JPH09299370A - Ultrasonic probe - Google Patents
Ultrasonic probeInfo
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- JPH09299370A JPH09299370A JP8118981A JP11898196A JPH09299370A JP H09299370 A JPH09299370 A JP H09299370A JP 8118981 A JP8118981 A JP 8118981A JP 11898196 A JP11898196 A JP 11898196A JP H09299370 A JPH09299370 A JP H09299370A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】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
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used in ultrasonic endoscopes used for medical purposes.
【0002】[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」、(社)日本電子機械
工業会、コロナ社、P186等に示される様に、背面負
荷材の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、
更に音響整合層及び音響レンズを接着して作製される。2. Description of the Related Art Conventionally, the general structure of an ultrasonic probe is
As shown in "Medical Ultrasonic Equipment Handbook", Japan Electronic Machinery Manufacturers Association, Corona, P186, etc., a piezoelectric ceramic plate represented by PZT in which a pair of electrodes are formed on both sides of a back load material. A piezoelectric element consisting of
Further, the acoustic matching layer and the acoustic lens are adhered to produce.
【0003】この超音波探触子は、上記圧電素子にパル
サから百乃至数百ボルト程度の送信パルスを印加し、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
振動を音響整合層及び音響レンズを通して効率よく被測
定物の方ヘ放射パルスを放射させる。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、再び音響レンズ及
び音響整合層を通り圧電素子に機械的振動を加える。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。In this ultrasonic probe, a transmission pulse of about 100 to several hundreds of volts is applied from the pulser to the piezoelectric element to cause rapid deformation by the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric element, and this vibration is acoustic matching layer. And the radiation pulse is efficiently radiated toward the DUT through the acoustic lens. The emitted ultrasonic pulse is reflected again from the acoustic lens and the acoustic lens at the interface between tissues in the body for medical use and after being reflected from a discontinuous portion such as a defect inside the DUT for nondestructive inspection. Mechanical vibration is applied to the piezoelectric element through the matching layer. This mechanical vibration is converted into an electrical signal by the piezoelectric effect of the piezoelectric element and is observed by the observation device.
【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、印加する送信パルスの電圧に差を
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。As a method for improving the resolution at the time of imaging, in order to make the emitted ultrasonic beam thin, the electrode pattern of the acoustic lens or the piezoelectric element is devised, or the piezoelectric element itself is made concave. There are many ways. Also, sound field shaping has been attempted by an annular array in which the electrodes are divided into several parts and the voltages of the applied transmission pulses are made different.
【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。この発明
は、図36、図37に示すように、例えば、圧電セラミ
ックス151の一方の面側に全面電極152を、他方の
面側に分割電極153a、153b、153cを付与し
たものである。これは、分極強度の分布を中心の分割電
極153aに大きな自発分極を持たせ、外周の分割電極
153cに至るほど自発分極を弱くした圧電素子154
であり、また、この圧電素子154を使用した超音波探
触子である。As an ultrasonic probe, for example, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-111198. In the present invention, as shown in FIGS. 36 and 37, for example, the whole surface electrode 152 is provided on one surface side of the piezoelectric ceramic 151 and the divided electrodes 153a, 153b, 153c are provided on the other surface side. This is a piezoelectric element 154 in which the divided electrode 153a at the center of the distribution of polarization intensity has a large spontaneous polarization, and the spontaneous polarization is weakened toward the divided electrode 153c at the outer periphery.
And is an ultrasonic probe using this piezoelectric element 154.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波探触子による超音波画像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課
題があった。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38に示すように、ビーム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38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)。尚、ビーム幅
とは、ビーム軸上に直交する平面上でその面内における
最大音圧50%(−6dB)以上の部分を意味する。However, there are merits and demerits in each of the conventional methods for improving the resolution of the ultrasonic image by the ultrasonic probe. Specifically, an ultrasonic probe using an acoustic lens or a concave piezoelectric element, which is a known technique at present, can focus an ultrasonic beam near a focus and obtain an image with high resolution, but it is out of focus. Accordingly, the beam width becomes wider and the image accuracy becomes worse. Therefore, there is a problem that the optimum observation distance that can be actually observed becomes narrow. Here, when the sound field of the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic probe is measured and the half width is measured, as shown in FIG. 38, the narrow beam width region becomes very short. It can be seen that the optimum observation distance (depth of focus) that can be actually observed is narrow (the horizontal axis in FIG. 38 is the distance X [mm] between the surface emitting the ultrasonic beam and the measurement position, and the vertical axis is the measurement position. Beam width [mm] at. The beam width means a portion having a maximum sound pressure of 50% (-6 dB) or more in the plane on a plane orthogonal to the beam axis.
【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電圧の位相を
制御することで、超音波ビームの集束点を変化させる
(焦点深度を長くする)ことが可能なことが知られてい
る。すなわち、観察したい位置に焦点を合わせて超音波
を収束させ、その部分を鮮明に観察する事ができる。ま
た、焦点を合わせる距離を変えながら数回超音波を送受
信して、受信信号を合成し、広い範囲に亘って鮮明な画
像を得ることも可能である。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生じる。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
波探触子において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
いう課題がある。さらに、焦点距離を変えながら送受信
した数回分の受信信号を合成する手法では、1枚の画像
を取得するのに必要な時間が増大するために、フレーム
レート(単位時間当たりの画像数)が低下する。従っ
て、被検者の体動や呼吸、心拍等があると画像がぶれて
診断に差し支えるという課題が生じる。Further, when an annular array type ultrasonic probe is used, the phase of the voltage applied to each ring-shaped electrode is controlled by preparing several systems of pulsers or devising a circuit. It is known that the focal point of the ultrasonic beam can be changed (the focus depth can be lengthened). That is, it is possible to focus an ultrasonic wave by focusing on a position to be observed and to observe the portion clearly. It is also possible to transmit and receive ultrasonic waves several times while changing the focusing distance, synthesize received signals, and obtain a clear image over a wide range. However, in this method, it becomes necessary to connect a plurality of lead wires to the piezoelectric element. In order to prevent noise from entering between a plurality of lead wires, it is necessary to ensure a shield, and it is not suitable for ultrasonic probe used for medical purposes in terms of thinning.
Further, there is a problem in that the cost of the observation device is significantly increased because a complicated electric circuit for controlling the phase is required as described above. Furthermore, in the method of synthesizing received signals transmitted and received several times while changing the focal length, the frame rate (the number of images per unit time) decreases because the time required to acquire one image increases. To do. Therefore, if there is body movement, respiration, heartbeat, or the like of the subject, the image will be blurred and the diagnosis will be hindered.
【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、信頼性の面でも低下を招くという
課題があった。Further, as another usage of the annular array type, in the case of the concave vibrator, all the parts are simultaneously driven at the time of transmission to transmit the ultrasonic wave, and at the time of reception, the part of the part to receive the ultrasonic wave is received. There is a method of increasing the area to increase the resolution. However, this method is also similar to the above case, the wiring is complicated and the manufacturing is difficult, the electric circuit including the adder circuit is complicated, the cost is increased, and the reliability is also increased. There was a problem of causing a decrease.
【0009】超音波振動子から放射する超音波を、中央
部は強く、辺縁部は弱くなるように分布させると、サイ
ドローブ、つまり、本来意図しない方向への超音波の放
射を低減できる。特に正規分布(ガウス分布)のグラフ
形状の音圧分布を与えると、サイドローブ低減の効果が
高い事が知られている。特開平2−111198号の発
明はこの効果を狙ったものであるが、超音波を集束させ
る効果は無く、至適観察距離も短いという課題があっ
た。超音波振動子から放射する超音波を、第0次のべッ
セル関数の形状に分布させると、その超音波は非回折型
超音波ビーム、すなわち、拡散せずに伝搬する波となる
事が知られている。このようにして得た非回折超音波ビ
ームを用いると、超音波振動子の近傍から遠方まで均一
な太さの超音波ビームニよる画像を得る事ができる。つ
まり、近傍から遠方まで鮮明に焦点が合ったラインフォ
ーカスの画像を得る事ができる。By distributing the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer so that the central portion is strong and the peripheral portions are weak, side lobes, that is, the emission of ultrasonic waves in an originally unintended direction can be reduced. In particular, it is known that when a graph-shaped sound pressure distribution of a normal distribution (Gaussian distribution) is given, the side lobe reduction effect is high. The invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-111198 aims at this effect, but there is a problem that it has no effect of focusing ultrasonic waves and the optimum observation distance is short. It is known that when the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer are distributed in the shape of the 0th Bessel function, the ultrasonic waves become a non-diffraction type ultrasonic beam, that is, a wave that propagates without being diffused. Has been. By using the non-diffracting ultrasonic beam thus obtained, it is possible to obtain an image with an ultrasonic beam having a uniform thickness from the vicinity of the ultrasonic transducer to the distance. That is, it is possible to obtain a line-focused image that is clearly focused from near to far.
【0010】このような超音波ビームを実現するために
は、同心多重リング状の電極を付けた圧電素子を用い、
各同心リング状電極にケーブルを介して駆動回路を接続
して、各電極リングに印加する駆動電圧をベッセル関数
状に分布させる方式が従来報告されている。しかし、こ
の様な方法では、圧電素子に複数のケーブルを結線する
必要がある。複数のケーブル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、特に、体腔内等で使用する超音波探触子には細径化
という点で不向きである。また、電圧と位相を制御する
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課題がある。In order to realize such an ultrasonic beam, a piezoelectric element having concentric multiple ring electrodes is used,
A method has been conventionally reported in which a drive circuit is connected to each concentric ring electrode via a cable and the drive voltage applied to each electrode ring is distributed in a Bessel function form. However, in such a method, it is necessary to connect a plurality of cables to the piezoelectric element. In order to prevent noise from entering between multiple cables, it is necessary to secure the shield, and it is not suitable for medical use, especially for ultrasonic probes used in body cavities, etc. in terms of thinning. is there. In addition, there is a problem that the cost of the observation device is significantly increased because a complicated electric circuit for controlling the voltage and the phase is required.
【0011】また、下記の文献には、本願発明と同様な
べッセル分極型の圧電素子を得る方法が示されている。 題名:Bessel beam ultrasonic
transducer:Fabrication m
ethod and experimentalres
ults 著者:D.K,Hsu F.J.Margetan
D.O.Thompson 出典:Appl.Phys.Lett.55(20),
13Nov.1989.P2066〜2068Further, the following documents show a method for obtaining a Vessel polarization type piezoelectric element similar to that of the present invention. Title: Bessel beam ultrasonic
transducer: Fabrication m
method and experimentalres
ults Author: D. K, Hsu F. J. Margetan
D. O. Thompson Source: Appl. Phys. Lett. 55 (20),
13 Nov. 1989. P2066-2068
【0012】上記文献では以下の方法を用いている。 ・2本の同心円状で深さの異なる溝と、中心の穴とを持
つ圧電素子を制作する。 ・溝と、反対側の面との間で、極性の異なる分極電圧を
加えて分極する。この際、隣り合う溝及び穴には極性の
異なる電圧を印加する。 ・溝の部分を研磨して除去し、平板の圧電素子を得る。The above method uses the following method. -Create a piezoelectric element that has two concentric grooves with different depths and a central hole. -Polarize by applying a polarization voltage having different polarities between the groove and the opposite surface. At this time, voltages having different polarities are applied to the adjacent grooves and holes. -Groove and remove the groove to obtain a flat piezoelectric element.
【0013】しかし、この文献の方法で得られる圧電素
子では以下の欠点がある。 ・圧電素子を挟んで向かい合う電極間のみでなく、隣り
合う電極間でも分極電圧が印加される為、図39に示し
た様に圧電素子154の主面に平行に分極される部分1
55が発生してしまう。そのため、電圧を与えて駆動す
る際に不要な振動が発生し易く、所望の周波数以外の超
音波を、所望以外の方向に放射してしまう。それによっ
て超音波画像上にアーティファクトが発生し、超音波画
像の画質の低下をもたらす。 ・分極後に圧電素子の大半を研磨除去するため、制作時
間がかかる上、分極後の研磨工程や溝入れ工程を必要と
し、歩留まりも悪くなる。However, the piezoelectric element obtained by the method of this document has the following drawbacks. Since the polarization voltage is applied not only between the electrodes facing each other across the piezoelectric element but also between the adjacent electrodes, as shown in FIG. 39, the portion 1 polarized in parallel to the main surface of the piezoelectric element 154.
55 will occur. Therefore, unnecessary vibration is likely to occur when driving by applying a voltage, and an ultrasonic wave having a frequency other than the desired frequency is emitted in a direction other than the desired direction. As a result, artifacts are generated on the ultrasonic image, resulting in deterioration of the image quality of the ultrasonic image. -Since most of the piezoelectric elements are polished and removed after polarization, it takes a long time to manufacture, and a polishing step and a grooving step after polarization are required, resulting in poor yield.
【0014】さらに、円形の圧電素子を使用する場合で
は、圧電素子の直径により圧電素子全体の大きさが決定
されてしまう。また、体腔内走査用の超音波探触子で
は、被検者の苦痛低減や、適用部位の拡大の為に挿入部
の細径化は最優先事項である。挿入部の細径化は使用す
る円形圧電素子の直径を小さくすることにつながる。し
かし、圧電素子の直径を小さくし、有効面積を減少させ
ると、電気的特性インピーダンスの不整合や送受信感度
の低下を招き、得られる超音波画像の質が悪化してしま
う。Furthermore, when a circular piezoelectric element is used, the size of the entire piezoelectric element is determined by the diameter of the piezoelectric element. Further, in the ultrasonic probe for intracavity scanning, it is a top priority to reduce the diameter of the insertion portion in order to reduce the pain of the subject and enlarge the application site. Reducing the diameter of the insertion portion leads to reducing the diameter of the circular piezoelectric element used. However, if the diameter of the piezoelectric element is reduced and the effective area is reduced, the electrical characteristic impedance is mismatched and the transmission / reception sensitivity is reduced, and the quality of the obtained ultrasonic image deteriorates.
【0015】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ベッセル関数を基に部分的に分極強度を異なら
せた圧電素子を使用するとともに、部品点数、とりわけ
ケーブル数を少なくし、超音波振動子でベッセル型の非
回折音場を得るように構成し、超音波ビームのラインフ
ォーカス化を図り、比較的簡単な電気回路を使用して高
分解能で良質の画像を得ることができ、細径化の要請に
も対応可能な超音波探触子を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a piezoelectric element in which the polarization strength is partially different based on the Bessel function, and the number of parts, especially the number of cables is reduced, It is configured to obtain a Bessel-type non-diffractive sound field with an acoustic wave oscillator, achieves line focusing of an ultrasonic beam, and can obtain a high-resolution and high-quality image using a relatively simple electric circuit. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe that can meet the demand for smaller diameter.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の超音波探触子
は、駆動電圧及びエコー信号を伝達するケーブルと、圧
電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合層と、その
反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受信する超音
波探触子において、1枚の圧電素子内で位置によって自
発分極の強さに差を持つ圧電素子を用い、前記圧電素子
の両主面に設けた電極と前記ケーブルとを電気的に導通
させ、前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波
探触子からの音圧分布が以下の様に分布する様に定めた
ことを特徴とするものである。前記圧電素子の面上に、
幾何学的対称軸と直交する直線を選び、この直線をx軸
とし、このx軸の原点を、x軸と圧電素子の幾何学的対
称軸との交点とするとき、前記x軸に対してaを任意の
定数として第0次のベッセル関数y=J0 (x/a)を
描き、x軸上の各位置でのJ0 (x/a)の値を、ある
電圧パルスを印加した際に、J0 (x/a)の絶対値が
大きい位置では自発分極を強く、J0 (x/a)の絶対
値が小さい位置では自発分極を弱くするようにその位置
より放射される音圧の向きと大きさに対応させる。J0
(x/a)が正の位置と負の位置とで自発分極の向きを
逆にする。対称軸に沿って軸対称や線対称に圧電素子の
自発分極の強さを分布させる。前記圧電素子の自発分極
の向きは、圧電素子の全面で、両主面とほぼ垂直とす
る。An ultrasonic probe according to the present invention includes a cable for transmitting a driving voltage and an echo signal, a piezoelectric element, an acoustic matching layer on the acoustic radiation surface of the piezoelectric element, and an acoustic matching layer on the opposite side. In an ultrasonic probe having a back load layer and transmitting and receiving ultrasonic waves, a piezoelectric element having a difference in spontaneous polarization intensity depending on a position in one piezoelectric element is used, and both main surfaces of the piezoelectric element are used. The electrodes provided in the above are electrically connected to the cable, and the distribution of the intensity of the spontaneous polarization of the piezoelectric element is determined so that the sound pressure distribution from the ultrasonic probe is distributed as follows. It is characterized by. On the surface of the piezoelectric element,
When a straight line orthogonal to the geometrical symmetry axis is selected, and this straight line is taken as the x-axis, and the origin of this x-axis is the intersection of the x-axis and the geometrically symmetric axis of the piezoelectric element, a a draw a zeroth-order Bessel function y = J 0 (x / a ) as an arbitrary constant, the value of J 0 (x / a) at each position on the x-axis, when applying a certain voltage pulse In addition, the sound pressure radiated from the position so that the spontaneous polarization is strong at the position where the absolute value of J 0 (x / a) is large, and weak at the position where the absolute value of J 0 (x / a) is small. Corresponds to the direction and size of. J 0
The direction of spontaneous polarization is reversed between the positive position and the negative position of (x / a). The intensity of the spontaneous polarization of the piezoelectric element is distributed axially or line-symmetrically along the axis of symmetry. The direction of spontaneous polarization of the piezoelectric element is set to be substantially perpendicular to both main surfaces on the entire surface of the piezoelectric element.
【0017】以下に本発明についてさらに詳述する。本
発明によれば、1枚の圧電素子内で位置によって自発分
極の強さに差を持つ圧電素子を用い、前記圧電素子の両
主面に設けた電極と前記ケーブルとを電気的に導通さ
せ、前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探
触子からの音圧分布が上記の様に分布する様に定めたの
で、部品点数、とりわけケーブル数を少なくし、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
提供できる。また、超音波ビームを一様にして、超音波
画像の焦点深度を深くすることができ、これにより、超
音波プローブ近傍から遠方まで鮮明な画像を得る事がで
き、速やかに正確な診断を行うことが可能となる。ま
た、本発明は、ベッセル関数を基に部分的に分極強度を
弱めた圧電素子を使用することで、音場を整形しライン
フォーカス化(焦点深度を長くする)を図り、高分解能
な超音波画像を得ることができる。The present invention will be described in more detail below. According to the present invention, a piezoelectric element having a difference in the strength of spontaneous polarization depending on the position in one piezoelectric element is used to electrically connect the electrodes provided on both main surfaces of the piezoelectric element to the cable. , The distribution of the spontaneous polarization intensity of the piezoelectric element is determined so that the sound pressure distribution from the ultrasonic probe is distributed as described above. Can provide a high-resolution ultrasonic probe that can be used in various electrical circuits. In addition, the ultrasonic beam can be made uniform and the depth of focus of the ultrasonic image can be deepened. As a result, a clear image can be obtained from the vicinity of the ultrasonic probe to a distant position, and accurate diagnosis can be performed quickly. It becomes possible. Further, the present invention uses a piezoelectric element in which the polarization intensity is partially weakened based on the Bessel function to shape the sound field and achieve line focusing (to increase the depth of focus), thereby achieving high-resolution ultrasonic waves. Images can be obtained.
【0018】ここで、ベッセル関数を基に決定すると
は、以下の事を意味する。圧電素子の幾何学的対称軸と
直交する直線を選ぶ。この直線をX軸と呼ぶことにす
る。x軸の原点は、x軸と圧電素子の幾何学的対象軸と
の交点とする。この様に定義したx軸に対して第0次の
ベッセル関数y=J0 (x/a)を描く。ここでaは任
意の定数である。x軸上の各位置でのJ0 (x/a)の
値を、ある電圧パルスを印加した際に、その位置より放
射される音圧の向きと大きさに対応させる。すなわち、
J0 (x/a)の絶対値が大きい位置では圧電素子の自
発分極を強く、J0 (x/a)の絶対値が小さい位置で
は自発分極を弱くする。また、J0 (x/a)が正の位
置と負の位置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に
沿って軸対称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分
布させる。自発分極の向きと大小は、図2に示す圧電素
子5を構成する圧電セラミックス1の矢印の向きとその
大小とで示している。Here, the determination based on the Bessel function means the following. Select a straight line that is orthogonal to the geometrical symmetry axis of the piezoelectric element. This straight line will be called the X axis. The origin of the x-axis is the intersection of the x-axis and the geometrical object axis of the piezoelectric element. A 0th-order Bessel function y = J 0 (x / a) is drawn on the x-axis defined in this way. Here, a is an arbitrary constant. The value of J 0 (x / a) at each position on the x-axis is made to correspond to the direction and magnitude of the sound pressure emitted from that position when a certain voltage pulse is applied. That is,
At a position where the absolute value of J 0 (x / a) is large, the spontaneous polarization of the piezoelectric element is strong, and at a position where the absolute value of J 0 (x / a) is small, the spontaneous polarization is weakened. Further, the direction of spontaneous polarization is reversed between the positive position and the negative position of J 0 (x / a). The intensity of the spontaneous polarization of the piezoelectric element is distributed axially or line-symmetrically along the axis of symmetry. The direction and magnitude of the spontaneous polarization are indicated by the arrow direction and the magnitude of the piezoelectric ceramic 1 forming the piezoelectric element 5 shown in FIG.
【0019】また、本発明は、前記分極時に圧電素子の
少なくとも一方の表面電極を分割し、分極後に同一面の
分割された電極を結線する。さらに、本発明は、前記ベ
ッセル関数を基にした自発分極強度分布の値がゼロ及び
その近傍の表面電極が少なくとも一方に無い圧電素子を
用いる。Further, according to the present invention, at least one surface electrode of the piezoelectric element is divided during the polarization, and the divided electrodes on the same surface are connected after polarization. Furthermore, the present invention uses a piezoelectric element in which the value of the spontaneous polarization intensity distribution based on the Bessel function is zero and at least one surface electrode in the vicinity thereof is not present.
【0020】本発明の超音波探触子を構成する圧電素子
5の自発分極の向き及び大小と、放射される音との関係
を以下に説明する。一定の直流電圧を印加した時の圧電
素子5の変形量は自発分極の強さに対応して定まる。ま
た、圧電素子5の変形方向は自発分極の向きによって定
まる。従って、自発分極の強さに分布を持つ圧電素子5
の全面に同一の駆動電圧を印加すると、自発分極の強度
分布に応じた形状の超音波の波面を得る事ができる。超
音波探触子用の圧電素子5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5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、伝搬によって拡散しない非回折波であり、超音波探
触子から放射された放射パルスもほとんど拡がること無
く伝搬していく。The relationship between the direction and magnitude of the spontaneous polarization of the piezoelectric element 5 constituting the ultrasonic probe of the present invention and the emitted sound will be described below. The amount of deformation of the piezoelectric element 5 when a constant DC voltage is applied is determined according to the strength of spontaneous polarization. The deformation direction of the piezoelectric element 5 is determined by the direction of spontaneous polarization. Therefore, the piezoelectric element 5 having a distribution in the intensity of spontaneous polarization
When the same drive voltage is applied to the entire surface of, the wavefront of the ultrasonic wave having a shape corresponding to the intensity distribution of spontaneous polarization can be obtained. The polarization intensity of the piezoelectric element 5 for the ultrasonic probe is partially changed by changing the polarization voltage to weight the polarization in a Bessel function. An ultrasonic probe using this piezoelectric vibrator 5 can transmit a pseudo Bessel beam to an observation object through the acoustic matching layer. The Bessel beam is a non-diffracted wave that is not diffused by propagation, and the radiation pulse emitted from the ultrasonic probe also propagates with almost no spread.
【0021】前述の様に想定したベッセル関数を基にし
た自発分極強度分布に沿って少なくとも一方の電極を分
割する。その後、各電極に分極電圧を加え、ベッセル関
数に対応した自発分極強度を持つように分極する。この
ような本発明によれば、上述した作用に加えて、圧電素
子5の分極時に圧電素子5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後電極を結
線若しくは形成して、一本の同軸ケーブルで駆動可能な
圧電素子5を用いて超音波探触子を構成できる。At least one electrode is divided along the spontaneous polarization intensity distribution based on the Bessel function assumed as described above. After that, a polarization voltage is applied to each electrode to polarize so as to have a spontaneous polarization intensity corresponding to the Bessel function. According to the present invention as described above, in addition to the above-described action, at least one surface electrode of the piezoelectric element 5 is divided when the piezoelectric element 5 is polarized, and different voltages are applied to the divided electrodes, respectively. The ultrasonic probe can be configured by using the piezoelectric element 5 that can be driven by one coaxial cable by connecting or forming the electrodes after changing the polarization intensity for each electrode.
【0022】また、本発明の圧電素子5においては、圧
電素子5のベッセル関数の値がゼロに相当する部分及び
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
ンを設計したものである。Further, in the piezoelectric element 5 of the present invention, since there is no surface electrode on at least one of the portion where the value of the Bessel function of the piezoelectric element 5 is zero and at least one of the surface electrodes, there is basically no vibration. The electrode pattern is designed so that
【0023】また、圧電素子5として、非円形の圧電素
子5を使用することで、挿入部の細径化を図り必要な感
度や電気的インピーダンス整合を確保し、実用的な超音
波画像の画質を確保できる。Further, by using a non-circular piezoelectric element 5 as the piezoelectric element 5, the diameter of the insertion portion is reduced, and necessary sensitivity and electrical impedance matching are ensured, and the image quality of a practical ultrasonic image is obtained. Can be secured.
【0024】[0024]
(実施の形態1)以下に本発明の実施の形態1を説明す
る。図1は圧電素子である圧電セラミックス1の平面図
と断面図、図2はベッセル関数と圧電セラミックス1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
数及び圧電セラミックス1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は圧電セラミックス1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は超音波探触子の音響放射面近傍での音圧分布のグ
ラフ、図7は図38と同様なビーム幅のグラフである。
また、図8は圧電セラミックス1の分割電極3を導電性
樹脂6で結線した図、図9は、実施の形態1の超音波探
触子を用いた超音波内視鏡を示す図である。(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described below. FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a piezoelectric ceramics 1 which is a piezoelectric element, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a positional relationship between Bessel functions and divided electrodes of the piezoelectric ceramics 1, and FIG. 3 is a Bessel function and divided electrodes of the piezoelectric ceramics 1. Position and polarization direction and strength, FIG. 4 is a cross-sectional view of the transducer part of the ultrasonic probe, and FIG. 5 is a position and polarization direction and strength of the piezoelectric ceramic 1 and its divided electrodes. ,
FIG. 6 is a graph of the sound pressure distribution in the vicinity of the acoustic radiation surface of the ultrasonic probe, and FIG. 7 is a graph of the beam width similar to FIG.
Further, FIG. 8 is a diagram in which the divided electrodes 3 of the piezoelectric ceramic 1 are connected by a conductive resin 6, and FIG. 9 is a diagram showing an ultrasonic endoscope using the ultrasonic probe of the first embodiment.
【0025】まず、図1に示すように、圧電素子である
圧電セラミックス1としてPZT系の材料で直径10m
m、厚さ160μmのラッピングした素体を用意し、こ
の素体の一方の面に銀ペーストを全面に塗布した全面電
極2を、そして他方の面に同心多重リング状の分割電極
3を印刷、焼付けする。この多重リング状の分割電極3
は、図2に示すように、第0次のべッセル関数を基にパ
ターン化されたもので、x−y座標系のy=0の近傍に
分割電極3がないような構成になっている。この片側が
多重リング状に分割された分割電極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値の平均値
を計算し、図2のベッセル関数と同じグラフに示したよ
うな音圧を放射するように分極の割合を決定する。First, as shown in FIG. 1, the piezoelectric ceramics 1 as a piezoelectric element is made of a PZT-based material and has a diameter of 10 m.
m, a wrapping element body having a thickness of 160 μm is prepared, and one surface of the element body is printed with a full-surface electrode 2 coated with silver paste, and the other surface is printed with a concentric multiple ring-shaped divided electrode 3, Bake. This multi-ring split electrode 3
2 is patterned on the basis of the 0th-order Bessel function, as shown in FIG. 2, and has a configuration in which there is no split electrode 3 in the vicinity of y = 0 in the xy coordinate system. . A piezoelectric element 5 having a split electrode 3 whose one side is split into multiple rings
Was polarized under the following conditions. First, as shown in FIG. 3, the average value of the values corresponding to the electrode portion of the Bessel function is calculated, and the polarization ratio is set so as to radiate the sound pressure as shown in the same graph as the Bessel function of FIG. To decide.
【0026】そして、前記計算値と等しくなるような圧
電定数d33となるように、各分割電極3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、予め材料毎に求めておいた圧電定数d33と分
極電圧を基に分極した。尚、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との関係から、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。
尚、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。Then, the divided electrodes 3 change the polarization voltage so that the piezoelectric constant d 33 becomes equal to the calculated value. The polarization was carried out in a silicon bath at 80 ° C., and the polarization was performed based on the piezoelectric constant d 33 and the polarization voltage previously obtained for each material. Incidentally, the polarization state was confirmed from the coupling coefficient K 33 which can be easily measured, based on the relationship between the coupling coefficient K 33 and the piezoelectric constant d 33 which was confirmed by experiments in advance.
In addition, in a region where the Bessel function has a negative value, the polarization direction is inverted to perform polarization.
【0027】このようにして得られた圧電素子5側の電
極3を図8に示した導電性樹脂6にて結線した後、図4
に示す絶縁筒13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して固定する。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の表面に音
響整合層7として60μmの厚さにエポキシ樹脂を形成
する。そして、リング状に分割した分割電極3の一箇所
とハウジング12とに同軸ケーブル11の芯線9、周線
10をそれぞれ半田14等で結線する。The electrode 3 on the side of the piezoelectric element 5 thus obtained is connected with the conductive resin 6 shown in FIG.
The divided electrode 3 is fixed to the housing 12 made of SUS via the insulating cylinder 13 shown in FIG. The entire surface electrode 2 on the front surface side is connected to the housing 12 using a conductive resin 6. After that, an epoxy resin having a thickness of 60 μm is formed as the acoustic matching layer 7 on the surface of the entire surface electrode 2 on the front surface side. Then, the core wire 9 and the peripheral wire 10 of the coaxial cable 11 are connected to one portion of the divided electrode 3 divided into a ring shape and the housing 12 by solder 14 or the like.
【0028】そして、エポキシ樹脂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分割電極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。このトランスデュ
ーサ部16を使用した超音波内視鏡を図9に示す。この
超音波内視鏡は、操作者が保持する操作部31に軟性の
挿入部32が結合されており、操作部31と、図示して
ないが超音波診断装置や光源とはコード35で接続され
ている。前記挿入部32の先端部を拡大した状態を図1
0に示す。この挿入部32の先端部には、音響窓33が
設けられている。音響窓33は、約0.2mmの薄い硬
質ポリエチレンで形成している。音響窓33は水密に封
止され、内部に前記トランスデューサー部16が回動可
能に配置されている。また、音響窓33の内部は音響伝
達媒体34で満たされている。音響伝達媒体34として
は、水を用いる。Then, the back load material 8 in which the epoxy resin and tungsten are mixed is cast on the ring-shaped divided electrode 3 side and cured to form a transducer portion 16 of the ultrasonic probe as shown in FIG. Create. An ultrasonic endoscope using this transducer unit 16 is shown in FIG. In this ultrasonic endoscope, a flexible insertion portion 32 is coupled to an operation portion 31 held by an operator, and the operation portion 31 is connected to an ultrasonic diagnostic apparatus or a light source (not shown) with a cord 35. Has been done. FIG. 1 shows a state in which the distal end portion of the insertion portion 32 is enlarged.
0 is shown. An acoustic window 33 is provided at the tip of the insertion portion 32. The acoustic window 33 is made of thin hard polyethylene of about 0.2 mm. The acoustic window 33 is watertightly sealed, and the transducer portion 16 is rotatably arranged inside. The inside of the acoustic window 33 is filled with the acoustic transmission medium 34. Water is used as the acoustic transmission medium 34.
【0029】操作者は既存の超音波内視鏡と同様に挿入
部32を被検者の体腔内に挿入し、光学的な観察及び超
音波診断を行う。超音波診断を行う際には、操作部31
又は図示しない超音波診断装置に設けられたスイッチを
操作して、トランスデューサ部16を回転させるととも
に、観測装置内の図示しないパルサーにより送信パルス
を印加する。送信パルスは前記同軸ケーブル11を介し
て圧電素子1に印加される。The operator inserts the insertion portion 32 into the body cavity of the subject as in the existing ultrasonic endoscope, and performs optical observation and ultrasonic diagnosis. When performing ultrasonic diagnosis, the operation unit 31
Alternatively, a switch provided in the ultrasonic diagnostic apparatus (not shown) is operated to rotate the transducer section 16 and a transmission pulse is applied by a pulsar (not shown) in the observation apparatus. The transmission pulse is applied to the piezoelectric element 1 via the coaxial cable 11.
【0030】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の下欄に示すような分極方向と
強さを持つものとなっている。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、外周に至るに
つれて分割電極3間の自発分極4の強さは小さくなって
いく。この様な圧電素子である圧電セラミックス1の全
面に一様な電圧を印加すると、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。The cross section of the piezoelectric ceramics 1 produced by the above-mentioned method has the polarization direction and strength as shown in the lower column of FIG. Specifically, the divided electrode 3
The strength of the spontaneous polarization 4 near the center of the electrode is large, and the strength of the spontaneous polarization 4 between the divided electrodes 3 becomes smaller toward the outer periphery. When a uniform voltage is applied to the entire surface of the piezoelectric ceramics 1 which is such a piezoelectric element, the amount of deformation increases in a portion having a high polarization intensity, and the direction of deformation is determined by the polarization direction and the polarity of the applied voltage. To be done.
【0031】本実施の形態1のように、ベッセル関数に
基づいて圧電素子5を構成する圧電セラミックス1の分
割電極3の配置を決定し、分極強度に差を持たせた圧電
セラミックス1を用いて、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を作製し、図示しないパル
サーより送信パルスを圧電素子5に印加すると、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。As in the first embodiment, the arrangement of the divided electrodes 3 of the piezoelectric ceramic 1 forming the piezoelectric element 5 is determined based on the Bessel function, and the piezoelectric ceramics 1 having different polarization strengths are used. When the transducer portion 16 of the ultrasonic probe as shown in FIG. 4 is manufactured and a transmission pulse is applied to the piezoelectric element 5 from a pulsar (not shown), the emitted ultrasonic beam approximates a Bessel function.
【0032】以上に述べた原理により、圧電素子5を構
成する圧電セラミックス1に送信パルスを印加すると、
ベッセル関数状の音圧分布の超音波パルスが放射され
る。先にも述べたように、ベッセル関数の音圧分布の超
音波は非回折型超音波ビーム、すなわち、拡散せずに伝
搬する波となる。放射された超音波ビームは音響伝達媒
体34と音響窓33を透過して、ほぼ一様な太さで被検
者の体内へ向けて伝搬していく。この時、音響伝達媒体
34としては、生体とほぼ均しい音速を持つ水を使用し
ており、音響窓33には超音波ビームの透過性を高める
ため、薄い硬質ポリエチレンを使用しているため、これ
らを透過する際の超音波ビームの減衰や音場の乱れは無
視できるレベルである。When a transmission pulse is applied to the piezoelectric ceramics 1 forming the piezoelectric element 5 according to the principle described above,
An ultrasonic pulse having a Bessel function-like sound pressure distribution is emitted. As described above, the ultrasonic wave having the Bessel function sound pressure distribution becomes a non-diffraction type ultrasonic beam, that is, a wave that propagates without being diffused. The radiated ultrasonic beam passes through the acoustic transmission medium 34 and the acoustic window 33 and propagates into the body of the subject with a substantially uniform thickness. At this time, as the acoustic transmission medium 34, water having a sound velocity almost equal to that of the living body is used, and the acoustic window 33 is made of thin hard polyethylene to enhance the permeability of the ultrasonic beam. The attenuation of the ultrasonic beam and the disturbance of the sound field when passing through these are at a negligible level.
【0033】また、受信時の指向性特性は、送信時の指
向性特性と相似となるため、送信音場と同様にほぼ一様
な太さの領域からの反射エコーを効率良く受信する。こ
のようにして得た超音波ビームを用いると、超音波振動
子の近傍から遠方までほぼ均一な太さの超音波を送受信
して超音波画像を得る事ができる。つまり、近傍から遠
方まで鮮明に焦点が合ったラインフォーカスの画像を得
る事が可能となる。Further, since the directivity characteristic at the time of reception is similar to the directivity characteristic at the time of transmission, the reflection echo from a region having a substantially uniform thickness can be efficiently received similarly to the transmission sound field. By using the ultrasonic beam thus obtained, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves having a substantially uniform thickness from the vicinity of the ultrasonic transducer to the distance and obtain an ultrasonic image. That is, it is possible to obtain a line-focused image that is clearly focused from near to far.
【0034】尚、図5に示した圧電セラミックス1を用
いた超音波トランスデューサ部16にパルサーによる送
信パルスを印加すると、音響整合層7の近傍では放射さ
れる超音波パルスの音圧分布は、ベッセル関数に近似し
たものとなる。When the transmission pulse by the pulsar is applied to the ultrasonic transducer section 16 using the piezoelectric ceramics 1 shown in FIG. 5, the sound pressure distribution of the ultrasonic pulse radiated in the vicinity of the acoustic matching layer 7 is Bessel. It is an approximation of a function.
【0035】上記音響整合層7の近傍(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測定
結果を図6に示す。この図6は、ベッセル関数の絶対値
J0 (x)と、このベッセル関数系の音圧分布をハイド
ロフォンで測定した場合の計算値J0 (x)の面積につ
いて平均化した理論値(J0 (x)average及び
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(J0 (x)aver
age)に非常に近似していることが分かる。ここに、
xは、トランスデューサ部16の対称軸からの距離であ
る。Near the acoustic matching layer 7 (distance: about 1 mm)
FIG. 6 shows the measurement results of the sound pressure distribution of the ultrasonic waves measured by a hydrophone. In FIG. 6, the theoretical value (J) obtained by averaging the absolute values J 0 (x) of the Bessel function and the calculated values J 0 (x) when the sound pressure distribution of the Bessel function system is measured with a hydrophone is used. 0 (x) average and sound pressure measurement results (Y, Z) are represented by two orthogonal axes, and the actual radiated sound pressure is the theoretical value (J 0 (x) average).
It can be seen that it is very close to age). here,
x is the distance from the axis of symmetry of the transducer section 16.
【0036】ここで、J0 とJ0 (x)average
との関係について説明する。ハイドロホンの受音部は、
直径0.6mm程度の寸法を持っている。従って、ハイ
ドロホンが実際に測定するのは、ある1点の音圧では無
く、受音部の音圧の平均値である。そのため、複雑な音
場分布をハイドロホンで測定すると、実際の分布よりも
なだらかな分布として測定される。理論的なベッセル分
布音場を、直径0.6mm毎に平均化して測定した場合
の分布を計算したのが図6中のJ0 (x)averag
eである。Here, J 0 and J 0 (x) average
Will be described. The sound receiving part of the hydrophone is
It has a diameter of about 0.6 mm. Therefore, what the hydrophone actually measures is not the sound pressure at a certain point, but the average value of the sound pressure of the sound receiving section. Therefore, when measuring a complicated sound field distribution with a hydrophone, it is measured as a gentler distribution than the actual distribution. The theoretical Bessel distribution sound field is averaged for every 0.6 mm in diameter and the distribution is calculated by calculating J 0 (x) averag in FIG.
e.
【0037】ベッセルビームは非回折ビームとして知ら
れているが、本実施の形態1によるトランスデューサ部
16の音場を測定し、ビーム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
Xmm、縦軸は測定位置でのビーム幅mm)に示すよう
に超音波ビームが一様の太さで、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、電気回路及びト
ランスデューサ部16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。また、超音波観測装置は
従来公知の物を流用可能であるため、既存の設備を有効
利用できる。The Bessel beam is known as a non-diffraction beam, and when the sound field of the transducer section 16 according to the first embodiment is measured and the beam width is measured, FIG.
(The horizontal axis indicates the distance Xmm between the surface where the ultrasonic beam is emitted and the measurement position, and the vertical axis indicates the beam width mm at the measurement position.) It becomes possible to manufacture an ultrasonic probe having a long optimum observation distance (depth of focus). Therefore, it is possible to manufacture an ultrasonic probe having a single coaxial cable and a single pulser, which has a simple structure and is inexpensive, and which has a high resolution and which has a simple structure of the electric circuit and the transducer section 16. Further, as the ultrasonic observation apparatus, a conventionally known one can be diverted, so that the existing equipment can be effectively used.
【0038】図11に、本実施の形態1の超音波探触子
のトランスデューサ部16より放射される音圧の実測値
を示す。図11の左端にトランスデューサ部16を設置
して送信パルスを印加して放射して形成した超音波音場
を、有効径の0.6mmのハイドロホンによって実測し
た。音圧データは、音軸に垂直な各ライン毎に、音軸上
の音圧で無次元化して、等高線で表示した。中央の高音
圧部が、ほぼ一定の幅で継続していることが分かる。FIG. 11 shows measured values of the sound pressure radiated from the transducer section 16 of the ultrasonic probe of the first embodiment. An ultrasonic sound field formed by installing a transducer section 16 at the left end of FIG. 11 and applying and radiating a transmission pulse was actually measured by a hydrophone having an effective diameter of 0.6 mm. The sound pressure data is expressed as contour lines by making the sound pressure on the sound axis dimensionless for each line perpendicular to the sound axis. It can be seen that the high sound pressure part in the center continues with a substantially constant width.
【0039】図12に、本実施の形態1の効果の概念図
を示す。図12は、超音波探触子のトランスデューサ部
16を含み、超音波内視鏡の挿入部32の軸と垂直な面
をとった場合の断面図である。図12中に、本実施の形
態1を適用した超音波内視鏡、及び従来の超音波内視鏡
の音響窓33より放射される音場の概略パターンが示さ
れている。従来の場合としては、圧電セラミックスの音
響放射面側に音響レンズを付けて、超音波を収束させた
場合と、音響レンズを付けない場合の両方について示し
た。最も音場が絞られた位置における超音波ビームは従
来の音響レンズを使用した場合の方が細くできる。しか
し、本実施の形態1を適用した場合の方が、広い範囲に
亘って細い音場を得る事ができる。FIG. 12 shows a conceptual diagram of the effect of the first embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view in the case where the transducer section 16 of the ultrasonic probe is included and a plane perpendicular to the axis of the insertion section 32 of the ultrasonic endoscope is taken. FIG. 12 shows a schematic pattern of a sound field emitted from the acoustic window 33 of the ultrasonic endoscope to which the first embodiment is applied and the conventional ultrasonic endoscope. As a conventional case, both the case where an acoustic lens is attached to the acoustic radiation surface side of the piezoelectric ceramic to converge the ultrasonic wave and the case where the acoustic lens is not attached are shown. The ultrasonic beam at the position where the sound field is most narrowed can be made thinner when the conventional acoustic lens is used. However, when the first embodiment is applied, a narrow sound field can be obtained over a wide range.
【0040】尚、本実施の形態1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。In the first embodiment, the acoustic matching layer 7 has a single-layer structure of epoxy resin. For example, the acoustic matching layer 7 has a two-layer structure of an epoxy resin mixed with alumina as a filler and an epoxy resin. The same effect can be naturally obtained by using an epoxy resin containing a machinable ceramics filler and a three-layer acoustic matching layer such as polyethylene.
【0041】なお、本実施の形態1では導電性樹脂を用
いて多重リングの分割電極間を結線しているが、この結
線方法は圧電素子5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、図13に示すように導電
性を有する細線21を半田22により接続したり、熱圧
着等の他の手法を用いても同様な動作をする。In the first embodiment, the divided electrodes of the multiple rings are connected by using the conductive resin. However, this connecting method may be performed within a temperature range in which the polarization of the piezoelectric element 5 is not depolarized, and conduction is achieved. As long as it is obtained, the same operation can be performed by connecting the conductive thin wire 21 with the solder 22 as shown in FIG. 13 or by using another method such as thermocompression bonding.
【0042】また、圧電セラミックス1上で結線を行う
代わりに、背面負荷材8に導電性の材料を用いて背面負
荷材8を介して各分割電極3を電気的に接続しても良
い。この場合、背面負荷材8としてはエポキシ樹脂に金
属の細線又は粒子を高濃度で混ぜこんだものを使用す
る。そして、分割電極3側の面に背面負荷材8を配置す
る。Instead of connecting wires on the piezoelectric ceramics 1, a conductive material may be used for the back load material 8 to electrically connect the divided electrodes 3 via the back load material 8. In this case, the back load material 8 is made of epoxy resin mixed with fine metal wires or particles at a high concentration. Then, the back load material 8 is arranged on the surface of the divided electrode 3 side.
【0043】さらに、別の変形例として図14に示すよ
うに、圧電セラミックス1の分割電極3側の面全面にス
パッタリング等の方法で金属膜23を形成しても良い。
この方法を用いると、分割電極3を線状に接続する場合
よりも確実な電気的接続が得られ、信頼性が向上する。
また、図15に示すように、ベッセル関数の1つの山あ
るいは谷を2本以上に分割して、各々の分割電極3の部
分の自発分極強度を変えても良い。この様にすると、よ
り正確にべッセル関数状の音圧分布を得る事ができるの
で、ラインフォーカスを得られる範囲が広くなる。Furthermore, as another modification, as shown in FIG. 14, a metal film 23 may be formed on the entire surface of the piezoelectric ceramic 1 on the side of the divided electrode 3 by a method such as sputtering.
When this method is used, more reliable electrical connection can be obtained and reliability is improved than in the case where the divided electrodes 3 are linearly connected.
Further, as shown in FIG. 15, one peak or valley of the Bessel function may be divided into two or more to change the spontaneous polarization intensity of each divided electrode 3. With this configuration, the Bessel function-like sound pressure distribution can be obtained more accurately, and the range in which the line focus can be obtained is widened.
【0044】また、本実施の形態1は第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l個以上であれば非回折ビームを実現でき、本
実施の形態1と同様な効果が得られる。既述した図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とを表した図である。ただし、この山谷の数が多い
方が精度良くベッセル方音圧分布を近似しており、音場
が非回折ビームとして拡散せずに伝搬する距離が長くな
る。In the first embodiment, the Bessel function of the 0th order is used. Two peaks on the positive side excluding the center are two on one side and the valleys on the negative side are two.
I showed a single object, but one mountain on the + side excluding the center is on one side,-
If the number of valleys on the side is 1 or more, a non-diffracted beam can be realized, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. FIG. 5 described above
FIG. 3 is a diagram showing the position of the divided electrode 3 of the piezoelectric element 5 having one peak on the + side excluding the center and one valley on the − side, and the polarization direction and the intensity 4. However, the larger the number of peaks and valleys, the more accurately the Bessel direction sound pressure distribution is approximated, and the longer the distance the sound field propagates as a non-diffracted beam without being diffused.
【0045】また、本実施の形態1では、リング状電極
を付与後分極したが、先に本願出願人が提案したよう
に、少なくとも圧電セラミックス1の片側に電極を設け
ず、導電ゴムや導電体と絶縁体からなる電極を圧電セラ
ミックス1に接触させた状態で分極を施し、その後スパ
ッタリング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
事ができる。In the first embodiment, the ring-shaped electrode is polarized after being applied. However, as proposed by the applicant of the present application, the electrode is not provided on at least one side of the piezoelectric ceramics 1, and the conductive rubber or the conductor is not provided. The same effect can be obtained even if electrodes are applied to the entire surface by a method of performing polarization in a state in which an electrode made of an insulating material is in contact with the piezoelectric ceramics 1 and then forming a film in a temperature range that does not depolarize, such as sputtering or vapor deposition. You can
【0046】図16、図17に実施の形態1のトランス
デューサ部16を経直腸プローブ40に適用した例を示
す。経直腸用の為、光学観察系は無く、挿入部41は硬
性である。また、先端部42の直径は約25mmで音響
窓43が形成されている。図16、図17に示す経直腸
プローブ40では、比較的太いものも使用可能であるた
め、トランスデューサ部16及び圧電セラミックス1も
大きい物を用いることができる。そのため、ベッセル関
数の山谷の数を図2よりも増加させ、より正確なベッセ
ル型音圧分布の超音波ビームを放射する事ができる。こ
れにより、超音波ビームが拡散せず、鮮明な超音波画像
を得られる領域が拡大する。また、直腸壁のみでなく、
周辺のりンパ節や、前立腺等周辺臓器の観察、診断に有
用である。また、強力な連続波超音波を放射できる図示
しない治療用振動子をプローブに内蔵し、超音波治療と
超音波診断とを行う治療用プローブとすることもでき
る。16 and 17 show an example in which the transducer section 16 of the first embodiment is applied to the transrectal probe 40. Since it is for rectal use, there is no optical observation system, and the insertion part 41 is rigid. The tip 42 has a diameter of about 25 mm and an acoustic window 43 is formed. The transrectal probe 40 shown in FIGS. 16 and 17 can be relatively thick, so that the transducer 16 and the piezoelectric ceramic 1 can be large. Therefore, the number of peaks and valleys of the Bessel function can be increased more than in FIG. 2, and an ultrasonic beam having a more accurate Bessel type sound pressure distribution can be emitted. As a result, the ultrasonic beam does not spread and the region where a clear ultrasonic image can be obtained is expanded. In addition to the rectal wall,
It is useful for observing and diagnosing peripheral lymph nodes and surrounding organs such as the prostate. Further, a therapeutic oscillator (not shown) capable of emitting strong continuous wave ultrasonic waves may be incorporated in the probe to provide a therapeutic probe for performing ultrasonic treatment and ultrasonic diagnosis.
【0047】図18乃至図20に実施の形態1のトラン
スデューサ部16を、経鉗子チャンネル用細径プローブ
50に適用した例を示す。これは、直径2mm程度の細
くて柔軟な、光学系を持たない超音波プローブである。
図18に示すように、通常の内視鏡の鉗子チャンネル入
口51を介して目的部位に誘導し超音波診断を行う。図
18では、矩形の圧電素子上に実施の形態1と同様に同
心円状の分極分布を与えた最外周の円形の分極分布の外
側は分極強度を0にしたものを用いた。18 to 20 show an example in which the transducer section 16 of the first embodiment is applied to the trans-forceps channel small-diameter probe 50. This is a thin and flexible ultrasonic probe having a diameter of about 2 mm and having no optical system.
As shown in FIG. 18, ultrasonic diagnosis is performed by guiding the target site to the target site via a forceps channel inlet 51 of a normal endoscope. In FIG. 18, the outermost of the circular polarization distribution of the outermost circumference, in which the concentric polarization distribution is given on the rectangular piezoelectric element as in the first embodiment, has a polarization intensity of 0.
【0048】前記トランスデューサ部16を用いると、
超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出力の経鉗子
チャンネル用細径プローブ50でも遠方まで超音波が届
き、観察、診断が可能である。When the transducer section 16 is used,
Since the ultrasonic beam is less diffused, even a small-sized and low-power trans-forceps channel small-diameter probe 50 can reach ultrasonic waves to a distance and be observed and diagnosed.
【0049】(実施の形態2)図21に本発明の実施の
形態2を示す。実施の形態2では、矩形の圧電素子5に
適用した例を示す。矩形の辺の長さをs、tとする。矩
形の中心、すなわち対角線の交点にx,y座標の原点を
一致させる。点(X、Y)が原点と長さsの辺からなる
三角形に含まれる場合に、J0 (X*s*a)、原点と
厚さtの辺からなる三角形に含まれる場合にJ0 (Y*
t*a)に比例する、すなわち、幾何学的中心が同一で
相似形状の方形状の図21の下段に示すような等高線を
持つ音圧を放射する様に自発分極の強さを定める。この
様にして定めた自発分極分布を持つ圧電素子を利用し
て、実施の形態1と同様にトランスデューサ部16を作
成し、超音波内視鏡等に使用する。尚、図21の上段
は、放射音圧分布の目標とするベッセル関数の分布を示
すものである。ここでは、かけ算を示す。(Second Embodiment) FIG. 21 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, an example applied to the rectangular piezoelectric element 5 is shown. The lengths of the sides of the rectangle are s and t. The origin of the x and y coordinates is made to coincide with the center of the rectangle, that is, the intersection of the diagonal lines. When the point (X, Y) is included in a triangle formed of the sides of the origin and length s, J 0 (X * s * a), J 0 when included in a triangle formed of the sides of the origin and the thickness t (Y *
The intensity of the spontaneous polarization is determined so as to radiate a sound pressure proportional to t * a), that is, having a contour having the same geometric center and a similar rectangular shape as shown in the lower part of FIG. Using the piezoelectric element having the spontaneous polarization distribution determined in this way, the transducer section 16 is created in the same manner as in the first embodiment and used in an ultrasonic endoscope or the like. The upper part of FIG. 21 shows the target Bessel function distribution of the radiation sound pressure distribution. Here, multiplication is shown.
【0050】図22に示すように、このトランスデュー
サ部16によれば、超音波ビームの各断面においては、
図12に示す場合と同様、ベッセル関数状に音圧が分布
して拡散しない非回折音場(実線で示す)が得られる。As shown in FIG. 22, according to this transducer section 16, in each cross section of the ultrasonic beam,
As in the case shown in FIG. 12, a non-diffracted sound field (shown by the solid line) in which the sound pressure is distributed in a Bessel function and does not diffuse can be obtained.
【0051】実施の形態2によれば、円形の超音波振動
子と同様の超音波放射面積を確保しながら、超音波内視
鏡等のより細い挿入部32を実現することができる。こ
れは、挿入性向上や被検者の苦痛低減に有効である。と
りわけ、図18に示す様な細径の超音波プローブに適用
すると有効である。According to the second embodiment, it is possible to realize a thinner insertion portion 32 such as an ultrasonic endoscope while ensuring the same ultrasonic radiation area as a circular ultrasonic transducer. This is effective in improving the insertability and reducing the pain of the subject. In particular, it is effective when applied to an ultrasonic probe having a small diameter as shown in FIG.
【0052】(実施の形態3)図23に実施の形態3の
楕円形の分極強度分布を持ったトランスデューサ部16
を示す。楕円の長径、短径の長さをs、tとする。楕円
形の中心、すなわち2つの焦点の中点にx,y座標の原
点を一致させる。楕円の長径、短径をx軸、y軸に一致
させる、実施の形態1の図2に示した円形上でのべッセ
ル分布をy座標方向にs/t倍にした形状の音圧分布を
放射するように自発分極分布を定める。(Third Embodiment) FIG. 23 shows a transducer portion 16 having an elliptical polarization intensity distribution according to the third embodiment.
Is shown. The major axis and minor axis of the ellipse are defined as s and t. The origin of the x and y coordinates is made to coincide with the center of the ellipse, that is, the midpoint between the two focal points. A sound pressure distribution having a shape in which the major axis and the minor axis of the ellipse are made to coincide with the x axis and the y axis and the Bessel distribution on the circle shown in FIG. Determine the spontaneous polarization distribution to radiate.
【0053】実施の形態3によれば、図23に示すよう
に、超音波ビームの各断面においては、ベッセル関数状
に音圧が分布しているため、本実施の形態3に示した構
成のトランスデューサ部16を使用しても、伝搬によっ
て拡散しない非回折音場が得られる。すなわち、円形の
トランスデューサ部16と同様の超音波放射面積を確保
しながら、超音波内視鏡等のより細い挿入部32を実現
する事ができる。これは、挿入性向上や被検者の苦痛低
減に有効である。また、実施の形態2と異なり、自発分
極の分布及びそれに伴う放射音圧の分布に角部が無いた
め、エッジによる音場の乱れが無い。このため、より長
い範囲に亘ってベッセル型非回折音場が保たれ、拡散せ
ずに超音波が伝搬し、鮮明な超音波画像を得る事ができ
る。尚、図23では圧電素子5は矩形としたが、圧電素
子5自体を楕円形、長円形にしても実施可能である。According to the third embodiment, as shown in FIG. 23, the sound pressure is distributed in a Bessel function shape in each cross section of the ultrasonic beam, so that the structure shown in the third embodiment is obtained. Even when the transducer section 16 is used, a non-diffracted sound field that is not diffused by propagation is obtained. That is, it is possible to realize a thinner insertion portion 32 such as an ultrasonic endoscope while securing the same ultrasonic radiation area as the circular transducer portion 16. This is effective in improving the insertability and reducing the pain of the subject. Further, unlike the second embodiment, since there is no corner in the distribution of spontaneous polarization and the distribution of emitted sound pressure accompanying it, there is no disturbance of the sound field due to edges. Therefore, the Bessel-type non-diffracted sound field is maintained over a longer range, ultrasonic waves propagate without being diffused, and a clear ultrasonic image can be obtained. Although the piezoelectric element 5 is rectangular in FIG. 23, the piezoelectric element 5 itself may be elliptical or oval.
【0054】(実施の形態4)図24乃至図26に、リ
ニアアレイ型超音波探触子をラパ用超音波プローブ60
(ウルトラソニック ラパロ プローブ)に適用した例
を示す。ラパ用超音波プローブ60では、超音波探触子
が硬性の挿入部61の先端に設置されている。挿入部6
1の後端には、操作者が把持するための把持部62があ
り、把持部62はコード63を介してコネクタ64に接
続されている。コネクタ64は図示しない超音波観測装
置に接続可能である。(Embodiment 4) FIGS. 24 to 26 show a linear array type ultrasonic probe with an ultrasonic probe 60 for a rapa.
An example applied to the (Ultrasonic Rapallo probe) is shown. In the ultrasonic probe 60 for lapa, an ultrasonic probe is installed at the tip of the rigid insertion portion 61. Insertion part 6
At the rear end of 1, there is a grip portion 62 for the operator to grip, and the grip portion 62 is connected to a connector 64 via a cord 63. The connector 64 can be connected to an ultrasonic observation device (not shown).
【0055】リニアアレイ型超音波探触子の基本的な構
成は、公知のものと同一なので、概略のみ説明する。リ
ニアアレイ型超音波探触子は、小さな矩形の圧電セラミ
ックス1からなる小素子が横一列に並んでおり、各小素
子に駆動電圧の印加と信号送受信の為の図示しないケー
ブルが接続された構成になっている。また、音響整合層
7および背面負荷材8が、圧電セラミックス1の表面及
び裏面に各々設置されている。圧電素子5の各小素子
は、図24に示すように、ベッセル関数型の音場を放射
するように分極されている。具体的には各小素子の長辺
に平行な軸上に、この長辺の中点を原点としてx軸を想
定した場合に、J0 (x/a)(aは定数)のベッセル
関数を置き、そのベッセル関数を短辺に沿って平行移動
した形の分布音圧が得られるような自発分極分布を持た
せる。圧電素子5の各小素子は、これら小素子の短軸方
向に沿って直線状に並んでいる。Since the basic structure of the linear array type ultrasonic probe is the same as the known one, only the outline will be described. In the linear array ultrasonic probe, small elements made of small rectangular piezoelectric ceramics 1 are arranged side by side in a row, and a cable (not shown) for applying a driving voltage and transmitting / receiving a signal is connected to each small element. It has become. Further, the acoustic matching layer 7 and the back load material 8 are provided on the front surface and the back surface of the piezoelectric ceramic 1, respectively. As shown in FIG. 24, each small element of the piezoelectric element 5 is polarized so as to emit a Bessel function type sound field. Specifically, when the x-axis is assumed with the midpoint of the long side as the origin on the axis parallel to the long side of each small element, the Bessel function of J 0 (x / a) (a is a constant) is calculated. Then, the Bessel function is given a spontaneous polarization distribution such that the distributed sound pressure is obtained by parallel translation along the short side. The small elements of the piezoelectric element 5 are linearly arranged along the minor axis direction of these small elements.
【0056】この小素子の並んでいる方向が、超音波探
触子の長軸方向になる。超音波探触子の長軸方向につい
ては、公知の電子フォーカス技術により焦点一を制御
し、必要な位置で鮮明な画像を得られる様に制御する。
一方、超音波探触子の短軸方向については、圧電素子5
の自発分極分布により、図24に示すようなベッセル関
数型の音圧分布の超音波が放射されるため、非回折音場
が形成される。The direction in which the small elements are arranged is the major axis direction of the ultrasonic probe. In the long axis direction of the ultrasonic probe, the focal point is controlled by a known electronic focusing technique so that a clear image can be obtained at a required position.
On the other hand, regarding the short axis direction of the ultrasonic probe, the piezoelectric element 5
24, a non-diffracted sound field is formed because ultrasonic waves having a Bessel function-type sound pressure distribution as shown in FIG.
【0057】従来公知の電子走査型リニアアレイ超音波
探触子では、超音波探触子の長軸方向、すなわち、走査
面内方向では電子フォーカスにより、超音波ビームの焦
点位置を制御し、必要な部位を鮮明に描出できた。しか
し、超音波探触子の短軸方向、すなわち、走査面の厚さ
方向については圧電素子5の上に設置した音響レンズの
みで超音波ビームを制御していた。したがって、音響レ
ンズの焦点付近では、図28に示すように、超音波ビー
ムが細くなり鮮明な画像が得られるが、それ以外の位置
では超音波ビームが拡がり、画像がぼやけてしまってい
た。In the conventionally known electronic scanning type linear array ultrasonic probe, the focal position of the ultrasonic beam is controlled by electronic focusing in the long axis direction of the ultrasonic probe, that is, in the scanning plane direction. I was able to clearly depict various parts. However, in the short axis direction of the ultrasonic probe, that is, in the thickness direction of the scanning surface, the ultrasonic beam is controlled only by the acoustic lens installed on the piezoelectric element 5. Therefore, near the focal point of the acoustic lens, as shown in FIG. 28, the ultrasonic beam becomes thin and a clear image is obtained, but at other positions, the ultrasonic beam spreads and the image is blurred.
【0058】本実施の形態4の構成では、図28に示す
ように、走査面の厚さ方向にほぼ一様な太さの超音波ビ
ームが得られる為、超音波画像全域にわたって鮮明な画
像を得る事ができる。特に、従来の音響レンズ方式では
超音波ビームが拡散してしまう様な、遠方領域の描出に
効果的である。In the configuration of the fourth embodiment, as shown in FIG. 28, since an ultrasonic beam having a substantially uniform thickness is obtained in the thickness direction of the scanning surface, a clear image is obtained over the entire ultrasonic image. You can get it. In particular, the conventional acoustic lens system is effective for rendering a distant region in which an ultrasonic beam is diffused.
【0059】尚、本実施の形態4の圧電素子5の形状は
正方形であっても良い。また、本実施の形態4は、電子
リニア走査式超音波プローブのみでなく、図27に示す
ような電子コンベックス走査式の超音波ブローブ70に
も適用可能である。図27の電子コンベックス走査式の
超音波ブローブ70を用いた図29に示す内視鏡は、基
本的には図25に示す実施の形態4と同様の構成の圧電
素子5を構成する圧電セラミックス1の配列を、凸形状
に曲げた形状になっている。尚、この場合には、超音波
プローブ70の表面形状に合わせて駆動電圧の印加タイ
ミングを選択し、放射される超音波の波面が音軸と垂直
な平面となるようにする。The shape of the piezoelectric element 5 of the fourth embodiment may be square. The fourth embodiment can be applied not only to the electronic linear scanning ultrasonic probe, but also to the electronic convex scanning ultrasonic probe 70 as shown in FIG. The endoscope shown in FIG. 29 using the electronic convex scanning type ultrasonic probe 70 of FIG. 27 is basically a piezoelectric ceramic 1 which constitutes a piezoelectric element 5 having the same configuration as that of the fourth embodiment shown in FIG. The array of is bent into a convex shape. In this case, the application timing of the drive voltage is selected according to the surface shape of the ultrasonic probe 70 so that the wavefront of the emitted ultrasonic wave is a plane perpendicular to the sound axis.
【0060】本実施の形態4によれば、画角が広いコン
ベックス走査式超音波探触子に上述した技術を適用する
事で、より広汎な適用部位を鮮明に描出可能となる。According to the fourth embodiment, by applying the above-described technique to the convex scanning ultrasonic probe having a wide angle of view, it is possible to clearly depict a wider application site.
【0061】本実施の形態4は電子リニア走査式超音波
プローブのみでなく、図31に示すような電子ラジアル
走査式の超音波プローブ71にも適用可能である。尚、
図30に示す電子コンベックス走査式超音波内視鏡は、
基本的には実施の形態4と同様の構成の圧電素子5の配
列を、図31に示すように凸形状にしている。この場合
には、超音波ブローブ71の表面形状に合わせて駆動電
圧の印加タイミングを選択し、放射される超音波の波面
が音軸と垂直な平面となるようにする。The fourth embodiment is applicable not only to the electronic linear scanning type ultrasonic probe but also to the electronic radial scanning type ultrasonic probe 71 as shown in FIG. still,
The electronic convex scanning ultrasonic endoscope shown in FIG.
Basically, the array of piezoelectric elements 5 having the same configuration as that of the fourth embodiment is formed in a convex shape as shown in FIG. In this case, the application timing of the drive voltage is selected according to the surface shape of the ultrasonic probe 71 so that the wavefront of the emitted ultrasonic wave is a plane perpendicular to the sound axis.
【0062】本実施の形態4によれば、管腔内部からの
走査を行う際に有利な電子ラジアル走査式の超音波プロ
ーブ71に上述した技術を適用する事で、より広汎な適
用部位を鮮明に描出可能となる。ラジアル走査では、遠
方に行くほど音線間隔が広がり、超音波が減衰していく
が、本実施の形態4の構成のトランスデューサ部16を
用いると、超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出
力の細径プローブを使用しても遠方まで超音波が届き、
観察、診断が可能となる。また、電子ラジアル走査式超
音波プローブを組み込む超音波観測装置は従来公知の物
を流用可能である。According to the fourth embodiment, by applying the above-described technique to the ultrasonic probe 71 of the electronic radial scanning type, which is advantageous when performing scanning from the inside of the lumen, a wider application site can be clearly defined. Can be visualized. In the radial scanning, the sound ray interval becomes wider and the ultrasonic wave is attenuated as it goes farther. However, when the transducer unit 16 having the configuration of the fourth embodiment is used, since the ultrasonic beam is less diffused, it is small and low in size. Even if you use a small-diameter probe with output, ultrasonic waves reach far,
Observation and diagnosis are possible. Further, as the ultrasonic observation device incorporating the electronic radial scanning ultrasonic probe, a conventionally known one can be used.
【0063】(実施の形態5)図33乃至35に本発明
の実施の形態5を示す。超音波探触子の部分の構造は、
実施の形態4と同様である。本実施の形態5は、圧電素
子5の駆動方法が実施の形態4と異なる。既述した実施
の形態4では、公知の電子フォーカス方式を用いて、圧
電素子5の各小素子の駆動タイミングのずれによって焦
点位置を制御している。本実施の形態5では、各小素子
の駆動タイミングを同一にして、送信パルスの極性と大
きさを第0次のベッセル関数に基づいて定める。送信パ
ルスの極性と大きさの定め方は以下の通りである。(Fifth Embodiment) FIGS. 33 to 35 show a fifth embodiment of the present invention. The structure of the ultrasonic probe part is
It is similar to the fourth embodiment. The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in the method of driving the piezoelectric element 5. In the above-described fourth embodiment, the focus position is controlled by using a known electronic focusing method by shifting the drive timing of each small element of the piezoelectric element 5. In the fifth embodiment, the driving timing of each small element is the same, and the polarity and magnitude of the transmission pulse are determined based on the 0th-order Bessel function. The method of determining the polarity and magnitude of the transmission pulse is as follows.
【0064】1本の音線を生成するのに用いる圧電素子
5を構成する小素子列を1ブロックとする。小素子の配
列方向にy軸を定め、1ブロックの幾何学的中心をy軸
の原点とする。y軸に沿って第0次のベッセル関数J0
(y/b)を想定する。ここで、bは定数である。図3
に示し場合と同様に、この第0次のベッセル関数の値を
各小素子の長さ毎に平均化する。その値を各素子の放射
すべき目標音圧とする。A small element array forming the piezoelectric element 5 used to generate one sound ray is defined as one block. The y axis is defined in the arrangement direction of the small elements, and the geometric center of one block is the origin of the y axis. 0th-order Bessel function J 0 along the y-axis
Assume (y / b). Here, b is a constant. FIG.
Similarly to the case shown in (1), the value of the 0th-order Bessel function is averaged for each length of each small element. Let that value be the target sound pressure to be emitted from each element.
【0065】圧電素子5の圧電セラミックス1を駆動す
る際に、高い電圧で駆動すると、高い音圧が、低い電圧
で駆動すると低い音圧が放射される事、及び送信パルス
の極性を逆にすると、放射される音圧の極性も反転する
事を利用し、駆動電圧とその極性を先に得た目標音圧を
放射するように制御する。When the piezoelectric ceramics 1 of the piezoelectric element 5 is driven at a high voltage, a high sound pressure is emitted, and at a low voltage, a low sound pressure is emitted, and the polarity of the transmission pulse is reversed. By utilizing the fact that the polarity of the emitted sound pressure is also inverted, the drive voltage and its polarity are controlled so that the target sound pressure obtained earlier is emitted.
【0066】既述した実施の形態4では、小素子の配列
方向に関しては従来公知の電子フォーカスを用いてい
る。従って、フォーカス位置以外では図35に示すよう
に超音波ビームが広がってしまう。尚、図34は、図3
3のA方向から見た既述した図28と同様な音場の概略
を、図35は、図33のB方向から見た音場の概略を示
すものである。In the above-described fourth embodiment, a conventionally known electronic focus is used for the arrangement direction of the small elements. Therefore, at a position other than the focus position, the ultrasonic beam spreads as shown in FIG. Incidentally, FIG. 34 shows FIG.
3 shows an outline of the sound field similar to that of FIG. 28 described above as viewed from the A direction, and FIG. 35 shows an outline of the sound field viewed from the B direction of FIG. 33.
【0067】本実施の形態5の構成によれば、小素子の
配列方向に関してもベッセル型の非回折超音波ビームが
得られる。従って、各音線につき1回の超音波送受信で
全体が鮮明な画像が得られるので、フレームレートの向
上が可能である。According to the configuration of the fifth embodiment, a Bessel-type non-diffracting ultrasonic beam can be obtained also in the arrangement direction of the small elements. Therefore, an image which is clear as a whole can be obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves once for each sound ray, and thus the frame rate can be improved.
【0068】本実施の形態5の変形例を以下に説明す
る。1ブロックの素子の幅(小素子の長さ)をs、1ブ
ロックの長さをtとする。このとき、b=ta/sの関
係が成立する様に定数a、bの値を定めた実施の形態5
の超音波プローブを変形例として挙げることができる。
この超音波プローブの1ブロックを駆動する際に、前記
小素子の配列方向と走査面厚方向とで、ベッセル関数の
山谷の数が一致する。そのため、超音波ビームの音軸を
含む任意の断面内の音圧分布がベッセル関数状に分布す
る。従って、より正確な非回折超音波ビームを放射可能
である。A modified example of the fifth embodiment will be described below. The width of the element of one block (length of the small element) is s, and the length of one block is t. At this time, the values of the constants a and b are determined so that the relationship of b = ta / s is established in the fifth embodiment.
The ultrasonic probe can be mentioned as a modified example.
When driving one block of this ultrasonic probe, the numbers of peaks and valleys of the Bessel function match in the arrangement direction of the small elements and the scanning surface thickness direction. Therefore, the sound pressure distribution in an arbitrary cross section including the sound axis of the ultrasonic beam is distributed like a Bessel function. Therefore, a more accurate undiffracted ultrasonic beam can be emitted.
【0069】図35に示すように、走査面の厚さ方向に
ほぼ一様な太さの超音波ビームが得られる為、超音波画
像全域にわたって鮮明な画像を得る事ができる。前記挿
入部61が軟性のタイプの超音波プローブにも本実施の
形態5は適用できる。また、適用部位は既述したラパ用
超音波プローブに限定されず、体外からの腹部超音波診
断用、体肢内走査の為の超音波内視鏡にも応用可能であ
る。As shown in FIG. 35, since an ultrasonic beam having a substantially uniform thickness can be obtained in the thickness direction of the scanning surface, a clear image can be obtained over the entire ultrasonic image. The fifth embodiment can be applied to an ultrasonic probe in which the insertion portion 61 is flexible. Further, the application site is not limited to the above-mentioned ultrasonic probe for rapa, but can be applied to an ultrasonic endoscope for abdominal ultrasonic diagnosis from outside the body and for scanning inside the limb.
【0070】さらに、本実施の形態5は、電子リニア走
査式超音波プローブのみでなく、電子コンベックス走査
式超音波プローブにも適用可能である。このように、画
角が広いコンベックス走査式超音波探触子に本実施の形
態5の技術を適用する事で、より広汎な適用部位を鮮明
に描出可能である。Further, the fifth embodiment can be applied not only to the electronic linear scanning ultrasonic probe but also to the electronic convex scanning ultrasonic probe. As described above, by applying the technique of the fifth embodiment to the convex scanning ultrasonic probe having a wide angle of view, it is possible to clearly depict a wider area of application.
【0071】また、本実施の形態5は、電子リニア走査
式超音波プローブのみでなく、電子ラジアル走査式超音
波プローブにも適用可能である。このように、管控内部
からの走査を行う際に有利なラジアル走査式超音波プロ
ーブに上述した技術を適用する事で、より広汎な適用部
位を鮮明に描出可能である。ラジアル走査では、遠方に
行くほど音線間隔が広がり、超音波が減衰していくが、
本実施の形態5の構成のトランスデューサ部16を用い
ると、超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出力の
細径プローブでも遠方まで超音波が届き、観察、診断が
可能である。The fifth embodiment is applicable not only to the electronic linear scanning ultrasonic probe but also to the electronic radial scanning ultrasonic probe. As described above, by applying the above-described technique to the radial scanning ultrasonic probe which is advantageous when performing scanning from the inside of the tube, it is possible to clearly depict a wider application site. In radial scanning, the sound ray spacing becomes wider as the distance increases, and the ultrasonic waves attenuate,
When the transducer unit 16 having the configuration of the fifth embodiment is used, since the ultrasonic beam is less diffused, even a small-sized and low-power small-diameter probe can transmit ultrasonic waves to a distant place for observation and diagnosis.
【0072】以上説明した本発明によれば以下の構成を
付記することができる。 (1)駆動電圧及びエコー信号を伝達するケーブルと、
圧電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合層と、そ
の反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受信する超
音波探触子において、1枚の圧電素子内で位置によって
自発分極の強さに差を持つ圧電素子を用いた事を特徴と
する超音波探触子。前記圧電素子は、少なくとも1本の
幾何学的対称軸を持つ。前記圧電素子の自発分極の向き
は、圧電素子の全面で、両主面とほぼ垂直である。前記
圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探触子から
の音圧分布が以下の様に分布する様に定める。圧電素子
の面上に、幾何学的対称軸に任意の1本と直交する直線
を選ぶ。この直線をx軸と呼ぶことにする。x軸の原点
は、x軸と選択された圧電素子の幾何学的対称軸との交
点とする。この様に定義したx軸に対して第0次のベッ
セル関数y=J0 (x/a)を描く。ここでaは任意の
定数である。さらに、定義したベッセル関数を階段状に
近似する。x軸上の各位置での、階段状近似したJ
0 (x/a)の値を、ある電圧パルスを印加した際に、
その位置より放射される音圧の向きと大きさに対応させ
る。すなわち、階段状近似したJ0 (x/a)の値が大
きい位置では自発分極を強く、階段状近似したJ0 (x
/a)の値が小さい位置では自発分極を弱くする。ま
た、階段状近似したJ0 (x/a)が正の位置と負の位
置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に沿って軸対
称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分布させる。According to the present invention described above, the following configurations can be added. (1) A cable for transmitting a driving voltage and an echo signal,
In an ultrasonic probe that has a piezoelectric element, an acoustic matching layer on the acoustic emission surface side of the piezoelectric element, and a backside load layer on the opposite side of the piezoelectric element, spontaneous emission occurs depending on the position within a single piezoelectric element. An ultrasonic probe characterized by using a piezoelectric element having a difference in polarization intensity. The piezoelectric element has at least one axis of geometric symmetry. The direction of spontaneous polarization of the piezoelectric element is substantially perpendicular to both principal surfaces on the entire surface of the piezoelectric element. The distribution of the intensity of spontaneous polarization of the piezoelectric element is determined so that the sound pressure distribution from the ultrasonic probe is distributed as follows. On the surface of the piezoelectric element, a straight line orthogonal to any one of the geometrical symmetry axes is selected. This straight line will be called the x-axis. The origin of the x-axis is the intersection of the x-axis and the geometric symmetry axis of the selected piezoelectric element. A 0th-order Bessel function y = J 0 (x / a) is drawn on the x-axis defined in this way. Here, a is an arbitrary constant. Furthermore, the defined Bessel function is approximated stepwise. Stepwise approximation J at each position on the x-axis
When the value of 0 (x / a) is applied to a certain voltage pulse,
It corresponds to the direction and magnitude of the sound pressure emitted from that position. That is, the spontaneous polarization is strong at a position where the value of J 0 (x / a) approximated to the step shape is large, and J 0 (x
The spontaneous polarization is weakened at a position where the value of / a) is small. Further, the direction of spontaneous polarization is reversed between the positive position and the negative position of J 0 (x / a) that is stepwise approximated. The intensity of the spontaneous polarization of the piezoelectric element is distributed axially or line-symmetrically along the axis of symmetry.
【0073】(2)前記圧電素子の自発分極強度は同心
円状に分布してしいる付記(1)記載の超音波探触子。(2) The ultrasonic probe according to appendix (1), wherein the spontaneous polarization intensity of the piezoelectric element is concentrically distributed.
【0074】(3)(楕円を追加) 前記圧電素子の自発分極強度は、幾何学的中心を同一と
し、かつ、両焦点が同一直線上に配列された相似形の楕
円状に分布している付記(1)又は(2)記載の超音波
探触子。(3) (Addition of ellipse) The spontaneous polarization intensity of the piezoelectric element is distributed in a similar elliptical shape in which the geometric centers are the same and both focal points are arranged on the same straight line. The ultrasonic probe according to appendix (1) or (2).
【0075】(4)(方形分布の拡張) 前記圧電素子の自発分極強度は、幾何学的中心を同一と
し、かつ、対応する各辺が平行である相似形状の方形に
分布している付記(1)又は(2)記載の超音波探触
子。(4) (Expansion of rectangular distribution) The spontaneous polarization strengths of the piezoelectric elements are distributed in a rectangular shape of similar shape with the geometric centers being the same and the corresponding sides being parallel. The ultrasonic probe according to 1) or (2).
【0076】(5)(直線状分布の拡張) 前記圧電素子の自発分極強度は、x軸と直交する軸の方
向に関しては一定に分布している付記(1)又は(2)
記載の超音波探触子。(5) (Expansion of linear distribution) The spontaneous polarization intensity of the piezoelectric element is uniformly distributed in the direction of the axis orthogonal to the x-axis (1) or (2).
The described ultrasonic probe.
【0077】(6)(アレイの不均一強度パルス駆動) 駆動電圧及びエコー信号を伝達する複数のケーブルと、
複数の圧電素子と、各圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、同時に複数の
圧電素子を駆動する事により超音波を送受信する、配列
型超音波探触子において、各々の圧電素子に印加される
駆動電圧パルスの強さの分布は、超音波探触子からの音
圧分布が以下の様に分布する様に定めた超音波システ
ム。超音波振動素子列の面上に、配列方向に平行な直線
を選ぶ。この直線をx軸と呼ぶことにする。x軸の原点
は、同時に駆動される複数の超音波振動子内の1振動子
の幾何学的対称軸とx軸との交点とする。この様に定義
したx紬に対して第0次のベッセル関数Y=J0 (x/
a)を描く。ここでaは任意の定数である。さらに、定
義したベッセル関数を階段状に近似する。x軸上の各超
音波振動子の幾何学的対称軸に関して、階段状近似した
J0 (x/a)の値を、ある電圧パルスを印加した際
に、その位置より放射される音圧の向きと大きさに対応
させる。すなわち、階段状近似したJ0 (x/a)の値
が大きい位置に相当する超音波振動子には電圧の絶対値
が大であるパルスを印加し、階段状近似したJ0 (x/
a)の値が小さい位置には電圧の絶対値が小であるパル
スを印加する。また、階段状近似したJ0 (x/a)が
正の位置と負の位置とでは、印加するパルス電圧の極性
を逆とする。(6) (Non-uniform intensity pulse drive of array) A plurality of cables for transmitting a drive voltage and an echo signal,
An array type ultrasonic transducer that has a plurality of piezoelectric elements, an acoustic matching layer on the acoustic emission surface side of each piezoelectric element, and a back load layer on the opposite side, and transmits and receives ultrasonic waves by simultaneously driving a plurality of piezoelectric elements. In the ultrasonic probe, the intensity distribution of the drive voltage pulse applied to each piezoelectric element is an ultrasonic system in which the sound pressure distribution from the ultrasonic probe is determined as follows. Select a straight line parallel to the array direction on the surface of the ultrasonic transducer array. This straight line will be called the x-axis. The origin of the x-axis is the intersection of the x-axis and the geometrical symmetry axis of one oscillator in a plurality of ultrasonic transducers that are simultaneously driven. For the x-pongee thus defined, the 0th-order Bessel function Y = J 0 (x /
Draw a). Here, a is an arbitrary constant. Furthermore, the defined Bessel function is approximated stepwise. With respect to the geometrical symmetry axis of each ultrasonic transducer on the x-axis, the value of J 0 (x / a) that is stepwise approximated to the value of the sound pressure radiated from that position when a certain voltage pulse is applied. Match the orientation and size. That was stepped approximation J 0 absolute value of the voltage to the ultrasonic vibrator value of (x / a) corresponds to a position greater applies a pulse is greater, and stepped approximation J 0 (x /
A pulse having a small absolute voltage value is applied to a position where the value of a) is small. Further, the polarity of the applied pulse voltage is reversed at the positive position and the negative position of J 0 (x / a) that is stepwise approximated.
【0078】(7)(アレイへの自発分布適用への単純
拡張) 駆動電圧及びエコー信号を伝達する複数のケーブルと、
複数の圧電素子と、各圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、複数の圧電素
子を駆動する事により超音波を送受信する音線を形成す
る、配列型超音波探触子において、個々の超音波振動子
内の自発分極の分布を、付記2においてx軸を該超音波
振動子の配列方向と直交する軸として示した場合の分極
分布にせしめた超音波システム。(7) (Simple extension to application of spontaneous distribution to array) A plurality of cables for transmitting drive voltage and echo signal,
Having a plurality of piezoelectric elements, an acoustic matching layer on the acoustic emission surface side of each piezoelectric element, and a backside load layer on the opposite side thereof, a plurality of piezoelectric elements are driven to form a sound ray for transmitting and receiving ultrasonic waves. In the array type ultrasonic probe, the polarization distribution in the case where the distribution of the spontaneous polarization in each ultrasonic transducer is shown in Appendix 2 with the x axis as the axis orthogonal to the array direction of the ultrasonic transducers. Ultrasonic system.
【0079】(8)複数の圧電素子を駆動する際に、駆
動パルスを与えるタイミングをずらして超音波の収束位
置を制御する付記(7)記載の超音波システム。(8) The ultrasonic system as set forth in appendix (7), wherein when the plurality of piezoelectric elements are driven, the timing of applying the drive pulse is shifted to control the convergent position of the ultrasonic waves.
【0080】(9)(不均一強度駆動型アレイヘの自発
分極分布適用への単純拡張) 個々の超音波振動子内の自発分極の分布を、付記(2)
においてx軸を該超音波振動子の配列方向と直交する軸
とした示した場合の分極分布にせしめた付記(6)記載
の超音波システム。(9) (Simple Extension to Applying Spontaneous Polarization Distribution to Nonuniform Intensity Driven Array) The distribution of spontaneous polarization in each ultrasonic transducer is described in Appendix (2).
6. The ultrasonic system according to appendix (6), wherein the polarization distribution in the case where the x axis is an axis orthogonal to the array direction of the ultrasonic transducers is shown.
【0081】(10)(コンベックスアレイヘの拡張) 超音波トランスデューサ群を、y軸に平行な配列方向で
あり、かつ、立体的にはコンベックス曲面(円筒の一部
分よりなる凸面)上に配列せしめた付記(6)又は
(7)又は(9)記載の超音波システム。(10) (Expansion to convex array) The ultrasonic transducer groups are arranged in parallel with the y-axis and three-dimensionally on a convex curved surface (convex surface consisting of a part of a cylinder). The ultrasonic system according to appendix (6) or (7) or (9).
【0082】(11)(ラジアルアレイヘの拡張) 超音波トランスデューサ群を、y軸に平行な配列方向で
あり、かつ、立体的には円筒面上に整列せしめた付記
(6)又は(7)又は(9)記載の超音波システム。(11) (Expansion to radial array) Note (6) or (7) in which the ultrasonic transducer groups are aligned in the array direction parallel to the y-axis and are three-dimensionally aligned on the cylindrical surface. Alternatively, the ultrasonic system according to (9).
【0083】[0083]
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、超音波ビ
ームのラインフォーカス化を図り、比較的簡単な電気回
路を使用できる高分解能で良質の画像を得ることがで
き、細径化の要請にも対応可能な超音波探触子を提供す
ることができる。According to the present invention described above, it is possible to achieve line focusing of an ultrasonic beam, obtain a high-resolution image of good quality with a relatively simple electric circuit, and to reduce the diameter. It is possible to provide an ultrasonic probe that can also be applied to.
【図1】本発明の実施の形態1の圧電素子の平面および
断面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a plane and a cross section of a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】実施の形態1のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between Bessel functions and electrodes of a piezoelectric element according to the first embodiment.
【図3】実施の形態1のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置、分極の方向、強度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the Bessel function and the position of electrodes of the piezoelectric element, the direction of polarization, and the strength according to the first embodiment.
【図4】実施の形態1のトランスデューサ部を示す断面
図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a transducer section according to the first embodiment.
【図5】実施の形態1のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置、分極の方向、強度を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the Bessel function of the first embodiment, the position of the electrodes of the piezoelectric element, the direction of polarization, and the strength.
【図6】実施の形態1の超音波探触子の音圧分布を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing sound pressure distribution of the ultrasonic probe according to the first embodiment.
【図7】実施の形態1のビーム幅を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the beam width of the first embodiment.
【図8】実施の形態1の分割電極の結線状態を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a connection state of divided electrodes according to the first embodiment.
【図9】実施の形態1の超音波探触子を用いた超音波内
視鏡を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an ultrasonic endoscope using the ultrasonic probe of the first embodiment.
【図10】超音波内視鏡に組み込んだトランスデューサ
部を示す部分拡大図である。FIG. 10 is a partial enlarged view showing a transducer unit incorporated in an ultrasonic endoscope.
【図11】実施の形態1の超音波探触子の音圧分布の実
測値を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing measured values of sound pressure distribution of the ultrasonic probe according to the first embodiment.
【図12】実施の形態1及び従来例の超音波探触子の音
場を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a sound field of the ultrasonic probe according to the first embodiment and the conventional example.
【図13】実施の形態1の圧電素子の結線状態の変形例
を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of a connected state of the piezoelectric element according to the first embodiment.
【図14】実施の形態1の圧電素子の結線状態のさらに
別の変形例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing yet another modified example of the connected state of the piezoelectric element according to the first embodiment.
【図15】実施の形態1の圧電素子の超音波の音圧分布
およびベッセル関数を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a sound pressure distribution of ultrasonic waves and a Bessel function of the piezoelectric element according to the first embodiment.
【図16】実施の形態1における経直腸プローブを示す
図である。FIG. 16 is a diagram showing a transrectal probe according to the first embodiment.
【図17】実施の形態1における経直腸プローブに組み
込んだトランスデューサ部を示す部分拡大図である。FIG. 17 is a partial enlarged view showing a transducer unit incorporated in the transrectal probe according to the first embodiment.
【図18】実施の形態1における経鉗子チャンネル用細
径プローブを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a trans-forceps channel small-diameter probe in the first embodiment.
【図19】実施の形態1における経鉗子チャンネル用細
径プローブを示す拡大図である。FIG. 19 is an enlarged view showing the trans-forceps channel small-diameter probe in the first embodiment.
【図20】実施の形態1における経鉗子チャンネル用細
径プローブに組み込んだトランスデューサ部を示す部分
拡大図である。FIG. 20 is a partial enlarged view showing a transducer part incorporated in the trans-forceps channel small-diameter probe in the first embodiment.
【図21】実施の形態2における矩形のトランスデュー
サ部および放射音圧分布を示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram showing a rectangular transducer portion and radiated sound pressure distribution according to the second embodiment.
【図22】実施の形態2及び従来例の音場を示す概略図
である。FIG. 22 is a schematic diagram showing a sound field of Embodiment 2 and a conventional example.
【図23】実施の形態3における矩形のトランスデュー
サ部および放射音圧分布を示す説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram showing a rectangular transducer portion and a radiation sound pressure distribution according to the third embodiment.
【図24】実施の形態4における圧電素子を示す斜視図
である。FIG. 24 is a perspective view showing a piezoelectric element according to the fourth embodiment.
【図25】実施の形態4のラパ用超音波プローブを組み
込んだ超音波内視鏡を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an ultrasonic endoscope in which the ultrasonic probe for a rapa according to the fourth embodiment is incorporated.
【図26】実施の形態4における圧電素子及び従来の音
場を示す概略図である。FIG. 26 is a schematic diagram showing a piezoelectric element and a conventional sound field in the fourth embodiment.
【図27】実施の形態4における電子コンベックス走査
式の超音波プローブを示す概略図である。FIG. 27 is a schematic diagram showing an electronic convex scanning ultrasonic probe according to a fourth embodiment.
【図28】実施の形態4における圧電素子および従来例
の音場を示す概略図である。FIG. 28 is a schematic diagram showing a piezoelectric element according to Embodiment 4 and a sound field of a conventional example.
【図29】電子コンベックス走査式の超音波プローブを
組み込んだ内視鏡を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an endoscope incorporating an electronic convex scanning ultrasonic probe.
【図30】電子走査式の超音波プローブを組み込んだ内
視鏡を示す図である。FIG. 30 is a view showing an endoscope incorporating an electronic scanning ultrasonic probe.
【図31】電子走査式の超音波プローブの拡大図であ
る。FIG. 31 is an enlarged view of an electronic scanning ultrasonic probe.
【図32】実施の形態4及び従来例の音場を示す概略図
である。FIG. 32 is a schematic diagram showing a sound field of Embodiment 4 and a conventional example.
【図33】実施の形態5の圧電素子および駆動電圧、音
場を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing a piezoelectric element, a driving voltage, and a sound field according to the fifth embodiment.
【図34】図33のA方向から見た音場の概略図であ
る。34 is a schematic diagram of a sound field seen from the direction A in FIG. 33.
【図35】図33のB方向から見た音場の概略図であ
る。FIG. 35 is a schematic diagram of a sound field seen from the direction B in FIG. 33.
【図36】従来の圧電素子を示す平面図である。FIG. 36 is a plan view showing a conventional piezoelectric element.
【図37】従来の圧電素子を示す平面図である。FIG. 37 is a plan view showing a conventional piezoelectric element.
【図38】従来の圧電素子のビーム幅を示すグラフであ
る。FIG. 38 is a graph showing the beam width of a conventional piezoelectric element.
【図39】従来の圧電素子の分極状態を示す図である。FIG. 39 is a diagram showing a polarization state of a conventional piezoelectric element.
1 圧電セラミックス 2 全面電極 3 分割電極 5 圧電素子 6 導電性樹脂 7 音響整合層 8 背面負荷材 10 周線 11 同軸ケーブル 12 ハウジング 13 絶縁筒 14 半田 16 トランスデューサ部 31 操作部 32 挿入部 33 音響窓 34 音響伝達媒体 35 コード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric ceramics 2 Full surface electrode 3 Split electrode 5 Piezoelectric element 6 Conductive resin 7 Acoustic matching layer 8 Back load material 10 Circumference line 11 Coaxial cable 12 Housing 13 Insulating cylinder 14 Solder 16 Transducer part 31 Operation part 32 Insert part 33 Acoustic window 34 Sound transmission medium 35 code
Claims (1)
ブルと、圧電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受
信する超音波探触子において、 1枚の圧電素子内で位置によって自発分極の強さに差を
持つ圧電素子を用い、 前記圧電素子の両主面に設けた電極と前記ケーブルとを
電気的に導通させ、 前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探触子
からの音圧分布が以下の様に分布する様に定めたことを
特徴とする超音波探触子。前記圧電素子の面上に、幾何
学的対称軸と直交する直線を選び、この直線をx軸と
し、このx軸の原点を、x軸と圧電素子の幾何学的対称
軸との交点とするとき、 前記x軸に対してaを任意の定数として第0次のベッセ
ル関数y=J0 (x/a)を描き、x軸上の各位置での
J0 (x/a)の値を、ある電圧パルスを印加した際
に、J0 (x/a)の絶対値が大きい位置では自発分極
を強く、J0 (x/a)の絶対値が小さい位置では自発
分極を弱くするようにその位置より放射される音圧の向
きと大きさに対応させる。J0 (x/a)が正の位置と
負の位置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に沿っ
て軸対称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分布さ
せる。前記圧電素子の自発分極の向きは、圧電素子の全
面で、両主面とほぼ垂直とする。1. An ultrasonic wave transmission / reception system, comprising a cable for transmitting a drive voltage and an echo signal, a piezoelectric element, an acoustic matching layer on the acoustic radiation surface side of the piezoelectric element, and a back load layer on the opposite side of the piezoelectric element. In a sonic probe, a piezoelectric element having a difference in the strength of spontaneous polarization depending on the position within one piezoelectric element is used, and the electrodes provided on both main surfaces of the piezoelectric element are electrically connected to the cable. The ultrasonic probe is characterized in that the distribution of the spontaneous polarization intensity of the piezoelectric element is determined so that the sound pressure distribution from the ultrasonic probe is distributed as follows. A straight line orthogonal to the geometrical symmetry axis is selected on the surface of the piezoelectric element, this straight line is taken as the x-axis, and the origin of this x-axis is taken as the intersection of the x-axis and the geometrically symmetric axis of the piezoelectric element. when draw the zeroth order Bessel function a as arbitrary constant with respect to x axis y = J 0 (x / a ), a value of J 0 (x / a) at each position on the x-axis When a certain voltage pulse is applied, the spontaneous polarization is strengthened at the position where the absolute value of J 0 (x / a) is large, and the spontaneous polarization is weakened at the position where the absolute value of J 0 (x / a) is small. It corresponds to the direction and magnitude of the sound pressure emitted from that position. The direction of spontaneous polarization is reversed between the positive and negative positions of J 0 (x / a). The intensity of the spontaneous polarization of the piezoelectric element is distributed axially or line-symmetrically along the axis of symmetry. The direction of spontaneous polarization of the piezoelectric element is set to be substantially perpendicular to both main surfaces on the entire surface of the piezoelectric element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8118981A JPH09299370A (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8118981A JPH09299370A (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Ultrasonic probe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09299370A true JPH09299370A (en) | 1997-11-25 |
Family
ID=14750065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8118981A Withdrawn JPH09299370A (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Ultrasonic probe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09299370A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6923066B2 (en) | 2002-08-30 | 2005-08-02 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus |
JP2005323630A (en) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment |
JP2006074878A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Ngk Insulators Ltd | Inspection method of piezoelectric/electrostriction device set |
JP2009500082A (en) * | 2005-07-01 | 2009-01-08 | ボストン サイエンティフィック リミテッド | Concave phased array imaging catheter |
JP2010148705A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Fujifilm Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic observation system |
JP2011517906A (en) * | 2008-04-04 | 2011-06-16 | マイクロソニック システムズ インク. | Method and system for forming a highly efficient and highly uniform Fresnel lens array for ultrasonic liquid manipulation |
JP2016508052A (en) * | 2012-12-31 | 2016-03-17 | ヴォルカノ コーポレイションVolcano Corporation | Layout and method for separating miniature ultrasonic transducers |
JP2016512451A (en) * | 2013-03-08 | 2016-04-28 | ウルセラ インコーポレイテッド | Device and method for multifocal ultrasound therapy |
JP2020000646A (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-09 | 富士フイルム株式会社 | Ultrasound diagnostic apparatus and method of operating ultrasound diagnostic apparatus |
-
1996
- 1996-05-14 JP JP8118981A patent/JPH09299370A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6923066B2 (en) | 2002-08-30 | 2005-08-02 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus |
JP2005323630A (en) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment |
JP2006074878A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Ngk Insulators Ltd | Inspection method of piezoelectric/electrostriction device set |
JP4532212B2 (en) * | 2004-08-31 | 2010-08-25 | 日本碍子株式会社 | Inspection method for piezoelectric / electrostrictive device set |
JP2009500082A (en) * | 2005-07-01 | 2009-01-08 | ボストン サイエンティフィック リミテッド | Concave phased array imaging catheter |
JP2011517906A (en) * | 2008-04-04 | 2011-06-16 | マイクロソニック システムズ インク. | Method and system for forming a highly efficient and highly uniform Fresnel lens array for ultrasonic liquid manipulation |
JP2010148705A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Fujifilm Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic observation system |
JP2016508052A (en) * | 2012-12-31 | 2016-03-17 | ヴォルカノ コーポレイションVolcano Corporation | Layout and method for separating miniature ultrasonic transducers |
JP2016512451A (en) * | 2013-03-08 | 2016-04-28 | ウルセラ インコーポレイテッド | Device and method for multifocal ultrasound therapy |
JP2018198937A (en) * | 2013-03-08 | 2018-12-20 | ウルセラ インコーポレイテッド | Devices and methods for multi-focus ultrasound therapy |
JP2020000646A (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-09 | 富士フイルム株式会社 | Ultrasound diagnostic apparatus and method of operating ultrasound diagnostic apparatus |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030805 |