JPS6365199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波探触子に関し、特に圧電セラミ
ツクス材から形成された本体を有する送信用振動
子と、高分子圧電材から形成された本体を有して
上記送信用振動子の音場側に設けられた受信用振
動子とを有する超音波探触子に関する。

電気音響変換手段として圧電セラミツクス材か
ら形成された振動子本体を利用するようにした超
音波探触子においては、変換効率は大きいが人体
および水などとの音響整合性が悪く、そのため周
波数帯域幅が狭いという難点がある。また、高分
子圧電材から形成された振動子本体を利用するよ
うにしたものにあつては、人体および水などとの
音響整合性が良好で周波数帯域幅を広く設定でき
るが、変換効率、特に送信時における電気→音響
変換効率が低いという難点がある。

上記両振動子の欠点を補ない長所を組合わせる
ことにより上述のような問題点を解決するため、
第１図に例示するように送信用振動子１と受信用
振動子２とを厚さ方向に重ね合せ、送信用振動子
１の本体３を圧電セラミツクス材から形成すると
ともに、受信用振動子２の本体４を高分子圧電材
から形成するようにしたものが提案されている。
同図において５，６，７は電極、８は背板、９，
１０は開閉素子、１１は送信端、１２は受信端で
ある。そして、送信時には開閉素子９，１０を閉
じることにより電極５が送信端１１に接続される
とともに電極６，７が接地され、送信用振動子１
のみが励振されるとともに受信用振動子２は単に
音響伝送路として用いられる。この場合、使用す
る超音波の波長をλとすれば受信用振動子２は厚
さが約λ/4に等しく形成されており、その音響イ
ンピーダンスも人体または水のそれと送信用振動
子１のそれとの中間でやや水寄りの値であるか
ら、受信用振動子２はλ/4音響整合層としての作
用をなす。また、受信時には開閉素子９，１０を
開くことにより電極５が開放されるとともに電極
６，７間に生じた受信信号が受信端１２に導かれ
る。この場合、送信用振動子１は受信用振動子２
に比較して音響インピーダンスが大きいので、受
信用振動子２はλ/4形共振周波数を中心周波数と
して動作する。

上述のような従来例においては、送信用振動子
１に送信効率の特に大きい圧電セラミツク材を利
用するとともに、受信用振動子２には受信効率の
方が高くかつ人体および水に対る音響整合性の良
好な高分子圧電材を利用しているので、このよう
な複合形超音波探触子は変換率が高く周波数帯域
特性が優れていると言われている。

しかしながら、上記従来例においては音響イン
ピーダンスが大幅に相異なる送信用振動子１と受
信用振動子２を直接重ね合せて接合してあるた
め、送信時における音響整合性が特に優れている
とは認められない。また、受信時には受信用振動
子２のみがλ/4共振形の振動をなすといわれてい
るが、送信用振動子１の方が受信用振動子２より
も結合係数が大きいので、これら両振動子１，２
の複合振動や送信用振動子１の単体振動による引
込み現象などが発生し、その分だけ受信効率が低
下するという欠点を伴なう。さらに、開閉素子
９，１０等を要するため構造が複雑で高価になる
という欠点がある。

本発明は上記事情のもとになされたもので、そ
の目的とするところは、上記従来例に比し変換効
率に優れるとともに周波数特性が広帯域性を備
え、しかも構造が簡単で低コストな超音波探触子
を提供することにある。

以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。第２図において送信用振動子２０は高分子圧
電材から形成された本体２１と、この本体２１の
厚さ方向前側（音場側）および後側（背板側）に
それぞれ設けられた接地電極２２および駆動電極
２３とを備えている。そして、送信用振動子２０
の厚さ方向後側には背板２４が設けられるととも
に、前側には受信用振動子２５が設けられてい
る。この受信用振動子２５は、高分子圧電材から
形成された本体２６と、この本体２６の厚さ方向
前側および後側にそれぞれ設けられた接地電極２
７および信号電極２８とを備えている。上記駆動
電極２３および信号電極２８は送信端３１および
受信端３２にそれぞれ接続されている。

上記送信用振動子２０と受信用振動子２５との
間には、使用超音波の波長をλとしてλ/4にほぼ
相等しい厚さの音響整合層３３が介設されてい
る。また、上記受信用振動子２５は厚さがλ/2に
ほぼ相等しく形成されている。

上述のように構成された装置においては、送信
端３１を介して送信用振動子２０の駆動電極２３
と接地電極２２との間に駆動電圧を印加すると、
振動子本体２１が励振されて超音波を発生する。
この超音波は音響整合層３３および受信用振動子
２５を通過して伝播され、受信用振動子２５の前
面と直接または適宜接触媒質を介して接触する被
検体（図示略）に入射される。そして、被検体に
おける任意の反射体によつて反射された超音波の
一部が受信用振動子２５に入射すると、その本体
２６が振動されることにより信号電極２８と接地
電極２７との間にエコー信号が誘起され、このエ
コー信号が受信端３２から取出される。

上記構成によれば、超音波送信時には、圧電セ
ラミツクス材よりなる送信用振動子２０と被検体
との間に使用超音波の波長λの1/4の厚さを有す
る音響整合層３３と高分子圧電材よりなる使用超
音波の波長λの1/2の厚さを有する受信用振動子
２５とからなる２重音響整合層が形成されている
ので、上記従来に比し音響整合性の低下はない。
すなわち、超音波送信時においては使用超音波波
長λの1/4または3/4で共振させると効率が良いこ
とは理論的に知られており、上記のように送信用
振動子２０と被検体との間に、λ/4の厚さを有す
る音響整合層３３とλ/2の厚さを有する受信用振
動子２５とからなる２重音響整合層を形成する
と、音響整合層３３＋受信用振動子２５で3/4・
λの厚みとなつて共振するから、したがつて音響
整合性での遜色はない。

また、逆に反射波の受信時には、受信用振動子
をλ/2の共振で振動させれば効率が良いことも理
論的に知られており、上記構成によれば高分子圧
電材よりなる使用超音波の波長λの1/2の厚さを
有する受信用振動子２５がλ/2の共振をなすので
受信感度が高くなる。この場合、受信用振動子２
５にλ/2の共振をさせるためには、受信用振動子
２５の前後両側に比較的インピーダンスの低いも
のを配置して受信用振動子２５が自由に振動でき
る状態に保つておく必要があり、本実施例では受
信用振動子２５と送信用振動子２０との間にλ/4
の厚さを有する緩衝層となる音響整合層３３を設
けたので、受信用振動子２５をλ/2で良好に振動
させることができる。

このようなことから、送信用振動子２０と受信
用振動子２５とが一体的に振動するような複合振
動が防止され、送信用振動子２０の単体振動によ
る引込み現象も著しく減少し、受信効率および周
波数特性が大幅に向上される。さらに、送信用振
動子２０の接地電極２２と受信用振動子２５の信
号電極２８とが音響整合層３３を介して電気的に
絶縁されているので、上記従来例におけるような
開閉素子９，１０等を設ける必要がなく、構造が
著しく簡略化されるとともに大幅なコスト低減が
可能である。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるも
のではなく、たとえば第３図に示すように受信用
振動子２５の前側に音響整合層あるいは音響レン
ズ等３４を設けるようにしてもよい。また、第４
図に例示するように送、受信用振動子２０，２５
を有する複数の素子４０を配設するようにしても
よく、この場合には必要に応じて相隣る素子間に
適宜の充填材４１を設けるようにしてもよい。そ
の他、本発明の要旨とするところの範囲内で種々
の変更ないし応用が可能である。

本発明は、上述したように圧電セラミツクス材
から形成された本体を有する送信用振動子と、高
分子圧電材から形成された本体を有する受信用振
動子との間に、これら両振動子の音響インピーダ
ンスを整合するための整合層を設けるとともに、
上記受信用振動子の厚さを使用波長の1/2とほぼ
相等しく形成したので、両振動子間に共通の電極
を設けるとともに受信用振動子の厚さを使用波長
の1/4とほぼ相等しく形成した従来のものに比し、
変換効率および周波数特性の広帯域性を大幅に向
上し得るとともに、構造を著しく簡単化してコス
トを大幅に節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す説明図、第２図は本発明
の一実施例を示す断面図、第３図および第４図は
相異なる変形例を示す説明図である。 ２０…送信用振動子、２１，２６…本体、２
２，２３，２７，２８…電極、２５…受信用振動
子、３３…音響整合層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電セラミツクス材により形成された本体を
   有する送信用振動子と、この送信用振動子の音場
   側に設けられ高分子圧電材から形成された本体を
   有する受信用振動子と、これら送信用振動子およ
   び受信用振動子の間に設けられこれら両振動子の
   音響インピーダンスを整合する整合層とを具備
   し、上記受信用振動子の厚さを使用波長の１／２
   に等しく形成し、かつ上記整合層の厚さを使用波
   長の１／４に等しく形成したことを特徴とする超
   音波探触子。