JPS62237351A - 超音波エコ−グラフイ装置及びリニヤアレイの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧電トランスジューサ素子のリニヤアレイを
具える超音波エコーグラフィ装置であって、リニヤアレ
イの圧電トランスジューサ素子がｙ方向に垂直なＸ方向
においてｙ方向に平行に配設され、かつリニヤアレイの
圧電トランスジューサ素子がリニヤアレイの指向特性曲
線が減衰された２次ローブを呈するように分極される超
音波エコーグラフィ装置に関する。

本発明は特に生物組織のエコーグラフィ検査用の超音波
送受信装置において使用することを意図する。

上述した種類のリニヤアレイ自体は英国特許明細書第２
１１４８５７号明細書から既知であり、この英国特許明
細書には、一様でない分極に付随して生ずる横方向回折
ローブを無くした指向特性曲線を得るため、圧電トラン
スジューサ素子のリニヤアレイの分極を一様とはせずリ
ニヤアレイの位置の関数として変化させるようにした圧
電トランスジューサ素子のリニヤアレイが開示されてい
る。しかし前記英国特許明細書に記載されたリニヤアレ
イはｙＯＺ面（但し０はリニヤアレイの中心であり、Ｚ
はリニヤアレイに対する垂直方向である）において超音
波放射の集束を行うことができない。

本発明の目的はかかる欠点を克服したリニヤアレイを具
える超音波エコーグラフィ装置を提供するにある。

かかる目的を達成するため本発明の超音波エコーグラフ
ィ装置は、円筒状音響レンズを具え、前記音響レンズを
リニヤアレイに連結しかつ前記音響レンズの母面をＸ方
向に平行に延在させ、各圧電トランスジューサ素子が、
ｙ方向における前記音響レンズの一様でない吸収度によ
って生ずるアンチ・アポダイゼーション効果を考慮した
ｙ方向における分極プロフィルを有するよう構成したこ
とを特徴とする。

例えば、中央における吸収度が周縁における吸収度より
大きい平凸レンズを使用した場合、圧電トランスジュー
サ素子には、比較して云えば圧電トランスジューサ素子
の電気機械結合係数がその周縁に比べ中央の方が大きく
なるような分極プロフィルが付与される。かかる手段を
講じない場合、成域的な平凸レンズ又は平凹レンズの存
在によって、ｙ方向におけるかかるレンズの一様でない
吸収度のため最大の２次指向性値が必然的に導入される
。

更に、本発明の特に好適な実施例では、前記分極プロフ
ィルを、ｙ方向における前記音響レンズの一様でない透
過特性曲線によって除算した、切捨てられたガウス形曲
線形状とすることを特徴とする。例えば、３０％切捨て
た場合でも、電気機械結合係数のガウス形プロフィルに
より、２次ローブのほぼ無い指向特性曲線が得られるこ
とは既知である。このプロフィルをレンズの入口におい
て再構成するため本発明では、圧電トランスジーサ素子
に付与される分極プロフィルのレベルにおいて前記レン
ズの非一様透過を考慮する。

前記英国特許第２１１４８５７号明細書には、非一様分
極を有する圧電トランスジューサの製造方法も開示され
ている。既知の方法では圧電トランスジューサを選択的
に分極し、該分極は、例えば、圧電トランスジューサの
周縁におけるより中央において大きくする。しかし本願
発明者は、この方法は２つの物理量即ち温度及び電界を
制御する必要があるという欠点を見出し、つまり温度を
材料のキュリ一温度近くに維持しかつ電界を保持電界近
くに維持する（フィジカル・アコースティックス（Ｐｈ
ｙｓｉｃａｌ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ）　、メーソン（Ｍ
ａｓｏｎ）　、Ｖｏｌ、　ｐａｒｔ　Ｉ、　ｃｈａｐｔ
ｅｒ　３　、第１９９頁、アカデミツク・プレス（Ａｃ
ａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）、１９６４参照）。しかし
圧電材料の部分的又は全体的な減極は、周囲温度におい
て初期分極電界とは反対方向の電界を供給するだけで容
易に実現できる（ピエゾエレクトリック・セラミックス
（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｅｒａｒｎｉｃｓ）
、５ｅｃｔｉｏｎ２．４、第１６頁、マラード・リミテ
ッド（Ｍｕｌｌａｒｄ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ）　、１９７４
参照）。これによって生ずる部分的分極状態は低周波キ
ャパシタンスもしくは電気インピーダンスを圧電共振の
近くにおける周波数の関数として測定するか、又は部分
的減極の状態にふけるトランスジューサによって発生す
る超音波信号の振幅特性（ピーク・ピーク振幅、第１ア
ーク（ａｒｃ）の振幅等）を測定することにより測定で
きる。

従ってレンズに適用される圧電トランスジューサ素子の
分極プロフィルを、既に分極されたリニヤアレイの部分
的減極により達成できる。その場合本発明による超音波
エコーグラフィ装置用のリニヤアレイの製造方法におい
ては、リニヤアレイを、第１表面及び第２表面上に金属
層を被着されかつ前もって分極された圧電板から作製し
、リニヤアレイのＸ方向に平行に延在するｐ個の電極を
第１表面に条溝を配設することによって形成し、初期分
極電界の方向と反対方向の電界をｐ個の電極の各々と、
圧電板の第２表面との間に順次供給して前記電極及び第
２表面の間に存在する材料部分を減極し、然る後第１表
面全体に再び金属被膜を被着し、圧電板をＸ方向におい
て切断することにより圧電トランスジューサ素子を形成
することを特徴とす乞。

以下図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図はＸ方向に垂直なＸ方向において、Ｘ方向に平行
に配設した圧電トランスジューサ素子１２のリニヤアレ
イ１１を具える超音波エコーグラフィ装置の一例を示す
。また第１図に示した超音波エコーグラフィ装置は、ア
レイ１１に連結されかつその母面がＸ方向に平行に延在
する円筒状音響レンズ１３を具える。第１図に示した実
施例の円筒状レンズ１３は平凸レンズであり、その厚さ
の変化に起因してＸ方向における吸収度が一様ではない
。第２図はかかる平凸レンズの透過特性曲線Ｔ　（ｙ）
の−例を示す、前記英国特許明細書第２１１４８５７号
明細書に記載された如く、トランスジューサ素子１２を
Ｘ方向において選択的に分極してアレイ１１の指向特性
曲線が減衰された２次ローブだけ含むようにすることが
できる。特に、例えば、３０％切捨てられたいわゆるガ
ウス形の分極プロフィルＰ（ｙ）をトランスジューサ素
子に付与することができ（第３ｃ図の破線）、アレイの
出力端においては音響レンズ１３が存在しない場合これ
は第３ａ図において実線で示した超音波放射の分布特性
１　（ｙ）に対応する。

この準ガウス形の分布は、第３ｂ図において実線で示し
た同じく準ガウス形である指向特性曲線０（ｕ）（但し
Ｕは変数ｙの共役変数）に対応する。

音響レンズ１３を装着した場合、レンズの出口における
超音波放射の分布特性Ｉ　（ｙ）は、第２図に示した非
一様透過特性曲線Ｔ　（ｙ）によって影響されるので第
３ａ図に破線曲線で示した如くなる。その結果、指向特
性曲線Ｄ（ｕ）は最早やガウス形ではなくなり、左右に
広がった横方向側部が第３ｂ図の破線曲線に示す如く形
成される。かかる欠点を除去して準ガウス形指向特性曲
線を再度形成するため、圧電トランスジューサ素子１２
の分極プロフィノ叶（ｙ）　のレベルにおける音響レン
ズ１３のアンチ・アポダイゼーション効果を考慮する。

この目的のため第３Ｃ図に破線で示したガウス形分極プ
ロフィルを第２図の透過特性曲線Ｔ　（ｙ）により除算
して第３ｃ図に実線が示した曲線を得るようにする。か
くすることによりレンズの出口における超音波放射の分
布特性１　（ｙ）は再び第３ａ図の実線曲線で示すよう
になり、従ってエコーグラフィ装置１０の指向特性曲線
Ｄ（ｕ）の形状は再び第３ｂ図の実線で示したガウス形
の形状となる。

第４図は第３ｃ図の破線曲線によって示した分極特性Ｐ
　（ｙ）を有するリニヤアレイ１１の製造方法の実施例
を示す。この方法ではアレイ１１を、圧電板１４の第１
表面１５及び第２表面１６上に金属被膜１７及び１８を
被着しかつ圧電板を前もって分極させることにより製造
する。アレイ１１のＸ方向に平行に延在するｐ個の第１
電極１９は第１表面１５に条溝を配設することにより形
成する。次いでｐ個の電極１９の各々と、圧電板１４の
第２表面１６の間に初期分極電界Ｂ。と反対の電界Ｅを
順次供給して、各電極１９及び第２表面１６の間に位置
する材料部分２０を既知の態様で減極する。この操作に
続いて第１表面１５全体に金属被膜を被着し、然る後、
圧電板１４をＸ方向において切断することにより圧電ト
ランスジューサ素子１２を形成する。

第５図は減極装置を示し、この装置ではアレイ１１を電
子液浴３０に配置し、その第１表面１５が入射超音波を
反射するよう作動する鋼ブロック３１と対向するように
配設する。アレイ１１の接地された第２表面１６を介し
てアレイを後部支持部材３２に取付ける。電極１９には
、カプトン・シート（１（ａｐｔｏｎｓｈｅｅｔ）　３
３によって囲まれた結線を介して所望電位を供給する。

減極電位は電源３４（例えば、２．５ｋＶ）により分離
回路３５を介して供給し、これを電圧計３６によって測
定する。アレイの圧電トランスジューサ素子の分極状態
につき２種類のテストを行うことができ、即ちキャパシ
タンス・メータによりキャパシタンスを直接測定する（
スイッチに２を閉成し、スイッチに１を開放）か、又は
鋼ブロック３１により反射されかつ圧電トランスジュー
サ素子により分極された状態（スイッチに２を開放し、
スイッチに１を開成）において発生した基準超音波エコ
ーにつき、超音波トランスジューサ分析装置３８により
ピーク・ピーク測定を行うかである。この装置は、中間
レベルにおいて約２０ｎ秒の幅を有する高電圧パルス（
１００Ｖ以上）を発生するパルス発生器と、利得、減衰
及び濾波特性を有する受信機と、開放状態の期間及び瞬
時を調整できるゲートと、ピーク検出器とを具える。オ
シロスコープ３９により超音波エコーを表示することが
できる。

本発明は平凸円筒状音百レンズを具える前記実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内で、例えば、平
凹レンズによっても同様に実施できることは当業者には
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状音響レンズと共に圧電トランスジューサ
素子のリニヤアレイの実施例を示す斜視図、 第２図は平凸レンズ音響レンズの透過特性を示す図、 第３図は第１図のリニヤアレイの作動説明図、第４図は
リニヤアレイの製造方法の実施例を示す斜視図、 第５図は減極された圧電トランスジューサ素子によって
発生する基準超音波エコーのピーク・ピーク振幅及びキ
ャパシタンスを測定するのに使用する被制御形部分的減
極装置を示すブロック図である。 １０・・・超音波エコーグラフィ装置 １１・・・リニヤアレイ １２・・・圧電トランスジューサ素子 １３・・・円筒状音響レンズ　１４・・・圧電板１５・
・・第１表面　　　　　１６・・・第２表面１７．１８
・・・金属被膜　　　１９・・・電極特許出願人　　エ
ヌ・ベー・フィリップス・フルーイランペンファブリケ
ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧電トランスジューサ素子のリニヤアレイ を具える超音波エコーグラフィ装置であって、リニヤア
   レイの圧電トランスジューサ素子がｙ方向に垂直なｘ方
   向においてｙ方向に平行に配設され、かつリニヤアレイ
   の圧電トランスジューサ素子がリニヤアレイの指向特性
   曲線が減衰された２次ローブを呈するように分極される
   超音波エコーグラフィ装置において、円筒状音響レンズ
   を具え、前記音響レンズをリニヤアレイに連結しかつ前
   記音響レンズの母面をｘ方向に平行に延在させ、各圧電
   トランスジューサ素子が、ｙ方向における前記音響レン
   ズの一様でない吸収度によって生ずるアンチ・アポダイ
   ゼーション効果を考慮したｙ方向における分極プロフィ
   ルを有するよう構成したことを特徴とする超音波エコー
   グラフィ装置。 ２、前記分極プロフィルを、ｙ方向における前記音響レ
   ンズの一様でない透過特性曲線によって除算した、切捨
   てられたガウス形曲線形状とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波エコーグラフィ装置。 ３、圧電トランスジューサ素子のリニヤアレイを具える
   超音波エコーグラフィ装置であって、リニヤアレイの圧
   電トランスジューサ素子がｙ方向に垂直なｘ方向におい
   てｙ方向に平行に配設され、かつリニヤアレイの圧電ト
   ランスジューサ素子がリニヤアレイの指向特性曲線が減
   衰された２次ローブを呈するように分極される超音波エ
   コーグラフィ装置において、円筒状音響レンズを具え、
   前記音響レンズをリニヤアレイに連結しかつ前記音響レ
   ンズの母面をｘ方向に平行に延在させ、各圧電トランス
   ジューサ素子が、ｙ方向における前記音響レンズの一様
   でない吸収度によって生ずるアンチ・アポダイゼーショ
   ン効果を考慮したｙ方向における分極プロフィルを有す
   るよう構成した超音波エコーグラフィ装置用のリニヤア
   レイを製造するに当り、リニヤアレイを、第１表面及び
   第２表面上に金属層を被着されかつ前もって分極された
   圧電板から作製し、リニヤアレイのｘ方向に平行に延在
   するｐ個の電極を第１表面に条溝を配設することによっ
   て形成し、初期分極電界の方向と反対方向の電界をｐ個
   の電極の各々と、圧電板の第２表面との間に順次供給し
   て前記電極及び第２表面の間に存在する材料部分を減極
   し、然る後第１表面全体に再び金属被膜を被着し、圧電
   板をｙ方向において切断することにより圧電トランスジ
   ューサ素子を形成することを特徴とするリニヤアレイの
   製造方法。