JPH06121390A - Ultrasonic search unit - Google Patents

Ultrasonic search unit

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JPH06121390A
JPH06121390A JP19901691A JP19901691A JPH06121390A JP H06121390 A JPH06121390 A JP H06121390A JP 19901691 A JP19901691 A JP 19901691A JP 19901691 A JP19901691 A JP 19901691A JP H06121390 A JPH06121390 A JP H06121390A
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JP
Japan
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thickness
vibrator
ultrasonic probe
array
ultrasonic
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Application number
JP19901691A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Yagami
弘之 矢上
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Publication of JPH06121390A publication Critical patent/JPH06121390A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain the broad band ultrasonic search unit in which its resonance frequency is largely changed in response to a distance up to a reagent section, an ultrasonic waveform without distortion is obtained and high directivity and high resolution are obtained from a near distance to a remote distance. CONSTITUTION:Two kinds of vibrators 11, 12 formed by a ceramic material or the like of a lead zirconate titanate (PZT) are arranged along 2-dimensional directions in the slice direction and in the array direction. A relation of an aperture width (W1) with a thickness (T) of the vibrator 11 is selected to be W1/T>3 and a relation of an aperture width (W2) with a thickness (T) of the vibrator 12 is W2/T<=0.3. The vibrator 11 is arranged in a middle A in the slice direction and the plural vibrators 12 are arranged to an outer side B of the vibrator 11 in a way of being divided at an equal pitch. Furthermore, the vibrators 11, 12 are arranged at an equal pitch in the array direction of the arrangement. The thickness vibration mode is made to the middle part A of the arrangement and the longitudinal vibration mode is made to the outer side B and the resonance frequency at the middle part A is made higher than that of the outer side B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて被検体
内部を計測し断層像を得る超音波診断装置用の超音波探
触子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe for an ultrasonic diagnostic apparatus which measures the inside of a subject using ultrasonic waves and obtains a tomographic image.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体等の被検体に超音波を放射して、被
検体内部を計測あるいは画像化する超音波診断装置にお
いては、超音波の到達深度は超音波の周波数が高い程浅
く、低い程深くなる。そのため、診断に必要とされる十
分な深度を得るためには、1台の装置に深部用から浅部
用まで複数のプローブを準備し、診断領域に適応したプ
ローブをその都度交換する繁雑な作業が必要であった。
したがって浅部から深部まで1本の探触子で高分解能な
画像を得ることができれば、探触子の交換が不要とな
り、診断上も極めて有効になる。そのため超音波探触子
においては、低周波から高周波まで送信可能になるよう
に広帯域な探触子が望まれている。
2. Description of the Related Art In an ultrasonic diagnostic apparatus that radiates ultrasonic waves to a subject such as a living body to measure or image the inside of the subject, the depth of arrival of ultrasonic waves becomes shallower and lower as the frequency of the ultrasonic waves increases. It gets deeper. Therefore, in order to obtain the sufficient depth required for diagnosis, it is a complicated work to prepare a plurality of probes for deep area to shallow area for one device and exchange the probe adapted to the diagnostic area each time. Was needed.
Therefore, if it is possible to obtain a high-resolution image with a single probe from the shallow portion to the deep portion, it is not necessary to replace the probe, which is extremely effective for diagnosis. Therefore, in the ultrasonic probe, a broadband probe is desired so that it can transmit from low frequency to high frequency.

【0003】このような広帯域なものとして、従来、図
12に表すように、スライス方向に厚さの異なった複数
の振動子301 、302 、303 を配列した超音波探触
子がある。この探触子では、振動子301 〜303 の背
面側に段差が形成され、それぞれ個別電極31を介して
背面材32が設けられている。一方、振動子301 〜3
3 の音響放射面側は同一平面に形成され、その面上に
共通電極33が設けられている。この超音波探触子は、
共振周波数の振動子の厚さに対する依存性を利用したも
のである。
Conventionally, as shown in FIG. 12, an ultrasonic probe having a plurality of transducers 30 1 , 30 2 and 30 3 having different thicknesses arranged in the slice direction is used as such a wide band. . In this probe, a step is formed on the back side of the vibrators 30 1 to 30 3 , and a back material 32 is provided via an individual electrode 31. On the other hand, the oscillators 30 1 to 3
The sound emission surface side of 0 3 is formed in the same plane, and the common electrode 33 is provided on the surface. This ultrasonic probe
This utilizes the dependence of the resonance frequency on the thickness of the vibrator.

【0004】また、図13に表すように、アレイ方向に
幅の異なった振動子401 、402、403 群を複数組
配列した超音波探触子も知られている。この探触子で
は、振動子の幅と厚みの比に対する共振周波数の依存性
を利用している。
Further, as shown in FIG. 13, there is also known an ultrasonic probe in which a plurality of groups of transducers 40 1 , 40 2 and 40 3 having different widths are arranged in the array direction. This probe utilizes the dependence of the resonance frequency on the width-thickness ratio of the vibrator.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来の超音波探触子では、それぞれ次のような問題があっ
た。まず、厚さの異なった複数の振動子301 〜303
を複数配列した超音波探触子では、音響放射面を同一平
面にするため、背面材32側に段差部が形成されてしま
う。そのため背面材32の加工など難しい製造工程が必
要となる。これに対して、幅の異なった振動子401
403 群を複数組配列した超音波探触子では、厚みの均
一な平板状の圧電体を幅が異なるようにダイシングソー
などの方法により分割するだけでよいので、前者に比べ
て製造も容易である。
However, the above-mentioned conventional ultrasonic probes have the following problems, respectively. First, a plurality of vibrators 30 1 to 30 3 having different thicknesses
In the ultrasonic probe in which a plurality of are arranged, since the acoustic emission surfaces are on the same plane, a step portion is formed on the backing material 32 side. Therefore, a difficult manufacturing process such as processing the back material 32 is required. On the other hand, the transducers 40 1 to
With an ultrasonic probe in which a plurality of groups of 40 3 groups are arranged, a flat plate-shaped piezoelectric body having a uniform thickness can be divided by a method such as a dicing saw so that the widths are different, so that it is easier to manufacture than the former. Is.

【0006】しかしながら、このようなアレイ探触子の
場合、アレイ方向のピッチが大きくなり波長以上になる
と、超音波の指向性が劣化する。このため、実用上はこ
のピッチを小さくするために、振動子401 〜403
開口幅をW、厚さTとすると、W/T<3となるように
しなければならない。ところが、W/T=3付近では、
図7に表すように、振動子の厚み方向の基準振動モード
に、不要な幅方向の振動モードが干渉してくるために、
送受信される超音波波形の歪みも大きくなる。このた
め、共振周波数を大きく変化させることが難しいという
問題があった。
However, in the case of such an array probe, when the pitch in the array direction becomes larger and becomes longer than the wavelength, the directivity of ultrasonic waves deteriorates. Therefore, in practice, in order to reduce the pitch, it is necessary to set W / T <3, where W is the opening width and T is the thickness of the vibrators 40 1 to 40 3 . However, near W / T = 3,
As shown in FIG. 7, since an unnecessary vibration mode in the width direction interferes with the reference vibration mode in the thickness direction of the vibrator,
The distortion of the transmitted / received ultrasonic waveform also becomes large. Therefore, there is a problem that it is difficult to greatly change the resonance frequency.

【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、製造が容易であり、しかも被検部ま
での距離に応じて共振周波数を大きく変化させることが
できるとともに、歪みのない超音波波形を得ることがで
き、近距離から遠距離まで高い指向性と高分解能を得る
ことができる広帯域の超音波探触子を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to easily manufacture the resonant frequency and to greatly change the resonance frequency according to the distance to the portion to be inspected and to reduce the distortion. An object of the present invention is to provide a wide-band ultrasonic probe that can obtain a non-existent ultrasonic waveform and can obtain high directivity and high resolution from a short distance to a long distance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の振動子
を互いに直交する2つの方向に沿って2次元状に配列し
た超音波探触子において、前記2つの方向の少なくとも
1方向の振動子の開口幅Wとその厚さTとの比W/T
を、配列の中央部の振動子ではW/T>3、好ましくは
W/T≧10とし、この振動子の外側部の振動子ではW
/T≦0.3としたものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is an ultrasonic probe in which a plurality of transducers are two-dimensionally arranged along two directions orthogonal to each other, and a vibration in at least one of the two directions is provided. Ratio W / T of opening width W of child and its thickness T
Is set to W / T> 3, preferably W / T ≧ 10 for the vibrator at the center of the array, and W / T> 10 for the vibrator at the outside of this vibrator.
/T≦0.3.

【0009】このような構成とすることにより本発明の
超音波探触子では、配列の中央部での共振周波数が高
く、外側部での共振周波数が低くなるとともに、不要振
動が現われることがなく、歪みのない超音波波形を得る
ことができる。したがって、近距離においては振動子の
中央部、遠距離においては外側部を使用することによ
り、近距離から遠距離まで高い指向性と高分解能を得る
ことができる。
With such a structure, in the ultrasonic probe of the present invention, the resonance frequency at the central portion of the array is high, the resonance frequency at the outer portion is low, and unnecessary vibration does not appear. It is possible to obtain an ultrasonic waveform without distortion. Therefore, by using the central portion of the transducer at a short distance and the outer portion at a long distance, it is possible to obtain high directivity and high resolution from a short distance to a long distance.

【0010】以下、この超音波探触子の動作原理につい
て説明する。厚み方向の振動を利用した矩形状の振動子
においては、開口幅(W)と厚さ(T)との比が、W/
T>1の場合は厚み振動モード、W/T<1の場合は縦
振動モードで振動し、各々のモードにおける共振周波数
(F)は周波数定数(Nt ,N33)/厚さ(t)によっ
て決定される。周波数定数は縦振動モードの方が低くな
ることは既に知られている。表1に市販されているセラ
ミック振動子(チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス)
の周波数定数の例を示す。
The operating principle of this ultrasonic probe will be described below. In a rectangular vibrator using vibration in the thickness direction, the ratio of the opening width (W) to the thickness (T) is W /
When T> 1, it vibrates in the thickness vibration mode, and when W / T <1, it vibrates in the longitudinal vibration mode, and the resonance frequency (F) in each mode is the frequency constant (N t , N 33 ) / thickness (t). Determined by It is already known that the frequency constant is lower in the longitudinal vibration mode. Table 1 Commercially available ceramic resonators (lead zirconate titanate-based ceramics)
An example of the frequency constant of is shown.

【0011】[0011]

【表1】[Table 1]

【0012】 [0012]

【0013】また、表2は、表1のチタン酸ジルコン酸
鉛系セラミックスを用いた振動子の厚さを0.3mmと
した場合の共振周波数の理論値と実測値とを表すもので
ある。これによれば、実測値と理論値はよく一致してい
ることが判る。さらに、縦振動モードでは、厚み振動モ
ードに比較して周波数定数が約30%小さくなるため、
同じ厚さでは共振周波数が低くなることになる。図6な
いし図8は表1、2の振動子においてW/T=10、W
/T=3、W/T=0.3とした場合の、アドミタンス
−周波数特性を示したものである。前述のようにW/T
=3の場合では、基準振動の他に不要振動が多く現われ
ているため、超音波波形の歪みが大きくなるが、W/T
=10およびW/T=0.3とした場合では基準振動の
み現われており、歪みの少ない超音波波形が得られるこ
とが判る。
Table 2 shows theoretical values and measured values of the resonance frequency when the thickness of the vibrator using the lead zirconate titanate-based ceramics of Table 1 is 0.3 mm. According to this, it can be seen that the measured value and the theoretical value are in good agreement. Further, in the longitudinal vibration mode, the frequency constant is about 30% smaller than that in the thickness vibration mode.
With the same thickness, the resonance frequency will be low. 6 to 8 show W / T = 10, W in the vibrators of Tables 1 and 2.
It shows admittance-frequency characteristics when / T = 3 and W / T = 0.3. As mentioned above, W / T
In the case of = 3, since many unnecessary vibrations appear in addition to the reference vibration, the distortion of the ultrasonic waveform becomes large, but W / T
= 10 and W / T = 0.3, only the reference vibration appears, and it can be seen that an ultrasonic waveform with little distortion can be obtained.

【0014】また、超音波診断装置においては、生体の
浅部から深部まで良好な画像を得るために、超音波の指
向性を均一にする必要がある。そのため、周波数が低い
ほど開口幅を広くする、すなわちW/Tを大きくするこ
とが望ましい。
Further, in the ultrasonic diagnostic apparatus, it is necessary to make the directivity of the ultrasonic waves uniform in order to obtain a good image from the shallow part to the deep part of the living body. Therefore, it is desirable to increase the aperture width, that is, increase W / T, as the frequency is lower.

【0015】[0015]

【表2】[Table 2]

【0016】 [0016]

【0017】また、本発明による超音波探触子では、前
記各振動子の両主面をそれぞれ分割するようにしてもよ
く、また前記各振動子の一方の主面を共通とし、他方の
主面のみを分割して2次元状配列とし、前記共通の主面
上に共通電極を形成する態様としてもよい。このような
構成とすることにより、各振動子の一方の主面に共通電
極を形成する工程において、この共通電極を振動子の分
割されていない側の主面に形成することができるため、
製造が容易となる。
Further, in the ultrasonic probe according to the present invention, both principal surfaces of each transducer may be divided, and one principal surface of each transducer may be common and the other principal surface may be divided. It is also possible to divide only the surface into a two-dimensional array and form the common electrode on the common main surface. With such a configuration, in the step of forming the common electrode on one main surface of each vibrator, this common electrode can be formed on the main surface of the vibrator on the non-divided side.
Manufacturing is easy.

【0018】さらに本発明の超音波探触子では、前記振
動子の音響放射面に少なくとも1層の音響整合層を設
け、この音響整合層の前記配列の中央部に対応する部分
の厚さと、前記配列の外側部に対応する部分の厚さを、
各部の共振周波数の違いに応じて異ならせるものであ
る。たとえば、音響整合層の前記配列の外側部に対応す
る部分の厚さを、前記配列の中央部に対応する部分の厚
さに比べて、前記振動子の共振周波数における前記音響
整合層内での波長の1/4だけ厚くなるように設定する
ことにより、音響整合層を有効に利用することができ、
超音波波形の短パルス化と高感度化を図ることができ
る。なお、この音響整合層は1層に限らず、多層構造と
することにより、より特性が向上する。
Further, in the ultrasonic probe of the present invention, at least one acoustic matching layer is provided on the acoustic radiation surface of the vibrator, and the thickness of the portion of the acoustic matching layer corresponding to the central portion of the array, The thickness of the portion corresponding to the outer side of the array,
The difference is made according to the difference in the resonance frequency of each part. For example, the thickness of the portion of the acoustic matching layer corresponding to the outer portion of the array is compared to the thickness of the portion of the acoustic matching layer corresponding to the central portion of the array in the acoustic matching layer at the resonance frequency of the transducer. The acoustic matching layer can be effectively used by setting the thickness to be ¼ of the wavelength.
It is possible to shorten the pulse of the ultrasonic waveform and increase the sensitivity. It should be noted that this acoustic matching layer is not limited to a single layer, but a multi-layered structure can further improve the characteristics.

【0019】また、本発明の超音波探触子では、前記2
つの方向の少なくとも1方向の配列面を曲面状に形成
し、この曲面に沿って前記振動子を配列させる構成とし
てもよい。曲面としては、凸面または凹面があり、凸面
上に振動子を配列した場合には、狭い開口から広い視野
を得ることができるとともに、生体と探触子との密着性
が高まる。一方、凹面上に振動子を配列した場合には、
スライス方向の超音波のフォーカスを行うことができる
という利点がある。
Further, in the ultrasonic probe of the present invention, the above-mentioned 2
It is also possible to form an array surface in at least one of the two directions into a curved surface and arrange the transducers along the curved surface. As the curved surface, there is a convex surface or a concave surface. When the transducers are arranged on the convex surface, a wide field of view can be obtained from a narrow opening and the adhesion between the living body and the probe is enhanced. On the other hand, when the transducers are arranged on the concave surface,
There is an advantage that ultrasonic waves can be focused in the slice direction.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1および図2は、本発明の一実施例に係
わる超音波探触子の構造を表すものである。この超音波
探触子1は、圧電材料たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系
(PZT)のセラミック材料により形成された2種類の
振動子11、12を、スライス方向およびアレイ方向の
2次元方向に沿って複数個配列したものである。振動子
11と振動子12は平板状に形成され、かつ互いに厚さ
が同じで開口幅が異なるように形成されている。
1 and 2 show the structure of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. This ultrasonic probe 1 includes two kinds of transducers 11 and 12 formed of a piezoelectric material such as a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material along two-dimensional directions of a slice direction and an array direction. It is a multiple array. The vibrator 11 and the vibrator 12 are formed in a flat plate shape, and have the same thickness but different opening widths.

【0022】一方の振動子11の開口幅(W1 )と厚さ
(T)との関係は、たとえばW1 /T=10であり、他
方の振動子12の開口幅(W2 )と厚さ(T)との関係
は、たとえばW2 /T=0.3となっている。振動子1
1はスライス方向の中央部Aに配設され、この振動子1
1の外側部Bに複数の振動子12が等ピッチで分割して
配設されている。また、配列のアレイ方向には、これら
振動子11、12が等ピッチで配設されている。
The relationship between the opening width (W 1 ) and the thickness (T) of one vibrator 11 is, for example, W 1 / T = 10, and the opening width (W 2 ) and the thickness of the other vibrator 12 are equal to each other. For example, W 2 /T=0.3 has a relationship with T (T). Oscillator 1
1 is disposed in the central portion A in the slice direction, and the oscillator 1
A plurality of vibrators 12 are arranged on the outer side portion B of the apparatus 1 at equal pitches. The vibrators 11 and 12 are arranged at equal pitches in the array direction of the array.

【0023】2次元状に配設された振動子11、12の
一方の主面側には共通電極13が設けられ、これら振動
子11、12を互いに電気的に接続させている。さらに
この共通電極13の背面には背面材14が設けられてい
る。また、振動子11、12の他方の主面側(音響放射
面側)にはそれぞれ個別電極15が設けられている。。
A common electrode 13 is provided on one principal surface side of the vibrators 11 and 12 arranged two-dimensionally, and these vibrators 11 and 12 are electrically connected to each other. Further, a backing material 14 is provided on the back surface of the common electrode 13. Further, the individual electrodes 15 are provided on the other principal surface sides (sound emission surface sides) of the vibrators 11 and 12, respectively. .

【0024】このような構成により本実施例の超音波探
触子1においては、中央部Aでは、振動子11の開口幅
(W1 )と厚さ(T)との関係がW1 /T=10である
ため、厚み振動モードとなる。一方、外側部Bでは、振
動子12の開口幅(W2 )と厚さ(T)との関係がW2
/T=0.3であるために縦振動モードとなる。したが
って、共振周波数は中央部Aにおける振動子11が高
く、外側部Bにおける振動子12が低くなる。また、前
述の図6ないし図8の説明からも明らかなように、不要
振動が現われることもないので、歪みのない超音波波形
を得ることができる。
In the ultrasonic probe 1 of this embodiment having such a configuration, in the central portion A, the relation between the opening width (W 1 ) and the thickness (T) of the transducer 11 is W 1 / T. = 10, the thickness vibration mode is set. On the other hand, in the outer portion B, the relationship between the opening width (W 2 ) and the thickness (T) of the vibrator 12 is W 2
Since /T=0.3, the longitudinal vibration mode is set. Therefore, the resonance frequency of the vibrator 11 in the central portion A is high and that of the vibrator 12 in the outer portion B is low. Further, as is clear from the above description of FIGS. 6 to 8, unnecessary vibration does not appear, so that an ultrasonic waveform without distortion can be obtained.

【0025】また、本実施例の超音波探触子1では、W
2 /T=0.3となる振動子12が振動子1の両側に複
数配列されているので、超音波の受信感度が高くなり、
超音波の到達深度をより遠距離にできる。
Further, in the ultrasonic probe 1 of this embodiment, W
Since a plurality of transducers 12 with 2 / T = 0.3 are arranged on both sides of the transducer 1, the ultrasonic wave reception sensitivity is increased,
The ultrasonic waves can reach farther.

【0026】上記実施例では、振動子11、12の材料
としてそれぞれチタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセ
ラミック材料を用いているので、振動子11、12の厚
さをT=0.38mmとすれば、共振周波数は、厚み振
動モードとなるスライス方向の中央部Aでは5MHzと
なり、一方、縦振動モードとなる外側部Bでは3.5M
Hzとなる。一般的に腹部領域の診断に使用している周
波数は3.5MHzから5MHzであるから、この周波
数の組み合わせは極めて有用である。
In the above embodiment, since the lead zirconate titanate (PZT) ceramic material is used as the material of the vibrators 11 and 12, the thickness of the vibrators 11 and 12 is T = 0.38 mm. Then, the resonance frequency is 5 MHz in the central portion A in the slice direction which is the thickness vibration mode, while it is 3.5 M in the outer portion B which is the longitudinal vibration mode.
It becomes Hz. Generally, the frequency used for diagnosis of the abdominal region is 3.5 MHz to 5 MHz, and thus the combination of these frequencies is extremely useful.

【0027】図3は本発明の他の実施例に係わる超音波
探触子2の構成を表すものである。ここで、図1および
図2と同一構成部分については、同一符号を付してその
説明を省略する。
FIG. 3 shows the configuration of an ultrasonic probe 2 according to another embodiment of the present invention. Here, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0028】本実施例では、振動子11、12は一方の
主面側(音響放射面側)は一体化され共通化されてお
り、他方の主面側をスライス方向に複数に分割した構成
となっている。アレイ方向には等ピッチに配設されるこ
とは、上記実施例と同様である。振動子11、12の一
方の主面側(音響放射面側)には共通電極16が設けら
れている。また、分割された他方の主面側には個別電極
17a、17bが設けられている。なお、外側部Bにお
ける個別電極17bは、複数の振動子12間では共通に
形成されている。中央部Aの個別電極17aおよび外側
部Bの電極17bはそれぞれ外部の回路とリード電極1
8a、18bを介して電気的に接続されている。なお、
振動子11、12の分割深さは、振動モードに影響のな
い範囲(少なくともT/2以上)で行うことが望まし
い。
In the present embodiment, the transducers 11 and 12 are integrated on one principal surface side (acoustic emission surface side) and common, and the other principal surface side is divided into a plurality of slice directions. Has become. The arrangement at equal pitch in the array direction is the same as in the above embodiment. A common electrode 16 is provided on one main surface side (sound emission surface side) of the vibrators 11 and 12. Further, individual electrodes 17a and 17b are provided on the other divided main surface side. The individual electrode 17b in the outer portion B is commonly formed among the plurality of vibrators 12. The individual electrode 17a in the central portion A and the electrode 17b in the outer portion B are respectively connected to the external circuit and the lead electrode 1.
It is electrically connected via 8a and 18b. In addition,
It is desirable that the division depth of the vibrators 11 and 12 be set within a range that does not affect the vibration mode (at least T / 2 or more).

【0029】本実施例の超音波探触子2では、振動子1
1、12の一方の主面側が一体化され、図1の実施例の
ように分割されていないため、共通電極16の形成が極
めて容易になる。なお、共通電極16および個別電極1
7a、17bはそれぞれ、たとえばアルミニウム等の金
属を用いた蒸着法、印刷法やめっき法により形成するこ
とができる。
In the ultrasonic probe 2 of this embodiment, the transducer 1
Since one main surface side of Nos. 1 and 12 is integrated and not divided as in the embodiment of FIG. 1, formation of the common electrode 16 becomes extremely easy. The common electrode 16 and the individual electrode 1
Each of 7a and 17b can be formed by a vapor deposition method, a printing method or a plating method using a metal such as aluminum.

【0030】また、振動子11、12の分割する側の主
面を、図4に表すように音響放射面側とし、背面材14
側の主面を共通面として、この共通面に共通電極16を
形成するようにしてもよい。
The main surface of the vibrators 11 and 12 on the side of division is the acoustic radiation surface side as shown in FIG.
The side main surface may be a common surface, and the common electrode 16 may be formed on this common surface.

【0031】図5は本発明のさらに他の実施例に係わる
超音波探触子3を表すものである。本実施例では、図1
の超音波探触子1の音響放射面側に共通電極18を設
け、この共通電極18上に音速Vなる音響整合層19を
設けたものである。この音響整合層19では、中央部A
の振動子11に対応する部分の共振周波数をfA とすれ
ば、厚さがたとえばV・fA /4であり、一方外側部B
の振動子12に対応する部分の共振周波数をfB とすれ
ば、厚さがたとえばV・fB /4となっている。なお、
音響整合層19は、たとえば樹脂、ガラス系材料により
形成され、振動子11、12と被検体(生体)との間で
音響的なインピーダンス整合がとれるように、その音
速、厚み、音響インピーダンス等のパラメータが調整さ
れている。
FIG. 5 shows an ultrasonic probe 3 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, FIG.
The common electrode 18 is provided on the acoustic emission surface side of the ultrasonic probe 1 and the acoustic matching layer 19 having the sound velocity V is provided on the common electrode 18. In the acoustic matching layer 19, the central portion A
If the resonance frequency of the portion corresponding to the vibrator 11 is f A , the thickness is, for example, V · f A / 4, while the outer portion B
If the resonance frequency of the portion corresponding to the vibrator 12 is f B , the thickness is, for example, V · f B / 4. In addition,
The acoustic matching layer 19 is formed of, for example, a resin or a glass-based material, and its acoustic velocity, thickness, acoustic impedance, etc. are set so that acoustic impedance matching can be achieved between the vibrators 11 and 12 and the subject (living body). The parameters are adjusted.

【0032】本実施例の超音波探触子3では、中央部A
の振動子11の共振周波数が外側部Bの振動子12に比
べて高くなっているため、それに合わせて音響整合層1
9の厚さを中央部Aは薄く、外側部Bは厚く形成したも
のである。一般に、音響整合層を用いることにより、超
音波波形の短パルス化と高感度化を図ることができるこ
とは知られているが、このように共振周波数の大きさに
応じて厚さに差を設けることにより、音響整合層19の
有効利用を図ることができる。音響整合層は、層の数が
多い程その効果も大きくなる。したがって本実施例にお
いても、音響整合層19を複数の層により形成するよう
にすれば、さらに特性が改善されることになる。
In the ultrasonic probe 3 of this embodiment, the central portion A
Since the resonance frequency of the vibrator 11 is higher than that of the vibrator 12 of the outer portion B, the acoustic matching layer 1 is adjusted accordingly.
The central portion A is thin and the outer portion B is thick. It is generally known that the use of the acoustic matching layer can shorten the pulse of the ultrasonic waveform and increase the sensitivity, but as described above, the thickness is provided differently according to the magnitude of the resonance frequency. As a result, the acoustic matching layer 19 can be effectively used. The acoustic matching layer has a greater effect as the number of layers increases. Therefore, also in this embodiment, if the acoustic matching layer 19 is formed of a plurality of layers, the characteristics will be further improved.

【0033】以上実施例を挙げて本発明を説明したが、
本発明は上記実施例に限定するものではなく、その要旨
を変更しない範囲で種々変更可能である。
The present invention has been described above with reference to the examples.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified without departing from the scope of the invention.

【0034】たとえば、上記実施例では、振動子11、
12の圧電材料としてそれぞれチタン酸ジルコン酸鉛系
(PZT)のセラミック材料を用いているが、周波数定
数(Nt ,N33)が異なる圧電材料であれば他の材料を
用いてもよい。このような圧電材料としては、チタン酸
バリウム系、チタン酸鉛系などの圧電材料がある。
For example, in the above embodiment, the vibrator 11,
As the 12 piezoelectric materials, lead zirconate titanate (PZT) ceramic materials are used, but other piezoelectric materials having different frequency constants (N t , N 33 ) may be used. Examples of such a piezoelectric material include barium titanate-based and lead titanate-based piezoelectric materials.

【0035】また、上記実施例においては、スライス方
向の振動子の開口幅と厚さとの比を、配列の中央部Aと
その外側部Bにおいて異ならせるようにしたが、スライ
ス方向ではその比を一定とし、アレイ方向の比を異なら
せるようにしてもよい。さらに、スライス方向およびア
レイ方向の2方向に沿って、それぞれ振動子の開口幅と
厚さとの比を、中央部Aとその外側部Bにおいて異なら
せるようにしてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the ratio of the aperture width and the thickness of the transducer in the slice direction is made different in the central portion A and the outer portion B of the array, but the ratio is made in the slice direction. It may be fixed and the ratio in the array direction may be different. Further, along the two directions of the slice direction and the array direction, the ratio of the opening width and the thickness of the transducer may be different between the central portion A and the outer portion B thereof.

【0036】このようにアレイ方向の開口幅と厚さとの
比を異ならせた場合、およびアレイ方向とスライス方向
の2方向共に開口幅と厚さとの比を異ならせた場合の周
波数の変化量はスライス方向のみの開口幅と厚さを異な
らせた場合と同じである。ただし、このような構成とし
た場合には、上記実施例の探触子1〜3とは異なり、走
査方向(アレイ方向)のピッチが異なるため、電子リニ
ア型の走査とは異なり別の走査方法によらなければ、超
音波画像は得られない。このような場合には、たとえば
機械的な走査方法を用いることができる。
The amount of change in frequency when the ratio of the opening width to the thickness in the array direction is different, and when the ratio of the opening width to the thickness is different in both the array direction and the slice direction. This is the same as when the opening width and the thickness are different only in the slice direction. However, in the case of such a configuration, unlike the probes 1 to 3 of the above-described embodiment, the pitch in the scanning direction (array direction) is different, and thus a scanning method different from the electronic linear type scanning is used. If not, an ultrasonic image cannot be obtained. In such a case, for example, a mechanical scanning method can be used.

【0037】図9は、アレイ方向とスライス方向の2方
向共に開口幅と厚さとの比を異ならせた場合の実施例を
表すものである。この探触子4では、中央部の振動子1
1のアレイ方向の幅をw1 、スライス方向の幅をW1
外側部の振動子12のアレイ方向の幅をw2 、スライス
方向の幅をW2 (=w2 )、また各振動子11、12の
厚さをTとして、w1 /T>3、W1 /T>3、w2
T=W1 /T≦0.3の関係に設定する。この探触子4
は、振動子11が高周波部、この振動子11を囲む振動
子12が低周波部となり、機械的に移動させることによ
り超音波画像を得ることができる。
FIG. 9 shows an embodiment in which the ratio of the opening width to the thickness is different in both the array direction and the slice direction. In this probe 4, the transducer 1 at the center is
W 1 is the width in the array direction, W 1 is the width in the slice direction,
Assuming that the width of the outer vibrator 12 in the array direction is w 2 , the width in the slice direction is W 2 (= w 2 ), and the thickness of each vibrator 11, 12 is T, w 1 / T> 3, W 1 / T> 3, w 2 /
The relationship of T = W 1 /T≦0.3 is set. This probe 4
The vibrator 11 is a high frequency part, and the vibrator 12 surrounding the vibrator 11 is a low frequency part, and an ultrasonic image can be obtained by mechanically moving it.

【0038】上記実施例の探触子1〜4においては、各
振動子11、12をそれぞれ背面材14の平面上に配列
するようにしたが、振動子11、12を凸面または凹面
のような曲面上に配列するような構成としてもよい。
In the probes 1 to 4 of the above-mentioned embodiment, the transducers 11 and 12 are arranged on the plane of the backing material 14, but the transducers 11 and 12 may be convex or concave. The arrangement may be such that they are arranged on a curved surface.

【0039】図10は背面材14にアレイ方向に凸面1
4aを形成し、この凸面14aに沿って振動子11、1
2を配列したものである。本実施例の探触子5はいわゆ
るコンベックスプローブであり、狭い開口部から広い視
野を得ることができるとともに、生体と探触子5との密
着性が高まるという利点がある。
In FIG. 10, the back surface 14 has a convex surface 1 in the array direction.
4a is formed, and the vibrators 11, 1 are formed along the convex surface 14a.
It is an array of two. The probe 5 of the present embodiment is a so-called convex probe, and has the advantages that a wide field of view can be obtained from a narrow opening and the adhesion between the living body and the probe 5 is enhanced.

【0040】また、図11は背面材14にスライス方向
に凹面14bを形成し、この凹面14bに沿って振動子
11、12を配列したものである。本実施例の探触子6
においては、スライス方向の超音波のフォーカスを行う
ことができるという利点がある。
Further, FIG. 11 shows a rear surface 14 on which a concave surface 14b is formed in the slice direction, and the vibrators 11 and 12 are arranged along the concave surface 14b. The probe 6 of this embodiment
In, there is an advantage that ultrasonic waves can be focused in the slice direction.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし5記
載の超音波探触子によれば、2次元方向の少なくとも1
方向の振動子の開口幅Wと厚さTとの比W/Tを、配列
の中央部の振動子ではW/T>3、好ましくはW/T≧
10とし、外側部の振動子ではW/T≦0.3としたの
で、中央部での共振周波数が高く、外側部での共振周波
数が低くなるとともに、不要振動が現われることがな
く、歪みのない超音波波形を得ることができる。したが
って、近距離においては振動子の中央部、遠距離におい
ては外側部を使用することにより、あるいは距離に応じ
て中央部と外側部を使い分けること等により近距離から
遠距離まで高い指向性と高分解能を得ることができ、広
帯域化を図ることができる。
As described above, according to the ultrasonic probe of the first to fifth aspects, at least one of the two-dimensional directions is obtained.
The ratio W / T between the opening width W and the thickness T of the vibrator in the direction is W / T> 3 for the vibrator at the center of the array, preferably W / T ≧
10 and W / T ≦ 0.3 in the vibrator on the outer side, so that the resonance frequency in the central part is high and the resonance frequency in the outer part is low, and unnecessary vibration does not appear and distortion of You can get no ultrasonic waveform. Therefore, by using the central part of the transducer at short distance and the outer part at long distance, or by using the central part and the outer part depending on the distance, high directivity and high The resolution can be obtained and the band can be widened.

【0042】特に、請求項3記載の超音波探触子によれ
ば、前記各振動子の一方の主面を共通とし、他方の主面
のみを分割して2次元状配列とし、前記共通の主面上に
共通電極を形成するようにしたので、共通電極の形成が
容易になり、製造プロセスが簡略化される。
In particular, according to the ultrasonic probe of the third aspect, one main surface of each of the transducers is made common, and only the other main surface is divided into a two-dimensional array, and the common plane is used. Since the common electrode is formed on the main surface, the common electrode is easily formed and the manufacturing process is simplified.

【0043】さらに請求項4記載の超音波探触子によれ
ば、前記振動子の音響放射面に少なくとも1層の音響整
合層を設け、この音響整合層の前記配列の中央部に対応
する部分の厚さと、前記配列の外側部に対応する部分の
厚さを、各部の共振周波数の違いに応じて異ならせるよ
うにしたので、音響整合層を有効に利用でき、音波波形
の短パルス化と高感度化を図ることが可能となり、特性
がさらに向上する。
Further, according to the ultrasonic probe of the fourth aspect, at least one acoustic matching layer is provided on the acoustic radiation surface of the transducer, and a portion of the acoustic matching layer corresponding to the central portion of the array is provided. And the thickness of the part corresponding to the outer part of the array are made to differ depending on the difference in the resonance frequency of each part, so that the acoustic matching layer can be effectively used and the sonic waveform can be shortened and pulsed. Higher sensitivity can be achieved, and the characteristics are further improved.

【0044】また、請求項5記載の超音波探触子によれ
ば、2つの方向の少なくとも1方向の配列面を曲面状に
形成し、この曲面に沿って前記振動子を配列させる構成
としたので、狭い開口から広い視野を得ることができる
とともに、生体と探触子との密着性が高まる等の利点が
ある。
According to the ultrasonic probe of the fifth aspect, the array surface in at least one of the two directions is formed into a curved surface, and the transducers are arrayed along this curved surface. Therefore, there are advantages that a wide field of view can be obtained from a narrow opening and that the contact between the living body and the probe is enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係わる超音波探触子の
縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の超音波探触子の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic probe of FIG.

【図3】本発明の第2の実施例に係わる超音波探触子の
構成を表す縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a configuration of an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の超音波探触子の変形例を表す縦断面図で
ある。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a modified example of the ultrasonic probe of FIG.

【図5】本発明の第3の実施例に係わる超音波探触子の
縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an ultrasonic probe according to a third embodiment of the present invention.

【図6】W/T=10の場合の超音波探触子のアドミタ
ンスと周波数との関係を表す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between admittance and frequency of an ultrasonic probe when W / T = 10.

【図7】W/T=3の場合の超音波探触子のアドミタン
スと周波数との関係を表す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between admittance and frequency of an ultrasonic probe when W / T = 3.

【図8】W/T=0.3の場合の超音波探触子のアドミ
タンスと周波数との関係を表す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between admittance and frequency of an ultrasonic probe when W / T = 0.3.

【図9】本発明の第4の実施例に係わる超音波探触子の
平面図である。
FIG. 9 is a plan view of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5の実施例に係わる超音波探触子
の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第6の実施例に係わる超音波探触子
の斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】従来の超音波探触子の縦断面図である。FIG. 12 is a vertical sectional view of a conventional ultrasonic probe.

【図13】従来の他の超音波探触子の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of another conventional ultrasonic probe.

【符号の説明】 1〜6 超音波探触子 11、12 振動子 13 共通電極 14 背面材 15 個別電極 19 音響整合層[Explanation of Codes] 1 to 6 Ultrasonic probe 11, 12 Transducer 13 Common electrode 14 Backing material 15 Individual electrode 19 Acoustic matching layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の振動子を互いに直交する2つの方
向に沿って2次元状に配列した超音波探触子において、 前記2つの方向の少なくとも1方向の振動子の開口幅W
とその厚さTとの比W/Tを、配列の中央部の振動子で
はW/T>3とし、この振動子の外側部の振動子ではW
/T≦0.3としたことを特徴とする超音波振動子。
1. An ultrasonic probe in which a plurality of transducers are two-dimensionally arranged along two directions orthogonal to each other, wherein an aperture width W of the transducer in at least one of the two directions is provided.
The ratio W / T between the thickness and the thickness T is W / T> 3 for the vibrator at the center of the array, and W / T for the vibrator at the outside of this vibrator.
Ultrasonic transducer characterized in that /T≦0.3.
【請求項2】 前記中央部の振動子の開口幅Wと厚さT
との比を、W/T≧10としたことを特徴とする請求項
1記載の超音波探触子。
2. The opening width W and the thickness T of the vibrator in the central portion.
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ratio of W / T is 10 or more.
【請求項3】 前記各振動子の一方の主面を共通とし、
他方の主面を分割して2次元状配列とするとともに、前
記共通の主面上に共通電極を形成したことを特徴とする
請求項1記載の超音波振動子。
3. One of the principal surfaces of each of the vibrators is common,
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the other main surface is divided into a two-dimensional array and a common electrode is formed on the common main surface.
【請求項4】 前記振動子の音響放射面に少なくとも1
層の音響整合層を設け、この音響整合層の前記配列の中
央部に対応する部分の厚さと、前記配列の外側部に対応
する部分の厚さを、各部の共振周波数の違いに応じて異
ならせたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
1に記載の超音波探触子。
4. At least one on the acoustic emission surface of the oscillator.
A layer acoustic matching layer is provided, and the thickness of the portion of the acoustic matching layer corresponding to the central part of the array and the thickness of the portion corresponding to the outer part of the array are different depending on the resonance frequency of each part. The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic probe is provided.
【請求項5】 前記2つの方向の少なくとも1方向の配
列面を曲面状に形成し、この曲面に沿って前記振動子を
配列したことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか
1に記載の超音波探触子。
5. The arrangement surface according to claim 1, wherein an array surface in at least one of the two directions is formed into a curved surface, and the vibrators are arrayed along the curved surface. Ultrasonic probe.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021235080A1 (en) * 2020-05-20 2021-11-25 ローム株式会社 Transducer, method for driving same, and system

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