高周波超音波非線形映像装置の構築と計測・解析への応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650467
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 斎藤 繁実 東海大学, 海洋学部, 教授 (50091690)
• Keywords: 非線形音響 / 集束音波 / 非線形パラメータ / 超音波顕微鏡 / 非線形伝搬 / 回折効果 / アコースティック・イメージング / ハーモニック・イメージング

Research Abstract

本研究の第一段階として、従来の超音波音源が有する第2高調波を受波できない欠点を解消して非線形音響現象を利用した計測の簡易化を図るため、ニオブ酸リチウム圧電板の熱処理による分極反転現象を利用した第2高調波の受信可能な超音波トランスデューサの試作を行った。試作では、20MHz集束超音波を基本波として放射し、40MHz反射波を検出できる反射型の非線形音響実験系を構築し、さらにガウスビームの生成を意図して星型に加工した励振電極形状の特性を実験的に調べた。集束には固体音響レンズを用いた。40MHzの第2高調波成分のビームに対してトランスデューサの受波感度を望ましいガウス分布とすることは困難であるが、星型電極の各ポイントを螺旋状にする、星型の中心電極の大きさを調整することによって、ガウスビームを放射し、ガウス分布に近い受波感度にできることがわかった。一方、本トランスデューサを用いて試料の非線形パラメータを映像化するための基礎実験として、1.9MHz集束ガウスビームにより、簡易に非線形音響特性を計測する方法の模擬実験を行った。その結果、送受波器を共焦点位置に固定したままで、試料の線形および非線形音響特性を測定できる見通しが得られた。このような系で非線形音響出力等の映像化を行うと、線形の場合とは全く異なった映像が得られる。この点について、本研究では、集束による非線形性の増大と音波の回折効果を考慮した第2高調波音波の伝搬について解析し、映像の異なる一原因を明らかにした。それは、回折に伴う位相回転により、第2高調波には集束領域前後での相殺効果があるため、基本波と異なる映像となり得るためである。

Research Products

• [Publications] Shigemi Saito: "Ultrasonic focusing Gaussian source to receive nonlinearly generated second harmonic sound by itself"Japanese Journal of Applied Physics. 40・5B. 3664-3667 (2001)
• [Publications] Shigemi Saito: "Detection of edge-diffracting second harmonic beam with a concave receiver"Acoustical Science and Technology. 23・1. 50-52 (2002)