JPS60198453A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS60198453A JPS60198453A JP1428285A JP1428285A JPS60198453A JP S60198453 A JPS60198453 A JP S60198453A JP 1428285 A JP1428285 A JP 1428285A JP 1428285 A JP1428285 A JP 1428285A JP S60198453 A JPS60198453 A JP S60198453A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric body
- probe
- electrodes
- voltage
- electrode
- 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.)
- Granted
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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
- G01N29/24—Probes
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (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】
〔発明の利用分野〕
本発明は被測定物体に超音波を送信し、反射波あるいは
透過波を受信して、被測定物体内部の構造・物性を計測
する装置に用いられる超音波探触子の構成に関する。
透過波を受信して、被測定物体内部の構造・物性を計測
する装置に用いられる超音波探触子の構成に関する。
最近、医用超音波診断装置や超音波顕微鏡など数ＭＨｚ
から数Ｌ ＯＯＭ Ｈｚの超音波を用いて生体あるいは
物体の内部を詳細に調べることができるようになった。
から数Ｌ ＯＯＭ Ｈｚの超音波を用いて生体あるいは
物体の内部を詳細に調べることができるようになった。
このうち、前者の診断装置に従来まで用いられている探
触子は、ＰＺＴ （チタン酸ジルコン酸鉛）系、ＰｂＴ
ｉＯ３（チタン酸鉛）系セラミックスなどの厚み伸縮振
動を利用するため、共振周波数は圧電体の厚みによりほ
ぼ決まり、その上限はＬ 、ＯＭ Ｈｚ程度と言われて
いる。しかしながら、周波数を高めより高分解能で生体
を診断したいという要望は強く、その改善が必須であっ
た。一方、後者の超音波顕微鏡に於ては逆に、ＺｎＯな
どの圧電性半導体をスパッタリングにより、サファイア
などでできたレンズ母材に成長させるため、極めて薄い
ものしかできず、従ってその周波数も１００ＭＨｚ程度
以上が広く用いられているにすぎない。しかし数１０Ｍ
Ｈｚ〜２００Ｍ Ｈｚ程度の超音波を用いれば、試料内
部の減衰も比較的小さく、装置の構成も簡単になるため
、生物試料など分解能をあまり必要としない分野への幅
広い応用が可能となる。
触子は、ＰＺＴ （チタン酸ジルコン酸鉛）系、ＰｂＴ
ｉＯ３（チタン酸鉛）系セラミックスなどの厚み伸縮振
動を利用するため、共振周波数は圧電体の厚みによりほ
ぼ決まり、その上限はＬ 、ＯＭ Ｈｚ程度と言われて
いる。しかしながら、周波数を高めより高分解能で生体
を診断したいという要望は強く、その改善が必須であっ
た。一方、後者の超音波顕微鏡に於ては逆に、ＺｎＯな
どの圧電性半導体をスパッタリングにより、サファイア
などでできたレンズ母材に成長させるため、極めて薄い
ものしかできず、従ってその周波数も１００ＭＨｚ程度
以上が広く用いられているにすぎない。しかし数１０Ｍ
Ｈｚ〜２００Ｍ Ｈｚ程度の超音波を用いれば、試料内
部の減衰も比較的小さく、装置の構成も簡単になるため
、生物試料など分解能をあまり必要としない分野への幅
広い応用が可能となる。
本発明はこれらの点を鑑みてなされたもので、その目的
は、１０数ＫＨｚから数１００ＭＨｚ程度の超音波帯で
利用でき、圧電体自身が音響レンズを兼ねた高性能探触
子を提供することにある。
は、１０数ＫＨｚから数１００ＭＨｚ程度の超音波帯で
利用でき、圧電体自身が音響レンズを兼ねた高性能探触
子を提供することにある。
第１図はセラミックスと、−例としてその上に形成され
たインターディジタル形電極の断面を示す。リード線１
，２はセラミックス３上の電極４に交互に接続されてい
る。このセラミックスは、通常の表面弾性波素子とは異
なり、リード線１゜２間に電圧を印加して分極されるた
め１分極の程度は電極下で最も強く、電極から雛れるに
従って弱くなっている。その方向は矢印Ａ□で示す向き
となっている。そのため、隣接する電極下の分極の向き
は、電極に垂直で互いに逆向きになり、一方電極間に於
ては電極に平行に分極され、１九も分極下と同様互いに
逆向きになっている。このような圧電体のリード線１，
２間電圧を印加すると、電極下の領域に対しては、分極
の向きと印加電圧の向きが丁度一致するため、全て同位
相で伸縮し、厚み振動を生じる。ところが電極間の領域
に対しては、分極の向きと印加電圧の向きが同じで、か
つ分極の向きが互いに逆であるため、隣接する領域の横
方向振動は互いに相殺し、極めて小さくなる。
たインターディジタル形電極の断面を示す。リード線１
，２はセラミックス３上の電極４に交互に接続されてい
る。このセラミックスは、通常の表面弾性波素子とは異
なり、リード線１゜２間に電圧を印加して分極されるた
め１分極の程度は電極下で最も強く、電極から雛れるに
従って弱くなっている。その方向は矢印Ａ□で示す向き
となっている。そのため、隣接する電極下の分極の向き
は、電極に垂直で互いに逆向きになり、一方電極間に於
ては電極に平行に分極され、１九も分極下と同様互いに
逆向きになっている。このような圧電体のリード線１，
２間電圧を印加すると、電極下の領域に対しては、分極
の向きと印加電圧の向きが丁度一致するため、全て同位
相で伸縮し、厚み振動を生じる。ところが電極間の領域
に対しては、分極の向きと印加電圧の向きが同じで、か
つ分極の向きが互いに逆であるため、隣接する領域の横
方向振動は互いに相殺し、極めて小さくなる。
以上の理由により、主として厚み振動（図の矢印Ａ２で
示す）が発生することがわかる。なお、分極された領域
は明確に仕切られたものでないため、厚み振動に対し、
非共振特性を示す。従って、このような探触子の共振周
波数は、厚み方法の機械的固有振動により決まるのでは
なく、横方向の振動（図の矢印Ａ３で示す）に伴なう電
気的インピーダンスの変化に依存するため、本質的に厚
み方向に対し優れたパルス応答特性を有する。共振周波
数ｆは、電極の周期Ｑ、横方向の音速Ｖとしてｆ ＝
ｖ ／ ｆｌで表わされる。セラミックスの場合、ｖ
＝ ４０００ ｍ ／ ｓ程度である。現在のところ電
極の周期はフォトリソグラフィやＸ線リソグラフィを使
えば１μｍ程度にまで微細化できるが、セラミックスの
粒径も同程度であるため、均一な電３− 極を得るには５μｍ程度の周期が限界である。この時の
共振周波数は４００ Ｍ Ｈｚとなる。しかし、粒径を
より細かくすれば、さらに高周波帯で用いることができ
る。
示す）が発生することがわかる。なお、分極された領域
は明確に仕切られたものでないため、厚み振動に対し、
非共振特性を示す。従って、このような探触子の共振周
波数は、厚み方法の機械的固有振動により決まるのでは
なく、横方向の振動（図の矢印Ａ３で示す）に伴なう電
気的インピーダンスの変化に依存するため、本質的に厚
み方向に対し優れたパルス応答特性を有する。共振周波
数ｆは、電極の周期Ｑ、横方向の音速Ｖとしてｆ ＝
ｖ ／ ｆｌで表わされる。セラミックスの場合、ｖ
＝ ４０００ ｍ ／ ｓ程度である。現在のところ電
極の周期はフォトリソグラフィやＸ線リソグラフィを使
えば１μｍ程度にまで微細化できるが、セラミックスの
粒径も同程度であるため、均一な電３− 極を得るには５μｍ程度の周期が限界である。この時の
共振周波数は４００ Ｍ Ｈｚとなる。しかし、粒径を
より細かくすれば、さらに高周波帯で用いることができ
る。
このように優れた特性を有する探触子も、従来までのセ
ラミックスのように前面に音響レンズを貼ったのでは、
その特性を十分には生かすことができない。
ラミックスのように前面に音響レンズを貼ったのでは、
その特性を十分には生かすことができない。
例えば、セラミックスが被測定体に接する側に音響レン
ズを貼ることを考えよう。周波数１５Ｍ Ｉ−（７，、
接着剤としてエマージン・アンド・カミング社製のエポ
キシ系低粘度接着剤 ＥＣＣ０ＢＯＮＤ２４を用いたとする。その音速は２０
００ｍ／ｓ程度であるので接着層が十分に無視できるた
めには、１／１０波長すなわち１３μｍ以下でなければ
ならない。このような接着層を均一に、しかも気泡が残
留しないように作製するのは容易ではない。さらに周波
数が高まれば、ますます困難さが増すことは言うまでも
ない。
ズを貼ることを考えよう。周波数１５Ｍ Ｉ−（７，、
接着剤としてエマージン・アンド・カミング社製のエポ
キシ系低粘度接着剤 ＥＣＣ０ＢＯＮＤ２４を用いたとする。その音速は２０
００ｍ／ｓ程度であるので接着層が十分に無視できるた
めには、１／１０波長すなわち１３μｍ以下でなければ
ならない。このような接着層を均一に、しかも気泡が残
留しないように作製するのは容易ではない。さらに周波
数が高まれば、ますます困難さが増すことは言うまでも
ない。
しかしながら、セラミックス自身を音響レンズ４−
とすれば、このような問題点を解消でき、先に述べた特
性を十分に引き出せる構成法になることを見出した。す
なわち、超音波を発生する領域と、その超音波を集束す
るレンズとを同一セラミックスの母体に形成すれば探触
子内部の音響的不整合は存在しないので、優れたパルス
応答特性を得ることができる。
性を十分に引き出せる構成法になることを見出した。す
なわち、超音波を発生する領域と、その超音波を集束す
るレンズとを同一セラミックスの母体に形成すれば探触
子内部の音響的不整合は存在しないので、優れたパルス
応答特性を得ることができる。
以下、実施例を参照しながら説明する。
第２図は本発明の一実施例として、超音波顕微鏡用探触
子を構成した例を示す。セラミックス圧電体５上に、Ｃ
ｒ、Ａｕ、ＡＱなどの全屈電極６を蒸着あるいはメッキ
などで形成し、電極間に電圧を印加して分極した。分極
電圧は４０〜７０ｋＶ／ ｃｍ 、分極温度は１００〜
１７０℃程度が適する。
子を構成した例を示す。セラミックス圧電体５上に、Ｃ
ｒ、Ａｕ、ＡＱなどの全屈電極６を蒸着あるいはメッキ
などで形成し、電極間に電圧を印加して分極した。分極
電圧は４０〜７０ｋＶ／ ｃｍ 、分極温度は１００〜
１７０℃程度が適する。
なお、レンズ７と電極６との距離は通常ａ ２ ／λ程
度に選ぶ。
度に選ぶ。
ただし、λは波長、ａは電極領域の実効的半径を表わ子
。探触子の側面８は、この面からの不要な反射波が生じ
ないように、粗面にすることが好ましい。このように構
成すると、電極６に電圧を印加したとき、その直下の分
極した領域で発生した超音波は、セラミックス５を伝播
し、レンズ７により集束されて、第２図点線に示すよう
に焦点を結ぶ。受波時に於てはその逆に、超音波が入射
すると電極６に電圧を生じる。
。探触子の側面８は、この面からの不要な反射波が生じ
ないように、粗面にすることが好ましい。このように構
成すると、電極６に電圧を印加したとき、その直下の分
極した領域で発生した超音波は、セラミックス５を伝播
し、レンズ７により集束されて、第２図点線に示すよう
に焦点を結ぶ。受波時に於てはその逆に、超音波が入射
すると電極６に電圧を生じる。
電極の形状としては第３図（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ）
の他、これらを種々組合せた配置が考えられる。ただし
、セラミックス３上に電極９，１０が形成されている図
である。
の他、これらを種々組合せた配置が考えられる。ただし
、セラミックス３上に電極９，１０が形成されている図
である。
第４図は本発明の他の実施例であり、診断装置等に用い
られる探触子の例を示す。セラミックス１１上に、電極
１２を形成し、第２図の実施例と同様な処理を行なった
。胃や直腸などの体腔内に挿入し、体内臓器を高分解能
で撮像する目的で、従来まで用いられている探触子の周
波数は高々１、０ Ｍ Ｈｚ程度であるが、第４図に示
す構成例の場合更に周波数を高めることができる。しか
も、バッキングが不要であるため、小型・軽量な探触子
が得られ、体腔挿入用に適する。勿論、レンズ１３の前
面に、通常のセラミックス振動子と同様、１／４波長波
長音響層を形成することもできる。
られる探触子の例を示す。セラミックス１１上に、電極
１２を形成し、第２図の実施例と同様な処理を行なった
。胃や直腸などの体腔内に挿入し、体内臓器を高分解能
で撮像する目的で、従来まで用いられている探触子の周
波数は高々１、０ Ｍ Ｈｚ程度であるが、第４図に示
す構成例の場合更に周波数を高めることができる。しか
も、バッキングが不要であるため、小型・軽量な探触子
が得られ、体腔挿入用に適する。勿論、レンズ１３の前
面に、通常のセラミックス振動子と同様、１／４波長波
長音響層を形成することもできる。
この探触子は体腔挿入用に限らず、通常の診断装置にも
用いることができる。
用いることができる。
第５図は本発明の他の実施例である。セラミックス１４
上に複数個のレンズ１６を作成し、その直下に電極１５
を形成したものである。このような探触子を超音波顕微
鏡に用いれば、広い測定領域を各レンズに分担して受け
持たせることができ、測定時間を極めて短縮できる。し
かも、従来まで用いられているＺｎＯでは広い面積に渡
り均質な性能を有する振動子を作成するのが困難である
のに対し、セラミックスの場合数ｃｍの大きなものでも
０．１％以下のばらつきに押さえることは、さほど困難
ではない。そのため試料を広範囲に測定することが可能
になってくる。
上に複数個のレンズ１６を作成し、その直下に電極１５
を形成したものである。このような探触子を超音波顕微
鏡に用いれば、広い測定領域を各レンズに分担して受け
持たせることができ、測定時間を極めて短縮できる。し
かも、従来まで用いられているＺｎＯでは広い面積に渡
り均質な性能を有する振動子を作成するのが困難である
のに対し、セラミックスの場合数ｃｍの大きなものでも
０．１％以下のばらつきに押さえることは、さほど困難
ではない。そのため試料を広範囲に測定することが可能
になってくる。
以上述べたように本発明によれば、１０数ＫＨｚから数
１００ Ｍ Ｈｚ帯に渡って、パルス応答特性に優れ、
安定した特性を有する探触子を製７− 作することができる。
１００ Ｍ Ｈｚ帯に渡って、パルス応答特性に優れ、
安定した特性を有する探触子を製７− 作することができる。
第１図は、本発明を説明するための電極およびその直下
の分極状態を示す図、第２図は、本発明の一実施例を示
す図、第３図は本発明に係る探触子に用いる電極の形状
を示す図、第４図は診断装８− 第 ３ 皿 （０−） η ４ 図 １、 ｒ １ ： ｊ １ １ １ 罰 ５ 図 １八
の分極状態を示す図、第２図は、本発明の一実施例を示
す図、第３図は本発明に係る探触子に用いる電極の形状
を示す図、第４図は診断装８− 第 ３ 皿 （０−） η ４ 図 １、 ｒ １ ： ｊ １ １ １ 罰 ５ 図 １八
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 インター・ディジタル形電極あるいは複数個の同
心環状電極あるいはこれらを組合せた電極を有し、その
隣接する電極間に電圧を印加して分極した領域を有する
圧電体の一部に、超音波を集束する凹面レンズを形成し
た超音波探触子。 ２、 凹面レンズと電極下領域以外の一部の面を粗面に
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超
音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1428285A JPS60198453A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1428285A JPS60198453A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60198453A true JPS60198453A (ja) | 1985-10-07 |
| JPH0118639B2 JPH0118639B2 (ja) | 1989-04-06 |
Family
ID=11856733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1428285A Granted JPS60198453A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60198453A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52131675A (en) * | 1976-04-27 | 1977-11-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Probe for ultrasonic diagnostic device |
| JPS545823A (en) * | 1977-06-15 | 1979-01-17 | Mogirefusukii Fuiriaru Fuijiko | Method and apparatus for continous casting of hollow ingot |
| JPS54161315A (en) * | 1977-03-24 | 1979-12-20 | Koji Toda | Ultrasonic transducer |
-
1985
- 1985-01-30 JP JP1428285A patent/JPS60198453A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52131675A (en) * | 1976-04-27 | 1977-11-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Probe for ultrasonic diagnostic device |
| JPS54161315A (en) * | 1977-03-24 | 1979-12-20 | Koji Toda | Ultrasonic transducer |
| JPS545823A (en) * | 1977-06-15 | 1979-01-17 | Mogirefusukii Fuiriaru Fuijiko | Method and apparatus for continous casting of hollow ingot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0118639B2 (ja) | 1989-04-06 |
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