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JPS58159735A - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

Info

Publication number
JPS58159735A
JPS58159735A JP57043507A JP4350782A JPS58159735A JP S58159735 A JPS58159735 A JP S58159735A JP 57043507 A JP57043507 A JP 57043507A JP 4350782 A JP4350782 A JP 4350782A JP S58159735 A JPS58159735 A JP S58159735A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
ultrasonic probe
electrode
stripes
stripe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP57043507A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
康人 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Yokogawa Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp, Yokogawa Electric Works Ltd filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP57043507A priority Critical patent/JPS58159735A/en
Publication of JPS58159735A publication Critical patent/JPS58159735A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波パルスエコーシステムに使用される超
音波探触子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic probe used in an ultrasonic pulse echo system.

従来の超音波探触子としては、35モードの厚み振動を
利用した極〈当り前の角棒アレイで形成された振動子を
使う本のがほとんどであ抄、一般に次のような難点があ
った。
Most conventional ultrasonic probes use a transducer formed from a standard square bar array that utilizes 35-mode thickness vibration, but they generally have the following drawbacks: .

(1)  共振を前提としてそれをQダンプないし多峰
性忙もってゆくという技術思想に基づくものであるから
、本質的に広帯域化が難しい。
(1) Since it is based on the technical concept of Q-dumping or multimodal processing based on resonance, it is essentially difficult to widen the band.

(2)送受波の方向と、電界をかける方向が同一である
ため、角棒アレイを成す元の板状振動子の表面と裏面の
両方から引出線を出すことKfiす、回り込み電極など
の複雑な手法が要求される。
(2) Since the direction of wave transmission and reception and the direction of applying the electric field are the same, it is necessary to take out the lead wires from both the front and back sides of the original plate-shaped vibrator that forms the square rod array, and there are complications such as wrap-around electrodes. A method is required.

(5)振動子材料としてPZTを用いる場合、横方向へ
の結合を抑圧するための多数の溝を深く切す込む必要が
ある。通常のスイッチドアレイ・リニヤスキャンの場合
は走査手順上必要とされる適切表ニレメンF幅X IE
 % 1/3〜115倍の幅の微小なエレメントを3−
5個作シ、これらを並列にして各々のエレメントとして
用いるように、溝を多数施す必要がある。
(5) When PZT is used as the vibrator material, it is necessary to deeply cut a large number of grooves to suppress coupling in the lateral direction. In the case of normal switched array linear scanning, the appropriate table required for the scanning procedure is NILEMEN F width X IE
% 3-3 minute elements with widths of 1/3 to 115 times
It is necessary to make a large number of grooves so that five pieces can be made in parallel and used as each element.

本発明の目的は、このような点に鑑み、簡単な構造によ
り製造が容烏であってしかも広帯域化の7レイ・セクタ
スキャンに適用し得る構造の前記超音波探触子を提供す
ることKある。
In view of these points, it is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe having a simple structure, easy to manufacture, and applicable to wideband 7-ray sector scanning. be.

本発明は、ファン・デル・ホープ(Van der P
auw)型の振動子となるように多数のストライプ状電
極又は島状電極を圧電物質の表面に形成し、これらの電
極を用いてこの圧電物質を分極し振動子アレイとなした
ことを特徴とするものである。
The present invention was developed by Van der Hoop (Van der P.
A plurality of stripe-like electrodes or island-like electrodes are formed on the surface of a piezoelectric material so as to form a auw type resonator, and the piezoelectric material is polarized using these electrodes to form a resonator array. It is something to do.

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。まず、ファ
ン・デル・ホープ型のトランスデユーサのW、埋から説
明する。第1図はその原理的構成図である。普通の振動
子が圧電板の両面に電極を設け、その体積全体に対して
電界を与えて使用する墨の片面のみからアクセスしよう
とするもので、そのためにその片?1lrKはストライ
プ状の電極1□、2□〜1n、−を等間隔に配設し、互
いに1つおきに共通接続して電圧を印加するように形成
しである。
The present invention will be described in detail below using the drawings. First, we will explain the van der Hoop type transducer's W and fill. FIG. 1 is a diagram showing its basic configuration. A normal vibrator has electrodes on both sides of a piezoelectric plate and applies an electric field to the entire volume of the ink to access it from only one side of the ink. 1lrK is formed by disposing striped electrodes 1□, 2□ to 1n, - at equal intervals, and connecting every other electrode in common to apply a voltage.

印加された信号電圧の分布と圧電材料5の分極とがどの
部分においても同一となるため、電気・音響結合は総べ
て同一の向きとなり、この電極群に対して直角な方向に
超音波パルス(図中の矢印方向)の波面を授受すること
になる。これは、表面波(SAW)の場合は分極はどこ
でも一定で授受電界がストライプの間隙ごとに逆なため
に結局面に泊った進行波結合が最も強く発生し、面とは
直角た方向のバルク波は少々くとも原理的には全(起ら
ないということと全く逆の立場である。それ故に、SA
W )ランスデエーサの場合、結合はストライプ間の間
隙で主として発生するのに対し、ファン・デル・ホープ
・トランスデユーサでは結合は電極  ゛ストライプの
直下で起り、ストライプ守勢一方向の結合を生ずるのみ
とまる。また、主役のストライプ直下においても材料の
d31が強過ぎると、横方向の結合が目立ち原理的なイ
ンパルス応答の良さを損い、またバルク全体の横の長さ
に由来する共振を生じる場合もあるので好ましくない。
Since the distribution of the applied signal voltage and the polarization of the piezoelectric material 5 are the same in all parts, the electrical and acoustic couplings are all in the same direction, and the ultrasonic pulse is directed in the direction perpendicular to this electrode group. (in the direction of the arrow in the figure) wavefronts are exchanged. In the case of surface waves (SAWs), the polarization is constant everywhere, and the transmitted and received electric fields are reversed for each stripe gap, so the traveling wave coupling that stays in the plane is the strongest, and the bulk in the direction perpendicular to the plane Waves are, at least in principle, completely opposite to non-occurrence.Therefore, SA
W) In the case of a transducer, coupling occurs primarily in the gaps between the stripes, whereas in the van der Hoop transducer, coupling occurs directly beneath the electrode stripes, resulting in only unidirectional coupling between the stripes and the stripes. Stop. In addition, if the d31 of the material is too strong even directly under the main stripe, lateral coupling becomes noticeable, impairing the fundamental impulse response, and may also cause resonance due to the lateral length of the entire bulk. So I don't like it.

従って、d33の大きさ自体よりもむしろ’31のd3
3に対する比が小さい材料、具体的にはPZTよりもP
bTiO3などの方がはるかに好ましい。
Therefore, rather than the size of d33 itself, the d3 of '31
Materials with a lower ratio of P to 3, specifically P than PZT.
Much more preferred are bTiO3 and the like.

また、ファン・ブルーホープ・トランスデユーサの最も
注目すべき特徴点はインパルス応答の良さである。双方
向操入損失は多少劣るが、送・受2個所にてこれを経由
してもステップ励振に対して発生する波形はほぼインパ
ルス状となる。直流及び十分高い周波数では応答は零に
収束するので、非常に広帯域のバンドパス特性を呈し、
完全バッキングのバルク板状トランスデユーサの場合に
同じとなる。
The most noteworthy feature of the Van Bleuhope transducer is its excellent impulse response. Although the bidirectional operation loss is somewhat inferior, the waveform generated in response to the step excitation becomes almost impulse-like even if it passes through the two transmitting and receiving locations. At DC and sufficiently high frequencies, the response converges to zero, so it exhibits a very wide bandpass characteristic.
The same is true for a fully backing bulk plate transducer.

また、電極間ピッチを一定とせず、不均一ピッチとして
もよ(、そのような分布によればいゎゆこの他不要モー
ドの抑圧にも大!有効である。
In addition, the pitch between the electrodes may not be constant, but may be non-uniform (such a distribution is very effective in suppressing unwanted modes other than Iwayu).

なお、ファン・デル・ホープ構造はストライプ電極群の
みならず凡ゆ為表面分布電極が採用し得ゐ。4?に、モ
ザイク状、独立ストライプ又は独立島状電極などを実現
することもできる。そして、ストライプ群からはリニJ
−イを、またはモザイク電極からは2次元プレイを形成
することができるO このようなファン・デル・ホープ型のトランスデユーサ
をアレイトランスデユーサと々すための最4基本的な構
成を第2図に示す。すなわち、ストライプ電極1□、2
□〜1n+□、2nの中1□〜1n+1は共通に接地し
、他の2□〜へ電極には駆動電圧が個別に印加できるよ
うKしである。電極21〜2nを個別に駆動した場合、
各ストライプの下の電界はせいぜい両隣りの接地ストラ
イプに至る電気力線しが有さないので、平面構造でも各
ストライプは十分忙独立に動作することとなる。音響学
的に見ると、各導出されているストライプの直下と、そ
の両隣りのストライプの約半分ずつがエレメントとじて
送受波に寄与しているとみなされる〇 なお、エレメントの太き宴と、ファン・デル・ポーブ的
結合のf。すなわち分極の深さとを独立にしたいときは
、第5図に示すように独立ストライプの何本かずつを1
組として束ねればよい。束ねゐ本数を増加すればするほ
ど分極の深さをより浅((r(、をより高()すること
ができる。
Note that the van der Hoop structure can be used not only for striped electrode groups but also for surface distribution electrodes. 4? Additionally, it is also possible to realize mosaic-like, independent stripe-like or independent island-like electrodes. And from the stripe group, Rini J
- A two-dimensional play can be formed from a mosaic electrode or from a mosaic electrode. Shown in Figure 2. That is, stripe electrodes 1□, 2
Of □ to 1n+□ and 2n, 1□ to 1n+1 are commonly grounded, and the electrodes of the other 2□ to can be individually applied with driving voltages. When the electrodes 21 to 2n are driven individually,
Since the electric field under each stripe has at most no lines of electric force extending to the ground stripes on both sides, each stripe operates sufficiently independently even in a planar structure. From an acoustic perspective, the area directly below each derived stripe and about half of the stripes on both sides of it are considered to contribute to wave transmission and reception as elements. f of the Van der Pove combination. In other words, if you want to make the polarization depth independent, as shown in Figure 5, several independent stripes should be
Just bundle them together as a set. As the number of bundled wires increases, the depth of polarization becomes shallower ((r(,) can be made higher ().

また、ストライプを接地しないで分極の深さとエレメン
トのピッチとの比を向上させる場合には第4図に示すよ
うな使い方がある。すなわち、トランスによって独立し
た何本かの同軸ケーブル的片線接地の信号をストライプ
間の差圧の信号になるように変換する。この場合、総べ
てのエレメントの信号を加算しても同相成分が支配的で
なければ互いに打消し合う可能性の方がはるかに大であ
り、一対のストライプはその間の電位差を左右の他の総
べてのストライプに分配しつつもそれら自身は有効に単
一のエレメントとして効果を発揮する。このとき各トラ
ンスの他端に接続される駆動源及び受信機は共に低イン
ピーダンスであること85図はこのような考え方を応用
した場合のスイッチトリニヤスキャン方式の走査装置を
示す。
Further, in order to improve the ratio between the polarization depth and the element pitch without grounding the stripes, there is a method shown in FIG. 4. That is, the transformer converts the signals of several independent single-wire grounding lines of coaxial cables into signals of the differential pressure between the stripes. In this case, even if the signals of all elements are added together, if the in-phase component is not dominant, there is a much greater possibility that they will cancel each other out, and a pair of stripes will absorb the potential difference between them from the other elements on the left and right. Even though they are distributed across all stripes, they themselves effectively function as a single element. At this time, both the drive source and the receiver connected to the other end of each transformer have low impedance. FIG. 85 shows a switching linear scan type scanning device to which this concept is applied.

すなわち各ストライプを個別に接続されたスイッチS1
〜Sm+□を介して1個のトランスT。K接続する。
That is, each stripe is connected to a switch S1 individually.
~One transformer T via Sm+□. Connect K.

奇数番目のスイッチと偶数番目のスイッチをそれぞれ共
通接続としておき、隣り合う複数個のスイッチ(例えば
7個又は8個)を1個ずつすらせながら同時に駆動しり
ニヤスキャンを行なう。この場合同時に選択接続するス
イッチは奇数番目と偶数番目のそれとは略同数にする必
要がある。これが守られない場合は、コモンモードノイ
ズに弱くなり、また各エレメントの貢献度にも悪影響を
及ぼすこととなる。
Odd-numbered switches and even-numbered switches are connected in common, and a plurality of adjacent switches (for example, 7 or 8 switches) are simultaneously driven and scanned one by one. In this case, the number of odd-numbered and even-numbered switches to be selectively connected at the same time must be approximately the same. If this is not followed, it will become vulnerable to common mode noise and will also have a negative effect on the degree of contribution of each element.

第6図は電子フォーカス機能を有したスイッチトリニヤ
スキャン方式の場合を示したものである。
FIG. 6 shows a switch trilinear scan system having an electronic focus function.

第6図に示すものけ、第5図に示した1次スイッチSp
 (81〜Sm+1) K更に2次スイッチ(ここでは
    18x8のクロスポイントスイッチを示す)s
$を付加し、8個のエレメントをアパーチ凰アとしてり
ニアスキャンを行えるように構成しである。なお、1次
スイッチと2次スイッチにより対象とするエレメントを
適宜に選択する技術については周知である@アパーチユ
アの8本の信号線には電子フォーカスをかけるためのデ
ィレーツイン群DLが接続され、ここで送受波信号に時
間遅延をかけるよう罠なっている。このディレーライン
群DLにけパルサPLないし加算増幅器ASK対して直
列的九個側の極性転換用トランスTが接続され、選択さ
れたエレメント順列に対し正負の電圧が交互に作用する
ように&りている。なお、パルサPSが各ディレーライ
ンに対して双極的にパルスを与え、かつ受信用の加算増
幅器Asが差動入力である場合には、それらの機能を利
用して極性転換用トランスを省略することができる。ま
た、極性転換用トランスはディレーライン群と2次スイ
ッチとの間に挿入接続してもよい。更に、フェーズド・
アレイ・セクタスキャンの場合に応用すると色は、第7
図に示すように各エレメント毎に極性転換用トランスT
を挿入するのがよい。各トランスTは一対のパルサPS
と増幅善人が接続される。この各パルサpSは送信用デ
ィレーラインDL1により位相駆動され、また各増幅i
s人の受信信号は送信用ディレーラインDL□と同様に
遅延時間の変化する受信用ディレーラインDL2を介し
て加算器ASK導かれる。勿論、パルサPS1増幅器A
sにおいて上述のような機能があればトランスTを省略
することができる。
Monoke shown in Figure 6, primary switch Sp shown in Figure 5
(81~Sm+1) KAdditional secondary switch (18x8 cross point switch is shown here)s
It is configured so that near scan can be performed by adding $ and using eight elements as aperture holes. The technique of appropriately selecting the target element using the primary switch and the secondary switch is well known.A delay-in group DL for applying electronic focus is connected to the eight signal lines of @Aperture Your. The trap is designed to apply a time delay to the transmitted and received signals. Nine polarity switching transformers T are connected in series to the pulsar PL or summing amplifier ASK to this delay line group DL, so that positive and negative voltages alternately act on the selected element arrangement. There is. Note that if the pulser PS gives bipolar pulses to each delay line and the receiving summing amplifier As has a differential input, use these functions to omit the polarity switching transformer. Can be done. Further, the polarity changing transformer may be inserted and connected between the delay line group and the secondary switch. Furthermore, phased
When applied to the case of array sector scan, the color is the seventh
As shown in the figure, each element has a polarity changing transformer T.
It is better to insert Each transformer T has a pair of pulsers PS
and amplified good people are connected. Each pulser pS is phase driven by a transmission delay line DL1, and each amplification i
The received signals of the s people are guided to the adder ASK via the receiving delay line DL2 whose delay time changes like the transmitting delay line DL□. Of course, pulser PS1 amplifier A
If s has the above-mentioned function, the transformer T can be omitted.

以上説明したように、本発明によれば、ファン・デル・
ポーブ型の電極構造を採用することにより簡単な構造で
製造の容易な広帯域の超音波探触子を実現することがで
き、またリニヤスキャンあるいけフェーズド・アレイ・
セクタスキャンにも容易に適用し得る超音波探触子を実
現することができる。
As explained above, according to the present invention, van der
By adopting a pove-type electrode structure, it is possible to realize a broadband ultrasonic probe with a simple structure and easy manufacturing.
It is possible to realize an ultrasonic probe that can be easily applied to sector scanning.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はファン・デル・ボーブ型のトランスデ為−サの
原理を説明するための構成図、第2図は本発明の超音波
探触子の実施例構成図、@3図ないし第7(is!lけ
本発明の他の実施例図である。 11、21〜”n+1’ 2m・・・ストライプ電極、
3・・・圧電材料、81〜Srn+1・・・スイッチ、
DL・・・ディレーラインp、PL・・・パルサ、A8
・・・加算増幅器、To・・・トランス、T・・・極性
転換用トランス。
Figure 1 is a block diagram for explaining the principle of a van der Bove type transducer, Figure 2 is a block diagram of an embodiment of the ultrasonic probe of the present invention, and Figures 3 to 7 ( is!l is another embodiment diagram of the present invention. 11, 21~"n+1' 2m...stripe electrode,
3... Piezoelectric material, 81~Srn+1... Switch,
DL...Delay line p, PL...Pulsa, A8
...Summing amplifier, To...Transformer, T...Polarity conversion transformer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)  板状圧電材料の一方の面に複数の電極を形成
すると共に隣接する電極直下の分極の極性が互いに逆極
性となるように形成してなる超音波探触子。 (2)  前記電極はストライプ状電極又は島状電極で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音
波探触子・ (5)  前記電極は、1個おきに共通接続として接地
すると共に残るIlmおきの電極は独立の電極としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触
子・ (4)前記残る1個おきの電極の中隣接する複数個ずつ
を共通に接続して独立の電極を形成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第5項記載の超音波探触子。 (5)前記電極は総べて独立の電極となるように形成さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音
波探触子。
[Claims] (1) An ultrasonic probe in which a plurality of electrodes are formed on one surface of a plate-shaped piezoelectric material, and the polarities of polarization directly under adjacent electrodes are opposite to each other. . (2) The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the electrode is a striped electrode or an island electrode. (5) Every other electrode is grounded as a common connection. The ultrasonic probe according to claim 1, characterized in that the remaining electrodes every other Ilm are independent electrodes. (4) A plurality of adjacent electrodes among the remaining every other electrode The ultrasonic probe according to claim 5, characterized in that the electrodes are commonly connected to form independent electrodes. (5) The ultrasonic probe according to claim 1, wherein all of the electrodes are formed as independent electrodes.
JP57043507A 1982-03-18 1982-03-18 Ultrasonic probe Pending JPS58159735A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57043507A JPS58159735A (en) 1982-03-18 1982-03-18 Ultrasonic probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57043507A JPS58159735A (en) 1982-03-18 1982-03-18 Ultrasonic probe

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Publication Number Publication Date
JPS58159735A true JPS58159735A (en) 1983-09-22

Family

ID=12665640

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JP57043507A Pending JPS58159735A (en) 1982-03-18 1982-03-18 Ultrasonic probe

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015195351A (en) * 2014-03-27 2015-11-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric device and probe, electronic apparatus and ultrasonic imaging apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015195351A (en) * 2014-03-27 2015-11-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric device and probe, electronic apparatus and ultrasonic imaging apparatus

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