JPH04273699A - Ultrasonic wave checking device - Google Patents
Ultrasonic wave checking deviceInfo
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- JPH04273699A JPH04273699A JP3034711A JP3471191A JPH04273699A JP H04273699 A JPH04273699 A JP H04273699A JP 3034711 A JP3034711 A JP 3034711A JP 3471191 A JP3471191 A JP 3471191A JP H04273699 A JPH04273699 A JP H04273699A
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、圧電振動子を用いて
超音波を送受し対象物を検査する超音波検査装置に係り
、特に超音波探触子とその駆動回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus for inspecting an object by transmitting and receiving ultrasonic waves using a piezoelectric vibrator, and more particularly to an ultrasonic probe and its drive circuit.
【0002】0002
【従来の技術】超音波検査装置は、圧電振動子を主体と
して構成された超音波探触子を用い、超音波を対象物に
向けて送信し、音響インピーダンスの異なる界面からの
反射波を受信して、対象物の内部状態を画像化すること
により対象物を検査する装置である。このような超音波
検査装置としては、人体内部を検査するための医用診断
装置や、金属溶接内部などの探傷を目的とした超音波探
傷装置などが実用化されている。[Prior Art] Ultrasonic inspection equipment uses an ultrasonic probe mainly composed of piezoelectric vibrators to transmit ultrasonic waves toward an object and receive reflected waves from interfaces with different acoustic impedances. This is a device that inspects an object by imaging the internal state of the object. As such ultrasonic inspection devices, medical diagnostic devices for inspecting the inside of the human body, ultrasonic flaw detection devices for the purpose of detecting flaws inside metal welds, etc. have been put into practical use.
【0003】医用超音波診断装置においては、Bモード
像すなわち人体の断層像を取得して表示する動作が基本
となっている。この動作モード(Bモードという)では
、病変による身体の微妙な変化や空隙が深部まで明瞭に
観測できるような高分解能の画像が高感度に得ることが
要求されている。The basic operation of a medical ultrasonic diagnostic apparatus is to acquire and display a B-mode image, that is, a tomographic image of the human body. In this operation mode (referred to as B mode), it is required to obtain high-resolution images with high sensitivity so that subtle changes in the body due to lesions and voids can be clearly observed deep down.
【0004】一方、最近ではBモードに加え、心臓、肝
臓、頸動脈などを対象にドップラ効果を利用して血流速
などの血流情報を2次元でカラー表示するカラーフロー
マッピング(CFM)法の開発により、診断能は飛躍的
に上がってきている。このようなCFM像などを得るド
プラモードにおいては、例えば直径数ミクロンといった
小さな血球からのエコー信号を用いることから、Bモー
ドに比べて得られる信号レベルは小さいため、高感度化
が特に要求されている。On the other hand, recently, in addition to B-mode, a color flow mapping (CFM) method has been developed that uses the Doppler effect to display blood flow information such as blood flow velocity in two-dimensional color for the heart, liver, carotid artery, etc. With the development of , diagnostic ability has improved dramatically. In Doppler mode, which obtains such CFM images, echo signals from small blood cells, such as a few microns in diameter, are used, so the signal level obtained is lower than in B mode, so high sensitivity is particularly required. There is.
【0005】Bモードにおいて高分解能の画像を得るた
めには、超音波ビームの距離分解能および方位分解能を
上げることが必要となる。これらの分解能を最も容易に
向上させる方法としては、超音波周波数帯域の高周波化
が挙げられる。しかし、生体内においては超音波減衰定
数が大きいために、高周波化をすると超音波減衰による
S/Nの劣化やペネトレーションの低下が問題となって
くる。そこで、特に高感度が要求されるドプラモードに
おいては、リファレンス周波数は超音波探触子の持つ周
波数帯域の中心周波数よりも低い周波数に設定される。
この理由は、低周波ほど生体内での超音波の減衰が少な
いため、超音波減衰によるS/N低下の影響をドプラ像
が受けにくいからである。[0005] In order to obtain a high-resolution image in B mode, it is necessary to increase the distance resolution and azimuth resolution of the ultrasonic beam. The easiest way to improve these resolutions is to increase the frequency of the ultrasonic frequency band. However, since the ultrasonic attenuation constant is large in a living body, increasing the frequency causes problems such as deterioration of S/N and reduction in penetration due to ultrasonic attenuation. Therefore, especially in the Doppler mode where high sensitivity is required, the reference frequency is set to a frequency lower than the center frequency of the frequency band of the ultrasound probe. The reason for this is that the lower the frequency, the less attenuation of the ultrasound in the living body, so the Doppler image is less susceptible to the S/N reduction due to ultrasound attenuation.
【0006】以上のような事情から、現実には被検体の
状況によってBモード像の分解能が要求される場合には
高周波用の超音波探触子を使用し、ドプラモードの感度
が必要な場合には低周波用の超音波探触子を使用すると
いった操作が一般に行われている。[0006] Due to the above circumstances, in reality, a high-frequency ultrasound probe is used when B-mode image resolution is required depending on the condition of the subject, and when Doppler mode sensitivity is required. In general, operations such as using a low-frequency ultrasonic probe are performed.
【0007】仮に一つの超音波探触子で2種類の周波数
帯域成分の超音波を送受信することができれば、一つの
プローブで高分解能のBモード像と高感度のドプラ像を
選択的に得ることが可能となる。この発想に近いものと
して、一つのプローブ内に共振周波数の異なる2種類の
振動子を設置したデュプレクス型超音波探触子がいくつ
かのメーカーから製造販売されている。[0007] If one ultrasonic probe can transmit and receive ultrasonic waves of two types of frequency band components, it would be possible to selectively obtain a high-resolution B-mode image and a high-sensitivity Doppler image with one probe. becomes possible. Several manufacturers manufacture and sell duplex-type ultrasonic probes based on this idea, in which two types of transducers with different resonance frequencies are installed in one probe.
【0008】しかし、この種の超音波探触子は共振周波
数の異なる振動子を異なる位置に配置して用いているた
め、Bモード像、ドプラ像それぞれの場合で超音波の送
受波面が異なる。従って、Bモードおよびドプラモード
の両モードにおいて同一断層面を観察することはできず
、より良い診断を行う上では好ましくない。However, since this type of ultrasonic probe uses transducers with different resonance frequencies arranged at different positions, the ultrasonic transmission/reception wave planes are different for each of the B-mode image and Doppler image. Therefore, it is not possible to observe the same tomographic plane in both B mode and Doppler mode, which is not preferable for better diagnosis.
【0009】一方、積層圧電素子を用いることにより、
同一の圧電振動子で2つの異なる周波数帯域を持つ超音
波を送受する超音波探触子が提案されている(例えば特
開昭60−41399号公報参照)。このような超音波
探触子を用いれば、分離された2つの周波数帯域の高周
波側でBモード信号、低周波側でドプラ信号をそれぞれ
得ることができ、両モードで同一断層面を観察すること
が可能となる。On the other hand, by using a laminated piezoelectric element,
An ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves having two different frequency bands using the same piezoelectric vibrator has been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-41399). Using such an ultrasound probe, it is possible to obtain a B-mode signal on the high frequency side of two separated frequency bands and a Doppler signal on the low frequency side, making it possible to observe the same tomographic plane in both modes. becomes possible.
【0010】この超音波探触子では一つの圧電振動子の
持つ電気−機械変換効率を2つの周波数帯域で二分して
使用しているため、通常の単一周波数特性の超音波探触
子に比較して各々の周波数帯域が狭くなってしまう。こ
のため、Bモード像では波連長(エコー信号の尾引き)
が長くなることによる分解能の低下や、S/Nの劣化お
よびペネトレーションの低下といった問題が生じてくる
。[0010] Since this ultrasonic probe uses the electro-mechanical conversion efficiency of one piezoelectric transducer divided into two in two frequency bands, it is different from an ordinary ultrasonic probe with a single frequency characteristic. In comparison, each frequency band becomes narrower. For this reason, in the B-mode image, the wave length (tailing of the echo signal)
Problems such as a decrease in resolution, a deterioration in S/N, and a decrease in penetration arise due to the increase in the length of the signal.
【0011】また、ドプラモードにおいては一般にリフ
ァレンス周波数が固定されているために、この超音波探
触子ではドプラモードに使用できる周波数帯域が狭いこ
とにより、僅かな周波数帯域のずれが感度に大きく影響
するという問題もある。[0011] Furthermore, since the reference frequency is generally fixed in Doppler mode, the frequency band that can be used in Doppler mode is narrow in this ultrasonic probe, so a slight deviation in the frequency band has a large effect on the sensitivity. There is also the problem of doing so.
【0012】0012
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術では一つの超音波探触子で2つの周波数帯域を得
るために共振周波数の異なる複数の圧電振動子を用いる
と、各周波数帯域で同一部位を観察することができず、
また一つの積層型圧電振動子を2つの周波数帯域で動作
させるようにした超音波探触子では、それぞれの周波数
帯域の比帯域が狭く、良好な画像が得られないという問
題があった。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the conventional technology, when a plurality of piezoelectric vibrators with different resonance frequencies are used to obtain two frequency bands with one ultrasonic probe, each frequency band It is not possible to observe the same part in
Further, in an ultrasonic probe in which one laminated piezoelectric vibrator is operated in two frequency bands, there is a problem in that the fractional band of each frequency band is narrow and good images cannot be obtained.
【0013】本発明は、同一送受波面で2つの異なる周
波数帯域を持つ超音波を各々独立して送受することがで
き、且つ各々の周波数帯域の比帯域が十分に広い超音波
探触子を用いて、Bモードやドプラモードでの検査を良
好に行うことができる超音波検査装置を提供することを
目的とする。[0013] The present invention uses an ultrasonic probe that can independently transmit and receive ultrasound having two different frequency bands on the same transmitting and receiving wave surface, and that has a sufficiently wide ratio band of each frequency band. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic inspection apparatus that can perform inspections in B mode or Doppler mode favorably.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波検査
装置は、圧電セラミック層と、圧電セラミック材料およ
び高分子材料からなる複合圧電体層とが電極層を介して
積層された積層圧電振動子を用いて超音波探触子を構成
し、これを圧電セラミック層単体と積層圧電振動子全体
とに選択的に駆動電圧を印加する駆動回路によって駆動
するようにしたものである。また、複合圧電体層は圧電
セラミック層単体の駆動時に音響マッチング層として働
くような厚さおよび音響インピーダンスを有することが
望ましい。[Means for Solving the Problems] An ultrasonic inspection apparatus according to the present invention has a laminated piezoelectric vibration system in which a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer made of a piezoelectric ceramic material and a polymeric material are laminated with electrode layers interposed therebetween. An ultrasonic probe is constructed using a single piezoelectric ceramic layer and is driven by a drive circuit that selectively applies a drive voltage to the single piezoelectric ceramic layer and the entire laminated piezoelectric vibrator. Further, it is desirable that the composite piezoelectric layer has such a thickness and acoustic impedance that it functions as an acoustic matching layer when the piezoelectric ceramic layer alone is driven.
【0015】[0015]
【作用】圧電セラミック層と複合圧電体層からなる積層
圧電振動子により構成される超音波探触子のうち、圧電
セラミック層のみを駆動すると、比較的高い周波数成分
の振動が得られる。一方、積層圧電振動子全体を駆動す
ると、圧電セラミック層と複合圧電体層の総合厚さによ
り、比較的低い周波数成分の振動が得られる。この結果
、同一の超音波探触子によって2つの異なる周波数帯域
の超音波が同じ送受波面で各々独立して送受され、例え
ばBモードとドプラモードのような異なる動作モードに
おいて、対象物の同じ部位の観察が可能となる。[Operation] In an ultrasonic probe composed of a laminated piezoelectric vibrator consisting of a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer, when only the piezoelectric ceramic layer is driven, vibrations with relatively high frequency components can be obtained. On the other hand, when the entire laminated piezoelectric vibrator is driven, vibrations of relatively low frequency components can be obtained due to the total thickness of the piezoelectric ceramic layer and the composite piezoelectric layer. As a result, ultrasonic waves of two different frequency bands are transmitted and received independently by the same ultrasound probe on the same transmission and reception plane, and in different operating modes such as B mode and Doppler mode, the same part of the object observation becomes possible.
【0016】この場合、両周波数帯域で圧電セラミック
層の電気−機械変換効率が二分されることはないので、
高周波側および低周波側のいずれの周波数帯域とも、一
般的な単一周波数帯域の超音波探触子と同程度の比帯域
が得られる。圧電セラミック層単層での振動時に、複合
圧電体層が音響マッチング層として動作するように条件
を選んでおけば、不要振動の発生が防止されるので、特
に高周波側の周波数特性を良好にする上で有利となる。In this case, since the electromechanical conversion efficiency of the piezoelectric ceramic layer is not divided into two in both frequency bands,
In both the high-frequency side and the low-frequency side, a fractional band comparable to that of a general single-frequency-band ultrasonic probe can be obtained. If conditions are selected so that the composite piezoelectric layer acts as an acoustic matching layer when a single piezoelectric ceramic layer vibrates, unnecessary vibrations will be prevented, resulting in good frequency characteristics, especially on the high frequency side. It is advantageous above.
【0017】従って、例えば高い周波数の超音波を用い
るBモードにおいては、高分解能、高S/NのBモード
信号が得られ、ペネトレーションも十分に確保される。
低い周波数の超音波を用いるドプラモードでは、周波数
帯域が多少ずれても、もともと帯域幅が広いため、リフ
ァレンス周波数に対する周波数帯域のずれによる感度の
低下は避けられる。[0017] Therefore, for example, in B mode using high frequency ultrasonic waves, a B mode signal with high resolution and high S/N can be obtained, and sufficient penetration can be ensured. In the Doppler mode that uses low-frequency ultrasound, even if the frequency band shifts slightly, the bandwidth is originally wide, so a decrease in sensitivity due to a shift in the frequency band with respect to the reference frequency can be avoided.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明の一実施例に係る超音波検査装置の
構成図であり、超音波探触子と送受信系を示している。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, showing an ultrasonic probe and a transmission/reception system.
【0019】図1において、超音波探触子10はバッキ
ング材11上に外部電極層12を介して圧電セラミック
層13を設け、その上に内部電極層14を介して複合圧
電体層15および外部電極層16を積層して構成された
積層圧電振動子の構造を有する。圧電セラミック層13
は、圧電セラミック材料のみからなる。複合圧電体層1
5は、圧電セラミック材料部17と高分子材料部18に
よって形成される。In FIG. 1, an ultrasonic probe 10 has a piezoelectric ceramic layer 13 provided on a backing material 11 with an external electrode layer 12 interposed therebetween, and a composite piezoelectric layer 15 and an external It has a structure of a laminated piezoelectric vibrator formed by laminating electrode layers 16. Piezoelectric ceramic layer 13
consists only of piezoceramic material. Composite piezoelectric layer 1
5 is formed by a piezoelectric ceramic material part 17 and a polymer material part 18.
【0020】このような積層圧電振動子は、両面に電極
を有する圧電セラミック振動子と、両面に電極を有する
1−3型複合圧電体を用いた振動子とを予め所定厚さに
製作し、これらを接着積層することで得られる。[0020] Such a laminated piezoelectric vibrator is made by manufacturing a piezoelectric ceramic vibrator having electrodes on both sides and a vibrator using a 1-3 type composite piezoelectric body having electrodes on both sides to a predetermined thickness. It can be obtained by adhesively laminating these.
【0021】また、他の方法として例えば特開昭60−
41339号公報に開示された構成の積層圧電振動子の
ような、内部電極を一体に形成した積層圧電セラミック
振動子を製作し、ダイヤモンドブレードで内部電極を残
して一方のセラミック層にのみ縦横に樹脂材料を充填し
た後、表面に電極を形成しても、同様の積層圧電振動子
を得ることができる。[0021] As another method, for example, JP-A-60-
A laminated piezoelectric ceramic vibrator with an integrally formed internal electrode, such as the laminated piezoelectric vibrator having the configuration disclosed in Publication No. 41339, is manufactured, and a diamond blade is used to apply resin vertically and horizontally to only one ceramic layer, leaving the internal electrode. A similar laminated piezoelectric vibrator can be obtained by forming electrodes on the surface after filling the material.
【0022】電極層12,14,16は、超音波探触子
10の外部に引き出されたケーブルを介して超音波検査
装置本体20に接続されている。超音波検査装置本体2
0には、スイッチ21と駆動回路である送信回路22お
よび受信回路23が設けられている。下側の外部電極層
12は送信回路22および受信回路23に接続され、内
部電極層14と上側の外部電極層16はスイッチ21に
より選択的に送信回路22および受信回路23に接続さ
れる。[0022] The electrode layers 12, 14, and 16 are connected to the ultrasonic inspection apparatus body 20 via a cable led out to the outside of the ultrasonic probe 10. Ultrasonic inspection device main body 2
0 is provided with a switch 21 and a transmitting circuit 22 and a receiving circuit 23 which are drive circuits. The lower external electrode layer 12 is connected to the transmitting circuit 22 and the receiving circuit 23, and the internal electrode layer 14 and the upper external electrode layer 16 are selectively connected to the transmitting circuit 22 and the receiving circuit 23 by a switch 21.
【0023】次に、この実施例の動作を説明する。図1
の構成において、スイッチ21をA側に切り替えて、送
信回路22および受信回路23を電極層12−16間に
接続すると、電極層12,14,16と圧電セラミック
層13及び複合圧電体層15で構成される積層圧電振動
子全体に送信回路22から駆動電圧が印加される。従っ
て、積層圧電振動子全体が振動子として動作するため、
その共振周波数は圧電セラミック層13および複合圧電
体層15の総合厚さと、これら各層13,15の平均音
速に依存する値となる。Next, the operation of this embodiment will be explained. Figure 1
In the configuration, when the switch 21 is switched to the A side and the transmitting circuit 22 and the receiving circuit 23 are connected between the electrode layers 12-16, the electrode layers 12, 14, 16, the piezoelectric ceramic layer 13, and the composite piezoelectric layer 15 A driving voltage is applied from the transmitting circuit 22 to the entire constructed laminated piezoelectric vibrator. Therefore, since the entire laminated piezoelectric vibrator operates as a vibrator,
The resonance frequency has a value that depends on the total thickness of the piezoelectric ceramic layer 13 and the composite piezoelectric layer 15 and the average sound velocity of each of these layers 13 and 15.
【0024】一方、スイッチ21をB側に切り替えて、
送信回路22および受信回路23を電極層14−16間
に接続した場合は、圧電セラミック層13に駆動電圧が
印加されるため、圧電セラミック層13のみが振動子と
して動作する。このときの共振周波数は、圧電セラミッ
ク層13の厚さとその音速で決まる。この場合、発振さ
れる超音波の中心周波数に対して、複合圧電体層15が
音響マッチング層を形成するように、複合圧電体層15
の厚さおよび音響インピーダンスを選んでおくと、後述
するように複合圧電体層15は共振周波数に影響を与え
ない。On the other hand, by switching the switch 21 to the B side,
When the transmitting circuit 22 and the receiving circuit 23 are connected between the electrode layers 14-16, a driving voltage is applied to the piezoelectric ceramic layer 13, so that only the piezoelectric ceramic layer 13 operates as a vibrator. The resonance frequency at this time is determined by the thickness of the piezoelectric ceramic layer 13 and its sound velocity. In this case, the composite piezoelectric layer 15 is configured such that the composite piezoelectric layer 15 forms an acoustic matching layer with respect to the center frequency of the oscillated ultrasonic wave.
If the thickness and acoustic impedance of the composite piezoelectric layer 15 are selected in advance, the composite piezoelectric layer 15 will not affect the resonant frequency, as will be described later.
【0025】上記のそれぞれの場合の振動子の共振周波
数は、超音波探触子の中心周波数を一義的に決めるもの
であるから、結局スイッチ21の切替えで超音波探触子
の中心周波数を可変できることになる。Since the resonant frequency of the transducer in each of the above cases uniquely determines the center frequency of the ultrasonic probe, the center frequency of the ultrasonic probe can be changed by changing the switch 21. It will be possible.
【0026】具体的な例を示すと、例えば縦波音速が4
,500m/secの圧電セラミック層のみからなる共
振周波数5MHzの振動子(厚さ450μm)と、これ
に縦波音速が3,800m/secの1−3型複合圧電
体層(厚さ190μm)の振動子を積層した超音波探触
子を製作した。複合圧電体層の厚さ190μmは、周波
数5MHzでの複合圧電体層内の波長1/4に相当する
値であり、λ/4音響マッチング条件(λ:波長)から
決まる値である。To give a specific example, for example, when the longitudinal sound velocity is 4
, 500 m/sec of a resonant frequency 5 MHz vibrator (thickness: 450 μm) consisting of only a piezoelectric ceramic layer, and a 1-3 type composite piezoelectric layer (thickness: 190 μm) with a longitudinal sound velocity of 3,800 m/sec. We manufactured an ultrasonic probe with laminated transducers. The thickness of the composite piezoelectric layer of 190 μm is a value corresponding to 1/4 of the wavelength within the composite piezoelectric layer at a frequency of 5 MHz, and is a value determined from the λ/4 acoustic matching condition (λ: wavelength).
【0027】ここで、圧電セラミック層のみを駆動した
場合、超音波探触子の中心周波数は5MHzである。圧
電セラミック層と複合圧電体層との積層体からなる積層
振動子全体を駆動した場合は、積層体の総合厚さが64
0μmであり、平均音速が約4,290m/secであ
るから、共振周波数は3.35MHzとなる。[0027] Here, when only the piezoelectric ceramic layer is driven, the center frequency of the ultrasonic probe is 5 MHz. When driving the entire laminated vibrator consisting of a laminated body of a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer, the total thickness of the laminated body is 64 mm.
Since the average sound speed is approximately 4,290 m/sec, the resonant frequency is 3.35 MHz.
【0028】また、上の条件で音響マッチング条件を3
λ/4とすると、複合圧電体層の厚さは570μmとな
り、複合圧電体層と圧電セラミック層との積層体の総合
厚さは1,020μm、平均音速は4,100m/se
cとなるから、積層振動子全体を駆動した場合の共振周
波数は2MHzとなる。[0028] Also, with the above conditions, the acoustic matching condition is set to 3.
Assuming λ/4, the thickness of the composite piezoelectric layer is 570 μm, the total thickness of the laminate of the composite piezoelectric layer and the piezoelectric ceramic layer is 1,020 μm, and the average sound velocity is 4,100 m/sec.
c, the resonant frequency when the entire laminated vibrator is driven is 2 MHz.
【0029】以上のように、スイッチ21によって送信
回路22からの駆動電圧を印加する電極位置を切り替え
ることにより、送受信される超音波の中心周波数を2種
選択することができる。従って、例えばBモードとドプ
ラモードを有する超音波診断装置においては、Bモード
ではスイッチ21をB側に切り替えて圧電セラミック層
13のみを駆動し、ドプラモードではスイッチ21をA
側に切り替えて積層圧電素子全体を駆動することで、両
モードの動作を一つの超音波探触子10で実現すること
ができる。As described above, by switching the electrode position to which the driving voltage from the transmitting circuit 22 is applied using the switch 21, it is possible to select two types of center frequencies of the ultrasonic waves to be transmitted and received. Therefore, for example, in an ultrasonic diagnostic apparatus having B mode and Doppler mode, in the B mode, the switch 21 is switched to the B side to drive only the piezoelectric ceramic layer 13, and in the Doppler mode, the switch 21 is switched to the A side.
By switching to the side and driving the entire laminated piezoelectric element, operation in both modes can be realized with one ultrasonic probe 10.
【0030】この場合、圧電セラミック層13単独での
振動時には、複合圧電体層15が音響マッチング層とし
て動作するため、複合圧電体層15による不要振動を生
じることがなく、良好な振動が得られる。従って、高分
解能のBモード像を得るための高い周波数で、且つペネ
ストレーションを十分に確保できる広帯域の超音波を送
受することができる。また、中心周波数の高い場合も低
い場合もそれぞれ独立に振動子を駆動することで、通常
の振動子と同等の感度と比帯域幅が確保されるので、積
層圧電素子全体を駆動するドプラモードにおいては、リ
ファレンス周波数に対する超音波探触子の周波数帯域の
ずれによる感度の低下を少なくすることができる。In this case, when the piezoelectric ceramic layer 13 alone vibrates, the composite piezoelectric layer 15 acts as an acoustic matching layer, so that unnecessary vibrations caused by the composite piezoelectric layer 15 are not generated, and good vibration can be obtained. . Therefore, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves at a high frequency to obtain a high-resolution B-mode image and in a wide band to ensure sufficient penetration. In addition, by driving the vibrator independently when the center frequency is high or low, sensitivity and fractional bandwidth equivalent to that of a normal vibrator can be secured, so in Doppler mode that drives the entire laminated piezoelectric element, This can reduce the decrease in sensitivity due to a shift in the frequency band of the ultrasonic probe with respect to the reference frequency.
【0031】図2に本発明の他の実施例に係る超音波探
触子を示す。この超音波探触子は、図1に示した超音波
探触子10の上に更に音響マッチング層19を設けたも
のである。一般に、音響マッチング層は層数によって最
適な条件が異なるが、振動子と被検体の中間の音響イン
ピーダンス値を有する材料が選ばれ、多層構成の場合そ
の音響インピーダンス値は順次変化するように選ばれる
。この音響マッチング層19は、超音波探触子の中心周
波数を変えずにその周波数帯域を広くし、感度を高くす
る効果を持つ。音響マッチング層19の層数は単層に限
られず、2層、3層…と増やしても構わない。FIG. 2 shows an ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention. This ultrasonic probe further includes an acoustic matching layer 19 on the ultrasonic probe 10 shown in FIG. In general, the optimal conditions for acoustic matching layers differ depending on the number of layers, but a material is selected that has an acoustic impedance value between that of the transducer and the subject, and in the case of a multilayer configuration, the acoustic impedance value is selected so that it changes sequentially. . This acoustic matching layer 19 has the effect of widening the frequency band of the ultrasonic probe without changing its center frequency and increasing its sensitivity. The number of layers in the acoustic matching layer 19 is not limited to a single layer, and may be increased to two, three, and so on.
【0032】ここで、音響マッチング層19を単層とす
ると、低周波駆動である積層振動子を振動子として駆動
した場合、音響マッチング層は音響マッチング層19の
みの単層である。これに対し、高周波駆動である圧電セ
ラミック層13を単独で振動子として駆動した場合、音
響マッチング層は複合圧電体層15と音響マッチング層
19の2層構成となる。以下、同様に音響マッチング層
19を2層とすれば、実質的な音響マッチング層は低周
波駆動の場合2層構成、高周波駆動の場合3層構成とな
る。Here, if the acoustic matching layer 19 is a single layer, when a laminated vibrator driven at a low frequency is driven as a vibrator, the acoustic matching layer is a single layer of only the acoustic matching layer 19. On the other hand, when the piezoelectric ceramic layer 13 driven by high frequency is driven alone as a vibrator, the acoustic matching layer has a two-layer structure of the composite piezoelectric layer 15 and the acoustic matching layer 19. Hereinafter, if the acoustic matching layer 19 is similarly made into two layers, the actual acoustic matching layer will have a two-layer structure in the case of low-frequency drive, and a three-layer structure in the case of high-frequency drive.
【0033】前述した音速4,500m/secの圧電
セラミック層13と音速3,800m/secの複合圧
電体層15の音響インピーダンスは、それぞれ35Mr
aylsと15Mrayls である。一方、超音波診
断装置の場合の被検体である人体の音響インピーダンス
は一般に1.5Mrayls である。音響マッチング
層19の音響インピーダンスは、両側の媒質の音響イン
ピーダンスである15Mrayls と1.5Mray
ls との中間の値に選ばれる。この場合、本実施例の
積層圧電素子の積層構造の配列は、人体のそれにより近
い音響インピーダンスを持つ複合圧電体層15が超音波
送受波面側に位置しているため、音響マッチング条件を
とるのに適している。なお、複合圧電体層15の材質は
前記の条件を満たす限りにおいて任意に選択でき、場合
によっては高分子材料のみで構成されていてもよい。The acoustic impedances of the piezoelectric ceramic layer 13 with a sound velocity of 4,500 m/sec and the composite piezoelectric layer 15 with a sound velocity of 3,800 m/sec are each 35 Mr.
ayls and 15 Mrayls. On the other hand, in the case of an ultrasonic diagnostic apparatus, the acoustic impedance of a human body as a subject is generally 1.5 Mrayls. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 19 is 15 Mrayls and 1.5 Mrayls, which are the acoustic impedances of the medium on both sides.
A value intermediate between ls and ls is selected. In this case, the arrangement of the laminated structure of the laminated piezoelectric element of this embodiment is such that the composite piezoelectric layer 15, which has an acoustic impedance closer to that of the human body, is located on the ultrasonic wave transmitting/receiving surface side. suitable for Note that the material of the composite piezoelectric layer 15 can be arbitrarily selected as long as it satisfies the above conditions, and in some cases, it may be made of only a polymer material.
【0034】また、実施例ではスイッチ21を超音波検
査装置本体20に設けたが、超音波探触子10に内蔵さ
せることも可能である。その他、本発明は要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。Further, in the embodiment, the switch 21 is provided in the main body 20 of the ultrasonic inspection apparatus, but it can also be built into the ultrasonic probe 10. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によれば、圧電セラミック層と複
合圧電体層とからなる積層圧電振動子により構成された
超音波探触子を用い、圧電セラミック層単体と積層圧電
振動子全体とをそれぞれ独立して選択的に駆動する構成
としたことにより、同一送受波面で比帯域幅が広い2つ
の異なる周波数帯域の超音波を独立して送受できる。従
って、例えば医用診断装置に適用した場合、同じ断層面
内の部位についてBモード像やCFM像を良好に得るこ
とができる。[Effects of the Invention] According to the present invention, an ultrasonic probe constructed of a laminated piezoelectric vibrator consisting of a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer is used, and the piezoelectric ceramic layer alone and the entire laminated piezoelectric vibrator are By adopting a configuration in which they are each driven independently and selectively, it is possible to independently transmit and receive ultrasonic waves in two different frequency bands with wide relative bandwidths on the same transmission and reception wave surface. Therefore, when applied to a medical diagnostic device, for example, B-mode images and CFM images can be favorably obtained for a site within the same tomographic plane.
【0036】すなわち、高分解能のBモード像を得ると
きには、圧電セラミック層のみを駆動して中心周波数の
高い超音波を送受し、またペネトレーションのあるBモ
ード像などの画像や高感度のCFM像を得るときには、
圧電セラミック層と複合圧電体層とからなる積層圧電振
動子全体を駆動して中心周波数の低い超音波を送受信す
る。これによりBモードにおいては、分解能の低下やS
/Nの劣化が少なく、ペネトレーションのある画像を得
ることが可能となり、またドプラモードにおいては、リ
ファレンス周波数に対する周波数帯域のずれによる感度
の低下を少なくすることができる。That is, when obtaining a high-resolution B-mode image, only the piezoelectric ceramic layer is driven to transmit and receive ultrasonic waves with a high center frequency, and images such as a B-mode image with penetration or a highly sensitive CFM image are When you get
The entire laminated piezoelectric vibrator consisting of a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer is driven to transmit and receive ultrasonic waves with a low center frequency. As a result, in B mode, resolution decreases and S
It is possible to obtain an image with penetration with less deterioration of /N, and in Doppler mode, it is possible to reduce the decrease in sensitivity due to deviation of the frequency band with respect to the reference frequency.
【図1】本発明の一実施例に係る超音波検査装置の構成
図FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施例における超音波探触子の断
面図FIG. 2 is a sectional view of an ultrasound probe according to another embodiment of the present invention.
10…超音波探触子
11…バッキング材
12…外部電極層
13…圧電セラミック層
14…内部電極層
15…複合圧電体層
16…外部電極層
17…圧電セラミック材料部
18…高分子材料部
19…音響マッチング層10...Ultrasonic probe
11... Backing material 12... External electrode layer
13... Piezoelectric ceramic layer 14... Internal electrode layer
15... Composite piezoelectric layer 16... External electrode layer
17...Piezoelectric ceramic material section 18...Polymer material section
19...Acoustic matching layer
Claims (1)
音波検査装置において、圧電セラミック層と、圧電セラ
ミック材料および高分子材料からなる複合圧電体層とが
電極層を介して積層された積層圧電振動子を有する超音
波探触子と、前記圧電セラミック層単体と前記積層圧電
振動子全体に対して選択的に駆動電圧を印加する駆動手
段とを具備することを特徴とする超音波検査装置。[Claim 1] An ultrasonic inspection device that transmits and receives ultrasonic waves to inspect an object, in which a piezoelectric ceramic layer and a composite piezoelectric layer made of a piezoelectric ceramic material and a polymeric material are laminated with an electrode layer interposed therebetween. An ultrasonic inspection characterized by comprising an ultrasonic probe having a laminated piezoelectric vibrator, and a driving means for selectively applying a driving voltage to the single piezoelectric ceramic layer and the entire laminated piezoelectric vibrator. Device.
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---|---|---|---|
JP3034711A JPH04273699A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Ultrasonic wave checking device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3034711A JPH04273699A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Ultrasonic wave checking device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04273699A true JPH04273699A (en) | 1992-09-29 |
Family
ID=12421929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3034711A Pending JPH04273699A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Ultrasonic wave checking device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04273699A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-02-28 JP JP3034711A patent/JPH04273699A/en active Pending
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