JPH078486A - 超音波トランスデューサ - Google Patents
超音波トランスデューサInfo
- Publication number
- JPH078486A JPH078486A JP5151851A JP15185193A JPH078486A JP H078486 A JPH078486 A JP H078486A JP 5151851 A JP5151851 A JP 5151851A JP 15185193 A JP15185193 A JP 15185193A JP H078486 A JPH078486 A JP H078486A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acoustic matching
- matching layer
- piezoelectric body
- thickness
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 4
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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
- B06B1/0644—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 a single piezoelectric element
- B06B1/0662—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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
- B06B1/067—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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/32—Sound-focusing or directing, e.g. scanning characterised by the shape of the source
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 広帯域で正規分布型の周波数特性と高効率を
得ることができ、したがって、高分解能で被検深度の深
い超音波画像を得ることが可能となる超音波トランスデ
ューサを提供する。 【構成】 超音波を送受信する方向に対して凹面形状と
した圧電体１の凹面側に少なくとも１層以上の音響整合
層２、３を形成する。圧電体１側の第１の音響整合層２
を不均一の厚みを有し、かつ最大厚みが４分の１波長の
厚みとなるように形成する。被検体５側の第２の音響整
合層３を４分の１の波長のほぼ均一な厚みになるように
形成する。音響整合層２、３の最大厚みをほぼ４分の１
波長としているので、広帯域で正規分布型の周波数特性
を得ることができ、圧電体１の持つ曲率により任意の距
離に超音波ビームを収束させることができる。
得ることができ、したがって、高分解能で被検深度の深
い超音波画像を得ることが可能となる超音波トランスデ
ューサを提供する。 【構成】 超音波を送受信する方向に対して凹面形状と
した圧電体１の凹面側に少なくとも１層以上の音響整合
層２、３を形成する。圧電体１側の第１の音響整合層２
を不均一の厚みを有し、かつ最大厚みが４分の１波長の
厚みとなるように形成する。被検体５側の第２の音響整
合層３を４分の１の波長のほぼ均一な厚みになるように
形成する。音響整合層２、３の最大厚みをほぼ４分の１
波長としているので、広帯域で正規分布型の周波数特性
を得ることができ、圧電体１の持つ曲率により任意の距
離に超音波ビームを収束させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置などに
用い、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサに
関するものである。
用い、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、超音波診断装置の超音波画像
を高分解能化するため、超音波トランスデューサの周波
数特性を広帯域化する検討や、音響レンズを設ける構成
の検討が行われ、例えば、「医用超音波機器ハンドブッ
ク」の１８６ページ、「５．３．１超音波プローブの基
本的構造」に記載された構成が知られている。
を高分解能化するため、超音波トランスデューサの周波
数特性を広帯域化する検討や、音響レンズを設ける構成
の検討が行われ、例えば、「医用超音波機器ハンドブッ
ク」の１８６ページ、「５．３．１超音波プローブの基
本的構造」に記載された構成が知られている。
【０００３】従来、この種の超音波トランスデューサと
しては、図５に示すように、均一の厚みを持つ圧電体１
１と、圧電体１１の超音波送受信側（前面）に設けら
れ、この圧電体１１と被検体との間の音響インピーダン
スのミスマッチによる反射を緩和させ、超音波を効率よ
く放射させるための４分の１波長の均一の厚みを持つ２
層以上の音響整合層１２、１３と、圧電体１１の背面に
設けられ、ダンピング、保持としての機能を有するバッ
キング材１４と、音響整合層１３の前面に設けられ、超
音波ビームを集束させるシリコーンゴムの材料を用いた
音響レンズ１５とから構成されている。
しては、図５に示すように、均一の厚みを持つ圧電体１
１と、圧電体１１の超音波送受信側（前面）に設けら
れ、この圧電体１１と被検体との間の音響インピーダン
スのミスマッチによる反射を緩和させ、超音波を効率よ
く放射させるための４分の１波長の均一の厚みを持つ２
層以上の音響整合層１２、１３と、圧電体１１の背面に
設けられ、ダンピング、保持としての機能を有するバッ
キング材１４と、音響整合層１３の前面に設けられ、超
音波ビームを集束させるシリコーンゴムの材料を用いた
音響レンズ１５とから構成されている。
【０００４】このような構成により、広帯域の周波数特
性を得ることができ、また、音響レンズ１５によって超
音波ビームを細く絞っているため、高分解能化を実現す
ることができる。
性を得ることができ、また、音響レンズ１５によって超
音波ビームを細く絞っているため、高分解能化を実現す
ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の超音波トランスデューサでは、高周波にすると、
シリコーンゴム材などの音響レンズ１５の減衰係数が大
きいため、被検体に送信し、あるいは被検体から受信す
る超音波信号は、減衰して周波数特性を著しく劣化さ
せ、また、音響レンズ１５の減衰により著しく感度（効
率）を劣化させるなどの問題があった。
来例の超音波トランスデューサでは、高周波にすると、
シリコーンゴム材などの音響レンズ１５の減衰係数が大
きいため、被検体に送信し、あるいは被検体から受信す
る超音波信号は、減衰して周波数特性を著しく劣化さ
せ、また、音響レンズ１５の減衰により著しく感度（効
率）を劣化させるなどの問題があった。
【０００６】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、音響レンズによる減衰の影響を受ける
ことなく、広帯域の周波数特性を得ることができるとと
もに、感度（効率）を向上させることができ、したがっ
て、高分解能で、被検深度の深い超音波画像を得ること
ができるようにした超音波トランスデューサを提供する
ことを目的とするものである。
するものであり、音響レンズによる減衰の影響を受ける
ことなく、広帯域の周波数特性を得ることができるとと
もに、感度（効率）を向上させることができ、したがっ
て、高分解能で、被検深度の深い超音波画像を得ること
ができるようにした超音波トランスデューサを提供する
ことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、ほぼ均一の厚みを有し、かつ
超音波を送受信する方向に対して任意の曲率を持たせた
凹面形状を有する圧電体と、この圧電体の凹面側に少な
くとも一層以上設けられた音響整合層とを備え、上記音
響整合層の少なくとも一層以上が不均一な厚みを有し、
かつ上記音響整合層の最大厚みがほぼ４分の１波長の厚
みになるように形成されたものである。
の本発明の技術的手段は、ほぼ均一の厚みを有し、かつ
超音波を送受信する方向に対して任意の曲率を持たせた
凹面形状を有する圧電体と、この圧電体の凹面側に少な
くとも一層以上設けられた音響整合層とを備え、上記音
響整合層の少なくとも一層以上が不均一な厚みを有し、
かつ上記音響整合層の最大厚みがほぼ４分の１波長の厚
みになるように形成されたものである。
【０００８】そして、上記技術的手段における音響整合
層を２層に形成し、圧電体側に設けた第１の音響整合層
を不均一な厚みを有し、かつその最大厚みがほぼ４分の
１波長の厚みになるように形成し、被検体側に設けた第
２の音響整合層を４分の１波長のほぼ均一な厚みになる
ように形成することができる。
層を２層に形成し、圧電体側に設けた第１の音響整合層
を不均一な厚みを有し、かつその最大厚みがほぼ４分の
１波長の厚みになるように形成し、被検体側に設けた第
２の音響整合層を４分の１波長のほぼ均一な厚みになる
ように形成することができる。
【０００９】または少なくとも一層以上の音響整合層を
不均一な厚みで、超音波受信方向に対して曲面形状を有
し、この音響整合層の最大厚みがほぼ４分の１波長の厚
みになるように形成することができ、この場合、音響整
合層が超音波送受信方向に対して凹面形状になるように
形成し、音響整合層に圧電体の曲率より大きい曲率を持
たせることができる。
不均一な厚みで、超音波受信方向に対して曲面形状を有
し、この音響整合層の最大厚みがほぼ４分の１波長の厚
みになるように形成することができ、この場合、音響整
合層が超音波送受信方向に対して凹面形状になるように
形成し、音響整合層に圧電体の曲率より大きい曲率を持
たせることができる。
【００１０】
【作用】したがって、本発明によれば、音響整合層を少
なくとも一層以上設け、超音波を効率よく放射すること
ができ、音響整合層の最大厚みをほぼ４分の１波長とし
ているので、広帯域で正規分布型の周波数特性を得るこ
とができ、また、音響レンズを用いないで、圧電体が持
つ曲率により任意の距離に超音波ビームを集束させるこ
とが可能であるので、高感度化を図ることができる。こ
のように極めて短いパルス応答波形を得ることができ、
しかも、音響レンズの減衰による周波数特性劣化、感度
（効率）の劣化を解消することができる。
なくとも一層以上設け、超音波を効率よく放射すること
ができ、音響整合層の最大厚みをほぼ４分の１波長とし
ているので、広帯域で正規分布型の周波数特性を得るこ
とができ、また、音響レンズを用いないで、圧電体が持
つ曲率により任意の距離に超音波ビームを集束させるこ
とが可能であるので、高感度化を図ることができる。こ
のように極めて短いパルス応答波形を得ることができ、
しかも、音響レンズの減衰による周波数特性劣化、感度
（効率）の劣化を解消することができる。
【００１１】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における超音波トランスデューサを示す概略断面図であ
る。
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における超音波トランスデューサを示す概略断面図であ
る。
【００１２】図１において、１はほぼ均一の厚みを有
し、超音波を送受信する方向（被検体５）に対して任意
の曲率を有する凹面形状の圧電体、２は超音波送受信方
向と反対側の圧電体１の面に設けられたバッキング材、
３は圧電体１の超音波送受信側である凹面部に設けら
れ、前面が平面状になるように形成された第１の音響整
合層、４は第１の音響整合層３の上に設けられた第２の
音響整合層である。
し、超音波を送受信する方向（被検体５）に対して任意
の曲率を有する凹面形状の圧電体、２は超音波送受信方
向と反対側の圧電体１の面に設けられたバッキング材、
３は圧電体１の超音波送受信側である凹面部に設けら
れ、前面が平面状になるように形成された第１の音響整
合層、４は第１の音響整合層３の上に設けられた第２の
音響整合層である。
【００１３】第１の音響整合層３は、圧電体１の凹面部
に形成されているので、厚みは不均一であり、中心部が
最も厚く、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外
部で最も薄くなるように形成されている。一方、第２の
音響整合層４は、第１の音響整合層３とは異なり、全体
がほぼ均一な厚みとなり、被検体５との接触面は、ほぼ
平坦面となるように形成されている。
に形成されているので、厚みは不均一であり、中心部が
最も厚く、周辺部に至るに従って次第に薄くなり、最外
部で最も薄くなるように形成されている。一方、第２の
音響整合層４は、第１の音響整合層３とは異なり、全体
がほぼ均一な厚みとなり、被検体５との接触面は、ほぼ
平坦面となるように形成されている。
【００１４】圧電体１としては、ＰＺＴ系、ＰｂＴｉＯ
3系なでの電圧セラミックスが用いられ、被検体５、例
えば、生体を対象とした場合、第１と第２の音響整合層
３と４としては、それぞれの音響インピーダンスが一般
的に７〜１５ＭＲａｙｌと３ＭＲａｙｌ前後のものが用
いられ、本実施例においても、ほぼこの範囲の材料が用
いられる。
3系なでの電圧セラミックスが用いられ、被検体５、例
えば、生体を対象とした場合、第１と第２の音響整合層
３と４としては、それぞれの音響インピーダンスが一般
的に７〜１５ＭＲａｙｌと３ＭＲａｙｌ前後のものが用
いられ、本実施例においても、ほぼこの範囲の材料が用
いられる。
【００１５】例えば、５．０ＭＨｚの周波数に設定した
厚みを有するＰｂＴｉＯ3系の圧電体１を凹面形状に形
成し、エポキシ樹脂に充填材を加えて調整した材料（音
響インピーダンスは１２ＭＲａｙｌ）を第１の音響整合
層３として用い、エポキシ樹脂（音響インピーダンスは
２．８ＭＲａｙｌ）を第２の音響整合層４として用いた
とき、第２の音響整合層４の厚みをほぼ４分の１波長に
固定し、第１の音響整合層３の最も厚くなるところ（中
心部）の厚み（最大厚み）を可変して、それぞれ厚みに
対して周波数特性を測定すると、図２に示す結果となっ
た。図２のａ、ｂ、ｃはそれぞれ第１の音響整合層３の
厚みが６分の１波長、４分の１波長、５分の２波長とな
っている。第１の音響整合層３の厚みがａの６分の１波
長より更に小さくなると、周波数特性は更に劣化し、ま
た、ｃの厚みより大きくなっても、ａと同様に周波数特
性が更に劣化する傾向になる。このことから、不均一な
厚みを持つ第１の音響整合層３の最大厚み部分をほぼ４
分の１波長に設定することにより、広帯域で正規分布型
の周波数特性が得られることがわかった。
厚みを有するＰｂＴｉＯ3系の圧電体１を凹面形状に形
成し、エポキシ樹脂に充填材を加えて調整した材料（音
響インピーダンスは１２ＭＲａｙｌ）を第１の音響整合
層３として用い、エポキシ樹脂（音響インピーダンスは
２．８ＭＲａｙｌ）を第２の音響整合層４として用いた
とき、第２の音響整合層４の厚みをほぼ４分の１波長に
固定し、第１の音響整合層３の最も厚くなるところ（中
心部）の厚み（最大厚み）を可変して、それぞれ厚みに
対して周波数特性を測定すると、図２に示す結果となっ
た。図２のａ、ｂ、ｃはそれぞれ第１の音響整合層３の
厚みが６分の１波長、４分の１波長、５分の２波長とな
っている。第１の音響整合層３の厚みがａの６分の１波
長より更に小さくなると、周波数特性は更に劣化し、ま
た、ｃの厚みより大きくなっても、ａと同様に周波数特
性が更に劣化する傾向になる。このことから、不均一な
厚みを持つ第１の音響整合層３の最大厚み部分をほぼ４
分の１波長に設定することにより、広帯域で正規分布型
の周波数特性が得られることがわかった。
【００１６】ここで、周波数特性と分解能との関係につ
いて簡単に説明し、広帯域で正規分布型の周波数特性が
超音波診断装置用超音波トランスデューサに望まれる理
由について説明する。
いて簡単に説明し、広帯域で正規分布型の周波数特性が
超音波診断装置用超音波トランスデューサに望まれる理
由について説明する。
【００１７】分解能、特に、超音波を送受信する方向の
距離分解能は、パルスで送受信させ、距離方向の２点間
をいかに分解して表示できるかについての能力であり、
これはパルス幅が短い程、分解能を高くすることができ
ることを意味する。短いパルス幅を得るためには、高い
周波数にする方法と、広い周波数帯域を持ち、かつ単峰
性特性（正規分布型特性）にする方法とがある。例え
ば、周波数を固定した場合に分解能を向上させようとす
ると、後者の方法、すなわち、広帯域で正規分布型の周
波数特性を持たせる方法を考えなければならないことに
なる。
距離分解能は、パルスで送受信させ、距離方向の２点間
をいかに分解して表示できるかについての能力であり、
これはパルス幅が短い程、分解能を高くすることができ
ることを意味する。短いパルス幅を得るためには、高い
周波数にする方法と、広い周波数帯域を持ち、かつ単峰
性特性（正規分布型特性）にする方法とがある。例え
ば、周波数を固定した場合に分解能を向上させようとす
ると、後者の方法、すなわち、広帯域で正規分布型の周
波数特性を持たせる方法を考えなければならないことに
なる。
【００１８】したがって、図２に示す周波数特性の中で
最も距離分解能が良好な特性は、ｂの第１の音響整合層
３の厚みが４分の１波長のものであるといえる。また、
第２の音響整合層４の厚みもほぼ４分の１波長が望まし
い。
最も距離分解能が良好な特性は、ｂの第１の音響整合層
３の厚みが４分の１波長のものであるといえる。また、
第２の音響整合層４の厚みもほぼ４分の１波長が望まし
い。
【００１９】また、本実施例においては、圧電体１を任
意の曲率を持たせた凹面形状に形成しているので、従来
のように音響整合層上にシリコームゴムなどの音響レン
ズを設けなくとも、任意の距離に焦点を有する超音波ビ
ームを集束させることができる。したがって、もちろ
ん、従来のようなシリコーンゴムの音響レンズのような
減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感度（効
率）も高くすることができる。ちなみに、従来例とまっ
たく同じ構成（周波数、開口、焦点距離）と本実施例と
の受信電圧、つまり感度（効率）を比較してみると、本
実施例の方が約６ｄＢ高い値を示した。
意の曲率を持たせた凹面形状に形成しているので、従来
のように音響整合層上にシリコームゴムなどの音響レン
ズを設けなくとも、任意の距離に焦点を有する超音波ビ
ームを集束させることができる。したがって、もちろ
ん、従来のようなシリコーンゴムの音響レンズのような
減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感度（効
率）も高くすることができる。ちなみに、従来例とまっ
たく同じ構成（周波数、開口、焦点距離）と本実施例と
の受信電圧、つまり感度（効率）を比較してみると、本
実施例の方が約６ｄＢ高い値を示した。
【００２０】なお、本実施例では、圧電体１として圧電
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、ＰＶＤＦなどの圧電体１を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体１の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
１、第２の音響整合層３、４の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、ＰＶＤＦなどの圧電体１を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体１の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
１、第２の音響整合層３、４の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
【００２１】また、本実施例では、音響整合層３、４を
２層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは３層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
２層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは３層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
【００２２】また、本実施例では、第２の音響整合層４
の厚みを均一にし、また被検体５との接触面がほぼ平坦
面になるように形成した場合について説明したが、この
ほか、第１の音響整合層３と同様に第２の音響整合層４
の厚みを不均一にし、最も厚い部分の厚みをほぼ４分の
１波長にし、被検体５側の面を凹面形状の構成にした場
合についても同様に広帯域で正規分布型のものが得られ
る。
の厚みを均一にし、また被検体５との接触面がほぼ平坦
面になるように形成した場合について説明したが、この
ほか、第１の音響整合層３と同様に第２の音響整合層４
の厚みを不均一にし、最も厚い部分の厚みをほぼ４分の
１波長にし、被検体５側の面を凹面形状の構成にした場
合についても同様に広帯域で正規分布型のものが得られ
る。
【００２３】また、本実施例では、圧電体１が単一の場
合について説明したが、図３に示すように、圧電体１を
短冊状に分割した、いわゆるアレイ型の超音波トランス
デューサについても同様の効果が得られる。
合について説明したが、図３に示すように、圧電体１を
短冊状に分割した、いわゆるアレイ型の超音波トランス
デューサについても同様の効果が得られる。
【００２４】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照したがら説明する。図４は本発明の
第２の実施例における超音波トランスデューサを示す概
略断面図である。
について図面を参照したがら説明する。図４は本発明の
第２の実施例における超音波トランスデューサを示す概
略断面図である。
【００２５】本実施例においては、図４示すように、上
記第１の実施例と同様に、圧電体１と、バッキング材２
と、第１の音響整合層３と、第２の音響整合層４とから
構成されている。
記第１の実施例と同様に、圧電体１と、バッキング材２
と、第１の音響整合層３と、第２の音響整合層４とから
構成されている。
【００２６】圧電体１の曲率半径Ｒは、超音波ビームの
焦点をどこにするかによって決められ、また、圧電体１
の開口幅Ａは、周波数と超音波ビームの絞る強さなどに
よって決められているため、上記第１の実施例の場合の
ように圧電体１の凹面部全体に第１の音響整合層３を形
成することができない場合がある。すなわち、圧電体１
の凹面部の最も高くなるところの高さが第１の音響整合
層３の厚みになる訳で、この厚みが４分の１波長にでき
ない構成になる。この場合には、本実施例に示すような
構成にすることにより解決できる。
焦点をどこにするかによって決められ、また、圧電体１
の開口幅Ａは、周波数と超音波ビームの絞る強さなどに
よって決められているため、上記第１の実施例の場合の
ように圧電体１の凹面部全体に第１の音響整合層３を形
成することができない場合がある。すなわち、圧電体１
の凹面部の最も高くなるところの高さが第１の音響整合
層３の厚みになる訳で、この厚みが４分の１波長にでき
ない構成になる。この場合には、本実施例に示すような
構成にすることにより解決できる。
【００２７】図４に示すように、任意の曲率を有する凹
面形状の圧電体１の超音波送受信面に外側の部分を除い
て第１の音響整合層３を設け、この第１の音響整合層３
は最も厚くなる部分の厚みがほぼ４分の１波長になるよ
うに曲率を持たせた凹面形状に形成し、更に、第１の音
響整合層３上から第２の音響整合層４を設け、この第２
の音響整合層４は第１の音響整合層３と同様に、最も厚
くなる部分の厚みが４分の１波長になるように曲率を持
たせた凹面形状に形成する。
面形状の圧電体１の超音波送受信面に外側の部分を除い
て第１の音響整合層３を設け、この第１の音響整合層３
は最も厚くなる部分の厚みがほぼ４分の１波長になるよ
うに曲率を持たせた凹面形状に形成し、更に、第１の音
響整合層３上から第２の音響整合層４を設け、この第２
の音響整合層４は第１の音響整合層３と同様に、最も厚
くなる部分の厚みが４分の１波長になるように曲率を持
たせた凹面形状に形成する。
【００２８】例えば、上記第１の実施例と同様に、圧電
体１として周波数５．０ＭＨｚの圧電セラミックス、第
１、２の音響整合層３、４として音響インピーダンスが
それぞれ１２ＭＲａｙｌ（音速２５５０ｍ／ｓ）、２．
８ＭＲａｙｌ（音速２５８０ｍ／ｓ）の材料を用い、圧
電体１の曲率半径Ｒを４０ｍｍ、開口径Ａを１０ｍｍと
した場合、第１、２の音響整合層３、４のそれぞれの最
も厚い部分をほぼ４分の１波長の厚み（第１の音響整合
層３は０．１２８ｍｍ、第２の音響整合層４は０．１２
９ｍｍ）にしようとすると、第１の音響整合層３の曲率
半径は６７ｍｍとなる。また、第２の音響整合層４の被
検体５側の曲率半径は２１８ｍｍとなる。このように、
第１、第２の音響整合層３、４についても曲面を持たせ
ることにより、それぞれの最も厚い部分の厚みをほぼ４
分の１波長に設定することが可能となる。また、上記第
１の実施例と同様に、圧電体１を任意の曲率を持たせた
凹面形状に形成しているので、従来のように音響整合層
上にシリコーンゴムなどの音響レンズを設けなくとも任
意の距離に焦点を有する超音波ビームを集束させること
ができる。したがって、もちろん、従来のような音響レ
ンズの減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感
度（効果）も高くすることが可能になるという特徴を有
している。
体１として周波数５．０ＭＨｚの圧電セラミックス、第
１、２の音響整合層３、４として音響インピーダンスが
それぞれ１２ＭＲａｙｌ（音速２５５０ｍ／ｓ）、２．
８ＭＲａｙｌ（音速２５８０ｍ／ｓ）の材料を用い、圧
電体１の曲率半径Ｒを４０ｍｍ、開口径Ａを１０ｍｍと
した場合、第１、２の音響整合層３、４のそれぞれの最
も厚い部分をほぼ４分の１波長の厚み（第１の音響整合
層３は０．１２８ｍｍ、第２の音響整合層４は０．１２
９ｍｍ）にしようとすると、第１の音響整合層３の曲率
半径は６７ｍｍとなる。また、第２の音響整合層４の被
検体５側の曲率半径は２１８ｍｍとなる。このように、
第１、第２の音響整合層３、４についても曲面を持たせ
ることにより、それぞれの最も厚い部分の厚みをほぼ４
分の１波長に設定することが可能となる。また、上記第
１の実施例と同様に、圧電体１を任意の曲率を持たせた
凹面形状に形成しているので、従来のように音響整合層
上にシリコーンゴムなどの音響レンズを設けなくとも任
意の距離に焦点を有する超音波ビームを集束させること
ができる。したがって、もちろん、従来のような音響レ
ンズの減衰による周波数特性の劣化はなくなり、更に感
度（効果）も高くすることが可能になるという特徴を有
している。
【００２９】したがって、広帯域で正規分布型の周波数
特性と高効率を有する超音波トランスデューサを得るこ
とができるので、高分解能で、しかも、被検深度の深い
超音波画像を得ることが可能となる。
特性と高効率を有する超音波トランスデューサを得るこ
とができるので、高分解能で、しかも、被検深度の深い
超音波画像を得ることが可能となる。
【００３０】なお、本実施例では、圧電体１として圧電
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、ＰＶＤＦなどの圧電体１を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体１の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
１、第２の音響整合層３、４の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
セラミックスを用いた場合について説明したが、このほ
か、圧電セラミックスと高分子を複合化した複合圧電体
や、ＰＶＤＦなどの圧電体１を用いた場合についても同
様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。この場合、圧電体１の音響インピーダンスが圧電セ
ラミックスより小さくなるので、当然のことながら、第
１、第２の音響整合層３、４の音響インピーダンス値も
小さい値のものが用いられる。
【００３１】また、本実施例では、音響整合層３、４を
２層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは３層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
２層設けた場合について説明したが、このほか、一層、
若しくは３層以上の音響整合層を用いた場合についても
同様に広帯域で正規分布型の周波数特性のものが得られ
る。
【００３２】また、本実施例では、圧電体１、第１、第
２の音響整合層３、４を１点の中心点を有する単一の曲
率に構成した場合について説明したが、このほか、圧電
体１、第１、第２の音響整合層３、４を複数の中心点を
有する曲率面にした構成を用いても同様に、広帯域で正
規分布型の周波数特性を得ることができる。
２の音響整合層３、４を１点の中心点を有する単一の曲
率に構成した場合について説明したが、このほか、圧電
体１、第１、第２の音響整合層３、４を複数の中心点を
有する曲率面にした構成を用いても同様に、広帯域で正
規分布型の周波数特性を得ることができる。
【００３３】また、本実施例では、第１、第２の音響整
合層３、４の両方に曲率を持たせて曲面の厚みを不均一
にした場合について説明したが、このほか、第１の音響
整合層３だけ曲面にして不均一の厚みにし、第２の音響
整合層４は４分の１波長の均一の厚みにした構成を用い
ても同様に広帯域で正規分布型の周波数特性を得ること
ができる。
合層３、４の両方に曲率を持たせて曲面の厚みを不均一
にした場合について説明したが、このほか、第１の音響
整合層３だけ曲面にして不均一の厚みにし、第２の音響
整合層４は４分の１波長の均一の厚みにした構成を用い
ても同様に広帯域で正規分布型の周波数特性を得ること
ができる。
【００３４】また、本実施例では、圧電体１が単一の場
合について説明したが、圧電体１を短冊状に分割した、
いわゆるアレイ型の超音波トランスデューサについても
同様の効果が得られる。
合について説明したが、圧電体１を短冊状に分割した、
いわゆるアレイ型の超音波トランスデューサについても
同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波を送受信する方向に対して凹面形状を有する圧電体
の凹面側に少なくとも１層以上の音響整合層を形成し、
この少なくとも一層以上の音響整合層は不均一の厚みに
形成し、かつ上記音響整合層の最大厚みが４分の１波長
の厚みとなるように形成しているので、広帯域で正規分
布型の周波数特性にすることが可能になる。また、圧電
体自身を任意の曲率を有する凹面形状に形成し、超音波
ビームを集束することができるので、音響レンズが不要
となる。このように、音響レンズによる減衰の影響を受
けることなく、広帯域の周波数特性を得ることができる
とともに、感度（効率）を向上させることができ、した
がって、高分解能で、かつ被検深度の深い超音波画像を
得ることができる。
音波を送受信する方向に対して凹面形状を有する圧電体
の凹面側に少なくとも１層以上の音響整合層を形成し、
この少なくとも一層以上の音響整合層は不均一の厚みに
形成し、かつ上記音響整合層の最大厚みが４分の１波長
の厚みとなるように形成しているので、広帯域で正規分
布型の周波数特性にすることが可能になる。また、圧電
体自身を任意の曲率を有する凹面形状に形成し、超音波
ビームを集束することができるので、音響レンズが不要
となる。このように、音響レンズによる減衰の影響を受
けることなく、広帯域の周波数特性を得ることができる
とともに、感度（効率）を向上させることができ、した
がって、高分解能で、かつ被検深度の深い超音波画像を
得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
デューサを示す概略断面図
【図２】同超音波トランスデューサの周波数特性の説明
図
図
【図３】同超音波トランスデューサをアレイ型に構成し
た例の概略斜視図
た例の概略斜視図
【図４】本発明の第２の実施例における超音波トランス
デューサを示す概略断面図
デューサを示す概略断面図
【図５】従来の超音波トランスデューサを示す概略断面
図
図
１ 圧電体 ２ 第１の音響整合層 ３ 第２の音響整合層 ４ バッキング材
Claims (5)
- 【請求項１】 ほぼ均一の厚みを有し、かつ超音波を送
受信する方向に対して凹面形状を有する圧電体と、この
圧電体の凹面側に少なくとも一層以上設けられた音響整
合層とを備え、上記音響整合層の少なくとも一層以上が
不均一な厚みを有し、かつ上記音響整合層の最大厚みが
ほぼ４分の１波長の厚みになるように形成された超音波
トランスデューサ。 - 【請求項２】 音響整合層が２層に形成され、圧電体側
に設けられた第１の音響整合層が不均一な厚みを有し、
かつその最大厚みがほぼ４分の１波長の厚みになるよう
に形成され、被検体側に設けられた第２の音響整合層が
４分の１波長のほぼ均一な厚みになるように形成された
請求項１記載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項３】 少なくとも一層以上の音響整合層が不均
一な厚みで、超音波受信方向に対して曲面形状を有し、
この音響整合層の最大厚みがほぼ４分の１波長の厚みに
なるように形成された請求項１記載の超音波トランスデ
ューサ。 - 【請求項４】 音響整合層が超音波送受信方向に対して
凹面形状になるように形成された請求項３記載の超音波
トランスデューサ。 - 【請求項５】 音響整合層が圧電体の曲率より大きい曲
率を持つ請求項３または４記載の超音波トランスデュー
サ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151851A JP2927144B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
| US08/228,902 US5438999A (en) | 1993-06-23 | 1994-04-18 | Ultrasonic transducer |
| DE69429213T DE69429213T2 (de) | 1993-06-23 | 1994-04-21 | Ultraschallwandler |
| EP94302836A EP0631272B1 (en) | 1993-06-23 | 1994-04-21 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5151851A JP2927144B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH078486A true JPH078486A (ja) | 1995-01-13 |
| JP2927144B2 JP2927144B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=15527661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5151851A Expired - Fee Related JP2927144B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超音波トランスデューサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5438999A (ja) |
| EP (1) | EP0631272B1 (ja) |
| JP (1) | JP2927144B2 (ja) |
| DE (1) | DE69429213T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009510889A (ja) * | 2005-09-27 | 2009-03-12 | 株式会社 メディソン | 超音波診断用プローブ及びこれを用いる超音波診断システム |
| JP2014531255A (ja) * | 2011-09-26 | 2014-11-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 音響レンズを持つ超音波プローブ |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5984871A (en) * | 1997-08-12 | 1999-11-16 | Boston Scientific Technologies, Inc. | Ultrasound transducer with extended focus |
| US6535625B1 (en) * | 1999-09-24 | 2003-03-18 | Magnetus Llc | Magneto-acoustic imaging |
| US6974415B2 (en) * | 2003-05-22 | 2005-12-13 | Magnetus Llc | Electromagnetic-acoustic imaging |
| US7021145B2 (en) * | 2003-07-21 | 2006-04-04 | Horiba Instruments, Inc | Acoustic transducer |
| US7062972B2 (en) * | 2003-07-21 | 2006-06-20 | Horiba Instruments, Inc. | Acoustic transducer |
| US7124621B2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-10-24 | Horiba Instruments, Inc. | Acoustic flowmeter calibration method |
| US7360417B2 (en) * | 2005-01-10 | 2008-04-22 | Gems Sensors, Inc. | Fluid level detector |
| US7888847B2 (en) | 2006-10-24 | 2011-02-15 | Dennis Raymond Dietz | Apodizing ultrasonic lens |
| EP2498920B1 (en) * | 2009-11-09 | 2016-09-14 | Koninklijke Philips N.V. | Curved ultrasonic hifu transducer with pre-formed spherical matching layer |
| US9530955B2 (en) | 2011-11-18 | 2016-12-27 | Acist Medical Systems, Inc. | Ultrasound transducer and processing methods thereof |
| EP2724748A1 (de) * | 2012-10-24 | 2014-04-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschallschwinger mit unterschiedlichen Krümmungsradien |
| US9536511B2 (en) | 2013-12-31 | 2017-01-03 | Acist Medical Systems, Inc. | Ultrasound transducer stack |
| KR101736641B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2017-05-17 | 주식회사 포스코 | 균열 측정 장치 및 방법 |
| US20220379337A1 (en) * | 2019-08-30 | 2022-12-01 | Kyocera Corporation | Coating device, coating film, and coating method |
| WO2023098736A1 (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 武汉联影医疗科技有限公司 | 一种超声换能器和用于制备匹配层的方法 |
| TWI816253B (zh) * | 2021-12-15 | 2023-09-21 | 詠業科技股份有限公司 | 超聲波傳感器 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2645727A (en) * | 1948-03-26 | 1953-07-14 | Bell Telephone Labor Inc | Focusing ultrasonic radiator |
| US4205686A (en) * | 1977-09-09 | 1980-06-03 | Picker Corporation | Ultrasonic transducer and examination method |
| US4184094A (en) * | 1978-06-01 | 1980-01-15 | Advanced Diagnostic Research Corporation | Coupling for a focused ultrasonic transducer |
| US4446395A (en) * | 1981-12-30 | 1984-05-01 | Technicare Corporation | Short ring down, ultrasonic transducer suitable for medical applications |
| JPS5959000A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-04 | Toshiba Corp | 凹面型超音波探触子及びその製造方法 |
| US4659956A (en) * | 1985-01-24 | 1987-04-21 | General Electric Company | Compound focus ultrasonic transducer |
| JPS61292550A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | アレイ形超音波探触子 |
| JPH07121158B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1995-12-20 | オムロン株式会社 | 超音波探触子 |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5151851A patent/JP2927144B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-04-18 US US08/228,902 patent/US5438999A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-21 DE DE69429213T patent/DE69429213T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-21 EP EP94302836A patent/EP0631272B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009510889A (ja) * | 2005-09-27 | 2009-03-12 | 株式会社 メディソン | 超音波診断用プローブ及びこれを用いる超音波診断システム |
| JP2014531255A (ja) * | 2011-09-26 | 2014-11-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 音響レンズを持つ超音波プローブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0631272A3 (en) | 1996-04-24 |
| JP2927144B2 (ja) | 1999-07-28 |
| US5438999A (en) | 1995-08-08 |
| EP0631272A2 (en) | 1994-12-28 |
| DE69429213T2 (de) | 2002-07-11 |
| EP0631272B1 (en) | 2001-11-28 |
| DE69429213D1 (de) | 2002-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2927144B2 (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| US7678054B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosing device | |
| US5582177A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| EP0641606B1 (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| US5438998A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| US4211949A (en) | Wear plate for piezoelectric ultrasonic transducer arrays | |
| US4658176A (en) | Ultrasonic transducer using piezoelectric composite | |
| US5706820A (en) | Ultrasonic transducer with reduced elevation sidelobes and method for the manufacture thereof | |
| US5743855A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| US4880012A (en) | Ultrasonic probe | |
| US20070197917A1 (en) | Continuous-focus ultrasound lens | |
| JPH02253798A (ja) | 圧電変換素子 | |
| JPS58161492A (ja) | リニア・フェーズド・アレイ超音波変換器 | |
| KR102044705B1 (ko) | 복합 구조의 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 | |
| WO1991011145A1 (en) | Ultrasonic nondiffracting transducer | |
| JPS6052823B2 (ja) | 超音波診断装置用プロ−ブ | |
| JPH03270282A (ja) | 複合圧電体 | |
| KR101955787B1 (ko) | 바늘형 초음파 수신기가 적용된 집속 초음파 트랜스듀서 및 그 작동방법 | |
| JPH0759765A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| JP3003489B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP2814903B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP2682342B2 (ja) | 複合圧電体 | |
| JPH08275944A (ja) | 配列型の超音波探触子 | |
| JPH03270599A (ja) | 超音波探触子 | |
| JP3325305B2 (ja) | 超音波探触子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |