JPH07111692A

JPH07111692A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH07111692A
Application number: JP25698393A
Authority: JP
Inventors: Akiko Mizunuma; 明子水沼
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】十分なダンピング効果を有し、小型化された
超音波探触子を提供すること。【構成】複数の圧電素子（１ａ、１ｂ）に駆動電圧を
印加するパルス送受信回路（１２）と、パルス送受信回
路（１２）に併設されたダミーロード（１１）と、一つ
の圧電素子が送受信を行っている間少なくとも他の一つ
の圧電素子がダミーロード（１１）に接続されるような
論理機能を持つ信号切り換え回路（１０）とを設け、不
要な超音波をダンパ層（２）とダミーロード（１１）中
の抵抗の双方で消費するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、超音波診断等に用い
られる超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に医療分野等を始め種々の分野に使
用されている超音波探触子は、圧電素子の両面に設けら
れた電極に電気信号を印加することにより超音波を発生
させ、この超音波を検査媒質中に放射するとともに、媒
質から反射される超音波を圧電素子で受信して媒質の内
部構造を調べるようになっている。

【０００３】図４は、従来の超音波探触子を示したもの
である。圧電材料からなる圧電素子２０の両面には、表
面電極２１と裏面電極２２が配設されている。これらの
電極２１，２２に電気パルスを印加することにより圧電
素子２０が励振され、超音波パルスが放射されるのであ
る。上記表面電極２１上には、音響レンズ２３が配設さ
れている。そして、圧電素子２０から表面電極２１側に
放射された超音波パルスは、前記音響レンズ２３の作用
により検査媒質中の所要の位置に集束される。一方、圧
電素子２０の裏面電極２２側に放射された超音波パルス
は、ダンパ層２４に吸収される。

【０００４】こうした従来型の超音波探触子としては、
例えば特開昭 63-130050に提案されているようなものが
ある。この従来例は、ダンパ層の両面に２枚の圧電素子
を対向させて配設した超音波探触子としているが、この
ような構成とすることによって、２枚の圧電素子を有す
るものでありながら、２枚の圧電素子がダンパ層を共有
化しているので超音波探触子の小型化を図れる（従来例
１）。

【０００５】また、特開平1-170444には、ダンパ層内に
表面を導電性薄膜で覆った圧電性微小体を混入させた超
音波探触子が示されている。この従来例は、ダンパ層内
に放射された超音波エネルギーが圧電性微小体と導電性
薄膜によって熱エネルギーに変換されるため、ダンパ層
の超音波減衰能力が高くすることができ、そのためにダ
ンパ層を薄くし、超音波探触子の小型化を図ることがで
きる（従来例２）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般にダンパ層の厚さ
が十分でないと、ダンパ層背面や超音波探触子を覆うハ
ウジング等で超音波が反射して圧電素子に再入射してし
まう。そのため、出射する超音波パルス幅が長くなり距
離分解能が低下する、また駆動パルスの尾引きがなかな
か消失しないため、超音波振動子近傍からのエコーを受
信できない、さらにアーチファクトが発生する等の問題
が生じる。一方、ダンパ層を十分に厚くすれば、ダンパ
層内に放射された超音波はダンパ層内で減衰されるので
前述のような不都合は生じないが、超音波探触子全体の
寸法が大きくなってしまうという問題が生じる。これは
体腔内走査に用いる超音波探触子の場合に、適用部位の
拡大、被検者の苦痛低減のため看過できない問題であ
る。

【０００７】以上のような問題点を考慮して前記従来例
１では、ダンパ層の共有化により超音波探触子全体の小
型化を図り、従来例２ではダンパ層の減衰能力を高め、
ダンパ層を薄くすることにより超音波探触子全体の小型
化を図っているが、これらの技術のみではまだ超音波探
触子を十分に小型化することはできないという不具合が
ある。

【０００８】本発明は、上記不具合を解決するために提
案されるものであり、十分なダンピング効果を有し、し
かも小型化した超音波探触子とすることで、適用部位が
広く、低侵襲で、しかも分解能が高くアーチファクトの
無い超音波画像を得られる超音波探触子を提供すること
を目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、複数の圧電素子を具備し、この圧電素
子に駆動電圧を印加するパルス送受信回路と、このパル
ス送受信回路に併設されたダミーロードと、前記圧電素
子と前記パルス送受信回路の中間に設けられ、一つの圧
電素子が送受信を行っている間、少なくとも他の一つの
圧電素子がダミーロードに接続されるような論理機能を
持つ信号切り換え回路とを設けてなることを特徴とする
超音波探触子である。

【００１０】

【作用】上記のごとく、少なくとも駆動パルス発振から
一定の時間の間、被駆動圧電素子と被駆動圧電素子以外
の圧電素子を抵抗を介して短絡させるようにしている。
したがって、ダンパ層に放射された超音波パルスが、被
駆動圧電素子以外の圧電素子を変形させ、その結果、そ
の圧電素子は帯電し電荷は抵抗を介して放電される。こ
の時流れる電流により抵抗が発熱する。即ち、ダンパ層
内に放射された超音波エネルギーは圧電素子によって電
気エネルギーに変換され、更に抵抗によって熱エネルギ
ーに変換される。以上のような作用によって、ダンパ層
内で吸収、散乱しきれなかった超音波エネルギーを熱エ
ネルギーに変換できるため、ダンパ層を厚く形成しなく
ても、十分にダンピング効果が発揮できる超音波探触子
とすることができる。

【００１１】以下、図面に従い本発明の一実施例を説明
していく。図１はブロック図を、図２は同じく超音波振
動子部分の縦断面図及び横断面図を示したものである。
図１に示すように圧電素子１ａ，１ｂ、ダンパ層２を有
する超音波振動子は、同軸ケーブル５ａ、５ｂを介して
信号切り換え回路１０に接続されている。この信号切り
換え回路１０には、例えば５０Ωの抵抗を有するダミー
ロード１１を介してＧＮＤに至る回路と、パルス送受信
回路１２を介して観測装置１３、モニタ１４へ至る回路
が接続されている。そして、一方の圧電素子がパルス送
受信回路１２に接続されている間、他方の圧電素子はダ
ミーロード１１を介してＧＮＤに接続されるようになっ
ている。

【００１２】超音波振動子は図２Ａ（横断面図）、Ｂ
（縦断面図）に示すように構成されている。超音波を送
受信する圧電素子１ａ、１ｂは、その両面に電極が付設
されておりこれら圧電素子１ａ、１ｂの間に、圧電素子
１ａ、１ｂ背面に放射された超音波を減衰させるダンパ
層２ａ、２ｂがそれぞれ配設されている。このダンパ層
２には、例えばエポキシ樹脂中にタングステン粒子等を
混入して形成したものを用いる。なお、絶縁層２ｃは同
軸ケーブル５ａ、５ｂの芯線同士がショートしないよう
にするためのものであり、超音波は通すことができるよ
うになっている。

【００１３】上記圧電素子１ａ、１ｂ及びダンパ層２
は、ハウジング３ａ、３ｂにより保持されるが、このハ
ウジング３ａ、３ｂは圧電素子１ａ、１ｂを保持すると
同時に圧電素子１ａ、１ｂのＧＮＤ側配線部材の一部と
なっている。なお、ハウジング３ａ、３ｂの内側には絶
縁層４が配設されており、圧電素子１ａ、１ｂの両面の
電極間の絶縁を確保している。また、超音波振動子とパ
ルス送受信回路とは信号切り換え回路１０を介して同軸
ケーブル５ａ、５ｂによって接続されている。そして、
芯線５ｃ，５ｄは配線材６ａ、６ｂを介して圧電素子１
ａ、１ｂ裏面の電極に、シールド線はハウジング３ａ、
３ｂおよび導線７ａ、７ｂを介して圧電素子１ａ、１ｂ
表面の電極にそれぞれ接続されている。また、対向する
二つの圧電素子１ａ、１ｂは、整合コイル８ａ、８ｂに
より並列に接続されている。また、圧電素子１ａ、１ｂ
の表面には、音響レンズ９ａ、９ｂが設けられている。

【００１４】次に、超音波振動子の組み立てについて説
明する。組み立て途中では、圧電素子１ａ側と、もう一
方の圧電素子１ｂ側とは別体となっており、最終組み立
て段階で両者を接合する。接合したところで、ハンジン
グ３ａとハウジング３ｂとでカバーするが、その位置合
わせはオサエ１５によって行う。また、整合コイル８
ａ、８ｂは、それぞれダンパ層２ａ、２ｂ内に埋め込ま
れており、埋め込み前の一方の整合コイル８ａの詳細は
図３に示したようになっている。整合コイル８ａの両端
は、基板１６上の第１のランド１７に半田付けされてい
る。この第１のランド１７と電気的につながっている第
２のランド１８には、同軸ケーブル５ａの芯線５ｃと、
圧電素子１ａの裏面に接続した配線材６ａとが半田付け
されるようになっている（図２Ｂ）。なお、基板１６に
形成されたスルーホール１９は、前記配線材６ａを挿通
するための孔である。また前記半田付けを行う直前まで
は、ランド１８はポリイミド等の樹脂膜２０で覆ってお
く。そして、基板上に固定した整合コイル８を未硬化の
ダンパ層材中に押し込んでから、ダンパ層材を硬化させ
る。その後で、樹脂膜２０を剥がして、露出したランド
１８に同軸ケーブル５ａの芯線５ｃおよび配線材６ａを
半田付けする。他方の整合コイル８ｂについても同様で
ある。

【００１５】次に、図１に基づいて、以上のごとく構成
されている超音波探触子の動作について説明する。先
ず、圧電素子１ａから超音波を送受信する場合について
説明すると、パルス送受信回路１２から送信されるパル
ス電圧は、同軸ケーブル５ａを経由して圧電素子１ａに
印加される。すると、圧電素子１ａはパルス電圧によっ
て駆動され、超音波振動を発生する。外側に放射された
超音波は、音響レンズ７ａ（図３Ｂ）によって収束し、
生体内に放射される。そして、生体内から反射してきた
超音波エコーは再び音響レンズ７ａを介して圧電素子１
ａで受信して電気信号に変換される。電気信号に変換さ
れた超音波エコーは同軸ケーブル５ａ、信号切り換え回
路１０、パルス送受信回路１２を介して観測装置１３に
入力され超音波画像をモニタ１４上に表示する。

【００１６】一方、圧電素子１ａの裏面に放射された不
要な超音波は、ダンパ層２内で散乱、減衰しながら進行
し、他方の圧電素子１ｂに到達する。そして圧電素子１
ｂによって電気信号に変換され、同軸ケーブル５ｂを介
してダミーロード１１中の抵抗Ｒに印加される。同軸ケ
ーブル５ｂの特性インピーダンスと、抵抗Ｒの値とが一
致していれば、同軸ケーブル５ｂから印加された電力は
反射すること無く全て抵抗Ｒで熱に変換され消費されて
しまう。

【００１７】次に、圧電素子１ｂから超音波を放射する
場合について説明する。この場合には、前記圧電素子１
ａ及び同軸ケーブル５ａはダミーロード１１中の抵抗Ｒ
に、圧電素子１ｂ及び同軸ケーブル５ｂは、パルス送受
信回路１２に接続されるように信号切り換え回路１０で
接続を変更する。従って圧電素子１ｂの裏面に放射され
た不要な超音波は、圧電素子１ａで電気信号に変換され
同軸ケーブル５ａを介して抵抗Ｒで熱に変換され消費さ
れてしまう。

【００１８】このように圧電素子の裏面に放射された不
要な超音波は、それぞれダンパ層２と抵抗Ｒの双方で消
費される。したがって、従来のようにダンパ層のみで不
要な超音波を吸収しようとしていた場合よりもダンパ層
２を薄くしても、十分に不要な超音波を吸収することが
できる。そして、ダンパ層を薄くすることで、超音波振
動子全体の大きさを小型化できる。また、組み立ての際
には、図３に示した基板１６上に固定した整合コイル８
を未硬化のダンパ層材中に押し込んでから、ダンパ層材
を硬化させ、樹脂膜を剥して露出したランド１８に同軸
ケーブルの芯線および配線材を半田付けするようにして
いるので、ランド１８上にダンパ層材が付着するのを防
ぎ、半田付けの作業が行い易い。

【００１９】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、薄いダン
パ層でありながら十分なダンピング効果を有する超音波
探触子とすることができるため、小型化を図ることがで
きるようになり、適用部位が広く、低浸襲で、しかも分
解能が高くアーチファクトの無い超音波画像を得られる
超音波探触子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】同じく超音波振動子部分の縦断面図及び横断面
図である。

【図３】同じく整合コイルの詳細を示した斜視図であ
る。

【図４】従来例に係る超音波探触子の断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ圧電素子２ダンパ層５ａ，５ｂ同軸ケーブル１０信号切り換え回路１１ダミーロード１２パルス送受信回路１３観測装置１４モニタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電素子を具備し、この圧電素子
に駆動電圧を印加するパルス送受信回路と、このパルス
送受信回路に併設されたダミーロードと、前記圧電素子
と前記パルス送受信回路の中間に設けられ、一つの圧電
素子が送受信を行っている間、少なくとも他の一つの圧
電素子がダミーロードに接続されるような論理機能を持
つ信号切り換え回路とを設けてなることを特徴とする超
音波探触子。