JP4347714B2 - 超音波伝送装置および超音波伝送線路 - Google Patents
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Description
[モードフィルタ]
図2の資料番号#1、#3の形状のモードフィルタを作製し、これらを図1aに示すように振動子12を装着して実施例1および実施例2の伝送装置を作製した。そして振動子に電気信号を印加して超音波を発生させてモードフィルタに伝送し、さらに伝送線路11の先端から反射してきた信号をオッシロスコープで測定した。図12aは実施例1の伝送装置により得られた波形を示している。図12bはその波形のL(0,1)モードに対応する反射信号である。図13は実施例2の伝送装置により得られたL(0,1)モードに対応する反射信号である。
つぎに図14に示すように、直径4cmの球面振動子12を直径4cm、焦点距離5cmのアルミニウムブロック製の収束部材21に接着した。さらに収束部材21の収束面にはテーパ状石英棒からなるモードフィルタ13の基部を接着し、先端部にカーボンコート石英ファイバーからなる伝送線路11の一端を融着接続して、図4aとほぼ同様の伝送装置を作製した。伝送線路11の他端には、エネルギー伝送確認のため、0.1gのゲルG(円形チューブにゲルを入れたもの)を設け、さらにその内部に温度計を挿入した。振動子12および収束部材21の大部分は冷却水Wに漬けた。
図1bに示すアプリケータ14とほぼ同じ形状のカプセル状のアプリケータを伝送線路11の先端に装着した。アプリケータは溶融石英の端部を加熱してテーパ状に引き伸ばしたものである。アプリケータの構造は直径0.94mm、1.63mm、2.00mm、2.44mm、3.00mmの5種類で、長さを約13mmとした。アプリケータの先端は30゜〜90゜の円錐状あるいは角錘状の形状である。アプリケータの基端側には直径125μmのカーボンコートファイバー(カーボン層の厚約230μm)製の伝送線路を石英ファイバー融着接続機(株式会社フジクラ、FMS-05VH II型)を用いて接続した。
ついで振動子を接着したテーパ状石英棒からなるモードフィルタに前記伝送通路の端部を融着して伝達効率の測定を行った。振動子に幅50μSのバースト波を印加して超音波を発生し、伝送通路を介してアプリケータに伝送し、アプリケータの先端から反射してきた反射波をオッシロスコープ上で測定した。アプリケータの先端部を空中に置いたときの反射波に対する受信電圧Vair(図15a)と、アプリケータの先端を約8mm水中に入れたときの受信電圧Vwater(図15b)を測定した。その結果を図15a、図15bに示す。さらにその結果から、η=(Vair−Vwater)/Vairにより、伝達効率ηを求めた。求めた伝達効率ηを図16に示す。
図6に示すように、直径200μmで長さが1mのサファイアファイバーの伝送線路11にセラミック振動子(PZT)の振動子12を接着し、その振動子12に20MHzの電気的バースト波を印加し、超音波を伝送通路11で伝送したときの高次反射をオッシロスコープ29で測定した。その結果を図17に示す。図17から分かるように、高次反射が多数観察されている。これはサファイアファイバー製の伝送通路11の中を20MHzの超音波が低損失で伝搬していることを示している。
11 伝送線路
12 振動子
13 モードフィルタ
13a 基部
13b 先端部
10a 伝送装置
14 アプリケータ
14a 基端
14b 先端
20 伝送装置
12a 振動面
21 収束部材
21a 凹面
21b 収束面
25 測定システム
26 第1増幅器
27 バースト波発生装置
28 第2増幅器
29 オッシロスコープ
30 診断システム
30a 診断システム
31 整合層
32 ミラー
32a 反射面
33 生体組織
34 受信用の増幅器
35 モニタ
36 楕円ミラー
37 整合層
38 水槽
39 整合層
40 楕円ミラー
41 水槽
42 伝送装置
T ターゲット
43 外套
44 伝送装置
45 テーパ部
46 レンズ部
47 整合層
48 ミラー
49 放射ユニット
50 測定システム
51 整合層
Claims (12)
- 略円柱状の超音波発生手段と、可撓性を有する超音波伝送線路と、前記超音波発生手段と超音波伝送線路の間に介在される、ポッシャマー・クリー波のL(0,1)モードを選択的に透過するためのモードフィルタと、前記超音波伝送線路の先端に設けられる放射器とを備え、
前記モードフィルタが、超音波発生手段に接合される基端側では伝送線路より太く伝送線路側では伝送線路と略同径の、平均勾配が10°〜60°で、基端側では勾配が大きく先端側では勾配が小さいテーパ状を呈し、
前記放射器が、伝送線路より太いカプセル状の形態を備え、伝送線路と接合されていない側の自由端の先端が尖っている超音波伝送装置。 - 前記放射器が四分の一波長線路である請求項1記載の超音波伝送装置。
- 前記伝送線路が、サファイア、カーボンナノチューブ混入セラミックスおよびカーボンナノコイル混入セラミックスからなる群より選ばれた材料からなる、可撓性を有する超音波伝送ファイバーである請求項1記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波伝送ファイバーが可撓性および防水性を備えた外套によって覆われている請求項1記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波発生手段が超音波受信手段を兼ねており、前記放射器が、外部からの超音波を取得する受信機能を合わせて備えている請求項1〜4のいずれかに記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波伝送線路を複数本備えており、それぞれの超音波伝送線路に放射器が連結されている請求項1〜5のいずれかに記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波伝送線路を複数本備えており、それぞれの超音波伝送線路に超音波発生手段が連結されている請求項1〜6のいずれかに記載の超音波伝送装置。
- 前記複数本の超音波伝送線路の全体が、防水性および耐捻り性を備えた外套によって被覆され、束ねられている請求項6または7記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波伝送線路を複数本有すると共に、それらの複数本の超音波伝送線路が、トルクワイヤを有する外套によって被覆されている請求項1、6〜8のいずれかに記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波発生手段と超音波伝送線路とが、セラミックス系材料製または金属製の、超音波伝送線路側が細いテーパ状の接合部で接合されている請求項6または7記載の超音波伝送装置。
- 前記超音波発生手段が、円柱状で一端が凸面で他端が平坦な収束面である収束部材と、その収束部材の凸面に密に接合される凹面を有する振動子とからなり、前記収束部材の収束面に前記モードフィルタが接合されている請求項1〜9のいずれかに記載の超音波伝送装置。
- 略円柱状の超音波発生手段と、可撓性を有する超音波伝送線路と、前記超音波発生手段と超音波伝送線路の間に介在される、ポッシャマー・クリー波のL(0,1)モードを選択的に透過するためのモードフィルタと、前記超音波伝送線路の先端に設けられる放射器とを備え、
前記モードフィルタが、超音波発生手段に接合される基端側では伝送線路より太く伝送線路側では伝送線路と略同径の、平均勾配が10°〜60°で、基端側では勾配が大きく先端側では勾配が小さいテーパ状を呈し、
前記伝送線路が、サファイア、カーボンナノチューブ混入セラミックスおよびカーボンナノコイル混入セラミックスからなる群より選ばれた材料からなる可撓性を有する超音波伝送ファイバーであり、
前記超音波発生手段が超音波受信手段を兼ね、前記放射器が整合層からなり、外部からの超音波を取得する受信機能を合わせて備えている超音波伝送装置。
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