JPS63128900A

JPS63128900A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPS63128900A
Application number: JP61274035A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Umemura; 晋一郎梅村; Kageyoshi Katakura; 景義片倉
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1988-06-01

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】［産業上の利用分野］本発明は、超音波診断装置・超音波探傷装置・超音波ソ
ナー・シービーム装置などの超音波撮像装置に係り、特
に電子フォーカス型あるいは電子走査型撮像装置に好適
なアレイ型超灯波探触子に関する。

［従来の技術］電子フォーカス型あるいは電子走査型超音波撮像装置で
は、そのアレイ型探触子の素子間隔が有限であるために
出現するグレイティング・ローブによる映像が劣化の問
題となる。

アレイ型探触子の素子形状を工夫することによりグレイ
ティング・ローブを小さくする試みとしては、１９８４
年日本音響学会講演論文集２−５−１０．第６３９頁（
昭和５９年３月）記載のように、素子形状を平行四辺形
とする例（第２図）や１反対向きに傾けた平行四辺形を
２つつなげた形状とする例（第３図）などがある。これ
らは素子面積のアレイ配列方向への投影形状を高い空間
周波成数分のない形状とし、アレイ配列方向の素子宿性
を最適化することをねらったものである。

ところが、素子の境界に垂直な方向への素子面積投影形
状をみると、第２図の例では改善されておらず、その結
果、この方向に大きなグレイティング・ローブが出現す
る。また、第３図の例では、素子の境界が屈曲部を有す
ることから、素子の境界に垂直な方向への素子面積投影
形状が改善され、この方向のグレイティング・ローブも
かなり小さくなっている。

［発明が解決しようとする問題点］上記第３図の手法は、第２図のような従来のアレイにお
いて２方位（ｘ′軸正正方向よび負方向）に生ずるグレ
イティング・ローブを４方位（ｘ′軸・Ｘ＃軸の正方向
および負方向）に分けるものである。従って、この手法
によるグレイティング・ローブ・ピーク強度低下の効果
は、片道応答で約３ｄＢ、送受信応答で約６ｄＢにとど
まり、撮像装置に要求される性能によっては不要応答の
強度をさらに低めることが必要となる。

本発明の目的は、グレイティング・ローブが実質的に存
在しないか、存在してもその強度が実用上問題とならな
いほど小さい撮像装置およびそれに必要な探触子を実現
することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明においては、隣接する２素子を区切る境界に、２
ケ所以上の凸状屈曲部と２ケ所以上の凹状屈曲部を設け
る。探触子をこのように構成することにより増加した設
計自由度を生かして、屈曲部間隔に関し、アレイ配列方
向に垂直な軸に投影した距離を一様とせず、ｎ種類とす
ることにより、グレイティング・ローブのピーク強度を
、ｎに応じた大きさに低下させることができる。また、
同じく、増加した設計自由度を生かして、凸状屈曲部間
隔ならびに凹状屈曲部間隔に関し、アレイ配列方向に垂
直な軸に投影した距離を、超音波波長の１倍径度以下と
することにより、グレイティング・ローブが事実上存在
しないようにすることもできる。

［作用］２素子を区切る境界の屈曲部間隔に関し、アレイ配列方
向に垂直な軸に投影した距離を一様とせず、ｎ種類とす
ることにより、グレイティング・ローブが２ｎ方位に分
割されるので、そのピーク強度は１片道応答で約（１０
１０ｇｔｏ　ｎ）　ｄ　Ｂ、送受信応答で約（２０１ｏ
ｇｔｏ　ｎ）　ｄＢ低下する。また、凸状屈曲部間隔お
よび凹状屈曲部間隔を小さくしていくと、グレイティン
グ・ローブが形成される方位と、アレイの音波放射面に
垂直な軸とのなす角が増加していき、特に、間隔を１波
長程度以下とすると、角は９０＠以上となり、グレイテ
ィング・ローブが撮像視野内には存在しなくなる。

〔実施例］以下、実施例を参照して１本発明の説明を続ける。

本発明における一実施例の超音波探触子の平面図および
断面図を第１図に示す。圧電セラミクス・圧電高分子な
どより成る圧電振動子１の両側に接地電極３と対向電極
２が取り付けられ、さらに両電極にそれぞれ、音響整合
層４および背面制動材５が接続されている。圧電振動子
１．対向電極２゜音響整合層４は第１図ａの形状に区切
られており。

区切られたそれぞれが、独立した超音波探触子素子を形
成している。圧電振動子１はあらかじめ必要な素子を所
定形状に加工ののち配列してもよいし、板状圧電体を背
面制動材などに接着ののち超音波カッタなどにより切断
してもよい。また、圧電振動子１および音響整合層４は
必ずしも切断さ　−れている必要はなく、また、接地電
極３と対向電極２との上下関係は逆でもよい。一体型板
状圧電体を用いる場合、一般には隣接素子間の機械的結
合を考慮して設計しなければならないが、特に、圧電高
分子を電気−音響変換材料として用いる場合には、機械
的結合はほとんど無視できる。

第３図の従来例では、隣接する２素子を区切る境界は、
１ケ所の屈曲部しか有していないのに対し、第１図の実
施例では、５ケ所の屈曲部を有しており、しかも、屈曲
部の間隔に関し、アレイ配列方向に垂直な軸に投影した
距離が、一様でなく、２種類以上（第１図中のＰ１＋　
Ｐ２）となっている。

このようなアレイ型探触子を用いて超音波ビームの収束
あるいは偏向を行なうと、第２図の例では２方位、第３
図の例では４方位にグレイティング・ローブが生ずるが
、第１図の実施例では、図中Ｐ１の部分と２２の部分と
で隣接する２素子を区切る境界の角度が異るため、それ
ぞれの部分が互いに異る方位にグレイティング・ローブ
を形成するので、結果として、グレイティング・ローブ
は８方位に分割されて形成される。

本実施例では、２ケ所に分かれたｐ２の部分の面積の合
計とｐｌ（＝２Ｐ２）の部分の面積とを等しくしたので
、それぞれの形成するグレイティング・ローブの強度は
ほぼ等しくなる。

本発明における他の一実施例の超音波探触子の平面図お
よび断面図を第４図に示す。この例では、電気−音響変
換体として、互いに交る２群の平行直線群によって機械
的に分割された圧電体を用いている。これらの例では、
細かく分割された圧電体素片について、隣接素片の対向
電極同士を適宜電気的に接続することにより、必要な形
状をもち電気的にそれぞれ独立な探触子素子を形成する
。

細かく分割された気電体素片の間隙は、柔軟な高分子な
どで埋めてもよいし、何も埋めずにおいてもよい。

隣接する２素子を区切る境界は、第４図の実施例では、
多数の屈曲部を有しており、しかも、屈曲部の間隔に関
し、アレイ配列方向に垂直な軸に投影した距ｌｓｐが、
超音波波長程度以下となっている。

このようなアレイ型探触子を用いて超音波ビームの収束
あるいは偏向を行なうと、一般には、探触子の音波放射
面に立てた垂線に対し５次式で与えられる角度θをなす
方位に、グレイティング・ローブが生じる。超音波波長
をλとするとき、θ＝ａｒｃｓｉｎ　（λ／ｐ）　　”
＝　（１）従って、ｐが小さくなるにつれて、θは大き
くなり、１波長以下になると、グレイティング・ローブ
が事実上存在しなくなる。

なお、第４図の実施例では、圧電体素子片は断面正方の
平行四辺形であってもよく、さらに円・楕円などであっ
てもよい。

［発明の効果］本発明実施による効果を第５図および第６図を用いて説
明する。

第５図は、第１図に示した本発明実施例の超音波探触子
により超音波ビームを収束したときに生ずるグレイティ
ング・ローブのピーク強度を、第２図・第３図の公知例
と比較して表わしたものである。アレイの配列方向に平
行な方向の配列ピッチを素子幅Ｗと等しいとおき、垂直
な方向の素子幅をＤとおくとき。

素子数４０、焦点距離８０Ｉｌｌｆｆｌ、超音波周波数
３．５ＭＨｚ、パルス長５波長の条件において、送受信
応答におけるグレイティング・ローブ・ピーク強度を、
主ビーム強度により規格化して比較した。第２図・第３
図・第１図の順に、各探触子によるグレイティング・ロ
ーブ強度は、約６ｄＢずつ低下していく。

第６図は、第４図に示した本発明実施例の超音波探触子
により超音波ビームを収束したときに生ずる送受信応答
におけるグレイティング・ローブのピーク強度を、隣接
する２素子を区切る境界の屈曲部の間隔ｐの関数として
表わしたものである。

素子幅・素子数・焦点距離などの条件は第５図と同様で
ある。ｐ≧１．５λでは、−５０ｄＢ以上であったグレ
イティング・ローブ強度は、ｐ−ｌ、２λを切るころか
ら急激に低下しはじめ、Ｐ≦λでは、実質上存在しなく
なる。

以上、説明したように、本発明によれば、グレイティン
グ・ローブ・ピーク強度を効果的に低下させたり、グレ
イティング・ローブが実質的に存在しないようにするこ
とができ、優れた画質の撮像装置とそれに必要な探触子
を提供できる。従って、本発明の効果はきわめて大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図はそれぞれ本発明の実施例におけるアレ
イ型探触子の平面図ならびに断面図、第２図、第３図は
従来の超音波探触子素子の平面図、第５図は本発明の実
施例と従来例におけるグレイティング・ローブ強度を比
較して示したグラフ、第６図は第４図の実施例の探触子
におけるグレイティング・ローブ強度と屈曲部間隔との
関係を示すグラフである。１・・・圧電体、２・・・対向電極、３・・・接地電極
、４・・・音響整合層、５・・・背面制動材。繁　１１！］　　　　　　　　　察４刊峯　５図

Claims

【特許請求の範囲】１、実質的に同一な形状の素子を配列したアレイ型超音
波探触子において、隣接する２素子を区切る境界が、２
ケ所以上の凸状屈曲部と２ケ所以上の凹状屈曲部とを有
することを特徴とする超音波探触子。２、特許請求の範囲第１項記載の超音波探触子において
、隣接する２素子を区るる境界の屈曲部の間隔に関し、
アレイ配列方向に垂直な軸に投影した距離が、一様でな
く、２種類以上であることを特徴とする超音波探触子。３、特許請求の範囲第１項記載の超音波探触子において
、隣接する２素子を区切る境界の凸状屈曲部間隔ならび
に凹状屈曲部間隔に関し、アレイ配列方向に垂直な軸に
投影した距離が、超音波波長の１．２倍以下であること
を特徴とする超音波探触子。