JPS5821559A - 超音波トランスデユ−サ - Google Patents
超音波トランスデユ−サInfo
- Publication number
- JPS5821559A JPS5821559A JP11918681A JP11918681A JPS5821559A JP S5821559 A JPS5821559 A JP S5821559A JP 11918681 A JP11918681 A JP 11918681A JP 11918681 A JP11918681 A JP 11918681A JP S5821559 A JPS5821559 A JP S5821559A
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- Japan
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- electrode
- piezoelectric substrate
- substrate
- piezoelectric
- interdigital
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液体中忙超音波を放射し或いは液体中の伝搬超
音波を受波する超音波トランスデユーサに関する。
音波を受波する超音波トランスデユーサに関する。
光学的不透明媒質の超音波による観測は、医療診断、非
破壊検査或いは超音波顕微鏡などの分野で最近大きな注
目を集めている。このような目的の超音波装置に用いる
トランスデユーサとして従来、音響位相板を用いるもの
、環状プレイを用いるもの、音響レンズを用いるものな
ど種々のものがあるが、液体中への超音波の放射或いは
液体中の伝搬超音波の受波用としては所謂すだれ状トラ
ンスデユーサが優れた特性を有している。
破壊検査或いは超音波顕微鏡などの分野で最近大きな注
目を集めている。このような目的の超音波装置に用いる
トランスデユーサとして従来、音響位相板を用いるもの
、環状プレイを用いるもの、音響レンズを用いるものな
ど種々のものがあるが、液体中への超音波の放射或いは
液体中の伝搬超音波の受波用としては所謂すだれ状トラ
ンスデユーサが優れた特性を有している。
すだれ状トランスデユーサは、表面波が励起される厚さ
の圧電基板表面に１対のくしの歯状電極をインターディ
ジタルに組合せた電極を有するもので、圧電基板上の電
極面・を液体に接した状態でインターディジタル電極に
交流信号を印加することにより液体中に超音波を放射し
、或いは液体中の伝搬音波を受波して電気信号に変換す
る。
の圧電基板表面に１対のくしの歯状電極をインターディ
ジタルに組合せた電極を有するもので、圧電基板上の電
極面・を液体に接した状態でインターディジタル電極に
交流信号を印加することにより液体中に超音波を放射し
、或いは液体中の伝搬音波を受波して電気信号に変換す
る。
このようなトランスデユーサにおいては、液体中への音
波の放射及び受波方向θ（θは圧電基板への法線とのな
す角度）Ｋ２方向があり、゛次式の関係を満足する。
波の放射及び受波方向θ（θは圧電基板への法線とのな
す角度）Ｋ２方向があり、゛次式の関係を満足する。
θ、 ＝ ５ｉｎ−” Ｖｃ ／ ＶＲ（１）θ、＝
５ｉｎ−’ Ｖｃ ／ ／ｄ （２）こ
こでｖｃは液体中での縦波音波の速度、ｖＲは圧電基板
上での表面波の速度、ｆはインターディジタル電極に印
加される電気信号のキャリア周波数、ｄはインターディ
ジタル電極の周期である。
５ｉｎ−’ Ｖｃ ／ ／ｄ （２）こ
こでｖｃは液体中での縦波音波の速度、ｖＲは圧電基板
上での表面波の速度、ｆはインターディジタル電極に印
加される電気信号のキャリア周波数、ｄはインターディ
ジタル電極の周期である。
上式から明らかなように、θ１は周波数に依らず一定で
あるが、θ２は周波数と共に変化する。従ってキャリア
周波数ｆの変化で音波ビームの方向を走査することがで
きるが、（１）式によるθ１の存在があるので、（１）
式と（２）式とによる音波ビーム間の干渉が問題となる
場合があり、ある種の応用分野においては好ましくない
。このような音波ビーム間の干渉の問題は、（１）式と
（２）式において■Ｒ′＝Ｆｆｄを満足するようにキャ
リア周波数を選び音波ビーム１１周波数が狭（、従って
周波数変化によって音波ビームの方向を変えることはも
はやできない。
あるが、θ２は周波数と共に変化する。従ってキャリア
周波数ｆの変化で音波ビームの方向を走査することがで
きるが、（１）式によるθ１の存在があるので、（１）
式と（２）式とによる音波ビーム間の干渉が問題となる
場合があり、ある種の応用分野においては好ましくない
。このような音波ビーム間の干渉の問題は、（１）式と
（２）式において■Ｒ′＝Ｆｆｄを満足するようにキャ
リア周波数を選び音波ビーム１１周波数が狭（、従って
周波数変化によって音波ビームの方向を変えることはも
はやできない。
本発明はこのような観点からなされたもので、その目的
はｖＲキｆｄを満足しながら音波ビームの方向を調節す
ることの可能な超音波トランスデユーサを提供すること
にある。この目的を達成するための本発明の基本的な特
徴は、圧電基板の表面に誘電体薄膜をもうけること或い
は薄膜状の圧電体を非圧電体基板上にもうけることによ
り、周波数によって表面波速度が変化する所謂速度分散
性を与えることにある。以下図面により実施例を説明す
る。
はｖＲキｆｄを満足しながら音波ビームの方向を調節す
ることの可能な超音波トランスデユーサを提供すること
にある。この目的を達成するための本発明の基本的な特
徴は、圧電基板の表面に誘電体薄膜をもうけること或い
は薄膜状の圧電体を非圧電体基板上にもうけることによ
り、周波数によって表面波速度が変化する所謂速度分散
性を与えることにある。以下図面により実施例を説明す
る。
第１ｍ（Ａ）及び第１図（Ｂ）は本発明による超音波ト
ランスデユーサの一実施例で、圧電基板ｌと該基板の表
面にもうけられるインターディジタル電極２及び誘電体
薄膜３を有する。
ランスデユーサの一実施例で、圧電基板ｌと該基板の表
面にもうけられるインターディジタル電極２及び誘電体
薄膜３を有する。
Ｋ−基板上の表面波の波長λの数倍、望ましくは５倍以
上の厚さを有する。該基板１０表面には、第１図（ｎ）
に示すごときリング状のインターディジタル電極２がも
うけられる。電極２は、２つの端子（３ａ、３ｂ）の一
方３ａに接続されるリング状の線状導体２ａと他方３ｂ
に接続されるほぼリング状の線状導体２ｂとを交互に配
列したインターディジタル電極である。誘電体薄膜・３
は電極２を覆うように圧電基板１の表面にもうけられる
。薄膜３としては例えばＳｉｎ、などを用いることがで
きる。
上の厚さを有する。該基板１０表面には、第１図（ｎ）
に示すごときリング状のインターディジタル電極２がも
うけられる。電極２は、２つの端子（３ａ、３ｂ）の一
方３ａに接続されるリング状の線状導体２ａと他方３ｂ
に接続されるほぼリング状の線状導体２ｂとを交互に配
列したインターディジタル電極である。誘電体薄膜・３
は電極２を覆うように圧電基板１の表面にもうけられる
。薄膜３としては例えばＳｉｎ、などを用いることがで
きる。
上記構成の超音波トランスデユーサは、第２図に示すよ
うに液体４に電極面を接して配置され、電極２への交流
電気信号の印加で液体４中に縦波音波を放射する。この
液体中への音波ビームの方向θはキャリア周波数ｆの変
化で走査可能となる。
うに液体４に電極面を接して配置され、電極２への交流
電気信号の印加で液体４中に縦波音波を放射する。この
液体中への音波ビームの方向θはキャリア周波数ｆの変
化で走査可能となる。
この際、基板上での表面波速度ｖＲは周波数ｆと共に変
化するので（速度分散性）ｖＲ−＝ｆｄの関係が保持さ
れる領域が広範囲となり、従って音波ビームの放射方向
は単一でありビーム間で干渉が生ずることなく、周波数
変化によって走査が可能となる。
化するので（速度分散性）ｖＲ−＝ｆｄの関係が保持さ
れる領域が広範囲となり、従って音波ビームの放射方向
は単一でありビーム間で干渉が生ずることなく、周波数
変化によって走査が可能となる。
第２図において、トランスデユーサが周波数ｆ。
で駆動され、これにより縦波音波がθ、方向に放射され
て点Ｐ１で集束しているものとする（電極２がリング状
であるから縦波音波はリングの中心の垂直線上で点集束
することは明らかである）。この状態でキャリア周波数
をｆ、にすれば表面波速度■ＲはＶＲ＊／ｌｄを満足し
て変化し、従って縦波音波の放射方向はθ、にかわり、
点Ｐ、に集束することになり、周波数の調整で音波ビー
ムの方向を変えることが可能となる。
て点Ｐ１で集束しているものとする（電極２がリング状
であるから縦波音波はリングの中心の垂直線上で点集束
することは明らかである）。この状態でキャリア周波数
をｆ、にすれば表面波速度■ＲはＶＲ＊／ｌｄを満足し
て変化し、従って縦波音波の放射方向はθ、にかわり、
点Ｐ、に集束することになり、周波数の調整で音波ビー
ムの方向を変えることが可能となる。
以上の説明ではインターディジタル電極２を基板表面に
もうけたが、第３図に示すように誘電体薄膜３上に電極
２をもうけることもでき、前述と同様の効果を奏するこ
とができる。しかしこの場合には電極２が液体４に直接
接して振動することから、その機械的及び化学的保護を
施す必要がある。
もうけたが、第３図に示すように誘電体薄膜３上に電極
２をもうけることもでき、前述と同様の効果を奏するこ
とができる。しかしこの場合には電極２が液体４に直接
接して振動することから、その機械的及び化学的保護を
施す必要がある。
また上述の実施例では入出力兼用のリング状のインター
ディジタル電極を用いたので出力を取出すためには方向
性結合器が必要であるが、第４図（Ａ）のような２個の
円孤状のインターディジタル電極（５ａ、５ｂ）ＩＣよ
り５３を入力用、５ｂｙ出力用として用いれば方向性結
合器の必要がなくなる。
ディジタル電極を用いたので出力を取出すためには方向
性結合器が必要であるが、第４図（Ａ）のような２個の
円孤状のインターディジタル電極（５ａ、５ｂ）ＩＣよ
り５３を入力用、５ｂｙ出力用として用いれば方向性結
合器の必要がなくなる。
なお、この場合には、反射モードで用いると好都合で、
リング状の電極と同様点集束する。これと同様に４個の
円孤状の電極を用いることも可能で、はぼリング状に配
置して互いに対向する電極の組を入力用及び出力用とし
て機能させればよい。これらの電極構成は縦波音波を点
集束させるものであるが、ある種の応用分野にとっては
線状の集束を必要とする場合がある。第４図（Ｂ）はこ
のような場合のインターディジタル電極の構成で、１対
の（しの歯状の電極をインターディジタルに組合せたも
ので、縦波音波は線状に集束する。本発明では以上いず
れの電極をも用いることが可能である。
リング状の電極と同様点集束する。これと同様に４個の
円孤状の電極を用いることも可能で、はぼリング状に配
置して互いに対向する電極の組を入力用及び出力用とし
て機能させればよい。これらの電極構成は縦波音波を点
集束させるものであるが、ある種の応用分野にとっては
線状の集束を必要とする場合がある。第４図（Ｂ）はこ
のような場合のインターディジタル電極の構成で、１対
の（しの歯状の電極をインターディジタルに組合せたも
ので、縦波音波は線状に集束する。本発明では以上いず
れの電極をも用いることが可能である。
第５図は本発明による超音波トランスデユーサの別の実
施例で、ガラス或いはサファイヤ等の非圧電基板１０と
該基板の表面にもうけられる圧電薄膜２０及びインター
ディジタル電極３０を有する。
施例で、ガラス或いはサファイヤ等の非圧電基板１０と
該基板の表面にもうけられる圧電薄膜２０及びインター
ディジタル電極３０を有する。
非圧電基板１０は半無限弾性体としての条件を満足する
厚さ、具体的には表面波の波長λの数倍、望ましくは５
倍以上の厚さを有する。非圧電基板１００表面にはイン
ターディジタル電極３０がもうけられる。電極間の構成
は先の実施例と同様で、ある。
厚さ、具体的には表面波の波長λの数倍、望ましくは５
倍以上の厚さを有する。非圧電基板１００表面にはイン
ターディジタル電極３０がもうけられる。電極間の構成
は先の実施例と同様で、ある。
圧電薄膜２０は電極（９）を覆うように非圧電基板の表
面にもうけられる。圧電薄膜としては例えばＺｎＯ或い
はＭＩＮ等を用いることができる。圧電薄膜の厚さは目
的に応じて選択決定されるが、速度分散性は膜厚の比較
的薄い状態で顕著に現われる。なお、動作は先の実施例
と同様である。
面にもうけられる。圧電薄膜としては例えばＺｎＯ或い
はＭＩＮ等を用いることができる。圧電薄膜の厚さは目
的に応じて選択決定されるが、速度分散性は膜厚の比較
的薄い状態で顕著に現われる。なお、動作は先の実施例
と同様である。
第５図の構成では非圧電基板表面にインターディジタル
電極をもうけたが、第６図のように圧電薄膜２０上に電
極３０をもうけることも可能である。
電極をもうけたが、第６図のように圧電薄膜２０上に電
極３０をもうけることも可能である。
第７図（Ａ）及び第７図（Ｂ）は第５図及び第６図の構
成に加えて、速度分散性を利用する範囲を広げるために
金属薄膜４０をもうけたものである。金属薄膜としては
アルミニウム、銀、金などを用いることができる。
成に加えて、速度分散性を利用する範囲を広げるために
金属薄膜４０をもうけたものである。金属薄膜としては
アルミニウム、銀、金などを用いることができる。
以上説明したように本発明によれば、周波数によって表
面波速度が変化する所謂速度分散性を有する超音波トラ
ンスデユーサを構成できるので、周波数の変化によって
、ｖＲキ／ｄを満足しながら音波ビームの方向を変える
ことが可能となる。
面波速度が変化する所謂速度分散性を有する超音波トラ
ンスデユーサを構成できるので、周波数の変化によって
、ｖＲキ／ｄを満足しながら音波ビームの方向を変える
ことが可能となる。
第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は本発明による超音波ト
ランスデユーサの一実施例、第２図は本発明による超音
波トランスデユーサの動作説明図、第３図は第１図（Ａ
）の電極配置の別の具体例、第４図（Ａ）及び第４図（
Ｂ）はインターディジタル電極の別の具体例、第５図及
び第６図は本発明による超音波トランスデユーサの別の
実施例、第７図仏）及び第７図（Ｂ）は本発明による超
音波トランスデユーサの更に別の実施例である。 １・・・・・・・・・圧電基板、 ２．３０・・・インターディジタル電極、３・・・・・
・・・・誘電体薄膜、 １０・・・・・・・・・非圧
電基板、２０・・・・・・・・・圧電薄膜 特許出願人 −東京電気化学工業株式会社特許出願人
戸 １） 耕 司
ランスデユーサの一実施例、第２図は本発明による超音
波トランスデユーサの動作説明図、第３図は第１図（Ａ
）の電極配置の別の具体例、第４図（Ａ）及び第４図（
Ｂ）はインターディジタル電極の別の具体例、第５図及
び第６図は本発明による超音波トランスデユーサの別の
実施例、第７図仏）及び第７図（Ｂ）は本発明による超
音波トランスデユーサの更に別の実施例である。 １・・・・・・・・・圧電基板、 ２．３０・・・インターディジタル電極、３・・・・・
・・・・誘電体薄膜、 １０・・・・・・・・・非圧
電基板、２０・・・・・・・・・圧電薄膜 特許出願人 −東京電気化学工業株式会社特許出願人
戸 １） 耕 司
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ）表面波が励起される厚さの圧電基板と、該基板表面
に積層される誘電体薄膜と、２つの端子の一方に接続さ
れる線状導体と他方に接続される線状導体とを交互に配
列したインターディジタル電極であって、前記誘電体簿
膜上にもうけられるかもしくは該薄膜で覆われるように
前記圧電基板表面にもうけられる前記インターディジタ
ル電極とを有することを特徴とする超音波トランスデュ
サ。 ２）非圧電基板と、該基板表面に積層される薄膜状の圧
電体と、２つの端子の一方に接続される線状導体と他方
に接続される線状導体とを交互に配列したインターディ
ジタル電極であって、前記圧電体上にもうけられるかも
しくは該圧電体で覆われるように前記非圧電基板表面に
もうけられる前記インターディジタル電極とを有するこ
とな特徴とする超音波トランスデユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11918681A JPS5821559A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波トランスデユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11918681A JPS5821559A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波トランスデユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821559A true JPS5821559A (ja) | 1983-02-08 |
| JPS6330575B2 JPS6330575B2 (ja) | 1988-06-20 |
Family
ID=14755035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11918681A Granted JPS5821559A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波トランスデユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821559A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6088700U (ja) * | 1983-11-24 | 1985-06-18 | ティーディーケイ株式会社 | 表面弾性波シングルプロ−プ |
| JPS6438191A (en) * | 1987-08-04 | 1989-02-08 | Isomura Housui Kiko Kk | Water purifier |
| US6407650B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-06-18 | Board Of Regents The University Of Texas System | Surface acoustic wave shaping system |
-
1981
- 1981-07-31 JP JP11918681A patent/JPS5821559A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6088700U (ja) * | 1983-11-24 | 1985-06-18 | ティーディーケイ株式会社 | 表面弾性波シングルプロ−プ |
| JPS6438191A (en) * | 1987-08-04 | 1989-02-08 | Isomura Housui Kiko Kk | Water purifier |
| US6407650B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-06-18 | Board Of Regents The University Of Texas System | Surface acoustic wave shaping system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6330575B2 (ja) | 1988-06-20 |
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