JPS5822978A - 超音波装置 - Google Patents
超音波装置Info
- Publication number
- JPS5822978A JPS5822978A JP56121361A JP12136181A JPS5822978A JP S5822978 A JPS5822978 A JP S5822978A JP 56121361 A JP56121361 A JP 56121361A JP 12136181 A JP12136181 A JP 12136181A JP S5822978 A JPS5822978 A JP S5822978A
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- Japan
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- ultrasonic
- ultrasonic wave
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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
- G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
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- 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)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (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】
本発明は超音波により物体の表面若しくは内部を観察す
る超音波装置に関する。
る超音波装置に関する。
超音波による撮像は医療診断、非破壊検査或いは超音波
顕ｇＩｆ＃、などの分野で最近大きな注目を集めている
。このような目的の装置に用いられる超音波の発生及び
受波の手段としては従来、音響位相板を用いるもの、環
状アレイを用いるもの、音響レンズを用いるものなど種
々のものがあるが、特に液体中の超音波の放射及び受波
用としては所謂すだれ状トランスデユーサによるものが
優れた特性を有している。
顕ｇＩｆ＃、などの分野で最近大きな注目を集めている
。このような目的の装置に用いられる超音波の発生及び
受波の手段としては従来、音響位相板を用いるもの、環
状アレイを用いるもの、音響レンズを用いるものなど種
々のものがあるが、特に液体中の超音波の放射及び受波
用としては所謂すだれ状トランスデユーサによるものが
優れた特性を有している。
すだれ状トランスデユーサは圧電体表面に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もうけ
て構成したもので、電極面を液体に接した状態で、該電
極に交流信号を印加することによシ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。
歯状電極をインターディジタルに組合せた電極をもうけ
て構成したもので、電極面を液体に接した状態で、該電
極に交流信号を印加することによシ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の液体中への超音波ビーム
の放射及び受波方向θ（θは圧電体表面への法線とのな
す角度）としては２方向があシ、次式の関係を満足する
。
の放射及び受波方向θ（θは圧電体表面への法線とのな
す角度）としては２方向があシ、次式の関係を満足する
。
θ１＝Ｓｉｎ−１ｖｗ／ｖＲ（１）
θ２ ＝ ５ｉｎ−’ ｖ蝉４ｃｔ （２）こ
こでｖｗは液体中の縦波速度、ｖＲは圧電体上の表面波
速度、ｆは圧電体上のインターディジタル電極に与えら
れる交流信号のキャリア周波数・ｄはインターディジタ
ル電極の電極周期である。
こでｖｗは液体中の縦波速度、ｖＲは圧電体上の表面波
速度、ｆは圧電体上のインターディジタル電極に与えら
れる交流信号のキャリア周波数・ｄはインターディジタ
ル電極の電極周期である。
（１）式及び（２）式から明らかなように、θｌは周波
数に関係なく一定で、θ２は周波数と共に変化する。
数に関係なく一定で、θ２は周波数と共に変化する。
そしてＶ、 ＝ ｆｄでθ！＝θ２となるが、それ以外
では２つの超音波ビームの放射方向が存在する。
では２つの超音波ビームの放射方向が存在する。
本発明はこのような２方向に放射される超音波ビームを
利用することによって物体の状態を観察する上での有効
な！！ｒ根を提供することを目的とする。
利用することによって物体の状態を観察する上での有効
な！！ｒ根を提供することを目的とする。
この目的全達成するための本発明の特徴は、−面にイン
タープイノタル電極を有する板状圧電体を液体に接して
配置し、前記電極への周波数ｆＮｖ／ｄ（ｖは圧電体上
の音速、ｄはインターディジタル電極の電極周期）の交
流信号の印加で液体中の２方向に超音波ビームを発生さ
せ、各超音波ビームを観察物体の存在面内に集束させそ
の各反射波を共に前記インタープイノタル電極で受波し
電気変換することによシ、前記観察物体の音響像を得る
ごとき超音波＊＠ｙｉ妹にある。
タープイノタル電極を有する板状圧電体を液体に接して
配置し、前記電極への周波数ｆＮｖ／ｄ（ｖは圧電体上
の音速、ｄはインターディジタル電極の電極周期）の交
流信号の印加で液体中の２方向に超音波ビームを発生さ
せ、各超音波ビームを観察物体の存在面内に集束させそ
の各反射波を共に前記インタープイノタル電極で受波し
電気変換することによシ、前記観察物体の音響像を得る
ごとき超音波＊＠ｙｉ妹にある。
第２図は電極構造の具体例を示す。
図中の参照番号１は板状圧電体で、その厚さは表面波が
励起される厚さ、具体的には表面波の波長の数倍、望ま
しくは５倍以上のものとする。圧電体１の一面には、第
２図の如きインターディジタル電極（２，３）がもうけ
られる。各電極は円弧状の１対のくしの歯状電極（２ａ
と２ｂ、３ｍと３ ｂ）をインターディジタルに組合せ
て構成したもので、−万の電極２は入力用１他方の電極
３は出方用として機能する。電極構成が円弧状であるの
で、超音波ビームの集束点は円弧の中心を通る垂直線上
に来ることは明らかである。
励起される厚さ、具体的には表面波の波長の数倍、望ま
しくは５倍以上のものとする。圧電体１の一面には、第
２図の如きインターディジタル電極（２，３）がもうけ
られる。各電極は円弧状の１対のくしの歯状電極（２ａ
と２ｂ、３ｍと３ ｂ）をインターディジタルに組合せ
て構成したもので、−万の電極２は入力用１他方の電極
３は出方用として機能する。電極構成が円弧状であるの
で、超音波ビームの集束点は円弧の中心を通る垂直線上
に来ることは明らかである。
上記構成のトランスデユーサは電極（２、３）＠液体４
に接して配置される。この状態で大刀電極２に中心周波
数ｆ１ （中心周波数ではｖＲ＝ｆｄを満足し超音波ビ
ームの放射方向は単一、となる）以外の周波数ｆ２の交
流信号を印加すれば、第１図に示すように０１と０２方
向に超音波ビームが放射される。図中の破線の伝搬路は
前記（１）式を示し、実線が前記（２）式を示す。従っ
て交流信号のキャリア周波数を１１にすれば破線に従う
単一方向くビームが放射されることは明らかである。
に接して配置される。この状態で大刀電極２に中心周波
数ｆ１ （中心周波数ではｖＲ＝ｆｄを満足し超音波ビ
ームの放射方向は単一、となる）以外の周波数ｆ２の交
流信号を印加すれば、第１図に示すように０１と０２方
向に超音波ビームが放射される。図中の破線の伝搬路は
前記（１）式を示し、実線が前記（２）式を示す。従っ
て交流信号のキャリア周波数を１１にすれば破線に従う
単一方向くビームが放射されることは明らかである。
各方向（θ１．θ、）の超音波ビームは点Ｐ１と点Ｐ、
で各々集束する。
で各々集束する。
点Ｐ１とＰ、に超音波ビームを集束させている状態で、
観察物体５を第１図に示すように配置すれば、放射方向
θ、の超音波ビームは物体５０表面（点Ｐ、）で反射波
を生ずる。一方、放射方向θ、のビームは屈折して物体
内部に入り点Ｐ、で集束し、反射波を生ずる。これらの
反射波は出力電極３で受波され電気信号として取り出さ
れる。
観察物体５を第１図に示すように配置すれば、放射方向
θ、の超音波ビームは物体５０表面（点Ｐ、）で反射波
を生ずる。一方、放射方向θ、のビームは屈折して物体
内部に入り点Ｐ、で集束し、反射波を生ずる。これらの
反射波は出力電極３で受波され電気信号として取り出さ
れる。
この際出力電極３で受波される反射波は、θ、とθ、の
２方向のズレからの行路差が存在するために位相差が生
じ、このための干渉を生ずる。従って、物体５内部の状
態を２方向の各ビームの反射波間の位相差を利用して弾
性的性質の変化分として取り出すことが可能となる。即
ち伝搬音波は液体固有の速度と固体固有の速度とを有し
ているので、固体内部のクラックの如き存在で固体内部
の超音波の伝搬速度が変化し、従ってθ、と０２方向の
各反射波間の位相差にもこれに対応する変化が生ずる。
２方向のズレからの行路差が存在するために位相差が生
じ、このための干渉を生ずる。従って、物体５内部の状
態を２方向の各ビームの反射波間の位相差を利用して弾
性的性質の変化分として取り出すことが可能となる。即
ち伝搬音波は液体固有の速度と固体固有の速度とを有し
ているので、固体内部のクラックの如き存在で固体内部
の超音波の伝搬速度が変化し、従ってθ、と０２方向の
各反射波間の位相差にもこれに対応する変化が生ずる。
従って電極３の出力信号で物体５の音響像を得ることが
可能であり、例えば当該出力信号をＣＲＴ表示するよう
に構成すれば肉眼で物体内部を観察することができる。
可能であり、例えば当該出力信号をＣＲＴ表示するよう
に構成すれば肉眼で物体内部を観察することができる。
本実施例では、第１図から明らかなように、トランスデ
ユーサからの超音波ビームが観察物体に斜入射するので
、垂直入射よりも物体内部に音波の透過しうる割合が極
めて大となる。従って観察物体の表面だけでな（内部の
状況を知るのにも好都合である。また、入出力を別個の
電極で行なうので、入出力信号を分離するための方向性
結合器を必要とせず、しかもトランスデユーサが平面構
造であるので電極設計の自由度も大きい。
ユーサからの超音波ビームが観察物体に斜入射するので
、垂直入射よりも物体内部に音波の透過しうる割合が極
めて大となる。従って観察物体の表面だけでな（内部の
状況を知るのにも好都合である。また、入出力を別個の
電極で行なうので、入出力信号を分離するための方向性
結合器を必要とせず、しかもトランスデユーサが平面構
造であるので電極設計の自由度も大きい。
本実施例ではθ、方向の超音波ビームが物体表面で集束
する場合を例に説明したが、物体内部に集束させる場合
でも上述と同様姉位相差からの干渉を利用することがで
きる。
する場合を例に説明したが、物体内部に集束させる場合
でも上述と同様姉位相差からの干渉を利用することがで
きる。
また、本実施例では表面波励起用のトランスデユーサを
用いているが、ラム波を用いることももとより可能であ
る。ラム波の場合には圧電体の厚さをほぼλ（λは圧電
体上の音波の波長）以下にすればよ（、前述の表面波速
度ＶＲをラム波速度に代えれば（１）式及び（２）弐に
≠キ≠が同様に成立する。
用いているが、ラム波を用いることももとより可能であ
る。ラム波の場合には圧電体の厚さをほぼλ（λは圧電
体上の音波の波長）以下にすればよ（、前述の表面波速
度ＶＲをラム波速度に代えれば（１）式及び（２）弐に
≠キ≠が同様に成立する。
この構成はインターディジタル電極を液体に接すること
なく使用できる利点があるが、高周波化に難点があり従
って比較的低い周波数域での非破壊検査に適している。
なく使用できる利点があるが、高周波化に難点があり従
って比較的低い周波数域での非破壊検査に適している。
なお、本実施例の構成ではインターディジタル電極が液
体に直接液して振動するのでその機械的及び化学的保護
が必要であるが、これは例えばホトレジスト膜等で電極
面に保護膜を作ることにより容易になすことができる。
体に直接液して振動するのでその機械的及び化学的保護
が必要であるが、これは例えばホトレジスト膜等で電極
面に保護膜を作ることにより容易になすことができる。
また、単体の圧電体の使用に代えてＺｎＯなどの圧電薄
膜と非圧電基板との組合せを用いる場合には、インター
ディジタル電極を薄膜と基板との間にもうけることが可
能であり、従って別途保護手段を構する必要がないとい
う利点がある。
膜と非圧電基板との組合せを用いる場合には、インター
ディジタル電極を薄膜と基板との間にもうけることが可
能であり、従って別途保護手段を構する必要がないとい
う利点がある。
以上述べた本発明の有効性を確かめるため、ＴＤＫ製の
圧電磁器９１Ａ材（長さ２０ ｍｒｘ、幅２０朋、厚さ
５龍）の厚さと垂直な面上に円孤状のインターディジタ
ル電極をもうけてトランスデユーサを構成した。ここで
分極軸は厚さと平行な方向で、電極周期は２１０μｍ、
電極対数ば５．２組の円孤状インターディジタル電極の
離間距離は１０龍、開口長は７０’である。この場合θ
、は４５°、表面波速度ＶＲは２１４６ｍ／ｓｅｃで、
これは温度２５℃での水中の音速１４９７ｍ／ｓｅｃを
（１）式に代入した値と一致する。観察物体としては表
面付近に穴をもうけたアクリル板を用いた。
圧電磁器９１Ａ材（長さ２０ ｍｒｘ、幅２０朋、厚さ
５龍）の厚さと垂直な面上に円孤状のインターディジタ
ル電極をもうけてトランスデユーサを構成した。ここで
分極軸は厚さと平行な方向で、電極周期は２１０μｍ、
電極対数ば５．２組の円孤状インターディジタル電極の
離間距離は１０龍、開口長は７０’である。この場合θ
、は４５°、表面波速度ＶＲは２１４６ｍ／ｓｅｃで、
これは温度２５℃での水中の音速１４９７ｍ／ｓｅｃを
（１）式に代入した値と一致する。観察物体としては表
面付近に穴をもうけたアクリル板を用いた。
上記仕様のもとでトランスデユーサとアクリル板を第１
図のように水中に配置し、キャリア周波数を変化させた
。その結果、アクリル板の内部の穴の存在に対応する出
力信号の変化を観察することができた。
図のように水中に配置し、キャリア周波数を変化させた
。その結果、アクリル板の内部の穴の存在に対応する出
力信号の変化を観察することができた。
以上説明したように本発明によれば、２方向に放射され
る超音波ビームを利用することによって、光学的に不透
明な物体の内部状態を観察することができ、非破壊検査
等に好適な超音波装置を提供することができる。
る超音波ビームを利用することによって、光学的に不透
明な物体の内部状態を観察することができ、非破壊検査
等に好適な超音波装置を提供することができる。
第１図は本発明による超音波装置の一実施例、第２図は
インターディジタル電極の具体例である。 １・・・・・・・・・圧電体 ２、吐−・インターディジタル電極 ４・・・・・・・・・液体 ５・・・・・・・・・観察物体 特許出願人 戸 １） 耕 司 森 泉 豊 栄 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − ＃／国 ／ Ｌ２凹
インターディジタル電極の具体例である。 １・・・・・・・・・圧電体 ２、吐−・インターディジタル電極 ４・・・・・・・・・液体 ５・・・・・・・・・観察物体 特許出願人 戸 １） 耕 司 森 泉 豊 栄 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − ＃／国 ／ Ｌ２凹
Claims (1)
- 一面にインターディジタル電極を有する板状圧電体を液
体に接して配置し、前記電極への交流信号の印加で液体
中の２方向に超音波ビームを発生させ、各超音波ビーム
を観察物体の存在面内に集束させその各反射波を共に前
記インターディジタル電極で受波し電気変換することに
より、前記観察物体の音響像を得ることを特徴とする超
音波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121361A JPS5822978A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | 超音波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121361A JPS5822978A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | 超音波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5822978A true JPS5822978A (ja) | 1983-02-10 |
| JPH045290B2 JPH045290B2 (ja) | 1992-01-31 |
Family
ID=14809345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56121361A Granted JPS5822978A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | 超音波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5822978A (ja) |
Cited By (7)
| 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 |
| JPS60218062A (ja) * | 1984-03-17 | 1985-10-31 | ライカ インドゥストリーフェルヴァルツング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 対象物表面の弾性パラメ−タを表示する方法 |
| JPS6291857A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-27 | Koji Toda | 超音波映像化方式 |
| JPS63293462A (ja) * | 1987-05-27 | 1988-11-30 | Koji Toda | 超音波装置 |
| JPS63302362A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-09 | Koji Toda | 超音波撮像装置 |
| JPS63302361A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-09 | Koji Toda | 超音波走査装置 |
| JP2002301037A (ja) * | 2001-04-09 | 2002-10-15 | Seiko Instruments Inc | 脈検出装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160115284A (ko) | 2015-03-26 | 2016-10-06 | 이소현 | 3차원 형상의 처리방법 |
-
1981
- 1981-08-04 JP JP56121361A patent/JPS5822978A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MICROSCOPE LENS USING CONVERSION OF RAYLEIGH TO COMPRESSIONAL WAVES * |
Cited By (9)
| 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 |
| JPS60218062A (ja) * | 1984-03-17 | 1985-10-31 | ライカ インドゥストリーフェルヴァルツング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 対象物表面の弾性パラメ−タを表示する方法 |
| JPS6291857A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-27 | Koji Toda | 超音波映像化方式 |
| JPH0560551B2 (ja) * | 1985-10-18 | 1993-09-02 | Koji Toda | |
| JPS63293462A (ja) * | 1987-05-27 | 1988-11-30 | Koji Toda | 超音波装置 |
| JPS63302362A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-09 | Koji Toda | 超音波撮像装置 |
| JPS63302361A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-09 | Koji Toda | 超音波走査装置 |
| JP2002301037A (ja) * | 2001-04-09 | 2002-10-15 | Seiko Instruments Inc | 脈検出装置 |
| JP4738621B2 (ja) * | 2001-04-09 | 2011-08-03 | セイコーインスツル株式会社 | 脈検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH045290B2 (ja) | 1992-01-31 |
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