HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Ultraschalltransducer, der in einem Ultraschalldiagnosegerät zum Senden und
Empfangen von Ultraschallwellen verwendet wird.
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In der Vergangenheit wurden Untersuchungen angestellt, um es
zu ermöglichen, daß ein Ultraschalltransducer seine
Frequenzcharakteristik über einen breiten Bereich hat und um
einen Aufbau unter Verwendung einer akustischen Linse zu
verwirklichen. Beispielsweise ist ein in dem "Handbook of
Medical Ultrasonic Equipments, Seite 186, 5.3.1. Basic Structure
of Ultrasonic Probe", aufgezeigter Aufbau bekannt.
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Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Ultraschalltransducer
dieser Art, der ein piezoelektrisches Element 11 mit
gleichmäßiger Dicke, mindestens zwei Ultraschallanpassungsschichten 12,
13, die auf der Sende- und Empfangsseite (Vorderflächenseite)
für Ultraschallwellen des piezoelektrischen Elements 11
vorgesehen sind und eine gleichmäßige Dicke einer Viertel
Wellenlänge haben, um die durch fehlende Übereinstimmung der
akustischen Impedanz zwischen dem piezoelektrischen Element
und einem zu erfassenden Objekt verursachte Reflexion
abzumildern, um so Ultraschallwellen effektiv abzustrahlen, ein
Verstärkungselement 14, das an der hinteren Oberfläche des
piezoelektrischen Elements vorgesehen ist, so daß es eine
Dämpfungs- und Haltefunktion erfüllt, sowie eine akustische
Linse 15 aufweist, die an der vorderen Oberfläche der
akustischen Anpassungsschicht 13 vorgesehen ist und aus
Silikongummimaterialien zum Konvergieren eines Ultraschallstrahles
hergestellt ist.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung kann eine
Frequenzcharakteristik mit einem breiten Band haben und kann ferner eine
hohe Auflösung verwirklichen, da die Ultraschallwelle dünn
konvergiert wird.
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Die US-A-4659956 beschreibt einen Ultraschalltransducer, der
ein piezoelektrisches Element mit einer konkaven Oberfläche
hat, an welcher eine akustische Anpassungsschicht mit
ungleichmäßiger Dicke angeordnet ist. Die Anpassungsschicht hat
ihre kleinste Dicke in ihrer Mitte.
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Die EP-A-005857 beschreibt einen Ultraschalltransducer, der
ein piezoelektrisches Element mit einer konkaven Oberfläche
hat, an welcher eine akustische Anpassungsschicht mit
ungleichmäßiger Dicke angeordnet ist, wobei die größte Dicke
der Anpassungsschicht in ihrer Mitte liegt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Ultraschalltransducer geschaffen, enthaltend ein piezoelektrisches
Element, das eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke hat und
eine konkave Oberfläche auf einer Seite hat, auf der
Ultraschallwellen gesendet und empfangen werden, sowie mindestens
eine akustische Anpassungsschicht (3), die auf die konkave
Oberfläche des piezoelektrischen Elements gelegt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anpassungsschicht eine ungleichmäßige
Dicke hat, so daß ihre größte Dicke in ihrer Mitte liegt,
wobei die größte Dicke eine Viertel Wellenlänge bei 5,0 MHz
beträgt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei akustische
Anpassungsschichten in dem Ultraschalltransducer vorgesehen,
das heißt eine erste akustische Anpassungsschicht, die auf
eine Seite an dem piezoelektrischen Element gelegt ist und
eine ungleichmäßige Dicke mit ihrer maximalen Dicke von einer
Viertel Wellenlänge bei 5,0 MHz hat, und eine zweite Schicht,
die auf die Objektseite gelegt ist und eine im wesentlichen
gleichmäßige Dicke von etwa einer Viertel Wellenlänge bei 5,0
MHz hat.
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Ferner kann mindestens eine der akustischen
Anpassungsschichten eine gleichmäßige Dicke haben und in eine Richtung
gekrümmt sein, in der Ultraschallwellen zu einem zu
untersuchenden Objekt gesendet und von diesem empfangen werden,
wobei die größte Dicke etwa eine Viertel Wellenlänge bei 5,0
MHz beträgt. In diesem Fall kann die Anpassungsschicht auf
der Seite, auf der die Ultraschallwellen zu dem zu
untersuchenden Objekt gesendet und von diesem empfangen werden,
konkav sein, und die gekrümmte Oberfläche der akustischen
Anpassungsschicht auf der von dem piezoelektrischen Element
entfernten Seite kann eine Krümmung haben, die größer als die
Krümmung des piezoelektrischen Elements ist.
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Bei dieser Anordnung gemäß vorliegender Erfindung, bei der
mindestens eine der akustischen Schichten so gelegt ist, daß
Ultraschallwellen effizient abgestrahlt werden, und bei der
die akustische Anpassungsschicht eine größte Dicke von etwa
einer Viertel Wellenlänge bei 5,0 MHz hat, kann eine
Frequenzcharakteristik Gauß'scher Form über ein breites Band
erhalten werden, und ferner kann ein Ultraschallstrahl ohne
Verwendung einer akustischen Linse in einem beliebigen
Abstand auf Grund der Krümmung des piezoelektrischen Elements
konvergiert werden, so daß es dadurch möglich ist, die
Empfindlichkeit des Ultraschalltransducers zu verbessern. So
kann eine impulsartige Antwortwelle mit einer ausgesprochen
kurzen Wellenlänge erzielt werden und ferner können die
Probleme der Verschlechterung der Frequenzcharakteristik und der
Empfindlichkeit (Effizienz) eliminiert werden, die durch die
Dämpfung durch eine akustische Linse verursacht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Ultraschalltransducer geschaffen, enthaltend ein
piezoelektrisches Element, das eine im wesentlichen gleichmäßige
Dicke hat und eine konkave Oberfläche auf einer Seite hat,
auf der Ultraschallwellen gesendet und empfangen werden,
sowie mindestens eine akustische Anpassungsschicht, die eine
ungleichmäßige Dicke in der Weise hat, daß ihre größte Dicke
in ihrer Mitte liegt, und die auf die konkave Seite des
piezoelektrischen Elements gelegt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Transducer eine erste und eine zweite akustische
Anpassungsschicht enthält, welche verschiedene akustische
Impedanzen haben, wobei die Anpassungsschichten jeweils eine
ungleichmäßige Dicke haben und wobei die erste akustische
Anpassungsschicht auf die konkave Oberfläche nahe dem
piezoelektrischen Element gelegt ist und eine ungleichmäßige Dicke
mit der größten Dicke in ihrer Mitte hat, und die zweite
akustische Anpassungsschicht auf eine Seite nahe an einem zu
erfassenden Objekt gelegt ist und einen Teil mit einer größten
Dicke hat, der an eine Position gesetzt ist, die im
wesentlichen einem Teil der ersten akustischen Anpassungsschicht
entspricht, welcher die größte Dicke hat.
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Nachfolgend wird die Erfindung im Rahmen eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen
Ultraschalltransducer gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung, die
Frequenzcharakteristiken des in Fig. 1 gezeigten Ultraschalltransducers
zeigt;
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Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die
eine Anordnung von in Fig. 1 gezeigten
Ultraschalltransducern zeigt;
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Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die einen
Ultraschalltransducer gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die einen
herkömmlichen Ultraschalltransducer zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
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Wie Fig. 1 zeigt, enthält ein Ultraschalltransducer gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein
konkaves piezoelektrisches Element 1 mit einer gleichmäßigen
Dicke und einer beliebigen Krümmung in Richtungen, in welche
Ultraschallwellen zu einem zu erfassenden Objekt 5 gesendet
und von diesem empfangen werden, ein Verstärkungselement 2,
das auf eine der entgegengesetzten Oberflächen des
piezoelektrischen Elements auf der von dem zu erfassenden Objekt
abgewandten Seite gelegt ist, eine erste akustische
Anpassungsschicht 3, die auf die andere der entgegengesetzten
Oberflächen des piezoelektrischen Elements gelegt ist, bei der es
sich um eine konkave Oberfläche auf der Seite handelt, auf
welcher Ultraschallwellen zu dem zu erfassenden Objekt
gesendet oder von diesem empfangen werden, welche eine flache
vordere Oberfläche hat, eine zweite akustische Anpassungsschicht
4, die auf die erste akustische Anpassungsschicht 3 gelegt
ist, und Zuleitungsdrähte 6 (siehe Fig. 3), die auf die
Seitenoberflächen des Verstärkungselements 2 gelegt sind und von
dem piezoelektrischen Element 1 wegführen.
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Die erste akustische Anpassungsschicht 3 ist in der konkaven
Oberfläche der piezoelektrischen Oberfläche 1 (richtig: des
piezoelektrischen Elements 1) so geformt, daß sie eine
ungleichmäßige Dicke hat, wobei sie einen dicksten Mittelteil
aufweist, von dem die Dicke zu ihrem Umfangsteil hin geringer
und geringer wird, so daß sie demgemäß einen dünnsten äußersten
Teil hat. Die zweite akustische Anpassungsschicht 4 hat
eine über ihre Gesamtheit im wesentlichen gleichmäßige, von
der ersten akustischen Anpassungsschicht verschiedene Dicke,
so daß sie eine Kontaktoberfläche hat, die so ausgelegt ist,
daß sie einen Kontakt mit dem zu erfassenden Objekt 5
herstellt und im wesentlichen flach ist.
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Das piezoelektrische Element 1 ist aus piezoelektrischer
Keramik einer PZT-Gruppe, PbTiO&sub3;-Gruppe oder dergleichen
hergestellt, und wenn es sich bei dem zu erfassenden Objekt 5
beispielsweise um einen menschlichen Körpers handelt, sind die
erste und die zweite akustische Anpassungsschicht 3, 4 aus
Materialien hergestellt, die eine akustische Impedanz von 7
bis 15 MRayl bzw. eine akustische Impedanz von etwa 3 MRayl
haben. In dieser Ausführungsform werden Materialien
verwendet, die diese Impedanzen haben.
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Als Beispiel wurden das konkave piezoelektrische Element 1
der PbTiO&sub3;-Gruppe mit einer Dicke, mit der die Frequenz auf
5,0 MHz eingestellt wurde, die erste akustische
Anpassungsschicht 3, die aus einem Material hergestellt war, das eine
akustische Impedanz von 12 MRayl hatte und durch Zugabe eines
Füllers in Epoxyharz hergestellt wurde, und die zweite
akustische Anpassungsschicht 4, die aus Epoxyharz mit einer
akustischen Impedanz von 2,8 MRayl hergestellt war, verwendet.
Die Dicke des dicksten Teiles (Mittelteil), das heißt die
größte Dicke der ersten akustischen Anpassungsschicht 3 wurde
verändert, während die Dicke der zweiten akustischen
Anpassungsschicht 4 auf eine gleichmäßige Dicke von etwa einer
Viertel Wellenlänge fixiert war, um so eine Vielzahl von
Ultraschalltransducern herzustellen. Anschließend wurden die
Frequenzcharakteristiken dieser Transducer, welche
voneinander verschiedene erste akustische Anpassungsschichten 3
hatten, gemessen, und die Resultate dieser Messungen sind in
Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur sind a, b, c die
Frequenzcharakteristiken, die mit einer ersten akustischen
Anpassungsschicht 3 erzielt wurden, die jeweils eine Dicke von
einem Sechstel, einem Viertel und zwei Fünftel der
Wellenlänge hatte. Sollte die Dicke der ersten akustischen
Anpassungsschicht 3 kleiner als ein Sechstel Wellenlänge sein, was die
Charakteristik a ergibt, würde die Frequenzcharakteristik
verschlechtert, und sollte sie größer als die Dicke sein,
welche die Charakteristik c ergibt, würde die
Frequenzcharakteristik ähnlich der Charakteristik a verschlechtert. Aus
dieser Tatsache wurde festgestellt, daß eine
Frequenzcharakteristik des Normalverteilungstyps über ein breites Band
erzielt werden kann, wenn die Dicke des Teils mit der größten
Dicke der ersten akustischen Anpassungsschicht 3, welche eine
ungleichmäßige Dicke hat, auf etwa eine Viertel Wellenlänge
eingestellt wird.
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Nachfolgend wird die Beziehung zwischen der
Frequenzcharakteristik und der Auflösung kurz erläutert, um den Grund
darzulegen, warum eine Frequenzcharakteristik des
Normalverteilungstyps über ein breites Band für Ultraschalltransducer für
Ultraschalldiagnosegeräte wünschenswert ist.
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Unter verschiedenen Auflösungen ist die Distanzauflösung in
einer Richtung, in der Ultraschallwellen gesendet oder
empfangen werden, die Fähigkeit, wie zwei entfernte Punkte
während des Sendens und Empfangens von Impulswellen aufgelöst
und dargestellt werden können, das heißt je kürzer die
Impulsbreite ist, desto höher ist die Auflösung. Um eine kurze
Impulsbreite zu erhalten, gibt es zwei Wege, von welchen
einer eine hohe Frequenz verwendet und der andere eine
Einzelpeakcharakteristik (Charakteristik Gauß'scher Form) mit einem
breiten Band verwendet. Sollte die Frequenzcharakteristik mit
einer festgelegten Frequenz verbessert werden, so sollte der
zweite Weg, das heißt der Weg, der eine
Frequenzcharakteristik des Normalverteilungstyps mit einem breiten Band hat,
verwendet werden.
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Demgemäß versteht sich von selbst, daß die Charakteristik,
die die beste Distanzauflösung hat, dadurch erzielt werden
kann, daß die akustische Anpassungsschicht eine Dicke einer
Viertel Wellenlänge hat, wie durch die Frequenzcharakteristik
b angegeben. Ferner ist es wünschenswert, daß die zweite
akustische Anpassungsschicht 4 eine Dicke von etwa einer Viertel
Wellenlänge hat.
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Da ferner diese Ausführungsform das konkave piezoelektrische
Element 1 mit einer beliebigen Krümmung verwendet, kann ein
Ultraschallstrahl gebildet werden, der einen Brennpunkt an
einer beliebigen Position hat, auch wenn eine akustische
Linse, die aus Silikongummi oder dergleichen hergestellt ist,
wie dies herkömmlich der Fall ist, auf eine akustische
Anpassungsschicht gelegt wird. Demgemäß ist es selbstverständlich
möglich, die Verschlechterung der Frequenzcharakteristik auf
Grund einer Dämpfung durch eine wie herkömmlicherweise üblich
aus Silikongummi hergestellten akustischen Linse zu
verhindern, und es ist ferner möglich, die Empfindlichkeit
(Effizienz) zu verbessern. Wenn man die Empfangsspannung
vergleicht, das heißt die Empfindlichkeiten (Effizienz) zwischen
einer Anordnung, die mit dem herkömmlichen Beispiel
vollständig identisch ist, und dieser Ausführungsform im Hinblick auf
Frequenz, Apertur und Brennweite, zeigte diese
Ausführungsform eine Frequenzcharakteristik, die um etwa 6 dB höher ist
als die herkömmliche.
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Obgleich die Beschreibung in der Hinsicht erfolgte, daß das
piezoelektrische Element 1 aus piezoelektrischer Keramik
hergestellt ist, kann ein piezoelektrisches Verbundelement, das
aus einem Verbund aus piezoelektrischer Keramik und einem
Polymer, oder ein piezoelektrisches PVDF-Element zum Erzielen
einer Frequenzcharakteristik mit Gauß'scher Form verwendet
werden. Da in diesem Fall die akustische Impedanz des
piezoelektrischen Elements 1 niedriger als bei einem aus
piezoelektrischer Keramik hergestelltem wird, müssen die
akustischen Impedanzen der erste und der zweiten Anpassungsschicht
3, 4 selbstverständlich klein sein.
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Obgleich ferner erklärt wurde, daß in dieser Ausführungsform
zwei akustische Anpassungsschichten 3, 4 verwendet werden,
kann auch ein Ultraschalltransducer, in dem eine akustische
Anpassungsschicht oder mehr als drei akustische
Anpassungsschichten verwendet werden, eine Frequenzcharakteristik des
Normalverteilungstyps über ein breites Band zeigen.
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Obgleich erläutert wurde, daß die zweite akustische
Anpassungsschicht 3 eine gleichmäßige Dicke und eine flache
Oberfläche hat, die so ausgelegt ist, daß sie einen Kontakt mit
dem zu erfassenden Objekt 5 herstellt, kann ferner eine
Anordnung, bei der die zweite akustische Anpassungsschicht 4
eine ungleichmäßige Dicke ähnlich der ersten akustischen
Anpassungsschicht 3 hat, bei der der Teil mit der größten Dicke
eine Dicke von etwa einer Viertel Wellenlänge hat und die
Oberfläche der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4, die
den Kontakt mit dem zu erfassenden Objekt 5 herstellt, konkav
ist, auch eine Frequenzcharakteristik mit Gauß'scher Form
über ein breites Band zeigen. Obgleich ferner erläutert
wurde, daß das einzelne piezoelektrische Element 1 in dem
Ultraschalltransducer gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird,
kann ein Ultraschalltransducer des sogenannten Array-Typs,
bei dem das piezoelektrische Element 1 in mehrere Streifen
geteilt ist, die gleichen Effekte zeigen.
Zweite Ausführungsform
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Nachfolgend wird unter Bezug auf die Zeichnungen eine zweite
Ausführungsform erläutert. Fig. 4 ist eine schematische
Schnittansicht, die einen Ultraschalltransducer gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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In dieser Ausführungsform besteht, wie Fig. 4 zeigt, der
Ultraschalltransducer aus einem piezoelektrischen Element 1,
einem Verstärkungselement 2, einer ersten akustischen
Anpassungsschicht 3 und einer zweiten akustischen
Anpassungsschicht 4.
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Der Krümmungsradius R des piezoelektrischen Elements 1 ist im
Hinblick auf einen Brennpunkt bestimmt, auf den der
Ultraschallstrahl fokusiert wird, und ferner ist die Aperturbreite
A des piezoelektrischen Elements in Abhängigkeit von einer
Frequenz und einem Ausmaß der Umwandlung des
Ultraschallstrahles bestimmt. Demgemäß kann die erste akustische
Anpassungsschicht 3, die eine flache Vorderfläche hat, in einem
bestimmten Fall nicht auf dem konkaven Oberflächenteil des
piezoelektrischen Elements 1 gebildet werden, im Vergleich zu
der ersten Ausführungsform, wo dies der Fall ist. Das heißt,
daß die Höhe des tiefsten Teiles des konkaven
Oberflächenteils des piezoelektrischen Elements, die gleich der größten
Dicke der ersten akustischen Anpassungsschicht 3 ist, nicht
auf eine Viertel Wellenlänge eingestellt werden kann. Dieses
Problem kann jedoch durch die in Fig. 4 gezeigte Anordnung
in dieser Ausführungsform gelöst werden.
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Wie Fig. 4 zeigt, ist die Ultraschallwellen sendende und
empfangende Oberfläche des konkaven piezoelektrischen
Elements, die einen beliebigen Krümmungsradius Rp hat, mit der
ersten akustischen Anpassungsschicht 3 überdeckt, mit der
Ausnahme des äußeren Umfangsteils derselben, und ferner hat
die erste akustische Anpassungsschicht 3 eine konkave
Oberflächenform mit einem Krümmungsradius R&sub1;, so daß ihr Teil mit
der größten Dicke eine Dicke von etwa einer Viertel
Wellenlänge hat. Ferner ist die zweite akustische Anpassungsschicht
4 auf die erste akustische Anpassungsschicht 3 gelegt und hat
eine konkave Oberflächenform, die einen Krümmungsradius R&sub2;
hat, so daß ihr Teil mit der größten Dicke ähnlich der ersten
akustischen Anpassungsschicht eine Dicke von einer Viertel
Wellenlänge hat.
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Beispielsweise ist ähnlich der ersten Ausführungsform das
piezoelektrische Element 1 aus piezoelektrischer Keramik mit
einer Frequenz von 5,0 MHz hergestellt und die erste und die
zweite akustische Anpassungsschicht 2,4 sind jeweils aus
Materialien
hergestellt, die akustische Impedanzen von 12 MRayl
(eine Schallgeschwindigkeit von 2.550 m/s) und 2,8 MRayl
(eine Schallgeschwindigkeit von 2.580 m/s) haben. Wenn der
Krümmungsradius Rp des piezoelektrischen Elements auf 40 mm
eingestellt ist und wenn der Durchmesser der Apertur A auf 10
mm eingestellt ist, wird der Krümmungsradius der ersten und
der zweiten akustischen Anpassungsschicht 3 67 mm, so daß die
Teile mit der größten Dicke der ersten und der zweiten
akustischen Anpassungsschicht eine Dicke von etwa einer Viertel
Wellenlänge haben (die für die erste akustische
Anpassungsschicht 3 0,128 mm beträgt und die für die zweite akustische
Anpassungsschicht 4 0,129 mm beträgt). Ferner wird der
Krümmungsradius R&sub2; der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4
218 mm. Wenn somit die erste und die zweite akustische
Anpassungsschicht 3, 4 Krümmungen haben, die größer sind als
diejenigen des piezoelektrischen Elements 1, können ihre Teile
mit der größten Dicke eine Dicke von etwa einer Viertel
Wellenlänge haben. Ferner sei angemerkt, daß der Teil der
zweiten akustischen Anpassungsschicht 4 mit der größten Dicke im
wesentlichen mit dem Teil der ersten akustischen
Anpassungsschicht 3 mit der größten Dicke fluchtend ausgerichtet ist.
Ferner kann ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform, da das piezoelektrische Element eine konkave
Oberflächenform mit einer beliebigen Krümmung hat, ein
Ultraschallstrahl auf einen Brennpunkt konvergiert werden, der
einen beliebigen Abstand hat, obgleich keine aus Silikongummi
oder dergleichen hergestellte akustische Linse auf die
akustische Anpassungsschicht gelegt wird, wie das
herkömmlicherweise der Fall war. Demgemäß ist es selbstverständlich
möglich, die Verschlechterung der Frequenzcharakteristik auf
Grund der Dämpfung durch eine akustische Linse wie bei dem
Stand der Technik zu vermeiden, und es ist ferner möglich,
die Empfindlichkeit (Wirkung) zu verbessern.
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Da ein Ultraschalltransducer mit einer Frequenzcharakteristik
in Gauß'scher Form über ein breites Band und einem hohen
Wirkungsgrad geschaffen werden kann, ist es demgemäß möglich,
ein Ultraschallbild zu erhalten, das eine hohe Auflösung und
eine hohe Erfassungstiefe hat.
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Obgleich ein piezoelektrisches Element 1 beschrieben wurde,
das aus piezoelektrischer Keramik hergestellt ist, können ein
Ultraschalltransducer, der ein piezoelektrisches
Verbundelement 1 verwendet, das aus einem Verbundstoff aus
piezoelektrischer Keramik und einem Polymer hergestellt ist, und ein
piezoelektrisches Element 1, das aus PVDF oder dergleichen
hergestellt ist, ebenfalls eine Frequenzcharakteristik mit
Gauß'scher Form ergeben. Da in diesem Fall jedoch die
akustische Impedanz des piezoelektrischen Elements 1 niedriger als
die eines aus piezoelektrischer Keramik hergestellten
akustischen Elements wird, sind die erste und die zweite akustische
Anpassungsschicht 3, 4 selbstverständlich aus Materialien
hergestellt, die niedrige akustische Impedanzen haben.
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Obgleich ferner gemäß der Erläuterung zwei akustische
Anpassungsschichten 3, 4 in dieser Ausführungsform vorgesehen
wurden, kann beispielsweise ein Ultraschalltransducer, der eine
akustische Anpassungsschicht oder mehr als drei akustische
Anpassungsschichten verwendet, ebenfalls eine
Frequenzcharakteristik mit Gauß'scher Form zeigen, die ein breites Band
hat.
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Obgleich ferner ein Ultraschalltransducer erläutert wurde,
bei dem in dieser Ausführungsform das piezoelektrische
Element 1 und die erste und die zweite akustische
Anpassungsschicht 3, 4 jeweils nur eine einzelne Krümmung mit einem
Mittelpunkt haben, kann beispielsweise ein
Ultraschalltransducer, bei dem sie jeweils eine Oberfläche haben, die
Krümmungen mit einer Vielzahl von Mittelpunkten hat, ebenfalls
eine Frequenzcharakteristik mit Gauß'scher Form zeigen, die
ein breites Band hat.
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Obgleich ferner in dieser Ausführungsform ein
Ultraschalltransducer erläutert wurde, bei dem die erste und die zweite
akustische Anpassungsschicht 3, 4 jeweils Krümmungen haben,
die eine ungleichmäßige Dicke ergeben, kann beispielsweise
ein Ultraschalltransducer, bei dem nur die erste akustische
Anpassungsschicht 3 so gekrümmt ist, daß sie eine
ungleichmäßige Dicke hat, während die zweite akustische
Anpassungsschicht 4 eine gleichmäßige Dicke von einer Viertel
Wellenlänge hat, ebenfalls eine Frequenzcharakteristik in
Gauß'scher Form zeigen.
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Obgleich in dieser Ausführungsform ferner der
Ultraschalltransducer erläutert wurde, bei dem ein einzelnes
piezoelektrisches Element 1 verwendet wird, kann ein
Ultraschalltransducer des sogenannten Array-Typs, bei dem das
piezoelektrische Element 1 in mehrere miteinander angeordnete Stücke
geteilt ist, ähnliche Effekte zeigen.
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Da wie vorstehend erläutert gemäß vorliegender Erfindung
mindestens eine akustische Anpassungsschicht auf die Seite der
konkaven Oberfläche des piezoelektrischen Elements gelegt
wird, das eine konkave Form auf der Seite hat, auf der
Ultraschallwellen gesendet und empfangen werden, und eine
ungleichmäßige Dicke hat, wobei sie eine größte Dicke von einer
Viertel Wellenlänge hat, kann der Ultraschalltransducer eine
Frequenzcharakteristik mit Gauß'scher Form über einen breiten
Bereich zeigen. Da ferner das piezoelektrische Element selbst
so in eine konkave Form gebracht wird, daß es eine beliebige
Krümmung hat, kann ein Ultraschallstrahl konvergiert werden,
wodurch es möglich ist, eine akustische Linse überflüssig zu
machen. Mit dieser Anordnung kann eine zufriedenstellende
Frequenzcharakteristik über einen breiten Bereich erzielt
werden, während die Empfindlichkeit (Effizienz) verbessert
werden kann, so daß es demgemäß möglich ist, ein
Ultraschallbild zu erzeugen, das eine hohe Auflösung und eine hohe
Erfassungstiefe hat.