JP2673289B2 - Ultrasonic device - Google Patents
Ultrasonic deviceInfo
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、被検体に向けて超音波ビームを放射して
前記被検体の表面及びその近傍の状態についての音響的
な情報を得る超音波装置に関する。
(従来の技術)
従来、超音波を発生して物体の表面及び内部を観察す
る超音波装置として、例えば特開昭第58−22978号に開
示されているものであった。第2図はこのような超音波
装置を示すものである。即ち、電圧板1の一平面上に
は、円弧状のトランスデューサTin、及びToutが一つの
円を2分割する形式で配置されている。トランスデュー
サTin及びToutは、それぞれ同心円上に配置された1組
のすだれ電極2a,2b;3a,3bを有する。トランスデューサT
inは超音波ビームを送信する電極として機能するもので
ある。トランスデューサToutは超音波ビームの反射波を
受信する電極として機能するものである。
圧電板1は、超音波装置として機能するために、第3
図に示すように、トランスデューサTinを設けている面
を下にして液体L(例えば純水)中に浸すようにして配
置される。更に、圧電板1に対抗する液体中の位置に
は、被検体4が配置される。
トランスデューサTinのすだれ電極には、圧電板1及
び電極周期によって定められ、無線周波領域にある電気
信号Siが図示なしの信号源から印加される。これによ
り、第3図に矢印により示すように、トランスデューサ
Tinから被検体4に向かってある角度θ1、θ2(0<
θ1<90゜、0<θ2<90゜)により液体L中の縦波の
超音波ビームが放射される。この超音波ビームは液体L
中を伝搬して被検体4に到達し、その一部は被検体4の
表面で反射され(点線)、他はその内部に進行して反射
される(実線)。反射された縦波音波は再び液体Lを介
してトランスデューサToutに入射され、電気信号Soに変
換される。
反射点及びその近傍に弾性的に異方性がない限り、ト
ランスデューサTin及びToutはその円の中心軸上に共焦
点を有するので、トランスデューサToutより検出され、
電気信号Soとして取り出される。電気信号Soは電気信号
Siを遅延した信号であり、超音波ビームにより照射され
た被検体4の表面やその内部に弾性的な異方性が存在す
ると、音波の伝搬速度に変化が生じ、これに対応して振
幅や、位相差に変化が生じる。従って、この振幅及び位
相差を有する電気信号Soについて信号解析すると、物体
の表面及びその近傍のクラックなどを検出することが可
能となる。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、このような構成の従来の超音波装置に
よると、超音波波ビームを受信するトランスデューサが
一個しかないので、このようなトランスデューサの超音
波ビームによって被検体を走査しても単一の受信トラン
スデューサからは単一の振幅情報及び位相情報しか得ら
れないという問題点があった。
この発明は、前記のような従来の技術が持っていた問
題点を解決することを目的としてなされたものであり、
被検体の物体についての十分な情報を得ることができる
超音波装置を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段)
本発明の超音波装置は、圧電板上にそれぞれ配置され
た送信用のトランスデューサ及び受信用のトランスデュ
ーサを有し、送信用のトランスデューサの超音波ビーム
を被検体に放射し、被検体から反射された超音波ビーム
を受信用のトランスデューサにより受信して被検体につ
いての音響的な情報を得るようにしたものであって、送
信用のトランスデューサ及び受信用のトランスデューサ
は、同一圧電基板の同一平面上に同心円を構成する円弧
状のすだれ状トランスデューサであり、送信用のトラン
スデューサは、単一のトランスデューサであり、受信用
のトランスデューサは、音響的に独立して2つに分割さ
れておりかつ互いに直交する超音波ビームの検出出力を
得るように互いに直交する方向に配置されている。
(作 用)
送信用のトランスデューサ及び受信用のトランスデュ
ーサが同一圧電基板の同一平面上に同心円を構成する円
弧状のすだれ状トランスデューサでありかつ送信用のト
ランスデューサが単一のトランスデューサであるため、
受信用のトランスデューサから互いに直交する超音波ビ
ームの検出出力を得るようにする場合に、その製造プロ
セスが非常に容易となる。即ち、受信用のトランスデュ
ーサを音響的に独立して2つに分割し互いに直交する方
向に配置することのみによって直交する超音波ビームを
確実に検出できる超音波装置を簡単にかつ精度良く製造
できるのである。
すだれ状トランスデューサは、そのすだれ電極指の重
なり部分がトランスデューサとして超音波ビームを放射
及び受波するのに有効に機能し、超音波ビームの放射及
び受波方向はすだれ電極指と垂直の方向となる。従っ
て、2つに分割した受信用トランスデューサを同一圧電
基板の同一平面上で同心円の円弧状とし、各トランスデ
ューサのすだれ電極指の角度を受波方向が直交するよう
に形成するのみで受信用トランスデューサを製造できる
のである。
しかも本発明によれば、直交する2つの超音波ビーム
をこのように検出することにより、良好な方位分解能が
直交する各方位で得られるので、超音波ビームの進行方
向における分解能(距離分解能)を大幅に向上させるこ
とができる。
(実施例)
第1図はこの発明の一実施例を示す平面図である。圧
電板1の一平面上には、円弧状のトランスデューサ
Tin、Tout1、及びTout2が一つの円を3分割する形式で
配置されている。トランスデューサTin、Tout1及びT
out2は、それぞれ開口角α、β及びβ(ただし、α>2
β)を有し、同心円上に配置された3組のすだれ電極5
a,5b;6a;6b;7a,7bを有する。トランスデューサTinは送
信電極として機能するものであり、電気信号Siにより駆
動される。トランスデューサTout1及びTout2は受信電極
としてそれぞれ音響的に独立して機能するものであり、
電気信号SO1及びSO2を出力する。
次に、第4図を参照して、このような構成の動作を説
明する。図示の状態で圧電板1はトランスデューサ
Tin、Tout1及びTout2が設けられている面を下にして液
体L(例えば純水)中に浸されているものとする。ま
た、圧電板1に対抗する液体L中の位置には、被検体4
が配置される。
トランスデューサTinのすだれ電極5a,5bには、圧電板
1及び電極周期によって定められ、無線周波、例えば10
0MHz以下の周波数領域にある電気信号Siを図示なしの信
号源から印加する。これにより、トランスデューサTin
から被検体4に向かって、即ち図に示すような角゜θ
(0<θ<90゜)により液体L中に縦波の超音波ビーム
が放射される。この超音波ビームは液体L中を伝搬して
被検体4に到達し、その一部は被検体4の表面で反射さ
れ、他はその内部に進行して反射される。反射された各
縦波音波ビームは再び液体Lを介してトランスデューサ
Tout1及びTout2に入射され、互いに直交する位相情報を
含む電気信号SO1及びSO2に変換される。
ここで、超音波ビームの反射点及びその近傍に弾性的
に異方性がない限り、トランスデューサTin、Tout1及び
Tout2はその円の中心軸上に共焦点を有するので、トラ
ンスデューサTout1及びTout2より殆ど同一の遅延時間の
電気信号SO1及びSO2が取り出される。
しかし、反射点及びその近傍に弾性的な異方性が存在
すると、被検体4の表面で反射された超音波ビームと、
その内部に進行して反射される縦波音波ビームとの間の
伝搬時間の相違が大きくなる。これに対応して、電気信
号SO1及びSO2も互いに相違が大きくなる。
電気信号SO1及びSO2は、このような性質を有するの
で、例えば被検体4の面をトランスデューサTinの超音
波ビームにより走査し、トランスデューサTout1及びT
out2により受信された電気信号SO1及びSO2をゲート回路
によりそれぞれゲートし、サンプル・ホールド回路によ
り予め定めた時間保持して両者の振幅及び両者間の位相
差について信号解析することにより、被検体4に関連し
た情報、例えば被検体4の内部のキズなどを検出した
り、その表面の形状を示す立体的な画像などを作成する
ことが可能となる。
なお、超音波ビームとして漏洩レイリー波を用いる場
合は、圧電板1の厚さをその電極周期長に比較して厚く
するように構成し、電極を有する面が液体Lに接するよ
うに圧電板1を配置する。しかし、漏洩ラム波を用いる
場合は、その周期長よりも板厚が薄く、かつ液体Lには
電極面と反対側の面が接触するように圧電板1を配置す
ればよい。
(発明の効果)
以上詳細に説明したように本発明によれば、送信用の
トランスデューサ及び受信用のトランスデューサは、同
一圧電基板の同一平面上に同心円を構成する円弧状のす
だれ状トランスデューサであり、送信用のトランスデュ
ーサは、単一のトランスデューサであり、受信用のトラ
ンスデューサは、音響的に独立して2つに分割されてお
りかつ互いに直交する超音波ビームの検出出力を得るよ
うに互いに直交する方向に配置されているので、直交す
る超音波ビームを確実に検出できる超音波装置を簡単に
かつ精度良く製造できる。しかも、被検体についての超
音波ビームの進行方向における分解能(距離分解能)の
大幅な向上を図ることができる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic wave that emits an ultrasonic beam toward a subject and obtains acoustic information about the state of the surface of the subject and the vicinity thereof. Regarding the device. (Prior Art) Conventionally, an ultrasonic device for generating ultrasonic waves to observe the surface and the inside of an object has been disclosed, for example, in JP-A-58-22978. FIG. 2 shows such an ultrasonic device. That is, the arc-shaped transducers T in and T out are arranged on one plane of the voltage plate 1 in such a manner that one circle is divided into two. The transducers T in and T out each have a pair of interdigitated interdigital electrodes 2a, 2b; 3a, 3b. Transducer T
in functions as an electrode that transmits an ultrasonic beam. The transducer T out functions as an electrode that receives the reflected wave of the ultrasonic beam. The piezoelectric plate 1 has a third structure in order to function as an ultrasonic device.
As shown in the drawing, the surface provided with the transducer T in is placed so as to be immersed in the liquid L (for example, pure water). Further, the subject 4 is placed at a position in the liquid that opposes the piezoelectric plate 1. An electric signal S i in the radio frequency range, which is determined by the piezoelectric plate 1 and the electrode period, is applied to the interdigital electrodes of the transducer T in from a signal source (not shown). As a result, as shown by the arrow in FIG.
Angle theta 1 which the T in are toward the subject 4, θ 2 (0 <
With θ 1 <90 °, 0 <θ 2 <90 °, a longitudinal ultrasonic wave beam in the liquid L is emitted. This ultrasonic beam is the liquid L
The light propagates through the inside and reaches the subject 4, a part of which is reflected by the surface of the subject 4 (dotted line), and the other proceeds inside and is reflected (solid line). The reflected longitudinal acoustic wave is again incident on the transducer T out via the liquid L and is converted into an electric signal S o . As long as the reflection point and its vicinity are not elastically anisotropic, the transducers T in and T out have a confocal point on the central axis of the circle, so they are detected by the transducer T out ,
It is taken out as an electric signal S o . Electrical signal S o is electrical signal
This is a signal obtained by delaying S i , and if elastic anisotropy exists on the surface of the subject 4 irradiated by the ultrasonic beam or inside thereof, the propagation velocity of the sound wave changes, and the amplitude changes correspondingly. Or, the phase difference changes. Therefore, it is possible to detect a crack on the surface of the object and its vicinity by performing signal analysis on the electric signal S o having this amplitude and phase difference. (Problems to be Solved by the Invention) However, according to the conventional ultrasonic apparatus having such a configuration, since there is only one transducer that receives the ultrasonic wave beam, the ultrasonic beam of such a transducer causes the object to be detected. However, there is a problem that only a single amplitude information and a single phase information can be obtained from a single receiving transducer even when scanning. The present invention has been made for the purpose of solving the problems that the above-mentioned conventional techniques have.
An object of the present invention is to provide an ultrasonic device that can obtain sufficient information about an object of a subject. (Means for Solving the Problems) An ultrasonic device of the present invention has a transducer for transmission and a transducer for reception which are respectively disposed on a piezoelectric plate, and an ultrasonic beam of the transducer for transmission is applied to a subject. The ultrasonic beam reflected by the subject is received by the receiving transducer to obtain acoustic information about the subject. The transmitting transducer and the receiving transducer are , An arc-shaped interdigital transducer forming concentric circles on the same plane of the same piezoelectric substrate, a transmission transducer is a single transducer, and a reception transducer is acoustically independent and is divided into two. It is divided and arranged in directions orthogonal to each other so as to obtain detection outputs of ultrasonic beams orthogonal to each other. ing. (Operation) Since the transmitting transducer and the receiving transducer are arc-shaped interdigital transducers that form a concentric circle on the same plane of the same piezoelectric substrate and the transmitting transducer is a single transducer,
When the detection output of the ultrasonic beams orthogonal to each other is obtained from the receiving transducer, the manufacturing process becomes very easy. That is, an ultrasonic device capable of reliably detecting orthogonal ultrasonic beams can be easily and accurately manufactured only by acoustically independently dividing the receiving transducer into two and arranging them in directions orthogonal to each other. is there. In the interdigital transducer, the overlapping portion of the interdigital transducer effectively functions as a transducer for emitting and receiving the ultrasonic beam, and the emitting and receiving directions of the ultrasonic beam are perpendicular to the interdigital electrode. . Therefore, the receiving transducer is divided into two by forming concentric circular arcs on the same plane of the same piezoelectric substrate and forming the angle of the interdigital transducer fingers of each transducer so that the receiving directions are orthogonal. It can be manufactured. Moreover, according to the present invention, by detecting two orthogonal ultrasonic beams in this way, good azimuth resolution can be obtained in each orthogonal direction, so that the resolution (distance resolution) in the traveling direction of the ultrasonic beam can be improved. It can be greatly improved. (Embodiment) FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention. An arc-shaped transducer is provided on one plane of the piezoelectric plate 1.
T in , T out1 , and T out2 are arranged in the form of dividing one circle into three. Transducer T in , T out1 and T
out2 is the opening angle α, β and β (where α> 2)
β) and three sets of interdigitally arranged interdigital electrodes 5
a, 5b; 6a; 6b; 7a, 7b. The transducer Tin functions as a transmission electrode and is driven by the electric signal S i . The transducers T out1 and T out2 are acoustically independent and function as receiving electrodes,
Outputs electrical signals S O1 and S O2 . Next, the operation of such a configuration will be described with reference to FIG. In the illustrated state, the piezoelectric plate 1 is a transducer
It is assumed that the surface provided with T in , T out1 and T out2 faces downward and is immersed in the liquid L (for example, pure water). Further, at the position in the liquid L facing the piezoelectric plate 1, the subject 4
Is arranged. The interdigital transducer electrodes 5a and 5b of the transducer T in are determined by the piezoelectric plate 1 and the electrode period, and the radio frequency, for example, 10
An electric signal S i in the frequency range of 0 MHz or less is applied from a signal source (not shown). This allows the transducer T in
To the subject 4, that is, the angle θ shown in the figure.
A longitudinal ultrasonic wave beam is emitted into the liquid L due to (0 <θ <90 °). This ultrasonic beam propagates through the liquid L and reaches the subject 4, a part of which is reflected by the surface of the subject 4 and the other part of which propagates inside and is reflected. Each of the reflected longitudinal acoustic wave beams is transmitted through the liquid L again to the transducer.
It is incident on T out1 and T out2 and converted into electrical signals S O1 and S O2 containing phase information orthogonal to each other. Here, as long as there is no elastic anisotropy at or near the reflection point of the ultrasonic beam, the transducers T in , T out1 and
Since T out2 has a confocal point on the center axis of the circle, electric signals S O1 and S O2 having almost the same delay time are taken out from the transducers T out1 and T out2 . However, if elastic anisotropy exists at the reflection point and its vicinity, the ultrasonic beam reflected by the surface of the subject 4 and
The difference in the propagation time between the longitudinal acoustic wave beam that travels inward and is reflected becomes large. Correspondingly, the electrical signals S O1 and S O2 also differ greatly from each other. Electrical signal S O1 and S O2 is because it has such properties, for example, the surface of the object 4 is scanned by the ultrasonic beam of the transducer T in, the transducer T out1 and T
The electrical signals S O1 and S O2 received by out2 are gated by a gate circuit, respectively, and held for a predetermined time by a sample and hold circuit to perform signal analysis on the amplitude of both and the phase difference between the two. It is possible to detect information related to the object 4, such as scratches inside the subject 4, or to create a stereoscopic image showing the shape of the surface. When a leaky Rayleigh wave is used as the ultrasonic beam, the thickness of the piezoelectric plate 1 is configured to be thicker than the electrode cycle length, and the piezoelectric plate 1 is arranged so that the surface having the electrodes is in contact with the liquid L. To place. However, when the leaky Lamb wave is used, the piezoelectric plate 1 may be arranged so that the plate thickness is smaller than the periodic length thereof and the surface opposite to the electrode surface contacts the liquid L. (Effect of the invention) As described in detail above, according to the present invention, the transducer for transmission and the transducer for reception are arc-shaped interdigital transducers forming concentric circles on the same plane of the same piezoelectric substrate, The transducer for transmission is a single transducer, and the transducer for reception is acoustically independent and is divided into two, and the directions are orthogonal to each other so as to obtain detection outputs of ultrasonic beams orthogonal to each other. Since it is arranged in the above, it is possible to easily and accurately manufacture an ultrasonic device capable of surely detecting orthogonal ultrasonic beams. Moreover, the resolution (distance resolution) of the subject in the traveling direction of the ultrasonic beam can be significantly improved.
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による超音波装置の平面
図、第2図は従来の超音波装置の平面図、第3図及び第
4図は超音波装置の超音波ビームの行路図である。
1……圧電板、
Tin,Tout1,Tout1……トランスデューサ。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view of an ultrasonic apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a conventional ultrasonic apparatus, and FIGS. 3 and 4 are ultrasonic apparatus. It is a path diagram of an ultrasonic beam. 1 ... Piezoelectric plate, T in , T out1 , T out1 …… Transducer.
Claims (1)
ューサ及び受信用のトランスデューサを有し、前記送信
用のトランスデューサの超音波ビームを被検体に放射
し、前記被検体から反射された超音波ビームを前記受信
用のトランスデューサにより受信して前記被検体につい
ての音響的な情報を得るようにした超音波装置におい
て、 前記送信用のトランスデューサ及び前記受信用のトラン
スデューサは、同一圧電基板の同一平面上に同心円を構
成する円弧状のすだれ状トランスデューサであり、該送
信用のトランスデューサは、単一のトランスデューサで
あり、該受信用のトランスデューサは、音響的に独立し
て2つに分割されておりかつ互いに直交する超音波ビー
ムの検出出力を得るように互いに直交する方向に配置さ
れていることを特徴とする超音波装置。(57) [Claims] Having a transducer for transmission and a transducer for reception which are respectively arranged on a piezoelectric plate, radiates an ultrasonic beam of the transducer for transmission to a subject, and receives the ultrasonic beam reflected from the subject. In an ultrasonic device configured to receive acoustic information about the subject by receiving with a transducer for transmission, the transducer for transmission and the transducer for reception form concentric circles on the same plane of the same piezoelectric substrate. Is a circular arc-shaped interdigital transducer, the transmitting transducer is a single transducer, and the receiving transducer is an acoustically independent two-divided ultrasonic wave which is orthogonal to each other. Characterized in that they are arranged in directions orthogonal to each other so as to obtain the detection output of the beam. Ultrasonic device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62127884A JP2673289B2 (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ultrasonic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62127884A JP2673289B2 (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ultrasonic device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63293462A JPS63293462A (en) | 1988-11-30 |
JP2673289B2 true JP2673289B2 (en) | 1997-11-05 |
Family
ID=14971036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62127884A Expired - Lifetime JP2673289B2 (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ultrasonic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2673289B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5819556A (en) * | 1981-07-27 | 1983-02-04 | Olympus Optical Co Ltd | Soundwave probe for ultrasonic microscope |
JPS5822978A (en) * | 1981-08-04 | 1983-02-10 | Koji Toda | Ultrasonic wave device |
JPS6291857A (en) * | 1985-10-18 | 1987-04-27 | Koji Toda | Ultrasonic imaging system |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP62127884A patent/JP2673289B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63293462A (en) | 1988-11-30 |
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