JPH0851689A - 超音波変換器 - Google Patents

超音波変換器

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JPH0851689A
JPH0851689A JP7051656A JP5165695A JPH0851689A JP H0851689 A JPH0851689 A JP H0851689A JP 7051656 A JP7051656 A JP 7051656A JP 5165695 A JP5165695 A JP 5165695A JP H0851689 A JPH0851689 A JP H0851689A
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JP
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lens
transducer
ultrasonic
voltage
ultrasonic energy
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Application number
JP7051656A
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English (en)
Inventor
Peter W Lorraine
ピーター・ウイリアム・ローレイン
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検査しようとする物体の関心のある領域内
で、その超音波エネルギをダイナミックに方向決めする
こと及び／又は集束することのできる超音波変換器を提
供する。 【構成】 超音波変換器が、所定の伝搬速度で変換器の
軸線８に沿って伝搬する超音波エネルギを発生する変換
器素子４と、変換器素子４に音響結合されており、超音
波エネルギを受け取るように位置決めされた入力面１４
を有しているレンズ１０とを有している。レンズ１０
は、超音波エネルギがレンズを通過するときの伝搬速度
を選択的に制御することができるように、電圧依存性の
音響特性を有する電気レオロジ流体１６を内部に含んで
いる。電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体
を内部に有している音響整合層１２及び支持層５８が設
けられており、電圧制御装置を用いて層に対して電圧を
選択的に印加することにより、層の音響特性を選択的に
変更することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との関係】本発明は、１９９３年１２月８日
に出願され、本出願と同じ被譲渡人に譲渡された発明の
名称「超音波エネルギ・ビームをダイナミックに集束し
て方向決めするための磁歪レンズを有している超音波変
換器」という係属中の米国特許出願番号第０８／１６２
９９８号と関連する。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波変換器に関し、
更に具体的に言えば、超音波エネルギ・ビームをダイナ
ミックに集束して方向決めするための電気レオロジ流体
をその内部に有する音響素子を有している超音波変換器
に関する。
【０００３】
【発明の背景】医療用又は工業用の超音波変換器は、一
対の電極の間に挟まれた１つ又は更に多くの圧電素子を
含んでいる。電極は電圧源に接続されており、電極に電
圧が印加されたときに、圧電素子は印加電圧の周波数に
対応する周波数で励振される。その結果、圧電素子は、
その圧電素子が結合されている媒質に対して、励振パル
スに対応する周波数で超音波ビームを放出する。逆に、
超音波ビームが圧電素子に入射すると、素子は対応する
電圧をその電極の間に発生する。
【０００４】選択的に超音波ビームを送信すると共にそ
の超音波ビームからのエコー信号を受け取ることによ
り、超音波変換器を用いて、医療用及び工業用の種々の
材料の非破壊的な評価（ＮＤＥ）を行うことができる。
例えば、金属内のきず、異常に大きな結晶粒、又はその
他任意の関心の持たれる兆候を確認するために、チタン
等のような結晶粒の大きい金属で作製された金属物品又
は製造部品の超音波パルス・エコー検査に超音波変換器
が用いられている。
【０００５】空間的な分解能を持たせるために、超音波
検査システムは、変換器から放出される音波を集束する
と共に方向決めするための何らかの方式を取り入れてい
なければならない。物体を完全に検査するためには、検
査される物体に対して種々の位置に超音波エネルギ・ビ
ームを集束させること及び／又は方向決めすることが必
要である。例えば、検査システムは、物体内部の種々の
深さの所にこの音波のビームを集束することができた
り、及び／又は物体の上又は内部の種々の位置に音波の
ビームを方向決めすることが望ましい。言い換えれば、
超音波検査システムは、物体の関心の持たれている領域
全体を超音波エネルギ・ビームで走査することができる
ようにする手段を必要とする。関心のある領域は、物体
上又は物体内を通る１次元の線であることもあるし、物
体内部の２次元の平面であることもあるし、又は物体の
３次元の断面であることもある。このため、超音波検査
システムは、特定の用途及び関心が持たれる領域に従っ
て物体を走査するのに必要なすべての次元で音波ビーム
を制御することを必要とする。
【０００６】
【従来の技術】従来、音波ビームを、変換器の最適性能
領域を区切る１つ又は２つの方向のいずれかに局限し又
は集束させるために、周囲の媒質とは異なる音速を有す
る材料で構成された固定焦点レンズが超音波変換器に用
いられている。典型的には、固定焦点レンズを用いると
き、関心のある領域全体を走査するためには、変換器を
検査される物体に対して物理的に移動又は並進させなけ
ればならない。このため、固定焦点レンズを用いること
は、関心のある領域に対して変換器を動かす機械的な並
進装置を必要とするという欠点がある。並進装置を設け
ることが、超音波検査装置のコスト及び複雑さを著しく
高めることは言うまでもない。
【０００７】関心のある領域を走査するために用いられ
ている他の方法は、配列として配置されると共に別々の
電圧で駆動される複数の圧電素子を設けることである。
印加される電圧の遅延時間（又は位相）及び振幅を制御
することにより、圧電素子によって発生された超音波ビ
ームを組み合わせて、関心のある領域内の選択された１
点に正味の超音波ビームを集束させることができる。印
加電圧の遅延時間及び振幅を制御することにより、この
焦点を像平面内で選択的に移動させ又は合成して、関心
のある領域を走査することができる。超音波をある平面
内に方向決めして集束させるために１次元（１Ｄ）位相
調整アレイが用いられており、このアレイと共に固定焦
点レンズを用いて、この平面の外への集束作用を行って
いる。この形式の超音波作像は、「位相調整アレイ扇形
走査」又は「ＰＡＳＳ」と呼ばれている。
【０００８】ＰＡＳＳ方式にはかなりの検査能力がある
が、ＰＡＳＳ方式を用いて焦点を合成するためには、配
列の各々の変換器素子に対する信号に遅延時間（及び／
又は位相シフト）を持たせるために、かなり多数の電子
部品を必要とする。このため、ＰＡＳＳ方式の主な欠点
は、このようなかなり多数の電子部品が作像システムの
コスト及び複雑さを相当高めることである。
【０００９】容積（３Ｄ）検査には、機械的な並進、又
は２次元位相調整アレイの使用を必要とする。位相調整
アレイはコストがかかると共に複雑であるため、１次元
（１Ｄ）配列のみを用いることが典型的である。このた
め、１Ｄ位相調整アレイを有している検査システムを用
いて容積（３Ｄ）検査を行うためには、関心のある領域
に対してアレイを機械的に並進させる手段を設けること
が必要になる。超音波検査システムにおいて、位相調整
アレイの電子回路を設けることと、機械的な並進を行え
るようにすることとの両方を実現することは、そのコス
ト及び複雑さを著しく高める。
【００１０】従来の検査システムの他の欠点は、そのシ
ステムに用いられている整合層及び支持層が一定の又は
静的な音響特性を有しており、その音響特性が最適の性
能を有するのは小さな範囲のみであることである。この
ため、例えば検査システム内の他の音響素子を変更した
ときに、整合層及び支持層の音響特性をダイナミックに
変えて最適の性能特性を持たせることができない。
【００１１】従来の検査システムの欠点があるため、か
なり多数の電子部品及び／又は機械的な並進手段を必要
としないで済ますような形で、超音波エネルギ・ビーム
をダイナミックに集束させること及び／又は方向決めす
ることができる改良された超音波変換器に対する要望が
ある。当業界には、ダイナミックに調節自在の音響特性
を有しており、超音波検査システムに用いるための改良
された整合層及び支持層に対する要望もある。
【００１２】
【発明の要約】本発明の主な目的は、それを用いて検査
しようとする物体の関心のある領域内で、その超音波エ
ネルギをダイナミックに方向決めすること及び／又は集
束することができるような超音波変換器を提供すること
にある。本発明の更に特定の目的は、従来の変換器装置
よりも一層安く且つそれほど複雑でない超音波変換器を
提供することにある。
【００１３】本発明の他の目的は、機械的な並進を必要
とせずに、像品質が最適である位置を選択的に且つダイ
ナミックに変更することができるような可変焦点レンズ
を有している超音波変換器を提供することにある。本発
明の他の目的は、位相調整アレイの電子回路及び／又は
機械的な並進手段を必要とせずに、完全な容積作像を可
能にするダイナミックに調節自在の方向決めレンズを有
している超音波変換器を提供することにある。
【００１４】本発明の他の目的は、その音響素子が、音
速、減衰及び／又は非線形性を含めて、電圧依存性の音
響特性を有しているような超音波変換器を提供すること
にある。本発明の他の目的は、その最適性能の範囲をダ
イナミックに調節することができるように、電圧依存性
の音響特性を有する音響整合層及び／又は支持層を有し
ている超音波変換器を提供することにある。
【００１５】上述及びその他の目的及び利点が、本発明
が提供する超音波変換器によって達成される。この超音
波変換器は、所定の伝搬速度で変換器の軸線に沿って伝
搬する超音波エネルギを発生し、この変換器素子に音響
結合されているレンズが、音響エネルギを受け取るよう
に位置決めされた入力面を有しており、レンズは、超音
波エネルギがレンズを通過するときの伝搬速度を選択的
に制御することができるようにするために、レンズの内
部に電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体を
含んでいる。
【００１６】本発明の一面によれば、超音波変換器は更
に、超音波エネルギがレンズを通過するときに超音波エ
ネルギの伝搬速度を選択的に制御するために、レンズに
対して電圧を制御自在に印加する手段を含んでいる。本
発明の一実施例によれば、レンズは、弯曲面を有する出
力面を有している集束レンズであり、変換器は更に、レ
ンズに電圧を制御自在に印加してその焦点を選択的に制
御する手段を含んでいる。
【００１７】本発明の他の実施例によれば、レンズは、
変換器の軸線に対して所定の角度に位置決めされた実質
的に平面状の出力面を有している方向決めレンズであ
り、変換器は更に、レンズに対して電圧を制御自在に印
加して、変換器の軸線に対して所定の角度に超音波エネ
ルギを選択的に方向決めする手段を含んでいる。本発明
の他の実施例によれば、変換器は、配列状に設けられて
いる複数の変換器素子を含んでおり、レンズは、像平面
内にある線に沿って超音波を集束する集束レンズであ
り、変換器は更に、レンズに電圧を制御自在に印加して
像平面内で線を選択的に位置決めする手段を含んでい
る。
【００１８】本発明の更に他の実施例によれば、変換器
は、配列状に設けられていると共に所与の像平面を有し
ている複数の変換器素子を含んでおり、レンズは、変換
器の軸線に対して所定の角度に位置決めされた実質的に
平面状の出力面を有している方向決めレンズであり、変
換器は更に、レンズに対して電圧を制御自在に印加して
像平面を選択的に回転させる手段を含んでいる。
【００１９】本発明の他の実施例によれば、集束レンズ
及び方向決めレンズの内部に電気レオロジ流体が設けら
れており、超音波エネルギを像平面内で選択的に方向決
めして集束することができるようにするために、集束レ
ンズ及び方向決めレンズに対して電圧を制御自在に印加
する手段がそれぞれ設けられている。本発明の他の一面
によれば、変換器は、変換器の軸線に対してある角度に
位置決めされた面を有している音響支持層を含んでお
り、この支持層は内部に、それに対して電圧を制御自在
に印加することにより支持層の音響特性を選択的に変更
することができるようにするための電気レオロジ流体を
含んでいる。
【００２０】本発明の他の一面によれば、変換器は、そ
れに対して電圧を制御自在に印加することにより整合層
の音響特性を選択的に変更することができるようにする
ための電気レオロジ流体をその内部に有している音響整
合層を含んでいる。本発明のその他の目的及び利点は、
以下図面について説明させるところから明らかになる。
【００２１】
【実施例】次に図面について説明するが、図面全体にわ
たり、同様な部分には同じ参照番号を用いている。特に
図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２を参照すると、図１
（Ａ）は本発明に従って構成された超音波変換器２を示
し、超音波変換器２は、超音波作像システム（図面に示
していない）に用いようとするものである。変換器２
は、超音波検査システムの当業者には一般的に知られて
いるような圧電変換器素子４を含んでいる。変換器素子
４は超音波エネルギ・ビーム６を発生する。ビーム６は
最初は、変換器の軸線８に沿って所定の伝搬速度で伝搬
する。レンズ１０が変換器素子４に対して、直接的に、
又は図２に示すようにビーム整合層１２を用いることに
より間接的に、音響結合されている。レンズ１０の入力
面１４が、変換器の軸線８に関して超音波エネルギ・ビ
ーム６を受け取ると共に、超音波エネルギ６にレンズ１
０を通過させるような角度に位置決めされている。入力
面１４は、変換器の軸線８に対して９０°の角度に位置
決めされていることが好ましいが、任意の適当な角度を
用いることができる。
【００２２】図２に示すように、レンズ１０は内部に、
電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体１６を
含んでいる。言い換えれば、電気レオロジ流体１６は、
音速、減衰及び／又は非線形性を含めて、それに対して
電界を印加することによって変更又は調節することので
きるような音響特性を有している。このため、それに対
して電圧を選択的に印加することにより、電気レオロジ
流体、従ってレンズの音響特性をダイナミックに制御す
ることができる。このため、この結果としてレンズ１０
が音響エネルギ６に対して有する効果は、それに対して
電圧を制御自在に印加することによって、所望の結果に
従ってダイナミックに変えることができる。
【００２３】レンズ１０は、このレンズを用いる特定の
用途に応じて、方向決めレンズ、集束レンズ又はその他
の任意の適当な形のレンズであってもよい。レンズ１０
が集束レンズ、即ち弯曲した出力面１８を有しているレ
ンズである場合には、レンズ１０に印加される電圧を変
えると、レンズ内を通過する超音波エネルギ６の音速も
変化する。その結果、超音波エネルギ６がレンズ１０を
通過するときの速度を変えることにより、レンズの焦
点、又は変換器の最大感度の領域を制御し且つダイナミ
ックに変えることができる。このため、電気レオロジ流
体１６は、レンズ１０がダイナミックに可変の焦点を有
することができるようにする。
【００２４】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、
レンズ１０は適当な電圧発生器／制御器装置２０に接続
されている。装置２０は、レンズ１０に対して電圧を選
択的に印加して、レンズ内での超音波の伝搬速度を増減
させることができる。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す
可変焦点レンズ１０の１つの用途は、その中にきず２４
が存在するかどうかを検出するために、製造部品２２等
を検査するために用いられる超音波検査システムであ
る。本発明によるダイナミックに調節自在なレンズ１０
の利点は、レンズ１０の焦点２６、及び最大感度の領域
２８を部品２２内の種々の深さの所に移動させて、きず
２４を検出する確率を一層高くすることができることで
ある。例えば、図１（Ａ）に示すように、レンズ１０に
電圧Ｖ1 を印加したとき、レンズ１０の焦点２６は、検
査される部品２２内の比較的深い所に入っている。他
方、図１（Ｂ）に示すように、電圧をＶ1 からＶ2 に増
加させると、レンズ１０内での超音波エネルギ６の伝搬
速度が増加し、こうしてレンズ１０の焦点２６は、変換
器２に一層近い点に移動する。言い換えれば、図２に示
すように、レンズ１０の焦点距離は、第１の電圧Ｖ1 に
対応する第１の焦点距離Ｒ1 から、第１の電圧Ｖ1 より
も大きい第２の電圧Ｖ2 に対応する第２の焦点距離Ｒ2
に調節することができる。このため、本発明の可変焦点
レンズ１０は、検査される物体に対する焦点を変えるた
めに、固定焦点レンズであれば機械的な並進か又は異な
る変換器素子を必要とするような、材料の非破壊的な評
価（ＮＤＤ）に従来用いられていた固定焦点レンズの代
わりに有利に置き換えるために用いることができる。本
発明の可変焦点レンズ１０は、検査される材料内の種々
の深さの所にきずが分布しているときに、きずの検出能
力を一層高めることができる。本発明の可変焦点レンズ
は、固定焦点システムよりも融通性及び速度が一層高く
なる。
【００２５】図２に示すように、レンズ１０はその内部
に、電気レオロジ流体を収納している外側ハウジング部
材又は殻体３０を含んでいる。流体１６に電界を印加す
ることができるようにするために、電圧制御装置２０と
接続するための電極（図面に示していない）が殻体３０
の内側に設けられている。一般的に、電気レオロジ流体
１６は、絶縁流体内に浮動する誘電体粒子で構成されて
おり、この流体は電圧依存性の流動特性を有している。
電圧制御装置２０から流体１６に電圧が印加されたとき
に、通常は流体内に不規則に分散している粒子が、バイ
アス電極の間で粒子の列又は「チェーン」に整合する。
粒子が不規則に分散していないで整合すると、レンズ１
０を通過する超音波エネルギの伝搬速度が高くなる。言
い換えれば、電界が存在することにより、流体１６の機
能的な形のモデュラスが粒子の配向変化と共に変化す
る。本発明では、上に述べた電気レオロジ流体の性質を
有利に利用して、流体に対して印加される電界を変える
ことにより、流体を通過するときの超音波エネルギの伝
搬速度をダイナミックに変えることができる。
【００２６】電気レオロジ流体は公知であり、従来、例
えば自動車用のクラッチ及びショック・アブソーバ・シ
ステムに用いられてきた。本発明の変換器２には、電圧
依存性の音響特性を有している任意の公知の電気レオロ
ジ流体を用いることができる。例えば、コーン・スター
チと、植物油との組み合わせが電気レオロジ流体にな
る。電気レオロジ流体内の粒子状材料は、非常に硬いも
のか、又は高い誘電率を有するモジュラスの大きいもの
を選択して、電界が印加されたときに、粒子が容易に向
きを変え易くすることが好ましい。このため、好ましい
電気レオロジ流体は、高い音響インピーダンス又は高い
音速を有する硬い粒子状の相を有している。好ましい粒
子状材料の一例は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の
ような圧電材料である。粒子状材料を取り囲んでいる流
体は、絶縁耐力の高いシリコンを基本としたオイルにし
て、それに対して電圧が印加されたときに、材料が劣化
したり破壊されることがないようにすることが好まし
い。用いられる特定の電気レオロジ流体は、本発明を用
いる特定の用途によって選択された設計パラメータであ
る。殻体３０に用いられる特定の材料の選択も設計パラ
メータであって、当業者であればわかるように、その中
を通過する音波ビームに対して適当な音響結合をするよ
うに選択的に選ぶことができる。
【００２７】次に図３に示す他の実施例について説明す
ると、変換器２は、位相調整アレイ３４を構成している
複数の変換器素子３２と、その内部に電圧依存性の音響
特性を有する電気レオロジ流体を入れた細長い集束レン
ズ１０とを含んでいる。位相調整アレイ３４は、公知の
ように、これを用いて位相調整アレイ扇形走査、即ちＰ
ＡＳＳを実施することができるようにするための位相調
整アレイ電子回路（図面に示していない）を含んでい
る。レンズ１０は、変換器素子３２から放出された超音
波エネルギを、超音波エネルギがその中を通過するとき
の伝搬速度に応じて、像平面３６内の特定の深さの所に
集束する。超音波検査システムは、超音波エネルギが集
束された位置で最善の分解能を有するので、その焦点距
離を調節できることが望ましい。本発明によれば、前に
詳しく説明したように、電圧制御装置（図面に示してい
ない）を用いることによって、それに対して電圧を選択
的に印加することにより、超音波エネルギが集束される
深さをダイナミックに調節する。例えば、レンズ１０に
印加される電圧を変えることにより、音波が集束される
深さを、像平面３６内で線３８から線４０にダイナミッ
クに変えることができる。このため、本発明のレンズ１
０は、医療用及び／又は工業用の検査システムに位相調
整アレイ変換器と共に用いられる固定焦点レンズの代わ
りとして、有利に用いられ、こうして変換器の機械的な
並進の必要を省くことができる。
【００２８】次に図４の実施例について説明すると、集
束レンズではなく、方向決めレンズ１０が示されてい
る。方向決めレンズ１０は前に述べた集束レンズと同様
であるが、その出力面４２が、弯曲面ではなくて平面状
の面である点が異なる。レンズ１０の出力面４２は、変
換器の軸線８に対して所定の角度に位置決めされてい
る。レンズ１０の出力面４２によって、像平面４４が変
換器の軸線８に対して屈折角θだけ回転し、こうして回
転した像平面４６になる。方向決めレンズ１０に電圧を
制御自在に印加することにより、レンズを通過する超音
波エネルギの伝搬速度を選択的に制御し、こうして回転
させた像平面４６の回転角θをダイナミックに調節する
ことができる。このため、２Ｄ位相調整アレイ又は変換
器の機械的な並進を必要とせずに、本発明によって完全
な容積（３Ｄ）作像を達成することができる。本発明に
よれば、集束レンズ１０の代わりに、図１（Ａ）及び図
１（Ｂ）の実施例で方向決めレンズを用いて、超音波エ
ネルギ６を部品２２内の種々の位置にダイナミックに方
向決めすることができる。
【００２９】次に図５に示す本発明の他の実施例は、前
に述べた従来の１次元（１Ｄ）位相調整アレイ変換器の
代わりに用いることができる。変換器２は、所定の伝搬
速度で変換器の軸線８に沿って伝搬する超音波エネルギ
を発生する１つの変換器素子４８を含んでいる。電圧依
存性の音響特性を有する電気レオロジ流体を内部に有し
ている集束レンズ５０が設けられており、像平面５２内
の変換器の軸線８に沿った選択された距離の所に超音波
エネルギをダイナミックに集束させる。集束レンズ５０
は、前に図１（Ａ）及び図１（Ｂ）について述べたレン
ズ１０と同様である。電圧発生器／制御器装置（図面に
示してない）がレンズ５０に接続されており、レンズに
対して電圧を制御自在に印加して、レンズを通過する超
音波エネルギの伝搬速度を選択的に調節し、こうしてそ
の焦点距離を変えることができる。
【００３０】像平面５２内で変換器の軸線８に対してあ
る角度で超音波エネルギをダイナミックに方向決めする
ために、電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流
体を内部に有している方向決めレンズの形で、第２のレ
ンズ５４が設けられている。方向決めレンズ５４は、前
に図４について述べた方向決めレンズ１０と同様であ
る。電圧発生器／制御器装置（図面に示していない）が
レンズ５４に接続されており、制御自在に電圧を印加し
て、レンズを通過する音波の伝搬速度を選択的に調節
し、こうして音波が像平面５２内で選択的に方向決めさ
れるようにする。
【００３１】こうして、集束レンズ５０及び方向決めレ
ンズ５４の両方のレンズ内での超音波エネルギの伝搬速
度を選択的に制御することにより、１つの変換器素子４
８を用いて、その機械的な並進を必要とせずに、２次元
（２Ｄ）像平面が達成される。以上の説明から、超音波
ビームのこのようなダイナミックな集束及び方向決め作
用が、本発明では、ＰＡＳＳ方式を用いるシステムで典
型的に要求されていたかなりの数の変換器素子及び関連
する電子回路を用いずに達成されることが理解されよ
う。
【００３２】本発明によれば、図５の変換器に、第２の
方向決めレンズ及び関連する電圧制御装置を追加し、出
力面をレンズ５４の出力面５６に対して９０°に位置決
めして、１つの変換器素子４８を用いただけで、完全な
容積（３Ｄ）作像を実施することができる。本発明によ
れば、超音波変換器２は、超音波エネルギが変換器素子
４の背後に送り出されたり又は反射されるのを防止する
ために、図２に示すような音響支持層５８を有していて
もよい。一定の音響特性を有している支持層は、当業者
には周知であり、変換器素子から送り出された超音波エ
ネルギを減衰させるために用いられている。しかしなが
ら、本発明によれば、図２に示すような支持層５８の内
部に、電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体
を入れておいて、支持層５８がダイナミックに調節自在
の音響特性を有するようにすることができる。上に述べ
た電気レオロジ流体の性質により、支持層５８を図１
（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したのと同様な電圧源及び適
当な制御装置に接続して、支持層５８の音響特性を選択
的に変えることができるように、支持層５８に電圧を制
御自在に印加することができる。一定の音響特性を有す
る支持層は、それによって最適性能が得られる周波数が
小さい範囲又は帯域しか有していないので、本発明の支
持層５８を従来の支持層の代わりに有利に用いて、最適
性能のずっと大きな、そしてダイナミックに調節自在な
範囲を得ることができる。
【００３３】本発明によれば、超音波変換器２は、図２
に示す整合層１２のような１つ又は更に多くの音響整合
層を含んでおり、変換器内の種々の音響素子の間を通過
するときの超音波エネルギに適切な整合インピーダンス
を持たせることができる。例えば、整合層１２を変換器
素子４とレンズ１０との間に位置決めして、その間を通
過するときのエネルギの反射を最小限に抑えることがで
きる。レンズの出力面に整合層を設けて、超音波エネル
ギをレンズ１０から、変換器２がその中で用いられてい
る周囲の媒質へと効率よく通過させることができる。一
定の音響特性を有する音響整合層は、当業者には周知で
あり、音響素子の界面での反射を減少させるために用い
られている。しかしながら、本発明によれば、図２に示
すような整合層１２の内部には、電圧依存性の音響特性
を有する電気レオロジ流体が入っており、整合層１２が
ダイナミックに調節自在な音響特性を有することができ
るようにする。上に述べたような電気レオロジ流体の性
質により、整合層１２を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示
すのと同様な電圧源及び適当な制御装置に接続して、整
合層１２に電圧を制御自在に印加して、その音響特性を
選択的に変えることができる。一定の特性を有する整合
層は、それによって最適性能が得られる周波数が小さな
範囲又は帯域しか有していないので、本発明の整合層１
２を従来の整合層の代わりに有利に用いて、ずっと大き
な、そしてダイナミックに調節可能な最適性能の範囲を
持たせることができる。本発明のダイナミックに調節自
在な整合層１２は、例えば、２つ又は更に多くの周波数
モードを有する変換器に特に役立つ。それに対して電界
を選択的に印加することにより、整合層の音響特性をダ
イナミックに変更して、整合層１２が、変換器のすべて
の周波数モードに対して最適な性能を有するようにする
ことができる。
【００３４】本発明の好ましい形式及び実施例を図面に
示して説明したが、当業者であれば、以上述べた本発明
の概念を逸脱せずに、種々の変更及び改変を加えること
ができることは明らかであろう。従って、特許請求の範
囲は、本発明の要旨の範囲内に含まれるこのようなすべ
ての変更及び改変を網羅するものであることを承知され
たい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明に従って構
成されたレンズに２種類の異なる電圧をそれぞれ印加し
たときのこれらのレンズを有している超音波変換器の状
態を示す図である。
【図２】本発明による一例のレンズと、整合層及び支持
層とを有している超音波変換器の断面図である。
【図３】本発明による位相調整アレイ変換器及び方向決
め素子の斜視図である。
【図４】本発明による位相調整アレイ変換器及び方向決
め素子の斜視図である。
【図５】本発明による単一の素子変換器、並びに集束及
び方向決めレンズの斜視図である。
【符号の説明】
２ 超音波変換器 ４ 圧電変換器素子 ８ 変換器の軸線 １０ レンズ １２ 整合層 １４ 入力面 １６ 電気レオロジ流体 １８ 出力面 ５８ 支持層

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の伝搬速度で変換器の軸線に沿って
    伝搬する超音波エネルギを発生する手段と、 該手段に音響結合されているレンズであって、前記超音
    波エネルギを受け取るように位置決めされた入力面を有
    しており、前記超音波エネルギが該レンズを通過すると
    きに前記伝搬速度を選択的に制御することができるよう
    に電圧依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体を内
    部に含んでいるレンズとを備えた超音波変換器。
  2. 【請求項２】 前記超音波エネルギが前記レンズを通過
    するときの前記超音波エネルギの前記伝搬速度を選択的
    に制御するために前記レンズに電圧を制御自在に印加す
    る手段を更に含んでいる請求項１に記載の超音波変換
    器。
  3. 【請求項３】 前記レンズは、弯曲面を有する出力面を
    有している集束レンズであり、前記弯曲面は、前記変換
    器の軸線に対して実質的に中心合わせされている請求項
    １に記載の超音波変換器。
  4. 【請求項４】 前記レンズの焦点を選択的に制御するた
    めに前記レンズに電圧を制御自在に印加する手段を更に
    含んでいる請求項３に記載の超音波変換器。
  5. 【請求項５】 前記レンズは、前記変換器の軸線に対し
    て所定の角度で位置決めされた実質的に平面状の出力面
    を有している方向決めレンズである請求項１に記載の超
    音波変換器。
  6. 【請求項６】 前記変換器の軸線に対して所定の角度に
    前記超音波エネルギを選択的に方向決めするために前記
    レンズに対して電圧を制御自在に印加する手段を更に含
    んでいる請求項５に記載の超音波変換器。
  7. 【請求項７】 配列状に設けられた複数の前記変換器の
    素子を更に含んでおり、前記レンズは、超音波エネルギ
    を像平面内の線に沿って集束するために、弯曲面を有す
    る出力面を有している集束レンズである請求項１に記載
    の超音波変換器。
  8. 【請求項８】 前記像平面内の前記線を選択的に位置決
    めするために前記レンズに対して電圧を制御自在に印加
    する手段を更に含んでいる請求項７に記載の超音波変換
    器。
  9. 【請求項９】 前記超音波エネルギを発生する手段は、
    配列状に設けられていると共に所与の像平面を有してい
    る複数の変換器素子を含んでおり、前記レンズは、前記
    像平面を前記変換器の軸線に対して選択的に回転させる
    ために、該変換器の軸線に対して所定の角度に位置決め
    された実質的に平面状の出力面を有している方向決めレ
    ンズである請求項１に記載の超音波変換器。
  10. 【請求項１０】 前記像平面を前記変換器の軸線に対し
    て選択的に回転させるために前記レンズに対して電圧を
    制御自在に印加する手段を更に含んでいる請求項９に記
    載の超音波変換器。
  11. 【請求項１１】 前記レンズは、弯曲面を有する出力面
    を有している集束レンズであり、 前記超音波エネルギを受け取るように位置決めされた第
    ２のレンズを更に含んでおり、該第２のレンズは、電圧
    依存性の音響特性を有する電気レオロジ流体を内部に含
    んでおり、前記第２のレンズは、前記変換器の軸線に対
    して所定の角度に位置決めされた実質的に平面状の面を
    有している方向決めレンズである請求項１に記載の超音
    波変換器。
  12. 【請求項１２】 前記超音波エネルギを選択的に方向決
    めすると共に像平面内に集束させることができるよう
    に、前記集束レンズ及び前記方向決めレンズに対して電
    圧を制御自在にそれぞれ印加する手段を更に含んでいる
    請求項１１に記載の超音波変換器。
  13. 【請求項１３】 変換器の軸線に沿って伝搬する超音波
    エネルギを発生する変換器素子と、 前記変換器の軸線に対してある角度に位置決めされた面
    を有している音響支持層であって、該支持層の音響特性
    を選択的に変更することができるようにする電気レオロ
    ジ流体を内部に含んでいる音響支持層とを備えた超音波
    変換器。
  14. 【請求項１４】 前記支持層に対して電圧を制御自在に
    印加して、該支持層の音響特性を選択的に変更する手段
    を更に含んでいる請求項１３に記載の超音波変換器。
  15. 【請求項１５】 変換器の軸線に沿って伝搬する超音波
    エネルギを発生する手段と、 当該整合層の音響特性を選択的に変更することができる
    ようにする電気レオロジ流体を内部に含んでいる音響整
    合層とを備えた超音波変換器。
  16. 【請求項１６】 前記整合層に対して電圧を制御自在に
    印加して、該整合層の音響特性を選択的に変更する手段
    を更に含んでいる請求項１５に記載の超音波変換器。
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