JPH0965488A - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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Publication number
JPH0965488A
JPH0965488A JP21594895A JP21594895A JPH0965488A JP H0965488 A JPH0965488 A JP H0965488A JP 21594895 A JP21594895 A JP 21594895A JP 21594895 A JP21594895 A JP 21594895A JP H0965488 A JPH0965488 A JP H0965488A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
matching layer
acoustic
ultrasonic transducer
acoustic matching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP21594895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiko Sawada
之彦 沢田
Katsuhiro Wakabayashi
勝裕 若林
Akiko Mizunuma
明子 水沼
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH0965488A publication Critical patent/JPH0965488A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic transducer with a small size, high resolution and wide observation range at a low cost. SOLUTION: An acoustic matching layer 3, a piezoelectric element 2 and a rear side damping member 1 are integrated. The matching layer 3 is integrated with a matching part 4 in which the absolute value of an acoustic impedance is matched with respect to that of the piezoelectric element 2 and an ultrasonic wave medium and an unmatching part 5 in which the absolute value of an acoustic impedance is not matched with respect to that of the piezoelectric element 2 and the ultrasonic wave medium. Then ultrasonic wave intensity distribution oscillated from the matching part 4 and the unmatching part 5 is properly controlled to form a sound field with a wide observation range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用、又は、非
破壊検査用超音波診断装置に用いられ超音波トランスデ
ューサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer used in a medical or nondestructive ultrasonic diagnostic apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超音波トランスデューサの構造と
して、図9に示すように、背面制動材51の上に絶縁層
を介して両面に電極を形成したPZT圧電セラミックス
板からなる圧電素子52を接着し、更に音響整合層53
及び音響レンズ54を接着したものが知られている
(「医用超音波機器ハンドブック」コロナ社、P18
6、昭和60年4月20日発行)。
2. Description of the Related Art As a structure of a conventional ultrasonic transducer, as shown in FIG. 9, a piezoelectric element 52 made of a PZT piezoelectric ceramics plate having electrodes formed on both sides of a back braking material 51 with an insulating layer interposed is bonded. In addition, the acoustic matching layer 53
And the one to which the acoustic lens 54 is adhered is known ("Medical Ultrasonic Equipment Handbook", Corona Publishing Co., P18).
6, issued April 20, 1985).

【0003】このような超音波トランスデューサを駆動
するためには、前記圧電素子52にパルサ(図示せず)
から百乃至数百ボルト程度の電圧の駆動パルスを印加す
ることで前記圧電素子52を逆圧電効果により急速に変
形させ、これにより励起された超音波パルスを音響整合
層53及び音響レンズ54を経て発振させることにより
行われる。
In order to drive such an ultrasonic transducer, a pulsar (not shown) is attached to the piezoelectric element 52.
By applying a driving pulse of about 100 to several hundreds of volts, the piezoelectric element 52 is rapidly deformed by the inverse piezoelectric effect, and the ultrasonic pulse excited by this is passed through the acoustic matching layer 53 and the acoustic lens 54. This is done by oscillating.

【0004】また、発振させた超音波パルスは、医療用
途に関しては体内の各組織の界面において、非破壊検査
用に関しては被測定物内部の傷等の非連続部から反射さ
れた後に、前記音響レンズ53及び音響整合層54を経
て圧電素子52に再入射し、この圧電素子52を振動さ
せる。この圧電素子52の機械的振動は圧電作用により
電気信号に変換され、観測装置(図示せず)によって画
像化される。
Further, the oscillated ultrasonic pulse is reflected at the interface between tissues in the body for medical use, and after being reflected from a discontinuous portion such as a scratch in the object to be measured for nondestructive inspection, and then the acoustic wave is emitted. It re-enters the piezoelectric element 52 through the lens 53 and the acoustic matching layer 54 to vibrate the piezoelectric element 52. The mechanical vibration of the piezoelectric element 52 is converted into an electric signal by the piezoelectric action, and is imaged by an observation device (not shown).

【0005】上述したようにして発振した超音波パルス
は、前記音響レンズ54により集束されて細いビームに
整形され、走査方向の高い分解能を得ることができる。
The ultrasonic pulse oscillated as described above is focused by the acoustic lens 54 and shaped into a narrow beam, and high resolution in the scanning direction can be obtained.

【0006】また、近年光学の分野で、波の伝搬方向と
直交する方向の強度分布を第0次ベッセル(Besse
l)関数に類似した分布とすることにより、波の中で回
折が生じず、長距離に亙って拡散しないビームを伝搬で
きることが報告されている。
In recent years, in the field of optics, the intensity distribution in the direction orthogonal to the wave propagation direction is represented by the 0th-order Bessel.
It is reported that a distribution similar to the l) function can propagate a beam that does not diffract in the wave and does not spread over a long distance.

【0007】また同様な手法を超音波の伝搬についても
適用しようとする試みがなされており、例えば、「Utra
sonic Nondiffracting Transducer for Medical Imagin
g 」,by JIAN-YU and JAMES F. GREENLEAF, IEEE Tans
actions on Ultrasonice, Ferroelectrics, and Freque
ncy Control Vol.37,No.5,Spt. 1990, P418-447 に示さ
れたように、同心円状に多数に分割されたアレイ型トラ
ンスデューサを重み付け駆動する手法を用いると、ベッ
セル関数型の有効な無回折ビームを得られることが報告
されている。
Attempts have also been made to apply a similar method to the propagation of ultrasonic waves. For example, "Utra
sonic Nondiffracting Transducer for Medical Imagin
g ”, by JIAN-YU and JAMES F. GREENLEAF, IEEE Tans
actions on Ultrasonice, Ferroelectrics, and Freque
As shown in ncy Control Vol.37, No.5, Spt. 1990, P418-447, the method of weighted driving array transducers, which are divided into many concentric circles, is used. It has been reported that a non-diffracted beam can be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記の様に、超音波振
動子から発振される超音波ビームをシャープにし、解像
力及びS/N比が高い良好な観測画像を得るために、超
音波振動子に音響レンズを接合することが行われてい
る。しかしこの方法では、超音波ビームは1点に集束す
るのみであるため、超音波ビームの幅が狭い部分の長さ
である焦点深度で定義される高解像度の観測範囲である
至適観察範囲は狭い。
As described above, in order to sharpen the ultrasonic beam oscillated from the ultrasonic oscillator and obtain a good observation image with high resolution and S / N ratio, the ultrasonic oscillator is used. It is performed to bond an acoustic lens to the. However, in this method, since the ultrasonic beam only focuses on one point, the optimum observation range, which is a high-resolution observation range defined by the depth of focus, which is the length of the narrow portion of the ultrasonic beam, narrow.

【0009】また、音響レンズにより集束される以前の
近距離音場はサイドローブが大きく、他方集束された部
分以降は超音波ビームが拡散してしまい、ともに解像度
が低下することとなる。
Further, the short-distance sound field before being focused by the acoustic lens has a large side lobe, while the ultrasonic beam is diffused after the focused portion, resulting in a decrease in resolution.

【0010】また、本願出願人が先に出願し、特開平4
−250799号公報により開示した背面制動材中の音
響インピーダンスの分布が、中央部が小さくなるように
し、辺縁に行くに連れて大きくなって圧電素子の音響イ
ンピーダンスに近付くような構造とした超音波トランス
デューサによれば、前記のうち特に近距離音場について
は大幅に改良されるものの、遠距離音場に関しては既述
した場合と同様に超音波ビームが拡散してしまい、解像
度が低下する傾向は否めなかった。
Further, the applicant of the present invention filed an application first, and disclosed in
-250799 discloses an ultrasonic wave having a structure in which the acoustic impedance distribution in the back damping material is made smaller in the central portion and becomes larger toward the edges and approaches the acoustic impedance of the piezoelectric element. According to the transducer, although the near-field sound field is significantly improved among the above, as for the far-field sound field, the ultrasonic beam is diffused as in the case already described, and the resolution is apt to decrease. I couldn't deny it.

【0011】これらに対し、上述した無回折超音波ビー
ムを用いる方法によれば、前記の拡散が生じないため、
至適観測範囲を広くすることができる。しかし、上述し
たように同心円状に多数に分割されたアレイ型トランス
デューサを用い、個々のトランスデューサを重み付け駆
動する必要があるため、トランスデューサの構造及び駆
動回路、駆動方法が非常に複雑になってしまう。このた
め、トランスデューサの小型化が非常に困難であると同
時に、トランスデューサ及び駆動回路のコストが非常に
高くなってしまい、工業的な採算性が乏しくなるという
課題がある。
On the other hand, according to the method using the above-mentioned non-diffracted ultrasonic beam, the above diffusion does not occur,
The optimal observation range can be widened. However, as described above, it is necessary to use an array type transducer that is divided into a large number of concentric circles and weight-drive each transducer. This complicates the structure of the transducer, the driving circuit, and the driving method. For this reason, it is very difficult to miniaturize the transducer, and at the same time, the cost of the transducer and the drive circuit becomes very high, and the industrial profitability becomes poor.

【0012】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、小型化、低コスト化が図れる高解像度で至適観
察範囲が広い超音波トランスデューサを提供するもので
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an ultrasonic transducer having a high resolution and a wide optimum observation range which can be reduced in size and cost.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
音響整合層と圧電素子と背面制動材とを一体化してなる
超音波トランスデューサにおいて、前記音響整合層は、
音響インピーダンスの絶対値が前記圧電素子と超音波媒
体とに関して整合がとれている整合部分と、音響インピ
ーダンスの絶対値が前記圧電素子と超音波媒体に関して
整合がとれていない不整合部分との一体構成からなるこ
とを特徴とするものである。
According to the first aspect of the present invention,
In an ultrasonic transducer formed by integrating an acoustic matching layer, a piezoelectric element, and a back damping material, the acoustic matching layer is
An integral structure of a matching portion whose absolute value of acoustic impedance is matched with respect to the piezoelectric element and the ultrasonic medium and a mismatched portion whose absolute value of acoustic impedance is not matched with respect to the piezoelectric element and the ultrasonic medium It is characterized by consisting of.

【0014】請求項2記載の発明は、音響整合層と圧電
素子と背面制動材とを一体化してなる超音波トランスデ
ューサにおいて、前記音響整合層が、該音響整合層内に
おける超音波の減衰が小さい部分と、減衰が大きい部分
との一体構成からなることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in an ultrasonic transducer in which an acoustic matching layer, a piezoelectric element and a back damping material are integrated, the acoustic matching layer has a small attenuation of ultrasonic waves in the acoustic matching layer. It is characterized in that it is formed integrally with a portion and a portion with large attenuation.

【0015】請求項3記載の発明は、音響整合層と圧電
素子と背面制動材とを一体化してなる超音波トランスデ
ューサにおいて、前記音響整合層の厚さが、前記超音波
トランスデューサの発振周波数の中心周波数Frに関し
て音響的に不均一に形成され、発振される超音波に位相
が反転した成分が混在していることを特徴とするもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, in an ultrasonic transducer in which an acoustic matching layer, a piezoelectric element and a back damping material are integrated, the thickness of the acoustic matching layer is the center of the oscillation frequency of the ultrasonic transducer. It is characterized in that it is formed acoustically non-uniform with respect to the frequency Fr, and the oscillated ultrasonic waves have a mixture of components with inverted phases.

【0016】請求項4記載の発明は、請求項3記載の超
音波トランスデューサにおける前記音響整合層を、超音
波の音速が異なる複数種の材質から構成し、この音響整
合層内に音速が高い領域と低い領域とを形成するととも
に、両領域の音速の差異が、超音波媒体の音速の偶数倍
となるようにしたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the acoustic matching layer in the ultrasonic transducer according to the third aspect is composed of a plurality of types of materials having different ultrasonic sound velocities, and the acoustic matching layer has a high sound velocity region. And a low region are formed, and the difference in sound velocity between both regions is set to be an even multiple of the sound velocity of the ultrasonic medium.

【0017】請求項5記載の発明は、請求項3記載の超
音波トランスデューサにおける前記音響整合層を、超音
波の音速が異なる複数種の材質から構成し、この音響整
合層内に音速が高い領域と低い領域とを形成するととも
に、両領域の音響的厚さを、前記中心周波数Frに関し
て1/4波長の奇数倍とし、同時に両領域の機械的厚さ
の差異を、超音波媒体の前記中心周波数Frに関する音
響的厚さである1/2波長の奇数倍としたことを特徴と
するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the acoustic matching layer in the ultrasonic transducer according to the third aspect is composed of a plurality of kinds of materials having different ultrasonic sound speeds, and the acoustic matching layer has a high sound speed region. And a low region, the acoustic thickness of both regions is set to an odd multiple of ¼ wavelength with respect to the center frequency Fr, and at the same time, the difference in mechanical thickness between the two regions is set to the center of the ultrasonic medium. It is characterized in that it is an odd multiple of 1/2 wavelength which is the acoustic thickness of the frequency Fr.

【0018】請求項6記載の発明は、請求項3記載の超
音波トランスデューサにおける複数の構成要素からなる
音響整合層の各構成要素の境界に、前記中心周波数Fr
に関する音響的厚さが1/2波長である部分を設けたこ
とを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the invention, in the ultrasonic transducer according to the third aspect, the center frequency Fr is provided at the boundary of each component of the acoustic matching layer composed of a plurality of components.
Is provided with a portion having an acoustic thickness of ½ wavelength.

【0019】請求項7記載の発明は、請求項1乃至6記
載の超音波トランスデューサにおける複数の構成要素か
らなる音響整合層の各構成要素の境界に、音響整合層を
形成しない部分を設けたことを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the invention, in the ultrasonic transducer according to the first to sixth aspects, a portion where the acoustic matching layer is not formed is provided at the boundary of each component of the acoustic matching layer composed of a plurality of components. It is characterized by.

【0020】以下に上述した各発明の動作について詳述
する。
The operation of each invention described above will be described in detail below.

【0021】請求項1記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、前記音響整合層を、音響インピーダ
ンスの絶対値が前記圧電素子と超音波媒体とに関して整
合がとれている整合部分と、音響インピーダンスの絶対
値が前記圧電素子と超音波媒体に関して整合がとれてい
ない不整合部分との一体構成としたので、全体構造が小
型化し、低コスト化が図れるとともに、この超音波トラ
ンスデューサの整合部分及び不整合部分により発振され
る超音波の強度分布を適切に制御して至適観察範囲の広
い音場を形成することができる。
According to the ultrasonic transducer of the first aspect of the present invention, the acoustic matching layer includes a matching portion in which the absolute value of the acoustic impedance is matched with respect to the piezoelectric element and the ultrasonic medium, and the acoustic impedance. Since the absolute value of the piezoelectric element and the mismatched portion that is not matched with respect to the ultrasonic medium are integrally formed, the overall structure can be downsized and the cost can be reduced. By appropriately controlling the intensity distribution of the ultrasonic waves oscillated by the matching portion, it is possible to form a sound field with a wide optimum observation range.

【0022】請求項2記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、全体構造が小型化し、低コスト化が
図れるとともに、前記音響整合層を、該音響整合層内に
おける超音波の減衰が小さい部分と、減衰が大きい部分
との一体構成としたので、前記音響整合層内の超音波の
減衰を不均一にして発振される超音波の強度分布を適切
に制御して至適観察範囲の広い音場を形成することがで
きる。
According to the ultrasonic transducer of the second aspect of the present invention, the overall structure can be downsized and the cost can be reduced, and the acoustic matching layer is a portion where the attenuation of ultrasonic waves in the acoustic matching layer is small. Since it is integrally configured with a portion having a large attenuation, the sound intensity in the acoustic matching layer is made non-uniform and the intensity distribution of the oscillated ultrasonic wave is appropriately controlled to produce a sound with a wide optimum observation range. A field can be formed.

【0023】請求項3記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、全体構造が小型化し、低コスト化が
図れるとともに、前記音響整合層の厚さを、前記超音波
トランスデューサの発振周波数の中心周波数Frに関し
て音響的に不均一に形成し、発振される超音波に位相が
反転した成分が混在するようにしたので、発振される超
音波の位相分布を適切に制御して至適観察範囲の広い音
場を形成することができる。
According to the ultrasonic transducer of the third aspect of the present invention, the overall structure can be downsized and the cost can be reduced, and the thickness of the acoustic matching layer can be set to the center frequency of the oscillation frequency of the ultrasonic transducer. Since Fr is formed acoustically non-uniformly, and the oscillated ultrasonic wave has a mixed component of which the phase is inverted, the phase distribution of the oscillated ultrasonic wave is appropriately controlled and the optimum observation range is wide. A sound field can be formed.

【0024】請求項4記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、請求項3記載の超音波トランスデュ
ーサにおける音響整合層内に音速が高い領域と低い領域
とを形成するとともに、両領域の音速の差異が、超音波
媒体の音速の偶数倍となるようにしたので、超音波の位
相が反転する音響整合層の境界領域を超音波が発振しに
くい構造とすることができ、これにより、発振される超
音波の位相分布をより適切に制御して至適観察範囲の広
い音場を形成することができる。
According to the ultrasonic transducer of the fourth aspect of the invention, a region having a high sound velocity and a region having a low sound velocity are formed in the acoustic matching layer in the ultrasonic transducer of the third aspect, and the sound velocity of both regions is increased. Since the difference is set to be an even multiple of the sound velocity of the ultrasonic medium, the boundary region of the acoustic matching layer where the phase of the ultrasonic wave is inverted can be made to have a structure in which the ultrasonic wave does not easily oscillate. It is possible to more appropriately control the phase distribution of the ultrasonic waves to form a sound field with a wide optimum observation range.

【0025】請求項5記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、請求項3記載の超音波トランスデュ
ーサにおける音響整合層を、超音波の音速が異なる複数
種の材質から構成し、この音響整合層内に音速が高い領
域と低い領域とを形成するとともに、両領域の音響的厚
さを、前記中心周波数Frに関して1/4波長の奇数倍
とし、同時に両領域の機械的厚さの差異を、超音波媒体
の前記中心周波数Frに関する音響的厚さである1/2
波長の奇数倍としたので、請求項3記載の超音波トラン
スデューサの場合と同様、超音波の位相が反転する音響
整合層の境界領域を超音波が発振しにくい構造とするこ
とができ、これにより、発振される超音波の位相分布を
より適切に制御して至適観察範囲の広い音場を形成する
ことができる。
According to the ultrasonic transducer of the fifth aspect of the invention, the acoustic matching layer in the ultrasonic transducer of the third aspect is composed of a plurality of materials having different ultrasonic sound speeds. A region having a high sound velocity and a region having a low sound velocity are formed therein, and the acoustic thickness of both regions is set to an odd multiple of ¼ wavelength with respect to the center frequency Fr, and at the same time, the difference in mechanical thickness of both regions is 1/2 of the acoustic thickness of the ultrasonic medium with respect to the center frequency Fr
Since it is an odd multiple of the wavelength, as in the case of the ultrasonic transducer according to claim 3, it is possible to make the boundary region of the acoustic matching layer where the phase of the ultrasonic wave is inverted a structure in which the ultrasonic wave hardly oscillates. It is possible to more appropriately control the phase distribution of the oscillated ultrasonic waves to form a sound field with a wide optimum observation range.

【0026】請求項6記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、請求項3記載の超音波トランスデュ
ーサにおける前記音響整合層の各構成要素の境界に、前
記中心周波数Frに関する音響的厚さが1/2波長であ
る部分を設けたので、発振される超音波内に強度及び位
相が異なる成分を持たせることができ、発振される超音
波の強度分布及び位相分布を適切に制御して至適観察範
囲の広い音場を形成することができる。
According to the ultrasonic transducer of the sixth aspect of the invention, the acoustic thickness relating to the center frequency Fr is 1 at the boundary of each component of the acoustic matching layer in the ultrasonic transducer of the third aspect. Since the part having a wavelength of / 2 is provided, it is possible to give components having different intensities and phases to the oscillated ultrasonic waves, and to optimally control the intensity distribution and phase distribution of the oscillated ultrasonic waves. A sound field with a wide observation range can be formed.

【0027】請求項7記載の発明に係る超音波トランス
デューサによれば、請求項1乃至3記載の超音波トラン
スデューサにおける前記音響整合層の構成要素の境界
に、音響整合層を形成しない部分を設けたので、発振さ
れる超音波内に強度及び位相が異なる成分を持たせるこ
とができ、発振される超音波の強度分布及び位相分布を
適切に制御して至適観察範囲の広い音場を形成すること
ができる。
According to the ultrasonic transducer of the seventh aspect, in the ultrasonic transducers of the first to third aspects, a portion where the acoustic matching layer is not formed is provided at the boundary between the constituent elements of the acoustic matching layer. Therefore, the oscillated ultrasonic waves can have components with different intensities and phases, and the intensity distribution and the phase distribution of the oscillated ultrasonic waves are appropriately controlled to form a sound field with a wide optimum observation range. be able to.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明に係る超音波トランスデューサの実施の形態を説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an ultrasonic transducer according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0029】[実施の形態1]まず、図1乃至図5を参
照して本発明の実施の形態1について説明する。
[First Embodiment] First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0030】図1に示す超音波トランスデューサ10
は、圧電素子2に音響整合層3と背面制動材1とを接合
して構成している。この該超音波トランスデューサ10
は、図示省略のケースに実装されるともに、やはり図示
省略のパルサ及び画像処理装置に接続された状態で、図
示省略の水等の超音波媒体内に浸漬され、超音波の送受
信を行うようになっている。
The ultrasonic transducer 10 shown in FIG.
Is formed by joining the acoustic matching layer 3 and the back braking material 1 to the piezoelectric element 2. This ultrasonic transducer 10
Is mounted in a case (not shown) and is also immersed in an ultrasonic medium (not shown) such as water while being connected to a pulsar (not shown) and an image processing device, so that ultrasonic waves can be transmitted and received. Has become.

【0031】前記音響整合層3は、前記圧電素子2及び
該超音波媒体に関して、音響整合が取られている整合部
分4と音響整合が取られていない不整合部分5との同心
円的な一体構造となっている。ここで、前記整合部分4
は低密度の樹脂をマトリックス状とし、このマトリック
ス状の領域に高密度の粉体をフィラーとして少量分散さ
せたものが使用される。ここで、粉体としては、アルミ
ナセラミックス粉体およびタングステン粒子を、マトリ
ックス状の領域としては、エポキシ系熱硬化性樹脂を使
用した。その音響特性は、音速2800m/s、音響イ
ンピーダンス4.2Ns/m3 であった。
The acoustic matching layer 3 is a concentric unitary structure of a matching portion 4 that is acoustically matched and a mismatching portion 5 that is not acoustically matched with respect to the piezoelectric element 2 and the ultrasonic medium. Has become. Here, the matching portion 4
A low density resin is used as a matrix, and a small amount of high density powder as a filler is dispersed in this matrix area. Here, alumina ceramic powder and tungsten particles were used as the powder, and epoxy thermosetting resin was used as the matrix-shaped region. The acoustic characteristics were a sound velocity of 2800 m / s and an acoustic impedance of 4.2 Ns / m3.

【0032】また、前記整合部分4のうち、超音波トラ
ンスデューサ10の中心部に相当する部分については、
高硬度で低減衰のエポキシ樹脂材料とするとともに、粒
径が小さいアルミナセラミックス微粉体をフィラーとし
た。またそれ以外の部分については、軟質で高減衰のエ
ポキシ樹脂材料とするとともに、粒径をより大としたタ
ングステン粒子を用いた。
Of the matching portion 4, the portion corresponding to the central portion of the ultrasonic transducer 10 is
An epoxy resin material with high hardness and low attenuation was used, and alumina ceramic fine powder with a small particle size was used as a filler. The other parts were made of a soft and highly damped epoxy resin material, and tungsten particles having a larger particle size were used.

【0033】前記該不整合部分5は、アルミナセラミッ
クスの板材をYAGレーザ加工により切断加工したもの
を用いた。その音響特性は、音速8400m/s、音響
インピーダンス33Ns/m3 であった。
The mismatched portion 5 was formed by cutting a plate material of alumina ceramics by YAG laser processing. The acoustic characteristics were a sound velocity of 8400 m / s and an acoustic impedance of 33 Ns / m3.

【0034】前記音響整合層3のうちの整合部分4及び
不整合部分5は、その形状が同心円状であり、同心円の
分布が、図2に示した様に中心部に近い部分から辺縁部
に向かって順に、整合→不整合→整合→不整合→整合と
交互に繰り返すように設定されている。ここで、超音波
媒体が音響インピーダンス1.5Ns/m3 の水であ
り、最も低いことから、図2中では低い部分が整合部分
4として表現されている。
The matching portion 4 and the non-matching portion 5 of the acoustic matching layer 3 are concentric in shape, and the distribution of the concentric circles is from the portion close to the central portion to the peripheral portion as shown in FIG. It is set so as to alternately repeat alignment → mismatch → alignment → mismatch → alignment in the order of. Here, since the ultrasonic medium is water having an acoustic impedance of 1.5 Ns / m3 and is the lowest, the lower part is represented as the matching part 4 in FIG.

【0035】前記各部材の厚さとしては、圧電素子2の
共振周波数に関する各部材内の超音波の波長λrで正規
化すると、圧電素子2は1/2λr、整合部分4は3/
4λr、不整合部分は1/4λrとした。同時にその音
速の差異から、整合部分3と不整合部分4の厚さは同一
に設定した。
When the thickness of each member is normalized by the wavelength λr of the ultrasonic wave in each member related to the resonance frequency of the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 2 is 1 / 2λr and the matching portion 4 is 3 /.
4λr, and the mismatched portion was ¼λr. At the same time, the thicknesses of the matching portion 3 and the mismatching portion 4 are set to be the same because of the difference in sound velocity.

【0036】上述した超音波トランスデューサ10によ
れば、音響整合層3内において音響インピーダンスの分
布が不均一であるため、超音波の伝達損失は、不整合部
分5のほうが整合部分4よりも大となり、結果として超
音波トランスデューサ10から発振される超音波のう
ち、不整合部分5から発振される成分は、相対的に弱く
なる。
According to the ultrasonic transducer 10 described above, since the acoustic impedance distribution in the acoustic matching layer 3 is non-uniform, the ultrasonic transmission loss is larger in the unmatched portion 5 than in the matched portion 4. As a result, of the ultrasonic waves oscillated from the ultrasonic transducer 10, the component oscillated from the mismatched portion 5 becomes relatively weak.

【0037】また、整合部分4内においても、超音波ト
ランスデューサ10の中心以外の部分については、その
マトリックス状の領域である軟質なエポキシ樹脂による
減衰と、フィラーであるタングステン粒子と前記軟質な
エポキシ樹脂との音響インピーダンスの差が大きいこと
による散乱作用により、硬質樹脂とアルミナセラミック
スの微粉体からなる中心部よりも超音波の強度が相対的
に減衰される。
Also in the matching portion 4, the portions other than the center of the ultrasonic transducer 10 are attenuated by the soft epoxy resin which is the matrix-like region, and the tungsten particles as the filler and the soft epoxy resin are used. Due to the large scattering of the acoustic impedance between the ultrasonic wave and the ultrasonic wave, the intensity of the ultrasonic wave is relatively attenuated compared to the central portion made of the fine powder of hard resin and alumina ceramics.

【0038】同時に、前記整合部分4と前記不整合部分
5との音響的な厚さの差が1/2波長であるため、不整
合部分5から発振される超音波は、その強度が弱いと同
時にその位相については半周期のずれが生じることにな
る。
At the same time, since the acoustic thickness difference between the matching portion 4 and the mismatching portion 5 is ½ wavelength, the intensity of the ultrasonic wave oscillated from the mismatching portion 5 is weak. At the same time, the phase shifts by half a cycle.

【0039】前記超音波トランスデューサ10から発振
される超音波ビーム7は、図2に示すように中心軸上が
最も強く、中心から離れるに連れて、最強→0→弱→0
→弱→0…となる。同時に超音波ビームの位相は、強度
0になる部分である整合部分4と不整合部分5との境界
における位相を便宜的な基準0とすると、+1/4周期
差→0→−1/4周期差→0→+1/4周期差→0…と
なる。
The ultrasonic beam 7 oscillated from the ultrasonic transducer 10 has the strongest on the central axis as shown in FIG. 2, and becomes stronger → 0 → weak → 0 as the distance from the center increases.
→ Weak → 0 ... At the same time, the phase of the ultrasonic beam is + 1/4 cycle difference → 0 → -1 / 4 cycle, where the phase at the boundary between the matching portion 4 and the mismatching portion 5 where the intensity becomes 0 is 0 as a convenient reference. Difference → 0 → + 1/4 cycle difference → 0.

【0040】これらの相互作用により、図2に示すよう
に発振される超音波ビーム7は、第0次ベッセル関数状
の強度及び位相分布を示す。このため、発振される超音
波ビーム7は、図3に概念的に示すような無回折ビーム
8bとなり、長距離に亘って細い幅のまま伝達されるた
め、音響レンズ等を使用して収束した従来例の超音波ビ
ーム8a(音響レンズ:凹面)と比較して、至適観察距
離が大きく広がる。尚、図2中、6は音響整合層3内の
音響インピーダンスの分布を示すものであり、また、9
は音響放射面を示すものである。
Due to these interactions, the ultrasonic beam 7 oscillated as shown in FIG. 2 exhibits a 0th-order Bessel function-like intensity and phase distribution. Therefore, the oscillated ultrasonic beam 7 becomes a non-diffracted beam 8b as conceptually shown in FIG. 3 and is transmitted with a narrow width over a long distance, so that it is converged by using an acoustic lens or the like. Compared with the ultrasonic beam 8a (acoustic lens: concave surface) of the conventional example, the optimum observation distance is greatly expanded. In FIG. 2, 6 indicates the distribution of acoustic impedance in the acoustic matching layer 3, and 9
Indicates an acoustic emission surface.

【0041】上述したような構造からなる超音波トラン
スデューサ10によれば、分解能が高い観測画像を、高
感度でS/N比の劣化を招くことなく得ることができる
高性能の超音波振動子を実現できる。
According to the ultrasonic transducer 10 having the above-described structure, a high-performance ultrasonic transducer capable of obtaining an observation image with high resolution and high sensitivity without degrading the S / N ratio is provided. realizable.

【0042】上述した音響インピーダンスの分布パター
ンは、階段状の分布、鋸歯状の分布等が使用可能であ
る。その分布パターンについても、本例で示したような
中心から外側に整合→不整合→整合→…と繰返すものの
他に、中心から外側に不整合→整合→不整合→…と繰返
すことにより、第2次ベッセル関数状の分布とすること
が可能である。
As the acoustic impedance distribution pattern described above, a stepwise distribution, a sawtooth distribution, or the like can be used. As for the distribution pattern, in addition to repeating from the center to the outside as shown in this example, matching → mismatching → matching → ..., repeating from the center to the outside → matching → mismatching → ... A quadratic Bessel function-like distribution is possible.

【0043】また、音響インピーダンスの分布形状につ
いても、上述した同心の円環状のパターンの他に、この
単純な変形である楕円や、同心ではない円環状のパター
ン、多角形の組み合わせからなるパターン等も可能であ
る。また、対称形状だけではなく、直線上に分布させる
ことももちろん可能である。直線上に分布させた場合は
特に、リニア・コンベックス・ラジアル等の各種アレイ
形超音波トランスデューサへの適用に優れている。
Regarding the acoustic impedance distribution shape, in addition to the concentric annular pattern described above, a simple modification of this is an ellipse, a non-concentric annular pattern, a pattern composed of a combination of polygons, etc. Is also possible. Moreover, it is of course possible to distribute not only the symmetrical shape but also the straight line. When distributed on a straight line, it is particularly suitable for application to various array type ultrasonic transducers such as linear, convex and radial.

【0044】さらに、圧電素子2の形状については、上
述した実施の形態では明示しなかったが、方形板や円板
等に代表される平板や、円錐状又は球状の殻の一部、又
はこれらを組み合わせたもの等が使用可能である。
Further, although the shape of the piezoelectric element 2 is not specified in the above-mentioned embodiment, a flat plate typified by a rectangular plate, a circular plate or the like, a part of a conical or spherical shell, or these. A combination of the above can be used.

【0045】本実施の形態1においては,前記音響整合
層3の層数を、説明の便宜上1層として図示し説明した
が、より広帯域化を目的として一般に行われているよう
な2層以上の多層整合とし、そのうちの任意の1層以上
の層に、本実施の形態1で示した構造を適用することも
可能である。
In the first embodiment, the number of the acoustic matching layers 3 is shown and described as one layer for convenience of explanation, but two or more layers which are generally used for the purpose of widening the band are provided. It is also possible to adopt multi-layer matching, and apply the structure shown in the first embodiment to any one or more of the layers.

【0046】音響整合層3の材質に関しては、本実施の
形態1で示したような1層整合の場合は、整合部分4に
ついてはエポキシ系、フェノール系、ポリイミド系等の
熱硬化性樹脂や、ABS(アクリルニトリルブタジエン
スチレン)、ポリエチレン、PMMA(ポリメチルメタ
クリレート)等の熱可塑性樹脂が使用可能であり、不整
合部分5に関しては、ガラス類、マシナブルセラミック
スやアルミナ等のセラミックス類、ステンレス等の金属
などが使用可能である。
Regarding the material of the acoustic matching layer 3, in the case of the one-layer matching as shown in the first embodiment, the matching portion 4 is made of a thermosetting resin such as epoxy type, phenol type, polyimide type, or the like. Thermoplastic resins such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), polyethylene and PMMA (polymethylmethacrylate) can be used. Regarding the mismatched portion 5, glass, machinable ceramics, ceramics such as alumina, stainless steel, etc. Metal etc. can be used.

【0047】但し、これらの場合、本実施の形態1で示
したように、整合部分4と不整合部分5とに3倍又は3
倍程度の音速差があることが必要である。また、位相が
反転する部分については、図4に示すように、1/2波
長の厚さの音響整合層11となるような材料を選択する
ことにより、その部分から発振される超音波の強度を可
能な限り低減させることや、図5に示した様に音響整合
層11を形成しない部分12を設けることも可能であ
る。これにより、発振される超音波の強度分布をより厳
密に制御することが可能となり、より高精度な音場制御
が可能になる。
However, in these cases, as shown in the first embodiment, the matching portion 4 and the mismatching portion 5 are tripled or three times.
It is necessary to have a sound velocity difference of about double. As for the part where the phase is inverted, as shown in FIG. 4, by selecting a material that becomes the acoustic matching layer 11 having a thickness of ½ wavelength, the intensity of the ultrasonic wave oscillated from the part is selected. It is also possible to reduce as much as possible or to provide the portion 12 where the acoustic matching layer 11 is not formed as shown in FIG. As a result, the intensity distribution of the oscillated ultrasonic waves can be controlled more strictly, and more accurate sound field control can be performed.

【0048】[実施の形態2]次に、図6を参照して、
本発明の実施の形態2を説明する。尚、実施の形態2の
説明においては、前述の実施の形態1と同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[Second Embodiment] Next, referring to FIG.
Embodiment 2 of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the same elements as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.

【0049】実施の形態2の超音波トランスデューサ1
0Aにおいては、図6に示すように、音響整合層3のう
ち、前記実施の形態1において示した不整合部分5に対
応する部分を、タングステン粉末を重量比において90
%程度若しくはそれ以上混入したエポキシ樹脂からなる
超音波の強度の減衰が大きい高減衰部13(音速180
0m/s、音響インピーダンス16Ns/m3 、厚さ3
/4λr)とした。また、前記実施の形態1において示
した整合部分4は、マシナブルセラミックス(音速54
00m/s、音響インピーダンス16Ns/m3 、厚さ
1/4λr)を用いた。この他の構造は実施の形態2の
超音波トランスデューサ10の場合と同様である。
Ultrasonic Transducer 1 of Embodiment 2
At 0A, as shown in FIG. 6, a portion of the acoustic matching layer 3 corresponding to the unmatched portion 5 shown in the first embodiment is made of tungsten powder in a weight ratio of 90.
% Or more of the high-attenuation portion 13 (sonic velocity 180
0m / s, acoustic impedance 16Ns / m3, thickness 3
/ 4λr). Further, the matching portion 4 shown in the first embodiment is made of machinable ceramics (sound velocity 54
00 m / s, an acoustic impedance of 16 Ns / m 3, and a thickness of 1/4 λr). The other structure is the same as that of the ultrasonic transducer 10 according to the second embodiment.

【0050】また、実施の形態2においては、前記音響
整合層3は3層からなる多層整合型音響整合層の第1層
であり、該音響整合層3上に図示していないが高硬度、
低減衰のエポキシ樹脂からなる第2層と、さらにその上
のポリエチレン又はシリコーンゴム等からなる第3層と
が一体化された構造を採用している。
Further, in the second embodiment, the acoustic matching layer 3 is the first layer of the multi-layer matching type acoustic matching layer consisting of three layers, and although not shown on the acoustic matching layer 3, high hardness,
A structure in which a second layer made of a low-damping epoxy resin and a third layer made of polyethylene or silicone rubber on the second layer are integrated is adopted.

【0051】実施の形態2の超音波トランスデューサ1
0Aによれば、音響整合層3として前記実施の形態1に
おいて示した不整合部分5に対応する部分に超音波の強
度の減衰が大きい高減衰部13を設けているので、この
高減衰部13において超音波が前記整合部4と比較して
大きく減衰することになり、この結果、実施の形態1の
超音波トランスデューサ10の場合の音響インピーダン
スの不整合に加えて、超音波の強度の不均一性が生じ、
発振される超音波の強度分布の制御をより大きな範囲で
行うことができ、これにより、音場制御の効果がより大
となる。
Ultrasonic Transducer 1 of Embodiment 2
According to 0A, since the acoustic damping layer 3 is provided with the high attenuation portion 13 having a large attenuation of the ultrasonic wave intensity in the portion corresponding to the mismatched portion 5 shown in the first embodiment, the high attenuation portion 13 is provided. In this case, the ultrasonic waves are greatly attenuated as compared with the matching section 4, and as a result, in addition to the mismatch of the acoustic impedance in the case of the ultrasonic transducer 10 according to the first embodiment, the non-uniformity of the strength of the ultrasonic waves. Occurs,
The intensity distribution of the oscillated ultrasonic waves can be controlled in a larger range, and thus the effect of the sound field control becomes greater.

【0052】尚、図6に示す超音波トランスデューサ1
0Aにおける音響整合層3の各種材料のうち、マトリッ
クス状の領域を形成する材料としては、エポキシ系、フ
ェノール系等の熱硬化性樹脂や、ABS、ポリエチレ
ン、PMMA等の熱可塑性樹脂、シリコーンゴム、ブチ
ルゴム等のゴムが使用可能である。
The ultrasonic transducer 1 shown in FIG.
Among various materials of the acoustic matching layer 3 in 0A, as a material for forming a matrix-shaped region, epoxy-based, phenol-based thermosetting resin, ABS, polyethylene, PMMA or other thermoplastic resin, silicone rubber, Rubber such as butyl rubber can be used.

【0053】また、フィラーとしては、タングステンの
他にステンレス、銀、銅等の金属やその酸化物、アルミ
ナ、ジルコニア等のセラミックス粉体、Ba−フェライ
ト、サマリウムコバルト(SmCo5、Sm2Co1
7)等の磁性体粒子又は磁性体でコートした前記無機物
粒子等が使用可能である。さらに、上述したように、低
音響インピーダンス部をフィラーが少ない部分とするほ
か、フィラーを皆無とすること等も可能である。また、
前記の2種以上の粉体を混合することももちろん可能で
ある。
As the filler, in addition to tungsten, metals such as stainless steel, silver and copper and oxides thereof, ceramic powder such as alumina and zirconia, Ba-ferrite, samarium cobalt (SmCo5, Sm2Co1) are used.
Magnetic particles such as 7) or the above-mentioned inorganic particles coated with a magnetic material can be used. Further, as described above, the low acoustic impedance portion may be a portion having a small amount of filler, and the filler may be omitted altogether. Also,
It is of course possible to mix two or more kinds of the above powders.

【0054】[実施の形態3]図7、図8を参照して実
施の形態3を説明する。尚、実施の形態3の説明におい
ては、前述の実施の形態1と同一の要素には同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。
[Third Embodiment] A third embodiment will be described with reference to FIGS. In the description of the third embodiment, the same elements as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted.

【0055】実施の形態3の超音波トランスデューサ1
0Bにおいては、図7に示すように、音響整合層3のう
ち、前記実施の形態1において示した不整合部分5に対
応する部分を、ガラス(音速5800m/s、音響イン
ピーダンス16Ns/m3 、厚さ1/4λr)からなる
高音速部15とし、また、前記第1実施例において示し
た整合部分4に対応する部分を、高硬度低減衰のエポキ
シ樹脂(音速2800m/s、音響インピーダンス4.
2Ns/m3 、厚さ1/4λr)からなる低音速部14
としたことが特徴である。
Ultrasonic Transducer 1 of Embodiment 3
In 0B, as shown in FIG. 7, in the acoustic matching layer 3, a portion corresponding to the unmatched portion 5 shown in the first embodiment is made of glass (sound velocity 5800 m / s, acoustic impedance 16 Ns / m 3, thickness Height 1 / 4λr), and a portion corresponding to the matching portion 4 shown in the first embodiment is a high hardness and low attenuation epoxy resin (sonic velocity 2800 m / s, acoustic impedance 4.
2 Ns / m3, thickness 1/4 λr) low sound velocity part 14
The feature is that

【0056】前記高音速部15、低音速部14を形成す
る各材料は、超音波の音速が異なるため、同一の周波数
に関する1波長の長さも異なる。これにより、それぞれ
の部材における圧電素子2の共振周波数における波長λ
rにより正規化して、音響的厚さは同一(1/4λr)
となるように定めた高音速部15、低音速部14の機械
的厚さは異なることになり、図7及び図8に示すよう
に、音響整合層3の表面が凹凸を呈することになる。
The materials forming the high sonic velocity portion 15 and the low sonic velocity portion 14 have different ultrasonic sound velocities, and therefore have different lengths of one wavelength for the same frequency. Accordingly, the wavelength λ at the resonance frequency of the piezoelectric element 2 in each member
Normalized by r, the acoustic thickness is the same (1/4 λr)
The mechanical thicknesses of the high sound velocity portion 15 and the low sound velocity portion 14 determined to be different from each other are different, and the surface of the acoustic matching layer 3 has irregularities as shown in FIGS. 7 and 8.

【0057】高音速部15、低音速部14の厚さの差に
よる凹凸の部分は、超音波トランスデューサ10Bがそ
の動作時に浸漬される超音波媒体(図示省略)により埋
められる。この部分の超音波媒体を仮想的に、超音波媒
体層16(材質 水、 音速1500m/s)とする。
The uneven portion due to the difference in thickness between the high sonic velocity portion 15 and the low sonic velocity portion 14 is filled with an ultrasonic medium (not shown) in which the ultrasonic transducer 10B is immersed during its operation. The ultrasonic medium in this portion is virtually used as the ultrasonic medium layer 16 (material water, sound velocity 1500 m / s).

【0058】上述した超音波トランスデューサ10Bに
おいて、各部材の音速については、前記超音波媒体層1
6の音響的厚さが、1/2λrとなるように選定されて
おり、不整合部分である高音速部15の材質の音速をV
mu、整合部分であるる低音速部14の材質の音速をV
mm、超音波媒体層16の音速をVmとした場合、Vm
u−Vmm=2nVmが成立する。ここに、nは自然数
で本実施の形態3ではn=1としている。
In the ultrasonic transducer 10B described above, regarding the sound velocity of each member, the ultrasonic medium layer 1 is used.
The acoustic thickness of 6 is selected to be 1/2 λr, and the sound velocity of the material of the high sound velocity portion 15 which is the mismatched portion is V
mu, the sound velocity of the material of the low sound velocity portion 14 which is the matching portion
mm, when the sound velocity of the ultrasonic medium layer 16 is Vm, Vm
u-Vmm = 2nVm is established. Here, n is a natural number and n = 1 in the third embodiment.

【0059】本実施の形態3の超音波トランスデューサ
10Bによれば、図8に示すように、より厚い高音速部
15の表面を仮想的な音響放射面17とした場合、低音
速部14から発振された超音波は該仮想的な音響放射面
17に到達するまでに、超音波媒体層16を1/2λr
の音響的長さだけ余分に伝達されている。このため仮想
的な音響放射面17においては、高音速部15から発振
された超音波と、低音速部14から発振された超音波と
の間に半周期だけ位相差が生じることになる。
According to the ultrasonic transducer 10B of the third embodiment, as shown in FIG. 8, when the surface of the thicker high sound velocity portion 15 is the virtual acoustic radiation surface 17, oscillation occurs from the low sound velocity portion 14. The generated ultrasonic waves are transmitted through the ultrasonic medium layer 16 by ½λr before reaching the virtual acoustic radiation surface 17.
Is transmitted by the acoustic length of. Therefore, on the virtual acoustic emission surface 17, a phase difference is generated between the ultrasonic wave oscillated from the high sound velocity portion 15 and the ultrasonic wave oscillated from the low sound velocity portion 14 by a half cycle.

【0060】本実施の形態3の超音波トランスデューサ
10Bによれば、基本的には実施の形態1の超音波トラ
ンスデューサ10の場合と同様な効果を奏するが、音響
整合層3自体の音響的な厚さは1/4波長相当であるか
ら、音響整合層3内での多重反射等による発振超音波の
パルス幅の伸長は生じ難い。従って、単パルス幅の深さ
方向の分解能に優れた超音波トランスデューサ10Bを
得ることができる。
The ultrasonic transducer 10B according to the third embodiment has basically the same effect as that of the ultrasonic transducer 10 according to the first embodiment, but the acoustic thickness of the acoustic matching layer 3 itself is increased. Since the length is equivalent to a quarter wavelength, the pulse width of the oscillating ultrasonic wave is unlikely to be elongated due to multiple reflections in the acoustic matching layer 3. Therefore, it is possible to obtain the ultrasonic transducer 10B having excellent resolution in the depth direction of the single pulse width.

【0061】尚、音響整合層3の材料は、上述した場合
の他に、低音速部14の材料としては前記実施の形態1
で示した低音響インピーダンス部材が、また、高音速部
15の材料としては同様に前記実施の形態1で示した高
音響インピーダンス部材が適用可能である。但し、この
場合でも、各部材は、本実施の形態3において示したよ
うな音響的特性の関係が成立する組み合わせとすること
が肝要である。
The material of the acoustic matching layer 3 is not limited to that described above, but the material of the low sound velocity portion 14 is the same as in the first embodiment.
The low acoustic impedance member shown in 1 above and the high acoustic impedance member shown in the first embodiment can be similarly applied as the material of the high sound velocity portion 15. However, even in this case, it is essential that each member is a combination that establishes the relationship of acoustic characteristics as shown in the third embodiment.

【0062】また、各層の厚さにおいて、部材のハンド
リング時の破損等を避けるためにその厚さを増す場合に
は、音響整合層3に関しては、1/4波長の奇数倍の音
響的厚さとすることが、超音波の送受信損失を低減させ
るために望ましい。
When the thickness of each layer is increased in order to avoid damage or the like during handling of the member, the acoustic matching layer 3 has an acoustic thickness of an odd multiple of 1/4 wavelength. Is desirable in order to reduce the transmission / reception loss of ultrasonic waves.

【0063】[0063]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、全体構造
が小型化し、低コスト化が図れるとともに、前記音響整
合層の整合部分及び不整合部分により発振される超音波
の強度分布を適切に制御して至適観察範囲の広い音場を
形成することができる超音波トランスデューサを提供す
ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the entire structure can be downsized and the cost can be reduced, and the intensity distribution of the ultrasonic waves oscillated by the matching portion and the mismatching portion of the acoustic matching layer can be appropriately adjusted. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of forming a sound field having a wide optimum observation range by controlling the above.

【0064】請求項2記載の発明によれば、全体構造が
小型化し、低コスト化が図れるとともに、音響整合層内
の超音波の減衰を不均一にして発振される超音波の強度
分布を適切に制御して至適観察範囲の広い音場を形成す
ることができる超音波トランスデューサを提供すること
ができる。
According to the second aspect of the present invention, the entire structure can be downsized and the cost can be reduced, and the intensity distribution of the ultrasonic waves oscillated by making the attenuation of the ultrasonic waves in the acoustic matching layer non-uniform is appropriate. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of forming a sound field having a wide optimum observation range by controlling the above.

【0065】請求項3記載の発明によれば、全体構造が
小型化し、低コスト化が図れるとともに、発振される超
音波に位相が反転した成分が混在するので、発振される
超音波の位相分布を適切に制御して至適観察範囲の広い
音場を形成することができる超音波トランスデューサを
提供することができる。
According to the third aspect of the present invention, the overall structure can be downsized, the cost can be reduced, and the oscillated ultrasonic wave contains the phase-inverted components. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of forming a sound field having a wide optimum observation range by appropriately controlling.

【0066】請求項4記載の発明によれば、超音波の位
相が反転する音響整合層の境界領域を超音波が発振しに
くい構造とすることができ、これにより、発振される超
音波の位相分布をより適切に制御して至適観察範囲の広
い音場を形成することができる超音波トランスデューサ
を提供することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the boundary region of the acoustic matching layer in which the phase of the ultrasonic wave is inverted can be made to have a structure in which the ultrasonic wave hardly oscillates. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of controlling the distribution more appropriately and forming a sound field having a wide optimum observation range.

【0067】請求項5記載の発明によれば、請求項3記
載の超音波トランスデューサの場合と同様、超音波の位
相が反転する音響整合層の境界領域を超音波が発振しに
くい構造とすることができ、これにより、発振される超
音波の位相分布をより適切に制御して至適観察範囲の広
い音場を形成することができる超音波トランスデューサ
を提供することができる。
According to the fifth aspect of the invention, as in the case of the ultrasonic transducer of the third aspect, the boundary region of the acoustic matching layer in which the phase of the ultrasonic wave is inverted has a structure in which the ultrasonic wave hardly oscillates. Accordingly, it is possible to provide an ultrasonic transducer capable of more appropriately controlling the phase distribution of the oscillated ultrasonic waves and forming a sound field with a wide optimum observation range.

【0068】請求項6記載の発明によれば、発振される
超音波内に強度及び位相が異なる成分を持たせることが
でき、発振される超音波の強度分布及び位相分布を適切
に制御して至適観察範囲の広い音場を形成することがで
きる超音波トランスデューサを提供することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the oscillated ultrasonic waves can have components having different intensities and phases, and the intensity distribution and the phase distribution of the oscillated ultrasonic waves can be controlled appropriately. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of forming a sound field having a wide optimum observation range.

【0069】請求項7記載の発明によれば、請求項6記
載の発明と同様、発振される超音波内に強度及び位相が
異なる成分を持たせることができ、発振される超音波の
強度分布及び位相分布を適切に制御して至適観察範囲の
広い音場を形成することができる超音波トランスデュー
サを提供することができる。
According to the invention described in claim 7, as in the invention described in claim 6, the oscillated ultrasonic wave can have components having different intensities and phases, and the intensity distribution of the oscillated ultrasonic wave. Also, it is possible to provide an ultrasonic transducer capable of appropriately controlling the phase distribution and forming a sound field having a wide optimum observation range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1の超音波トランスデュー
サを示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の超音波トランスデュー
サの整合部分及び不整合部分の分布及び超音波ビームの
強度分布を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a distribution of a matching portion and a mismatching portion and an ultrasonic beam intensity distribution of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.

【図3】実施の形態1の超音波トランスデューサ及び従
来例の超音波ビームの音響放射面に対する形状を示す説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the shapes of an ultrasonic transducer of the first embodiment and an ultrasonic beam of a conventional example with respect to an acoustic radiation surface.

【図4】実施の形態1の超音波トランスデューサの音響
整合層の他例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the acoustic matching layer of the ultrasonic transducer of the first embodiment.

【図5】実施の形態1の超音波トランスデューサの音響
整合層のさらに別の例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing still another example of the acoustic matching layer of the ultrasonic transducer of the first embodiment.

【図6】本発明の実施の形態2の超音波トランスデュー
サを示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3の超音波トランスデュー
サを示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the present invention.

【図8】実施の形態3の超音波トランスデューサの音響
整合層の分布及び超音波ビームの強度分布を示す説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a distribution of an acoustic matching layer and an ultrasonic beam intensity distribution of the ultrasonic transducer of the third embodiment.

【図9】従来の超音波トランスデューサを示す正面図で
ある。
FIG. 9 is a front view showing a conventional ultrasonic transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 背面制動材 2 圧電素子 3 音響整合層 4 整合部分 5 不整合部分 7 超音波ビーム 10 超音波トランスデューサ 10A 超音波トランスデューサ 10B 超音波トランスデューサ 11 音響整合層 13 高減衰部 14 低音速部 15 高音速部 16 超音波媒体層 17 音響反射面 1 Back Damping Material 2 Piezoelectric Element 3 Acoustic Matching Layer 4 Matching Part 5 Mismatching Part 7 Ultrasonic Beam 10 Ultrasonic Transducer 10A Ultrasonic Transducer 10B Ultrasonic Transducer 11 Acoustic Matching Layer 13 High Attenuation Part 14 Low Sound Speed Part 15 High Sound Speed Part 16 Ultrasonic medium layer 17 Acoustic reflection surface

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 音響整合層と圧電素子と背面制動材とを
一体化してなる超音波トランスデューサにおいて、 前記音響整合層は、音響インピーダンスの絶対値が前記
圧電素子と超音波媒体とに関して整合がとれている整合
部分と、音響インピーダンスの絶対値が前記圧電素子と
超音波媒体に関して整合がとれていない不整合部分との
一体構成からなることを特徴とする超音波トランスデュ
ーサ。
1. An ultrasonic transducer in which an acoustic matching layer, a piezoelectric element, and a back damping material are integrated with each other, wherein the acoustic matching layer has an absolute acoustic impedance matching with respect to the piezoelectric element and the ultrasonic medium. An ultrasonic transducer, comprising: a matching portion that is matched with the piezoelectric element and a mismatched portion where the absolute value of the acoustic impedance is not matched with respect to the ultrasonic medium.
【請求項2】 音響整合層と圧電素子と背面制動材とを
一体化してなる超音波トランスデューサにおいて、 前記音響整合層が、該音響整合層内における超音波の減
衰が小さい部分と、減衰が大きい部分との一体構成から
なることを特徴とする超音波トランスデューサ。
2. An ultrasonic transducer in which an acoustic matching layer, a piezoelectric element, and a backside damping material are integrated with each other, wherein the acoustic matching layer has a large attenuation and a large attenuation of ultrasonic waves in the acoustic matching layer. An ultrasonic transducer characterized by being configured integrally with a part.
【請求項3】 音響整合層と圧電素子と背面制動材とを
一体化してなる超音波トランスデューサにおいて、 前記音響整合層の厚さが、前記超音波トランスデューサ
の発振周波数の中心周波数Frに関して音響的に不均一
に形成され、発振される超音波に位相が反転した成分が
混在していることを特徴とする超音波トランスデュー
サ。
3. An ultrasonic transducer in which an acoustic matching layer, a piezoelectric element and a backside damping material are integrated, wherein the thickness of the acoustic matching layer is acoustically related to a center frequency Fr of an oscillation frequency of the ultrasonic transducer. An ultrasonic transducer characterized in that non-uniformly formed and oscillated ultrasonic waves have a mixture of components with inverted phases.
【請求項4】 前記音響整合層を、超音波の音速が異な
る複数種の材質から構成し、この音響整合層内に音速が
高い領域と低い領域とを形成するとともに、両領域の音
速の差異が、超音波媒体の音速の偶数倍となるようにし
たことを特徴とする請求項3記載の超音波トランスデュ
ーサ。
4. The acoustic matching layer is made of a plurality of kinds of materials having different sound velocities of ultrasonic waves, and a region having a high sound velocity and a region having a low sound velocity are formed in the acoustic matching layer, and a difference in sound velocity between the two regions. 4. The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein is set to be an even multiple of the speed of sound of the ultrasonic medium.
【請求項5】 前記音響整合層を、超音波の音速が異な
る複数種の材質から構成し、この音響整合層内に音速が
高い領域と低い領域とを形成するとともに、両領域の音
響的厚さを、前記中心周波数Frに関して1/4波長の
奇数倍とし、同時に両領域の機械的厚さの差異を、超音
波媒体の前記中心周波数Frに関する音響的厚さである
1/2波長の奇数倍としたことを特徴とする請求項3記
載の超音波トランスデューサ。
5. The acoustic matching layer is made of plural kinds of materials having different sound velocities of ultrasonic waves, and a region having a high sound velocity and a region having a low sound velocity are formed in the acoustic matching layer, and acoustic thicknesses of both regions are formed. Is an odd multiple of 1/4 wavelength with respect to the center frequency Fr, and at the same time, the difference between the mechanical thicknesses of both regions is an odd number of 1/2 wavelength which is the acoustic thickness of the ultrasonic medium with respect to the center frequency Fr. The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein the ultrasonic transducer is doubled.
【請求項6】 複数の構成要素からなる音響整合層の各
構成要素の境界に、前記中心周波数Frに関する音響的
厚さが1/2波長である部分を設けたことを特徴とする
請求項3記載の超音波トランスデューサ。
6. The acoustic matching layer composed of a plurality of constituent elements is provided with a portion having an acoustic thickness of ½ wavelength with respect to the center frequency Fr at a boundary between the constituent elements. The ultrasonic transducer described.
【請求項7】 複数の構成要素からなる音響整合層の各
構成要素の境界に、音響整合層を形成しない部分を設け
たことを特徴とする請求項1乃至6記載の超音波トラン
スデューサ。
7. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein a portion where an acoustic matching layer is not formed is provided at the boundary of each constituent element of the acoustic matching layer composed of a plurality of constituent elements.
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