JPH0933498A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH0933498A JPH0933498A JP7187203A JP18720395A JPH0933498A JP H0933498 A JPH0933498 A JP H0933498A JP 7187203 A JP7187203 A JP 7187203A JP 18720395 A JP18720395 A JP 18720395A JP H0933498 A JPH0933498 A JP H0933498A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric film
- sample
- ultrasonic
- ultrasonic probe
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】試料からの反射波を感度よく受信することがで
きる超音波探触子を提供する。 【解決手段】圧電膜３から発振された超音波はレンズ面
７ａで集束され媒体１０を介して試料８に照射され、試
料８の表面等で反射される。この反射波は再びレンズ面
７ａ及び音響レンズ７本体を介し圧電膜５で受信され、
これに応じた出力電圧が電極４，６を介し受信器で増幅
され、画像処理装置において画像処理が行われることで
試料８の情報が得られる。圧電膜５の厚さｔ5が圧電膜
３の厚さｔ3よりも大きくなっており、かつｔ5−ｔ3の
値が、圧電膜３から発振され試料８で反射し圧電膜５で
受信されるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に
見合うように設定されている。これにより、圧電膜５の
受信時に反射波の中心周波数が若干下がっても、試料８
からの反射波を感度よく受信することができ、試料８に
関する高精度の情報を得ることができる。
きる超音波探触子を提供する。 【解決手段】圧電膜３から発振された超音波はレンズ面
７ａで集束され媒体１０を介して試料８に照射され、試
料８の表面等で反射される。この反射波は再びレンズ面
７ａ及び音響レンズ７本体を介し圧電膜５で受信され、
これに応じた出力電圧が電極４，６を介し受信器で増幅
され、画像処理装置において画像処理が行われることで
試料８の情報が得られる。圧電膜５の厚さｔ5が圧電膜
３の厚さｔ3よりも大きくなっており、かつｔ5−ｔ3の
値が、圧電膜３から発振され試料８で反射し圧電膜５で
受信されるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に
見合うように設定されている。これにより、圧電膜５の
受信時に反射波の中心周波数が若干下がっても、試料８
からの反射波を感度よく受信することができ、試料８に
関する高精度の情報を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探触子に係
わり、特に、試料の材料物性を測定する超音波探触子に
関する。
わり、特に、試料の材料物性を測定する超音波探触子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な超音波顕微鏡に用いられ
る超音波探触子５０の構造及び使用態様を表す側面図を
図９に示す。図９において、発信器から上部電極５４及
び下部電極５２にバースト波状またはパルス波状の電圧
が負荷されることにより、圧電膜５３から超音波が放射
される。この超音波は、音響レンズ５７の下端面に球面
状に光学研磨して形成されかつ整合層５１が装備された
レンズ面５７ａによって集束され、カップラー６０を介
して試料５８に照射される。この照射された超音波は、
試料５８の表面又は内部の音響インピーダンスの異なる
部分によって反射され、再びレンズ面５７ａ及び音響レ
ンズ５７本体を介して圧電膜５３で検出され、上部電極
５４・下部電極５２から出力電圧として受信器に送信さ
れる。
る超音波探触子５０の構造及び使用態様を表す側面図を
図９に示す。図９において、発信器から上部電極５４及
び下部電極５２にバースト波状またはパルス波状の電圧
が負荷されることにより、圧電膜５３から超音波が放射
される。この超音波は、音響レンズ５７の下端面に球面
状に光学研磨して形成されかつ整合層５１が装備された
レンズ面５７ａによって集束され、カップラー６０を介
して試料５８に照射される。この照射された超音波は、
試料５８の表面又は内部の音響インピーダンスの異なる
部分によって反射され、再びレンズ面５７ａ及び音響レ
ンズ５７本体を介して圧電膜５３で検出され、上部電極
５４・下部電極５２から出力電圧として受信器に送信さ
れる。
【０００３】また、圧電膜や電極といった圧電素子から
なるトランスデューサを、発振側圧電素子と受信側圧電
素子とに分けて複数箇所設けた超音波探触子に関する公
知技術としては、例えば以下のものがある。 ○特開昭６３−３０８５５７号公報 この公知技術による超音波探触子の概略構造を表す上面
図を図１０（ａ）に、超音波経路図を図１０（ｂ）に示
す。図１０（ａ）（ｂ）において、超音波ビーム発振用
トランスデューサ１０１ａ，ｂ及び受信用トランスデュ
ーサ１０２ａ，ｂが音響レンズ１０３上面上に扇状に分
割配置されており、発振用トランスデューサ１０１ａ，
ｂから放射された超音波ビームは、音響レンズ１０３を
通過した後、音響レンズ１０３の下面に形成された球面
状のレンズ面１０３ａで収束されて試料１０４に放射さ
れる。そしてこの試料１０４から反射された超音波ビー
ムは、再びレンズ面１０３ａ及び音響レンズ１０３を介
して受信用トランスデューサ１０２ａ，ｂで受信し、試
料の状態を検出する。このような構成により、試料１０
２ａ，ｂから反射されて来た超音波ビームのうちの、互
いに直交する超音波ビームを独立して検出できるように
するものである。
なるトランスデューサを、発振側圧電素子と受信側圧電
素子とに分けて複数箇所設けた超音波探触子に関する公
知技術としては、例えば以下のものがある。 ○特開昭６３−３０８５５７号公報 この公知技術による超音波探触子の概略構造を表す上面
図を図１０（ａ）に、超音波経路図を図１０（ｂ）に示
す。図１０（ａ）（ｂ）において、超音波ビーム発振用
トランスデューサ１０１ａ，ｂ及び受信用トランスデュ
ーサ１０２ａ，ｂが音響レンズ１０３上面上に扇状に分
割配置されており、発振用トランスデューサ１０１ａ，
ｂから放射された超音波ビームは、音響レンズ１０３を
通過した後、音響レンズ１０３の下面に形成された球面
状のレンズ面１０３ａで収束されて試料１０４に放射さ
れる。そしてこの試料１０４から反射された超音波ビー
ムは、再びレンズ面１０３ａ及び音響レンズ１０３を介
して受信用トランスデューサ１０２ａ，ｂで受信し、試
料の状態を検出する。このような構成により、試料１０
２ａ，ｂから反射されて来た超音波ビームのうちの、互
いに直交する超音波ビームを独立して検出できるように
するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術には以下の課題が存在する。すなわち、一般に
この種の超音波探触子においては、圧電膜の厚さとその
圧電膜で最も感度よく発振・受信する超音波の中心周波
数（超音波中にもっとも強く現出するピーク周波数）と
は一対一に対応しており、圧電膜の厚さが厚いほど低い
周波数に対して感度が良好となり、圧電膜の厚さが薄い
ほど高い周波数に対して感度が良好となる。そして、圧
電膜からある中心周波数で発振された超音波は、試料で
反射して戻ってくるまでの間に干渉等によって若干の減
衰が生じ、これによって中心周波数が若干（例えば２．
５％）低くなる。
来の技術には以下の課題が存在する。すなわち、一般に
この種の超音波探触子においては、圧電膜の厚さとその
圧電膜で最も感度よく発振・受信する超音波の中心周波
数（超音波中にもっとも強く現出するピーク周波数）と
は一対一に対応しており、圧電膜の厚さが厚いほど低い
周波数に対して感度が良好となり、圧電膜の厚さが薄い
ほど高い周波数に対して感度が良好となる。そして、圧
電膜からある中心周波数で発振された超音波は、試料で
反射して戻ってくるまでの間に干渉等によって若干の減
衰が生じ、これによって中心周波数が若干（例えば２．
５％）低くなる。
【０００５】したがって、図９に示した超音波探触子５
０のように、発振させる圧電膜と受信する圧電膜とが同
一であると、受信時の感度が劣化することとなる。ま
た、図１０（ａ）（ｂ）においては、発振側と受信側と
が別個となっているものの、この感度劣化について特に
配慮がされていない。
０のように、発振させる圧電膜と受信する圧電膜とが同
一であると、受信時の感度が劣化することとなる。ま
た、図１０（ａ）（ｂ）においては、発振側と受信側と
が別個となっているものの、この感度劣化について特に
配慮がされていない。
【０００６】本発明の目的は、試料からの反射波を感度
よく受信することができる超音波探触子を提供すること
である。
よく受信することができる超音波探触子を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、音響レンズと；この音響レンズの
上端部に設けられ、超音波を発振する発振用圧電膜を備
えた発振用圧電素子と；前記音響レンズの下面に形成さ
れ、前記発振用圧電膜から発振された超音波を集束して
試料に照射するレンズ面と；前記音響レンズの上端部に
設けられ、前記試料に照射された超音波のうち該試料で
反射された反射波を受信する受信用圧電膜を備えた受信
用圧電素子とを有する超音波探触子において、前記受信
用圧電膜の厚さｔbは、前記発振用圧電膜の厚さｔaより
も大きいことを特徴とする超音波探触子が提供される。
そしてこのような構成においては、音響レンズ上端部の
発振用圧電素子の発振用圧電膜から発振された超音波
は、音響レンズ下面に形成されたレンズ面で集束されて
試料に照射される。照射された超音波のうち試料からの
反射波は、レンズ面及び音響レンズ本体を介し、音響レ
ンズ上端部の受信用圧電素子の受信用圧電膜で受信さ
れ、これによって例えば試料の材料物性分布（異方性）
や画像等の情報が得られる。ここで、送信用圧電膜から
発振され試料で反射し受信用圧電膜で受信されるまでに
は、例えば音響レンズ内における干渉等に基づく減衰に
よって、中心周波数が発振用圧電膜から発振されたとき
よりも低くなっている。一方、一般に圧電膜の厚さとそ
の圧電膜で最も感度よく発振・受信する超音波の中心周
波数とは反比例的に一対一に対応する関係がある。そこ
で、本発明の超音波探触子においては、受信用圧電膜の
厚さを発振用圧電膜の厚さよりも大きくすることによ
り、減衰によって中心周波数が若干下がった反射波を良
好な感度で受信することができる。またこのときの膜厚
の差は、発振用圧電膜から発振された超音波が試料で反
射し反射波として受信用圧電膜で受信されるまでの減衰
の度合い等を勘案し、その減衰によって生じる周波数低
下値、すなわち発振波の中心周波数と反射波の中心周波
数との差にちょうど見合うように設定すればさらに効果
が高い。
に、本発明によれば、音響レンズと；この音響レンズの
上端部に設けられ、超音波を発振する発振用圧電膜を備
えた発振用圧電素子と；前記音響レンズの下面に形成さ
れ、前記発振用圧電膜から発振された超音波を集束して
試料に照射するレンズ面と；前記音響レンズの上端部に
設けられ、前記試料に照射された超音波のうち該試料で
反射された反射波を受信する受信用圧電膜を備えた受信
用圧電素子とを有する超音波探触子において、前記受信
用圧電膜の厚さｔbは、前記発振用圧電膜の厚さｔaより
も大きいことを特徴とする超音波探触子が提供される。
そしてこのような構成においては、音響レンズ上端部の
発振用圧電素子の発振用圧電膜から発振された超音波
は、音響レンズ下面に形成されたレンズ面で集束されて
試料に照射される。照射された超音波のうち試料からの
反射波は、レンズ面及び音響レンズ本体を介し、音響レ
ンズ上端部の受信用圧電素子の受信用圧電膜で受信さ
れ、これによって例えば試料の材料物性分布（異方性）
や画像等の情報が得られる。ここで、送信用圧電膜から
発振され試料で反射し受信用圧電膜で受信されるまでに
は、例えば音響レンズ内における干渉等に基づく減衰に
よって、中心周波数が発振用圧電膜から発振されたとき
よりも低くなっている。一方、一般に圧電膜の厚さとそ
の圧電膜で最も感度よく発振・受信する超音波の中心周
波数とは反比例的に一対一に対応する関係がある。そこ
で、本発明の超音波探触子においては、受信用圧電膜の
厚さを発振用圧電膜の厚さよりも大きくすることによ
り、減衰によって中心周波数が若干下がった反射波を良
好な感度で受信することができる。またこのときの膜厚
の差は、発振用圧電膜から発振された超音波が試料で反
射し反射波として受信用圧電膜で受信されるまでの減衰
の度合い等を勘案し、その減衰によって生じる周波数低
下値、すなわち発振波の中心周波数と反射波の中心周波
数との差にちょうど見合うように設定すればさらに効果
が高い。
【０００８】好ましくは、前記超音波探触子において、
前記受信用圧電膜の厚さｔbと発振用圧電膜の厚さｔaと
の差ｔb−ｔaは、前記発振用圧電膜から発振された超音
波が前記試料で反射し反射波として前記受信用圧電膜で
受信されるまでの、前記発振された超音波の中心周波数
と前記反射波の中心周波数との差に応じた値であること
を特徴とする超音波探触子が提供される。
前記受信用圧電膜の厚さｔbと発振用圧電膜の厚さｔaと
の差ｔb−ｔaは、前記発振用圧電膜から発振された超音
波が前記試料で反射し反射波として前記受信用圧電膜で
受信されるまでの、前記発振された超音波の中心周波数
と前記反射波の中心周波数との差に応じた値であること
を特徴とする超音波探触子が提供される。
【０００９】また好ましくは、前記超音波探触子におい
て、前記発振用圧電素子及び受信用圧電素子は、ともに
前記音響レンズの上面に並んで配置されていることを特
徴とする超音波探触子が提供される。
て、前記発振用圧電素子及び受信用圧電素子は、ともに
前記音響レンズの上面に並んで配置されていることを特
徴とする超音波探触子が提供される。
【００１０】また好ましくは、前記超音波探触子におい
て、前記受信用圧電素子は、前記発振用圧電素子と層状
構造をなすように、該発振用圧電素子の上方及び下方の
いずれかに配置されていることを特徴とする超音波探触
子が提供される。
て、前記受信用圧電素子は、前記発振用圧電素子と層状
構造をなすように、該発振用圧電素子の上方及び下方の
いずれかに配置されていることを特徴とする超音波探触
子が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図３により説明する。本実施形態は、画像処理を行う超
音波顕微鏡用超音波探触子の実施形態である。本実施形
態による超音波探触子の構成を表す縦断面図を図１に、
上面図を図２に、使用時の態様を表す側面図を図３に示
す。図１〜図３において、本実施形態による超音波探触
子１００は、音響レンズ７と；この音響レンズ７の上端
部に設けられ、超音波を発振するための圧電膜３及び圧
電膜３の上・下に設けられた電極２，４と；音響レンズ
７の下面に形成され圧電膜３から発振された超音波を集
束して試料８に照射するレンズ面７ａと；このレンズ面
７ａに設けられた整合層１と；音響レンズ７の上端部に
設けられ、試料８に照射された超音波のうち試料８で反
射された反射波を受信するための圧電膜５及び圧電膜５
の上に設けられた電極６とを備えている。
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図３により説明する。本実施形態は、画像処理を行う超
音波顕微鏡用超音波探触子の実施形態である。本実施形
態による超音波探触子の構成を表す縦断面図を図１に、
上面図を図２に、使用時の態様を表す側面図を図３に示
す。図１〜図３において、本実施形態による超音波探触
子１００は、音響レンズ７と；この音響レンズ７の上端
部に設けられ、超音波を発振するための圧電膜３及び圧
電膜３の上・下に設けられた電極２，４と；音響レンズ
７の下面に形成され圧電膜３から発振された超音波を集
束して試料８に照射するレンズ面７ａと；このレンズ面
７ａに設けられた整合層１と；音響レンズ７の上端部に
設けられ、試料８に照射された超音波のうち試料８で反
射された反射波を受信するための圧電膜５及び圧電膜５
の上に設けられた電極６とを備えている。
【００１２】電極２及び電極４はそれぞれ、パルス波状
又はバースト波状の電圧を発生させる発振器に接続され
ており（図３参照）、これらの電極２，４の間に挟まれ
た圧電膜３に電圧を印加して励振させ膜厚ｔ3に応じた
超音波を発生させるようになっている。また電極４・圧
電膜３・電極２の形状はいずれも円盤状である。電極４
はまた、電極６とともに受信器に接続されており（図３
参照）、これらの電極４，６の間に挟まれた圧電膜５で
検出した反射波を出力電圧として受信器に送るようにな
っている。さらに受信器には、測定データを基に２次元
画像化を行う画像処理装置が接続されている。
又はバースト波状の電圧を発生させる発振器に接続され
ており（図３参照）、これらの電極２，４の間に挟まれ
た圧電膜３に電圧を印加して励振させ膜厚ｔ3に応じた
超音波を発生させるようになっている。また電極４・圧
電膜３・電極２の形状はいずれも円盤状である。電極４
はまた、電極６とともに受信器に接続されており（図３
参照）、これらの電極４，６の間に挟まれた圧電膜５で
検出した反射波を出力電圧として受信器に送るようにな
っている。さらに受信器には、測定データを基に２次元
画像化を行う画像処理装置が接続されている。
【００１３】圧電膜５及び電極６の形状はいずれも円盤
状である。また圧電膜５の厚さｔ5は、圧電膜３の厚さ
ｔ3よりも大きくなっているが、このときｔ5−ｔ3の値
が、圧電膜３から発信した超音波が試料８で反射して圧
電膜５で受信されるまでの減衰の度合い等を考慮し、そ
の減衰等によって生じる周波数低下値、すなわち発振波
の中心周波数と反射波の中心周波数との差にちょうど見
合うように設定されている。これら電極２・圧電膜３・
電極４・圧電膜５・電極６は、音響レンズ７上端部にこ
の順番で下から上に積層され、層状構造をなしている。
状である。また圧電膜５の厚さｔ5は、圧電膜３の厚さ
ｔ3よりも大きくなっているが、このときｔ5−ｔ3の値
が、圧電膜３から発信した超音波が試料８で反射して圧
電膜５で受信されるまでの減衰の度合い等を考慮し、そ
の減衰等によって生じる周波数低下値、すなわち発振波
の中心周波数と反射波の中心周波数との差にちょうど見
合うように設定されている。これら電極２・圧電膜３・
電極４・圧電膜５・電極６は、音響レンズ７上端部にこ
の順番で下から上に積層され、層状構造をなしている。
【００１４】なお、電極２・圧電膜３・電極４が超音波
を発振する発振用圧電素子を構成し、電極４・圧電膜５
・電極６が反射波を受信する受信用圧電素子を構成す
る。
を発振する発振用圧電素子を構成し、電極４・圧電膜５
・電極６が反射波を受信する受信用圧電素子を構成す
る。
【００１５】上記構成において、電極２，４からの電圧
で振動する圧電膜３から発振された超音波は、音響レン
ズ７下面に形成されたレンズ面７ａで集束され媒体１０
を介して試料８に照射される。照射された超音波は、試
料８の表面若しくは試料８内部の音響インピーダンスの
異なる部分で反射され、この反射波が、カップラー１
０、レンズ面７ａ及び音響レンズ７本体を介して圧電膜
５で受信される。そしてこれに応じた出力電圧が電極４
及び電極６を介して受信器で増幅され、画像処理装置に
おいて画像処理が行われることで試料８の情報が得られ
る。ここにおいて、圧電膜５の厚さｔ5が圧電膜３の厚
さｔ3よりも大きくなっており、かつｔ5−ｔ3の値が、
圧電膜３から発振され試料８で反射し圧電膜５で受信さ
れるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に見合う
ように設定されている。これにより、圧電膜５の受信時
に反射波の中心周波数が若干下がっても、試料８からの
反射波を感度よく受信することができ、試料８に関する
高精度の情報を得ることができる。
で振動する圧電膜３から発振された超音波は、音響レン
ズ７下面に形成されたレンズ面７ａで集束され媒体１０
を介して試料８に照射される。照射された超音波は、試
料８の表面若しくは試料８内部の音響インピーダンスの
異なる部分で反射され、この反射波が、カップラー１
０、レンズ面７ａ及び音響レンズ７本体を介して圧電膜
５で受信される。そしてこれに応じた出力電圧が電極４
及び電極６を介して受信器で増幅され、画像処理装置に
おいて画像処理が行われることで試料８の情報が得られ
る。ここにおいて、圧電膜５の厚さｔ5が圧電膜３の厚
さｔ3よりも大きくなっており、かつｔ5−ｔ3の値が、
圧電膜３から発振され試料８で反射し圧電膜５で受信さ
れるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に見合う
ように設定されている。これにより、圧電膜５の受信時
に反射波の中心周波数が若干下がっても、試料８からの
反射波を感度よく受信することができ、試料８に関する
高精度の情報を得ることができる。
【００１６】なお、上記実施形態においては、受信用の
圧電膜５の大きさ（水平方向大きさ）を発振用の圧電膜
３よりも小さくしたが、これに限られず、これらを同形
状とすることも可能である。また、上層の圧電膜５を受
信用、下層の圧電膜３を送信用としたが、この逆も可能
である。これらの場合も、同様の効果を得る。
圧電膜５の大きさ（水平方向大きさ）を発振用の圧電膜
３よりも小さくしたが、これに限られず、これらを同形
状とすることも可能である。また、上層の圧電膜５を受
信用、下層の圧電膜３を送信用としたが、この逆も可能
である。これらの場合も、同様の効果を得る。
【００１７】本発明の第２の実施形態を図４〜図６によ
り説明する。本実施形態は、材料物性に関する異方性を
検出する超音波顕微鏡用超音波探触子の実施形態であ
る。本実施形態による超音波探触子の構成を表す縦断面
図を図４に、上面図を図５に、使用時の態様を表す側面
図を図６に示す。第１の実施形態と同等の部材には同一
の符号を付す。図４〜図６において、本実施形態による
超音波探触子２００は、音響レンズ７と；この音響レン
ズ７の上端部に設けられ、超音波を発振するための圧電
膜２０３ａ，ｂ及びこれら圧電膜２０３ａ，ｂの上・下
に設けられた電極２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂと；音
響レンズ７の下面に形成され圧電膜２０３ａ，ｂから発
振された超音波を集束して試料８に照射するレンズ面７
ａと；このレンズ面７ａに設けられた整合層１と；音響
レンズ７の上端部に設けられ、試料８に照射された超音
波のうち試料８で反射された反射波を受信するための圧
電膜２０５ａ，ｂ及び圧電膜２０５ａ，ｂの上・下に設
けられた電極２０６ａ，ｂ及び電極２０７ａ，ｂとを備
えている。
り説明する。本実施形態は、材料物性に関する異方性を
検出する超音波顕微鏡用超音波探触子の実施形態であ
る。本実施形態による超音波探触子の構成を表す縦断面
図を図４に、上面図を図５に、使用時の態様を表す側面
図を図６に示す。第１の実施形態と同等の部材には同一
の符号を付す。図４〜図６において、本実施形態による
超音波探触子２００は、音響レンズ７と；この音響レン
ズ７の上端部に設けられ、超音波を発振するための圧電
膜２０３ａ，ｂ及びこれら圧電膜２０３ａ，ｂの上・下
に設けられた電極２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂと；音
響レンズ７の下面に形成され圧電膜２０３ａ，ｂから発
振された超音波を集束して試料８に照射するレンズ面７
ａと；このレンズ面７ａに設けられた整合層１と；音響
レンズ７の上端部に設けられ、試料８に照射された超音
波のうち試料８で反射された反射波を受信するための圧
電膜２０５ａ，ｂ及び圧電膜２０５ａ，ｂの上・下に設
けられた電極２０６ａ，ｂ及び電極２０７ａ，ｂとを備
えている。
【００１８】電極２０２ａ，ｂ及び電極２０４ａ，ｂは
それぞれ、パルス波状又はバースト波状の電圧を発生さ
せる発振器に接続されており（図６参照）、これらの電
極２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂの間に挟まれた圧電膜
２０３ａ，ｂに電圧を印加して励振させ膜厚ｔ23に応じ
た超音波を発生させるようになっている。また電極２０
４ａ，ｂ、圧電膜２０３ａ，ｂ、電極２０２ａ，ｂの形
状はいずれも同じ大きさの１／４円盤状である（図５参
照）。これら電極２０２ａ・圧電膜２０３ａ・電極２０
４ａ、及び電極２０２ｂ・圧電膜２０３ｂ・電極２０４
ｂは、音響レンズ７上端部にこの順番で下から上に積層
配置されて層状構造をなし、これらが超音波を発振する
発振用圧電素子を構成する。
それぞれ、パルス波状又はバースト波状の電圧を発生さ
せる発振器に接続されており（図６参照）、これらの電
極２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂの間に挟まれた圧電膜
２０３ａ，ｂに電圧を印加して励振させ膜厚ｔ23に応じ
た超音波を発生させるようになっている。また電極２０
４ａ，ｂ、圧電膜２０３ａ，ｂ、電極２０２ａ，ｂの形
状はいずれも同じ大きさの１／４円盤状である（図５参
照）。これら電極２０２ａ・圧電膜２０３ａ・電極２０
４ａ、及び電極２０２ｂ・圧電膜２０３ｂ・電極２０４
ｂは、音響レンズ７上端部にこの順番で下から上に積層
配置されて層状構造をなし、これらが超音波を発振する
発振用圧電素子を構成する。
【００１９】電極２０７ａ，ｂは、電極２０６ａ，ｂと
ともに受信器に接続されており（図６参照）、これらの
電極２０７ａ，ｂと２０６ａ，ｂとの間に挟まれた圧電
膜２０５ａ，ｂで検出した反射波を出力電圧として受信
器に送るようになっている。また圧電膜２０５ａ，ｂ、
電極２０６ａ，ｂ、電極２０７ａ，ｂの形状はいずれも
同じ大きさの１／４円盤状である。そして圧電膜２０５
ａ，ｂの厚さｔ25は、圧電膜２０３ａ，ｂの厚さｔ23よ
りも大きくなっているが、このときｔ25−ｔ23の値は、
圧電膜２０３ａ，ｂから発信した超音波が試料８で反射
して圧電膜２０５ａ，ｂで受信されるまでの減衰の度合
い等を考慮し、その減衰等によって生じる周波数低下
値、すなわち発振波の中心周波数と反射波の中心周波数
との差にちょうど見合うように設定されている。これら
電極２０７ａ・圧電膜２０５ａ・電極２０６ａ、及び電
極２０７ｂ・圧電膜２０５ｂ・電極２０６ｂは、音響レ
ンズ７上端部にこの順番で下から上に積層配置されて層
状構造をなし、これらが、反射波を受信する受信用圧電
素子を構成する。
ともに受信器に接続されており（図６参照）、これらの
電極２０７ａ，ｂと２０６ａ，ｂとの間に挟まれた圧電
膜２０５ａ，ｂで検出した反射波を出力電圧として受信
器に送るようになっている。また圧電膜２０５ａ，ｂ、
電極２０６ａ，ｂ、電極２０７ａ，ｂの形状はいずれも
同じ大きさの１／４円盤状である。そして圧電膜２０５
ａ，ｂの厚さｔ25は、圧電膜２０３ａ，ｂの厚さｔ23よ
りも大きくなっているが、このときｔ25−ｔ23の値は、
圧電膜２０３ａ，ｂから発信した超音波が試料８で反射
して圧電膜２０５ａ，ｂで受信されるまでの減衰の度合
い等を考慮し、その減衰等によって生じる周波数低下
値、すなわち発振波の中心周波数と反射波の中心周波数
との差にちょうど見合うように設定されている。これら
電極２０７ａ・圧電膜２０５ａ・電極２０６ａ、及び電
極２０７ｂ・圧電膜２０５ｂ・電極２０６ｂは、音響レ
ンズ７上端部にこの順番で下から上に積層配置されて層
状構造をなし、これらが、反射波を受信する受信用圧電
素子を構成する。
【００２０】上記構成における動作を、超音波の経路を
表す縦断面的概念図である図７及び平面的概念図である
図８を併せて用いて説明する。図４〜８において、電極
２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂからの電圧で振動する圧
電膜２０３ａ，ｂから発振された超音波は、音響レンズ
７下面に形成されたレンズ面７ａで集束され媒体１０を
介して試料８に照射される。照射された超音波は、試料
８の表面若しくは試料８内部の音響インピーダンスの異
なる部分で反射され、この反射波が、カップラー１０、
レンズ面７ａ及び音響レンズ７本体を介して圧電膜２０
５ａ，ｂで受信される。そしてこれに応じた出力電圧が
電極２０７ａ，ｂ及び電極２０６ａ，ｂを介して受信器
で増幅される。このとき、図７及び図８に示すように、
圧電膜２０３ａからの超音波の反射波は圧電膜２０５ａ
で受信され、また圧電膜２０３ｂからの超音波の反射波
は圧電膜２０５ｂで受信されるが、これら２つの超音波
はは互いに直交する成分が含まれている。そして、もし
試料８に傷などによる弾性的な異方性が存在すると、こ
れら２つの超音波に明確な位相差が存在することにな
る。したがって、この位相差を電極２０７ａ，ｂ及び２
０６ａ，ｂを介して受信器で増幅することで、試料８の
異方性に関する情報を得ることができる。
表す縦断面的概念図である図７及び平面的概念図である
図８を併せて用いて説明する。図４〜８において、電極
２０２ａ，ｂ及び２０４ａ，ｂからの電圧で振動する圧
電膜２０３ａ，ｂから発振された超音波は、音響レンズ
７下面に形成されたレンズ面７ａで集束され媒体１０を
介して試料８に照射される。照射された超音波は、試料
８の表面若しくは試料８内部の音響インピーダンスの異
なる部分で反射され、この反射波が、カップラー１０、
レンズ面７ａ及び音響レンズ７本体を介して圧電膜２０
５ａ，ｂで受信される。そしてこれに応じた出力電圧が
電極２０７ａ，ｂ及び電極２０６ａ，ｂを介して受信器
で増幅される。このとき、図７及び図８に示すように、
圧電膜２０３ａからの超音波の反射波は圧電膜２０５ａ
で受信され、また圧電膜２０３ｂからの超音波の反射波
は圧電膜２０５ｂで受信されるが、これら２つの超音波
はは互いに直交する成分が含まれている。そして、もし
試料８に傷などによる弾性的な異方性が存在すると、こ
れら２つの超音波に明確な位相差が存在することにな
る。したがって、この位相差を電極２０７ａ，ｂ及び２
０６ａ，ｂを介して受信器で増幅することで、試料８の
異方性に関する情報を得ることができる。
【００２１】以上において、圧電膜２０５ａ，ｂの厚さ
ｔ25が圧電膜２０３ａ，ｂの厚さｔ23よりも大きくなっ
ており、かつｔ25−ｔ23の値が、圧電膜２０３ａ，ｂか
ら発振され試料８で反射し圧電膜２０５ａ，ｂで受信さ
れるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に見合う
ように設定されている。これにより、圧電膜２０５ａ，
ｂの受信時に反射波の中心周波数が若干下がっても、試
料８からの反射波を感度よく受信することができ、試料
８に関する高精度の情報を得ることができる。
ｔ25が圧電膜２０３ａ，ｂの厚さｔ23よりも大きくなっ
ており、かつｔ25−ｔ23の値が、圧電膜２０３ａ，ｂか
ら発振され試料８で反射し圧電膜２０５ａ，ｂで受信さ
れるまでの減衰等によって生じる周波数低下値に見合う
ように設定されている。これにより、圧電膜２０５ａ，
ｂの受信時に反射波の中心周波数が若干下がっても、試
料８からの反射波を感度よく受信することができ、試料
８に関する高精度の情報を得ることができる。
【００２２】なお、上記第１及び第２の実施形態におい
ては、いずれもレンズ面７ａの形状として球面レンズを
備えた超音波探触子を説明したが、これに限られず、い
わゆるシリンドリカルレンズを用いる超音波探触子につ
いても適用でき、この場合も同様の効果を得る。
ては、いずれもレンズ面７ａの形状として球面レンズを
備えた超音波探触子を説明したが、これに限られず、い
わゆるシリンドリカルレンズを用いる超音波探触子につ
いても適用でき、この場合も同様の効果を得る。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、受信用圧電膜の厚さを
発振用圧電膜の厚さよりも大きくするので、減衰によっ
て中心周波数が若干下がった反射波を良好な感度で受信
することができる。またこのときの膜厚の差を、発振波
の中心周波数と反射波の中心周波数との差にちょうど見
合うように設定すれば、さらに高い効果を得る。
発振用圧電膜の厚さよりも大きくするので、減衰によっ
て中心周波数が若干下がった反射波を良好な感度で受信
することができる。またこのときの膜厚の差を、発振波
の中心周波数と反射波の中心周波数との差にちょうど見
合うように設定すれば、さらに高い効果を得る。
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波探触子の
構成を表す縦断面図である。
構成を表す縦断面図である。
【図２】図１に示した超音波探触子の上面図である。
【図３】図１に示した超音波探触子の使用時の態様を表
す側面図である。
す側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による超音波探触子の
構成を表す縦断面図である。
構成を表す縦断面図である。
【図５】図４に示した超音波探触子の上面図である。
【図６】図４に示した超音波探触子の使用時の態様を表
す側面図である。
す側面図である。
【図７】図４に示した超音波探触子の超音波の経路を表
す縦断面的概念図である。
す縦断面的概念図である。
【図８】図４に示した超音波探触子の超音波の経路を表
す平面的概念図である。
す平面的概念図である。
【図９】従来の一般的な超音波顕微鏡に用いられる超音
波探触子の構造及び使用態様を表す側面図である。
波探触子の構造及び使用態様を表す側面図である。
【図１０】公知技術の超音波探触子の概略構造を表す上
面図及び超音波経路図である。
面図及び超音波経路図である。
２ 電極 ３ 圧電膜（発振用圧電膜） ４ 電極 ５ 圧電膜（受信用圧電膜） ６ 電極 ７ 音響レンズ ７ａ レンズ面 １００ 超音波探触子 ２００ 超音波探触子 ２０２ａ，ｂ 電極 ２０３ａ，ｂ 圧電膜（発振用圧電膜） ２０４ａ，ｂ 電極 ２０５ａ，ｂ 圧電膜（受信用圧電膜） ２０６ａ，ｂ 電極 ２０７ａ，ｂ 電極 ｔ3 圧電膜の厚さ ｔ5 圧電膜の厚さ ｔ23 圧電膜の厚さ ｔ25 圧電膜の厚さ
Claims (4)
- 【請求項１】 音響レンズと；この音響レンズの上端部
に設けられ、超音波を発振する発振用圧電膜を備えた発
振用圧電素子と；前記音響レンズの下面に形成され、前
記発振用圧電膜から発振された超音波を集束して試料に
照射するレンズ面と；前記音響レンズの上端部に設けら
れ、前記試料に照射された超音波のうち該試料で反射さ
れた反射波を受信する受信用圧電膜を備えた受信用圧電
素子とを有する超音波探触子において、 前記受信用圧電膜の厚さｔbは、前記発振用圧電膜の厚
さｔaよりも大きいことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項２】 請求項１記載の超音波探触子において、
前記受信用圧電膜の厚さｔbと発振用圧電膜の厚さｔaと
の差ｔb−ｔaは、前記発振用圧電膜から発振された超音
波が前記試料で反射し反射波として前記受信用圧電膜で
受信されるまでの、前記発振された超音波の中心周波数
と前記反射波の中心周波数との差に応じた値であること
を特徴とする超音波探触子。 - 【請求項３】 請求項１記載の超音波探触子において、
前記発振用圧電素子及び受信用圧電素子は、ともに前記
音響レンズの上面に並んで配置されていることを特徴と
する超音波探触子。 - 【請求項４】 請求項１記載の超音波探触子において、
前記受信用圧電素子は、前記発振用圧電素子と層状構造
をなすように、該発振用圧電素子の上方及び下方のいず
れかに配置されていることを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187203A JPH0933498A (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187203A JPH0933498A (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933498A true JPH0933498A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16201903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7187203A Pending JPH0933498A (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0933498A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101326531B1 (ko) * | 2012-04-12 | 2013-11-07 | 재단법인대구경북과학기술원 | 복합형 미세 압전 초음파 트랜스듀서 제작방법 |
| US10458957B2 (en) | 2016-08-24 | 2019-10-29 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device, ultrasonic module, and ultrasonic measuring device |
| US11529126B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-12-20 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device, ultrasonic module, and ultrasonic measuring apparatus |
-
1995
- 1995-07-24 JP JP7187203A patent/JPH0933498A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101326531B1 (ko) * | 2012-04-12 | 2013-11-07 | 재단법인대구경북과학기술원 | 복합형 미세 압전 초음파 트랜스듀서 제작방법 |
| US11529126B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-12-20 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device, ultrasonic module, and ultrasonic measuring apparatus |
| US10458957B2 (en) | 2016-08-24 | 2019-10-29 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device, ultrasonic module, and ultrasonic measuring device |
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