JPH07265308A - Ultrasonic probe - Google Patents
Ultrasonic probeInfo
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- JPH07265308A JPH07265308A JP8415694A JP8415694A JPH07265308A JP H07265308 A JPH07265308 A JP H07265308A JP 8415694 A JP8415694 A JP 8415694A JP 8415694 A JP8415694 A JP 8415694A JP H07265308 A JPH07265308 A JP H07265308A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、医療で用いる超音波内
視鏡等において利用される超音波探触子に係り、特にト
ランスデューサ部を改良した超音波探触子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used in an ultrasonic endoscope for medical use, and more particularly to an ultrasonic probe having an improved transducer section.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、超音波探触子は、非破壊検査装置
の他、医療用の超音波診断装置として急速な需要の伸び
をみせている。超音波内視鏡等の探触子は、超音波トラ
ンスデューサから高周波の音響振動を生体中に放射し、
反射して戻ってきた超音波を超音波トランスデューサで
受信し、わずかな界面特性の違いによって異なる情報を
処理することで、生体内部の断面像を得ることができる
ようになっている。2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic probes have shown rapid growth in demand as ultrasonic diagnostic devices for medical use in addition to nondestructive inspection devices. A probe such as an ultrasonic endoscope emits a high-frequency acoustic vibration from an ultrasonic transducer into a living body,
By receiving an ultrasonic wave reflected and returned by an ultrasonic transducer and processing different information due to a slight difference in interface characteristic, a cross-sectional image of the inside of a living body can be obtained.
【０００３】超音波トランスデューサの振動子は、大別
すると、圧電素子、音響整合層および背面負荷材から構
成されてる。前記超音波トランスデューサは、上記圧電
素子表面に形成された電極を使用して、圧電素子に高周
波の電圧パルスを印加し、圧電素子を共振させて急速に
変形を起こし、超音波パルスを発生させるものである。The vibrator of the ultrasonic transducer is roughly composed of a piezoelectric element, an acoustic matching layer and a back load material. The ultrasonic transducer uses an electrode formed on the surface of the piezoelectric element, applies a high-frequency voltage pulse to the piezoelectric element, resonates the piezoelectric element, and rapidly deforms to generate an ultrasonic pulse. Is.
【０００４】ところが、血管用超音波探触子のように、
高周波化、小型化が必要なもので近距離場の観察が可能
なミラー反射タイプは、圧電素子の形状は小さくなり、
配線が困難になるとともに、絶対的な感度を得ることが
困難になってきた。However, like the ultrasonic probe for blood vessels,
The mirror reflection type, which requires high frequency and miniaturization and enables near field observation, has a smaller piezoelectric element shape.
As wiring becomes difficult, it becomes difficult to obtain absolute sensitivity.
【０００５】従来例としては、図５に示した特開平３−
１７３５４７号公報のような送受一体型のトランスデュ
ーサを用いた超音波探触子がある。具体的には、非導電
性のケース１７に取り付けた分極をしていない圧電セラ
ミックス３の一方の平面に導電性を有する背面負荷材１
８を充填し、これに電極としての役割を持たせ、他方の
平面に薄膜状の電極１９を非導電性のケース１７にまで
延長して形成した後、分極を行って圧電性を持たせ、必
要に応じて薄膜状の電極１９側に音響整合層７を設けた
超音波探触子がある。As a conventional example, Japanese Laid-Open Patent Publication No.
There is an ultrasonic probe using a transducer of a transmission and reception type as disclosed in Japanese Patent No. 173547. Specifically, the back load material 1 having conductivity on one plane of the non-polarized piezoelectric ceramics 3 attached to the non-conductive case 17
8 is filled, and this is made to have a role as an electrode, and a thin film electrode 19 is formed on the other plane to extend to the non-conductive case 17, and then polarized to give piezoelectricity. There is an ultrasonic probe in which an acoustic matching layer 7 is provided on the thin film electrode 19 side as necessary.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のような超音
波探触子では、音響放射面をプローブの長さ方向と水平
になる横置きのトランスデューサの構成の場合は、圧電
素子の面積を長さ方向に延ばすことが可能であり、良好
な感度が得られる。しかし、この横置きの構成では近距
離場の観察ができない。血管用等の小型化が要求され、
なおかつ、近距離場の観察のできる超音波探触子の場
合、トランスデューサを縦置きとしたミラータイプを採
用するが、従来の送受一体型のトランスデューサでは、
圧電素子面積が極端に小さくなり、細径化した場合に必
要な感度を得ることができなかった。In the conventional ultrasonic probe as described above, in the case of a transversely arranged transducer whose acoustic emission surface is horizontal to the length direction of the probe, the area of the piezoelectric element is increased. It is possible to extend in the depth direction, and good sensitivity is obtained. However, this horizontal configuration does not allow near field observation. Miniaturization is required for blood vessels,
Moreover, in the case of an ultrasonic probe capable of observing a near field, a mirror type in which the transducer is placed vertically is adopted, but in the conventional transducer with integrated transmission and reception,
The area of the piezoelectric element became extremely small, and it was not possible to obtain the necessary sensitivity when the diameter was reduced.
【０００７】一般的に、感度は圧電素子の面積の二乗に
比例して低下すると言われている。このような超音波探
触子においては、圧電素子の面積を超音波探触子の径に
合わせて小さくしていくと、Ｓ／Ｎ比が小さくなり、鮮
明な画像が得られなくなるという不具合があった。ま
た、細径化に伴い配線法も困難になり、超音波探触子の
製造は困難であった。It is generally said that the sensitivity decreases in proportion to the square of the area of the piezoelectric element. In such an ultrasonic probe, if the area of the piezoelectric element is made smaller according to the diameter of the ultrasonic probe, the S / N ratio becomes smaller and a clear image cannot be obtained. there were. Further, as the diameter is reduced, the wiring method becomes difficult, and it is difficult to manufacture the ultrasonic probe.
【０００８】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、請求項１に係る発明は、圧電素子の小型
化による絶対的な感度低下をトランスデューサの構造変
更で改善し、配線の方法が容易であり、小径でも感度が
高く、画像精度の良い超音波探触子を提供することを目
的とする。請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明
の目的に加え、さらなる感度の向上を図った超音波探触
子を提供することを目的とする。請求項３に係る発明
は、請求項１または２に係る発明の目的に加え、低電圧
での駆動が可能な超音波探触子を提供することを目的と
する。The present invention has been made in view of the above conventional problems, and the invention according to claim 1 improves the absolute sensitivity decrease due to the miniaturization of the piezoelectric element by changing the structure of the transducer, and It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe that is easy to use, has high sensitivity even with a small diameter, and has good image accuracy. In addition to the object of the invention according to claim 1, an object of the invention according to claim 2 is to provide an ultrasonic probe in which the sensitivity is further improved. An object of the invention according to claim 3 is to provide an ultrasonic probe which can be driven at a low voltage, in addition to the object of the invention according to claim 1 or 2.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、少なくとも一つの音響整合
層もしくは音響レンズと、圧電素子と、背面負荷材と、
それらを保持するハウジングとを備えた超音波探触子に
おいて、前記圧電素子の厚み共振方向と平行な面に一つ
以上の音響整合層もしくは音響レンズを設けて、音響放
射面とした。請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
超音波探触子において、圧電素子に設けた電極のうち、
一つの電極を、音響反射面側の圧電素子側面にまで延長
した。請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載
の超音波探触子において、圧電素子が積層体からなるこ
とを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 provides at least one acoustic matching layer or acoustic lens, a piezoelectric element, and a back load material.
In an ultrasonic probe provided with a housing that holds them, one or more acoustic matching layers or acoustic lenses are provided on a surface parallel to the thickness resonance direction of the piezoelectric element to provide an acoustic radiation surface. According to a second aspect of the invention, in the ultrasonic probe according to the first aspect, among the electrodes provided on the piezoelectric element,
One electrode was extended to the side surface of the piezoelectric element on the acoustic reflection surface side. The invention according to claim 3 is the ultrasonic probe according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric element is formed of a laminated body.
【００１０】[0010]
【作用】請求項１〜３に係る発明では、圧電素子の電極
間に電圧パルスを印加し、圧電素子を厚み方向に共振さ
せた際、同時に発生する径方向の振動を利用して超音波
を生体に放射させるものである。なお、圧電素子には、
ポアソン比の大きな材料を使用すると高感度の超音波探
触子が得られる。特に、請求項２に係る発明では、超音
波探触子の圧電素子に設けた電極のうち、一つの電極
を、音響放射面側の圧電素子側面部にまで延長した構成
の圧電素子を用い、側面電極ともう一方の極性の電極と
の間隔を調整することにより、更に感度を上げることを
可能とした。請求項３に係る発明の作用は、上述した作
用の他に、圧電素子に積層体を使用しているため、低電
圧での駆動が可能となる。In the invention according to claims 1 to 3, when a voltage pulse is applied between the electrodes of the piezoelectric element to cause the piezoelectric element to resonate in the thickness direction, ultrasonic waves are generated by utilizing radial vibrations that occur simultaneously. It is emitted to the living body. In addition, the piezoelectric element,
A high-sensitivity ultrasonic probe can be obtained by using a material having a large Poisson's ratio. Particularly, in the invention according to claim 2, among the electrodes provided in the piezoelectric element of the ultrasonic probe, one electrode is used to extend to the piezoelectric element side surface portion on the acoustic radiation surface side, It was possible to further increase the sensitivity by adjusting the distance between the side electrode and the electrode of the other polarity. In addition to the above-described action, the action of the invention according to claim 3 uses the laminated body for the piezoelectric element, so that it is possible to drive at a low voltage.
【００１１】[0011]
【実施例１】図１および図２を用いて、本実施例を説明
する。図１は本実施例で用いるトランスデューサ部２０
の断面構成を示した図で、それぞれ（ａ）が横断面図、
（ｂ）が縦断面図である。また、図２は図１のトランス
デューサ部２０をハウジング１４に載せた超音波探触子
２１の先端部の概略構成図である。[Embodiment 1] This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a transducer section 20 used in this embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of FIG.
(B) is a longitudinal sectional view. Further, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a tip end portion of an ultrasonic probe 21 in which the transducer unit 20 of FIG.
【００１２】（構成）まず、図１に示したトランスデュ
ーサ部２０の作製法に基づいて構成を説明する。共振周
波数２０ＭＨｚ（厚さ約１００μｍ）のＰＺＴ系圧電セ
ラミックス３の両主平面に電極１，２を付与したものを
精密裁断機により０．７×３．０ｍｍに切出し、リード
線１２を正負の電極１，２の同一片端に半田１１により
半田付けする。なお、矢印４は圧電素子５の極性を示し
たものである。(Structure) First, the structure will be described based on the manufacturing method of the transducer section 20 shown in FIG. A PZT-based piezoelectric ceramics 3 having a resonance frequency of 20 MHz (thickness: about 100 μm) with electrodes 1 and 2 provided on both main planes was cut into 0.7 × 3.0 mm by a precision cutting machine, and the lead wire 12 was a positive or negative electrode. Solder with solder 11 to the same end of 1 and 2. The arrow 4 indicates the polarity of the piezoelectric element 5.
【００１３】外筒６はＳＵＳ製のパイプで外径φ１．０
ｍｍ、肉厚０．０５ｍｍ、長さ３．３ｍｍに裁断したも
ので、その一部（図１（ａ）で底面側）をハウジング１
４と接着しやすいように漬したものである。この外筒６
の片端を、図示しないセロハンテープのような接着剤の
付いたテープでとめ、ほぼ中央部にリード線１２の付い
た圧電素子５を図１のような方向で入れ、粘着テープで
固定する。そして、隙間の部分にアルミナをフィラーと
したゲル状のエポキシ樹脂を背面負荷材８として充填し
硬化させる。この際、圧電素子５の電極１，２はＳＵＳ
パイプ６に触れないようにする。The outer cylinder 6 is a SUS pipe and has an outer diameter of 1.0.
mm, thickness 0.05 mm, length 3.3 mm, part of which (bottom side in FIG. 1A) is cut into the housing 1
It was pickled so that it could easily adhere to No. 4. This outer cylinder 6
One end is fixed with an adhesive tape such as cellophane tape (not shown), the piezoelectric element 5 with the lead wire 12 is inserted in the substantially central portion in the direction as shown in FIG. 1, and fixed with an adhesive tape. Then, a gel epoxy resin containing alumina as a filler is filled in the gap as a back load material 8 and cured. At this time, the electrodes 1 and 2 of the piezoelectric element 5 are made of SUS.
Do not touch the pipe 6.
【００１４】硬化後、粘着テープを剥がし、テープの付
いていた音響放射面側を、研磨紙を用いて研磨し、音響
整合層材料のエポキシ樹脂を塗布し、硬化後研磨して１
／４λの厚さの音響整合層７に加工し、トランスデュー
サ部２０を作製する。なお、音響放射面とは、超音波が
観察対称物に向かって出て行く面のことで、音響整合層
７が付与される面がこの面となる。After curing, the adhesive tape is peeled off, and the acoustic radiation surface side having the tape is polished with polishing paper, an epoxy resin as an acoustic matching layer material is applied, and after curing, polished 1
The acoustic matching layer 7 having a thickness of / 4λ is processed to produce the transducer section 20. It should be noted that the acoustic emission surface is a surface on which the ultrasonic waves are emitted toward the observation symmetrical object, and the surface to which the acoustic matching layer 7 is applied is this surface.
【００１５】次いで、厚さ０．０８ｍｍ、幅０．７ｍｍ
のＳＵＳ板先端部を折り曲げて反射ミラー１６を形成し
たハウジング１４を、フレキシブルシャフト１５にレー
ザー溶接した後に、トランスデューサ部２０を接着固定
し、絶縁と補強を兼ねたエポキシ系の封止樹脂１３にて
トランスデューサ部２０とフレキシブルシャフト１５間
を封止し、超音波探触子２１を作製する。Next, the thickness is 0.08 mm and the width is 0.7 mm.
After the housing 14 having the reflection mirror 16 formed by bending the tip of the SUS plate is laser-welded to the flexible shaft 15, the transducer unit 20 is adhesively fixed and the epoxy-based sealing resin 13 also serves as insulation and reinforcement. The transducer portion 20 and the flexible shaft 15 are sealed and the ultrasonic probe 21 is manufactured.
【００１６】（作用）上述した構成の超音波探触子２１
は、電極１，２間に電圧パルスを印加し、圧電素子５を
厚み方向に共振させると、圧電素子５の長さ方向にも振
動が発生する。この振動を利用し、圧電素子５の長さ方
向の面に形成された音響整合層７から超音波が放射され
る。放射された超音波は、反射ミラー１６に反射して曲
げられ、図示していないシースといわれる樹脂製パイプ
を透過して、生体中に放射される。従来の厚み方向の振
動を利用し超音波を放射するタイプよりも、実際の変位
が大きいために大きな出力が得られる。厚み方向の振動
は、圧電素子５周囲に充填されたアルミナをフィラーと
するゲル状のエポキシ樹脂からなる背面負荷材８により
減衰し、不要な超音波は生体中に、放射されないように
なっている。(Operation) The ultrasonic probe 21 having the above-mentioned configuration
When a voltage pulse is applied between the electrodes 1 and 2 to resonate the piezoelectric element 5 in the thickness direction, vibration also occurs in the length direction of the piezoelectric element 5. Utilizing this vibration, ultrasonic waves are radiated from the acoustic matching layer 7 formed on the surface of the piezoelectric element 5 in the longitudinal direction. The radiated ultrasonic waves are reflected by the reflection mirror 16 and bent, transmitted through a resin pipe called a sheath (not shown), and radiated into the living body. A larger output can be obtained because the actual displacement is larger than the conventional type that radiates ultrasonic waves using vibration in the thickness direction. Vibration in the thickness direction is attenuated by the back load material 8 made of a gel epoxy resin containing alumina as a filler, which is filled around the piezoelectric element 5, so that unnecessary ultrasonic waves are not radiated into the living body. .
【００１７】一方、被検体に当たりはね返ってきたエコ
ー波は、圧電素子５に圧力を加え変形させる。この変形
により、圧電素子５の電極１，２間には電圧が発生し、
リード線１２を通して図示しない画像処理装置に取り込
み画像化するというものである。この際、高感度の画像
を得るには、圧電素子５の長さが厚さに比較して十分に
長いことが必要である。また、圧電素子５の縦方向の電
気機械結合係数（Ｋｔ）およびポアソン比が大きいこと
が高感度の超音波探触子２１を製造する上で必要であ
る。具体的には、本製法により作製した外径φ１ｍｍの
超音波探触子の利得（Ｔｏｔａｌ ｇａｉｎ）は、外径
φ１ｍｍで圧電素子５の厚さ方向に超音波を放射する従
来タイプの利得よりも２〜５ｄｂ向上した。On the other hand, the echo wave that hits the subject and rebounds applies pressure to the piezoelectric element 5 to deform it. Due to this deformation, a voltage is generated between the electrodes 1 and 2 of the piezoelectric element 5,
The image is taken in through a lead wire 12 into an image processing device (not shown) to form an image. At this time, in order to obtain a highly sensitive image, it is necessary that the length of the piezoelectric element 5 is sufficiently longer than the thickness thereof. Further, a large electromechanical coupling coefficient (Kt) and Poisson's ratio in the vertical direction of the piezoelectric element 5 are required for manufacturing the ultrasonic probe 21 with high sensitivity. Specifically, the gain (total gain) of the ultrasonic probe with an outer diameter of φ1 mm produced by this manufacturing method is higher than that of a conventional type that emits ultrasonic waves in the thickness direction of the piezoelectric element 5 with an outer diameter of φ1 mm. Improved by 2-5db.
【００１８】（効果）上述した構成の本実施例の超音波
探触子２１では、近距離場の観察可能なミラータイプ等
で、細径化が要求された場合でも、送信出力を大幅に上
げることが可能である。そのため、断面積の小さなトラ
ンスデューサでも、Ｓ／Ｎ比が向上し、図示しない画像
処理装置に画像化した場合、解像度の高い画像を得るこ
とができる。また、一般的な厚み方向へ超音波を放射す
るタイプと比較し、圧電素子５の形状は非常に大きく結
線方法が非常に容易である。なお、外筒６にはＳＵＳ製
のパイプを使用したが、導電性が無く、シース内に封入
する音響媒体に耐食性のある樹脂性パイプを使用すれ
ば、圧電素子５の電極部１，２と外筒６の接触を気にす
ることなく、容易に製造が可能となる。さらに、本実施
例では、圧電素子５に単板を用いたが、圧電素子の積層
体を用いた場合は、低電圧で駆動できるという効果が得
られる。(Effect) In the ultrasonic probe 21 of the present embodiment having the above-mentioned configuration, the transmission output is significantly increased even if the diameter reduction is required by a mirror type or the like capable of observing the near field. It is possible. Therefore, even with a transducer having a small cross-sectional area, the S / N ratio is improved, and when imaged by an image processing device (not shown), an image with high resolution can be obtained. Further, compared with a general type that radiates ultrasonic waves in the thickness direction, the shape of the piezoelectric element 5 is very large and the connection method is very easy. Although a SUS pipe is used as the outer cylinder 6, if a resin pipe having no conductivity and having corrosion resistance is used as an acoustic medium to be enclosed in the sheath, the electrode parts 1 and 2 of the piezoelectric element 5 can be used. It is possible to easily manufacture without worrying about the contact of the outer cylinder 6. Further, in this embodiment, a single plate is used for the piezoelectric element 5, but when a laminated body of piezoelectric elements is used, it is possible to obtain an effect of driving at a low voltage.
【００１９】[0019]
【実施例２】図３は本実施例における、超音波探触子先
端のトランスデューサ部２０の構成を示した縦断面図で
ある。本実施例の基本的な構成は、前記実施例１と同様
であり、同一な構成部分には同一符号を付すとともに、
以下に相違点についてのみ説明する。[Embodiment 2] FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of a transducer portion 20 at the tip of an ultrasonic probe in the present embodiment. The basic configuration of the present embodiment is similar to that of the first embodiment, and the same components are designated by the same reference numerals,
Only the differences will be described below.
【００２０】（構成）本実施例では、前記実施例の図
１，２と同様に、厚み共振周波数２０ＭＨｚ（厚さ約１
００μｍ）のＰＺＴ系の圧電素子５を精密裁断機のより
０．７×３．０ｍｍに切出し、リード線１２を正負の電
極１，２の同一片端に半田１１により半田付けした。実
施例１と基本的な違いは、圧電素子の電極構成と音響整
合層に有り、本実施例では、ＧＮＤ側電極１を音響放射
面側の圧電素子５側面部にまで延長した構成である。な
お、ＧＮＤ側電極１とプラス側電極２との間隔は０．１
ｍｍと圧電素子５の厚みと同じ間隔とした。このリード
線１２の付いた圧電素子５を用い、前記実施例１と同様
にして、背面負荷材８を充填し、軸方向に積層した音響
整合層７，９，１０を付与してトランスデューサ部２０
を作製した。音響整合層７，９，１０は、第一層がマシ
ナブルセラミックス（７）、第二層がアルミナフィラー
入りのエポキシ樹脂（９）、そして第三層がシリコン樹
脂（１０）からなるもので、それぞれ１／４λの値に成
るように加工し、あらかじめ接着積層したものを使用し
た。この音響整合層７，９，１０を、エポキシ等の接着
剤で加圧接着し、トランスデューサ部２０を作製した。
そして、このトランスデューサ部２０を実施例１と同様
に、反射ミラー１６を付与したハウジング１４に搭載し
て、超音波探触子２１を作製した。(Structure) In this embodiment, the thickness resonance frequency is 20 MHz (thickness of about 1) as in FIGS.
The PZT-based piezoelectric element 5 (00 μm) was cut into 0.7 × 3.0 mm by a precision cutting machine, and the lead wire 12 was soldered to the same one end of the positive and negative electrodes 1 and 2 with the solder 11. The fundamental difference from Example 1 lies in the electrode configuration of the piezoelectric element and the acoustic matching layer. In this example, the GND side electrode 1 is extended to the side surface of the piezoelectric element 5 on the acoustic emission surface side. The distance between the GND side electrode 1 and the plus side electrode 2 is 0.1.
mm and the thickness of the piezoelectric element 5 were the same. Using the piezoelectric element 5 with this lead wire 12, the back load material 8 is filled and acoustic matching layers 7, 9 and 10 laminated in the axial direction are applied in the same manner as in the first embodiment to provide the transducer section 20.
Was produced. The acoustic matching layers 7, 9 and 10 have a first layer made of machinable ceramics (7), a second layer made of an epoxy resin (9) containing an alumina filler, and a third layer made of a silicone resin (10). Each of them was processed so as to have a value of 1 / 4λ, and used by being adhesively laminated in advance. The acoustic matching layers 7, 9 and 10 were pressure-bonded with an adhesive such as epoxy to manufacture the transducer section 20.
Then, the transducer unit 20 was mounted on the housing 14 provided with the reflection mirror 16 in the same manner as in Example 1, and the ultrasonic probe 21 was manufactured.
【００２１】（作用）上述した構成の超音波探触子２１
は、前記実施例１と同様に、圧電素子５の電極１，２間
に電圧パルスを印加し、圧電素子５を厚み方向に共振さ
せると、圧電素子５の長さ方向にも振動が発生する。こ
の振動を利用し、圧電素子５の長さ方向の面に形成され
た、音響整合層１０から超音波が放射される。一方、被
検体に当たりはね返ってきたエコー波は、圧電素子５に
圧力を加え変形される。この際、ＧＮＤ側電極１とプラ
ス側電極２との間には大きな応力がかかり、この電極間
には大きな電圧が発生し、リード線１２を通して図示し
ない画像処理装置に取り込み画像化される。なお、実施
例１の超音波探触子２１と利得（Ｔｏｔａｌ Ｇａｉ
ｎ）を比較すると、１〜２ｄＢ向上する。(Operation) The ultrasonic probe 21 having the above-mentioned configuration
Similarly to the first embodiment, when a voltage pulse is applied between the electrodes 1 and 2 of the piezoelectric element 5 and the piezoelectric element 5 resonates in the thickness direction, vibration also occurs in the length direction of the piezoelectric element 5. . Using this vibration, ultrasonic waves are radiated from the acoustic matching layer 10 formed on the surface of the piezoelectric element 5 in the longitudinal direction. On the other hand, the echo wave that hits the subject and bounces back is deformed by applying pressure to the piezoelectric element 5. At this time, a large stress is applied between the GND side electrode 1 and the plus side electrode 2, a large voltage is generated between these electrodes, and the image is taken in through a lead wire 12 into an image processing device (not shown) to be imaged. In addition, the ultrasonic probe 21 and the gain (Total Gai) of the first embodiment are used.
Comparing n), it is improved by 1 to 2 dB.
【００２２】（効果）上述した構成の超音波探触子２１
では、近距離場の観察可能なミラータイプ等で、細径化
が要求された場合でも、送信出力を大幅に上げることが
可能である。また、一方の電極１を音響放射面側の圧電
素子５側面部にまで延長し、受信効率を向上するため、
断面積の小さなトランスデューサでも、Ｓ／Ｎ比はさら
に向上し、図示しない画像処理装置により画像化した場
合、解像度の高い画像を得ることができる。また、一般
的な厚み方向へ超音波を放射するタイプと比較し、圧電
素子５の形状は非常に大きく結線方法が非常に容易であ
る。本実施例では、外筒６を設けたが、背面負荷剤８の
性能が十分で、外部に超音波が溺れない構成である場合
には、外筒６が無くても同様な効果は得られる。(Effect) The ultrasonic probe 21 having the above-mentioned configuration
Then, it is possible to significantly increase the transmission output even when the diameter is required to be reduced by a mirror type that can observe near fields. Further, in order to improve the reception efficiency by extending one electrode 1 to the side surface of the piezoelectric element 5 on the acoustic radiation surface side,
Even with a transducer having a small cross-sectional area, the S / N ratio is further improved, and when imaged by an image processing device (not shown), an image with high resolution can be obtained. Further, compared with a general type that radiates ultrasonic waves in the thickness direction, the shape of the piezoelectric element 5 is very large and the connection method is very easy. In this embodiment, the outer cylinder 6 is provided, but in the case where the performance of the back load material 8 is sufficient and the ultrasonic waves do not drown outside, the same effect can be obtained without the outer cylinder 6. .
【００２３】[0023]
【実施例３】 （構成）図４（ａ）は本実施例の超音波探触子に用いた
トランスデューサ部２０の横断面図、図４（ｂ）は縦断
面図である。Third Embodiment (Structure) FIG. 4A is a horizontal sectional view of a transducer section 20 used in an ultrasonic probe of the present embodiment, and FIG. 4B is a vertical sectional view.
【００２４】本実施例の基本的な構成は前記実施例１と
同様であり、同一な構成部分には同一符号を付すととも
に、以下に相違点についてのみ説明する。本実施例で
は、図４のように２枚の圧電素子５使用し、超音波探触
子のトランスデューサ部２０を作製したものである。具
体的には、本実施例で用いた圧電素子５は、ＰＭＮ系の
材料で、厚み共振周波数２０ＭＨｚ、（厚さ約１００μ
ｍ）の圧電素子５を精密裁断機により０．４５×３．０
０ｍｍに切出し、リード線１２を正負の電極１，２の同
一片端に半田１１により半田付けする。圧電素子５の配
置は、図４のようにＧＮＤ側電極１を外筒６に向け、プ
ラス電極２が向い合うようにする。そして、背面負荷材
８を完全に充填する前に、ＳＵＳ製の外筒６に半田付け
により半田１１ｃを用い、圧電素子５のＧＮＤ電極１を
リード線１２ｃで結線し、その後、外筒６を介してリー
ド線１２を半田１１ｃにより結線する。一方、圧電素子
５のプラス側電極２の導通は、２本を１本のリード線１
２ｂと結線して導通を通る構成である。このリード線の
付いた２枚の圧電素子５を用い、前記実施例１と同様に
して、外筒６，音響整合層７および背面負荷材８を付与
し、トランスデューサ部２０を作製した。このトランス
デューサ部２０を実施例１と同様に、反射ミラー１６を
付与したハウジング１４に搭載して、超音波探触子を作
製した。The basic structure of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same components are designated by the same reference numerals and only the different points will be described below. In this embodiment, as shown in FIG. 4, two piezoelectric elements 5 are used to manufacture the transducer portion 20 of the ultrasonic probe. Specifically, the piezoelectric element 5 used in this example is made of a PMN-based material and has a thickness resonance frequency of 20 MHz and a thickness of about 100 μm.
The piezoelectric element 5 of m) is 0.45 × 3.0 by a precision cutting machine.
It is cut out to 0 mm, and the lead wire 12 is soldered to one end of the positive and negative electrodes 1 and 2 with the solder 11. The piezoelectric element 5 is arranged so that the GND side electrode 1 faces the outer cylinder 6 and the positive electrodes 2 face each other as shown in FIG. Then, before completely filling the back load material 8, the solder 11c is used by soldering to the outer cylinder 6 made of SUS to connect the GND electrode 1 of the piezoelectric element 5 with the lead wire 12c, and then the outer cylinder 6 is The lead wire 12 is connected via the solder 11c via the lead wire 12a. On the other hand, the positive electrode 2 of the piezoelectric element 5 is electrically connected to the two lead wires 1
It is configured to be connected to 2b and pass through conduction. Using the two piezoelectric elements 5 provided with the lead wires, the outer cylinder 6, the acoustic matching layer 7 and the back load material 8 were applied in the same manner as in Example 1 to fabricate the transducer section 20. This transducer unit 20 was mounted on the housing 14 provided with the reflection mirror 16 in the same manner as in Example 1 to manufacture an ultrasonic probe.
【００２５】（作用）上述した構成の超音波探触子は、
前記実施例１，２と同様に、２枚の圧電素子５の電極
１，２間に電圧パルスを印加し、圧電素子５を厚み方向
に共振させると、圧電素子５の長さ方向にも振動が発生
する。送受信の動作原理は、前記実施例１，２と同様で
あるが、音響放射面の圧電素子５表面積を増やすこと
で、出力される超音波の音圧は増加する。２枚の圧電素
子は、背面負荷材８を介在させるために、相互の干渉は
無くパルス幅自体には変化が無い。(Operation) The ultrasonic probe having the above-mentioned configuration is
As in Examples 1 and 2, when a voltage pulse is applied between the electrodes 1 and 2 of the two piezoelectric elements 5 and the piezoelectric elements 5 resonate in the thickness direction, the piezoelectric elements 5 also vibrate in the length direction. Occurs. The operation principle of transmission / reception is the same as in the first and second embodiments, but the sound pressure of the output ultrasonic wave is increased by increasing the surface area of the piezoelectric element 5 on the acoustic radiation surface. Since the two back-loading members 8 are interposed between the two piezoelectric elements, there is no mutual interference and the pulse width itself does not change.
【００２６】（効果）極近距離場の観察できるミラータ
イプの細径超音波探触子においても、感度の良好なもの
が作製できる。本実施例では、圧電素子５を２枚とし平
行に配置した構成としたが、２枚以上とし干渉が起こら
ないような配置であれば位置関係に関係なく、断面積が
増えれば同様な効果が得られる。また、反射ミラー１６
中央部に超音波ビームの集束点がくるように、音響レン
ズを設けたり、背面負荷材８に固定する際に圧電素子５
自体を傾けた状態にすることで感度の向上を図ることが
できる。さらに、圧電素子５の側面電極は、圧電素子５
を背面負荷材８により固定した後、研磨や裁断により、
外筒６と垂直度を出した後、蒸着等によりＳＵＳ製外筒
６と導通を取る形として、圧電素子５のＧＮＤ側電極１
側の半田１１による半田付けを無くし、配線法を容易に
した構成のものでも同様な効果が得られる。そして、音
響整合層７に導電性のある材料を使用した場合には、結
線２枚の圧電素子５のうち一方のＧＮＤ側電極１と結線
するだけでよく、半田付けする箇所を減らすことができ
る。導電性のある樹脂としては、エポキシ樹脂に銀や銅
をはじめとする導電物質のフィラーを混合したものがあ
る。なお、フィラーとしては、ウィスカー状のものが簡
単に高い導電性が得られ、特に、ウィスカー状の銀をフ
ィラーとした場合は良好な結果が得られた。なお、圧電
素子５は、本実施例で用いたＰＭＮ系のものの他、ＰＺ
Ｔ系のセラミックスや、ＰＴ系の圧電・電歪材料からな
る圧電セラミックスがよく、そして圧電素子は実施例に
示すような単板に限らず、積層体を使用しても同様な効
果が得られる。(Effect) A mirror-type small-diameter ultrasonic probe capable of observing an ultra-near field can be manufactured with good sensitivity. In this embodiment, two piezoelectric elements 5 are arranged in parallel, but if two or more piezoelectric elements 5 are arranged so that interference does not occur, the same effect can be obtained if the cross-sectional area increases regardless of the positional relationship. can get. In addition, the reflection mirror 16
When the acoustic lens is provided or the piezoelectric element 5 is fixed to the back load member 8 so that the focal point of the ultrasonic beam is located in the central portion.
The sensitivity can be improved by tilting itself. Furthermore, the side electrode of the piezoelectric element 5 is
After fixing with the back load material 8, by polishing or cutting,
The GND side electrode 1 of the piezoelectric element 5 is formed in such a manner that after the verticality with the outer cylinder 6 is established, conduction is established with the SUS outer cylinder 6 by vapor deposition or the like.
The same effect can be obtained even if the wiring method is simplified by eliminating the soldering by the side solder 11. When a conductive material is used for the acoustic matching layer 7, it is only necessary to connect the GND side electrode 1 of one of the two connected piezoelectric elements 5, and the number of soldering points can be reduced. . As the conductive resin, there is an epoxy resin mixed with a filler of a conductive material such as silver or copper. As the filler, whiskers having a high conductivity were easily obtained, and particularly good results were obtained when whiskers of silver were used as the filler. In addition to the PMN-based piezoelectric element used in this example, the piezoelectric element 5 is a PZ
T-type ceramics and piezoelectric ceramics made of PT-type piezoelectric / electrostrictive materials are preferable, and the piezoelectric element is not limited to the single plate as shown in the embodiment, and the same effect can be obtained by using a laminated body. .
【００２７】また、圧電素子を複数枚使用するこで、単
位面積当たりに圧電素子の音響放射面と割合が大きくな
る。そのため、大きな送信波を得ることが可能となり、
画像精度をさらに高めることができる。さらに、圧電素
子にＰＺＴ系、ＰＴ系またはＰＭＮ系の材料を使用する
ことで、音響放射方向に大きな変位が得られ、その際に
発生する超音波も大きなものとなり、送信出力が大きく
なることで高感度の超音波探触子となる。By using a plurality of piezoelectric elements, the ratio of the piezoelectric elements to the acoustic radiation surface per unit area increases. Therefore, it becomes possible to obtain a large transmitted wave,
The image accuracy can be further improved. Furthermore, by using a PZT-based, PT-based, or PMN-based material for the piezoelectric element, a large displacement can be obtained in the acoustic radiation direction, the ultrasonic waves generated at that time also become large, and the transmission output becomes large. It becomes a high-sensitivity ultrasonic probe.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上のように、本発明の超音波探触子に
よれば、以下のような効果が得られる。請求項１〜３に
係る発明の効果は、圧電素子の厚み共振方向とは異なっ
た方向の振動を使用することで、細径化の望まれるミラ
ータイプのような、音響放射方向の面積に制限のある超
音波探触子であっても感度を向上させることが可能とな
る。なお、本発明の超音波探触子に使用する圧電素子
は、ポアソン比の大きな材料を使用すると高感度の超音
波探触子が得られる。また、一般的な厚み方向へ超音波
を放射するタイプと比較し、圧電素子の形状は非常に大
きく結線方法が非常に容易となる。請求項２に係る発明
の効果は、上記効果の他、一方の電極を音響放射面側の
圧電素子側面部にまで延長し、受信効率をさらに向上さ
せるため、断面積の小さなトランスデューサでも、Ｓ／
Ｎ比は向上し、画像処理装置により画像化した場合、解
像度の高い画像を得ることができる。請求項３に係る発
明の効果は、前述までの効果の他に、積層体の圧電素子
を使用することで、低駆動電圧化が達成できる。そのた
め、体内用超音波探触子等では、安全性を高めつつ画像
精度を維持することが可能となる。As described above, according to the ultrasonic probe of the present invention, the following effects can be obtained. The effects of the inventions according to claims 1 to 3 are limited to the area in the acoustic radiation direction, such as the mirror type whose diameter reduction is desired, by using the vibration in the direction different from the thickness resonance direction of the piezoelectric element. It is possible to improve the sensitivity even with an ultrasonic probe having the above-mentioned problem. The piezoelectric element used in the ultrasonic probe of the present invention can be a highly sensitive ultrasonic probe when a material having a large Poisson's ratio is used. Further, compared with a general type that radiates ultrasonic waves in the thickness direction, the shape of the piezoelectric element is very large, and the connection method is very easy. The effect of the invention according to claim 2 is that, in addition to the above effect, one electrode is extended to the side surface of the piezoelectric element on the acoustic radiation surface side to further improve the reception efficiency.
The N ratio is improved, and when imaged by an image processing device, an image with high resolution can be obtained. In addition to the effects described above, the effect of the invention according to claim 3 can be achieved by using the piezoelectric element of the laminated body to reduce the driving voltage. Therefore, in the ultrasonic probe for the inside of the body, it is possible to improve the safety and maintain the image accuracy.
【図１】実施例１の超音波探触子のトランスデューサ部
を示すもので、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図で
ある。1A and 1B show a transducer section of an ultrasonic probe of Example 1, where FIG. 1A is a horizontal sectional view and FIG. 1B is a vertical sectional view.
【図２】同実施例１の超音波探触子の先端部を示す概略
構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a tip end portion of the ultrasonic probe according to the first embodiment.
【図３】実施例２の超音波探触子のトランスデューサ部
を示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a transducer part of the ultrasonic probe of Example 2.
【図４】実施例３の超音波探触子のトランスデューサ部
を示すもので、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図で
ある。4A and 4B show a transducer portion of an ultrasonic probe of Example 3, where FIG. 4A is a horizontal sectional view and FIG. 4B is a vertical sectional view.
【図５】従来の超音波トランスデューサを示すもので、
（ａ）が縦断面図、（ｂ）が斜視図である。FIG. 5 shows a conventional ultrasonic transducer,
(A) is a longitudinal cross-sectional view and (b) is a perspective view.
１ ＧＮＤ側電極 ２ プラス側電極 ３ 圧電セラミックス ５ 圧電素子 ６ 外筒 ７，９，１０ 音響整合層 ８ 背面負荷材 １１，１１ｃ 半田 １２ ，１２ｂ，１２ｃ リード線 １３ 封止樹脂 １４ ハウジング １５ フレキシブルシャフト １６ 反射ミラー １８ 背面負荷材 ２０ トランスデューサ部 ２１ 超音波探触子 1 GND Side Electrode 2 Positive Side Electrode 3 Piezoelectric Ceramics 5 Piezoelectric Element 6 Outer Cylinder 7, 9, 10 Acoustic Matching Layer 8 Back Load Material 11, 11c Solder 12, 12b, 12c Lead Wire 13 Sealing Resin 14 Housing 15 Flexible Shaft 16 Reflecting mirror 18 Back load material 20 Transducer part 21 Ultrasonic probe
Claims (3)
響レンズと、圧電素子と、背面負荷材と、それらを保持
するハウジングとを備えた超音波探触子において、前記
圧電素子の厚み共振方向と平行な面に一つ以上の音響整
合層もしくは音響レンズを設けて、音響放射面としたこ
とを特徴とする超音波探触子。1. An ultrasonic probe provided with at least one acoustic matching layer or acoustic lens, a piezoelectric element, a back load material, and a housing for holding them, parallel to the thickness resonance direction of the piezoelectric element. An ultrasonic probe characterized in that one or more acoustic matching layers or acoustic lenses are provided on different surfaces to provide an acoustic radiation surface.
て、圧電素子に設けた電極のうち、一つの電極を、音響
反射面側の圧電素子側面にまで延長したことを特徴とす
る超音波探触子。2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein one of the electrodes provided on the piezoelectric element is extended to the side surface of the piezoelectric element on the acoustic reflection surface side. Sonic probe.
において、圧電素子が積層体からなることを特徴とする
超音波探触子。3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the piezoelectric element is a laminated body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8415694A JPH07265308A (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8415694A JPH07265308A (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Ultrasonic probe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07265308A true JPH07265308A (en) | 1995-10-17 |
Family
ID=13822644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8415694A Withdrawn JPH07265308A (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Ultrasonic probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07265308A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011062224A (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Fujifilm Corp | Ultrasonic transducer and ultrasonic probe |
| JP2011067485A (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Fujifilm Corp | Ultrasonic transducer and probe |
| JP2011119861A (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Honda Electronic Co Ltd | Ultrasonic sensor |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP8415694A patent/JPH07265308A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011062224A (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Fujifilm Corp | Ultrasonic transducer and ultrasonic probe |
| JP2011067485A (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Fujifilm Corp | Ultrasonic transducer and probe |
| JP2011119861A (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Honda Electronic Co Ltd | Ultrasonic sensor |
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