JPH06261395A - 超音波変換器 - Google Patents
超音波変換器Info
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- JPH06261395A JPH06261395A JP6035280A JP3528094A JPH06261395A JP H06261395 A JPH06261395 A JP H06261395A JP 6035280 A JP6035280 A JP 6035280A JP 3528094 A JP3528094 A JP 3528094A JP H06261395 A JPH06261395 A JP H06261395A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
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- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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-
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
- H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の共振周波数を発生でき、用途ごとに共
振周波数の異なる超音波変換器を備える必要のない２つ
以上の共振周波数を備えた超音波変換器を提供すること
を目的とする。 【構成】 導電接触層２０７、２０５間及び導電接触層
２０７、２０９間にそれぞれ同極性のバイアス電圧を加
えて、電歪層２０１、２０３に逆方向の電界を発生さ
せ、電歪層２０１、２０３が機械的に結合されて、第１
の共振周波数の音響エネルギがインピーダンス整合層１
０３から出力され、導電接触層２０７、２０５間及び導
電接触層２０７、２０９間にそれぞれ逆極性のバイアス
電圧を印加して、電歪層２０１、２０３に同方向の電界
を発生させ、電歪層２０１、２０３が機械的に結合され
て第２の共振周波数の音響エネルギがインピーダンス層
１０３から出力される。
振周波数の異なる超音波変換器を備える必要のない２つ
以上の共振周波数を備えた超音波変換器を提供すること
を目的とする。 【構成】 導電接触層２０７、２０５間及び導電接触層
２０７、２０９間にそれぞれ同極性のバイアス電圧を加
えて、電歪層２０１、２０３に逆方向の電界を発生さ
せ、電歪層２０１、２０３が機械的に結合されて、第１
の共振周波数の音響エネルギがインピーダンス整合層１
０３から出力され、導電接触層２０７、２０５間及び導
電接触層２０７、２０９間にそれぞれ逆極性のバイアス
電圧を印加して、電歪層２０１、２０３に同方向の電界
を発生させ、電歪層２０１、２０３が機械的に結合され
て第２の共振周波数の音響エネルギがインピーダンス層
１０３から出力される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波変換器に係わ
り、特に、２つ以上の周波数で超音波信号の送信及び受
信の両方または一方を行うことができる２つ以上の共振
周波数を備えた超音波変換器に関する。
り、特に、２つ以上の周波数で超音波信号の送信及び受
信の両方または一方を行うことができる２つ以上の共振
周波数を備えた超音波変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波変換器は、物体の内部を無侵襲的
に検分することが望ましく、多種多様な用途において利
用されている。例えば、医療用途の場合、皮膚を切開
し、或いは切り裂いたりせずに、人体の内部の超音波映
像から多くの診断情報を得ることが可能である。従っ
て、超音波プローブ装置及び関連する映像処理装置を含
む超音波映像装置は、広範囲にわたる医療に用いられて
きた。
に検分することが望ましく、多種多様な用途において利
用されている。例えば、医療用途の場合、皮膚を切開
し、或いは切り裂いたりせずに、人体の内部の超音波映
像から多くの診断情報を得ることが可能である。従っ
て、超音波プローブ装置及び関連する映像処理装置を含
む超音波映像装置は、広範囲にわたる医療に用いられて
きた。
【０００３】しかし、人体は、音響的には均一ではな
い。音響伝送媒体としての働きをするのが人体のどの構
造か、イメージを形成すべき目標となるのがどの構造か
によって、超音波プローブ装置の望ましい動作周波数が
異なる可能性がある。
い。音響伝送媒体としての働きをするのが人体のどの構
造か、イメージを形成すべき目標となるのがどの構造か
によって、超音波プローブ装置の望ましい動作周波数が
異なる可能性がある。
【０００４】現在の超音波プローブ装置には、ある特定
の周波数での使用に合わせて最適化された変換器または
変換器アレイが含まれている。用途が異なるために、異
なる超音波周波数を利用しなければならない場合、ユー
ザは、さまざまなプローブのコレクションから所望の周
波数またはそれに近い周波数で動作する超音波プローブ
装置を選択するのが普通である。従って、しばしば、現
在使用中の音響映像装置に関して、それぞれ、動作周波
数の異なる、さまざまな超音波プローブ装置が必要にな
るので、使用の複雑さが増し、超音波プローブ装置のコ
ストが増大することになる。
の周波数での使用に合わせて最適化された変換器または
変換器アレイが含まれている。用途が異なるために、異
なる超音波周波数を利用しなければならない場合、ユー
ザは、さまざまなプローブのコレクションから所望の周
波数またはそれに近い周波数で動作する超音波プローブ
装置を選択するのが普通である。従って、しばしば、現
在使用中の音響映像装置に関して、それぞれ、動作周波
数の異なる、さまざまな超音波プローブ装置が必要にな
るので、使用の複雑さが増し、超音波プローブ装置のコ
ストが増大することになる。
【０００５】先行技術による２重周波数超音波変換器
は、比較的共振ピークの広い超音波変換器を利用してい
る。所望の周波数は、フィリタリングによって選択され
る。現在市販されている２重周波数超音波変換器は、
２．０／２．５ＭＨｚまたは２．７／３．５ＭＨｚとい
った限定された帯域幅比になっている。１９９１年６月
２５日にディアズ(Dias)に対して発行された米国特許第
５，０２５，７９０号には、物体における周波数のダウ
ン・シフトを補償する周波数が徐々に変化する超音波セ
ンサーが開示されている。
は、比較的共振ピークの広い超音波変換器を利用してい
る。所望の周波数は、フィリタリングによって選択され
る。現在市販されている２重周波数超音波変換器は、
２．０／２．５ＭＨｚまたは２．７／３．５ＭＨｚとい
った限定された帯域幅比になっている。１９９１年６月
２５日にディアズ(Dias)に対して発行された米国特許第
５，０２５，７９０号には、物体における周波数のダウ
ン・シフトを補償する周波数が徐々に変化する超音波セ
ンサーが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のような現在用い
られている超音波プローブ装置には、インピーダンス整
合層が含まれているのが普通である。このインピーダン
ス整合層は、超音波変換器または超音波変換器アレイの
音響インピーダンスと、人体のような検査を受ける物体
のインピーダンスを整合させる。しかし、現在用いられ
ているインピーダンス整合層には、周波数の選択性がな
い。すなわち、インピーダンス整合層では、超音波変換
器のインピーダンスと検査を受ける物体のインピーダン
スの正確な整合が、狭い周波数帯域においてしか行われ
ない。従って、現在のインピーダンス整合層は、フィル
タとして作動し、さらに、超音波プローブ装置の利用可
能な帯域幅がさらに制限される。
られている超音波プローブ装置には、インピーダンス整
合層が含まれているのが普通である。このインピーダン
ス整合層は、超音波変換器または超音波変換器アレイの
音響インピーダンスと、人体のような検査を受ける物体
のインピーダンスを整合させる。しかし、現在用いられ
ているインピーダンス整合層には、周波数の選択性がな
い。すなわち、インピーダンス整合層では、超音波変換
器のインピーダンスと検査を受ける物体のインピーダン
スの正確な整合が、狭い周波数帯域においてしか行われ
ない。従って、現在のインピーダンス整合層は、フィル
タとして作動し、さらに、超音波プローブ装置の利用可
能な帯域幅がさらに制限される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、直流バイアス
電圧の印加によって分極性を高め、圧電特性を示すよう
にすることが可能な材料の利用に基づくものである。こ
の材料は、直流バイアス電圧を除去すると、その分極性
を失い、もはや、圧電特性を示さなくなる。この直流バ
イアス電圧の有無によって圧電効果がＯＮまたはＯＦＦ
になる特性は、例えば、常誘電位相遷移温度まで強誘電
付近に維持されることが望ましい材料において観測する
ことが可能である。強誘電位相は、圧電特性を示すが、
常誘電位相は、示さない。上述の特性を有する材料は、
本明細書では電歪材料と呼ばれる。
電圧の印加によって分極性を高め、圧電特性を示すよう
にすることが可能な材料の利用に基づくものである。こ
の材料は、直流バイアス電圧を除去すると、その分極性
を失い、もはや、圧電特性を示さなくなる。この直流バ
イアス電圧の有無によって圧電効果がＯＮまたはＯＦＦ
になる特性は、例えば、常誘電位相遷移温度まで強誘電
付近に維持されることが望ましい材料において観測する
ことが可能である。強誘電位相は、圧電特性を示すが、
常誘電位相は、示さない。上述の特性を有する材料は、
本明細書では電歪材料と呼ばれる。
【０００８】本発明によれば、２つ以上の周波数で超音
波エネルギを送信し、受信する超音波変換器は、一方の
層の超音波振動がもう一方の層に結合されるように、互
いに機械的に結合された第１と第２の電歪層と、第１と
第２の電歪層内において、逆方向に向けられた電界また
は同じ方向に向けられた電界を選択的に発生するための
手段とから構成される。この超音波変換器は、電界が逆
方向に向けられた場合における第１の共振周波数と、電
界が同じ方向に向けられた場合における第２の共振周波
数を有している。この超音波変換器は、単一の素子また
は素子アレイから構成される。
波エネルギを送信し、受信する超音波変換器は、一方の
層の超音波振動がもう一方の層に結合されるように、互
いに機械的に結合された第１と第２の電歪層と、第１と
第２の電歪層内において、逆方向に向けられた電界また
は同じ方向に向けられた電界を選択的に発生するための
手段とから構成される。この超音波変換器は、電界が逆
方向に向けられた場合における第１の共振周波数と、電
界が同じ方向に向けられた場合における第２の共振周波
数を有している。この超音波変換器は、単一の素子また
は素子アレイから構成される。
【０００９】第１と第２の電歪層内において選択的に電
界を生じさせるための手段は、上方、中間下方の導電接
触層と、上方、中間下方の導電接触層にバイアス電圧を
印加するためのバイアス手段から構成されるのが望まし
い。上方と中間の導電接触層の間に、第１の電歪層が配
置され、中間と下方の導電接触層の間に、第２の電歪層
が配置されている。望ましい実施例の場合、第１と第２
の電歪層は、厚さが等しく、第１の共振周波数は、第２
の共振周波数の１／２である。
界を生じさせるための手段は、上方、中間下方の導電接
触層と、上方、中間下方の導電接触層にバイアス電圧を
印加するためのバイアス手段から構成されるのが望まし
い。上方と中間の導電接触層の間に、第１の電歪層が配
置され、中間と下方の導電接触層の間に、第２の電歪層
が配置されている。望ましい実施例の場合、第１と第２
の電歪層は、厚さが等しく、第１の共振周波数は、第２
の共振周波数の１／２である。
【００１０】
【作用】各電歪層の分極化方向は、各電歪層に選択され
た極性のバイアス電圧を印加することによって、互いに
関係なく選択される。電歪材料は、分極化状態を永久に
保持するわけではないので、超音波変換器の使用中、異
なる時間に、異なる分極化方向が、各電歪層毎に選択さ
れる可能性がある。こうした構造は、電歪層の数、各層
の厚さ及び導電接触層に印加されるバイアス電圧の極性
に従って、２つ以上の異なる周波数で厚さモードの共振
を示す。
た極性のバイアス電圧を印加することによって、互いに
関係なく選択される。電歪材料は、分極化状態を永久に
保持するわけではないので、超音波変換器の使用中、異
なる時間に、異なる分極化方向が、各電歪層毎に選択さ
れる可能性がある。こうした構造は、電歪層の数、各層
の厚さ及び導電接触層に印加されるバイアス電圧の極性
に従って、２つ以上の異なる周波数で厚さモードの共振
を示す。
【００１１】超音波プローブ装置は、上述のように、電
歪素子と検査を受ける物体の間に整合層を利用する場合
が多い。本発明により構成された超音波変換器の場合、
整合層は、音響インピーダンスが徐々に変化するように
設けられているので、２つ以上の動作周波数で、超音波
変換器と検査を受ける物体を適正に整合させることがで
きる。
歪素子と検査を受ける物体の間に整合層を利用する場合
が多い。本発明により構成された超音波変換器の場合、
整合層は、音響インピーダンスが徐々に変化するように
設けられているので、２つ以上の動作周波数で、超音波
変換器と検査を受ける物体を適正に整合させることがで
きる。
【００１２】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１を参照して、本発明による超音波変
換器アレイの一般的構成について説明する。図１の超音
波変換器アレイには、裏当て層１０２に並べて配置され
た一連の電歪素子１０１が含まれている。裏当て層１０
２は、超音波変換器の感度、帯域幅、または、パルス長
を最適化するのに適した音響インピーダンスを有する減
衰層とすることが可能である。典型的なアレイには、そ
れぞれ、ｙ方向における幅が１００〜６００ミクロン
の、数十〜数百の素子が含むことが可能である。各電歪
素子１０１は、典型的に、ｘ方向における長さが０．５
〜２ｃｍとすることができる。電歪素子１０１は、物理
的に分離されているので、個々に付勢することが可能で
ある。超音波変換器アレイの動作周波数に応じて、電歪
素子１０１は、ｚ方向において０．１〜２ｍｍの高さと
することができる。こうした電歪素子は、小さい値のメ
ガヘルツから数十メガヘルツに及ぶ周波数で動作可能で
ある。典型的な超音波変換器アレイは、ｙ方向において
長さが１〜６ｃｍである。開示の寸法は、広範囲の医療
用途に適合するものである。しかし、他の用途では、開
示の範囲外の寸法が要求される可能性もあるが、当業者
であれば、簡単に計算することが可能である。電歪素子
１０１の超音波変換器アレイは、インピーダンス整合層
１０３でカバーすることが可能である。
いて説明する。図１を参照して、本発明による超音波変
換器アレイの一般的構成について説明する。図１の超音
波変換器アレイには、裏当て層１０２に並べて配置され
た一連の電歪素子１０１が含まれている。裏当て層１０
２は、超音波変換器の感度、帯域幅、または、パルス長
を最適化するのに適した音響インピーダンスを有する減
衰層とすることが可能である。典型的なアレイには、そ
れぞれ、ｙ方向における幅が１００〜６００ミクロン
の、数十〜数百の素子が含むことが可能である。各電歪
素子１０１は、典型的に、ｘ方向における長さが０．５
〜２ｃｍとすることができる。電歪素子１０１は、物理
的に分離されているので、個々に付勢することが可能で
ある。超音波変換器アレイの動作周波数に応じて、電歪
素子１０１は、ｚ方向において０．１〜２ｍｍの高さと
することができる。こうした電歪素子は、小さい値のメ
ガヘルツから数十メガヘルツに及ぶ周波数で動作可能で
ある。典型的な超音波変換器アレイは、ｙ方向において
長さが１〜６ｃｍである。開示の寸法は、広範囲の医療
用途に適合するものである。しかし、他の用途では、開
示の範囲外の寸法が要求される可能性もあるが、当業者
であれば、簡単に計算することが可能である。電歪素子
１０１の超音波変換器アレイは、インピーダンス整合層
１０３でカバーすることが可能である。
【００１３】電歪素子１０１は、図２及び３に関連して
後述のように、電圧の印加によって励起される。超音波
変換器アレイで発生する音響エネルギは、インピーダン
ス整合層１０３を介して、検査を受ける物体、例えば、
人体に送り込まれる。
後述のように、電圧の印加によって励起される。超音波
変換器アレイで発生する音響エネルギは、インピーダン
ス整合層１０３を介して、検査を受ける物体、例えば、
人体に送り込まれる。
【００１４】電歪材料は、直流バイアス電圧を印加し
て、分極性を高めることによって、圧電特性を示すよう
にすることが可能である。電歪材料は、直流バイアス電
圧を除去すると、その分極性を失うので、もはや、圧電
特性を示さない。電歪素子１０１は、任意の適合する電
歪材料で製造することが可能である。こうした電歪材料
の２つの例として、チタン酸鉛で変性されたニオブ酸鉛
・マグネシウム及びチタン酸バリウム・ストロンチウム
が含まれる。一般に、室温に近い位相遷移を生じる材料
が、適している。問題となる位相遷移には、強誘電特性
と常誘電特性との間の位相遷移、または、強誘電特性と
反強誘電特性の間の位相遷移が含まれる。
て、分極性を高めることによって、圧電特性を示すよう
にすることが可能である。電歪材料は、直流バイアス電
圧を除去すると、その分極性を失うので、もはや、圧電
特性を示さない。電歪素子１０１は、任意の適合する電
歪材料で製造することが可能である。こうした電歪材料
の２つの例として、チタン酸鉛で変性されたニオブ酸鉛
・マグネシウム及びチタン酸バリウム・ストロンチウム
が含まれる。一般に、室温に近い位相遷移を生じる材料
が、適している。問題となる位相遷移には、強誘電特性
と常誘電特性との間の位相遷移、または、強誘電特性と
反強誘電特性の間の位相遷移が含まれる。
【００１５】さらに、電歪素子１０１は、上述のような
単一のセラミック材料で製造する必要はなく、ポリマ・
マトリックスをなすセラミック電歪材料の化合物とする
こともできるし、あるいは、非セラミック電歪材料とす
ることも可能である。適合するタイプの多くの電歪材料
については、当業者にとって周知のところである。
単一のセラミック材料で製造する必要はなく、ポリマ・
マトリックスをなすセラミック電歪材料の化合物とする
こともできるし、あるいは、非セラミック電歪材料とす
ることも可能である。適合するタイプの多くの電歪材料
については、当業者にとって周知のところである。
【００１６】その位相遷移が材料の使用温度またはそれ
に近い温度で生じる材料を選択することが望ましいが、
これは、必要ではない。例えば、材料が、遷移温度より
はるかに高い温度で使用される場合、より大きい直流バ
イアス電圧が必要になる。電歪材料が、遷移温度よりは
るかに低い温度で使用される場合、バイアス電圧を除去
しても、誘発される圧電効果は、完全には消失しない。
に近い温度で生じる材料を選択することが望ましいが、
これは、必要ではない。例えば、材料が、遷移温度より
はるかに高い温度で使用される場合、より大きい直流バ
イアス電圧が必要になる。電歪材料が、遷移温度よりは
るかに低い温度で使用される場合、バイアス電圧を除去
しても、誘発される圧電効果は、完全には消失しない。
【００１７】図２の断面図に示すように、電歪素子１０
１には、２層の電歪層２０１及び２０３が含まれる。電
歪層２０１及び２０３は、それぞれ、一対の導電接触層
の間に配置される。電歪層２０１は、導電接触層２０５
及び２０７の間に配置され、一方、電歪層２０３は、導
電接触層２０７及び２０９の間に配置される。電歪層２
０１及び２０３の間の導電接触層２０７は、十分に薄い
ので、超音波振動が電歪層２０１及び２０３の間で機械
的に結合される。
１には、２層の電歪層２０１及び２０３が含まれる。電
歪層２０１及び２０３は、それぞれ、一対の導電接触層
の間に配置される。電歪層２０１は、導電接触層２０５
及び２０７の間に配置され、一方、電歪層２０３は、導
電接触層２０７及び２０９の間に配置される。電歪層２
０１及び２０３の間の導電接触層２０７は、十分に薄い
ので、超音波振動が電歪層２０１及び２０３の間で機械
的に結合される。
【００１８】この構造は、励起することによって、２つ
の異なる出力周波数を発生することが可能であり、次
に、図２及び３に関連して説明を行う。図２の右側の電
圧で示される第１のモードの場合、最も外側の導電接触
層２０５及び２０９は、中央の導電接触層２０７に対し
て、−Ｖbiasのバイアス電位に保持される。次に、中央
の導電接触層２０７が、電圧Ｖe （ｔ）によって励起さ
れる。励起電圧Ｖe （ｔ）は、例えば、短い、直流の方
形パルスとすることができる。電歪層２０１及び２０３
のそれぞれにおいて、バイアス電圧Ｖbiasによって電界
が生じることになる。電歪層２０１及び２０３内の電界
は、図２の矢印Ｅによって表示のように、逆方向に向け
られる。この構造は、式１によって決まる周波数Ｆ1 で
厚さモードの共振を示す。
の異なる出力周波数を発生することが可能であり、次
に、図２及び３に関連して説明を行う。図２の右側の電
圧で示される第１のモードの場合、最も外側の導電接触
層２０５及び２０９は、中央の導電接触層２０７に対し
て、−Ｖbiasのバイアス電位に保持される。次に、中央
の導電接触層２０７が、電圧Ｖe （ｔ）によって励起さ
れる。励起電圧Ｖe （ｔ）は、例えば、短い、直流の方
形パルスとすることができる。電歪層２０１及び２０３
のそれぞれにおいて、バイアス電圧Ｖbiasによって電界
が生じることになる。電歪層２０１及び２０３内の電界
は、図２の矢印Ｅによって表示のように、逆方向に向け
られる。この構造は、式１によって決まる周波数Ｆ1 で
厚さモードの共振を示す。
【００１９】 Ｆ1 ＝ｖ／４* ｈ …（１） ここで、ｖは、電歪層２０１及び２０３における音速で
あり、ｈは、ｚ方向における各層の高さ（厚さ）であ
る。
あり、ｈは、ｚ方向における各層の高さ（厚さ）であ
る。
【００２０】印加される電圧が図３に示すように変化す
る場合、厚さモードの共振周波数が変更される。図３の
右側の電圧で示される第２のモードの場合、外側の導電
接触層２０５は、バイアス電位＋Ｖbiasに保持される
が、外側の導電接触層２０９は、バイアス電位−Ｖbias
に保持される。中央の接触層２０７は、ゼロ・ボルトに
保持される。従って、電歪層２０１及び２０３における
電界は、図３に矢印Ｅで示されるように、同じ方向に向
けられる。次に、電圧Ｖe （ｔ）によって中央の導電接
触層２０７が励起される。結果として、このモードの共
振周波数Ｆ2 は、式２で求められる。
る場合、厚さモードの共振周波数が変更される。図３の
右側の電圧で示される第２のモードの場合、外側の導電
接触層２０５は、バイアス電位＋Ｖbiasに保持される
が、外側の導電接触層２０９は、バイアス電位−Ｖbias
に保持される。中央の接触層２０７は、ゼロ・ボルトに
保持される。従って、電歪層２０１及び２０３における
電界は、図３に矢印Ｅで示されるように、同じ方向に向
けられる。次に、電圧Ｖe （ｔ）によって中央の導電接
触層２０７が励起される。結果として、このモードの共
振周波数Ｆ2 は、式２で求められる。
【００２１】 Ｆ2 ＝ｖ／２* ｈ …（２） Ｆ1 びＦ2 を表した上記の式１及び式２から明らかなよ
うに、Ｆ2 は、Ｆ1 の２倍である。
うに、Ｆ2 は、Ｆ1 の２倍である。
【００２２】典型的な厚さモードの共振周波数は、上述
のように、小さい値のメガヘルツから数十メガヘルツの
範囲に及ぶ。印加される励起電圧は、方形パルスとする
ことができる。十分な圧電結合定数は、約２〜２０ｋｖ
／ｃｍとすることができる。必要な電界は、用いられる
電歪材料によって決まるので、この範囲に限定されるも
のと考えてはならない。厚さが０．５ｍｍの電歪層の場
合、上記電界に対応する印加電圧は、約１００〜１００
０ボルトになる可能性がある。全体の厚さが固定された
多層構造の場合、層の数を増すと、層が薄くなる。従っ
て、必要な電界Ｅを得るのに、より低いバイアス電圧を
用いることが可能になる。例えば、上述の実施例の場
合、０．５ｍｍ層と、約１００〜１０００ボルトのバイ
アス電圧を利用することが可能である。同じ最低周波数
を発生可能な４層の実施例の場合、層の厚さは、０．２
５ｍｍになる。従って、各層毎のバイアス電圧は、約５
０〜５００ボルトになる。
のように、小さい値のメガヘルツから数十メガヘルツの
範囲に及ぶ。印加される励起電圧は、方形パルスとする
ことができる。十分な圧電結合定数は、約２〜２０ｋｖ
／ｃｍとすることができる。必要な電界は、用いられる
電歪材料によって決まるので、この範囲に限定されるも
のと考えてはならない。厚さが０．５ｍｍの電歪層の場
合、上記電界に対応する印加電圧は、約１００〜１００
０ボルトになる可能性がある。全体の厚さが固定された
多層構造の場合、層の数を増すと、層が薄くなる。従っ
て、必要な電界Ｅを得るのに、より低いバイアス電圧を
用いることが可能になる。例えば、上述の実施例の場
合、０．５ｍｍ層と、約１００〜１０００ボルトのバイ
アス電圧を利用することが可能である。同じ最低周波数
を発生可能な４層の実施例の場合、層の厚さは、０．２
５ｍｍになる。従って、各層毎のバイアス電圧は、約５
０〜５００ボルトになる。
【００２３】図２に示す第１のモードと図３に示す第２
のモードとでは、下記のように、異なる周波数が生じる
ことになる。超音波変換器の構造に、図２に示すように
バイアスがかけられると、励起電圧Ｖe （ｔ）によって
電歪層２０１及び２０３のそれぞれに生じる電界は、直
流バイアス電界（Ｅで表示）と同じ方向になる。この超
音波変換器の構造は、厚さが電歪層２０１及び２０３の
厚さの合計に当たる、単一層と同様に共振する。
のモードとでは、下記のように、異なる周波数が生じる
ことになる。超音波変換器の構造に、図２に示すように
バイアスがかけられると、励起電圧Ｖe （ｔ）によって
電歪層２０１及び２０３のそれぞれに生じる電界は、直
流バイアス電界（Ｅで表示）と同じ方向になる。この超
音波変換器の構造は、厚さが電歪層２０１及び２０３の
厚さの合計に当たる、単一層と同様に共振する。
【００２４】対照的に、超音波変換器の構造に、図３に
示すようにバイアスがかけられると、電歪層２０３の励
起電圧Ｖe （ｔ）によって生じる電界は、電歪層２０３
の直流バイアス電界（Ｅで表示）と同じ方向になるが、
電歪層２０１の励起電圧Ｖe（ｔ）によって生じる電界
は、電歪層２０１の直流バイアス電界（Ｅで表示）と逆
方向になる。超音波変換器の構造は、厚さが電歪層２０
１または２０３の厚さに等しい、単一層と同様に共振す
る。以下で明らかになるように、この作用によって、共
振体を解説するための既知の式を利用して、さまざまな
動作周波数を有する超音波変換器を設計することが可能
になる。
示すようにバイアスがかけられると、電歪層２０３の励
起電圧Ｖe （ｔ）によって生じる電界は、電歪層２０３
の直流バイアス電界（Ｅで表示）と同じ方向になるが、
電歪層２０１の励起電圧Ｖe（ｔ）によって生じる電界
は、電歪層２０１の直流バイアス電界（Ｅで表示）と逆
方向になる。超音波変換器の構造は、厚さが電歪層２０
１または２０３の厚さに等しい、単一層と同様に共振す
る。以下で明らかになるように、この作用によって、共
振体を解説するための既知の式を利用して、さまざまな
動作周波数を有する超音波変換器を設計することが可能
になる。
【００２５】以上の説明は、電歪層２０１及び２０３の
厚さが等しい場合に関するものである。電歪層２０１及
び２０３に関して異なる厚さを選択することによって、
２つの共振周波数比を変更することができる。超音波変
換器における電歪層の数を選択することによって、ま
た、異なる層の厚さを選択することによって、２つ以上
の所望の異なる共振周波数を有する超音波変換器を得る
ことができる。上述のように、超音波変換器に印加され
るバイアス電圧を変化させることによって、共振周波数
の制御が可能になる。例えば、これらの超音波変換器の
サイズ及び用途といった多くのバリエーションについて
は、当該技術の熟練者であれば容易に明らかになること
であろう。超音波変換器の共振周波数によって、超音波
変換器が送信する超音波エネルギの周波数及び超音波変
換器が受信して、電気信号に変換する周波数が決まるの
は、明らかである。
厚さが等しい場合に関するものである。電歪層２０１及
び２０３に関して異なる厚さを選択することによって、
２つの共振周波数比を変更することができる。超音波変
換器における電歪層の数を選択することによって、ま
た、異なる層の厚さを選択することによって、２つ以上
の所望の異なる共振周波数を有する超音波変換器を得る
ことができる。上述のように、超音波変換器に印加され
るバイアス電圧を変化させることによって、共振周波数
の制御が可能になる。例えば、これらの超音波変換器の
サイズ及び用途といった多くのバリエーションについて
は、当該技術の熟練者であれば容易に明らかになること
であろう。超音波変換器の共振周波数によって、超音波
変換器が送信する超音波エネルギの周波数及び超音波変
換器が受信して、電気信号に変換する周波数が決まるの
は、明らかである。
【００２６】本発明の超音波変換器の共振周波数は、部
分的には、層に印加されるバイアス電圧によって決まる
ので、共振周波数の電子制御が可能になる。本発明の超
音波変換器の応用例の１つでは、ある共振周波数でパル
スが送り出される。超音波パルスの送信後、超音波変換
器の層に印加されるバイアス電圧は、異なる共振周波数
において受信するようにスイッチされる。こうした操作
は、送信超音波エネルギが、目標領域において周波数の
シフトを受けるか、あるいは、目標領域内の超音波変換
器の電歪素子が、送信周波数とは異なる周波数に共振す
る場合には、役立つ可能性がある。
分的には、層に印加されるバイアス電圧によって決まる
ので、共振周波数の電子制御が可能になる。本発明の超
音波変換器の応用例の１つでは、ある共振周波数でパル
スが送り出される。超音波パルスの送信後、超音波変換
器の層に印加されるバイアス電圧は、異なる共振周波数
において受信するようにスイッチされる。こうした操作
は、送信超音波エネルギが、目標領域において周波数の
シフトを受けるか、あるいは、目標領域内の超音波変換
器の電歪素子が、送信周波数とは異なる周波数に共振す
る場合には、役立つ可能性がある。
【００２７】本発明の超音波変換器のもう１つの応用例
では、超音波変換器は、通常の２次元超音波映像の場合
のある共振周波数で送信及び受信を行う。超音波変換器
の層に印加されるバイアス電圧は、周期的に、超音波変
換器がドップラ・フロー(Doppler flow)映像の場合のよ
り低い共振周波数で送信及び受信を行うようにスイッチ
される。
では、超音波変換器は、通常の２次元超音波映像の場合
のある共振周波数で送信及び受信を行う。超音波変換器
の層に印加されるバイアス電圧は、周期的に、超音波変
換器がドップラ・フロー(Doppler flow)映像の場合のよ
り低い共振周波数で送信及び受信を行うようにスイッチ
される。
【００２８】一般に、本発明の超音波変換器は、単一の
超音波変換器による間隔を広くした共振周波数における
動作を可能にするものである。さらに、共振周波数は、
動作時に電子的にスイッチすることが可能である。バイ
アス電圧の電子スイッチングは、当業者にとって周知の
技法によって実施することが可能である。
超音波変換器による間隔を広くした共振周波数における
動作を可能にするものである。さらに、共振周波数は、
動作時に電子的にスイッチすることが可能である。バイ
アス電圧の電子スイッチングは、当業者にとって周知の
技法によって実施することが可能である。
【００２９】所望の厚さモードによる共振周波数を発生
するのに必要な厚さの計算は、当業者の能力の範囲内に
十分納まるものである。音波の周波数Ｆ＝ｖ／λであ
り、ここで、ｖは、音波を伝搬する媒体における音速、
λは、媒体における周波数がＦの音波の波長である。さ
らに、Ｆが、音波を伝搬する媒体の厚さモードによる共
振周波数に設定されると、式３に示すようになる。
するのに必要な厚さの計算は、当業者の能力の範囲内に
十分納まるものである。音波の周波数Ｆ＝ｖ／λであ
り、ここで、ｖは、音波を伝搬する媒体における音速、
λは、媒体における周波数がＦの音波の波長である。さ
らに、Ｆが、音波を伝搬する媒体の厚さモードによる共
振周波数に設定されると、式３に示すようになる。
【００３０】 Ｆ＝（ｃ／ρ）1/2 ／２ｈ …（３） になる。ここで、ｃは、共振体の剛性、ρは、共振体の
密度、ｈは、共振体の高さである。
密度、ｈは、共振体の高さである。
【００３１】従って、媒体の材料特性から始めて、特定
の所望の共振周波数を発生するのに必要な厚さを計算す
ることが可能である。図示された、上述の構造に上記式
及び伝送線路理論を適用することによって、所望の組を
なす共振周波数を発生することが可能である。
の所望の共振周波数を発生するのに必要な厚さを計算す
ることが可能である。図示された、上述の構造に上記式
及び伝送線路理論を適用することによって、所望の組を
なす共振周波数を発生することが可能である。
【００３２】本発明の多層構造は、既知のセラミックま
たはセラミック複合物処理技法の任意の１つまたは組み
合わせによって構成することが可能である。記述の構成
方法は、厚さが、所望の一層構造の厚さに等しい、セラ
ミック・ウエハまたはセラミック複合物ウエハのいずれ
かの調製から開始される。次に、このウエハに対して、
所望の電気的接触層の真空蒸着、スパッタリング又はス
クリーン印刷を施すことができる。やはり、当業者にと
って既知の従来の技法を利用し、音響的に整合するやり
方で、追加ウエハ及び電気的接触層をこの基礎構造に結
合することが可能である。
たはセラミック複合物処理技法の任意の１つまたは組み
合わせによって構成することが可能である。記述の構成
方法は、厚さが、所望の一層構造の厚さに等しい、セラ
ミック・ウエハまたはセラミック複合物ウエハのいずれ
かの調製から開始される。次に、このウエハに対して、
所望の電気的接触層の真空蒸着、スパッタリング又はス
クリーン印刷を施すことができる。やはり、当業者にと
って既知の従来の技法を利用し、音響的に整合するやり
方で、追加ウエハ及び電気的接触層をこの基礎構造に結
合することが可能である。
【００３３】記述の特定の実施例は、フェイズド・アレ
イまたは線形アレイであるが、任意数の電歪素子１０１
を用いることが可能である。例えば、超音波変換器は、
たった１つだけの電歪素子１０１しか用いずに、構成さ
れる場合が多い。こうした孤立素子の作用及び構成は、
フェイズド・アレイまたは線形アレイの各電歪素子１０
１に関して上述のところと同じである。
イまたは線形アレイであるが、任意数の電歪素子１０１
を用いることが可能である。例えば、超音波変換器は、
たった１つだけの電歪素子１０１しか用いずに、構成さ
れる場合が多い。こうした孤立素子の作用及び構成は、
フェイズド・アレイまたは線形アレイの各電歪素子１０
１に関して上述のところと同じである。
【００３４】前述のように、電歪素子１０１と検査を受
ける物体の間には、インピーダンス整合層１０３を設け
ることが望ましい。こうした層は、例えば、パウダを加
えたポリマのような、変性された固体材料とすることが
可能である。例えば、パウダは、インピーダンス整合層
の音響インピーダンスを調整するため、ポリマに分散さ
れた酸化アルミニウムとすることができる。しかし、周
波数ｆで整合がとられた、こうしたインピーダンス整合
層の場合、周波数ｆに対応した波長λ1 における音響厚
さはλ1 ／４になるが、周波数ｆ２に対応した波長λ2
における音響厚さはλ2 ／４になる。従って、インピー
ダンス整合層は、周波数２ｆでは適正な整合がとれな
い。λ1 ／４とλ2 ／４との中間の厚さを選択すること
は可能である。インピーダンス整合層は、問題となる全
ての周波数において、超音波変換器と検査を受ける物体
の整合をとるのに十分な広さの帯域を備えていることが
望ましい。
ける物体の間には、インピーダンス整合層１０３を設け
ることが望ましい。こうした層は、例えば、パウダを加
えたポリマのような、変性された固体材料とすることが
可能である。例えば、パウダは、インピーダンス整合層
の音響インピーダンスを調整するため、ポリマに分散さ
れた酸化アルミニウムとすることができる。しかし、周
波数ｆで整合がとられた、こうしたインピーダンス整合
層の場合、周波数ｆに対応した波長λ1 における音響厚
さはλ1 ／４になるが、周波数ｆ２に対応した波長λ2
における音響厚さはλ2 ／４になる。従って、インピー
ダンス整合層は、周波数２ｆでは適正な整合がとれな
い。λ1 ／４とλ2 ／４との中間の厚さを選択すること
は可能である。インピーダンス整合層は、問題となる全
ての周波数において、超音波変換器と検査を受ける物体
の整合をとるのに十分な広さの帯域を備えていることが
望ましい。
【００３５】広帯域インピーダンス整合層１０３を得る
ための方法の１つは、パウダを加えた材料によるインピ
ーダンス整合層を形成することであり、この場合、添加
密度は、超音波変換器に隣接したインピーダンス整合層
１０３の表面から検査を受ける物体に隣接したインピー
ダンス整合層１０３の表面の範囲で変動する。適合する
漸変関数の１つは、電歪素子の表面により多量に添加さ
れる、パウダの指数関数的分散である。次に、こうした
インピーダンス整合層を構成する２つの方法について解
説する。
ための方法の１つは、パウダを加えた材料によるインピ
ーダンス整合層を形成することであり、この場合、添加
密度は、超音波変換器に隣接したインピーダンス整合層
１０３の表面から検査を受ける物体に隣接したインピー
ダンス整合層１０３の表面の範囲で変動する。適合する
漸変関数の１つは、電歪素子の表面により多量に添加さ
れる、パウダの指数関数的分散である。次に、こうした
インピーダンス整合層を構成する２つの方法について解
説する。
【００３６】１つの方法では、非硬化ベース・ポリマに
パウダを添加することができる。次に、非硬化ポリマを
遠心分離して、漸変式にパウダを分散させる。最後に、
遠心分離したポリマを所定の位置で硬化させることによ
って、硬化ポリマは、遠心分離ステップ時に得られたパ
ウダの漸変密度になる。この結果、硬化ポリマは、利用
に適したサイズ及び厚さのウエハに切断することが可能
になる。
パウダを添加することができる。次に、非硬化ポリマを
遠心分離して、漸変式にパウダを分散させる。最後に、
遠心分離したポリマを所定の位置で硬化させることによ
って、硬化ポリマは、遠心分離ステップ時に得られたパ
ウダの漸変密度になる。この結果、硬化ポリマは、利用
に適したサイズ及び厚さのウエハに切断することが可能
になる。
【００３７】インピーダンス整合層１０３を形成する第
２の方法の場合、インピーダンス整合層１０３は、それ
ぞれ異なる均一な密度のパウダが添加された、複数の薄
いポリマー・シートから成る積層とすることが可能であ
る。この技法を用いると、この構造の表面から任意の距
離におけるパウダの密度を変化させることによって、超
音波変換器に隣接したインピーダンス整合層１０３の表
面から検査を受ける物体に隣接したインピーダンス整合
層１０３の表面の範囲で、多種多様な漸変関数を得るこ
とが可能になる。
２の方法の場合、インピーダンス整合層１０３は、それ
ぞれ異なる均一な密度のパウダが添加された、複数の薄
いポリマー・シートから成る積層とすることが可能であ
る。この技法を用いると、この構造の表面から任意の距
離におけるパウダの密度を変化させることによって、超
音波変換器に隣接したインピーダンス整合層１０３の表
面から検査を受ける物体に隣接したインピーダンス整合
層１０３の表面の範囲で、多種多様な漸変関数を得るこ
とが可能になる。
【００３８】現在のところ本発明の望ましい実施例と考
えられるものについて例示し、解説してきたが、当業者
には明らかなように特許請求の範囲において定義された
本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更及び
修正を加えることが可能である。
えられるものについて例示し、解説してきたが、当業者
には明らかなように特許請求の範囲において定義された
本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更及び
修正を加えることが可能である。
【００３９】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の実施例を要約して列挙する。 （１）． ２つ以上の周波数で、超音波エネルギを送信
及び受信するための超音波変換器において、間隔をあけ
て配置された、少なくとも３つの導電接触層２０５、２
０７、２０９と、積層構造を形成するために近接して対
をなす前記導電接触層の間に配置された第１と第２の電
歪層２０１、２０３と、前記第１と第２の電歪層２０
１、２０３において逆方向に向けられた電界Ｅ若しくは
同じ方向に向けられた電界Ｅを選択的に発生するための
バイアス手段Ｖbiasとを有し、前記超音波変換器が、前
記電界が逆方向に向けられたときの第１の共振周波数
と、前記電界が同じ方向に向けられたときの第２の共振
周波数とを有する超音波変換器である。
が、以下、本発明の実施例を要約して列挙する。 （１）． ２つ以上の周波数で、超音波エネルギを送信
及び受信するための超音波変換器において、間隔をあけ
て配置された、少なくとも３つの導電接触層２０５、２
０７、２０９と、積層構造を形成するために近接して対
をなす前記導電接触層の間に配置された第１と第２の電
歪層２０１、２０３と、前記第１と第２の電歪層２０
１、２０３において逆方向に向けられた電界Ｅ若しくは
同じ方向に向けられた電界Ｅを選択的に発生するための
バイアス手段Ｖbiasとを有し、前記超音波変換器が、前
記電界が逆方向に向けられたときの第１の共振周波数
と、前記電界が同じ方向に向けられたときの第２の共振
周波数とを有する超音波変換器である。
【００４０】（２）． 前記第１及び第２の電歪層の厚
さが等しく、かつ前記第１の共振周波数が、前記第２の
共振周波数の１／２である前項（１）に記載の超音波変
換器である。
さが等しく、かつ前記第１の共振周波数が、前記第２の
共振周波数の１／２である前項（１）に記載の超音波変
換器である。
【００４１】（３）． 前記第１及び第２の電歪層の厚
さが不等である前項（１）に記載の超音波変換器であ
る。
さが不等である前項（１）に記載の超音波変換器であ
る。
【００４２】（４）． 前記積層構造の第１の表面にイ
ンピーダンス整合層が有する前項（１）に記載の超音波
変換器である。
ンピーダンス整合層が有する前項（１）に記載の超音波
変換器である。
【００４３】（５）． 前記第１の表面に向かい合った
前記積層構造の第２の表面に、音響的に最適化された裏
当て層を有する前項（４）に記載の超音波変換器であ
る。
前記積層構造の第２の表面に、音響的に最適化された裏
当て層を有する前項（４）に記載の超音波変換器であ
る。
【００４４】（６）． 前記整合層が、前記固体の一表
面から前記固体の反対表面まで、密度が徐々に変化する
パウダを備えた固体を有する前項（４）に記載の超音波
変換器である。
面から前記固体の反対表面まで、密度が徐々に変化する
パウダを備えた固体を有する前項（４）に記載の超音波
変換器である。
【００４５】（７）． 前記バイアス手段が、動作時
に、前記超音波変換器の共振周波数を電子的に切り換え
るための手段を有する前項（１）に記載の超音波変換器
である。 （８）． ２つ以上の周波数で超音波エネルギを送信及
び受信するための超音波変換器において、裏当て層１０
２と、アレイにおける前記裏当て層に配置された複数の
電歪素子１０１とを有し、各前記電歪素子が、積層構造
をなす導電接触層２０５、２０７、２０９の間に配置さ
れた第１及び第２の電歪層２０１、２０３と、前記第１
及び第２の電歪層において逆方向に向けられた電界Ｅ又
は同じ方向に向けられた電界Ｅを選択的に発生するため
のバイアス手段Ｖbiasとを有し、各前記電歪素子１０１
が、夫々前記電界が逆方向に向けられたときの第１の共
振周波数と、前記電界が同じ方向に向けられたときの第
２の共振周波数とを備えた超音波変換器である。
に、前記超音波変換器の共振周波数を電子的に切り換え
るための手段を有する前項（１）に記載の超音波変換器
である。 （８）． ２つ以上の周波数で超音波エネルギを送信及
び受信するための超音波変換器において、裏当て層１０
２と、アレイにおける前記裏当て層に配置された複数の
電歪素子１０１とを有し、各前記電歪素子が、積層構造
をなす導電接触層２０５、２０７、２０９の間に配置さ
れた第１及び第２の電歪層２０１、２０３と、前記第１
及び第２の電歪層において逆方向に向けられた電界Ｅ又
は同じ方向に向けられた電界Ｅを選択的に発生するため
のバイアス手段Ｖbiasとを有し、各前記電歪素子１０１
が、夫々前記電界が逆方向に向けられたときの第１の共
振周波数と、前記電界が同じ方向に向けられたときの第
２の共振周波数とを備えた超音波変換器である。
【００４６】（９）． ２つ以上の周波数で超音波エネ
ルギを送信及び受信するための超音波変換器において、
一方の層の超音波振動が他方の層に結合されるように互
いに機械的に結合された第１及び第２の電歪層２０１、
２０３と、前記第１及び第２の電歪層２０１、２０３内
に逆方向に向けられた電界Ｅ又は同じ方向に向けられた
電界Ｅを選択的に発生するための手段２０５、２０７、
２０９、Ｖbiasとを有し、前記超音波変換器が、前記電
界が逆方向に向けられたときの第１の共振周波数と、前
記電界が同じ方向に向けられたときの第２の共振周波数
とを備えた超音波変換器である。
ルギを送信及び受信するための超音波変換器において、
一方の層の超音波振動が他方の層に結合されるように互
いに機械的に結合された第１及び第２の電歪層２０１、
２０３と、前記第１及び第２の電歪層２０１、２０３内
に逆方向に向けられた電界Ｅ又は同じ方向に向けられた
電界Ｅを選択的に発生するための手段２０５、２０７、
２０９、Ｖbiasとを有し、前記超音波変換器が、前記電
界が逆方向に向けられたときの第１の共振周波数と、前
記電界が同じ方向に向けられたときの第２の共振周波数
とを備えた超音波変換器である。
【００４７】（１０）． 前記電界を選択的に発生する
ための前記手段が、上方、中間及び下方の導電接触層
と、前記上方、中間及び下方の導電接触層にバイアス電
圧を印加するためのバイアス手段とを有し、前記第１の
電歪層が、前記上方と中間との導電接触層の間に配置さ
れ、前記第２の電歪層が、前記中間と下方との導電接触
層の間に配置された前項（９）に記載の超音波変換器で
ある。
ための前記手段が、上方、中間及び下方の導電接触層
と、前記上方、中間及び下方の導電接触層にバイアス電
圧を印加するためのバイアス手段とを有し、前記第１の
電歪層が、前記上方と中間との導電接触層の間に配置さ
れ、前記第２の電歪層が、前記中間と下方との導電接触
層の間に配置された前項（９）に記載の超音波変換器で
ある。
【００４８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、少なくとも３つの導電接触層の内の各対をなす
導電接触層の間にそれぞれ電歪層を配置し、導電接触層
を通して各電歪層に極性を異ならせたバイアス電圧を印
加かることにより、各電歪層に同一方向の電界と逆方向
の電界とを発生して各電歪層の超音波振動が各電歪層間
で機械的に結合するようにし、かつ逆方向の電界の発生
時には、第１の共振周波数で超音波エネルギを送受信
し、同一方向の電界の発生時には、第２の共振周波数の
超音波エネルギを送受信するように構成したので、少な
くとも２つの共振周波数を発生することができる。従っ
て、電子的に共振周波数の調整が可能となり、異なる用
途に使用する場合に用途ごとの共振周波数の異なる超音
波変換器を用意する必要がなくなり、コスト・パァフォ
ーマンスの高い超音波変換器とすることができる。
よれば、少なくとも３つの導電接触層の内の各対をなす
導電接触層の間にそれぞれ電歪層を配置し、導電接触層
を通して各電歪層に極性を異ならせたバイアス電圧を印
加かることにより、各電歪層に同一方向の電界と逆方向
の電界とを発生して各電歪層の超音波振動が各電歪層間
で機械的に結合するようにし、かつ逆方向の電界の発生
時には、第１の共振周波数で超音波エネルギを送受信
し、同一方向の電界の発生時には、第２の共振周波数の
超音波エネルギを送受信するように構成したので、少な
くとも２つの共振周波数を発生することができる。従っ
て、電子的に共振周波数の調整が可能となり、異なる用
途に使用する場合に用途ごとの共振周波数の異なる超音
波変換器を用意する必要がなくなり、コスト・パァフォ
ーマンスの高い超音波変換器とすることができる。
【図１】本発明による超音波変換器アレイの一実施例の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】超音波変換器の１つの動作モードを示す図１の
実施例の２−２線断面図である。
実施例の２−２線断面図である。
【図３】超音波変換器のもう１つの動作モードを示す図
２の断面図である。
２の断面図である。
１０１ 電歪素子 １０２ 裏当て層 １０３ インピーダンス整合層 ２０１、２０３ 電歪層 ２０５、２０７、２０９ 導電接触層 ＋Ｖbias、−Ｖbias バイアス電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３２ Ａ 9181−5Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】 ２つ以上の周波数で、超音波エネルギを
送信及び受信するための超音波変換器において、 間隔をあけて配置された、少なくとも３つの導電接触層
２０５、２０７、２０９と、 積層構造を形成するために近接して対をなす前記導電接
触層の間に配置された第１と第２の電歪層２０１、２０
３と、 前記第１と第２の電歪層２０１、２０３において逆方向
に向けられた電界Ｅ若しくは同じ方向に向けられた電界
Ｅを選択的に発生するためのバイアス手段Ｖbiasとを有
し、 前記超音波変換器が、前記電界が逆方向に向けられたと
きの第１の共振周波数と、前記電界が同じ方向に向けら
れたときの第２の共振周波数とを有することを特徴とす
る超音波変換器。
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH06261395A (ja) |
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