JPH0783518B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPH0783518B2 JPH0783518B2 JP60223606A JP22360685A JPH0783518B2 JP H0783518 B2 JPH0783518 B2 JP H0783518B2 JP 60223606 A JP60223606 A JP 60223606A JP 22360685 A JP22360685 A JP 22360685A JP H0783518 B2 JPH0783518 B2 JP H0783518B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/245—Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes
-
- 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
- B06B1/0629—Square array
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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
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波診断装置などに用いる超音波探触子に
関するものである。
関するものである。
従来、超音波探触子の電気音響変換部にはジルコン酸・
チタン酸鉛（PZT）系の圧電セラミツクス板が広く用い
られている。これらは強誘電性を示す物質で自発分極を
もつており、所定の温度で板面に垂直に強電界を印加す
る（分極処理）ことにより分極方向がそろい強い圧電性
が発現する。PZT系セラミツクスでは、強誘電性を示す
上限温度が室温より充分高く、また抗電界も大きいた
め、分極処理後の残留分極が安定に保持される。したが
つて、周囲温度が変化したり電界を印加しても、それら
が著しく大きくないかぎり、PZT系セラミツクスの圧電
性はほとんど変化しない。従来の超音波探触子では、こ
の性質を利用して安定な電気音響変換効率を得ている。
チタン酸鉛（PZT）系の圧電セラミツクス板が広く用い
られている。これらは強誘電性を示す物質で自発分極を
もつており、所定の温度で板面に垂直に強電界を印加す
る（分極処理）ことにより分極方向がそろい強い圧電性
が発現する。PZT系セラミツクスでは、強誘電性を示す
上限温度が室温より充分高く、また抗電界も大きいた
め、分極処理後の残留分極が安定に保持される。したが
つて、周囲温度が変化したり電界を印加しても、それら
が著しく大きくないかぎり、PZT系セラミツクスの圧電
性はほとんど変化しない。従来の超音波探触子では、こ
の性質を利用して安定な電気音響変換効率を得ている。
しかし、最近の超音波診断装置に対する高性能化の要求
に伴ない、超音波探触子の電気音響変換部の変換特性を
外部から制御できることが望ましい場合もでてきた。例
えば、第１図に示したような従来の電子走査型リニア探
触子では、各短冊状振動要素12の配列方向（長軸方向）
からみ超音波ビームパターンは、駆動要素の数（したが
つて口径）および各駆動要素に印加する電気信号の位相
を変えることにより制御することができる。ところが、
配列方向と垂直方向（短軸方向）には口径および焦点は
固定になつているため、短軸方向の分解能が深度によつ
ては不充分であるという問題点が出ている。この場合、
各振動要素内の電気音響変換効率を外部から制御でき変
換効率に重み分布をつけることができればこの問題を解
決できるが、PZT系圧電セラミツクスからなる振動要素
では困難である。
に伴ない、超音波探触子の電気音響変換部の変換特性を
外部から制御できることが望ましい場合もでてきた。例
えば、第１図に示したような従来の電子走査型リニア探
触子では、各短冊状振動要素12の配列方向（長軸方向）
からみ超音波ビームパターンは、駆動要素の数（したが
つて口径）および各駆動要素に印加する電気信号の位相
を変えることにより制御することができる。ところが、
配列方向と垂直方向（短軸方向）には口径および焦点は
固定になつているため、短軸方向の分解能が深度によつ
ては不充分であるという問題点が出ている。この場合、
各振動要素内の電気音響変換効率を外部から制御でき変
換効率に重み分布をつけることができればこの問題を解
決できるが、PZT系圧電セラミツクスからなる振動要素
では困難である。
そこで、この問題を解決するため圧電振動子の上下両面
の電極をそれぞれ長軸方向、短軸方向に沿つて分割し
て、短軸方向にも長軸方向と同様に口径を変化させる方
法が開示されている（特開昭56−21057）。しかし、こ
の方法では圧電振動子の上下面の分割電極間に選択的に
駆動電界を印加しても、もれ電界によりその周辺をも励
振してしまい充分な効果が得られない可能性がある。
の電極をそれぞれ長軸方向、短軸方向に沿つて分割し
て、短軸方向にも長軸方向と同様に口径を変化させる方
法が開示されている（特開昭56−21057）。しかし、こ
の方法では圧電振動子の上下面の分割電極間に選択的に
駆動電界を印加しても、もれ電界によりその周辺をも励
振してしまい充分な効果が得られない可能性がある。
本発明の目的は、電気音響変換部の変換効率を外部から
選択的に制御できる超音波探触子を提供することにあ
る。
選択的に制御できる超音波探触子を提供することにあ
る。
本発明の超音波探触子は、相転移温度が比較的室温付近
にある強誘電圧性圧電体、もしくは高電歪材料を電気音
響変換部に用い、バイアス電界を印加することにより電
気音響変換効率を制御することを特徴とする。相転移温
度が比較的室温付近にある強誘電性圧電体では、温度を
相転移温度付近に保つておくと、バイアス電界の有無に
より強誘電性（圧電性）が発現したりしなかつたりす
る。また高電歪材料では、バイアス電界を印加すること
により大きな圧電性を誘起できる。すなわち、これらの
材料を超音波探触子の電気音響変換部に用いると、バイ
アス電界により電気音響変換効率を制御できる。さらに
電界分布を与えることにより電気音響変換効率に重み分
布を与えることができ超音波ビームパターンを制御でき
る。
にある強誘電圧性圧電体、もしくは高電歪材料を電気音
響変換部に用い、バイアス電界を印加することにより電
気音響変換効率を制御することを特徴とする。相転移温
度が比較的室温付近にある強誘電性圧電体では、温度を
相転移温度付近に保つておくと、バイアス電界の有無に
より強誘電性（圧電性）が発現したりしなかつたりす
る。また高電歪材料では、バイアス電界を印加すること
により大きな圧電性を誘起できる。すなわち、これらの
材料を超音波探触子の電気音響変換部に用いると、バイ
アス電界により電気音響変換効率を制御できる。さらに
電界分布を与えることにより電気音響変換効率に重み分
布を与えることができ超音波ビームパターンを制御でき
る。
実施例１ 相転移温度が室温近くにある強誘電性圧電体として、ジ
ルコン・チタン酸鉛Pb（Zr0.65Ti0.35）O3にランタンLa
をドープしたいわゆるLPZTセラミツクスを用いた。Laを
Pbに対し8.5モル％加えたものは40℃付近に相転移が観
測される。すなわち、この物質では40℃以下では強誘電
性を示し自発分極が存在するが、40℃より上の温度では
自発分極が消滅し圧電性もなくなる。ところが、40℃よ
り上の温度でもバイアス電界を印加すると強誘電性が誘
起され圧電性が発現する。このような圧電セラミツクス
からなる矩形板21の一方の面に第２図に示したように長
軸方向に沿つて３分割されたアース電極22,23,24を形成
し、さらに他方の面にホツト電極アレイ25を形成した。
この矩形板をホツト電極側を下にしてパツキング材に接
着し、アース電極上には音響整合層を設けて、電子走査
型リニア探触子に組み立てた。このような超音波探触子
では温度を40℃以上に保つておくと、ホツト電極とアー
ス電極の間に直流バイアス電界が印加されているときの
み、それぞれの電極が対向している部分が圧電活性にな
る。例えばアース電極23のみを用い、ホツト電極にバイ
アス電圧を加えると、短軸方向にはアース電極の幅に相
当する部分のみ圧電活性になる。したがつて、アース電
極23とホツト電極に直流バイアスをかけたパルス電界を
印加することにより、短軸方向には主としてアース電極
23の幅に相当する部分のみから超音波パルスが放射され
る。また、アース電極22,23,24をすべて用いることによ
り、短軸方向すべての幅に相当する部分から超音波パル
スが放射される。すなわち、使用するアース電極を選択
することにより実効的に短軸方向の口径を変化させるこ
とができる。
ルコン・チタン酸鉛Pb（Zr0.65Ti0.35）O3にランタンLa
をドープしたいわゆるLPZTセラミツクスを用いた。Laを
Pbに対し8.5モル％加えたものは40℃付近に相転移が観
測される。すなわち、この物質では40℃以下では強誘電
性を示し自発分極が存在するが、40℃より上の温度では
自発分極が消滅し圧電性もなくなる。ところが、40℃よ
り上の温度でもバイアス電界を印加すると強誘電性が誘
起され圧電性が発現する。このような圧電セラミツクス
からなる矩形板21の一方の面に第２図に示したように長
軸方向に沿つて３分割されたアース電極22,23,24を形成
し、さらに他方の面にホツト電極アレイ25を形成した。
この矩形板をホツト電極側を下にしてパツキング材に接
着し、アース電極上には音響整合層を設けて、電子走査
型リニア探触子に組み立てた。このような超音波探触子
では温度を40℃以上に保つておくと、ホツト電極とアー
ス電極の間に直流バイアス電界が印加されているときの
み、それぞれの電極が対向している部分が圧電活性にな
る。例えばアース電極23のみを用い、ホツト電極にバイ
アス電圧を加えると、短軸方向にはアース電極の幅に相
当する部分のみ圧電活性になる。したがつて、アース電
極23とホツト電極に直流バイアスをかけたパルス電界を
印加することにより、短軸方向には主としてアース電極
23の幅に相当する部分のみから超音波パルスが放射され
る。また、アース電極22,23,24をすべて用いることによ
り、短軸方向すべての幅に相当する部分から超音波パル
スが放射される。すなわち、使用するアース電極を選択
することにより実効的に短軸方向の口径を変化させるこ
とができる。
実際に、温度を40℃以上に保ち第２図に示した電子走査
型リニア探触子を用いて超音波ビーム形成の実験を行な
つた。その結果、アース電極23のみを用いた場合には、
アース電極すべてを用いた場合に比較して、短軸方向か
らみた超音波ビームの幅が近距離において狭くなつてい
ることがわかつた。これは、実効的に短軸方向の口径が
小さくなつているためと考えられる。すなわち、バイア
ス電界の分布を変えることにより短軸方向からみた超音
波ビームパターンを制御できることが確認できた。
型リニア探触子を用いて超音波ビーム形成の実験を行な
つた。その結果、アース電極23のみを用いた場合には、
アース電極すべてを用いた場合に比較して、短軸方向か
らみた超音波ビームの幅が近距離において狭くなつてい
ることがわかつた。これは、実効的に短軸方向の口径が
小さくなつているためと考えられる。すなわち、バイア
ス電界の分布を変えることにより短軸方向からみた超音
波ビームパターンを制御できることが確認できた。
実施例２ 高電歪材料としてチタン酸バリウム・ストロンチウム
（Ba,Sr）TiO3セラミツクスを用いた。このセラミツク
スはバイアス電界を印加することにより大きな圧電性を
誘起できる。実施例１と同様、本セラミツクスからなる
矩形板の一方の面に長軸方向に沿つて３分割されたアー
ス電極を形成し、さらに他方の面にホツト電極アレイを
形成した。この矩形板をホツト電極側を下にしてバツキ
ング材に接着し、アース電極上には音響整合層を設け
て、電子走査型リニア探触子に組立てた。このような超
音波探触子では、ホツト電極とアース電極の間に直流バ
イアス電界が印加されているときのみ、それぞれの電極
が対向している部分が圧電活性になる。したがつて、実
施例１の場合と同様、ホツト電極にはバイアスをかけた
パルス電界を印加し、使用するアース電極を選択するこ
とにより実質的に短軸方向の口径を変化させることがで
きる。
（Ba,Sr）TiO3セラミツクスを用いた。このセラミツク
スはバイアス電界を印加することにより大きな圧電性を
誘起できる。実施例１と同様、本セラミツクスからなる
矩形板の一方の面に長軸方向に沿つて３分割されたアー
ス電極を形成し、さらに他方の面にホツト電極アレイを
形成した。この矩形板をホツト電極側を下にしてバツキ
ング材に接着し、アース電極上には音響整合層を設け
て、電子走査型リニア探触子に組立てた。このような超
音波探触子では、ホツト電極とアース電極の間に直流バ
イアス電界が印加されているときのみ、それぞれの電極
が対向している部分が圧電活性になる。したがつて、実
施例１の場合と同様、ホツト電極にはバイアスをかけた
パルス電界を印加し、使用するアース電極を選択するこ
とにより実質的に短軸方向の口径を変化させることがで
きる。
実際に超音波ビーム形成の実験を行なつた結果、中央の
アース電極のみを用いた場合には、アース電極すべてを
用いた場合に比較して、短軸方向からみた超音波ビーム
の幅が近距離において狭くなつていることがわかつた。
これは、実効的に短軸方向の口径が小さくなつているた
めと考えられる。すなわち、バイアス電界の分布を変え
ることにより短軸方向からみた超音波ビームパターンを
制御できることが確認できた。
アース電極のみを用いた場合には、アース電極すべてを
用いた場合に比較して、短軸方向からみた超音波ビーム
の幅が近距離において狭くなつていることがわかつた。
これは、実効的に短軸方向の口径が小さくなつているた
めと考えられる。すなわち、バイアス電界の分布を変え
ることにより短軸方向からみた超音波ビームパターンを
制御できることが確認できた。
以上の実施例ではアース電極の分割数を３にしたが、何
も３に限ることはなくいくつに分割しても良いことは自
明である。
も３に限ることはなくいくつに分割しても良いことは自
明である。
また、バイアス電界の印加手段としてホツト電極側に絶
縁層を介して独立にバイアス電界印加用の電極を設け、
アース電極との間に電界を印加しても目的を達成でき
る。
縁層を介して独立にバイアス電界印加用の電極を設け、
アース電極との間に電界を印加しても目的を達成でき
る。
以上説明したように、電界により強誘電性もしくは圧電
性を誘起できる強誘電性圧電体もしくは電歪材料を電気
音響変換部に用い、電気音響変換効率をバイアス電界に
よつて制御することにより超音波ビームパターンを制御
できることは明らかである。実施例では、短軸方向の口
径が可変な電子走査型リニア探触子が実現できることを
示したが、本発明によれば、このような超音波探触子の
みならず一般に電気音響変換部の任意のバイアス電界分
布を与え、電気音響変換効率に任意の重み分布をつけて
超音波ビームを制御できる探触子が実現できることは明
らかである。例えば、二次元的な電界分布を与えること
により、選択的に超音波ビームを送受できる二次元配列
超音波探触子も実現できる。
性を誘起できる強誘電性圧電体もしくは電歪材料を電気
音響変換部に用い、電気音響変換効率をバイアス電界に
よつて制御することにより超音波ビームパターンを制御
できることは明らかである。実施例では、短軸方向の口
径が可変な電子走査型リニア探触子が実現できることを
示したが、本発明によれば、このような超音波探触子の
みならず一般に電気音響変換部の任意のバイアス電界分
布を与え、電気音響変換効率に任意の重み分布をつけて
超音波ビームを制御できる探触子が実現できることは明
らかである。例えば、二次元的な電界分布を与えること
により、選択的に超音波ビームを送受できる二次元配列
超音波探触子も実現できる。
第１図は、従来の電子走査型リニア探触子の構造を示す
図、第２図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す
図。 11……パツキング材、12……PZT系セラミツクスからな
る短冊状変換素子、21……相転移が室温付近でおこる強
誘電体、もしくは高電歪材料からなる矩形板、22〜24…
…アース電極、25……ホツト電極アレイ。
図、第２図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す
図。 11……パツキング材、12……PZT系セラミツクスからな
る短冊状変換素子、21……相転移が室温付近でおこる強
誘電体、もしくは高電歪材料からなる矩形板、22〜24…
…アース電極、25……ホツト電極アレイ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−21057（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】バイアス電界に応じて圧電性を誘起する電
気音響変換部材と、該電気音響変換部材の第１の面に形
成される第１の電極群と、前記第１の面に対向する第２
の面に形成される第２の電極群と、前記第１の電極群か
ら選択される少なくとも１つの第１の電極と前記第２の
電極群から選択される少なくとも１つの第２の電極との
間に、前記バイアス電界に重畳してパルス電界を印加す
る手段とを有し、前記電気音響変換部材の位置に依存し
て電気音響変換効率を制御することを特徴とする超音波
探触子。 - 【請求項２】前記電気音響変換部材は、相転移温度が室
温近傍にある強誘電性圧電体であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の超音波探触子。 - 【請求項３】前記電気音響変換部材は、電歪材料である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波
探触子。 - 【請求項４】前記電気音響変換部材は、前記第１及び第
２の電極群の各々の電極の投影により形成される交差領
域を有し、前記電気音響変換部材の前記交差領域の位置
に依存して気音響変換効率に重み付けを与えるように、
前記第１及び第２の電極群の各々の電極に所定の分布を
もつ前記バイアス電界が印加されることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の超音波探触子。 - 【請求項５】前記第１及び第２の電極群の各々の電極が
短冊状の形状をもつことを特徴とする特許請求の範囲第
１項から第４項のいずれかに記載の超音波探触子。 - 【請求項６】前記第１及び第２の電極群の各々の電極が
短冊状の形状を有し、前記バイアス電界に重畳してパル
ス電界を印加する手段は、前記短冊状の電極が配列され
る方向と垂直な方向に印加する電界分布を制御すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
かに記載の超音波探触子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223606A JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
| US06/904,099 US4736631A (en) | 1985-10-09 | 1986-09-04 | Ultrasonic probes |
| DE19863631792 DE3631792A1 (de) | 1985-10-09 | 1986-09-18 | Ultraschallsonde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223606A JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6284697A JPS6284697A (ja) | 1987-04-18 |
| JPH0783518B2 true JPH0783518B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16800823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60223606A Expired - Lifetime JPH0783518B2 (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 超音波探触子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4736631A (ja) |
| JP (1) | JPH0783518B2 (ja) |
| DE (1) | DE3631792A1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01303136A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-07 | Yokogawa Medical Syst Ltd | 体腔内超音波プローブ |
| JPH02217000A (ja) * | 1989-02-16 | 1990-08-29 | Hitachi Ltd | 超音波探触子 |
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