JPH08280098A - 超音波探触子用圧電素子 - Google Patents
超音波探触子用圧電素子Info
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高分解能な超音波探触子を容易に作製する。
【構成】 圧電セラミックス１の一方の面に全面電極２
を、もう一方の面に多重リング状の分割電極３を形成し
て圧電素子５を得る。この圧電素子５の分割電極３をベ
ッセル関数と同様な割合に分極する。圧電素子５を用い
て超音波探触子のトランスデューサを作製する。
を、もう一方の面に多重リング状の分割電極３を形成し
て圧電素子５を得る。この圧電素子５の分割電極３をベ
ッセル関数と同様な割合に分極する。圧電素子５を用い
て超音波探触子のトランスデューサを作製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、医療用等で用いる超音
波内視鏡用等において利用される超音波探触子に関し、
詳細には超音波探触子用の圧電素子に関する。
波内視鏡用等において利用される超音波探触子に関し、
詳細には超音波探触子用の圧電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波探触子の一般的な構造は、
「医用超音波機器ハンドブック」，コロナ社，ｐ１８６
等に示される様に、背面負荷材に両面に一対の電極を形
成したＰＺＴで代表されるような圧電セラミックス板か
らなる圧電素子を接着し、更に音響整合層および音響レ
ンズを接着して作製される。
「医用超音波機器ハンドブック」，コロナ社，ｐ１８６
等に示される様に、背面負荷材に両面に一対の電極を形
成したＰＺＴで代表されるような圧電セラミックス板か
らなる圧電素子を接着し、更に音響整合層および音響レ
ンズを接着して作製される。
【０００３】この超音波探触子は、上記圧電素子にパル
サから百〜数百ボルト程度の電圧パルスを印加し、圧電
素子の逆圧電効果により急速に変形を起こさせ、この振
動を音響整合層および音響レンズを通して効率よく被測
定物の方へ超音波を放射させる。放射された超音波パル
スは、医療用途に関しては体内の各組織の界面におい
て、また非破壊検査用に関しては被測定物内部の欠陥等
の非連続部から反射された後に、再び音響レンズおよび
音響整合層を通り圧電素子に振動を加える。この機械的
振動は圧電素子の圧電効果により電気的な信号に変換さ
れ、観測装置によって観測される。
サから百〜数百ボルト程度の電圧パルスを印加し、圧電
素子の逆圧電効果により急速に変形を起こさせ、この振
動を音響整合層および音響レンズを通して効率よく被測
定物の方へ超音波を放射させる。放射された超音波パル
スは、医療用途に関しては体内の各組織の界面におい
て、また非破壊検査用に関しては被測定物内部の欠陥等
の非連続部から反射された後に、再び音響レンズおよび
音響整合層を通り圧電素子に振動を加える。この機械的
振動は圧電素子の圧電効果により電気的な信号に変換さ
れ、観測装置によって観測される。
【０００４】画像化した際の分解能を向上させるための
方法としては、放射する超音波ビームを細くするため
に、前記音響レンズや圧電素子の電極パターンを工夫し
たり、圧電素子自体を凹面化する方法が多々ある。ま
た、電極を数分割し、印加する駆動電圧に差を持たせた
アニュラアレイによる音場整形が試みられている。
方法としては、放射する超音波ビームを細くするため
に、前記音響レンズや圧電素子の電極パターンを工夫し
たり、圧電素子自体を凹面化する方法が多々ある。ま
た、電極を数分割し、印加する駆動電圧に差を持たせた
アニュラアレイによる音場整形が試みられている。
【０００５】また、超音波探触子として、例えば特開平
２−１１１１９８号公報記載の発明がある。上記発明
は、図１０に示すように、例えば、圧電素子５４の表面
片側に全面電極５２を、もう一方に分割電極５３ａ，５
３ｂ，５３ｃを付与したものである。これは、分極強度
を中心の分割電極５３ａに大きな自発分極を持たせ、外
周の分割電極５３ｃにいくほど自発分極を弱くした圧電
素子５４で、この圧電素子５４を使用した超音波探触子
である。
２−１１１１９８号公報記載の発明がある。上記発明
は、図１０に示すように、例えば、圧電素子５４の表面
片側に全面電極５２を、もう一方に分割電極５３ａ，５
３ｂ，５３ｃを付与したものである。これは、分極強度
を中心の分割電極５３ａに大きな自発分極を持たせ、外
周の分割電極５３ｃにいくほど自発分極を弱くした圧電
素子５４で、この圧電素子５４を使用した超音波探触子
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分解能の向上方法にはそれぞれ一長一短があった。具体
的には、現在公知技術である音響レンズや凹型圧電素子
を使用した超音波探触子は、焦点近傍では超音波ビーム
が絞られて分解能の高い画像を得ることが出来るが、焦
点から外れるに従いビーム幅は広くなり画像精度も悪く
なる。そのため、実際に観察可能な至適観察距離は狭く
なってしまうという欠点があった。ここで、超音波探触
子から放射される超音波ビームの音場を測定し、この半
値幅を測定してみると、図１１に示すように、半値幅の
狭い領域が非常に短くなっており、実際に観測可能な至
適観察距離（焦点深度）が狭いことがわかる（図１１の
横軸は超音波ビームを放射する面と測定位置との距離Ｘ
〔ｍｍ〕、縦軸は測定位置でのビーム幅〔ｍｍ〕を示
す）。
分解能の向上方法にはそれぞれ一長一短があった。具体
的には、現在公知技術である音響レンズや凹型圧電素子
を使用した超音波探触子は、焦点近傍では超音波ビーム
が絞られて分解能の高い画像を得ることが出来るが、焦
点から外れるに従いビーム幅は広くなり画像精度も悪く
なる。そのため、実際に観察可能な至適観察距離は狭く
なってしまうという欠点があった。ここで、超音波探触
子から放射される超音波ビームの音場を測定し、この半
値幅を測定してみると、図１１に示すように、半値幅の
狭い領域が非常に短くなっており、実際に観測可能な至
適観察距離（焦点深度）が狭いことがわかる（図１１の
横軸は超音波ビームを放射する面と測定位置との距離Ｘ
〔ｍｍ〕、縦軸は測定位置でのビーム幅〔ｍｍ〕を示
す）。
【０００７】また、アニュラアレイタイプの超音波探触
子を使用すると、パルサを数系統用意するか、回路を工
夫する等して、リング状の各電極にかかる位相を制御す
ることで、超音波ビームの集束点をダイナミックに変化
させる（焦点深度を長くする）ことのできることが知ら
れている。しかしこの方法では、圧電素子に複数のリー
ド線を結線する必要がでてくる。複数のリード線間でノ
イズが入らないようにするにはシールドを確実にする必
要があり、医療用等で使用する超音波探触子には細径化
という点では不向きである。また、前記のように位相を
制御するための複雑な電気回路が必要で観測装置のコス
トが大幅に上がってしまうという欠点がある。
子を使用すると、パルサを数系統用意するか、回路を工
夫する等して、リング状の各電極にかかる位相を制御す
ることで、超音波ビームの集束点をダイナミックに変化
させる（焦点深度を長くする）ことのできることが知ら
れている。しかしこの方法では、圧電素子に複数のリー
ド線を結線する必要がでてくる。複数のリード線間でノ
イズが入らないようにするにはシールドを確実にする必
要があり、医療用等で使用する超音波探触子には細径化
という点では不向きである。また、前記のように位相を
制御するための複雑な電気回路が必要で観測装置のコス
トが大幅に上がってしまうという欠点がある。
【０００８】更に、アニュラアレイタイプの別な使用法
として、凹型振動子の場合は、送信時には全ての部分を
同時に駆動させて超音波を送信し、受信時は観測距離に
応じて受信する部分の面積を増やして分解能を上げると
いう方法がある。しかし、この方法も前記の場合と同様
で、配線が複雑になり製造が困難になるとともに、加算
回路をはじめとする電気回路が複雑になり、コスト的に
も高くなるとともに、信頼性の面も低くなるという欠点
があった。
として、凹型振動子の場合は、送信時には全ての部分を
同時に駆動させて超音波を送信し、受信時は観測距離に
応じて受信する部分の面積を増やして分解能を上げると
いう方法がある。しかし、この方法も前記の場合と同様
で、配線が複雑になり製造が困難になるとともに、加算
回路をはじめとする電気回路が複雑になり、コスト的に
も高くなるとともに、信頼性の面も低くなるという欠点
があった。
【０００９】また、前記特開平２−１１１１９８号公報
記載の発明においては、サイドローブ低減が目的のもの
であり、超音波を集束させる効果は無く、至適観察距離
も短い。
記載の発明においては、サイドローブ低減が目的のもの
であり、超音波を集束させる効果は無く、至適観察距離
も短い。
【００１０】請求項１〜３の目的は、ベッセル関数をも
とに分極強度を重み付けした圧電素子を使用すること
で、音場を整形してラインフォーカス化（焦点深度を長
くする）を図り、比較的簡単な電気回路で使用できる高
分解能な超音波探触子を作製することにある。
とに分極強度を重み付けした圧電素子を使用すること
で、音場を整形してラインフォーカス化（焦点深度を長
くする）を図り、比較的簡単な電気回路で使用できる高
分解能な超音波探触子を作製することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超音
波探触子用の圧電素子において、１つの圧電素子内の位
置により分極電圧を変えて自発分極の大きさに差を持た
せるとともに、該自発分極の大きさはベッセル関数をも
とに決定したことを特徴とする超音波探触子用圧電素子
である。
波探触子用の圧電素子において、１つの圧電素子内の位
置により分極電圧を変えて自発分極の大きさに差を持た
せるとともに、該自発分極の大きさはベッセル関数をも
とに決定したことを特徴とする超音波探触子用圧電素子
である。
【００１２】請求項２の発明は、前記分極時に圧電素子
の少なくとも一方の表面電極を位置により分極強度に差
があるように分割し、分極後に同一面の分割された電極
を結線したことを特徴とする請求項１記載の超音波探触
子用圧電素子である。
の少なくとも一方の表面電極を位置により分極強度に差
があるように分割し、分極後に同一面の分割された電極
を結線したことを特徴とする請求項１記載の超音波探触
子用圧電素子である。
【００１３】請求項３の発明は、前記ベッセル関数のＹ
軸の値がゼロに相当する部分およびその近傍の表面電極
が少なくとも一方に無いことを特徴とする請求項１また
は２記載の超音波探触子用圧電素子である。
軸の値がゼロに相当する部分およびその近傍の表面電極
が少なくとも一方に無いことを特徴とする請求項１また
は２記載の超音波探触子用圧電素子である。
【００１４】
【作用】請求項１の作用は、超音波探触子用の圧電素子
の分極強度を、部分的に分極電圧を変化させることによ
り、ベッセル関数的に分極の重み付けを行う。この圧電
振動子を使用した超音波探触子は、音響整合層を透過し
て疑似的なベッセルビームを観察物へ放射することが可
能である。ベッセルビームは非回折波であり、超音波探
触子から放射された超音波ビームもほとんど拡がること
無く伝搬していく。
の分極強度を、部分的に分極電圧を変化させることによ
り、ベッセル関数的に分極の重み付けを行う。この圧電
振動子を使用した超音波探触子は、音響整合層を透過し
て疑似的なベッセルビームを観察物へ放射することが可
能である。ベッセルビームは非回折波であり、超音波探
触子から放射された超音波ビームもほとんど拡がること
無く伝搬していく。
【００１５】請求項２の作用は、請求項１の作用に加え
て、圧電素子の分極時に圧電素子の少なくとも一方の表
面電極が分割され、この分割された電極にそれぞれ異な
った電圧を印加し、各電極間毎に分極強度を変えたのち
電極を結線もしくは形成して、正負のケーブルがそれぞ
れ１本で駆動可能な圧電素子を超音波探触子に用いた。
て、圧電素子の分極時に圧電素子の少なくとも一方の表
面電極が分割され、この分割された電極にそれぞれ異な
った電圧を印加し、各電極間毎に分極強度を変えたのち
電極を結線もしくは形成して、正負のケーブルがそれぞ
れ１本で駆動可能な圧電素子を超音波探触子に用いた。
【００１６】請求項３の作用は、請求項１または２の作
用に加えて、圧電素子のベッセル関数のＹ軸の値がゼロ
に相当する部分およびその近傍の表面電極が少なくとも
一方に無いため、この近傍は基本的に振動しない状態と
なるように電極パターンを設計した。
用に加えて、圧電素子のベッセル関数のＹ軸の値がゼロ
に相当する部分およびその近傍の表面電極が少なくとも
一方に無いため、この近傍は基本的に振動しない状態と
なるように電極パターンを設計した。
【００１７】
【実施例１】図１〜図７は本実施例を示し、図１は圧電
素子の平面図と断面図、図２はベッセル関数と圧電素子
の分割電極の位置関係を表した断面図、図３はベッセル
関数および圧電素子の分割電極の位置そして分極の方向
と強度を表した図、図４は超音波探触子のトランスデュ
ーサ部の断面図、図５は圧電素子とその分割電極の位置
そして分極の方向と強度を表した図、図６は超音波の音
圧分布のグラフ、図７は半値幅のグラフである。
素子の平面図と断面図、図２はベッセル関数と圧電素子
の分割電極の位置関係を表した断面図、図３はベッセル
関数および圧電素子の分割電極の位置そして分極の方向
と強度を表した図、図４は超音波探触子のトランスデュ
ーサ部の断面図、図５は圧電素子とその分割電極の位置
そして分極の方向と強度を表した図、図６は超音波の音
圧分布のグラフ、図７は半値幅のグラフである。
【００１８】まず、圧電セラミックス１としてＰＺＴ系
の材料でφ１０，厚さ１６０μｍのラッピングした素体
を用意し、この一方の面に銀ペーストを全面に、そして
もう一方の面には多重リングの電極を印刷・焼付けす
る。この多重リング状の電極３は図２に示すように、０
次のベッセル関数をもとにパターン化されたもので、具
体的にはＹ＝０近傍に電極がないような構成になってい
る。この片側が多重リングに分割した電極３を持つ圧電
素子５を下記の様な条件にて分極した。まず、図３に示
すように、ベッセル関数の電極部に相当する部分の平均
値を計算し、図３のベッセル関数と同じグラフに示した
ような分極の割合を決定する。
の材料でφ１０，厚さ１６０μｍのラッピングした素体
を用意し、この一方の面に銀ペーストを全面に、そして
もう一方の面には多重リングの電極を印刷・焼付けす
る。この多重リング状の電極３は図２に示すように、０
次のベッセル関数をもとにパターン化されたもので、具
体的にはＹ＝０近傍に電極がないような構成になってい
る。この片側が多重リングに分割した電極３を持つ圧電
素子５を下記の様な条件にて分極した。まず、図３に示
すように、ベッセル関数の電極部に相当する部分の平均
値を計算し、図３のベッセル関数と同じグラフに示した
ような分極の割合を決定する。
【００１９】そして、この計算値と等しくなるような圧
電定数ｄ33となるように、各電極により分極電圧を変え
て分極していく。分極は８０℃のシリコンバス中で実施
し、あらかじめ材料毎に求めておいた圧電定数ｄ33と分
極電圧をもとに分極した。なお、これも事前に実験して
確認済の結合係数Ｋ33と圧電定数ｄ33の関係から、容易
に測定可能な結合係数Ｋ33から分極の状態を確認した。
なお、ベッセル関数が負の値を持つ領域は分極方向を反
転して分極を行う。
電定数ｄ33となるように、各電極により分極電圧を変え
て分極していく。分極は８０℃のシリコンバス中で実施
し、あらかじめ材料毎に求めておいた圧電定数ｄ33と分
極電圧をもとに分極した。なお、これも事前に実験して
確認済の結合係数Ｋ33と圧電定数ｄ33の関係から、容易
に測定可能な結合係数Ｋ33から分極の状態を確認した。
なお、ベッセル関数が負の値を持つ領域は分極方向を反
転して分極を行う。
【００２０】この様にして得られた圧電素子５の分割し
た側の電極３を導電性樹脂６にて結線した後、絶縁筒１
３を介してＳＵＳ製のハウジング１２に分割電極３が内
側にくるようにハウジング１２に固定する。表面側の全
面電極２からハウジング１２へは導電性樹脂６を使用し
て結線する。その後、表面側の全面電極２表面に音響整
合層７として６０μｍのエポキシ樹脂を形成する。そし
て、リング状に分割した電極３の一箇所とハウジング１
２とに同軸ケーブル１１の芯線９，周線１０をそれぞれ
結線１４する。そして、エポキシとタングステンを混合
した背面負荷材８をリング状に分割した電極３側に注型
して硬化させ、図４に示すような超音波探触子のトラン
スデューサ部１６を作製する。
た側の電極３を導電性樹脂６にて結線した後、絶縁筒１
３を介してＳＵＳ製のハウジング１２に分割電極３が内
側にくるようにハウジング１２に固定する。表面側の全
面電極２からハウジング１２へは導電性樹脂６を使用し
て結線する。その後、表面側の全面電極２表面に音響整
合層７として６０μｍのエポキシ樹脂を形成する。そし
て、リング状に分割した電極３の一箇所とハウジング１
２とに同軸ケーブル１１の芯線９，周線１０をそれぞれ
結線１４する。そして、エポキシとタングステンを混合
した背面負荷材８をリング状に分割した電極３側に注型
して硬化させ、図４に示すような超音波探触子のトラン
スデューサ部１６を作製する。
【００２１】上記構成の様な方法で作製した圧電セラミ
ックス１の断面は、図２下に示すような分極方向と強さ
の圧電素子となる。具体的には、分割電極３の中心付近
の自発分極４の強さは大きく、外周に向かうにつれて電
極間の自発分極４の強さは小さくなっていく。この様な
圧電素子に電圧を印加すると、分極強度の大きい部分は
変形量も多くなり、また、分極方向と印加する電圧の極
性とにより変形の方向が決定される。
ックス１の断面は、図２下に示すような分極方向と強さ
の圧電素子となる。具体的には、分割電極３の中心付近
の自発分極４の強さは大きく、外周に向かうにつれて電
極間の自発分極４の強さは小さくなっていく。この様な
圧電素子に電圧を印加すると、分極強度の大きい部分は
変形量も多くなり、また、分極方向と印加する電圧の極
性とにより変形の方向が決定される。
【００２２】本実施例のように、ベッセル関数に基づい
て圧電素子の分割電極の配置を決定し、分極強度に差を
持たせた圧電素子を用いて、図４に示すようなトランス
デューサを作製し、図示しないパルサーより電圧パルス
を圧電素子５に印加すると、音響整合層７近傍では放射
される超音波ビームはベッセル関数に近似したものとな
る。なお、本実施例では導電性樹脂を用いて多重リング
間を結線しているが、この結線方法は圧電素子の分極が
消極しない温度範囲であればよく、導通さえ得られれば
半田や熱圧着等の他の手法を用いても同様な動作をす
る。
て圧電素子の分割電極の配置を決定し、分極強度に差を
持たせた圧電素子を用いて、図４に示すようなトランス
デューサを作製し、図示しないパルサーより電圧パルス
を圧電素子５に印加すると、音響整合層７近傍では放射
される超音波ビームはベッセル関数に近似したものとな
る。なお、本実施例では導電性樹脂を用いて多重リング
間を結線しているが、この結線方法は圧電素子の分極が
消極しない温度範囲であればよく、導通さえ得られれば
半田や熱圧着等の他の手法を用いても同様な動作をす
る。
【００２３】また、本実施例では０次のベッセル関数
で、中心を除く＋側の山が片側２個、−側の谷が２個の
物を示したが、中心を除く＋側の山が片側１個、−側の
谷が１個以上であれば非回折ビームを実現でき、本実施
例と同様な効果が得られる。図５は中心を除く＋側の山
が片側１個、−側の谷が１個の圧電素子５の分割電極３
の位置そして分極の方向と強度４を表した図である。な
お、図５に示した圧電素子を用いた超音波トランスデュ
ーサに、図示しないパルサーより電圧パルスを圧電素子
に印加すると、音響整合層７近傍では放射される超音波
ビームは、ベッセル関数に近似したものとなる。
で、中心を除く＋側の山が片側２個、−側の谷が２個の
物を示したが、中心を除く＋側の山が片側１個、−側の
谷が１個以上であれば非回折ビームを実現でき、本実施
例と同様な効果が得られる。図５は中心を除く＋側の山
が片側１個、−側の谷が１個の圧電素子５の分割電極３
の位置そして分極の方向と強度４を表した図である。な
お、図５に示した圧電素子を用いた超音波トランスデュ
ーサに、図示しないパルサーより電圧パルスを圧電素子
に印加すると、音響整合層７近傍では放射される超音波
ビームは、ベッセル関数に近似したものとなる。
【００２４】上記音響整合層７近傍（距離約１ｍｍ）の
超音波の音圧分布をハイドロフォンで測定したものが図
６である。この図６は、ベッセル関数（ＪＯ）とベッセ
ル関数形の音圧分布をハイドロフォンで測定した場合の
ハイドロフォンの出力電圧（ＪＯ ａｖｅｒａｇｅ）お
よび音圧の測定結果（Ｙ，Ｚ）を直交する２軸で表した
ものであり、実際の放射音圧が理論値（ＪＯ ａｖｅｒ
ａｇｅ）に非常に近似していることが判る。
超音波の音圧分布をハイドロフォンで測定したものが図
６である。この図６は、ベッセル関数（ＪＯ）とベッセ
ル関数形の音圧分布をハイドロフォンで測定した場合の
ハイドロフォンの出力電圧（ＪＯ ａｖｅｒａｇｅ）お
よび音圧の測定結果（Ｙ，Ｚ）を直交する２軸で表した
ものであり、実際の放射音圧が理論値（ＪＯ ａｖｅｒ
ａｇｅ）に非常に近似していることが判る。
【００２５】ベッセルビームは非回折ビームとして知ら
れているが、本実施例によるトランスデューサの音場を
測定し、半値幅を測定してみると、図７（横軸は超音波
ビームが放射する面と測定位置との距離Ｘ〔ｍｍ〕、縦
軸は測定位置でのビーム幅〔ｍｍ〕）に示すように、半
値幅の狭い領域が非常に長く、従来には見られない至適
観察距離（焦点深度）の長い超音波探触子を作製するこ
とが可能となる。 そのため、同軸ケーブルが１本でパ
ルサーが１系統の超音波探触子という、電気回路および
トランスデューサの構成が簡易で安価な、高分解能の超
音波探触子を作製できる。
れているが、本実施例によるトランスデューサの音場を
測定し、半値幅を測定してみると、図７（横軸は超音波
ビームが放射する面と測定位置との距離Ｘ〔ｍｍ〕、縦
軸は測定位置でのビーム幅〔ｍｍ〕）に示すように、半
値幅の狭い領域が非常に長く、従来には見られない至適
観察距離（焦点深度）の長い超音波探触子を作製するこ
とが可能となる。 そのため、同軸ケーブルが１本でパ
ルサーが１系統の超音波探触子という、電気回路および
トランスデューサの構成が簡易で安価な、高分解能の超
音波探触子を作製できる。
【００２６】尚、本実施例では音響整合層７はエポキシ
樹脂の一層構造であるが、例えばアルミナ等をフィラー
として混入させたエポキシ樹脂とエポキシ樹脂との２層
構造の音響整合層や、マシナブルセラミックスとフィラ
ーの入ったエポキシ樹脂そしてポリエチレンといったよ
うな３層構造の音響整合層を持つものでも当然ながら同
様な効果が得られる。
樹脂の一層構造であるが、例えばアルミナ等をフィラー
として混入させたエポキシ樹脂とエポキシ樹脂との２層
構造の音響整合層や、マシナブルセラミックスとフィラ
ーの入ったエポキシ樹脂そしてポリエチレンといったよ
うな３層構造の音響整合層を持つものでも当然ながら同
様な効果が得られる。
【００２７】また、本実施例ではリング状電極を付与後
分極したが、先に当出願人が提案したように、導電ゴム
等を用いて分極を施し、その後スパッタや蒸着といった
消極しない温度範囲で成膜できる方法で、全面に電極を
付与しても同様な効果を得ることができる。
分極したが、先に当出願人が提案したように、導電ゴム
等を用いて分極を施し、その後スパッタや蒸着といった
消極しない温度範囲で成膜できる方法で、全面に電極を
付与しても同様な効果を得ることができる。
【００２８】
【実施例２】図８は本実施例に使用した電極構成を説明
するための圧電素子断面図ならびにベッセル関数と分極
強度の分布を示した図である。本実施例の基本的な構成
は前記実施例１と同様であり、同一な構成部分には同一
番号を付するとともに、相違点についてのみ述べる。
するための圧電素子断面図ならびにベッセル関数と分極
強度の分布を示した図である。本実施例の基本的な構成
は前記実施例１と同様であり、同一な構成部分には同一
番号を付するとともに、相違点についてのみ述べる。
【００２９】本実施例では、図８に示したような、前記
実施例１のベッセル関数のＸ軸をＸ’軸にずらし、バイ
アスを掛けた状態の関数を基に圧電素子５の分割電極３
の位置を決定し、分極強度を決定した。具体的には、前
記実施例１とは異なり、分極時に分極方向の極性が変わ
らないように出来る位置までＸ軸をずらして電極設計を
行う。また、放射される超音波ビームが目標のビームに
近似するように中心部の電極３を細分化した。なお、こ
の細分化した電極間の距離は分極時にリークしない間隔
として０．１２ｍｍとした。上記のようにして作製した
圧電素子５を用い、前記実施例１と同様な方法で超音波
探触子を作製した。
実施例１のベッセル関数のＸ軸をＸ’軸にずらし、バイ
アスを掛けた状態の関数を基に圧電素子５の分割電極３
の位置を決定し、分極強度を決定した。具体的には、前
記実施例１とは異なり、分極時に分極方向の極性が変わ
らないように出来る位置までＸ軸をずらして電極設計を
行う。また、放射される超音波ビームが目標のビームに
近似するように中心部の電極３を細分化した。なお、こ
の細分化した電極間の距離は分極時にリークしない間隔
として０．１２ｍｍとした。上記のようにして作製した
圧電素子５を用い、前記実施例１と同様な方法で超音波
探触子を作製した。
【００３０】上記構成のような方法で作製した圧電セラ
ミックス１の断面の自発分極の方向と強度４は図８の矢
印として示したような状態である。分極方向は全て同一
で、中心部の分極強度が最も高いような状態である。こ
の圧電素子に電圧パルスを印加すると、変位する部位は
全て同方向に瞬時に変形し、音響整合層７表面から放射
される超音波はバイアスを加えたベッセル関数に近似す
る。この超音波探触子も前記実施例１と同様に非回折ビ
ームを放射する。
ミックス１の断面の自発分極の方向と強度４は図８の矢
印として示したような状態である。分極方向は全て同一
で、中心部の分極強度が最も高いような状態である。こ
の圧電素子に電圧パルスを印加すると、変位する部位は
全て同方向に瞬時に変形し、音響整合層７表面から放射
される超音波はバイアスを加えたベッセル関数に近似す
る。この超音波探触子も前記実施例１と同様に非回折ビ
ームを放射する。
【００３１】前記実施例１と同様にベッセルビームを放
射することができるため、本実施例によるトランスデュ
ーサの音場を測定すると半値幅の狭い領域が非常に長
く、従来には見られない至適観察距離（焦点深度）の長
い超音波探触子を作製することが可能となる。また、圧
電素子は同一極性であるため、分極も容易で隣接する電
極部位に悪影響を及ぼしにくく、圧電素子の作製は更に
容易となる。そして前記実施例１と同様に、電気回路お
よびトランスデューサの構成が簡易で作製が容易であ
り、安価な高分解能の超音波探触子を作製できる。
射することができるため、本実施例によるトランスデュ
ーサの音場を測定すると半値幅の狭い領域が非常に長
く、従来には見られない至適観察距離（焦点深度）の長
い超音波探触子を作製することが可能となる。また、圧
電素子は同一極性であるため、分極も容易で隣接する電
極部位に悪影響を及ぼしにくく、圧電素子の作製は更に
容易となる。そして前記実施例１と同様に、電気回路お
よびトランスデューサの構成が簡易で作製が容易であ
り、安価な高分解能の超音波探触子を作製できる。
【００３２】
【実施例３】図９は本実施例に使用した電極構成を説明
するための圧電素子断面図ならびにベッセル関数と分極
強度の分布を示した図である。本実施例の基本的な構成
は前記実施例１と同様であり、同一な構成部分には同一
番号を付すとともに、相違点についてのみ述べる。
するための圧電素子断面図ならびにベッセル関数と分極
強度の分布を示した図である。本実施例の基本的な構成
は前記実施例１と同様であり、同一な構成部分には同一
番号を付すとともに、相違点についてのみ述べる。
【００３３】本実施例では、図９に示したような前記実
施例１のベッセル関数を２乗した関数を基に圧電素子５
の分割電極３の位置を決定し、分極強度を決定した。具
体的には、前記実施例２と同様に、放射される超音波ビ
ームが目標のビームに近似するように中心部の電極３を
細分化した。なお、この細分化した電極間の距離は精度
の出せる銀の蒸着電極を採用することで、分極時にリー
クしない０．１ｍｍとした。上記のようにして作製した
圧電素子を用い、前記実施例１と同様な方法で超音波探
触子を作製した。
施例１のベッセル関数を２乗した関数を基に圧電素子５
の分割電極３の位置を決定し、分極強度を決定した。具
体的には、前記実施例２と同様に、放射される超音波ビ
ームが目標のビームに近似するように中心部の電極３を
細分化した。なお、この細分化した電極間の距離は精度
の出せる銀の蒸着電極を採用することで、分極時にリー
クしない０．１ｍｍとした。上記のようにして作製した
圧電素子を用い、前記実施例１と同様な方法で超音波探
触子を作製した。
【００３４】上記構成のような方法で作製した圧電セラ
ミックス１の断面の自発分極の方向と強度４は図９の矢
印として示したような状態である。分極方向は全て同一
で、中心部の分極強度が最も高いような状態である。こ
の圧電素子に電圧パルスを印加すると、変移する部位は
全て同方向に瞬時に変形し、音響整合層７表面から放射
される超音波はベッセル関数の２乗に近似する。この超
音波探触子も前記実施例１と同様に非回折ビームを放射
する。前記各実施例と異なる点は、中心部の分極強度が
周囲の分極強度に対して大きいことで、このため周囲の
ビームに対してメインビームが大きくなる。
ミックス１の断面の自発分極の方向と強度４は図９の矢
印として示したような状態である。分極方向は全て同一
で、中心部の分極強度が最も高いような状態である。こ
の圧電素子に電圧パルスを印加すると、変移する部位は
全て同方向に瞬時に変形し、音響整合層７表面から放射
される超音波はベッセル関数の２乗に近似する。この超
音波探触子も前記実施例１と同様に非回折ビームを放射
する。前記各実施例と異なる点は、中心部の分極強度が
周囲の分極強度に対して大きいことで、このため周囲の
ビームに対してメインビームが大きくなる。
【００３５】前記実施例１と同様にベッセルビームを放
射することができるため、本実施例によるトランスデュ
ーサの音場を測定すると半値幅の狭い領域が非常に長
く、従来には見られない至適観察距離（焦点深度）の長
い超音波探触子を作製することが可能となる。また、圧
電素子は同一極性であるため、分極も容易で隣接する電
極部位に悪影響を及ぼしにくく、圧電素子の作製は更に
容易となる。そして、メインビームが周囲のビームに対
して大きいため、更に高分解能な超音波探触子の製造が
可能となる。また、前記実施例１と同様に、電気回路お
よびトランスデューサの構成が簡易で作製が容易であ
り、安価な高分解能の超音波探触子を作製できる。
射することができるため、本実施例によるトランスデュ
ーサの音場を測定すると半値幅の狭い領域が非常に長
く、従来には見られない至適観察距離（焦点深度）の長
い超音波探触子を作製することが可能となる。また、圧
電素子は同一極性であるため、分極も容易で隣接する電
極部位に悪影響を及ぼしにくく、圧電素子の作製は更に
容易となる。そして、メインビームが周囲のビームに対
して大きいため、更に高分解能な超音波探触子の製造が
可能となる。また、前記実施例１と同様に、電気回路お
よびトランスデューサの構成が簡易で作製が容易であ
り、安価な高分解能の超音波探触子を作製できる。
【００３６】
【発明の効果】請求項１の効果は、ベッセル関数をもと
にした電極パターンおよび分極強度を有する圧電素子を
使用することで、１系統のパルサでも非回折ビームの音
場整形ができ、高分解能な超音波探触子を容易に作製す
ることができる。請求項２の効果は、請求項１の効果に
加え、容易に音場整形可能な超音波探触子用の圧電素子
の分極ができる。請求項３の効果は、請求項１または２
の効果に加え、容易に電極パターンの設計ができるとと
もに、圧電素子を効率的に使用できる。
にした電極パターンおよび分極強度を有する圧電素子を
使用することで、１系統のパルサでも非回折ビームの音
場整形ができ、高分解能な超音波探触子を容易に作製す
ることができる。請求項２の効果は、請求項１の効果に
加え、容易に音場整形可能な超音波探触子用の圧電素子
の分極ができる。請求項３の効果は、請求項１または２
の効果に加え、容易に電極パターンの設計ができるとと
もに、圧電素子を効率的に使用できる。
【図１】実施例１を示す平面図と断面図である。
【図２】実施例１を示すグラフと断面図である。
【図３】実施例１を示すグラフと断面図である。
【図４】実施例１を示す断面図である。
【図５】実施例１を示すグラフと断面図である。
【図６】実施例１を示すグラフである。
【図７】実施例１を示すグラフである。
【図８】実施例２を示すグラフと断面図である。
【図９】実施例３を示すグラフと断面図である。
【図１０】従来例を示し、ａは断面図、ｂは平面図であ
る。
る。
【図１１】従来例を示すグラフである。
１ 圧電セラミックス ２ 電極（ＧＮＤ） ３ 分割電極 ４ 自発分極の方向・大きさ ５ 圧電素子 ６ 導電性樹脂 ７ 音響整合層 ８ 背面負荷材 ９ 芯線（＋） １０ 周線（ＧＮＤ） １１ 同軸ケーブル １２ ハウジング １３ 絶縁筒 １４ 半田 １５ 封止樹脂 １６ トランスデューサ部
Claims (3)
- 【請求項１】 超音波探触子用の圧電素子において、１
つの圧電素子内の位置により分極電圧を変えて自発分極
の大きさに差を持たせるとともに、該自発分極の大きさ
はベッセル関数をもとに決定したことを特徴とする超音
波探触子用圧電素子。 - 【請求項２】 前記分極時に圧電素子の少なくとも一方
の表面電極を位置により分極強度に差があるように分割
し、分極後に同一面の分割された電極を結線したことを
特徴とする請求項１記載の超音波探触子用圧電素子。 - 【請求項３】 前記ベッセル関数のＹ軸の値がゼロに相
当する部分およびその近傍の表面電極が少なくとも一方
に無いことを特徴とする請求項１または２記載の超音波
探触子用圧電素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7082199A JPH08280098A (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 超音波探触子用圧電素子 |
| US08/629,312 US5884627A (en) | 1995-04-07 | 1996-04-08 | Ultrasonic probe, ultrasonic probe device. process for producing piezoelectric element for use in ultrasonic probe and ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment and system using ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7082199A JPH08280098A (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 超音波探触子用圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08280098A true JPH08280098A (ja) | 1996-10-22 |
Family
ID=13767766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7082199A Pending JPH08280098A (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 超音波探触子用圧電素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5884627A (ja) |
| JP (1) | JPH08280098A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7288069B2 (en) * | 2000-02-07 | 2007-10-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe and method of manufacturing the same |
| US6471653B1 (en) | 2000-11-02 | 2002-10-29 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | Transesophageal ultrasound probe with motor in the tip for scan-plane rotation |
| US20030195415A1 (en) * | 2002-02-14 | 2003-10-16 | Iddan Gavriel J. | Device, system and method for accoustic in-vivo measuring |
| US6783495B2 (en) * | 2002-03-19 | 2004-08-31 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic diagnosing apparatus |
| JP4004396B2 (ja) * | 2002-12-19 | 2007-11-07 | オリンパス株式会社 | 超音波振動子 |
| EP1542005B1 (en) * | 2003-12-09 | 2007-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe with conductive acoustic matching layer |
| EP1899720A2 (en) * | 2005-06-29 | 2008-03-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optimized temperature measurement in an ultrasound transducer |
| JP5129004B2 (ja) * | 2008-04-16 | 2013-01-23 | オリンパス株式会社 | 内視鏡装置 |
| JP2010005374A (ja) * | 2008-05-28 | 2010-01-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 短軸運動型の超音波探触子 |
| US20100256502A1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-10-07 | General Electric Company | Materials and processes for bonding acoustically neutral structures for use in ultrasound catheters |
| CN103269645B (zh) * | 2011-09-09 | 2015-06-03 | 奥林巴斯医疗株式会社 | 超声波内窥镜 |
| KR101456925B1 (ko) * | 2012-08-22 | 2014-11-03 | 알피니언메디칼시스템 주식회사 | 디폴링된 압전체를 이용한 초음파 프로브 제조방법 |
| CN113648551A (zh) * | 2013-03-08 | 2021-11-16 | 奥赛拉公司 | 用于多焦点超声治疗的装置和方法 |
| CN105705255B (zh) * | 2013-11-04 | 2019-02-15 | 皇家飞利浦有限公司 | 单元件超声波换能器的大批量制造 |
| DK3178570T3 (da) * | 2015-12-07 | 2019-05-06 | Danfoss As | Ultralydstransducer og fremgangsmåde til fremstilling af en ultralydstransducer |
| CN108852414A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-11-23 | 深圳市德力凯医疗设备股份有限公司 | 一种经颅三维脑血管成像方法及系统 |
| CN110456532B (zh) * | 2019-07-17 | 2021-01-05 | 腾景科技股份有限公司 | 一种超快声光调制器 |
| CN110479569B (zh) * | 2019-08-27 | 2021-03-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种可调柱状均匀近场超声换能器 |
| CN115227989B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-05-28 | 苏州思萃电子功能材料技术研究所有限公司 | 一种可调节近场区的超声波探头及调节方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4431936A (en) * | 1982-02-18 | 1984-02-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Transducer structure for generating uniform and focused ultrasonic beams and applications thereof |
| US5081995A (en) * | 1990-01-29 | 1992-01-21 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Ultrasonic nondiffracting transducer |
| US5415175A (en) * | 1993-09-07 | 1995-05-16 | Acuson Corporation | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof |
-
1995
- 1995-04-07 JP JP7082199A patent/JPH08280098A/ja active Pending
-
1996
- 1996-04-08 US US08/629,312 patent/US5884627A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5884627A (en) | 1999-03-23 |
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| AU688334B2 (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031007 |