JPH07194517A - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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Publication number
JPH07194517A
JPH07194517A JP5352548A JP35254893A JPH07194517A JP H07194517 A JPH07194517 A JP H07194517A JP 5352548 A JP5352548 A JP 5352548A JP 35254893 A JP35254893 A JP 35254893A JP H07194517 A JPH07194517 A JP H07194517A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ultrasonic probe
electrodes
piezoelectric element
ultrasonic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5352548A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Wakabayashi
勝裕 若林
Yukihiko Sawada
之彦 沢田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP5352548A priority Critical patent/JPH07194517A/en
Publication of JPH07194517A publication Critical patent/JPH07194517A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an ultrasonic probe of good picture accuracy which can provide high sensitivity although of a small diameter and be driven with low- voltage pulses by remodeling the construction of a transducer for improvement as to the absolute sensitivity degradation of the probe due to miniaturization of a piezoelectric element. CONSTITUTION:In this ultrasonic probe comprising a piezoelectric element made up of a stack of plates of piezoelectric ceramics, an acoustic matching layer or acoustic lens, and a back load material, the piezoelectric element is provided with at least three or more electrodes 1-3, and during transmission of ultrasonic waves, a pulse voltage is applied between the electrodes 1, 2 to cause vibration along the thickness of the element, and a flexing vibration caused by an echo wave is detected between the electrodes 1, 3 during reception of the ultrasonic waves.

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、医療用に用いる超音波
内視鏡等において使用される超音波探触子に関し、より
詳細には、超音波探触子の圧電素子の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used in an ultrasonic endoscope for medical use, and more particularly to the structure of a piezoelectric element of the ultrasonic probe.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超音波探触子は非破壊検査の他、
医療用の超音波診断装置として急速な需要の伸びをみせ
ている。超音波内視鏡の探触子は、超音波トランスデュ
ーサから高周波の音響振動を生体内に放射し、反射して
戻ってきた超音波を超音波トランスデューサで受信し、
わずかな界面特性の違いによって異なる情報を処理する
ことで、生体内部の断面像を得ている。
2. Description of the Related Art Recently, ultrasonic probes have been used for nondestructive inspection,
Demand for ultrasonic diagnostic equipment for medical use is growing rapidly. The probe of the ultrasonic endoscope emits high-frequency acoustic vibration from the ultrasonic transducer into the living body, receives the reflected ultrasonic wave and returns it to the ultrasonic transducer.
A cross-sectional image of the inside of a living body is obtained by processing different information due to slight differences in interface characteristics.

【0003】超音波トランスデューサの振動子は大別す
ると、圧電素子,音響整合層,および背面負荷材から構
成されている。超音波トランスデューサは、圧電素子表
面に形成された電極を介して圧電素子に高周波パルス電
圧を印加し、圧電素子を共振させて急激な変形を起こ
し、超音波パルスを発生される。
The vibrator of the ultrasonic transducer is roughly divided into a piezoelectric element, an acoustic matching layer, and a back load material. The ultrasonic transducer applies a high-frequency pulse voltage to the piezoelectric element via an electrode formed on the surface of the piezoelectric element, causes the piezoelectric element to resonate, and causes a sudden deformation to generate an ultrasonic pulse.

【0004】ところが、血管用超音波探触子のように高
周波化、小型化が必要なものでは、圧電素子の形状が小
さくなるため、絶対的な感度を得ることが非常に困難に
なってきた。
However, in the case of ultrasonic probe for blood vessels which requires higher frequency and smaller size, it becomes very difficult to obtain absolute sensitivity because the shape of the piezoelectric element becomes small. .

【0005】従来、この種の超音波探触子としては、例
えば特開昭58−62554号公報に開示されたような
送受一体型のトランスデューサを用いた超音波探触子が
知られている。これは、図11に示す如く、主平面の表
裏に電極26a〜dが形成され厚み方向に分極された、
共振周波数が異なる(厚みt1,t2)2個以上の圧電
素子4a,4b表面に、それぞれ共振周波数に対応する
音響整合層10a,10bを設け、この音響整合層の上
にそれぞれの超音波を一点に集束させる音響レンズ15
を設け、背面負荷材8と接合したものである。この超音
波探触子によれば、2つの周波数を用いているので、近
距離場から遠距離場まで良好な感度が得ることができ
る。
Conventionally, as this type of ultrasonic probe, for example, an ultrasonic probe using a transducer integrated with transmission and reception as disclosed in JP-A-58-62554 is known. As shown in FIG. 11, this is because electrodes 26a to 26d are formed on the front and back of the main plane and are polarized in the thickness direction.
Acoustic matching layers 10a and 10b corresponding to the resonance frequencies are provided on the surfaces of two or more piezoelectric elements 4a and 4b having different resonance frequencies (thicknesses t1 and t2), and one ultrasonic wave is applied to each acoustic matching layer. Acoustic lens 15 to focus on
Is provided and joined to the backside load member 8. According to this ultrasonic probe, since two frequencies are used, good sensitivity can be obtained from the near field to the far field.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の装置では、形状に制約がない場合には、近距離場から
遠距離場まである程度良好な感度が得られるのだが、小
型化の要請から圧電素子の面積に制限がある場合には、
充分な感度を得ることができないという問題点があっ
た。感度は圧電素子の面積の二乗に比例して変化すると
言われているから、このような探触子において、圧電素
子の面積を超音波探触子の径に合わせて小さくしていく
と、S/N比が悪くなり、鮮明な画像が得られなくなる
のである。
However, in the above-mentioned conventional device, when the shape is not restricted, a certain level of good sensitivity can be obtained from the near field to the far field, but due to the demand for downsizing. If the area of the piezoelectric element is limited,
There is a problem that sufficient sensitivity cannot be obtained. Since it is said that the sensitivity changes in proportion to the square of the area of the piezoelectric element, in such a probe, if the area of the piezoelectric element is reduced according to the diameter of the ultrasonic probe, S The / N ratio deteriorates, and a clear image cannot be obtained.

【0007】また、近距離場の観察のできるミラータイ
プの送受一体型の超音波探触子にあっても、従来のトラ
ンスデューサの構成で作製すると、さらに圧電素子の面
積は小さくなり、必要な感度を得ることができなかっ
た。
Further, even in the case of a mirror type ultrasonic probe of integrated transmission / reception type capable of observing a near field, if it is manufactured by a conventional transducer structure, the area of the piezoelectric element is further reduced and the required sensitivity is required. Couldn't get

【0008】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、圧電素子の小型化による絶対的な感度低下をトラン
スデューサの構造変更で改善し、小径でも感度が高く、
低電圧のパルスで駆動することのできる、画像精度の良
い超音波探触子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an absolute reduction in sensitivity due to miniaturization of the piezoelectric element is improved by changing the structure of the transducer, and the sensitivity is high even with a small diameter.
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe with good image accuracy, which can be driven by a low voltage pulse.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の超音波探触子では、板状圧電セラミックスの
積層体からなる圧電素子と、音響整合層もしくは音響レ
ンズと、背面負荷材とからなる超音波探触子において、
前記圧電素子が少なくとも3つ以上の電極を有するとと
もに、超音波の送信及び受信時で少なくとも一方は異な
った電極を使用し、送受信で異なるモードの振動を利用
することを特徴としている。
To achieve the above object, in an ultrasonic probe of the present invention, a piezoelectric element composed of a laminated body of plate-shaped piezoelectric ceramics, an acoustic matching layer or an acoustic lens, and a back load material. In the ultrasonic probe consisting of
It is characterized in that the piezoelectric element has at least three or more electrodes, at least one of the electrodes is different when transmitting and receiving ultrasonic waves, and vibrations of different modes are used during transmission and reception.

【0010】この場合、前記板状圧電セラミックスの主
平面に形成された第1の電極と第2の電極との間は厚み
方向に分極し、第3の電極とこれと対をなす他の電極と
の間は径方向に分極するのが好ましい。
In this case, the gap between the first electrode and the second electrode formed on the principal plane of the plate-like piezoelectric ceramic is polarized in the thickness direction, and the third electrode and the other electrode paired therewith are polarized. It is preferable to polarize in the radial direction.

【0011】また、前記第3の電極部には、負荷質量を
付与するとよい。
A load mass may be applied to the third electrode portion.

【0012】[0012]

【作用】上記構成からなる本発明の超音波探触子では、
送信時においては積層体の第1,第2の電極間にパルス
電圧を印加し、圧電素子の厚み方向の振動を利用する。
そして受信時においては、第3の電極とこれと対をなす
他の電極(前記第1もしくは第2の電極の一方を用いて
も良いし、別に設けた第4の電極を用いても良い。)と
を利用して、横方向の屈曲振動を電気信号に変換する。
ここで圧電素子に積層体を用いたことから低電圧で駆動
可能となる。また、厚み方向および径方向の電気機械結
合係数(Kt ,K33)の大きな材料を使用することで高
感度の超音波探触子が得られる。また、第3の電極部に
負荷質量を付与すると、受信時の屈曲振動が大きくなっ
て、感度が一層向上する。
In the ultrasonic probe of the present invention having the above structure,
At the time of transmission, a pulse voltage is applied between the first and second electrodes of the laminated body to utilize the vibration of the piezoelectric element in the thickness direction.
Then, at the time of reception, the third electrode and another electrode paired with the third electrode (one of the first electrode and the second electrode may be used, or a separately provided fourth electrode may be used). ) And are used to convert lateral bending vibrations into electrical signals.
Since the laminated body is used for the piezoelectric element, it can be driven at a low voltage. Further, a highly sensitive ultrasonic probe can be obtained by using a material having a large electromechanical coupling coefficient (Kt, K33) in the thickness direction and the radial direction. Further, when a load mass is applied to the third electrode portion, flexural vibration at the time of reception becomes large, and the sensitivity is further improved.

【0013】以下、添付図面を参照して本発明に係る超
音波探触子の実施例を説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省
略する。
Embodiments of an ultrasonic probe according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0014】[0014]

【実施例1】まず、本発明による実施例1の超音波探触
子をその製作工程の順に従って説明する。
First Embodiment First, an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention will be described in the order of its manufacturing steps.

【0015】図1〜2に示す如く、板状の圧電セラミッ
クス4の主平面に、第1,第2の一対の電極1,2を形
成し、主平面に電極が形成されていない側面部には第3
の電極3を形成して、圧電素子6を作製する。なお、本
実施例では第1の電極1をGND側電極として共用し、
第3の電極3は第1の電極と対をなして使用する。この
圧電素子6は、主平面の表裏に設けた一対の電極1,2
の間では矢印5aの如く厚み方向に分極されているが、
第3の電極3と第1の電極との間は矢印5bの如く径方
向に分極されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of first and second electrodes 1 and 2 are formed on the main plane of the plate-shaped piezoelectric ceramic 4, and the side surfaces where no electrodes are formed on the main plane are formed. Is the third
The electrode 3 is formed and the piezoelectric element 6 is manufactured. In this embodiment, the first electrode 1 is also used as the GND side electrode,
The third electrode 3 is used as a pair with the first electrode. This piezoelectric element 6 includes a pair of electrodes 1 and 2 provided on the front and back of the main plane.
Is polarized in the thickness direction as shown by the arrow 5a,
The space between the third electrode 3 and the first electrode is polarized in the radial direction as indicated by arrow 5b.

【0016】本実施例の圧電素子6は、電気機械品質係
数Qm が1500と高く、厚み方向および径方向の電気
機械結合係数(Kt ,K33)の大きなハード系PZTを
使用して作製した。なお、分極は効率の良いものを得る
ために、ブロック状の圧電素子を作製し、側面電極を含
んだ一対の銀の焼付電極を形成し、はじめに径方向の分
極を行った後、ラップ研磨し所定の周波数の厚みに加工
して、キューリ点Tcより低い温度域で、蒸着法により
主平面に銀の電極1,2を形成し、厚み方向の分極を行
った。この試作した圧電素子6の大きさは、幅W=0.
6mm,長さL=1.5mm,厚さt=0.1mm(共振周波
数20MHz)である。また、径方向振動用の電極1,
3間a=0.3mmである。
The piezoelectric element 6 of this embodiment was produced by using a hard PZT having a high electromechanical quality factor Qm of 1500 and a large electromechanical coupling factor (Kt, K33) in the thickness direction and the radial direction. In order to obtain highly efficient polarization, a block-shaped piezoelectric element was produced, a pair of silver baking electrodes including side electrodes were formed, and first radial polarization was performed, followed by lapping. After processing to a thickness of a predetermined frequency, silver electrodes 1 and 2 were formed on the main plane by vapor deposition in a temperature range lower than the Curie point Tc, and polarization in the thickness direction was performed. The size of this prototype piezoelectric element 6 has a width W = 0.
6 mm, length L = 1.5 mm, thickness t = 0.1 mm (resonance frequency 20 MHz). Also, the electrodes for radial vibration 1,
During 3 periods, a = 0.3 mm.

【0017】次に、このように作製した圧電素子6を2
枚用意して、図3に示す如く、主平面の分極方向が逆に
なりGND側の電極1が表面になるように、エポキシ系
接着剤23で接着し、図4に示すような圧電積層体24
を得る。
Next, the piezoelectric element 6 thus manufactured is
As shown in FIG. 3, a plurality of sheets are prepared and bonded with an epoxy adhesive 23 so that the polarization directions of the main planes are reversed and the electrode 1 on the GND side is the surface, and the piezoelectric laminate as shown in FIG. 24
To get

【0018】次に、この圧電積層体24を用いて、図5
に示すような超音波トランスデューサ部を作製する。
Next, using this piezoelectric laminate 24, as shown in FIG.
An ultrasonic transducer part as shown in is prepared.

【0019】まず、エポキシ樹脂による音響整合層10
を圧電積層体24の上面に1/4λの厚さで形成する。
このとき、後で結線が可能なように電極1の一部は除い
ておく。次に、エポキシ樹脂にタングステンのフィラー
を混ぜた凸型の背面負荷材8を作製する。背面負荷材8
の底面には、絶縁層9としてエポキシ樹脂層を形成して
おく。そして、この絶縁層9付きの背面負荷材8と、前
述の音響整合層10付きの圧電積層体24とを嫌気性の
接着剤(図示せず)により加圧接着する。このとき、背
面負荷材8と圧電積層体24との位置関係は、接着端部
のP点が第3の電極3から0.2mmとなるように接着し
た。次に、第3の電極3と背面負荷材8との間にシリコ
ン樹脂7aを充填した。この積層体の音響整合層10に
音響レンズ15を接着積層し、硬化後、精密切断機で所
望の幅に裁断する。
First, the acoustic matching layer 10 made of epoxy resin
Is formed on the upper surface of the piezoelectric laminate 24 with a thickness of ¼λ.
At this time, a part of the electrode 1 is removed so that connection can be made later. Next, the convex back load material 8 in which the filler of tungsten is mixed with the epoxy resin is manufactured. Back load material 8
An epoxy resin layer is formed as the insulating layer 9 on the bottom surface of the. Then, the back load material 8 with the insulating layer 9 and the piezoelectric laminate 24 with the acoustic matching layer 10 are pressure-bonded with an anaerobic adhesive (not shown). At this time, the back load material 8 and the piezoelectric laminate 24 were bonded so that the point P at the bonding end was 0.2 mm from the third electrode 3. Next, a silicone resin 7a was filled between the third electrode 3 and the back load material 8. The acoustic lens 15 is adhesively laminated on the acoustic matching layer 10 of this laminated body, and after curing, cut into a desired width with a precision cutting machine.

【0020】トランスデューサの3つの電極1〜3にそ
れぞれリード線12a〜dを半田11a〜dにて結線
し、補強と絶縁を兼ねたエポキシ系の封止樹脂13で主
平面側の露出していた電極部を保護し、第3の電極3周
辺部はシリコン樹脂7bにて封止し、トランスデューサ
21を得る。
Lead wires 12a to 12d are respectively connected to the three electrodes 1 to 3 of the transducer by solders 11a to 11d, and exposed on the main plane side by an epoxy type sealing resin 13 which also serves as reinforcement and insulation. The transducer 21 is obtained by protecting the electrode portion and sealing the peripheral portion of the third electrode 3 with the silicone resin 7b.

【0021】以上のように作製されたトランスデューサ
21を、あらかじめフレキシブルシャフト19をロウ付
けしておいたハウジング18に接着し、補強のために封
止樹脂13で固め、図6のような超音波探触子20を得
る。
The transducer 21 manufactured as described above is bonded to the housing 18 to which the flexible shaft 19 has been brazed in advance, and is fixed with the sealing resin 13 for reinforcement, and the ultrasonic probe as shown in FIG. Obtain the tentacle 20.

【0022】このように構成された実施例の超音波探触
子20の使用に際しては、送信時には、主平面の表裏に
設けた電極1,2間に高周波のパルス電圧を印加し、圧
電素子6を厚み方向に共振させて超音波パルスを発生さ
せ、音響整合層10,音響レンズ15を介して超音波を
放射する。
When using the ultrasonic probe 20 of the embodiment thus constructed, a high frequency pulse voltage is applied between the electrodes 1 and 2 provided on the front and back sides of the main plane during transmission, and the piezoelectric element 6 is used. Are resonated in the thickness direction to generate ultrasonic pulses, and ultrasonic waves are radiated through the acoustic matching layer 10 and the acoustic lens 15.

【0023】一方、被検体に当たって返ってきたエコー
波は、圧電素子6に圧力を加えて変形させるので、これ
により、トランスデューサ21は図5のP点を支点とし
て屈曲共振を起こし、第3の電極である受信用の信号電
極3と第1の電極であり送受信共通のGND電極1との
間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として、画像
処理装置(図示せず)に取り込んで画像化するのであ
る。なお、受信用電極1,3間の屈曲振動を大きくし、
高い電圧を得るために、第3の電極3近傍の補強および
絶縁用の封止材は、柔軟性のあるシリコン樹脂を用い
た。
On the other hand, the echo wave returned upon hitting the subject deforms by applying pressure to the piezoelectric element 6, so that the transducer 21 causes bending resonance with the point P in FIG. 5 as a fulcrum, and the third electrode A voltage is generated between the receiving signal electrode 3 and the first electrode, which is the common GND electrode 1 for transmission and reception. This voltage is taken as a received signal into an image processing device (not shown) to form an image. In addition, increasing the bending vibration between the receiving electrodes 1 and 3,
In order to obtain a high voltage, a flexible silicon resin was used as a reinforcing and insulating sealing material near the third electrode 3.

【0024】上述の構成の超音波探触子20によれば、
圧電素子を積層したので、入力パルスが低電圧でも良好
な送信が可能となる。また、受信時に電極1,3間で発
生する電圧は、厚み方向の電極1,2間よりも距離があ
るため、高い電圧となる。そのため、小型のトランスデ
ューサでもS/N比が向上し、画像処理装置により画像
化したときに解像度の高い画像を得ることができる。
According to the ultrasonic probe 20 having the above structure,
Since the piezoelectric elements are laminated, good transmission is possible even when the input pulse has a low voltage. Further, the voltage generated between the electrodes 1 and 3 at the time of reception is higher than the voltage between the electrodes 1 and 3 in the thickness direction, and thus is a high voltage. Therefore, the S / N ratio is improved even with a small transducer, and an image with high resolution can be obtained when the image is processed by the image processing device.

【0025】なお、本実施例では、音響整合層10と音
響レンズ15との2層構造のものを示したが、少なくと
も音響整合層もしくは音響レンズが1つ以上あれば同様
な効果が得られる。また、本実施例では、電極1,3間
をa=0.3mmとしたが、これ以上でも適当なモードの
振動が得られれば同様な効果が得られる。さらに、電極
の付与方法は、蒸着の他、スパッタでも良く、電極付与
後に分極工程を行う場合には焼き付けやメッキにより電
極を形成しても良い。また、電極の材質としては、銀の
ほか、金、銅およびこれらを含む合金など導電性のある
ものであれば同様な効果が得られる。また、結線には半
田11を用いているが、ワイヤーボンダーや導電性樹脂
を使用しても同様な効果が得られる。そして、圧電積層
体は圧電素子の接着により作製したが、グリーンシート
に内部電極を印刷して焼成作製してもよい。
In this embodiment, the two-layer structure of the acoustic matching layer 10 and the acoustic lens 15 is shown, but the same effect can be obtained if at least one acoustic matching layer or acoustic lens is provided. Further, in the present embodiment, the distance between the electrodes 1 and 3 is set to a = 0.3 mm, but even if it is more than this, the same effect can be obtained if vibration in an appropriate mode is obtained. Furthermore, the electrode may be applied by sputtering instead of vapor deposition. When the polarization step is performed after applying the electrode, the electrode may be formed by baking or plating. In addition to silver, the same effect can be obtained as long as the material of the electrode is conductive, such as gold, copper and alloys containing these. Although the solder 11 is used for the connection, the same effect can be obtained by using a wire bonder or a conductive resin. Then, the piezoelectric laminated body was produced by bonding the piezoelectric element, but it may be produced by printing the internal electrodes on the green sheet and firing.

【0026】[0026]

【実施例2】次に、本発明の実施例2を説明する。図7
は本実施例のトランスデューサ部を示す側面図である。
図示の通りこの実施例では、前述の図4のような、厚み
共振周波数12MHz、厚さt=200μmとなる圧電
素子6を2枚積層した構成の積層体を、グリーンシート
に内部電極17を印刷し、加熱積層したのち焼成し、内
部電極17からの結線を容易にするための外部電極16
および受信用信号電極3を焼付けて作製した。この圧電
積層体の受信用プラス電極3に銅製の金属ブロック14
を導電性接着剤で接着し、トランスデューサ部21を作
製した。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. Figure 7
FIG. 4 is a side view showing a transducer portion of this embodiment.
As shown, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a laminated body having a structure in which two piezoelectric elements 6 having a thickness resonance frequency of 12 MHz and a thickness t = 200 μm are laminated is printed with an internal electrode 17 on a green sheet. The external electrode 16 for facilitating the connection from the internal electrode 17
And, the signal electrode 3 for reception was baked to prepare. A metal block 14 made of copper is formed on the positive electrode 3 for reception of the piezoelectric laminate.
Were bonded with a conductive adhesive to prepare the transducer section 21.

【0027】そして、この金属ブロック14を接着した
圧電積層体の送信用電極1,2上部には音響レンズ15
を形成し、金属ブロック14と受信用信号電極3付近に
は、音響整合層10を形成しておき、実施例1と同様に
絶縁層9のついた背面負荷材8を接着し、封止は金属ブ
ロック14を覆うように行い、トランスデューサ部21
を作製した。
An acoustic lens 15 is provided above the transmitting electrodes 1 and 2 of the piezoelectric laminate to which the metal block 14 is adhered.
The acoustic matching layer 10 is formed in the vicinity of the metal block 14 and the receiving signal electrode 3, and the back load material 8 with the insulating layer 9 is adhered thereto as in the first embodiment, and sealing is performed. The transducer portion 21 is performed so as to cover the metal block 14.
Was produced.

【0028】このトランスデューサ部21を、実施例1
同様、フレキシブルシャフト19のついたハウジング1
8に実装し、4本のリード線12a〜dをそれぞれ結線
する。この際、受信用信号電極3とリード線12eとの
結線は金属ブロック14に半田付けにて行った。
This transducer section 21 is used in the first embodiment.
Similarly, housing 1 with flexible shaft 19
8 and the four lead wires 12a to 12d are respectively connected. At this time, the reception signal electrode 3 and the lead wire 12e were connected to the metal block 14 by soldering.

【0029】本実施例では、受信用信号電極3に金属ブ
ロック14が接着されている。この金属ブロック14
は、エコー波の圧力を受け、点Pを支点として屈曲振動
を起こす際、負荷質量として働き、大きな振動を発生さ
せる。また、受信用信号電極3は面積が小さいが、本実
施例のトランスデューサでは金属ブロック14を介して
導通を取ることができる。さらに、送信時には音響レン
ズ15を介して超音波を発信するために、超音波ビーム
が集束して方位分解能が向上する。
In this embodiment, a metal block 14 is bonded to the receiving signal electrode 3. This metal block 14
Receives the pressure of the echo wave and acts as a load mass when causing flexural vibration about the point P as a fulcrum, and generates a large vibration. Further, although the reception signal electrode 3 has a small area, the transducer of this embodiment can be electrically connected through the metal block 14. Furthermore, since ultrasonic waves are transmitted through the acoustic lens 15 during transmission, the ultrasonic beams are focused and the lateral resolution is improved.

【0030】本実施例によれば、負荷質量として金属ブ
ロック14を圧電積層体の受信用電極3部に付与してい
るため、エコー波による圧力が同じであっても大きな振
幅が得られ、出力される電圧も大きくなり、高い感度の
超音波探触子が得られる。また、送信時には音響レンズ
15を介して超音波を発信し、受信時には最も効率的な
厚さの音響整合層10を通して超音波を受けるため、感
度を落とすことなく、方位分解能を向上させることがで
きる。そして、受信用信号電極3と金属ブロック14は
導電性接着剤で接合させているため、リード線12eの
結線は金属ブロック14に行えばよく、容易に結線でき
るとともに信頼性も向上する。また外部電極16を設け
たことで送信用信号電極への結線も容易になる。
According to this embodiment, since the metal block 14 is applied to the receiving electrode 3 of the piezoelectric laminate as the load mass, a large amplitude can be obtained even if the pressure due to the echo wave is the same, and the output is obtained. The applied voltage also increases, and a highly sensitive ultrasonic probe can be obtained. Moreover, since ultrasonic waves are transmitted through the acoustic lens 15 at the time of transmission and received through the acoustic matching layer 10 having the most efficient thickness at the time of reception, the lateral resolution can be improved without lowering the sensitivity. . Since the receiving signal electrode 3 and the metal block 14 are joined by a conductive adhesive, the lead wire 12e may be connected to the metal block 14, and the lead wire 12e can be easily connected and the reliability is improved. Also, the provision of the external electrode 16 facilitates connection to the signal electrode for transmission.

【0031】[0031]

【実施例3】次に、本発明の実施例3を説明する。本実
施例では、図8に示すような4層構造の圧電積層体24
を使用する。この圧電積層体24は、グリーンシート法
により作製したシートを4枚積層したもので、各層の電
極構成は図1〜2と同様である。本実施例では、積層体
内部電極17の側面部に一層おきにガラス質の絶縁材2
5を被着し、その後外部電極16a,cとして銀電極を
焼き付ける。この後、受信用プラス電極3を付与し、分
極処理を施して圧電積層体24を得る。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the piezoelectric laminate 24 having a four-layer structure as shown in FIG.
To use. This piezoelectric laminate 24 is a laminate of four sheets produced by the green sheet method, and the electrode configuration of each layer is the same as in FIGS. In this embodiment, the vitreous insulating material 2 is provided every other layer on the side surface of the laminated body internal electrode 17.
5 is deposited, and then silver electrodes are baked as the external electrodes 16a and 16c. After that, the positive electrode 3 for reception is applied and polarization treatment is performed to obtain the piezoelectric laminate 24.

【0032】次に、図9に示す如く、圧電積層体24の
一方に音響整合層10としてエポキシ系の樹脂を厚さ1
/4λとなるように印刷形成し、樹脂の硬化前に送信用
電極上部に型を押し当ててレンズ15を形成する。次
に、背面負荷材8を嫌気性接着剤(例えば、ロックタイ
ト社製LI−504)で接着する。そして、2つの外部
電極16a,cと受信用プラス電極3を半田11により
リード線12a,b,cに結線し、電極部の絶縁と結線
部の補強のためシリコン樹脂7で背面負荷材周囲をリー
ド線ごと封止し、トランスデューサ部21を作製する。
Next, as shown in FIG. 9, an epoxy resin having a thickness of 1 is used as the acoustic matching layer 10 on one side of the piezoelectric laminate 24.
Then, the lens 15 is formed by printing so as to have a length of / 4λ, and the mold is pressed against the upper portion of the transmitting electrode before the resin is cured. Next, the back load material 8 is bonded with an anaerobic adhesive (for example, LI-504 manufactured by Loctite Co., Ltd.). Then, the two external electrodes 16a, 16c and the receiving positive electrode 3 are connected to the lead wires 12a, 12b, 12c by the solder 11, and the periphery of the back load material is surrounded by the silicon resin 7 for the insulation of the electrode portion and the reinforcement of the connection portion. The whole lead wire is sealed and the transducer section 21 is manufactured.

【0033】このトランスデューサ部21を、フレキシ
ブルシャフト19およびSUS製反射ミラー22のつい
たハウジング18に絶縁性の接着剤で縦置きに固定し、
図10に示すような超音波探触子20を得る。
The transducer portion 21 is vertically fixed to the housing 18 having the flexible shaft 19 and the SUS reflection mirror 22 with an insulating adhesive,
An ultrasonic probe 20 as shown in FIG. 10 is obtained.

【0034】本実施例の超音波探触子20では、送信時
は多層化されているので低電圧で駆動し、受信時には背
面負荷材とシリコン樹脂7の境界部を支点として屈曲の
振動が起こり、電極間隔があるので高い信号電圧が得ら
れる。この振動から変換した電圧を画像処理装置に取り
込み画像化する。
In the ultrasonic probe 20 of this embodiment, since it is multi-layered at the time of transmission, it is driven at a low voltage, and at the time of reception, bending vibration occurs with the boundary between the back load material and the silicone resin 7 as a fulcrum. Since there is an electrode gap, a high signal voltage can be obtained. The voltage converted from this vibration is taken into the image processing device to form an image.

【0035】本実施例によれば、極近距離場の観察でき
るミラータイプの細径超音波探触子においても、感度の
良好なものを得ることができる。また、圧電積層体を使
用するので低電圧駆動となり、人体に使用する際の安全
性も向上する。なお、蒸着による外部電極の形成の際
は、圧電積層体側面部だけでなく背面負荷材にまで延長
すると、後の結線が容易となる。
According to the present embodiment, it is possible to obtain a mirror-type small-diameter ultrasonic probe capable of observing an ultra-near field with good sensitivity. Further, since the piezoelectric laminated body is used, it is driven at a low voltage, and the safety when used on the human body is improved. In addition, when forming the external electrodes by vapor deposition, if they are extended not only to the side surface of the piezoelectric laminate but also to the back load material, the subsequent connection becomes easy.

【0036】なお、上記各実施例では2枚もしくは4枚
の圧電積層体を使用したが、2枚以上の積層体であれば
同様な効果が得られる。
In each of the above embodiments, two or four piezoelectric laminated bodies were used, but the same effect can be obtained if two or more piezoelectric laminated bodies are used.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波探触
子によれば、小型化による絶対的な感度低下をトランス
デューサの構造変更で改善し、小径でも感度が高く、積
層体を用いるため低電圧のパルスで駆動できる、画像精
度の良い超音波探触子を得ることができる。
As described above, according to the ultrasonic probe of the present invention, the absolute sensitivity decrease due to the miniaturization is improved by changing the structure of the transducer, the sensitivity is high even with a small diameter, and the laminated body is used. It is possible to obtain an ultrasonic probe that can be driven with a low-voltage pulse and has good image accuracy.

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

【図1】実施例1の超音波探触子に使用する圧電素子を
示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing a piezoelectric element used in an ultrasonic probe of Example 1.

【図2】実施例1の超音波探触子に使用する圧電素子を
示す上面図である。
2 is a top view showing a piezoelectric element used for the ultrasonic probe of Example 1. FIG.

【図3】圧電素子を積層して圧電積層体を作製する様子
を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining how a piezoelectric layered body is manufactured by stacking piezoelectric elements.

【図4】実施例1の超音波探触子に使用する圧電積層体
を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a piezoelectric laminate used in the ultrasonic probe of Example 1.

【図5】実施例1の超音波探触子に使用する超音波トラ
ンスデューサを示す側面図である。
5 is a side view showing an ultrasonic transducer used in the ultrasonic probe of Example 1. FIG.

【図6】本発明の実施例1による超音波探触子の先端部
を示す側面図である。
FIG. 6 is a side view showing the distal end portion of the ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention.

【図7】実施例2の超音波探触子に使用する超音波トラ
ンスデューサを示す側面図である。
7 is a side view showing an ultrasonic transducer used in the ultrasonic probe of Example 2. FIG.

【図8】実施例3の超音波探触子に使用する圧電積層体
を示す側面図である。
FIG. 8 is a side view showing a piezoelectric laminate used in the ultrasonic probe of Example 3;

【図9】実施例3の超音波探触子に使用する超音波トラ
ンスデューサを示す側面図である。
FIG. 9 is a side view showing an ultrasonic transducer used in the ultrasonic probe of Example 3;

【図10】本発明の実施例3による超音波探触子の先端
部を示す側面図である。
FIG. 10 is a side view showing a distal end portion of an ultrasonic probe according to a third embodiment of the present invention.

【図11】従来の超音波探触子を説明する正面図および
左右側面図である。
11A and 11B are a front view and left and right side views illustrating a conventional ultrasonic probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の電極 2 第2の電極 3 第3の電極 4 圧電セラミックス 5 分極方向 6 圧電素子 7 樹脂 8 背面負荷材 9 絶縁層 10 音響整合層 11 半田 12 リード線 13 封止樹脂 14 金属ブロック 15 音響レンズ 16 外部電極 17 内部電極 18 ハウジング 19 フレキシブルシャフト 20 超音波探触子 21 トランスデューサ 22 反射ミラー 23 接着剤 24 圧電積層体 25 絶縁体 26 表面電極 1 1st electrode 2 2nd electrode 3 3rd electrode 4 Piezoelectric ceramics 5 Polarization direction 6 Piezoelectric element 7 Resin 8 Back load material 9 Insulation layer 10 Acoustic matching layer 11 Solder 12 Lead wire 13 Sealing resin 14 Metal block 15 Acoustic lens 16 External electrode 17 Internal electrode 18 Housing 19 Flexible shaft 20 Ultrasonic probe 21 Transducer 22 Reflective mirror 23 Adhesive 24 Piezoelectric laminate 25 Insulator 26 Surface electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 板状圧電セラミックスの積層体からなる
圧電素子と、音響整合層もしくは音響レンズと、背面負
荷材とからなる超音波探触子において、前記圧電素子が
少なくとも3つ以上の電極を有するとともに、超音波の
送信及び受信時で少なくとも一方は異なった電極を使用
し、送受信で異なるモードの振動を利用することを特徴
とする超音波探触子。
1. An ultrasonic probe comprising a piezoelectric element made of a laminate of plate-shaped piezoelectric ceramics, an acoustic matching layer or an acoustic lens, and a back load material, wherein the piezoelectric element has at least three or more electrodes. An ultrasonic probe characterized by having different electrodes for at least one of transmission and reception of ultrasonic waves and utilizing vibrations of different modes for transmission and reception.
【請求項2】 請求項1記載の超音波探触子において、
前記板状圧電セラミックスの主平面に形成された第1の
電極と第2の電極との間は厚み方向に分極され、第3の
電極とこれと対をなす他の電極との間は径方向に分極さ
れていることを特徴とする超音波探触子。
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein:
The first electrode and the second electrode formed on the principal plane of the plate-shaped piezoelectric ceramic are polarized in the thickness direction, and the third electrode and the other electrode paired with the third electrode are polarized in the radial direction. An ultrasonic probe characterized by being polarized into.
【請求項3】 請求項1又は2いずれか記載の超音波探
触子において、前記第3の電極部に負荷質量を付与した
ことを特徴とする超音波探触子。
3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a load mass is applied to the third electrode portion.
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