JPS5923271A - 超音波送受信装置 - Google Patents
超音波送受信装置Info
- Publication number
- JPS5923271A JPS5923271A JP13324582A JP13324582A JPS5923271A JP S5923271 A JPS5923271 A JP S5923271A JP 13324582 A JP13324582 A JP 13324582A JP 13324582 A JP13324582 A JP 13324582A JP S5923271 A JPS5923271 A JP S5923271A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- vibrators
- frequency
- aperture
- radius
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
- G01S15/892—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being curvilinear
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or 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】
発明の技術分野
本発明は、１つの探触子で周波数の異なる複数の超音波
を送受信する超音波送受信装置に関し、中心軸−１−二
の音圧分布か周波数か異なっても間しであるようにしよ
うとするものである。
を送受信する超音波送受信装置に関し、中心軸−１−二
の音圧分布か周波数か異なっても間しであるようにしよ
うとするものである。
技術の背景
対象物に超音波を送信し、その透過波もしくは反射波に
より対象物内部を無侵襲的に検査する超音波装置におい
て、超音波の減衰反射が周波数により異なることを利用
して、複数の周波数の超音波を送受信して各周波数によ
る像を得、これらを比較することより、対象物の減衰反
射ひいてはその構造の詳しい情報を得ようとする試みが
近年多く報告されている。この時問題となるのは、周波
数を変化させた時に探触子による周波数別音場を完全に
同一とすることができないため、同じ条件での減衰もし
くは反射の周波数特性が１Ｍられないことである。
より対象物内部を無侵襲的に検査する超音波装置におい
て、超音波の減衰反射が周波数により異なることを利用
して、複数の周波数の超音波を送受信して各周波数によ
る像を得、これらを比較することより、対象物の減衰反
射ひいてはその構造の詳しい情報を得ようとする試みが
近年多く報告されている。この時問題となるのは、周波
数を変化させた時に探触子による周波数別音場を完全に
同一とすることができないため、同じ条件での減衰もし
くは反射の周波数特性が１Ｍられないことである。
従来技術と問題点
かかる探触子の音場を合わゼるために遠距離での指向性
（ビーム幅）を合わせることを目的とした発明（特公昭
５５−２４８９０等）があるが、この方法では音圧の大
きさを合わせることばできない。第６図は１つの探触子
１から２周波ｆ１．ｆ２の超音波を送信した場合の、中
心軸２上の音圧レヘル分布を示す特性図である。この図
のように中心軸２−１−〇音圧Ｐｚの分布は一致一已ず
、周波数が商い力ｆ２の特性曲線は低い力ｆ１のそれを
探触子１側へ引寄せたような形状をとる。この不一致が
対象の周波数特性の測定をｔＪＵ ＃ｌｔにする。
（ビーム幅）を合わせることを目的とした発明（特公昭
５５−２４８９０等）があるが、この方法では音圧の大
きさを合わせることばできない。第６図は１つの探触子
１から２周波ｆ１．ｆ２の超音波を送信した場合の、中
心軸２上の音圧レヘル分布を示す特性図である。この図
のように中心軸２−１−〇音圧Ｐｚの分布は一致一已ず
、周波数が商い力ｆ２の特性曲線は低い力ｆ１のそれを
探触子１側へ引寄せたような形状をとる。この不一致が
対象の周波数特性の測定をｔＪＵ ＃ｌｔにする。
発明の目的
本発明は、超音波振動子の開１−１を制御するごとによ
り、中心軸上の音圧を異なる周波数和！ｒ間で一致させ
ようとするものである。
り、中心軸上の音圧を異なる周波数和！ｒ間で一致させ
ようとするものである。
発明の構成
本発明は、接近してもしくは一部を共用して配置されほ
ぼ同一の焦点距離を自する複数の振動子を有し、各振動
子は異なる中心周波数の音波を送信するようにされ、か
つその送イ菖音波の中心周波数と振動子の有効開口面積
との積が一定となるように該中心周波数に応して有りＪ
開Ｌ１面積を選択される探触子を備えることを特徴とＪ
るか、以下図面を参照しながらこれを詳細に説明“４る
。
ぼ同一の焦点距離を自する複数の振動子を有し、各振動
子は異なる中心周波数の音波を送信するようにされ、か
つその送イ菖音波の中心周波数と振動子の有効開口面積
との積が一定となるように該中心周波数に応して有りＪ
開Ｌ１面積を選択される探触子を備えることを特徴とＪ
るか、以下図面を参照しながらこれを詳細に説明“４る
。
発明の実施例
本発明は、同一焦点距離を有する振動子であれば、周波
数が変化してもその開口面積を選ぶことにより中心軸上
音圧を同じにできることに注目し、中心軸上音圧が同一
の複数周波数による超音波音場を形成するようにしたも
のである。即ち、第６図の円形振動子１の中心軸上距離
２における音圧Ｐｚは下式で与えられる。
数が変化してもその開口面積を選ぶことにより中心軸上
音圧を同じにできることに注目し、中心軸上音圧が同一
の複数周波数による超音波音場を形成するようにしたも
のである。即ち、第６図の円形振動子１の中心軸上距離
２における音圧Ｐｚは下式で与えられる。
ここでＲは振動子の焦点距離、ａは振動子半径（開口ｆ
ｌ） 、Ｄ＝ａ”／λ・Ｒ１λは波長（Ｃを音速、ｒを
周波数としてλ−ｃ ／ ｒ ）である。＋１１式を周
波数ｆによらず一定とするためには の項を一定にすればよく、これには波長λの変化を吸収
するように半ｆｘａを変更すればよいことが判る。例え
ば波長λが２倍になれば半径ａを１／乃 にずれば（１
）式の音圧Ｐｚは変らない。（２）式を周波数ｆで表わ
すと であるから、ａ２・ｆを一定にするように開１」を制御
する。開１」制御は勿論Ｒが不変のま５行なう必要があ
るが、焦点距１ｉｆｔ Ｒは振動子が球面をなす場合は
その半径に等しいので、同し球面上でかつ端縁が円形を
保持するようにして該円形（開に１）を増大、減縮すれ
ばＲ不変はＵ（Ｌ保される。振動子が円形平板の場合は
曲率半径が無限大とすればよく、−」二記と同様に処理
できる。尚、式（１）は振動子が円形の場合であるが、
距Ｉｉ！ｌｌＺを焦点距離Ｒ伺近に限れば非円形例えば
矩形などの場合にも適用でき、この場合はａ２を開］コ
面積として、開に」面積と周波数の積を一定にすること
により中心軸上の音圧を等しくできる。
ｌ） 、Ｄ＝ａ”／λ・Ｒ１λは波長（Ｃを音速、ｒを
周波数としてλ−ｃ ／ ｒ ）である。＋１１式を周
波数ｆによらず一定とするためには の項を一定にすればよく、これには波長λの変化を吸収
するように半ｆｘａを変更すればよいことが判る。例え
ば波長λが２倍になれば半径ａを１／乃 にずれば（１
）式の音圧Ｐｚは変らない。（２）式を周波数ｆで表わ
すと であるから、ａ２・ｆを一定にするように開１」を制御
する。開１」制御は勿論Ｒが不変のま５行なう必要があ
るが、焦点距１ｉｆｔ Ｒは振動子が球面をなす場合は
その半径に等しいので、同し球面上でかつ端縁が円形を
保持するようにして該円形（開に１）を増大、減縮すれ
ばＲ不変はＵ（Ｌ保される。振動子が円形平板の場合は
曲率半径が無限大とすればよく、−」二記と同様に処理
できる。尚、式（１）は振動子が円形の場合であるが、
距Ｉｉ！ｌｌＺを焦点距離Ｒ伺近に限れば非円形例えば
矩形などの場合にも適用でき、この場合はａ２を開］コ
面積として、開に」面積と周波数の積を一定にすること
により中心軸上の音圧を等しくできる。
第１図は本発明の一実施例で、曲率半径ｒの球面状をな
し端縁が円形の振動子１を同心円で分割して半径８□の
円形振動子１Δと、外径が３１で内径かほぼａ２の環状
振動子１１３にしたものである。
し端縁が円形の振動子１を同心円で分割して半径８□の
円形振動子１Δと、外径が３１で内径かほぼａ２の環状
振動子１１３にしたものである。
３ ＋３は環状振動子ＩＢを送信周波数ｆ１て駆動する
送信回路、３Ａは円形振動子ＩＡを送信周波数ｆ１と＋
２で駆動する送信回路である。振動子１にお番ノる周波
数ｆ２での駆動部分の有効開口径４Ｊ振動子ＩＡのａ２
であり、周波数ｆ＋での駆動部分の有効開口径は振動子
ＩＡ、ＩＢの和のａｌである。これらには ａ２１ Ｈｆ Ｉ＝ ａ’２・ｆ ２ ・−・・
＋３１なる関係を満足さゼる、具体的には（３）式が成
立するようにａｌ、ａ２を定めると前記（２）′式のＤ
が等しくなり、前記（１）式で表わされる周波数ｆ＋。
送信回路、３Ａは円形振動子ＩＡを送信周波数ｆ１と＋
２で駆動する送信回路である。振動子１にお番ノる周波
数ｆ２での駆動部分の有効開口径４Ｊ振動子ＩＡのａ２
であり、周波数ｆ＋での駆動部分の有効開口径は振動子
ＩＡ、ＩＢの和のａｌである。これらには ａ２１ Ｈｆ Ｉ＝ ａ’２・ｆ ２ ・−・・
＋３１なる関係を満足さゼる、具体的には（３）式が成
立するようにａｌ、ａ２を定めると前記（２）′式のＤ
が等しくなり、前記（１）式で表わされる周波数ｆ＋。
＋２の音圧Ｐｚは第６図の軸Ｚ上で一致する。第２図は
振動子１および送信回路３Ａ、３Ｂの周波数特性を示す
。振動子１は周波数ｆ＋、ｆｚを含む周波数領域で利点
を有する広帯域型であることが要求されるので、２層整
合もしくはコイルによる電気整合を施こすのがよい。５
は整合層である。
振動子１および送信回路３Ａ、３Ｂの周波数特性を示す
。振動子１は周波数ｆ＋、ｆｚを含む周波数領域で利点
を有する広帯域型であることが要求されるので、２層整
合もしくはコイルによる電気整合を施こすのがよい。５
は整合層である。
受信に際しては、振動子ＩＡ、ＩＢともに周波数ｆ＋、
ｆ２の超音波を受ける。４Ａ、４Ｂはこのｆｌ、＋２を
増幅する受信回路で、受信回路４Ｂの出力からはローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）６Ｂで「１だりが抽出される。受
信回路４への出力からｕ： １．、 Ｐ Ｆ ６ Ａて
ｆｌが、またバイパスフィルタ（ＨＩ） Ｆ ） マ
でｆ？が抽出され、Ｌ Ｉ） １７６への出力「ｌは加
算器８でＬ Ｐ Ｆ ６ Ｂの出力ｆ１と合成される。
ｆ２の超音波を受ける。４Ａ、４Ｂはこのｆｌ、＋２を
増幅する受信回路で、受信回路４Ｂの出力からはローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）６Ｂで「１だりが抽出される。受
信回路４への出力からｕ： １．、 Ｐ Ｆ ６ Ａて
ｆｌが、またバイパスフィルタ（ＨＩ） Ｆ ） マ
でｆ？が抽出され、Ｌ Ｉ） １７６への出力「ｌは加
算器８でＬ Ｐ Ｆ ６ Ｂの出力ｆ１と合成される。
受信時も音場を同一にするため受信回路の帯域は送信回
路と同じにしてあり、こうして同じ音圧条件での高、低
異周波による超音波像の比較、検討が可能になる。
路と同じにしてあり、こうして同じ音圧条件での高、低
異周波による超音波像の比較、検討が可能になる。
第３図は本発明の他の実施例−ζ、ＩＡ、ｌＢは面積Ｓ
Ａ、 Ｓ１１が異なる平板状の振動子、９は共通の焦点
を形成する音響レンズである。３は振動子」Δ、ＩＢを
駆動する広帯域（ｆｌ、ｆ２を含む）の送信回路で、振
動子１八、１１３の共振特性を利用して−・力に［１，
他方にｆ２を送信さする。第４図に１辰動子１△、１１
３と送信回路３の周波数特性を示す。本例では Ｓ八 ・ ｆ １”Ｓ＋＋−ｆ ２
・・ ・・・ （４）の関係を満たずよ
うにＳＡＩ ８１１を定め、これにより中心線」―−ど
の周波数ｆ１．ｆ２の音圧Ｐｚを一致させる。而、振動
子ＩＡとＩＢの（１１′域が第４図のように重ならない
場合は混信の心配がないのでこれらを同時に駆動できる
が、ｒｌ、ｆ２が接近した場合は振動子１八、ＩＢを交
互に駆動する。
Ａ、 Ｓ１１が異なる平板状の振動子、９は共通の焦点
を形成する音響レンズである。３は振動子」Δ、ＩＢを
駆動する広帯域（ｆｌ、ｆ２を含む）の送信回路で、振
動子１八、１１３の共振特性を利用して−・力に［１，
他方にｆ２を送信さする。第４図に１辰動子１△、１１
３と送信回路３の周波数特性を示す。本例では Ｓ八 ・ ｆ １”Ｓ＋＋−ｆ ２
・・ ・・・ （４）の関係を満たずよ
うにＳＡＩ ８１１を定め、これにより中心線」―−ど
の周波数ｆ１．ｆ２の音圧Ｐｚを一致させる。而、振動
子ＩＡとＩＢの（１１′域が第４図のように重ならない
場合は混信の心配がないのでこれらを同時に駆動できる
が、ｒｌ、ｆ２が接近した場合は振動子１八、ＩＢを交
互に駆動する。
以上は周波数による開口面積を電気回路で制限する例（
第１図）と振動子で制限する例（第３図）を示Ｌ７たが
、これらを併用することもできる。また使用する周′ａ
数が３以上の場合にも同様に通用できる。更に、上述し
た反射法に限らず、透過法のように送信と受信の振動子
が異なる場合にも適用することは可能である。
第１図）と振動子で制限する例（第３図）を示Ｌ７たが
、これらを併用することもできる。また使用する周′ａ
数が３以上の場合にも同様に通用できる。更に、上述し
た反射法に限らず、透過法のように送信と受信の振動子
が異なる場合にも適用することは可能である。
超音波振動子の焦点距離Ｒは、振動子面と音波の位相が
一致する点との距離として定義され、その振動子形状（
円形、矩形等）や大きさには関係しない。第５図ｆａｔ
〜ｆｄｌば４種類の振動子とその焦点距離Ｒの説明図で
ある。勿論、位相が一致する条件が満たされればこれに
は限らない。（ａｌは振動子１が曲率ｒを有する円形球
面状の例で、この場合の焦点距離Ｒは Ｒ＝ｒ である。（ｂｌは振動子１が曲率「を有する円形球面で
、且つ前面に音響レンズ９を使用した例である。
一致する点との距離として定義され、その振動子形状（
円形、矩形等）や大きさには関係しない。第５図ｆａｔ
〜ｆｄｌば４種類の振動子とその焦点距離Ｒの説明図で
ある。勿論、位相が一致する条件が満たされればこれに
は限らない。（ａｌは振動子１が曲率ｒを有する円形球
面状の例で、この場合の焦点距離Ｒは Ｒ＝ｒ である。（ｂｌは振動子１が曲率「を有する円形球面で
、且つ前面に音響レンズ９を使用した例である。
このときの焦点距離Ｒは、レンズ９ごの音速をＶｐ、媒
体での音速をＶｍとして Ｖｍ となる。ｔｃ＋は振動子ｌが平板で、音響レンズ９を使
用した例である。このときはＬ・ンス９の曲率をｒとず
れば １も二一一一一□ ｔ １−□ ゾｍ となる。（ｄｌは振動子１が複数に分離され、各素子か
異なる遅延時間をり、えられて駆動される分割された振
動子の場合である。１０はその遅延回路であり、この場
合の焦点距離Ｒは各素子の大きさ、配列ピンチ、遅延時
間なとにより定まる。
体での音速をＶｍとして Ｖｍ となる。ｔｃ＋は振動子ｌが平板で、音響レンズ９を使
用した例である。このときはＬ・ンス９の曲率をｒとず
れば １も二一一一一□ ｔ １−□ ゾｍ となる。（ｄｌは振動子１が複数に分離され、各素子か
異なる遅延時間をり、えられて駆動される分割された振
動子の場合である。１０はその遅延回路であり、この場
合の焦点距離Ｒは各素子の大きさ、配列ピンチ、遅延時
間なとにより定まる。
発明のリノ果
以」二述べたように本発明によれば、異なる周波数に対
して同一の中心軸」二音圧を形成することが可能となる
ため、探触子音場に関係せずに対象物の反射、減衰の周
波数特性を抽出することができる。
して同一の中心軸」二音圧を形成することが可能となる
ため、探触子音場に関係せずに対象物の反射、減衰の周
波数特性を抽出することができる。
第１図および第２図は本発明の一実施例を示す構成図お
よび周波数特性図、第３図および第４図は本発明の他の
実施例を示す構成図および周波数特性図、第５図は焦点
距離の説明図、第６図は中心軸上音圧の説明図である。 図中、ＩＡ、ＩＢ、ｌは振動子、２は中心軸である。 出 願 人 富 士 通 株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔
よび周波数特性図、第３図および第４図は本発明の他の
実施例を示す構成図および周波数特性図、第５図は焦点
距離の説明図、第６図は中心軸上音圧の説明図である。 図中、ＩＡ、ＩＢ、ｌは振動子、２は中心軸である。 出 願 人 富 士 通 株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔
Claims (2)
- （１）接近してもしくは一部を共用して配置されほぼ同
一の焦点距離を有する複数の振動子を有し、各振動子は
異なる中心周波数の音波を送信するようにされ、か一つ
その送信音波の中心周波数と振動子の有効開口面積との
積が一定となるように該中心周波数に応して有効開口面
積を選択される探触子を備えることを特徴とする超音波
送受信装置。 - （２）振動子は円形をなし、その開１−１経か、中心周
波数と杓効開１−１半経の２乗との積が一定となるよう
に選択されることを特徴とする特許ｌｌｉ＋１求の範囲
第１項記載の超音波送受信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13324582A JPS5923271A (ja) | 1982-07-30 | 1982-07-30 | 超音波送受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13324582A JPS5923271A (ja) | 1982-07-30 | 1982-07-30 | 超音波送受信装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5923271A true JPS5923271A (ja) | 1984-02-06 |
Family
ID=15100096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13324582A Pending JPS5923271A (ja) | 1982-07-30 | 1982-07-30 | 超音波送受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5923271A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145213A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | テイ アール デベロツプメンツ リミテツド | 光学的人口器官及びその製造法 |
| JPS63247014A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-13 | Takashi Mori | 透明カプセルの製造装置 |
-
1982
- 1982-07-30 JP JP13324582A patent/JPS5923271A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145213A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | テイ アール デベロツプメンツ リミテツド | 光学的人口器官及びその製造法 |
| JPS63247014A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-13 | Takashi Mori | 透明カプセルの製造装置 |
| JPH0416050B2 (ja) * | 1987-04-03 | 1992-03-19 | Takashi Mori |
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