JPS6363073B2

JPS6363073B2 -

Info

Publication number: JPS6363073B2
Application number: JP56132748A
Authority: JP
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1988-12-06
Also published as: JPS5834376A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、アレイ振動子より発生する音波ビー
ムを集束させるに際し、その焦点を分散して分布
させて焦点深度の深い集束ビームを得る探触子に
関するものである。

従来より、直線状に配列されたアレイ振動子よ
り発生する音波ビームを集束させる方法として、
音響レンズを用いて波面を円弧状に揃えてビーム
の進行方向の１点に集束させる方法、あるいはア
レイ振動子の各振動子を適宜に位相励振して同様
にビームを集束させるいわゆる電子フオーカス法
等があつた。しかし、いずれのフオーカツシング
の方法においても固定焦点すなわちある一点にだ
け焦点を持つようなフオーカツシングであるた
め、焦点付近ではビーム幅は細くなり分解能を高
めるのに有効に作用するとは言うものの、焦点の
前後では急激にビーム幅が広がり分解能を悪化す
る原因となるという欠点があつた。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、同
じ開口でありながら、固定焦点方法より一段と深
い焦点深度を有する音波ビームを得ることのでき
る探触子を提供することにある。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。ま
ず、音波の波面と焦点との関係について述べる。
インパルス音波では、パルス音波の空間的な位置
が完全に重ならなければ音波振幅は増加しないと
考えられる。このように考えると固定焦点方式に
よる場合の波面は、第１図のイに示すように焦点
Ａを中心とした球面がＡ点に収束するような波面
である。そして、この波面はＡ点以外ではその振
幅が常に一定となつている。第１図のロはＡ点及
びＢ点に焦点を結ぶ場合で、範囲ａの波面はＡ点
のみ増強する作用があり、範囲ｂの波面はＢ面み
増強する波面である。結局、２点に焦点を有する
ことになり、第１図イの固定焦点のものに比べて
より深い焦点深度の音波ビームが得られることに
なる。更に、第１図のハは焦点が３個所に分布し
た場合を示す図で、波面のａ，ｂ，ｃの３つの範
囲がそれぞれＡ点、Ｂ点、Ｃ点を増強するように
作用するものである。これは、第１図ロに示す焦
点が２個分布する場合よりも更に深い焦点深度の
音波ビームが得られることを明らかにしている。

このように、焦点の数を無数に増加させてゆけ
ば、最終的には焦点が連続的に分布した分布焦点
を有する波面を得ることができ、極めて焦点深度
の深い集束ビームを得ることができる。

次に、このような分布焦点を実現し得る波面に
ついて説明する。第２図において、ｙ＝ｇ（ｘ）
で表わされる波面２１は、その焦点がf₁からf₂の
間に分布するものとする。そして、波面の１点Ｄ
（その座標を（ｘ、ｙ）とする）に対し、その波
面の曲率の中心Ｅの座標（０、α（ｘ））で与えら
れるものとする。点Ｄでは、ｙ＝ｇ（ｘ）の接線
とEDが直交するからｙ−α（ｘ）／ｘ・dy／dx＝−１ (1) が成立する。ここで、α（ｘ）＝βx＋γ、また、
波面の幅をＰ（−Ｐ／２≦ｘ≦＋Ｐ／２）とし、ｘ＝Ｐ
／２のときα（ｘ）＝f₂、ｘ＝０のときα（ｘ）＝f₁とな
るものとすれば、(1)式は次式のように表わすこと
ができる。

dy／dx＝−ｘ／ｙ−２（f₂−f₁）／ｐｘ−f₁(2) なお、(2)式は解析的に解くことが困難である
が、数値計算で求めることは簡単である。また、
Ｅ点の座標は（０、２（f₂−f₁）ｘ／Ｐ＋f₁）とな
る。

第３図は上述した波面２１の得られる探触子の
要部構成図である。３１はリニア・アレイ振動
子、３２は振動子表面に接着された音響レンズで
ある。レンズ３２の曲面３３は関数ｙ＝ｆ（ｘ）
で表わされる形状である。ここで、ｙ≦ｆ（ｘ）
すなわちレンズ３２中の音速をv₁、ｙ＞ｆ（ｘ）
の媒質中の音速をv₂とし、v₁＜v₂とする。点Ｄの
波面がレンズ３２の端面の点Ｆからの音波による
ものであると考えると、次の関係が成立する。

波面は点音源からの球面波の接線の連なつたも
のであるから、点Ｆ、Ｄを結ぶ直線と点Ｄでのｙ
＝ｇ（ｘ）の接線とは直交する。また、波面ｙ＝
ｇ（ｘ）は点Ｄと点０（座標原点）を同時に通過す
るので、ただし、点Ｇは点Ｆのｙ軸上への垂直投影点で
ある。

が成立する。そして、Ｄ点の座標を（ｘ、ｙ）、
Ｆ点の座標を（Ｘ、Ｙ）とすると、前記条件より
次式が得られる。

ｙ−Ｙ／−（Ｘ−ｘ）・dy／dx＝−１ (3) (3)式及び(4)式よりＸ及びＹを求めると、次のよ
うになる。

従つて、レンズ３２の曲面は(5)式の座標（Ｘ、
Ｙ）で与えられるような関数ｙ＝ｆ（ｘ）であり、
このような曲面に形成された音響レンズを用いれ
ばf₁〜f₂の範囲に分布する焦点を有する集束ビー
ムを得ることができる。

なお、このような音響レンズ３２を用いるに限
らず、リニア・アレイ振動子の各振動子をそれぞ
れ適宜の時間遅延でもつて位相駆動し、その時の
波面が前記(2)式を満す波面となるようにしてもよ
い。例えば、第４図に示すようにリニア・アレイ
振動子３１の各々（ただし両端の振動子は除く）
にデイレー回路４１〜４４を接続して位相駆動す
る。

デイレー回路には共通に駆動パルスＰが入力さ
れ、各デイレー回路はその入力パルスＰを所定の
時間だけ遅延して出力する。その各出力パルスに
より各振動子が駆動される。デイレー回路の遅延
時間は、振動子が駆動されたとき送波される超音
波の波面がｙ＝ｇ（ｘ）となるように、それぞれ
設定される。

各遅延時間について図を参照して次に詳細に説
明する。ここでは便宜上９個の振動子でなるリニ
ア・アレイ振動子の場合を例にとつて説明する。
超音波の波面がｙ＝ｇ（ｘ）を満たすようにする
ためには、中央の振動子３１₅の駆動のタイミン
グを基準によると、端の振動子３１₁および３１₉
については超音波が距離L₁だけ進むに要する時
間だけ早く駆動し、振動子３１₂および３１₈につ
いては超音波が距離L₂だけ進むに要する時間だ
け早く駆動し、振動子３１₃および３１₇について
は超音波が距離L₃だけ進むに要する時間だけ早
く駆動し、振動子３１₄および３１₆については超
音波が距離L₄だけ進むに要する時間だけ早く駆
動する必要がある。

したがつて、換言すれば、端の振動子よりも中
央の振動子ほど遅く駆動するようにする必要があ
り、音波の速度をｖとすると、デイレー回路４２の遅延時間τ₂はデイレー回
路４１の遅延時間τ₁よりも（L₁−L₂）／ｖ時間
だけ長い遅延時間に、デイレー回路４３の遅延時間τ₃はデイレー回
路４１の遅延時間τ₁よりも（L₁−L₃）／ｖ時間
だけ長い遅延時間に、デイレー回路４４の遅延時間τ₄はデイレー回
路４１の遅延時間τ₁よりも（L₁−L₄）／ｖ時間
だけ長い遅延時間に、デイレー回路４５の遅延時間τ₅はデイレー回
路４１の遅延時間τ₁よりも（L₁−L₅）／ｖ時間
だけ長い遅延時間にそれぞれ設定される。

このような遅延時間に設定されたデイレー回路
を介して駆動パルスＰを与えリニア・アレイ振動
子を位相駆動することにより、前記(2)式を満たす
波面を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、リニ
ア・アレイ振動子の表面に適宜の曲面を有する音
響レンズを取付け、またはリニア・アレイ振動子
を適宜に位相駆動することにより、ある範囲に分
布焦点を有する波面を発生させることができるの
で、焦点深度の深い集束ビームを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は波面と焦点との関係を説明する図、第
２図は本発明を説明するための波面と焦点の関係
図、第３図は本発明の探触子の一実施例を示す構
成図、第４図ははリニア・アレイ振動子を位相駆
動するための回路の構成図である。２１……波面、３１……リニア・アレイ振動
子、３２……音響レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】１複数個の振動子を平面状に配列してなるリニ
ア・アレイ振動子と、このリニア・アレイ振動子の前面に結合され、
曲面の座標（Ｘ、Ｙ）が下記の式１を満たすよう
に形成された凸面状の音響レンズからなり、前記リニア・アレイの各振動子を同時
に駆動したとき前記音響レンズの前面における音
波の波面が下記の式２を満足し、振動子の配列方
向（Ｘ軸方向）に直交しかつ振動子配列の中央に
位置する中心軸（Ｙ軸）上に音波の焦点が連続的
に分布するようにしたことを特徴とする探触子。［式１］Ｘ＝ｘ−ｇ・g′／（g′）²−（V₂／V₁）²＋１・V₂／V₁｛√（′）²＋１＋V₂／V₁｝ただし、ｇ＝ｇ（ｘ）＝ｙ、g′＝dy／dx V₁は音響レンズ中の音速 V₂は媒質中の音速。［式２］ dy／dx＝−ｘ／ｙ−２（f₂−f₁）／ｐ・ｘ−f₁ ただし、Ｐは振動子アレイの幅 f₂は分布焦点距離の上限値 f₁は分布焦点距離の下限値ｘとｙの原点は凸面状の音響レンズの
先端。