JPS6025965B2 - 超音波変換方法 - Google Patents
超音波変換方法Info
- Publication number
- JPS6025965B2 JPS6025965B2 JP52138981A JP13898177A JPS6025965B2 JP S6025965 B2 JPS6025965 B2 JP S6025965B2 JP 52138981 A JP52138981 A JP 52138981A JP 13898177 A JP13898177 A JP 13898177A JP S6025965 B2 JPS6025965 B2 JP S6025965B2
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- Japan
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- electrode
- interdigital
- ultrasonic
- phase
- electrodes
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- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods 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
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波装置に用いられる超音波の発生又は検出
のためのトランスデューサ−に関し、特に平行ビーム超
音波を発生又は検出するトランスデューサーに関する。
のためのトランスデューサ−に関し、特に平行ビーム超
音波を発生又は検出するトランスデューサーに関する。
光学的には不透明な媒質でも、音響的に透明でありさえ
すれば、Ｘ線による透視と同様に音波による透視像の観
測が可能である。光学的不透明体の超音波による撮像は
医療診断、顕微鏡、非破壊検査、海底の模様の観測、地
震研究の分野への応用が可能である。従釆の超音波トラ
ンスデューサーとしては、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、光一
音響トランスデューサーを用いるもの、などが提案され
ている。
すれば、Ｘ線による透視と同様に音波による透視像の観
測が可能である。光学的不透明体の超音波による撮像は
医療診断、顕微鏡、非破壊検査、海底の模様の観測、地
震研究の分野への応用が可能である。従釆の超音波トラ
ンスデューサーとしては、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、光一
音響トランスデューサーを用いるもの、などが提案され
ている。
しかしながら超音波撮像に必要な音波の特性という点で
なお改善の余地があるのが実情である。従って本発明は
従来の技術を改善することを目的とし、その特徴は圧電
・性物質の表面に複数のすだれ状電極を有する電極群を
もうけ、各すだれ状電極間隔を一様とし、各すだれ状電
極が電極指の長手方向に配列されて同一周波数で位相の
異なる鰭気信号を印加されるごとき超音波発生方法及び
同じ原理による超音波検出方法にある。
なお改善の余地があるのが実情である。従って本発明は
従来の技術を改善することを目的とし、その特徴は圧電
・性物質の表面に複数のすだれ状電極を有する電極群を
もうけ、各すだれ状電極間隔を一様とし、各すだれ状電
極が電極指の長手方向に配列されて同一周波数で位相の
異なる鰭気信号を印加されるごとき超音波発生方法及び
同じ原理による超音波検出方法にある。
第１図は本発明による収束超音波トランスデューサーの
構造例で、容器１の中に液体２がもうけられ、該液体の
中に、表面にすだれ状電極４を有する圧電性物質３がも
うけられる。液体としては、水、エーテル、アセトン、
グリセリンなどが可能である。電極４は第２図Ａにしめ
すごとく、〈しの歯状の電極を交互にインターディジタ
ルに配置し、端子ａ及びｂに交流信号を印加する単相電
極、及び第２図Ｂに示すごとく、インターディジタルに
構成される電極を３本目毎に接続し、端子ａ，ｂ及びｃ
から３相交流信号を印放する３相電極、又は同様にｎ（
ｎは４以上の自然数）本目毎の電極を相互に接続してｎ
相交流信号を印加する多相電極が可能である。単相電極
の場合は超音波ビームが２本発生するのに対し、３相電
極の場合は単一の超音波ビームが得られる。電極の材料
としては例えばＣｒとＡｕを絹合せたのが耐水性が強く
良好である。庄電性物質としてはＬＩＮＯ０３「水晶、
Ｂｉ，２蛇Ｏ脚、ＰＺＴ系磁器（例えば東京電気化学工
業■製９１ん材）などが可能である。上記トランスデュ
ーサーを液体との界面で動作させると、界面に沿って伝
藩する表面弾性波としてではなく、滋中への縦波の放射
が可能となる。この縦波の方向８（第１図）は６＝ｓｉ
ｎ‐１（ＶＣ／Ｖｐ） なる式を満足する方向であるが、ここで、Ｖｃは液中縦
波速度、Ｖｐは表面波速度であり、この時の液中への音
波ビームの方向は、上式と同様に位相整合条件を満足す
る方向である。
構造例で、容器１の中に液体２がもうけられ、該液体の
中に、表面にすだれ状電極４を有する圧電性物質３がも
うけられる。液体としては、水、エーテル、アセトン、
グリセリンなどが可能である。電極４は第２図Ａにしめ
すごとく、〈しの歯状の電極を交互にインターディジタ
ルに配置し、端子ａ及びｂに交流信号を印加する単相電
極、及び第２図Ｂに示すごとく、インターディジタルに
構成される電極を３本目毎に接続し、端子ａ，ｂ及びｃ
から３相交流信号を印放する３相電極、又は同様にｎ（
ｎは４以上の自然数）本目毎の電極を相互に接続してｎ
相交流信号を印加する多相電極が可能である。単相電極
の場合は超音波ビームが２本発生するのに対し、３相電
極の場合は単一の超音波ビームが得られる。電極の材料
としては例えばＣｒとＡｕを絹合せたのが耐水性が強く
良好である。庄電性物質としてはＬＩＮＯ０３「水晶、
Ｂｉ，２蛇Ｏ脚、ＰＺＴ系磁器（例えば東京電気化学工
業■製９１ん材）などが可能である。上記トランスデュ
ーサーを液体との界面で動作させると、界面に沿って伝
藩する表面弾性波としてではなく、滋中への縦波の放射
が可能となる。この縦波の方向８（第１図）は６＝ｓｉ
ｎ‐１（ＶＣ／Ｖｐ） なる式を満足する方向であるが、ここで、Ｖｃは液中縦
波速度、Ｖｐは表面波速度であり、この時の液中への音
波ビームの方向は、上式と同様に位相整合条件を満足す
る方向である。
この場合、周波数の変化とともに音波ビームの方向は次
式の関係を満足する。８＝ｓｉｎ‐１（ＶＣ／ｆ・ｄ）
＝ｓｉｎ‐１（＾ｆ／ｄ）ここで、ｄはすだれ状トラン
スデューサーの電極周期、ｆは周波数、入ｒは周波数ｆ
での水中音波の波長である。
式の関係を満足する。８＝ｓｉｎ‐１（ＶＣ／ｆ・ｄ）
＝ｓｉｎ‐１（＾ｆ／ｄ）ここで、ｄはすだれ状トラン
スデューサーの電極周期、ｆは周波数、入ｒは周波数ｆ
での水中音波の波長である。
電極の周期ｄと超音波ビームの最大出力の方向８との関
係はｓｉｎ８＝＾ｆ／ｄにより定まる（〜は周波数ｆの
音波の液体中での波長である）。
係はｓｉｎ８＝＾ｆ／ｄにより定まる（〜は周波数ｆの
音波の液体中での波長である）。
この式から電極周期ｄを一様とすれば、すだれ状電極か
らは角度０の方向の平行な超音波ビームが得られること
がわかる。次に各圧電性物質と液体との組合に対するビ
ーム放射角度８の実験結果を次表にしめす。
らは角度０の方向の平行な超音波ビームが得られること
がわかる。次に各圧電性物質と液体との組合に対するビ
ーム放射角度８の実験結果を次表にしめす。
上表から、ａの値を小さくするには、音波の速度の遅い
液体と表面波伝藩速度が早い圧電体とを縫合せれば良い
ことがわかる。
液体と表面波伝藩速度が早い圧電体とを縫合せれば良い
ことがわかる。
第３図は本発明による超音波トランスデューサーの構造
例で、庄電性物質３の上に複数のすだれ状電極４ａ，４
ｂ，４ｃ，・・・・・・、がもうけられ、これらのすだ
れ状電極により電極群１０が構成される。
例で、庄電性物質３の上に複数のすだれ状電極４ａ，４
ｂ，４ｃ，・・・・・・、がもうけられ、これらのすだ
れ状電極により電極群１０が構成される。
各すだれ状電極の電極周期ｄは一様とし、各すだれ状電
極４ａ，４ｂ，４ｃ，・・・・・・、は電極指の長手方
向に配列されるものとする。なお第３図の各すだれ状電
極は実際には第１図のごとく液体に接するが、図示の簡
単のため第３図では液体を省略する。第３図の構成にお
いて、電極周期ｄが一様であるので超音波はｘ方向には
収束せず、すだれ状電極の数に対応した平行ビームが得
られる。
極４ａ，４ｂ，４ｃ，・・・・・・、は電極指の長手方
向に配列されるものとする。なお第３図の各すだれ状電
極は実際には第１図のごとく液体に接するが、図示の簡
単のため第３図では液体を省略する。第３図の構成にお
いて、電極周期ｄが一様であるので超音波はｘ方向には
収束せず、すだれ状電極の数に対応した平行ビームが得
られる。
一方ｙ軸方向の特性に関しては複数のすだれ状電極はち
ようど光学における回析格子と同様の機能をはたす。従
って各すだれ状電極に印加する電気信号にある位相差を
もたせることにより、発生する超音波の位相がすだれ状
電極毎に異なって、全体としてｘ軸に平行な線Ｆの上に
ビームを収束させることが出来る。いま、ｙ軸方向のｎ
番目のすだれ状電極のｙ軸方向の位置をｙｎ、信号の角
周波数をのｏ、基準値からの位相ずれ△で（ｙｎ）の信
号を印加されたときに放射される音波のトランスデュー
サーの前方（ｙ、ｘ）に位置する線に到達したときの音
波の位相をＪｎ（ｙ、ｘ）とすると、０ｎ（ｙ、ｘ）は
液体中での音速をｖｗ、時間をｔとして次式であらわさ
れる。
ようど光学における回析格子と同様の機能をはたす。従
って各すだれ状電極に印加する電気信号にある位相差を
もたせることにより、発生する超音波の位相がすだれ状
電極毎に異なって、全体としてｘ軸に平行な線Ｆの上に
ビームを収束させることが出来る。いま、ｙ軸方向のｎ
番目のすだれ状電極のｙ軸方向の位置をｙｎ、信号の角
周波数をのｏ、基準値からの位相ずれ△で（ｙｎ）の信
号を印加されたときに放射される音波のトランスデュー
サーの前方（ｙ、ｘ）に位置する線に到達したときの音
波の位相をＪｎ（ｙ、ｘ）とすると、０ｎ（ｙ、ｘ）は
液体中での音速をｖｗ、時間をｔとして次式であらわさ
れる。
◇ｎ（ｙ・Ｘ）＝の。
〔ｔ−希（生気Ｚ〕＋△ぐ（ｙｎ）小〔ｔ−竿‐歩〕〜
（洋‐歩）十△ｏ（ｙｎ）ここで次式が成立すると各す
だれ状電極からの超音波ビームは全て同相となり、従っ
て同相の線の上に収束する。小（辞‐歩）十△ｏ（ｙｎ
）＝側 ただしｍは整数、又各すだれ状電極の間の距離を１とす
るとｙｎ＝ｎｌとなる。
（洋‐歩）十△ｏ（ｙｎ）ここで次式が成立すると各す
だれ状電極からの超音波ビームは全て同相となり、従っ
て同相の線の上に収束する。小（辞‐歩）十△ｏ（ｙｎ
）＝側 ただしｍは整数、又各すだれ状電極の間の距離を１とす
るとｙｎ＝ｎｌとなる。
従って上式を満足する位相の電気信号を第３図の各すだ
れ状電極に印加することにより一本の線の上に収束する
超音波ビームを得ることができる。
れ状電極に印加することにより一本の線の上に収束する
超音波ビームを得ることができる。
位相差をもった電気信号はタップを有する表面波遅延線
によって得ることが出来「あるいは公知のは回路を組合
せて得ることが出来る。本発明の実験例として、圧電性
物物質に東京電気化学工業■製圧電磁器９１Ａ材を使用
し、電極周期４２８一肌の等間隔のすだれ状電極（イン
ターディジタル電極）を１０個用いて、周波数５．仙川
ｚで上記式を満足する位相の信号を印加したところ、ト
ランスデューサからの距離が２比沫の位置にある平面内
に１本の線状のビームを得ることが出来た。
によって得ることが出来「あるいは公知のは回路を組合
せて得ることが出来る。本発明の実験例として、圧電性
物物質に東京電気化学工業■製圧電磁器９１Ａ材を使用
し、電極周期４２８一肌の等間隔のすだれ状電極（イン
ターディジタル電極）を１０個用いて、周波数５．仙川
ｚで上記式を満足する位相の信号を印加したところ、ト
ランスデューサからの距離が２比沫の位置にある平面内
に１本の線状のビームを得ることが出来た。
第４図は本発明による超音波トランスデューサの別の構
造例で、単一の圧電性の基板３の上に、第３図に示す電
極群１０が１０ａ，１０ｂのごと〈複数個もうけられる
。
造例で、単一の圧電性の基板３の上に、第３図に示す電
極群１０が１０ａ，１０ｂのごと〈複数個もうけられる
。
電極群１０ａはすだれ状電極４ａ，４ｂ，・・・・・・
を有し、別の電極群１０ｂはすだれ状鰭極４ｃ′，４ｂ
′，・…・・を有する。各電極群における電極周期ｄは
相互に異なるものとする。各電極群の超音波ビームの収
束位置は印加周波数及び電極群の構造に依存するので、
第４図の構造のトランスデューサを用いて電気信号を切
襖使用することにより焦点距離の可変な収束超音波を得
ることが出来る。もちろん３個以上の電極群を単一の圧
電性物質の上にもうけることも可能である。以上実施例
により詳しく説明したごとく、複数の一様な周期のすだ
れ状電極に、所定の位相差をもった電気信号を因加する
ことにより一本の線の上に収束する収束超音波ビームを
得ることができる。
を有し、別の電極群１０ｂはすだれ状鰭極４ｃ′，４ｂ
′，・…・・を有する。各電極群における電極周期ｄは
相互に異なるものとする。各電極群の超音波ビームの収
束位置は印加周波数及び電極群の構造に依存するので、
第４図の構造のトランスデューサを用いて電気信号を切
襖使用することにより焦点距離の可変な収束超音波を得
ることが出来る。もちろん３個以上の電極群を単一の圧
電性物質の上にもうけることも可能である。以上実施例
により詳しく説明したごとく、複数の一様な周期のすだ
れ状電極に、所定の位相差をもった電気信号を因加する
ことにより一本の線の上に収束する収束超音波ビームを
得ることができる。
第１図は超音波トランスデューサの原理的構造例、第２
図Ａ及びＢはすだれ状電極の構成例、第３図は本発明に
よる超音波トランスデューサの構造例、第４図は本発明
による超音波トランスデューサの別の構造例である。 １：容器、２；液体、３：圧電性物質、４，４ａ，４ｂ
，４ａ′，４ｂ′：すだれ状電極。 第２図第ノ図 第２図 第３図 祭ィ図
図Ａ及びＢはすだれ状電極の構成例、第３図は本発明に
よる超音波トランスデューサの構造例、第４図は本発明
による超音波トランスデューサの別の構造例である。 １：容器、２；液体、３：圧電性物質、４，４ａ，４ｂ
，４ａ′，４ｂ′：すだれ状電極。 第２図第ノ図 第２図 第３図 祭ィ図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少なくも２個のくしの歯状の電極を交互にインター
デイジタルに配置して形成したすだれ状電極を表面に有
する圧電性物質を該電極が液体に接するごとく設置し、
電極に印加又は誘起する交流信号と超音波との変換を行
なう方法において、すだれ状電極の電極間隔が一様であ
り、かつ複数のすだれ状電極が電極指の長手方向に配列
されて電極群を構成し、各すだれ状電極に同一周波数で
位相の異なる電気信号が印加されることを特徴とする超
音波変換方法。 ２ すだれ状電極に印加される電気信号の位相が次式を
満足する特許請求の範囲第１項の超音波変換方法。 ω＿ｏ（（ｙ＿ｎ＿ｙ）／（ｘｖ＿ｗ）−（ｙ＿ｎ＾
２）／（２ｘｖ＿ｗ））＋Δφ（ｙ＿ｎ）＝２ｍπ こ
こでｍは整数、ω＿ｏは電気信号の角周波数、ｕ＿ｗは
液体中での音速、ｙ＿ｎはｎ番目のすだれ状電極の基準
点からの距離、Δφ（ｙ＿ｎ）はｎ番目のすだれ状電極
に印加される電気信号の位相、（ｙ、ｘ）は座標。 ３ 電極間隔とすだれ状電極の配列の間隔が相互に異な
る複数の電極群が、単一の圧電性物質の表面にもうけら
れる特許請求の範囲第１項の超音波変換方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52138981A JPS6025965B2 (ja) | 1977-11-21 | 1977-11-21 | 超音波変換方法 |
| DE19782850251 DE2850251C2 (de) | 1977-11-21 | 1978-11-20 | Ultraschallwellenwandler und Verfahren zur Erzeugung eines konvergierenden Ultraschallwellenbündels |
| US06/215,902 US4399387A (en) | 1977-11-21 | 1980-12-12 | Ultrasonic wave transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52138981A JPS6025965B2 (ja) | 1977-11-21 | 1977-11-21 | 超音波変換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5472694A JPS5472694A (en) | 1979-06-11 |
| JPS6025965B2 true JPS6025965B2 (ja) | 1985-06-21 |
Family
ID=15234680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52138981A Expired JPS6025965B2 (ja) | 1977-11-21 | 1977-11-21 | 超音波変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6025965B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63124079U (ja) * | 1987-02-03 | 1988-08-12 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61213822A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-22 | Koji Toda | 超音波光変調装置 |
| JPS61213823A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-22 | Koji Toda | 光変調器 |
| JPS61213821A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-22 | Koji Toda | Ｆｍ光変調器 |
| JPS63106553A (ja) * | 1986-10-22 | 1988-05-11 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 超音波探触子 |
-
1977
- 1977-11-21 JP JP52138981A patent/JPS6025965B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63124079U (ja) * | 1987-02-03 | 1988-08-12 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5472694A (en) | 1979-06-11 |
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