に対して線対称にする
こともでき、さらに、前記電極３形状を各振動子１の中
心点Ｐに対して点対称にすることもできる。

【００１２】また、電極３を、複合圧電素子２を構成す
る微小圧電材６群のうち、実質的に超音波の送受信を行
なう部分の圧電材６上面を覆うように形成することもで
き、短軸方向Ｂにおいて振動子１の電極３を複数に分割
して複数個の開口を持たせることもできる。

【００１３】

【作用】上記構成に基づき、複合圧電素子２は配列方向
Ａと直交する短軸方向Ｂにおいて、振動子１の中央部で
面積が広く、端部に向かうに従って面積の小さな電極３
を有しており、放射音圧は、中央部において高く、端部
に行くにしたがって低くなるように分布する。

【００１４】一方、上記電極３は、短軸方向Ｂに平行な
中心線４に対して非線対称形状とされていることから、
中心線４の上下で互いに階段の段間を補い、実質の重み
付け段数が増加する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。図１および図２は本発明の実
施例を示すもので、複合圧電素子２は１枚の圧電振動子
１を配列方向Ａ、および短軸方向Ｂに碁盤の目状に切削
して形成されるもので、この実施例において、一振動子
１当り、短軸方向Ｂに１１分割、配列方向Ａに５分割さ
れている。

【００１６】また、以上のようにして切削された切削溝
９にはシリコンやウレタン樹脂が充填されるとともに、
圧電素子２の後面にはバッキング８が配置される。図２
は一振動子１当りの電極３の形状を示すもので、各振動
子１の短軸方向Ｂに平行な中心線４に対して非線対称
で、かつ、短軸方向Ｂに垂直な中心線４に対して線対称
に形成されており、各振動子１当り、短軸方向Ｂに外側
から４個、３個、２個、１個の微小圧電材６を除いた残
部上面全面に電極３が形成される。

【００１７】なお、振動子１における振動は、微小圧電
材６単位で生じるので、この実施例に示すように、電極
３の形成は、微小圧電材６単位に形成するのが望まし
い。この結果、該振動子１を駆動した際には、図２
（ａ）に示すように、中心線４の上下で互いに階段の段
間を補う形となり、実質５段の重み付け段数が得られ
る。

【００１８】図３は本発明の第２の実施例を示すもの
で、各振動子１の電極３は、短軸方向Ｂに平行な中心線
４に対して非線対称で、かつ、振動子１の中心点Ｐに対
して点対称形状に形成される。

【００１９】したがって、この実施例においては、上述
した実施例と同様に、中心線４の上下で互いに階段の段
間を補う形となり、実質５段の重み付け段数を得ること
ができる（図３（ａ））。

【００２０】本発明の第３の実施例を図４に示す。この
実施例において、振動子１の電極３は短軸方向Ｂにおい
て分割溝１０により複数に分割されており、各電極３に
対して独立に駆動電圧を印加することができるように構
成される。

【００２１】したがってこの実施例において、１つの探
触子で短軸方向Ｂにおいて大小２つの開口を選択するこ
とが可能であり、近距離では図４（ａ）に示す小開口で
超音波の送受信を行ない、遠距離領域では（ｂ）に示す
大開口での送受信が行なわれる。

【００２２】この結果、同一探触子で近距離から遠距離
の広範囲に渡ってさらに細い超音波ビームを実現するこ
とが可能になる。なお、以上の実施例において、超音波
の送波側の主面に音響レンズを配する場合には、音響レ
ンズの焦点をこれら超音波探触子が接続される超音波診
断装置の最大診断深さの２／３以上の深さに設定するの
が望ましい。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、重み付けの実質段数を大きくすることが可能
となり、サイドローブレベルを低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例の電極形状を示す図で、
（ａ）は放射音圧の分布を示す図、（ｂ）は電極形状を
示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す図で、（ａ）は放射
音圧の分布を示す図、（ｂ）は電極形状を示す図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例を示す図で、（ａ）は小開
口時の放射音圧の分布を示す図、（ｂ）は大開口時の放
射音圧の分布を示す図、（ｃ）は電極形状を示す図であ
る。

【図５】圧電素子からの超音波放射を示す図であって、
（ａ）は放射音圧を示す図、（ｂ）は放射パターンを示
す図、（ｃ）はビーム形状を示す図である。

【図６】重み付けによる超音波放射を示す図であって、
（ａ）は放射音圧を示す図、（ｂ）は放射パターンを示
す図、（ｃ）はビーム形状を示す図である。

【図７】重み付けの方法を示す図である。

【図８】従来例を示す図であって、（ａ）は短軸方向で
の放射音圧を示す図、（ｂ）は分極状態を示す図であ
る。

【図９】他の従来例を示す図であって、（ａ）は短軸方
向での放射音圧を示す図、（ｂ）は圧電素子の形状を示
す図である。

【図１０】更に他の従来例を示す図である

【図１１】図１０の詳細図であって、（ａ）は短軸方向
の放射音圧を示す図、（ｂ）は電極形状を示す図であ
る。

【符合の説明】

１振動子２複合圧電素子３電極４、５中心線６微小圧電材Ａ配列方向Ｂ短軸方向Ｐ中心点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川寛神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者早川健一神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アレイ状に配列された多数の振動子(１)を
用いて超音波ビームを制御する超音波探触子において、該振動子(１)の電気−音響変換素子として複合圧電素子
(２)を用いるとともに、前記複合圧電素子(２)に取り付
けられる電極(３)の形状を、上記振動子(１)の配列方向
(Ａ)と直交する短軸方向(Ｂ)において、振動子(１)の中
央部で面積が広く、端部に向かうに従って面積が狭くな
るようにし、かつ、前記電極(３)の形状を各振動子(１)の短軸方向
(Ｂ)に平行な中心線(４)に対して非線対称にしたことを
特徴とする超音波探触子。
【請求項２】前記電極(３)の形状を前記各振動子(１)の
短軸方向(Ｂ)に垂直な中心線(５)に対して線対称にした
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】前記電極(３)の形状を各振動子(１)の中心
点(Ｐ)に対して点対称にした請求項１記載の超音波探触
子。
【請求項４】前記電極(３)は、複合圧電素子(２)を構成
する微小圧電材(６)群のうち、実質的に超音波の送受信
を行なう部分の圧電材(６)上面を覆うように形成される
ことを特徴とする請求項１、２、または３記載の超音波
探触子。
【請求項５】短軸方向(Ｂ)において振動子(１)の電極
(３)を複数に分割して複数個の開口を持たせたことを特
徴とする請求項１、２、３または４記載の超音波探触
子。