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JP3015481B2 - 超音波プローブ・システム - Google Patents

超音波プローブ・システム

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Publication number
JP3015481B2
JP3015481B2 JP03038635A JP3863591A JP3015481B2 JP 3015481 B2 JP3015481 B2 JP 3015481B2 JP 03038635 A JP03038635 A JP 03038635A JP 3863591 A JP3863591 A JP 3863591A JP 3015481 B2 JP3015481 B2 JP 3015481B2
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JP
Japan
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ultrasonic probe
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polarization
frequency
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守 泉
修次 鈴木
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Toshiba Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B06B1/0614—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile for generating several frequencies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/064—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface with multiple active layers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波検査装置などに利
用される超音波プローブに係り、特に積層圧電体により
構成された超音波プローブ・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波プローブは圧電体を主体として構
成されるプローブ・ヘッドを有し、超音波を検査対象物
に向けて照射し、その音響インピーダンスの異なる界面
からの反射波を受信してその検査対象物の内部状態を示
す画像を取得するために用いられる。この様な超音波プ
ローブを用いた超音波画像装置には、人体内部を検査す
る医用診断装置のほかに、金属溶接内部の探傷を目的と
した検査装置などがある。
【０００３】医用診断装置においては、人体の断層像
（Ｂモード像）の表示機能に加えて、心臓，肝臓，頸動
脈などを対象にしてドプラ効果を利用し血流の速度を２
次元でカラー表示する『カラー・フローマッピング（Ｃ
ＦＭ）法』の開発によりその診断機能は飛躍的に向上さ
れている。この『ＣＦＭ法』は近年、子宮，腎臓および
膵臓などの人体のあらゆる臓器や器官の診断の為に用い
られるようになり、今後においては冠血流の動きまでも
観察しようと、各病院，療養施設などで研究が進められ
ている。
【０００４】上述のＢモード像、すなわち人体の断層像
においては、その小さな病変による身体的変化や空隙が
明瞭に深部まで観えるような高分解能の画像を高感度に
得られることが要求されている。一方、ＣＦＭ像などを
獲得するためのドプラモードにおいては、例えば直径が
数μｍという極小な血球からの反射エコーすなわち反射
波を用いるため、前述のＢモードに比べて得られる信号
レベルは小さい故に、高感度化が特に要求されている。
そこで多くの場合、このドプラモードにおけるレファレ
ンス周波数は、超音波プローブが有する周波数帯域の中
の中心周波数よりも低い周波数に設定されている。この
理由は、生体の超音波減衰によるＳ／Ｎ低下の影響を抑
えられるように減衰の少ない低周波成分が用いられてい
る故である。そこで、仮に１つの超音波プローブから２
種類の周波数成分をもつ超音波を選択的に送受信できれ
ば、高分解能となる高周波成分によりＢモード像信号を
且つ、低周波成分により高感度のドプラ像信号を獲得す
ることが可能となる。上記の仕様を実現する装置とし
て、１つの超音波プローブ内に共振周波数の異なる２種
類の圧電体を設置した『デュプレクス型超音波プロー
ブ』が各メーカーより製造販売されている。しかし、こ
の種の超音波プローブは異なる圧電体を用いている故に
超音波の送受信面の位置が異なり、同一の断層像を観察
することができない。そこで特開昭６０−４１３９９号
公報に開示された構成の積層圧電体を用いることによ
り、１つの圧電体で２種類の周波数帯域の超音波を送受
信させる方式の超音波プローブ・システムが提案され
た。この超音波プローブと駆動パルサー及びフィルタと
の組合せにより、２種類の周波数帯域を分離することが
可能となる。その結果、高周波成分によりＢモード信号
を、低周波成分によりドップラー信号をそれぞれ獲得す
ることが可能になった。しかし、このような構成の超音
波プローブにおいては、１枚の圧電体のもつ電気機械変
換効率をほぼ等分している故に、高周波側の周波数帯域
が狭くなり、エコー信号の尾引き（波連長）が長くな
る。その結果、高周波成分による高分解能なＢモード像
信号を獲得しようとしているにもかかわらず、期待され
る程にはその像の分解能は良くならない。よって従来よ
りこの点に関してさらに改善の余地が残されていた。ま
た、一般に周波数帯域が狭くなると低域成分も減少する
ため、Ｓ／Ｎが低下してペネトレーション不足となる。
この理由は、生体深部から反射されたエコー信号の周波
数成分においては送信された超音波の中心周波数よりも
低い成分が主体となっている故である。良好なＢモード
像を得るのに要求される周波数成分の比帯域は、その中
心周波数の４０％以上であるが、例えば単層圧電体を用
いた場合においては、−６ｄＢにおける中心周波数に対
する比帯域幅は１層マッチングでは４０〜５０％、２層
マッチングでは６０〜７０％である。これに対して、上
記の構成の積層圧電体を用いた場合には、１層マッチン
グでは２５％、２層マッチングでは３５％となり、積層
圧電体を用いただけでは単層圧電体を用いた場合に比べ
て約１／２の比帯域しか獲得できないという不具合があ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、１つの
超音波プローブで２種類の周波数帯域を獲得しようとす
る場合、共振周波数の異なる圧電体を複数個用いると、
同一部位を観察できないという問題があった。この問題
を解決するために提案された特開昭６０−４１３９９号
公報の装置においては単層構成の圧電体にほぼ同厚の同
材を積層した構成の積層圧電体では、高周波成分の比帯
域が狭いという問題があった。
【０００６】そこで本発明の目的は、上記の問題を解決
するための、同一面で２種類の超音波を送受信し、且つ
高周波成分の帯域が十分に広い高感度で高分解能を有す
る超音波プローブを用いた超音波プローブ・システムを
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的達
成するために、次のような第１の手段を講じた。すなわ
ち、本発明に係る超音波プローブ・システムの超音波プ
ローブとしては、所定の分極方向を有し厚さのほぼ等し
い複数の圧電体が積み重ねられた圧電体層とそれぞれの
圧電体に隣接し被着形成された電極から構成された積層
圧電体において、この圧電体層の各層にその電極を介し
その圧電体層の抗電界以上の電圧が印加された時に、こ
の圧電体層を構成する各層の分極の方向が実質的に互い
に反対方向，または同一方向を指向するようにその電圧
の極性を反転制御することのできる超音波プローブ・シ
ステムを構成する。
【０００８】すなわち、複数の圧電体層が積層された圧
電体層の積層方向の両端面と各圧電体層との間に電極が
被着形成された積層圧電体を用いて、その隣接する圧電
体の分極方向が全て逆になるか，または全ての分極方向
が同一方向を向くように、その積層された圧電体層の１
層おきの一方の各圧電体層に対して圧電体の抗電界以上
の電圧を印加する直流電源を含みその極性を反転させて
圧電体の分極の向きを制御できる分極反転回路を接続付
加する。
【０００９】
【作用】本発明の超音波プローブは、１層おきの一方の
各圧電体層に対し抗電界以上の電圧を印加する直流電源
をその極性を反転できる分極反転回路を介して接続する
ことにより、この直流電源が接続されていない側の各圧
電体層の分極方向と同一方向の場合と逆方向になる場合
とで、そのプローブ固有の最低（基本）の共振周波数が
異なる。ここで例えば、１層当たりの圧電体層の厚さを
ｔ、積層数をｎ、音速をｖと定義すると、分極方向が全
て同一方向を指向する場合の基本共振周波数ｆ0 はｖ／
２ｎｔ＝ｆ0 と表わされる。また隣接する圧電体層の分
極方向が逆方向を指向する場合には、ｎｆ0 （＝ｖ／２
ｔ）という関係が成り立つ。
【００１０】この理由は、まずその分極方向が同じ場合
には、積層圧電体は厚さｎｔの単層圧電体と等価であ
り、両端面が振動の「腹」となり、厚さ方向の中点が振
動の「節」となるような１／２波長の共振が起こる。こ
れに対し、隣接する圧電体層の分極方向を逆方向にした
場合は、任意の圧電体層が伸びるとそれに隣接する圧電
体層は縮むので、各々の圧電体層の厚さ方向の両端が振
動の「腹」になり、中点が振動の「節」となるので、ｎ
／２波長の共振が発生する。したがって、共振周波数は
分極方向が同じ場合に比べて、そのｎ倍になる。
【００１１】ここで各々の圧電体層の厚さについて、ほ
ぼ等しいと言及した理由は、実際のプローブヘッドにお
いては圧電体のバッキング層が形成されるため、振動が
発生しその振動の「腹」や「節」の位置が動くので、そ
の圧電体層の界面に「腹」や「節」がちょうど位置する
ように設定するには、圧電体の厚さを多少変えるほうが
良好な結果が得られる故である。具体的にはマッチング
層側の圧電体層を薄く設定すれば良く、例えば２層構成
の積層圧電体層ではバッキング材側の圧電体層に比べ
て、マッチング層側の厚さを２０〜２５％薄く設定する
ことが好ましい。この厚さの設定によると、分極方向と
電界方向が逆の関係のｎ倍の基本共振周波数が得られる
場合に、周波数特性は良好な単峰特性をしめす。ただし
上記の設定の積層圧電体層は、厚さが同じ場合でも低周
波部のレベルが低い２周波特性をしめすが、これは実用
上ほとんど問題にはならない。
【００１２】また本発明においては、上記の共振周波数
の切換えを当該システム稼働時のブランキングタイム中
に行なうことを特徴とする。この「ブランキングタイ
ム」とはデータ転送などが行なわれるシステムの稼働時
間の内の空き時間である。この時間は超音波プローブの
種類や診断装置により異なるが、通常２０〜４０μｓで
ある。またこのブランキングタイムの終わりから１０μ
ｓ程度以内に送信パルスが超音波プローブに印加される
ので、この空き時間と見なせる時間はシステムが送信も
受信もしない１０〜３０μｓである。一方、圧電体の分
極を反転させるためには抗電界以上の電圧（分極反転パ
ルス）を数μｓ以上印加すれば良く、送信も受信もされ
ない時間１０〜３０μｓを利用することもできる。その
結果、従来の診断装置と同じタイミングで送信超音波の
周波数を切り換えることができるので、高分解能な高周
波のＢモード信号と、高感度な低周波のドプラ信号を従
来の診断装置と同じタイミングで獲得することができ
る。従って，リアルタイムで高周波のＢモード像と低周
波のドプラ像から成るＣＦＭ像が実現される。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る超音波プロ
ーブの概略構成を示す斜視図である。積層圧電体１の超
音波放射面側には、音響マッチング層２，３，４および
音響レンズ５が形成され、背面側にはプローブ・ヘッド
の基盤としてのバッキング材６が形成されている。積層
圧電体１は、２つの圧電体層が積層されこれらの層の境
界面には内部電極が、その積層方向の両端面には上下そ
れぞれ１層づつの外部電極が被着形成されている。上部
の音響マッチング層２，３，４および音響レンズ５と、
下部のバッキング材６とで挟まれる如くに図示のような
一体構造のプローブ・ヘッドが構成されていることがわ
かる。
【００１４】前記のこれら３層のマッチング層２，３，
４は、高周波側でマッチングがとれるようにそれぞれの
層の厚さが設定されている。この訳は、高周波側でＢモ
ード用信号を獲得しようとする為で、感度の広帯域化を
狙っている理由による。
【００１５】さらに、この超音波プローブにおいては、
最上部の音響レンズ５とバッキング材６を除く積層が短
冊状に加工され配列されていることがわかる。一方の外
部電極に対してはアース用共通電極線を、他方の外部電
極に対しては信号用フレキシブルプリント板９の信号線
があらかじめハンダ付けされて接続されている。具体的
には、このフレキシブルプリント板９の信号線のピッチ
は０．１５ｍｍに設定され、この値は前述の短冊状に加
工する際に使用する３０μｍ厚のブレードを用いたダイ
シングマシンによる切断作業にともなって算出された適
合値である。
【００１６】また、このヘッドの電極に電力を供給する
ために、積層圧電体層の１つの外部電極と内部電極との
間の極性反転用共通電極線７，８を介して接続された直
流電源を含む、極性を反転する分極反転回路１８が付加
されている。この積層圧電体に接続された分極反転回路
１８は、例えば、隣接する複数の圧電体層の分極方向が
逆または同一な方向を向く場合にも、その直流電源の極
性を手動または自動で反転することによって隣接する積
層の分極方向を実質的に互いに逆向きにすることができ
る。従って、この直流電源を含む分極反転回路１８に接
続された圧電体層の初期の分極方向は特に問われない。
【００１７】図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１に示
す積層圧電体１のＡ−Ａ´線に沿う拡大縦断面を示して
いる。図２（ａ）に示す如く、この積層圧電体は例え
ば、２つの圧電体層１１，１２をその分極方向１３およ
び１４が初期状態においては互いに逆となるように積層
され、その積層方向の両端面、すなわち圧電体層１１の
上面側および圧電体層１２の下面側には外部電極１５，
１６が、圧電体層１１と１２の間には内部電極１７が被
着形成されている。また、図２（ｂ）本実施例では隣接
する圧電体層の分極方向が逆になる場合について述べる
が、上記のような極性を反転可能とする直流電源を含む
分極反転回路が接続される圧電体層に関する限り、その
初期状態は図２（ｂ）に示すような分極方向１３’のよ
うに分極方向１４と同一な方向を指向する積層圧電体で
あっても良い。
【００１８】上記の圧電体層１１，１２は、比誘電率２
０００のＰＺＴ系セラミックと呼ばれる圧電セラミック
により形成され、各層の厚さはそれぞれ１８０μｍ，２
２０μｍであり僅かに上部が薄く設定されている。ま
た、このプローブ・ヘッドを構成する積層圧電体１の断
面は、図示のような短冊状に配列される。そのために、
ブレードを用いたダイシングマシンにより、積層上部に
あらかじめ被着形成されている図示しないマッチング層
も含めて積層方向（縦方向）に切断され、その後、所定
の間隔（ピッチ）で水平に配置される。この例の場合の
ピッチは０．１５ｍｍに設定されている。
【００１９】図３は本発明に係わる超音波プローブを駆
動する電圧パルスのタイミングチャートの一例である。
システムの設定時間であるブランキングタイムは３０μ
ｓであり、印加される送信パルスはこのブランキングタ
イムのおわりから約１０μｓである。従って、分極反転
には約２０μｓの余裕が有ることになり、この実施例で
は分極反転パルスとして１５μｓの間だけ印加される。
この圧電体の抗電界は１ｋＶ／ｍｍであるので、±２０
０Ｖの電圧が印加される。なお、分極反転回路はＦＥＴ
スイッチを用いて構成されている。
【００２０】図４は、各圧電体層の分極方向が逆の場合
に、『パルスエコー法』により測定された水中設置の反
射板からのエコー波形の周波数スペクトラムを示すグラ
フである。このグラフによれば、中心周波数が７．５４
ＭＨｚであり−６ｄＢ比帯域が中心周波数の５２．９％
である。この値は、超音波プローブを用いた超音波画像
装置として良好なＢモード像を得るのに十分な周波数帯
域が獲得されることがわかる。
【００２１】図５は、各圧電体層の分極方向が同じ場合
の、『パルスエコー法』によるエコー波形の周波数スペ
クトラムを示すグラフである。このグラフに示す如く、
中心周波数が３．７１ＭＨｚであり−６ｄＢ比帯域が中
心周波数の５１．９％となる。
【００２２】図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明の
超音波プローブの概要接続回路図である。圧電体として
同程度の厚さを有する圧電セラミックの２枚を、厚さ方
向に互いに接合してなる積層（圧電体層）は圧電振動子
１を構成する。この２層構成の圧電振動子１の各層の境
界に形成された電極２１，２２，２３の各々に印加する
駆動パルスの極性を制御することによって同一の振動子
１から２種類の異なる周波数帯を励起する。図６（ａ）
および図６（ｂ）の接続例においては、各圧電セラミッ
ク層の分極方向は同じ方向を指向するように初期設定さ
れ、各電極２１，２２，２３から独立にリード３１，３
２，３３を引き出す３端子構成の接続回路を構成する。
一方、駆動パルス源と振動子の受信信号を処理するパル
サ／レシーバ回路はＧＮＤ端子６２と信号端子６１の２
つの端子構成で、振動子側の３つの端子とパルサ／レシ
ーバ側の２つの端子を２連のスイッチを介して図のよう
に接続する。この２連のスイッチを切り換えることによ
り振動子の共振周波数が変化する故に、２種類の周波数
の励起が可能になる。その原理を次の図７（ａ）〜図７
（ｅ）を参照して説明する。
【００２３】図７（ａ）は本実施例の振動子を表わし、
図７（ｂ）は図７（ａ）の振動子と等価な振動子を表わ
している。図中の２層振動子１は分極方向を同一方向に
積層しこの圧電素子の両表面に形成された電極２１と電
極２３との間にパルスを印加する構成で、内部電極２２
は電気的に浮かせた状態で形成されている。この場合、
振動子１の共振周波数は２層振動子の全体の厚さｔで決
定され、セラミック層の厚さに比較して電極の厚さはほ
ぼ無視できるため、図７（ｂ）の厚さがｔの振動子と等
価である。この時の共振周波数をｆ０、電気的インピー
ダンスをＺ０と仮定する。
【００２４】図７（ｃ）は接続を異にする変形例であ
り、２層の振動子の分極方向を逆にして積層された圧電
素子である。両表面の電極２１および電極２３は共通に
接続されて内部電極２２との間にパルスを印加する構成
である。この場合においても、各セラミック層の分極方
向に対してパルスの電界は同一方向を指向する。よっ
て、全体の厚さがｔであるならば共振周波数はｆ０とな
る。しかし、２端子間からみた電気的インピーダンス
は、前述の図７（ａ）および図７（ｂ）と比較して１／
４に低下する。これは積層構成による低インピーダンス
効果である。
【００２５】次の図７（ｄ）の接続変形例の場合におい
ても、分極方向を対向させて積層した構造を成すが、前
述の図７（ａ）と同様な両表面電極２１および電極２２
の間にパルスを印加する構成である。このように構成す
ることは分極方向と電界方向が同じ層と逆な層との組合
せとなり、出願番号１３８９１０７５で提案されたよう
に、その共振周波数は厚さが同じであれば図７（ａ）の
場合と比較して２倍の周波数２ｆ０が得られる。また、
電気インピーダンスは同じ値のＺ０で変化しない。
【００２６】図７（ｅ）は、分極方向と電界方向との方
向が同一方向を指向する層とその逆方向を指向する層と
の組み合せにより構成されている。よってこの場合も前
述の図７（ｄ）と同様にその共振周波数は２ｆ０とな
る。また電気的インピーダンスは前述の図７（ｃ）の場
合と同様にＺ０／４に低減する。すなわち、多層構成の
各層の分極方向に対する電界方向の組合せにより、共振
周波数を積層倍にしたり、電気的インピーダンスを積層
数の２乗分の１に低減することが可能である。
【００２７】以上により、図６（ａ），図６（ｂ）のス
イッチ４の切換え動作によって図７（ａ）および図７
（ｅ）の２つの状態を選択的に実現することが可能であ
る。すなわち、図７（ａ）の場合は、共振周波数ｆ０，
電気インピーダンスＺ０の超音波プローブが実現でき
る。図７（ｂ）の場合は、共振周波数２ｆ０，電気イン
ピーダンスＺ０／４の超音波プローブが実現できる。
【００２８】また、図８は本発明の他の実施例を示し、
前述の図７（ｃ）と図７（ｄ）の状態に切り換え可能に
構成すると、ｆ０，Ｚ０／４、および，２ｆ０，Ｚ０の
組合せの２種類の周波数を選択的に切替え可能な超音波
プローブ・システムを提供することができる。上記のよ
うに、同一の２層振動子を３端子構造に形成し、駆動パ
ルスの印加条件を選択的に切替えることによってその周
波数の比が２倍をなす２種類の周波数帯域で駆動するこ
とが可能となる。この切換えスイッチはプローブ側に設
置されることが望ましいが、診断装置本体側に設置され
ても良い。
【００２９】図９は３層構造の振動子が用いられた超音
波プローブを表わし、スイッチの切り換えによって周波
数比が３倍（３ｆ０）の周波数を含む２種類の周波数帯
域で駆動することが可能である。
【００３０】以上からわかるように、この積層圧電素子
を構成する各層とその極性との組合せを所定の組合せに
従って切り換えることにより、１つの超音波プローブの
積層圧電体の同一面によって異なる複数種類（本実施例
においては２種類）の周波数の超音波を発生することが
できる。よって、診断の際にこれらの周波数の範囲内の
所望の周波数をその用途に従って任意に選択し使用する
ことが可能となる。
【００３１】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、この他に本要旨を逸脱しない範囲で種々
の変形実施も可能である。例えば、本実施例おいては２
層構成の積層圧電体について例示されたが、３層以上の
積層圧電体を用いた構成でも良い。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、複数層の圧電体層を隣
接する層の分極方向が全て逆もしくは全て同一になるよ
うに積層し、積層方向の両端面と各圧電体層との間に電
極が被着形成された積層圧電体の一層おきの一方の側の
圧電体層に対して、圧電体の抗電界以上の電圧を印加す
ることができる直流電源を稼働システムのブランキング
タイム内に印加電圧の極性を反転することが可能な分極
反転回路を介して接続可能にした構成を採用することに
より、積層圧電体のそれぞれの圧電体層の分極方向を実
質的に所望の方向に設定できる。よって、初期の圧電体
層が有する本来の分極方向に限定されることなくプロー
ブ・ヘッドを使用でき、また超音波プローブのプローブ
・ヘッドの同一面より異なる複数種類の周波数を有する
超音波を選択的に送受信することが可能となると共に、
高周波部において広帯域なＢモード信号を、低周波部に
おいて高感度ドップラー信号を同時にしかもその高周波
成分の帯域が十分に広い高感度で高分解能の超音波を獲
得することが可能な超音波プローブヘッドを有する超音
波プローブ・システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る超音波プローブの概略
構成を示す斜視図。
【図２】図１に示された積層圧電体層のＡ−Ａ´線に沿
って表わされた拡大断面図。
【図３】本発明に係る分極反転回路が発する駆動パルス
のタイミングチャート。
【図４】隣接する圧電体層の分極方向が逆の場合におけ
る『パルスエコー法』により測定されたエコー波形の周
波数スペクトラム・グラフ。
【図５】分極方向が同一の場合における『パルスエコー
法』により測定された周波数スペクトラム・グラフ。
【図６】本発明の超音波プローブと付加される分極反転
回路の概要接続回路図。
【図７】２層構成の積層圧電素子の構成と１層構成の単
層圧電体素子を表わす断面図および、各層の分極方向と
各層の接続関係を示す配線図。
【図８】本発明の他の実施例を表わす超音波プローブ・
システムの概要配線図。
【図９】３層構成の積層圧電素子を用いた本発明のその
他の実施例を表わす超音波プローブ・システムの概要配
線図。
【符号の説明】
１…積層圧電体、２，３，４…音響マッチング層、５…
音響レンズ、６…バッキング材、７，８…共通電極線、
９…フレキシブルプリント板、１１，１２…圧電体層、
１３，１３’，１４…分極方向、１５，１６，２１，２
３…外部電極、１７，２２…内部電極、１８…分極反転
回路（直流電源を含む）、４０…スイッチ、５０…駆動
パルサ／レシーバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 29/24 ５０２ Ｇ０１Ｎ 29/24 ５０２ (72)発明者 橋本 新一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−28500（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−186009（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 332 H04R 17/00 330 A61B 8/00 A61B 8/06 A61B 8/14 G01N 29/24 502

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 積み重ねられたほぼ等しい厚さの複数の
    圧電体と、 前記複数の圧電体の各々に接続された複数の電極と、 前記複数の圧電体の各々に前記複数の電極を介して接続
    され、前記圧電体の抗電界以上の電圧を前記圧電体の各
    々に印加するための直流電源を含み、前記複数の圧電体
    の各々の分極方向を選択的に反転させることが可能な分
    極反転回路手段と、 を具備する ことを特徴とする超音波プローブ・システ
    ム。
  2. 【請求項２】 隣接する層のそれぞれの分極方向が全て
    反対方向，または同一方向を指向するようにほぼ等しい
    厚さの複数の圧電体層が積層され、前記圧電体層の積層
    方向の両端面と前記の各圧電体層間に電極が被着形成さ
    れて成る積層圧電素子を有する超音波プローブ・システ
    ムであって、前記複数の圧電体層の１層おきの一方の前
    記圧電体層に、前記圧電体の抗電界以上の電圧を印加す
    る直流電源を含み、該システムの内の送受信稼働時間以
    外のブランキングタイム中にプローブの共振周波数の切
    り換えを行ない，複数種類の周波数の超音波を選択的に
    発生するように制御を行なう分極反転回路手段を有する
    ことを特徴とする超音波プローブ・システム。
  3. 【請求項３】 積み重ねられたほぼ等しい厚さの複数の
    圧電体と、 前記複数の圧電体のそれぞれに接続された複数の電極
    と、 前記複数の圧電体の各々に前記電極を介して印加する抗
    電界以上の駆動パルスの極性を、前記複数の圧電体の分
    極方向が全て同一方向を指向する極性と、隣接する前記
    圧電体ごとに異なる方向を指向する極性とに切り換える
    切換え手段を具備する ことを特徴とする超音波プローブ
    ・システム。
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