JPS5822914B2 - 超音波送受波器アレイ - Google Patents
超音波送受波器アレイInfo
- Publication number
- JPS5822914B2 JPS5822914B2 JP53133257A JP13325778A JPS5822914B2 JP S5822914 B2 JPS5822914 B2 JP S5822914B2 JP 53133257 A JP53133257 A JP 53133257A JP 13325778 A JP13325778 A JP 13325778A JP S5822914 B2 JPS5822914 B2 JP S5822914B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- transducer array
- ultrasonic transducer
- width
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波送受波器アレイに関し、特に軸。
方向垂直面内の超音波ビームの幅が鋭い円配列型超音波
送受波器アレイに関するものである。
送受波器アレイに関するものである。
従来の円配列型超音波送受波器アレイの構造を第１図Ａ
及びＢに示す。
及びＢに示す。
第１図Ａ及びＢにおいて１−１〜１−Ｎは振動子群、２
は支柱、３は信号。
は支柱、３は信号。
線（ケーブル）、４は水密モールドである。
この超音波送受波器アレイは次のように動作する。
振動子群１−１．〜１−Ｎの全部もしくは１部を選択し
て信号線３をとおして電気的に励振するとき、それらの
印加電圧の印加時間もしくは位相をお互いに違えること
によって水平面内で鋭いビーム幅の超音波ビームを合成
することができる。
て信号線３をとおして電気的に励振するとき、それらの
印加電圧の印加時間もしくは位相をお互いに違えること
によって水平面内で鋭いビーム幅の超音波ビームを合成
することができる。
例えば第１図Ａにおいて１−１．・・・、１−５までの
５個の振動子素子を選択して励振したと仮定する。
５個の振動子素子を選択して励振したと仮定する。
このときの超音波送受波器アレイから発生する超音波ビ
ームのパターンを第２図Ａ、Ｂを用いて説明する。
ームのパターンを第２図Ａ、Ｂを用いて説明する。
ここで５は超音波ビームである。第２図Ａにおいて、点
Ｐ１を含む面Ｓ１における水平方向の超音波ビームの幅
を鋭くするには、点Ｐ１から励振する振動群１−１．・
・・１−５の各々に到るまでの距離の差分つまり第２図
Ａでのｄｌ、ｄ２．・・・ｄ５に相当する距離を超音波
が伝搬する時間分だけ励振時間または位相を調整してや
れば、点Ｐ１に超音波が集中し、点Ｐ１を含む面Ｓ１に
おける水平方向の超音波ビームの幅は鋭いものとなる。
Ｐ１を含む面Ｓ１における水平方向の超音波ビームの幅
を鋭くするには、点Ｐ１から励振する振動群１−１．・
・・１−５の各々に到るまでの距離の差分つまり第２図
Ａでのｄｌ、ｄ２．・・・ｄ５に相当する距離を超音波
が伝搬する時間分だけ励振時間または位相を調整してや
れば、点Ｐ１に超音波が集中し、点Ｐ１を含む面Ｓ１に
おける水平方向の超音波ビームの幅は鋭いものとなる。
この手法を一般に電子フォーカス法と称している。
ここで点Ｐ１における６ｄＢ減ビ一ム幅ａ１は距離ｒ１
、励振振動子群１−１．〜，１−５の合計幅ｂ１、媒質
中での超音波の波長λとの関数として次のようにあられ
される。
、励振振動子群１−１．〜，１−５の合計幅ｂ１、媒質
中での超音波の波長λとの関数として次のようにあられ
される。
にある点Ｐ１を含む面Ｓ１における超音波のビーム幅ａ
１ ＜ ｂ １とすることが電子フォーカス法によっ
て実現できる。
１ ＜ ｂ １とすることが電子フォーカス法によっ
て実現できる。
なお、励振振動子群１−１．・・・、１−５を１−２゜
・・・、１−６に切り換えて同様に電子フォーカスさせ
れば、超音波ビームの焦点Ｐは矢印ｍの方向に回転する
。
・・・、１−６に切り換えて同様に電子フォーカスさせ
れば、超音波ビームの焦点Ｐは矢印ｍの方向に回転する
。
この操作をくりかえすことによって超音波ビームを配列
内の中心を軸として回転させることができる。
内の中心を軸として回転させることができる。
ところが、従来の技術によると配列円に直交する方向す
なわち軸方向垂直面内の超音波ビームの幅は鋭くはない
。
なわち軸方向垂直面内の超音波ビームの幅は鋭くはない
。
すなわち、第２図Ｂに示すように振動子１が長さ２の大
きさを有する場合、この振動子から放射される超音波ビ
ーム５の垂直面内での形状は、距離ｒ２まで幅ｌで、そ
れより遠方では角度θで広がっていく形となる。
きさを有する場合、この振動子から放射される超音波ビ
ーム５の垂直面内での形状は、距離ｒ２まで幅ｌで、そ
れより遠方では角度θで広がっていく形となる。
ここでｒ２はであられされる。
したがって垂直面内における超音波ビームの幅は最小で
も振動子の幅ｌと同じ程度の広い幅となる。
も振動子の幅ｌと同じ程度の広い幅となる。
つまり従来の円配列型の超音波送受波器アレイの形成す
る超音波ビームの８１をふくむ面での大きさは長軸２短
軸ａ１の楕円形に近い形になる。
る超音波ビームの８１をふくむ面での大きさは長軸２短
軸ａ１の楕円形に近い形になる。
したがって従来の円配列型超音波送受波器アレイを用い
てえられる超音波映像では水平面内については幅ａ１ま
での細かな物体の形状を識別できるが、垂直面内につい
ては幅ｌ以下で比較的大きい物体の形状を識別できない
という欠点がある。
てえられる超音波映像では水平面内については幅ａ１ま
での細かな物体の形状を識別できるが、垂直面内につい
ては幅ｌ以下で比較的大きい物体の形状を識別できない
という欠点がある。
従って本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもので
、その目的は水平面及び垂直面の両方に狭いビーム幅の
得られる超音波送受波器アレイを提供することにある。
、その目的は水平面及び垂直面の両方に狭いビーム幅の
得られる超音波送受波器アレイ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特徴は、円周の上に
配列される複数の超音波振動子と、該円周の外側に超音
波振動子に接触もしくは近接して円周と同心にもうけら
れる環状の音響レンズとを具備する超音波送受波器アレ
イにある。
配列される複数の超音波振動子と、該円周の外側に超音
波振動子に接触もしくは近接して円周と同心にもうけら
れる環状の音響レンズとを具備する超音波送受波器アレ
イにある。
以下図面により実施例を説明する。第３図Ａ及びＢは本
発明による超音波送受波器アレイの構造例であり、６−
１〜６−Ｎは振動子群、７は支柱、８は音響レンズ、９
は信号線（ケーブル）、１０は水密モールドである。
発明による超音波送受波器アレイの構造例であり、６−
１〜６−Ｎは振動子群、７は支柱、８は音響レンズ、９
は信号線（ケーブル）、１０は水密モールドである。
第３図Ａ及びＢにおいて描かれている音響レンズ８は垂
直面での断面形状が凹状で水平面での断面形状が環状と
なっている。
直面での断面形状が凹状で水平面での断面形状が環状と
なっている。
このレンズを凹レンズと称するものとする。
凹レンズは、その材料の音速Ｃ１が音場媒質の音速Ｃよ
りも速い場合に超音波ビームを集束させる効果をもつ。
りも速い場合に超音波ビームを集束させる効果をもつ。
第４図を用いて詳細に説明する。
第４図において１１は集束された超音波ビームである。
振動子群６から放射された超音。
響レンズ８を通過し、面Ｓ２に到
から放射された超音波ビームのう
の中央部分をとおる音波は矢印ｕ１・
るが、音響レンズ８と音場媒質と
てななめに入射した音波は矢印口
して音場媒質内に放射される。
し。の場合その材料の音速Ｃ１が音場；
となるような曲率半径Ｒのレンズとすれば、音響レンズ
８の端のほうを通過し屈折した音波も中央を直進した音
波も全て点Ｐ２に同じ時刻に到達する。
８の端のほうを通過し屈折した音波も中央を直進した音
波も全て点Ｐ２に同じ時刻に到達する。
従ってそれらの音波がお互いに加算されて総合的な超音
波ビーム幅はａ２となり極めて狭いものとなる。
波ビーム幅はａ２となり極めて狭いものとなる。
ここで３２は（１）式と同様なる式であられすことがで
きる。
きる。
離にある点Ｐ２を含む面Ｓ２における垂直方向の越波ビ
ーム幅をａ２ （ｌとすることが音響レンズ法によって
実現できる。
ーム幅をａ２ （ｌとすることが音響レンズ法によって
実現できる。
一方において、水平方向の超音波ビーム幅は従来の方法
の電子フォーカス法を用いることによって音響レンズ８
の存在にほとんど影響されずに幅ａ１の狭いビームにす
ることができる。
の電子フォーカス法を用いることによって音響レンズ８
の存在にほとんど影響されずに幅ａ１の狭いビームにす
ることができる。
本発明の円配列型超音波送受波器アレイでは幅ａ１及び
ａ２の微小楕円（ａｌ−２２とすれば円）の形をした超
音波ビームを実現することが出来る。
ａ２の微小楕円（ａｌ−２２とすれば円）の形をした超
音波ビームを実現することが出来る。
したがって従来の円配列型超音波送受波器アレイを用い
てえられる超音波映像では識別不可能な細かな物体幅ａ
１ 、 ａ２なるものに到るまで本発明の円配列型超音
波送受波器アレイでは識別できることになる。
てえられる超音波映像では識別不可能な細かな物体幅ａ
１ 、 ａ２なるものに到るまで本発明の円配列型超音
波送受波器アレイでは識別できることになる。
なお、ここでは凹レンズの場合について説明したが凸レ
ンズとした場合はレンズの音速Ｃ１が音場媒質の音速Ｃ
よりも遅い材料で となるような曲率半径のレンズとすれば同様の効果かえ
られる。
ンズとした場合はレンズの音速Ｃ１が音場媒質の音速Ｃ
よりも遅い材料で となるような曲率半径のレンズとすれば同様の効果かえ
られる。
また、第３図Ａ、 Ｂ、第４図においては、振動子群６
と音響レンズ８との間に水密モールド１０の存在する空
隙をもうけた形となっているが、もちろん、この空隙が
なく、振動子群６と音響レンズ８とが直接接触されてい
ても前述と同様の効果かえられる。
と音響レンズ８との間に水密モールド１０の存在する空
隙をもうけた形となっているが、もちろん、この空隙が
なく、振動子群６と音響レンズ８とが直接接触されてい
ても前述と同様の効果かえられる。
さらに、第３図Ａ及びＢにおいては、支柱７の上に振動
子群６が配列された形となっており音響レンズ８を含め
て全体を水密モールド１０で保護した形をとっているが
音響レンズ８よりも外側には必ずしも水密モールド１０
が存在しなくても水密性を保つ方法はあるから水密モー
ルド１０は存在しなくてもよい。
子群６が配列された形となっており音響レンズ８を含め
て全体を水密モールド１０で保護した形をとっているが
音響レンズ８よりも外側には必ずしも水密モールド１０
が存在しなくても水密性を保つ方法はあるから水密モー
ルド１０は存在しなくてもよい。
その場合でも本発明でえられる効果にかわりはない。
また支柱７の上に振動子群６を配列する構造はメガヘル
ツ帯のような高周波超音波の場合に用いられる手法であ
る。
ツ帯のような高周波超音波の場合に用いられる手法であ
る。
もちろん水中音響で用いられる低周波超音波の場合のよ
うに個々の振動子を水密モールドした上で機構的手法で
円形配列をする場合においても本発明と同じ方法をとる
ことができる。
うに個々の振動子を水密モールドした上で機構的手法で
円形配列をする場合においても本発明と同じ方法をとる
ことができる。
以上説明したごとく、本発明は円配列型の超音波送受波
器アレイに音響レンズを具備させた構造を有するので、
円周面上の水平方向及び垂直面軸方向のいずれの面に対
しても幅狭の超音波ビームを発生し、かつビームを電子
走査法により円周面内で回転させることが出来る。
器アレイに音響レンズを具備させた構造を有するので、
円周面上の水平方向及び垂直面軸方向のいずれの面に対
しても幅狭の超音波ビームを発生し、かつビームを電子
走査法により円周面内で回転させることが出来る。
従って例えば、産業分野においては、地中ポーリング孔
に挿入して岩盤調査を実時間で行なう映像システムのセ
ンサとして用いることが出来、又、医学分野においては
、例えば直腸に挿入して前立線の疾患診断を実時間で行
なう映像システムのセンサとして利用することが出来、
いずれの場合も良質の超音波映像情報を得ることが出来
る。
に挿入して岩盤調査を実時間で行なう映像システムのセ
ンサとして用いることが出来、又、医学分野においては
、例えば直腸に挿入して前立線の疾患診断を実時間で行
なう映像システムのセンサとして利用することが出来、
いずれの場合も良質の超音波映像情報を得ることが出来
る。
第１図Ａ及びＢは従来の超音波送受波器アレイの構造図
、第２図Ａ及びＢは従来の超音波送受波器アレイの動作
説明図、第３図Ａ及びＢは本発明による超音波送受波器
アレイの構造例、第４図は本発明による超音波送受波器
アレイの動作説明図である。 １−１〜１−Ｎ；振動子群、２；支柱、３；信号線、４
；水密モールド、５：超音波ビーム、６−１〜６−Ｎ；
振動子群、７；支柱、８；音響レンズ、９；信号線、１
０；水密モールド、１１；超音波ビーム。
、第２図Ａ及びＢは従来の超音波送受波器アレイの動作
説明図、第３図Ａ及びＢは本発明による超音波送受波器
アレイの構造例、第４図は本発明による超音波送受波器
アレイの動作説明図である。 １−１〜１−Ｎ；振動子群、２；支柱、３；信号線、４
；水密モールド、５：超音波ビーム、６−１〜６−Ｎ；
振動子群、７；支柱、８；音響レンズ、９；信号線、１
０；水密モールド、１１；超音波ビーム。
Claims (1)
- １ 円周の上に配列される複数の超音波振動子と、該円
周の外側に超音波振動子に接触もしくは近接シして円周
と同心にもうけられる環状の音響レンズとを有すること
を特徴とする超音波送受波器アレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53133257A JPS5822914B2 (ja) | 1978-10-31 | 1978-10-31 | 超音波送受波器アレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53133257A JPS5822914B2 (ja) | 1978-10-31 | 1978-10-31 | 超音波送受波器アレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5561192A JPS5561192A (en) | 1980-05-08 |
| JPS5822914B2 true JPS5822914B2 (ja) | 1983-05-12 |
Family
ID=15100378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53133257A Expired JPS5822914B2 (ja) | 1978-10-31 | 1978-10-31 | 超音波送受波器アレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5822914B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57145650A (en) * | 1981-03-06 | 1982-09-08 | Tokyo Shibaura Electric Co | Production of probe in body cavity |
| JPH056533Y2 (ja) * | 1985-01-31 | 1993-02-19 | ||
| CA2989439A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Graham Manders | Ultrasonic imaging device and method for wells |
-
1978
- 1978-10-31 JP JP53133257A patent/JPS5822914B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5561192A (en) | 1980-05-08 |
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