JPS60113599A - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPS60113599A
JPS60113599A JP22096083A JP22096083A JPS60113599A JP S60113599 A JPS60113599 A JP S60113599A JP 22096083 A JP22096083 A JP 22096083A JP 22096083 A JP22096083 A JP 22096083A JP S60113599 A JPS60113599 A JP S60113599A
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JP
Japan
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vibrator
matching layer
acoustic
acoustic matching
probe
Prior art date
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Pending
Application number
JP22096083A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Inoue
武志 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS60113599A publication Critical patent/JPS60113599A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/02Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の通過帯域を有し、これら複数の通過帯域
の和が実効的に広帯域特性と高感度化を実現する医用超
音波探触子に関するものである。
超音波診断装置では2〜10MH2帯の超音波信号が使
用され、被検体である人体に周波数成分の異る複数の超
音波パルスを探触子で送受信し適当な、信号処理を受け
た後、超音波断層像を得ている。
このため、このような超音波探触子に関して極めて広い
周波数帯域通過特性を有するものか、あるいは探触子に
複数の通過帯域を持たせて、実効的な周波数帯域幅を広
くしたものが要求される。
従来、このような超音波診断装置に使用される探触子は
、ビb(Zr、Ti)03系あるいは)?bTiOa系
圧電セラミックスから々る振動子と、被検体と圧電素子
との間の音物インピーダンスを整合するための整合層と
、圧電素子裏面に配置されるバッキング等から構成され
ている。しかしながら、このような圧電セラミックスを
電気音響変換効率とした超音波探触子は、電気音響変換
効率は大きいが、人体及び水などとの青畳整合性が急く
、そのため周波数帯域幅が狭いといった欠点がある。
このような欠点を解消するために、第1図に示た振動子
11を厚さ方向に重ね合わせた探触子が提案されている
。第1図において15はバッキングであり圧電セラミッ
ク振動子1oの後方に抜は出た超音波を吸収する役割を
もつ他に探触子自身の支持を兼ねている。また12,1
3.14は電極である。この場合、振動子1oは2分の
1波長共振を行い、振動子11は圧電セラミックスの音
めて大きいため4分の1波長共振を行い、各振動子10
.11の共振周波数を大幅に異ならせることによって二
つの通過域を実現させている。
しかしながら、振動子11が4分の1波長共振を行い、
このとき振動子1oが全く振動しなければ理想的である
が、実際に振動子10.11が機械的に直接輌触してい
るために、これら駒撮動子の複合振動が発生し、探触子
の感度が低下するばかりかパルスの尾引きが長くなり分
解能を悪くするといった欠点がある。また、振動子10
から超音波を送信した場合、音響整合層は振動子11自
身で単一整合層であるから広帯域音響インピーダンス整
合を達成することは極めて困難である。
本発明は上記従来タイプの探触子の欠点を解消するため
になされたものであり、本発明の目的は探触子に複数の
通過帯域特性をもたせ、しかもそれぞれの通過帯域を広
く設定でき、実効的に送。
受信可能な周波数帯域幅を大幅に広くした高分解能を有
する超音波探触子を得ることにある。以下、本発明につ
いて詳細に説明する。
本発明による超音波探触子は第2図に示すように音響イ
ンピーダンス密度が30X106〜38×1061に/
S−n?のl?b(Zr、Ti)03糸あるいはpbT
i03系圧電セラミック振動子20の上に、たとえば光
ガガラス等で形成された特性インピーダンス密度が12
.6X106〜18.I X 106Kg/5−rlで
ある第1音脅整合層21を形成し、この第1音臀整合層
21の上に特性貴書インピーダンス密度が3.8X10
6−6.OXl 06Kf/S−n?である高分子圧電
材料あるいは圧電セラミック粉末と高分子との複合圧電
材料からなり第2音響駐合層の機能をも兼ねそたえた振
動子22を形成する。さらに振動子22の上に音響イン
ピーダンス密度が1.7X106〜2.4X106にグ
/S−一を有する高分子材料などを用いた第3f響整合
層23から構成されている。
即ち、本発明の超音波探触子は、圧電セラミックででき
た振動子20と高分子圧電材料あるいは複合圧電材料で
できた振動子22の2つの振動子と、これら2つの振動
子の間に第1音響整合層21を挾持し、さらに振動子2
2の音場側に人体、水などの被検体25と音響インピー
ダンス整合をとるために第3整合層23を形成したもの
である。
ここで音響整合層21,2.3、及び振動子22は、圧
電セラミックス振動子20から超音波を送信した場合効
率よく被検体25に入射するように、多重モー′ドフィ
ルタ理論を本探触子に適用することにより前記のような
最適な音饗インピーダンス整合が決定されているわけで
ある。従って、振動子20から超音波を送信する場合に
は、被検体25との間に音響整合層21と音響整合層の
機能を有する振動子22及び音9+!整合層23からな
る3重音響整合層か形成されているので、上記従来例に
比べて意響舶合性が大幅に改善される。−万、振動子2
2け、Bb(Zr、Ti)03系あるいは1”?b’l
l’i03系圧市、セラミックスからできた振動子20
 (/−)−1jインピ一ダンス密度に比べてかなり小
さい音響インピーダンス整合を有し、被朴体25との個
−智インピーダンス整合はそれたけ有第11となり、振
動子22から超音波を送受信する場合には、単層の音響
整合層23のみで被検体25とのインピーダンス整合は
十分であり、広い周波数帯域幅か容易に得られるわけで
ある。1だ、整合層21はインピーダンス整合の役割の
みならず従来の第1図に示した超音波探触子の欠点であ
った振動子相互の複合振動を抑圧する機能を翁しており
、振動子20と21が直接機械的に結合していないため
に振動子20及び22の複合振動や音響インビ−ダンス
密度の大きな圧電セラミック振動子の単体振動による引
き込み現象が著しく減少し、送。
受信効率及び超音波パルス応答特性が著しく改善される
従って本発明の超音波探触子は、振動子20及び22の
送、受信特性をともに広帯域とすることができ、さらに
振動子20.22の動作中心周波数を異々らすことによ
って二つの周波数帯域を有する超音波探触子を折供する
ことができるわけである。
次に、実施例に従って本発明の探触子について説明する
〔実施例1〕 振動子20として比誘電率ε33/ε0が230、i!
、気機械結合係数が0536のpb(Zr、下I)03
系圧電セラミツクスを用い、電極26.27はAu/C
r電極を蒸着により形成した。整合層21は音脣インピ
ーダンス密度16.2 X 106Kr/S −m’の
光学ガラス、振動子22として音響インピーダンス帽度
5.5 X 106Ky / 8−一のli?It (
Zr 、7 i )03系セラミクスと高分子との複合
圧電材料を用い、電極28.29には音響インピーダン
ス密度の小さなAt電枠を実施した。さらに整合層23
には音響インピーダンス2.0 X 106 Kg/ 
S−一のウレタン樹脂、バッキング24タングステン粉
末を適量l!i[1合したエポキシ樹脂を用いて、第2
図に示す本発明に従った超音波探触子を試作した。振動
子20の動作中心周波数は3.0 MHzであり、振動
子22の動作中心周波数は5.5MHzである。
第3図に本実施例1の超音波探触子の電圧利得特性を示
す。図においてOdBは振動子20 、22がそれぞれ
b作したときの最大利得を示しており、実線は振動子2
0が動作したときの特性、点線は振動子22が動作した
ときの特性を示す。第3図から明らかなように、本探触
子はそれぞれ周波数帯域が分離されており、しかも各周
波数帯域が広帯域であるという長所を有し、複数の周波
数の異なる超音波を同時に送、受信可能である。
また、医用超音波診断装置では、増幅器の8/N比に一
定の限界があるため、極めて高感度な探触子が要求され
る場合がある。とくに深部の鮮明な断層像を得ようとす
る場合は高感度の探触子が必要不可決である。以下の実
施例2に本発明の高感度形超音波探触子を示す。
〔実施例2〕 pb(Zr%Ti)03系あるいはl:)bTi03系
圧電セラミック材料は圧電d定数が栖めて大きく、これ
を送信用振動子に用いること−により、極めて効率の高
い超音波送信を行うことができる。またPVI)Fある
いはP V D FQ共重合体でできた高分子注型材料
、及びpb(Zr、Ti)03と高分子材料との複合圧
電材料は圧電セラミック単体よりも圧電2定数が大きく
、これらの材料を受信用に用いた場合には受信電圧感度
を極めて大きくすることができる。本実施例において、
振動子20、整合層21.23に実施例1と同−月料、
振動子22にPVDFO共重合体でできた音響インピー
ダンス密度4.4×106に9/S−一の拐料、バッキ
ング24に4.lX106にワ/S−一のエポキシ樹脂
を用いた。第4図に中心周波数3.5MHzを有する本
発明の超音波探触子の送受波電圧感度特性を実線で示す
。この実線の特性は振動子20を送信用、振動子22を
受信用に用いたもので、OdBは本探触子の最大感鹿点
となっている。まfc、膚絆の特性は従来のI) Z 
T圧電セラミック振動子の上にガラス−エポキシ複合材
料とエポキシ樹脂の二重整合層からなる超音波探触子の
送受波電圧感度特性を示す。本発明の超音波探触子は極
めて高感度であることが明らかである。伺、前記範囲外
の音響インピーダンス密度を有する材料をそれぞれ整合
層21 、23 、振動子22に用いた場合には通過帯
域の損失変動が大きくなり実用に供しなくなる。
以上述べた如く、実施例1に示したような本発明の超音
波探触子では広帯域特性という点で極めて優れた特徴を
有し、捷だ実施例2に示したような本発明の超音波探触
子では極めて高い送受波電圧感度特性金有し、これらの
特性を得ることは従来の超音波探触子では極めて困難な
ものであり、工業的価値を多大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波探触子を示す図、第2図は本発明
の超音波探触子を示す図、第3図、第4図は本発明の実
施例に関する超音波探触子の送受波電圧感度特性を示す
図である。 図において、10.20は圧電セラミック振動子、11
は有機圧電材でできた振動子、12゜13.14,26
,27,28.29は電極、15゜24はバッキング、
21.23は整合層、22は高分子圧電月利あるいは圧
電セラミックと部分子との複合圧電材料からなる振動子
、25は被検体。 71−1 図 オ 2図 73 図 オ 4 図 周波数(MHz )

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の周波数帯域を有する超音波探触子において、圧電
    セラミックス振動子の上に音響インピーダンス密度が1
    2.6X106〜18.lX106恥/S−一の前管整
    合層が形成され、該音響整合層の上に音響インピーダン
    ス密度が3.8 X 10.6〜6.OX 10.6K
    g/S−一である高分子圧電材料あるいは圧電セラミッ
    クス粉末と高分子材料との複合圧電材料からなる振動子
    が形成され、さらに該振動子の上に音響インピーダンス
    密度が1.7X106〜2.4×106’Kg/S−一
    の音響整合層が形成ブ扛でおり、前記2つの振動子の送
    、受信する周波数が異なっていることを特徴とする超音
    波探触子。
JP22096083A 1983-11-24 1983-11-24 超音波探触子 Pending JPS60113599A (ja)

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