JPH0965477A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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- JPH0965477A JPH0965477A JP21594695A JP21594695A JPH0965477A JP H0965477 A JPH0965477 A JP H0965477A JP 21594695 A JP21594695 A JP 21594695A JP 21594695 A JP21594695 A JP 21594695A JP H0965477 A JPH0965477 A JP H0965477A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、医療用または非破
壊検査用の超音波診断装置に用いられる超音波トランス
デューサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer used in a medical or non-destructive ultrasonic diagnostic apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、メカニカル駆動方式の超音波プロ
ーブとしては、例えば日本超音波医学会講演論文集（１
９９１年１１月、ｐ７９３）に記載されるものがある。
上記超音波プローブは、図９に示すように、超音波プロ
ーブ先端部９１へ超音波トランスデューサ９２と、超音
波トランスデューサ９２から発信された超音波パルス列
により構成される超音波ビームの進行方向を変更する音
響ミラー９３とを両者の保持部材である円筒状のハウジ
ング９４に実装して構成されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an ultrasonic probe of a mechanical drive system, for example, a collection of lectures by the Japanese Society of Ultrasonics of Medicine (1
, November 991, p793).
As shown in FIG. 9, the ultrasonic probe changes the traveling direction of an ultrasonic beam composed of an ultrasonic transducer 92 to an ultrasonic probe tip 91 and an ultrasonic pulse train transmitted from the ultrasonic transducer 92. The acoustic mirror 93 and the acoustic mirror 93 are mounted on a cylindrical housing 94 that is a holding member for both.
【０００３】上記構成の装置は、超音波発振器（図示省
略）からパルス電圧を超音波トランスデューサ９２に印
加すると、超音波トランスデューサ９２から超音波パル
スが発信され、音響ミラー９３で反射された後に超音波
プローブ先端部９１より外部に出力される。観測対象に
よって反射されてきた超音波パルスは音響ミラー９３に
よりその向きを変えられ、超音波トランスデューサ９２
に入射する。In the apparatus having the above structure, when a pulse voltage is applied to the ultrasonic transducer 92 from an ultrasonic oscillator (not shown), an ultrasonic pulse is emitted from the ultrasonic transducer 92, reflected by the acoustic mirror 93, and then ultrasonic waves are transmitted. It is output from the probe tip 91 to the outside. The ultrasonic pulse reflected by the observation target is redirected by the acoustic mirror 93, and the ultrasonic transducer 92
Incident on.
【０００４】一般に、この構成の目的は超音波トランス
デューサ９２と音響ミラー９３との間に超音波パルス伝
達区間を設けることにより、超音波ビームと観測対象と
の間に時間間隔をおくことである。この時間間隔によ
り、超音波プローブ先端部９１直近において反射された
超音波パルスを、超音波トランスデューサ９２に印加さ
れた発信パルスが観測装置に及ぼす影響が無くなった後
で受信することが可能となり、至近距離の観測が可能と
なる。Generally, the purpose of this configuration is to provide an ultrasonic pulse transmission section between the ultrasonic transducer 92 and the acoustic mirror 93, thereby providing a time interval between the ultrasonic beam and the observation target. With this time interval, it becomes possible to receive the ultrasonic pulse reflected in the immediate vicinity of the ultrasonic probe tip 91 after the transmission pulse applied to the ultrasonic transducer 92 has no influence on the observation device, and the ultrasonic pulse is very close. It becomes possible to observe the distance.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術においては以下のような欠点があった。すなわ
ち、超音波プローブの断面積によりトランスデューサの
外形が規制されてしまう。また、トランスデューサとミ
ラーとの間の伝達区間で超音波ビームが発散してしまう
ため、送受信の双方ともミラーでは全ビームを反射する
ことができない。以上の原因により、超音波プローブ全
体としてのゲインが低下してしまう。このため、前記従
来技術の超音波プローブでは至近距離しか観測を行うこ
とができず、その適用範囲が非常に限られてしまう。However, the above-mentioned prior art has the following drawbacks. That is, the outer shape of the transducer is restricted by the cross-sectional area of the ultrasonic probe. Further, since the ultrasonic beam diverges in the transmission section between the transducer and the mirror, the entire beam cannot be reflected by the mirror in both transmission and reception. Due to the above reasons, the gain of the ultrasonic probe as a whole decreases. For this reason, the ultrasonic probe of the prior art can perform observation only at a very short distance, and its application range is extremely limited.
【０００６】請求項１〜４の課題は、至近距離の観測に
適するとともに、より遠距離の観測が可能な超音波トラ
ンスデューサを提供することにある。It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer suitable for observing a very short distance and capable of observing a far distance.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、圧電
素子と、該圧電素子の一方の面に形成された音響整合層
と、該圧電素子の他方の面に形成された背面負荷材とを
基本構成要素とする超音波トランスデューサにおいて、
前記トランスデューサに導波部材を一体的に形成したこ
とを特徴とする超音波トランスデューサである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element, an acoustic matching layer formed on one surface of the piezoelectric element, and a back load material formed on the other surface of the piezoelectric element. In the ultrasonic transducer with and as a basic component,
In the ultrasonic transducer, a waveguide member is integrally formed with the transducer.
【０００８】請求項２の発明は、前記導波部材は２ｋｇ
／ｍ2 ｓ以下の低音響インピーダンス且つ低減衰の材料
からなる超音波伝達部材の周囲に１０ｋｇ／ｍ2 ｓ以上
の高音響インピーダンスの材質からなる部材を設けると
ともに、該高音響インピーダンス部材の内外両面の少な
くとも一方に３〜８ｋｇ／ｍ2 ｓの音響インピーダンス
を持った部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の
超音波トランスデューサである。According to a second aspect of the invention, the waveguide member is 2 kg.
A member made of a material having a high acoustic impedance of 10 kg / m 2 s or more is provided around the ultrasonic transmission member made of a material having a low acoustic impedance of / m 2 s or less, and both the inner and outer surfaces of the high acoustic impedance member. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein a member having an acoustic impedance of 3 to 8 kg / m 2 s is provided on at least one of the above.
【０００９】請求項３の発明は、前記導波部材は２ｋｇ
／ｍ2 ｓ以下の低音響インピーダンス且つ低減衰の材料
からなる部材の周囲に３〜８ｋｇ／ｍ2 ｓの音響インピ
ーダンスの材質からなる部材を設けたことを特徴とする
請求項１記載の超音波トランスデューサである。According to a third aspect of the invention, the waveguide member is 2 kg.
2. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein a member made of a material having an acoustic impedance of 3 to 8 kg / m 2 s is provided around a member made of a material having a low acoustic impedance of / m 2 s or less and a low attenuation. It is a transducer.
【００１０】請求項４の発明は、前記導波部材はミラー
やレンズ等からなる音響光学系を一体化するとともに、
該音響光学系の外形に導波部材の開口部形状を一致させ
たことを特徴とする請求項１記載の超音波トランスデュ
ーサである。According to a fourth aspect of the present invention, the waveguide member is integrated with an acousto-optic system including a mirror and a lens, and
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the shape of the opening of the waveguide member is matched with the outer shape of the acousto-optic system.
【００１１】請求項１においては、超音波トランスデュ
ーサから発信された超音波が導波部材によって効果的に
伝達される。In the first aspect, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer is effectively transmitted by the waveguide member.
【００１２】請求項２においては、中間部材によって余
剰超音波の透過性が向上する。In the second aspect, the intermediate member improves the transparency of the surplus ultrasonic waves.
【００１３】請求項３においては、導波部材の音響イン
ピーダンスを下げることにより余剰超音波の透過性が向
上する。In the third aspect, the transparency of the surplus ultrasonic waves is improved by lowering the acoustic impedance of the waveguide member.
【００１４】請求項４においては、音響光学系を高精度
で一体化することにより、発信される超音波ビームが成
形される。In the fourth aspect, the ultrasonic beam to be transmitted is shaped by integrating the acousto-optic system with high accuracy.
【００１５】[0015]
（発明の実施の形態１）図１および図２は本発明の実施
の形態を示し、図１は斜視図、図２は横断面図である。
超音波トランスデューサ１０は、ＰＺＴ圧電セラミック
スの圧電体４の両面に表面電極２および裏面電極３が形
成された圧電素子１と、圧電素子１の一方の面へ一体的
に形成されてその表面が音響放射面１９の音響整合層１
１と、圧電素子１の他方の面へ一体的に形成された背面
負荷材７とから構成されている。前記表面電極２および
裏面電極３は、それぞれリード線１４，１５と電気的に
接続されており、これらのリード線１４，１５を経由し
てパルサ（図示省略）および観測装置（図示省略）と接
続されている。(First Embodiment of the Invention) FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view and FIG. 2 is a cross-sectional view.
The ultrasonic transducer 10 is integrally formed on one surface of the piezoelectric element 1 in which a front surface electrode 2 and a back surface electrode 3 are formed on both surfaces of a piezoelectric body 4 of PZT piezoelectric ceramics, and the surface thereof is acoustic. Acoustic matching layer 1 of radiation surface 19
1 and a back load material 7 integrally formed on the other surface of the piezoelectric element 1. The front surface electrode 2 and the back surface electrode 3 are electrically connected to lead wires 14 and 15, respectively, and connected to a pulser (not shown) and an observation device (not shown) via these lead wires 14 and 15. Has been done.
【００１６】導波部材５は、その断面積が圧電素子１の
面積以上で音響インピーダンスが４６ｋｇ／ｍ2 ｓ程度
であるステンレス製の円筒状をした反射部材１３と、そ
の内面にコーティングされて音響インピーダンスが４ｋ
ｇ／ｍ2 ｓ程度であるエポキシ樹脂からなる中間層２２
と、筒状である反射部材１３および中間層２２の内部に
充填された音響インピーダンスが１．５ｋｇ／ｍ2 ｓ程
度であるカンテンからなる伝達部材１２とから構成され
ている。反射部材１３はその一端がシリコーンゴムから
なる封止部材１７を介してトランスデューサ１０の外周
部へ固定されるとともに、その他端には端面に斜面をも
つステンレス製の円柱状部材であるミラーブロック１８
が一体に固定され、全体として超音波プローブ先端部２
０を構成している。The waveguide member 5 is made of a stainless steel cylindrical reflecting member 13 having a cross-sectional area equal to or larger than the area of the piezoelectric element 1 and an acoustic impedance of about 46 kg / m 2 s. Impedance is 4k
An intermediate layer 22 made of an epoxy resin having a g / m 2 s level
And a cylindrical transmission member 13 and a transmission member 12 made of agar which has an acoustic impedance of about 1.5 kg / m 2 s and is filled inside the intermediate layer 22. The reflection member 13 has one end fixed to the outer periphery of the transducer 10 via a sealing member 17 made of silicone rubber, and the other end is a mirror block 18 made of a stainless steel columnar member having an inclined surface on the end face.
Are integrally fixed, and the ultrasonic probe tip 2 as a whole
0.
【００１７】ここで、反射部材１３のミラーブロック１
８が固定された端部には開口部２１が設けられており、
該開口部２１の形状はミラーブロック１８の斜面と一致
している。また、伝達部材１２は音響放射面１９，ミラ
ーブロック１８および反射部材１３の内壁に隙間無く完
全に密着している。Here, the mirror block 1 of the reflecting member 13
An opening 21 is provided at the end to which 8 is fixed,
The shape of the opening 21 matches the slope of the mirror block 18. Further, the transmission member 12 is completely in close contact with the acoustic radiation surface 19, the mirror block 18, and the inner wall of the reflection member 13 without a gap.
【００１８】超音波トランスデューサ１０は回転機構・
直動機構等の駆動部材（図示省略）上に実装されてい
る。また、超音波トランスデューサ１０の外周はポリエ
チレン製チューブからなる保護シース（図示省略）に覆
われるとともに、該保護シースの内壁と超音波トランス
デューサ１０の外周との間には超音波媒体（図示省略）
が充填されている。The ultrasonic transducer 10 has a rotating mechanism.
It is mounted on a driving member (not shown) such as a linear motion mechanism. The outer circumference of the ultrasonic transducer 10 is covered with a protective sheath (not shown) made of a polyethylene tube, and an ultrasonic medium (not shown) is provided between the inner wall of the protective sheath and the outer circumference of the ultrasonic transducer 10.
Is filled.
【００１９】以上の構成からなる装置は、まずパルサか
らリード線１４，１５を経由して電極２，３にパルス電
圧を印加し、圧電素子１を加振する。圧電素子１の振動
は超音波パルスとなって発信される。この時、背面負荷
材７が形成された面はその負荷により振動が抑制される
ため、発信された超音波パルスは音響整合層１１を経て
音響放射面１９から伝達部材１２にのみ伝達される。In the apparatus having the above structure, first, a pulse voltage is applied from the pulser to the electrodes 2 and 3 via the lead wires 14 and 15 to vibrate the piezoelectric element 1. The vibration of the piezoelectric element 1 is transmitted as an ultrasonic pulse. At this time, vibration is suppressed by the load on the surface on which the back load material 7 is formed, and thus the transmitted ultrasonic pulse is transmitted from the acoustic radiation surface 19 to only the transmission member 12 via the acoustic matching layer 11.
【００２０】伝達された超音波パルスは伝達部材１２中
を伝達されてミラーブロック１８の音響反射面６に到達
する。この時、超音波パルスのうち、音響放射面１９の
中央付近から発信されたエネルギー成分８は直接に音響
反射面６へ到達し、ここで反射されてその向きを変え、
超音波プローブ先端部２０の外部に伝送される。The transmitted ultrasonic pulse is transmitted through the transmission member 12 and reaches the acoustic reflection surface 6 of the mirror block 18. At this time, in the ultrasonic pulse, the energy component 8 transmitted from the vicinity of the center of the acoustic radiation surface 19 directly reaches the acoustic reflection surface 6 and is reflected here to change its direction.
It is transmitted to the outside of the ultrasonic probe tip 20.
【００２１】一方、超音波パルスのうち、音響放射面１
９の辺縁部から発信されたエネルギー成分９は外側に拡
散してゆき、伝達部材１２とその周囲に密着して設けら
れた中間層２２との界面に入射する。この時、伝達部材
１２と中間層２２との間の音響インピーダンスの差異お
よび中間層２２内壁への超音波パルスのエネルギー成分
９の入射角が浅いことにより、入射した超音波パルスの
エネルギー成分９の殆どは全反射されながら伝達部材１
２内を伝達される状態となる。伝達された超音波パルス
のエネルギー成分９は、最終的には中央付近から発信さ
れたエネルギー成分８と同様に音響反射面６に到達し、
反射されてその向きを変え、超音波プローブ先端部２０
の外部に伝送される。On the other hand, of the ultrasonic pulse, the acoustic emission surface 1
The energy component 9 transmitted from the peripheral portion of 9 diffuses outward and enters the interface between the transmission member 12 and the intermediate layer 22 provided in close contact with the periphery of the transmission member 12. At this time, due to the difference in acoustic impedance between the transmission member 12 and the intermediate layer 22 and the shallow incident angle of the energy component 9 of the ultrasonic pulse on the inner wall of the intermediate layer 22, the energy component 9 of the incident ultrasonic pulse is Most of the transmission member 1 is totally reflected
2 is transmitted. The energy component 9 of the transmitted ultrasonic pulse finally reaches the acoustic reflection surface 6 like the energy component 8 transmitted from the vicinity of the center,
The ultrasonic probe tip 20 is reflected and changes its direction.
Is transmitted to the outside.
【００２２】また、中間層２２に入射した超音波のう
ち、一部は反射せずに反射部材１３まで到達する。この
超音波の更に一部は中間層２２と反射部材１３との界面
において反射されて伝達部材１２に戻る。他の部分は、
反射部材１３内に入射して一部は疎密波のまま、その他
の一部は反射部材１３上で表面波に変換されるなどした
後、外部に放射される。Further, some of the ultrasonic waves incident on the intermediate layer 22 reach the reflecting member 13 without being reflected. A part of this ultrasonic wave is reflected at the interface between the intermediate layer 22 and the reflection member 13 and returns to the transmission member 12. The other part is
After being incident on the reflection member 13 and part of it remains a compressional wave, the other part is converted to a surface wave on the reflection member 13 and then radiated to the outside.
【００２３】超音波プローブ先端部２０を駆動機構（図
示省略）により駆動することによって、発信された超音
波パルス列からなる超音波ビームを任意の経路に沿って
走査する。観測対象から反射された超音波パルスは、前
記エネルギー成分８，９と同様な経路を戻り、導波部材
５を経て圧電素子１に伝達され、圧電素子１を振動させ
る。圧電素子１の振動によって発生した電圧はリード線
１４，１５を経由して観測装置に伝達される。By driving the ultrasonic probe tip 20 by a driving mechanism (not shown), the ultrasonic beam composed of the transmitted ultrasonic pulse train is scanned along an arbitrary path. The ultrasonic pulse reflected from the observation target returns along the same path as the energy components 8 and 9, is transmitted to the piezoelectric element 1 through the waveguide member 5, and vibrates the piezoelectric element 1. The voltage generated by the vibration of the piezoelectric element 1 is transmitted to the observation device via the lead wires 14 and 15.
【００２４】本発明の実施の形態によれば、トランスデ
ューサから発信された超音波パルスのエネルギーを効率
的に外部へ送信することができると同時に、超音波プロ
ーブに入射したエネルギーをトランスデューサによって
効率的に受信することができるため、送受信感度が向上
する。また、超音波ビームが外部へ伝送されるまでの間
に、空気の泡・異物等の介在する危険性のある部分が無
いため、常に高信頼性の観測を行うことができる。According to the embodiment of the present invention, the energy of the ultrasonic pulse transmitted from the transducer can be efficiently transmitted to the outside, and at the same time, the energy incident on the ultrasonic probe can be efficiently transmitted by the transducer. Since the signal can be received, the transmission / reception sensitivity is improved. Further, since there is no risk of intervening air bubbles, foreign matter, etc. before the ultrasonic beam is transmitted to the outside, highly reliable observation can be performed at all times.
【００２５】さらに、強反射体である反射部材と伝達部
材との間に中間層を設けたことにより、反射部材内部に
おける超音波の乱反射が抑制され、超音波ノイズが減少
する。同時に、反射部材の開口部の形状をミラーブロッ
クの斜面と同一にしたことにより、導波路内での反射や
拡散でミラーブロック外部に拡がった超音波についても
観測用超音波として発信することができる。Further, by providing the intermediate layer between the reflecting member which is a strong reflector and the transmitting member, irregular reflection of ultrasonic waves inside the reflecting member is suppressed and ultrasonic noise is reduced. At the same time, by making the shape of the opening of the reflecting member the same as the slope of the mirror block, it is possible to transmit ultrasonic waves that have spread outside the mirror block due to reflection and diffusion in the waveguide as observation ultrasonic waves. .
【００２６】尚、本発明の実施の形態では圧電材として
ＰＺＴを使用する場合について示したが、本発明はこれ
に限定するものではなく、ＰＴ，ＰＬＺＴ等の圧電セラ
ミックスや、ＬｉＮｂＯ3 等の圧電性結晶が使用可能で
ある。また、伝達部材の材質についても同様にカンテン
に限定されるものではない。特に、伝達部材を水・生理
食塩水・超音波ゼリー・超音波ゲル等の超音波伝達媒体
とし、構成において述べた超音波媒体と同一の材質とす
ることにより、事実上伝達媒体を省略することも可能で
ある。Although the embodiment of the present invention shows the case where PZT is used as the piezoelectric material, the present invention is not limited to this, and piezoelectric ceramics such as PT and PLZT and piezoelectric materials such as LiNbO 3 are used. Crystalline crystals can be used. Similarly, the material of the transmission member is not limited to agar. In particular, the transmission member is an ultrasonic transmission medium such as water, physiological saline, ultrasonic jelly, ultrasonic gel, etc., and is made of the same material as the ultrasonic medium described in the configuration, so that the transmission medium is virtually omitted. Is also possible.
【００２７】同様に、反射部材の材質についても、チタ
ン・ニッケル・銅合金等の他の金属材料や、アルミナ・
マシナブルセラミックス・ジルコニア等のセラミックス
材料も使用可能である。その形状についても、本発明の
実施の形態のような円筒状の他に、断面を楕円・四角形
等の多角形にすること、テーパーを付けること、断面形
状を変化させること等が可能である。Similarly, regarding the material of the reflecting member, other metal materials such as titanium, nickel and copper alloys and alumina,
Ceramic materials such as machinable ceramics and zirconia can also be used. Regarding the shape, in addition to the cylindrical shape as in the embodiment of the present invention, it is possible to make the cross section into a polygonal shape such as an ellipse or a quadrangle, taper it, and change the cross sectional shape.
【００２８】また、中間部材の材質についても、本発明
の実施の形態のエポキシ樹脂に限定されるものではな
く、反射部材と伝達部材とのそれぞれの音響インピーダ
ンスの中間の音響インピーダンスを持つものであれば使
用可能である。例えば、シリコーン系樹脂・フェノール
系樹脂・ユリア樹脂・ポリイミド等の熱硬化性樹脂、ポ
リイミド・ポリアミド・ＰＢＴ・ポリエチレン等の熱可
塑性樹脂、ＧＦＲＰ・ＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂等が使
用可能である。その形状についても、伝達部材に外接
し、反射部材に内接すれば良く、例えば外周は円筒で内
周は角筒などとすることも可能である。Also, the material of the intermediate member is not limited to the epoxy resin of the embodiment of the present invention, and any material having an acoustic impedance intermediate between the acoustic impedances of the reflecting member and the transmitting member can be used. It can be used. For example, a thermosetting resin such as silicone resin, phenol resin, urea resin, or polyimide, a thermoplastic resin such as polyimide, polyamide, PBT, or polyethylene, or a fiber reinforced resin such as GFRP or CFRP can be used. Regarding its shape, it may be in contact with the transmitting member and in contact with the reflecting member. For example, the outer circumference may be a cylinder and the inner circumference may be a rectangular tube.
【００２９】さらに、ミラーブロックの斜面の角度につ
いても４５°に限定されるものではなく、超音波ビーム
の走査方向によって任意の角度に設定可能である。ま
た、斜面を省略し、導波部材による伝達効果のみを利用
する構成とすることも容易に行えることは勿論である。Further, the angle of the inclined surface of the mirror block is not limited to 45 °, but can be set to any angle depending on the scanning direction of the ultrasonic beam. Further, it is needless to say that it is possible to easily perform a configuration in which the slope is omitted and only the transmission effect of the waveguide member is used.
【００３０】（発明の実施の形態２）図３は本発明の実
施の形態を示す横断面図である。本発明の実施の形態
は、前記発明の実施の形態１における反射部材１３の外
周面に中間層を設けて構成した点が異なり、他の構成は
同一な構成部分から成るもので、同一構成部分には同一
番号を付してその説明を省略する。Embodiment 2 of the Invention FIG. 3 is a transverse sectional view showing an embodiment of the present invention. The embodiment of the present invention is different in that it is configured by providing an intermediate layer on the outer peripheral surface of the reflecting member 13 in the first embodiment of the present invention, and other configurations are made of the same components, and the same components are the same. Are assigned the same numbers and their explanations are omitted.
【００３１】本発明の実施の形態の導波部材５は、その
断面積が圧電素子１の面積以上であるステンレス製の円
筒状の反射部材１３と、反射部材１３の内外面にコーテ
ィングされたエポキシ樹脂からなる中間層２２ａ，２２
ｂと、中間層２２ａ内部に充填されたカンテンからなる
伝達部材１２とから構成されている。The waveguide member 5 of the embodiment of the present invention has a cylindrical reflecting member 13 made of stainless steel whose cross-sectional area is equal to or larger than the area of the piezoelectric element 1, and epoxy coated on the inner and outer surfaces of the reflecting member 13. Intermediate layers 22a, 22 made of resin
b and the transmission member 12 made of agar which is filled inside the intermediate layer 22a.
【００３２】上記構成の装置は、内面側の中間層２２ａ
に入射した超音波のうち、一部は反射せずに反射部材１
３にまで到達する。この超音波の更に一部は、内面側の
中間層２２ａと反射部材１３との界面において反射され
て伝達部材１２に戻り、他の部分は反射部材１３内に入
射して外面側の中間層２２ｂを経て外部に放射される。
この時、外面側の中間層２２ｂは反射部材１３とその周
囲の超音波媒体（図示省略）との間の音響整合を果たす
ため、反射部材１３に入射した超音波の外部への放射が
より効率的に行われる。The apparatus having the above-mentioned structure is provided with the intermediate layer 22a on the inner surface side
Part of the ultrasonic wave incident on the
Reach to 3. A further part of this ultrasonic wave is reflected at the interface between the intermediate layer 22a on the inner surface side and the reflecting member 13 and returns to the transmitting member 12, and the other part enters the reflecting member 13 and the intermediate layer 22b on the outer surface side. It is radiated to the outside via.
At this time, the intermediate layer 22b on the outer surface side performs acoustic matching between the reflecting member 13 and the ultrasonic medium (not shown) around the reflecting member 13, so that the ultrasonic waves incident on the reflecting member 13 are more efficiently radiated to the outside. Is done in a regular manner.
【００３３】本発明の実施の形態によれば、前記発明の
実施の形態１と同様な効果が得られる。さらに、外面側
の中間層により、反射部材からその周囲の超音波媒体へ
の超音波の放射が効果的に行われるため、反射部材から
伝達部材に戻る超音波を減少させることができる。これ
により、導波部材内の多重反射ノイズを更に減少させる
ことができる。According to the embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained. Furthermore, since the intermediate layer on the outer surface side effectively radiates ultrasonic waves from the reflecting member to the ultrasonic medium around the reflecting member, it is possible to reduce ultrasonic waves returning from the reflecting member to the transmitting member. Thereby, the multiple reflection noise in the waveguide member can be further reduced.
【００３４】（発明の実施の形態３）図４は本発明の実
施の形態を示す横断面図である。本発明の実施の形態
は、前記発明の実施の形態１における反射部材１３を廃
止し、代わりに円筒状の半透過部材２３で構成した点が
異なり、他の構成は同一な構成部分から成るもので、同
一構成部分には同一番号を付してその説明を省略する。(Third Embodiment of the Invention) FIG. 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. The embodiment of the present invention is different in that the reflecting member 13 in the first embodiment of the present invention is abolished and is replaced by a cylindrical semi-transmissive member 23, and other configurations are composed of the same components. Therefore, the same components are given the same numbers and their explanations are omitted.
【００３５】本発明の実施の形態の導波部材５は、その
断面積が圧電素子１の面積以上であるエポキシ樹脂から
なる円筒状の半透過部材２３と、半透過部材２３の内部
に充填されたカンテンからなる伝達部材１２とから構成
されている。The waveguide member 5 according to the embodiment of the present invention is filled inside the cylindrical semi-transmissive member 23 and the semi-transmissive member 23 made of epoxy resin whose cross-sectional area is larger than the area of the piezoelectric element 1. And a transmission member 12 made of agar.
【００３６】上記構成の装置は、半透過部材２３に入射
した超音波パルス成分９の殆どは、反射されながら伝達
部材１２内を伝達される。半透過部材２３に入射した超
音波のうち、一部は半透過部材２３を経て外部に放射さ
れる。この時、半透過部材２３はその周囲の超音波媒体
（図示省略）との間の音響インピーダンスの差異が小さ
いため、半透過部材２３に入射した超音波の外部への放
射がより効率的に行われる。In the apparatus having the above structure, most of the ultrasonic pulse component 9 incident on the semi-transmissive member 23 is transmitted through the transmitting member 12 while being reflected. A part of the ultrasonic waves incident on the semi-transmissive member 23 is radiated to the outside through the semi-transmissive member 23. At this time, since the difference in acoustic impedance between the semi-transmissive member 23 and the surrounding ultrasonic medium (not shown) is small, the ultrasonic waves incident on the semi-transmissive member 23 are more efficiently radiated to the outside. Be seen.
【００３７】本発明の実施の形態によれば、前記発明の
実施の形態１と同様な効果が得られる。さらに、半透過
部材からその周囲の超音波媒体（図示省略）への超音波
の放射が行われるため、該半透過部材から伝達部材に戻
る超音波を減少させることができる。これにより、単純
な構造で導波部材内の多重反射ノイズを更に減少させる
ことができる。According to the embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment of the invention can be obtained. Further, since the ultrasonic waves are emitted from the semi-transmissive member to the ultrasonic medium (not shown) around the semi-transmissive member, the ultrasonic waves returning from the semi-transmissive member to the transmission member can be reduced. Thereby, the multiple reflection noise in the waveguide member can be further reduced with a simple structure.
【００３８】（発明の実施の形態４）図５および図６は
本発明の実施の形態を示し、図５は斜視図、図６は横断
面図である。本発明の実施の形態は、前記発明の実施の
形態１における導波部材５を角筒に形成するとともに導
波部材５の開口部２１に音響レンズ１６を設けて構成し
た点が異なり、他の構成は同一な構成部分から成るもの
で、同一構成部分には同一番号を付してその説明を省略
する。(Fourth Embodiment of the Invention) FIGS. 5 and 6 show an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view and FIG. 6 is a transverse sectional view. The embodiment of the present invention is different in that the waveguide member 5 according to the first embodiment of the invention is formed into a rectangular tube and an acoustic lens 16 is provided in the opening 21 of the waveguide member 5, and the other embodiment is different. Since the configuration is composed of the same components, the same components are given the same numbers and their explanations are omitted.
【００３９】本発明の実施の形態では、導波部材５をそ
の断面が４角形の角筒として形成するとともに、その開
口部２１にシリコーンゴムからなる凸球面形状の音響レ
ンズ１６を固定した。導波部材５の端面には音響反射面
６が一体に形成されている。ここで、伝達部材１２は、
前記発明の実施の形態１で示した各部材の他に音響レン
ズ１６とも密着している。In the embodiment of the present invention, the waveguide member 5 is formed as a rectangular tube having a quadrangular cross section, and the convex spherical acoustic lens 16 made of silicone rubber is fixed to the opening 21. An acoustic reflection surface 6 is integrally formed on the end surface of the waveguide member 5. Here, the transmission member 12 is
In addition to the members shown in the first embodiment of the invention, the acoustic lens 16 is also in close contact.
【００４０】上記構成の装置は、伝達部材１２により伝
達された超音波ビームが音響反射面６で反射され、音響
レンズ１６を通過した後に超音波プローブ先端部２０の
外部に伝送される。この時、超音波ビームは音響レンズ
１６により集束された集束ビームとなる。In the apparatus having the above structure, the ultrasonic beam transmitted by the transmission member 12 is reflected by the acoustic reflection surface 6, passes through the acoustic lens 16, and then is transmitted to the outside of the ultrasonic probe tip 20. At this time, the ultrasonic beam becomes a focused beam focused by the acoustic lens 16.
【００４１】本発明の実施の形態によれば、超音波ビー
ムを集束することができるため、より細いビームを得る
ことが出来る。このため、ビームの進行方向と直交する
方向の解像度が高い観測画像を得ることができる。According to the embodiment of the present invention, since the ultrasonic beam can be focused, a thinner beam can be obtained. Therefore, an observation image with high resolution in the direction orthogonal to the beam traveling direction can be obtained.
【００４２】尚、本発明の実施の形態においては音響レ
ンズをシリコーンゴムからなる凸球面形状としたが、本
発明は材質および形状ともこれに限定するものではな
い。例えば、形状としては、球面の他に、放物面に代表
される非球面や円筒面などが可能である。また、材質と
しては、ポリエチレンやエポキシ樹脂等が可能である。
ここで、レンズ材質の音速が超音波媒体以上である時は
凹面とする必要があり、逆の場合は凸面とする必要があ
る。また、外側を平面として内側を曲面とすること、両
面とも曲面とすること等も可能である。In the embodiment of the present invention, the acoustic lens has a convex spherical shape made of silicone rubber, but the present invention is not limited to this in terms of material and shape. For example, in addition to the spherical surface, the shape may be an aspherical surface represented by a parabolic surface or a cylindrical surface. Further, as the material, polyethylene, epoxy resin, or the like can be used.
Here, when the sound velocity of the lens material is higher than or equal to the ultrasonic medium, it must be concave, and in the opposite case, it must be convex. It is also possible to make the outside a plane and the inside a curved surface, and make both surfaces curved.
【００４３】さらに、レンズにより反射部材の内部であ
る伝達部材を外部から隔離・保護できるので、伝達部材
の材質選定の自由度が高まる。例えば、超音波プローブ
先端部を覆う前述の超音波媒体とは異なる材質の液体を
使用することが可能になる。Furthermore, since the transmission member inside the reflection member can be isolated and protected from the outside by the lens, the degree of freedom in selecting the material of the transmission member is increased. For example, it becomes possible to use a liquid of a material different from the above-mentioned ultrasonic medium that covers the tip of the ultrasonic probe.
【００４４】（発明の実施の形態５）図７は本発明の実
施の形態を示す横断面図である。本発明の実施の形態
は、前記発明の実施の形態１における導波部材５先端部
の内部にシリコーンゴムからなる凸球面音響レンズ１６
を固定して構成した点が異なり、他の構成は同一な構成
部分から成るもので、同一構成部分には同一番号を付
し、構成の説明を省略する。(Fifth Embodiment of the Invention) FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, a convex spherical acoustic lens 16 made of silicone rubber is provided inside the tip portion of the waveguide member 5 in the first embodiment of the invention.
Are different from each other in that they are fixed, and other configurations are composed of the same constituent parts, and the same constituent parts are designated by the same reference numerals, and the description of the structure will be omitted.
【００４５】本発明の実施の形態では、超音波パルスが
音響レンズ１６により集束された後、音響反射面６に到
達して集束された集束ビームとして外部に伝送される。In the embodiment of the present invention, after the ultrasonic pulse is focused by the acoustic lens 16, it reaches the acoustic reflection surface 6 and is transmitted to the outside as a focused beam.
【００４６】本発明の実施の形態によれば、前記発明の
実施の形態２に示した構造と比較して以下の利点があ
る。すなわち、音響レンズの外形を伝達部材の断面形状
と同一にすることができる。このため、伝達部材の形状
を任意に設定することができ、設計上可能な最大の大き
さのトランスデューサを使用することができるため、高
ゲイン化が可能となる。The embodiment of the present invention has the following advantages as compared with the structure shown in the second embodiment of the present invention. That is, the outer shape of the acoustic lens can be made the same as the cross-sectional shape of the transmission member. Therefore, the shape of the transmission member can be arbitrarily set, and the transducer having the maximum size that can be designed can be used, so that the gain can be increased.
【００４７】（発明の実施の形態６）図８は本発明の実
施の形態を示す横断面図である。本発明の実施の形態
は、前記発明の実施の形態１におけるミラーブロック１
８に形成された音響反射面６を凹球面に形成した点が異
なり、他の構成は同一な構成部分から成るもので、同一
構成部分には同一番号を付し、構成の説明を省略する。(Sixth Embodiment of the Invention) FIG. 8 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. The embodiment of the present invention is the mirror block 1 according to the first embodiment of the present invention.
The difference is that the acoustic reflection surface 6 formed in 8 is formed into a concave spherical surface, and other configurations are composed of the same components, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description of the configuration is omitted.
【００４８】本発明の実施の形態では、伝達部材１２に
より伝達された超音波ビームが音響反射面６で反射され
た後、超音波プローブ先端部２０の外部に発信される。
この時、超音波ビームはレンズにより集束された集束ビ
ームと同様な集束ビームとなる。In the embodiment of the present invention, the ultrasonic beam transmitted by the transmission member 12 is reflected by the acoustic reflection surface 6 and then transmitted to the outside of the ultrasonic probe tip 20.
At this time, the ultrasonic beam becomes a focused beam similar to the focused beam focused by the lens.
【００４９】本発明の実施の形態によれば、前記発明の
実施の形態２および発明の実施の形態５に示した構造と
比較して以下の利点がある。すなわち、超音波ビームの
集束をミラー反射のみによって行うため、音響レンズと
伝達部材および音響レンズとの間における音響インピー
ダンス不整合による伝達ロスが無くなり、さらに高感度
化できる。The embodiment of the present invention has the following advantages as compared with the structures shown in the second and fifth embodiments of the invention. That is, since the ultrasonic beam is focused only by the mirror reflection, the transmission loss due to the acoustic impedance mismatch between the acoustic lens and the transmission member and the acoustic lens is eliminated, and the sensitivity can be further improved.
【００５０】尚、本発明の実施の形態に示したミラーと
前記発明の実施の形態２および発明の実施の形態５に示
したレンズとを組み合わせることも可能である。この場
合、前記のロスが生じるが、ゲインは前記発明の実施の
形態２および発明の実施の形態５と同一のレベルを確保
できる。It is also possible to combine the mirror shown in the embodiment mode of the present invention with the lens shown in the second embodiment mode and the fifth embodiment mode of the invention. In this case, although the loss occurs, the gain can be maintained at the same level as in the second and fifth embodiments of the invention.
【００５１】[0051]
【発明の効果】請求項１の発明は、至近距離の観測に適
するとともに、より遠距離の観測への適用が可能とな
り、さらにトランスデューサから発信された超音波が効
果的に伝達される構造の超音波トランスデューサを提供
できる。The invention according to claim 1 is suitable for observation at a close range, can be applied to observation at a longer range, and has a structure of ultrasonic waves transmitted from a transducer effectively. A sound wave transducer can be provided.
【００５２】請求項２の発明は、至近距離の観測に適す
るとともに、より遠距離の観測への適用が可能となり、
さらに超音波ノイズが少ない構造の超音波トランスデュ
ーサを提供できる。The invention of claim 2 is suitable for observation at a close range, and is applicable to observation at a longer range.
Further, it is possible to provide an ultrasonic transducer having a structure with less ultrasonic noise.
【００５３】請求項３の発明は、至近距離の観測に適す
るとともに、より遠距離の観測への適用が可能となり、
さらに超音波ノイズが少なく且つ単純な構造の超音波ト
ランスデューサを提供できる。The invention of claim 3 is suitable for observation at a close range, and is applicable to observation at a longer range.
Further, it is possible to provide an ultrasonic transducer having a simple structure with less ultrasonic noise.
【００５４】請求項４の発明は、至近距離の観測に適す
るとともに、より遠距離の観測への適用が可能となり、
さらに高解像度な超音波トランスデューサを提供でき
る。The invention of claim 4 is suitable for observation at a very short distance, and can be applied to observation at a longer distance.
An ultrasonic transducer with higher resolution can be provided.
【図１】発明の実施の形態１を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the invention.
【図２】発明の実施の形態１を示す横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the first embodiment of the invention.
【図３】発明の実施の形態２を示す横断面図である。FIG. 3 is a transverse sectional view showing a second embodiment of the invention.
【図４】発明の実施の形態３を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross sectional view showing a third embodiment of the invention.
【図５】発明の実施の形態４を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a fourth embodiment of the invention.
【図６】発明の実施の形態４を示す横断面図である。FIG. 6 is a cross sectional view showing a fourth embodiment of the invention.
【図７】発明の実施の形態５を示す横断面図である。FIG. 7 is a cross sectional view showing a fifth embodiment of the invention.
【図８】発明の実施の形態６を示す横断面図である。FIG. 8 is a transverse sectional view showing a sixth embodiment of the invention.
【図９】従来例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a conventional example.
【符号の説明】 １ 圧電素子 ２ 表面電極 ３ 裏面電極 ４ 圧電体 ５ 導波部材 ６ 音響反射面 ７ 背面負荷材 １０ 超音波トランスデューサ １１ 音響整合層 １２ 伝達部材 １３ 反射部材 １４，１５ リード線 １６ 音響レンズ １７ 封止部材 １８ ミラーブロック １９ 音響放射面 ２０ 超音波プローブ先端部 ２１ 開口部 ２２ 中間層 ２３ 半透過部材[Description of Reference Signs] 1 piezoelectric element 2 front surface electrode 3 back surface electrode 4 piezoelectric body 5 wave guide member 6 acoustic reflection surface 7 back load material 10 ultrasonic transducer 11 acoustic matching layer 12 transmission member 13 reflection member 14, 15 lead wire 16 acoustic Lens 17 Sealing member 18 Mirror block 19 Acoustic emission surface 20 Ultrasonic probe tip 21 Opening 22 Intermediate layer 23 Semi-transmissive member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 匡志 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大村 正由 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadashi Abe 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Masayoshi Omura 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Industry Co., Ltd.
Claims (4)
成された音響整合層と、該圧電素子の他方の面に形成さ
れた背面負荷材とを基本構成要素とする超音波トランス
デューサにおいて、トランスデューサに導波部材を一体
的に形成したことを特徴とする超音波トランスデュー
サ。1. An ultrasonic transducer comprising a piezoelectric element, an acoustic matching layer formed on one surface of the piezoelectric element, and a back load material formed on the other surface of the piezoelectric element as basic constituent elements. An ultrasonic transducer in which a waveguide member is integrally formed with the transducer.
低音響インピーダンス且つ低減衰の材料からなる超音波
伝達部材の周囲に１０ｋｇ／ｍ2 ｓ以上の高音響インピ
ーダンスの材質からなる部材を設けるとともに、該高音
響インピーダンス部材の内外両面の少なくとも一方に３
〜８ｋｇ／ｍ2 ｓの音響インピーダンスを持った部材を
設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波トランス
デューサ。2. A member made of a material having a high acoustic impedance of 10 kg / m 2 s or more around an ultrasonic wave transmission member made of a material having a low acoustic impedance of 2 kg / m 2 s or less. And at least one of the inner and outer surfaces of the high acoustic impedance member is provided with 3
The ultrasonic transducer according to claim 1, further comprising a member having an acoustic impedance of 8 kg / m 2 s.
低音響インピーダンス且つ低減衰の材料からなる部材の
周囲に３〜８ｋｇ／ｍ2 ｓの音響インピーダンスの材質
からなる部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の
超音波トランスデューサ。Wherein said waveguide member provided with a member made of a material of acoustic impedance of 3~8kg / m 2 s around the member consisting of 2 kg / m 2 s or lower acoustic impedance and a low damping material The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein:
なる音響光学系を一体化するとともに、該音響光学系の
外形に導波部材の開口部形状を一致させたことを特徴と
する請求項１記載の超音波トランスデューサ。4. The waveguide member is characterized by integrating an acousto-optic system including a mirror, a lens and the like, and matching the shape of the opening of the waveguide member with the outer shape of the acousto-optic system. Item 2. The ultrasonic transducer according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21594695A JPH0965477A (en) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21594695A JPH0965477A (en) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | Ultrasonic transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0965477A true JPH0965477A (en) | 1997-03-07 |
Family
ID=16680881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21594695A Withdrawn JPH0965477A (en) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | Ultrasonic transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0965477A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999024967A1 (en) * | 1997-11-12 | 1999-05-20 | The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Shielded ultrasound probe |
| WO2004098234A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic sensor |
| US7892175B2 (en) | 2004-06-10 | 2011-02-22 | Olympus Corporation | Capacitive ultrasonic probe device |
| CN103108594A (en) * | 2011-05-13 | 2013-05-15 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Ultrasound transducer unit, ultrasound endoscope |
| DE102017209471A1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-06-28 | Continental Automotive Gmbh | ultrasonic sensor |
-
1995
- 1995-08-24 JP JP21594695A patent/JPH0965477A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999024967A1 (en) * | 1997-11-12 | 1999-05-20 | The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Shielded ultrasound probe |
| WO2004098234A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic sensor |
| US7162930B2 (en) | 2003-04-28 | 2007-01-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic sensor |
| US7892175B2 (en) | 2004-06-10 | 2011-02-22 | Olympus Corporation | Capacitive ultrasonic probe device |
| CN103108594A (en) * | 2011-05-13 | 2013-05-15 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Ultrasound transducer unit, ultrasound endoscope |
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