JPH0722578B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPH0722578B2 JPH0722578B2 JP63312227A JP31222788A JPH0722578B2 JP H0722578 B2 JPH0722578 B2 JP H0722578B2 JP 63312227 A JP63312227 A JP 63312227A JP 31222788 A JP31222788 A JP 31222788A JP H0722578 B2 JPH0722578 B2 JP H0722578B2
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
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- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
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
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- 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
- B06B1/0607—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
- 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
- B06B1/0625—Annular array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｂモード画像を得るために、機械的に運動さ
せることのできる超音波振動子を有する超音波探触子に
関するものである。
せることのできる超音波振動子を有する超音波探触子に
関するものである。
従来の技術 従来、この種の超音波探触子においては、第３図
（ａ）、（ｂ）に示すように超音波振動子51は中心の円
板状の振動子素子52Aと、この円板状の振動子素子52Aの
外周にそれぞれギャップ53（第４図参照）を存して同心
円状に配置されたリング状の振動子素子52B、52C、52
D、52E、…とからなる計Ｎ個の振動子素子群により構成
され、送受する超音波を構造的にフォーカスさせるた
め、振動子素子52A、52B、…群の超音波送受面54が曲率
半径ｒの凹面状になるように形成され、各振動子素子52
A、52B、52C、52D、52E、…がそれぞれほぼ等面積にな
るように構成されたものがある。この構成については例
えば、日本音響学会誌32巻６号（1976）P.355〜361、
「自動合焦振動子の指向特性の解析」（上田光宏、村田
光一、佐藤拓宋著）に記載されている。
（ａ）、（ｂ）に示すように超音波振動子51は中心の円
板状の振動子素子52Aと、この円板状の振動子素子52Aの
外周にそれぞれギャップ53（第４図参照）を存して同心
円状に配置されたリング状の振動子素子52B、52C、52
D、52E、…とからなる計Ｎ個の振動子素子群により構成
され、送受する超音波を構造的にフォーカスさせるた
め、振動子素子52A、52B、…群の超音波送受面54が曲率
半径ｒの凹面状になるように形成され、各振動子素子52
A、52B、52C、52D、52E、…がそれぞれほぼ等面積にな
るように構成されたものがある。この構成については例
えば、日本音響学会誌32巻６号（1976）P.355〜361、
「自動合焦振動子の指向特性の解析」（上田光宏、村田
光一、佐藤拓宋著）に記載されている。
発明が解決しようとする課題 しかし、従来の超音波探触子における等分割型の超音波
振動子51の構成では、後述するシミュレーション結果か
らも明らかなように、より近い距離の超音波エコー信号
を遅延合成によって収束させたい場合、等面積に分割さ
れている振動子素子52A、52B、52C、…の各面積を更に
小さくしなければならず、これは分割数Ｎを更に多くす
ることになり、それに伴い、チャンネル数が増大し、電
子回路が複雑化、高級化し、また、最外側のリング状の
振動子素子52Nの幅が非常に細くなり、加工、製作が困
難になるなどの課題があった。
振動子51の構成では、後述するシミュレーション結果か
らも明らかなように、より近い距離の超音波エコー信号
を遅延合成によって収束させたい場合、等面積に分割さ
れている振動子素子52A、52B、52C、…の各面積を更に
小さくしなければならず、これは分割数Ｎを更に多くす
ることになり、それに伴い、チャンネル数が増大し、電
子回路が複雑化、高級化し、また、最外側のリング状の
振動子素子52Nの幅が非常に細くなり、加工、製作が困
難になるなどの課題があった。
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するもの
であり、超音波振動子の分割数を増やすことなく、更に
近くの領域で超音波エコー信号を収束させることがで
き、超音波ビームの収束可能領域を拡大することができ
るようにした超音波探触子を提供することを目的とする
ものである。
であり、超音波振動子の分割数を増やすことなく、更に
近くの領域で超音波エコー信号を収束させることがで
き、超音波ビームの収束可能領域を拡大することができ
るようにした超音波探触子を提供することを目的とする
ものである。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
超音波振動子が中心の円板状の振動子素子と、この円板
状の振動子素子の外周に同心円板状に配置されたリング
状の振動子素子の計Ｎ個から構成され、外側のｎ個（Ｎ
＞ｎ≧１）の各振動子素子の面積が各振動子素子間のギ
ャップ面積程度の誤差の範囲でほぼ等しく設定され、内
側のＮ−ｎ個の各振動子素子の面積が上記誤差の範囲で
上記外側のｎ個の振動子素子の面積のほぼ1/2に設定さ
れたものである。
超音波振動子が中心の円板状の振動子素子と、この円板
状の振動子素子の外周に同心円板状に配置されたリング
状の振動子素子の計Ｎ個から構成され、外側のｎ個（Ｎ
＞ｎ≧１）の各振動子素子の面積が各振動子素子間のギ
ャップ面積程度の誤差の範囲でほぼ等しく設定され、内
側のＮ−ｎ個の各振動子素子の面積が上記誤差の範囲で
上記外側のｎ個の振動子素子の面積のほぼ1/2に設定さ
れたものである。
作 用 本発明は、上記の構成により次のような作用を有する。
振動子素子群の内側数個が外側数個より小さい等面積と
なるように設定し、全体としてＮ個に分割しているの
で、振動子素子群の中心の円板状の振動子素子において
は、従来の等面積でＮ分割した場合に得られる直径より
小さい直径を得ることができる。そして、近距離にフォ
ーカスをかける場合には、ビームバランス（ビームの太
さを近距離から遠距離にかけてなるべく同じ太さになる
ようにする）の観点から、ダイナミックアパチャによっ
て内側数個の振動子素子しか用いていないため、外側の
振動子素子面積は従来の等面積でＮ分割した場合より大
きくなるが、近距離のフォーカスには影響を与えるおそ
れはなく、上記のように内側数個の振動子素子がより小
さい面積になることにより、それらの１素子自身の有限
の大きさからくる干渉効果を減らし、より近距離まで電
子的にフォーカスをかけることができる。
なるように設定し、全体としてＮ個に分割しているの
で、振動子素子群の中心の円板状の振動子素子において
は、従来の等面積でＮ分割した場合に得られる直径より
小さい直径を得ることができる。そして、近距離にフォ
ーカスをかける場合には、ビームバランス（ビームの太
さを近距離から遠距離にかけてなるべく同じ太さになる
ようにする）の観点から、ダイナミックアパチャによっ
て内側数個の振動子素子しか用いていないため、外側の
振動子素子面積は従来の等面積でＮ分割した場合より大
きくなるが、近距離のフォーカスには影響を与えるおそ
れはなく、上記のように内側数個の振動子素子がより小
さい面積になることにより、それらの１素子自身の有限
の大きさからくる干渉効果を減らし、より近距離まで電
子的にフォーカスをかけることができる。
実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例における超音波探触子に用い
る超音波振動子を示す断面図である。
る超音波振動子を示す断面図である。
本実施例においては、８分割型を示す。第１図に示すよ
うに超音波振動子１は中心の円板状の振動子素子2Aと、
この円板状の振動子素子2Aの外周にそれぞれギャップ３
を存して同心円状に配置されたリング状の振動子素子2
B、2C、2D、2E、2F、5G、2Hとから構成されている。超
音波送受面は必要に応じて超音波を構造的にフォーカス
するために所望の半径で凹面状等に形成される。外側の
リング状の振動子素子2E、2F、2G、2Hの面積は各振動子
素子間のギャップ３の面積程度の誤差の範囲でほぼ等し
く設定され、内側の円板状とリング状の振動子素子2A、
2B、2C、2Dは各振動子素子間のギャップ３の面積程度の
誤差の範囲で上記外側のリング状の振動子素子2E、2F、
2G、2Hの面積のほぼ1/2に設定されている。この超音波
振動子１は液体中で軸心と直交方向に機械的に移動され
る。
うに超音波振動子１は中心の円板状の振動子素子2Aと、
この円板状の振動子素子2Aの外周にそれぞれギャップ３
を存して同心円状に配置されたリング状の振動子素子2
B、2C、2D、2E、2F、5G、2Hとから構成されている。超
音波送受面は必要に応じて超音波を構造的にフォーカス
するために所望の半径で凹面状等に形成される。外側の
リング状の振動子素子2E、2F、2G、2Hの面積は各振動子
素子間のギャップ３の面積程度の誤差の範囲でほぼ等し
く設定され、内側の円板状とリング状の振動子素子2A、
2B、2C、2Dは各振動子素子間のギャップ３の面積程度の
誤差の範囲で上記外側のリング状の振動子素子2E、2F、
2G、2Hの面積のほぼ1/2に設定されている。この超音波
振動子１は液体中で軸心と直交方向に機械的に移動され
る。
上記のように内側４個の振動子素子2A〜2Dの分割面積を
外側４個の振動子素子2E〜2Hの分割面積の約半分に設定
した本発明実施例の８分割型の超音波振動子１と、比較
例として振動子素子52A〜52Hをほぼ等面積となるように
設定した従来例の８分割型の超音波振動子51の大きさを
下表のように設定した。
外側４個の振動子素子2E〜2Hの分割面積の約半分に設定
した本発明実施例の８分割型の超音波振動子１と、比較
例として振動子素子52A〜52Hをほぼ等面積となるように
設定した従来例の８分割型の超音波振動子51の大きさを
下表のように設定した。
上記の表からも明らかなように本実施例における外側の
振動子素子2E〜2Hの幅は、従来例のそれよりむしろ広く
なっている。そして、本発明実施例と従来例の超音波振
動子１と51を用いた受信時のダイナミックフォーカスの
様子をそれぞれ計算機シミュレーションの結果として以
下に示す。いずれも、振動子１と51は超音波送受面は平
面、つまり構造的フォーカスは無限遠に設定し、受信エ
コーは中心周波数3.5MHzパルス長３λ（λは中心周波数
の波長）、パルスの包絡線の形はhalf−sine型である。
また、パルス伝搬の媒質中での非線形効果は考慮してい
ない。
振動子素子2E〜2Hの幅は、従来例のそれよりむしろ広く
なっている。そして、本発明実施例と従来例の超音波振
動子１と51を用いた受信時のダイナミックフォーカスの
様子をそれぞれ計算機シミュレーションの結果として以
下に示す。いずれも、振動子１と51は超音波送受面は平
面、つまり構造的フォーカスは無限遠に設定し、受信エ
コーは中心周波数3.5MHzパルス長３λ（λは中心周波数
の波長）、パルスの包絡線の形はhalf−sine型である。
また、パルス伝搬の媒質中での非線形効果は考慮してい
ない。
第５図に従来例の等面積分割型の超音波振動子51による
シミュレーション結果を示す。これから明らかなように
０〜50mmの被検領域で内側３個の振動子素子52A、52B、
52Cを用いて50mmにフォーカスをかけているが、この領
域の−20dBのビーム幅が太く、フォーカスの度合が良く
ないのがわかる。つまりこの距離にフォーカスをかける
には、素子１個それ自身の干渉効果が無視できない大き
さであることがよくわかる。一方、第２図に本発明実施
例の超音波振動子１によるシミュレーション結果を示
す。これから明らかなように０〜50mmの被検領域で内側
３個の振動子素子2A、2B、2C、を用いて50mmにフォーカ
スをかけているが、第５図に示す従来例に比べて−20dB
ラインのフォーカスの度合が良くなっている。また、同
じ３素子でも口径が小さくなっているため、−10dBライ
ンまでのビーム幅は広がり、ビームバランスの点から優
れている。更に、130mm以上の被検領域に対してフォー
カスを150mmに設定し、全振動子素子を用いて遅延合成
しているが、本発明実施例では、従来型より幅のやや広
い外側のリング状の振動子素子2E〜2Hを用いてもこのよ
うな遠距離ではフォーカスの度合を−20dBまでのレベル
では下げるに至ってない。
シミュレーション結果を示す。これから明らかなように
０〜50mmの被検領域で内側３個の振動子素子52A、52B、
52Cを用いて50mmにフォーカスをかけているが、この領
域の−20dBのビーム幅が太く、フォーカスの度合が良く
ないのがわかる。つまりこの距離にフォーカスをかける
には、素子１個それ自身の干渉効果が無視できない大き
さであることがよくわかる。一方、第２図に本発明実施
例の超音波振動子１によるシミュレーション結果を示
す。これから明らかなように０〜50mmの被検領域で内側
３個の振動子素子2A、2B、2C、を用いて50mmにフォーカ
スをかけているが、第５図に示す従来例に比べて−20dB
ラインのフォーカスの度合が良くなっている。また、同
じ３素子でも口径が小さくなっているため、−10dBライ
ンまでのビーム幅は広がり、ビームバランスの点から優
れている。更に、130mm以上の被検領域に対してフォー
カスを150mmに設定し、全振動子素子を用いて遅延合成
しているが、本発明実施例では、従来型より幅のやや広
い外側のリング状の振動子素子2E〜2Hを用いてもこのよ
うな遠距離ではフォーカスの度合を−20dBまでのレベル
では下げるに至ってない。
発明の効果 以上述べたように本発明によれば、超音波振動子が中心
の円板状の振動子素子と、この円板状の振動子素子の外
周に同心円状に配置されたリング状の振動子素子の計Ｎ
個から構成され、外側のｎ個（Ｎ＞ｎ≧１）の各振動子
素子の面積が各振動子素子間のギャップ面積程度の誤差
の範囲でほぼ等しく設定され、内側のＮ−ｎ個の各振動
子素子の面積が上記誤差の範囲で上記外側のｎ個の振動
子素子の面積のほぼ1/2に設定されており、近距離にフ
ォーカスをかける場合には、ダイナミックアパチャによ
って内側数個の振動子素子しか用いていないため、外側
の振動子素子面積は従来の等面積でＮ分割した場合より
大きくなるが、近距離のフォーカスには影響を与えるお
それはなく、上記のように内側数個の振動子素子がより
小さい面積になることにより、それらの１素子自身の有
限の大きさからくる干渉効果を減らし、より近距離まで
電子的にフォーカスをかけることができる。したがっ
て、超音波振動子の分割数を増やすことなく、超音波ビ
ームの収束可能領域を拡大させることができる。
の円板状の振動子素子と、この円板状の振動子素子の外
周に同心円状に配置されたリング状の振動子素子の計Ｎ
個から構成され、外側のｎ個（Ｎ＞ｎ≧１）の各振動子
素子の面積が各振動子素子間のギャップ面積程度の誤差
の範囲でほぼ等しく設定され、内側のＮ−ｎ個の各振動
子素子の面積が上記誤差の範囲で上記外側のｎ個の振動
子素子の面積のほぼ1/2に設定されており、近距離にフ
ォーカスをかける場合には、ダイナミックアパチャによ
って内側数個の振動子素子しか用いていないため、外側
の振動子素子面積は従来の等面積でＮ分割した場合より
大きくなるが、近距離のフォーカスには影響を与えるお
それはなく、上記のように内側数個の振動子素子がより
小さい面積になることにより、それらの１素子自身の有
限の大きさからくる干渉効果を減らし、より近距離まで
電子的にフォーカスをかけることができる。したがっ
て、超音波振動子の分割数を増やすことなく、超音波ビ
ームの収束可能領域を拡大させることができる。
第１図は本発明の一実施例における超音波探触子に用い
る超音波振動子を示す平面図、第２図は本発明実施例の
超音波振動子を用いたダイナミックフォーカスのシミュ
レーションの結果を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は従
来の超音波探触子に用いる超音波振動子を示し、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図、第４図は従来例
の等面積８分割型の超音波振動子の詳細を示す平面図、
第５図は従来例の超音波振動子を用いたダイナミックフ
ォーカスのシミュレーションの結果を示す図である。 １……超音波振動子、2A……円板状の振動子素子、2B〜
2H……リング状の振動子素子、３……ギャップ。
る超音波振動子を示す平面図、第２図は本発明実施例の
超音波振動子を用いたダイナミックフォーカスのシミュ
レーションの結果を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は従
来の超音波探触子に用いる超音波振動子を示し、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図、第４図は従来例
の等面積８分割型の超音波振動子の詳細を示す平面図、
第５図は従来例の超音波振動子を用いたダイナミックフ
ォーカスのシミュレーションの結果を示す図である。 １……超音波振動子、2A……円板状の振動子素子、2B〜
2H……リング状の振動子素子、３……ギャップ。
Claims (1)
- 【請求項１】超音波振動子が中心の円板状の振動子素子
と、この円板状の振動子素子の外周に同心円状に配置さ
れたリング状の振動子素子の計Ｎ個から構成され、外側
のｎ個（Ｎ＞ｎ≧１）の各振動子素子の面積が各振動子
素子間のギャップ面積程度の誤差の範囲でほぼ等しく設
定され、内側のＮ−ｎ個の各振動子素子の面積が上記誤
差の範囲で上記外側のｎ個の振動子素子の面積のほぼ1/
2に設定された超音波探触子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312227A JPH0722578B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 超音波探触子 |
| US07/447,491 US4961176A (en) | 1988-12-09 | 1989-12-07 | Ultrasonic probe |
| DE68915712T DE68915712T2 (de) | 1988-12-09 | 1989-12-11 | Ultraschallsonde. |
| EP89122853A EP0372589B1 (en) | 1988-12-09 | 1989-12-11 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312227A JPH0722578B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02156936A JPH02156936A (ja) | 1990-06-15 |
| JPH0722578B2 true JPH0722578B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=18026715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312227A Expired - Lifetime JPH0722578B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 超音波探触子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4961176A (ja) |
| EP (1) | EP0372589B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0722578B2 (ja) |
| DE (1) | DE68915712T2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3932967A1 (de) * | 1989-10-03 | 1991-04-11 | Wolf Gmbh Richard | Ultraschall-stosswellenwandler |
| JPH03272752A (ja) * | 1990-03-20 | 1991-12-04 | Fujitsu Ltd | 超音波探触子 |
| US5316000A (en) * | 1991-03-05 | 1994-05-31 | Technomed International (Societe Anonyme) | Use of at least one composite piezoelectric transducer in the manufacture of an ultrasonic therapy apparatus for applying therapy, in a body zone, in particular to concretions, to tissue, or to bones, of a living being and method of ultrasonic therapy |
| US5494038A (en) * | 1995-04-25 | 1996-02-27 | Abbott Laboratories | Apparatus for ultrasound testing |
| US6160340A (en) * | 1998-11-18 | 2000-12-12 | Siemens Medical Systems, Inc. | Multifrequency ultrasonic transducer for 1.5D imaging |
| US6298735B1 (en) * | 1999-04-23 | 2001-10-09 | Agilent Technologies, Inc. | Pneumotachometer having annular ring transducers |
| US6504288B2 (en) * | 2000-12-05 | 2003-01-07 | The Regents Of The University Of California | Compensated individually addressable array technology for human breast imaging |
| JP3832338B2 (ja) * | 2001-12-25 | 2006-10-11 | 松下電工株式会社 | 電歪ポリマーアクチュエータ |
| JP2003333693A (ja) * | 2002-05-16 | 2003-11-21 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波振動子及びその製造方法 |
| KR100623634B1 (ko) * | 2003-09-22 | 2006-09-13 | 김형윤 | 구조물의 건전상태 감시방법 |
| US7536912B2 (en) | 2003-09-22 | 2009-05-26 | Hyeung-Yun Kim | Flexible diagnostic patches for structural health monitoring |
| US7668665B2 (en) * | 2003-09-22 | 2010-02-23 | Advanced Structure Monitoring, Inc. | Methods of networking interrogation devices for structural conditions |
| US7536911B2 (en) * | 2003-09-22 | 2009-05-26 | Hyeung-Yun Kim | Diagnostic systems of optical fiber coil sensors for structural health monitoring |
| US7729035B2 (en) * | 2003-09-22 | 2010-06-01 | Hyeung-Yun Kim | Acousto-optic modulators for modulating light signals |
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