土屋 健伸¹, 松本 さゆり², 高橋 茉里¹, 遠藤 信行¹

Takenobu TSUCHIYA¹, Sayuri MATSUMOTO², Mari TAKAHASI¹, Nobuyuki ENDOH¹

¹神奈川大学工学部電子情報フロンティア学科遠藤研究室, ²港湾空港技術研究所施工・制御技術部

¹Faculty of Engineering, Kanagawa University, ²Construction and Control Systems Department, Port and Airport Research Institute

キーワード :

【目的】
内視鏡など細管のプローブを用いた診断・治療技術が注目されている．我々は微小超音波プローブに用いることを想定した小型で高性能な音響レンズの開発を考えている．本報告では音響レンズの集束特性を測定並びに解析の両面から検討する．特に数値解析の精度を向上させることで，実際の小型レンズの試作回数を軽減できると考え，その精度の確認を行った．
【方法】
本研究では有効径10mm，周波数8MHz程度の微小プローブ用音響レンズの製作を想定した．今回の報告ではレンズの製作・測定の簡便さから有効径が4倍の40mmの音響レンズを試作して測定を行った．測定に使用する周波数を2MHzにすることにより，レンズサイズと波長の比率が同じとなり，小型レンズの特性を知ることができる．試作したレンズに関して水槽実験とFDTD法を用いた数値解析を行い，双方の結果を比較して設計通りの性能が得られたか確認を行った．水槽は37℃一定に保ち，ニードルハイドロフォンを3軸装置により1mm刻みで移動させて空間の音場分布を測定した．FDTD法の解析ではレンズの固定具・支持具も含めたモデル化を行った．
【結果】
集束特性の基礎データとして，伝搬軸方向ならびに焦点位置での方位方向の音圧分布の精密測定を行った．さらに空間的な音圧分布を測定した．Fig. 1に伝搬軸方向ならびに焦点位置での方位方向の音圧分布を示す．実験結果と解析結果の焦点位置は320 mm，328 mmとほぼ一致し，FDTD法の精度が確認された．また焦点位置での方位方向の音圧分布もほぼ一致したが，-10dBを下回る程度から差異が現れ，解析結果の方が大きな値を取っている．
【結論】
小型で高性能な音響レンズの開発を目指して，試作音響レンズの集束音場の測定と解析を行った．実測と計算結果が一致しており，数値解析による高性能音響レンズの設計を行うことの見通しがたった．今後は，さらに多種のレンズの製作を行うと共に，複数レンズを使用した高性能レンズの開発を行う予定である．