JPS5834376A - 探触子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アレイ振動子より発生する音波ビームを集束
させるに際し、その焦点を分布させて焦点深度の深い集
束ビームを得る分布焦点方法に関するものである。

従来より、直線状に配列されたプレイ振動子より発生す
る音波ビームを集束させる方法として、音響レンズを用
いて波面を円弧状に揃えてビームの進行方向の１点に集
束させる方法、あるいはアレイ振動子の各振動子を適宜
に位相励振して同様にビームを集束させるいわゆる電子
フォーカス法等があった。しかし、いずれのフォー力、
レンズの方法においても固定焦点すｈわちあり一点にだ
け焦点を持つようなフォ一カ、レングであるため、焦点
付近ではビーム幅は細くかり分解能を高めるのに有効に
作用するとは言うものの、焦点の前後では急激にビーム
幅が広がり分解能を悪化する原因となるという欠点があ
った。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、同じ開口で
ありながら、固定焦点方法より一段と深い焦点深度を有
する音波ビームを得ることのできる分布焦点方法を提供
することにある。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。まず、音波
の波面と焦点との関係について述べる。

インパルス音波では、パルス音波の空間的な位置が完全
に重なら彦ければ音波振幅は増加しないと考えられる。

このように考えると固定焦点方式による場合の波面は、
第１図の（ハ）に示すように焦点人を中心とした球面が
Ａ点に収束するような波面である。そして、この波面は
Ａ点以外ではその振幅が常に一定となっている。第１図
の（ロ）はＡ点及びＢ点に焦点を結ぶ場合で、範囲ａの
波面はＡ点のみ増強すｂ作用があり、範囲すの波面はＢ
点のみ増強する波面である。結局、２点に焦点を有する
こととなり、第１図（イ）の固定焦点のものに比べてよ
り深い焦点深度の音波ビームが得られることになる。更
に、第１図の（ハ）は焦点が５個所に分布した場合を示
す図で、波面のａ、　ｂ、　ｅの３つの範囲がそれぞれ
Ａ点、Ｂ点、Ｃ点を増強するように作用するものである
。これは、第１図（鴫に示す焦点が２個分布する場合よ
りも更に深い焦点深度の音波ビームが得られることを明
らかにしている。

このように、焦点の数を無数に増加させてゆけば、最終
的には焦点が連続的に分布した分布焦点を有する波面を
得ることができ、極めて焦点深度の深い集束ビームを得
ることができる。

次に、このような分布焦点を実現し得る波面について説
明する。第２図において、Ｖ　−ｇ　（Ｘ）で表わされ
る波面２１は、その焦点がｆからｆ２の間に分布するも
のとする。そして、波面の１点Ｄ（その座標を（ｘ、　
ｙ）とする）に対し、その波面の曲率の中心Ｅの座標（
０，α（Ｘ））で与えられるものとする。

点りでは、Ｖ　−ｇ　（Ｘ）の接線とＥＤが直交するか
らとヱけ・虞−−１（１） ｘ　　　　　　ｄｘ が成立する。ここで、α（Ｘ）−βＸ＋γ、また、波面
Ｐ の幅をｐ（−、≦Ｘ二十ｉ）とし、Ｘ−丁のときα（ｘ
　）　＝　ｆ２　＋　ｘ　＝　Ｏのときα（ｘ）＝ｆ□
　となるものとすれば、（１）式は次式のように表わす
ことができる。

なお、（２）式は解析的に解くことが困難であるが、数
値計算で求めることは簡単である。また、Ｅ点の座標は
（０，２（ｆ２−　ｆｌ）　ｘ／Ｐ　＋　ｆｌ）となる
。

第３図は上述した波面２１の得られる探触子の要部構成
図である。３１はリニア・アレイ撮動子、３２は振動子
表面に接着された音響レンズである。レンズ３２の曲面
３３は関数ｙ＝ｆ（ｘ）で表わされる形状でおる。ここ
で、ｙ≦ｆ　（ｘ）すなわちレンズ３２中の。

音速をｖｌｌ　　ｙ　＞　ｆ（ｘ）の媒質中の音速をｖ
２とし、Ｖよ（Ｖ２とする。点りの波面がレンズ３２の
端面の点Ｆからの音波によるものであると考えると、次
の関係が成立する。

波面は点音源からの球面波の接線の連なったものである
から、点Ｆ、Ｄを結ぶ直線と点りでのｙ＝ｇ　（Ｘ）の
接線とは直交する。また、波面ｙ＝ｇ（ｘ）は点りと点
０（座標原点）を同時に通過するので、Ｇｏ　　　　　
ＦＤ １　　　　　ま ただし、点Ｇは点Ｆのｙ軸上への垂直投影点である０ が成立する。そして、Ｄ点の座標を（Ｘ＋Ｖ）、Ｅ点の
座標を（ｘ、　ｙ）とすると、前記条件よシ次式が得ら
れる。

」ジＬ−史一一１（３） −（Ｘ−ｘ）　　　ｄｘ （３）式及び（４）式よりＸ及びＹを求めると、次のよ
うになる。

ただし、ｇ　”　ｇ　（Ｘ）　”　”ｌ’Ｊ　ｇ’　”
　４Ｆ従って、レンズ３２０曲面は（５）式の座標（ｘ
、　ｙ）で与えられる」：うな関数ｙ　＝　ｆ　（ｘ）
であり、このような曲面に形成された音響レンズを用い
ればｆ１〜ｆ２の範囲に分布する焦点を有する集束ビー
ムを得ることができる。

なお、このような音響レンズ３２を用いるに限らず、リ
ニア・プレイ振動子の各振動子をそれぞれ適宜の時間遅
延でもって位相駆動し、その時の波面が前記（２）式を
満す波面となるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、リニア・プレイ
振動子の表面に適宜の曲面を有する音響レンズを取付け
、またはリニア・プレイ振動子を適宜に位相駆動するこ
とにより、ある範囲に分布焦点を有する波面を発生させ
ることができるので、焦点深度の深い集束ビームを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は波面と焦点との関係を説明する図、第２図は本
発明の詳細な説明するだめの波面と焦点の関係図、第３
図は本発明の方法を実施するための探触子の一実施例を
示す構成図である。 ２１・・・波面、５１・・・リニア・アレイ振動子、６
２・・・音響レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　リニア・アレイ振動子の配列方向（Ｘ軸方向
   ）に直交しかつ振動子の中央に位置する中心軸（ｙ軸）
   上で連続的に分布する焦点がそれぞれ増強されるようか
   多数の波面の連結でなるインパル波波面を発生させ、音
   波ビームを集束させるようにした分布焦点方法。 （２）前記波面を ただし、Ｐは振動子アレイの幅 ｆ２．　ｆｌは分布焦点距離の」１下限値で４見られる
   波面とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の分布焦点方法。 （５）　　凸面状の曲面の座標が次式で与えられる音響
   レンズを介して紬記インパルス波波狗を発生させるよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の分
   布焦点方法。 ただし、ｇ”ｇ（Ｘ）ｓ　ｇ’−鬼 ｘ ｖｌは音饗レンズ中の音速 ｖ２は媒質中の音速 （４）前記リニア・プレイ振動子を位相駆動して前記イ
   ンパルス波波面を発生させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の分布焦点方法〇