CN103402437A - 超声波探测器 - Google Patents

Abstract

本申请公开的超声波探测器具备：振子阵列，其具有排列在第1方向上且进行电脉冲与超声波的相互转换的多个振子；声透镜，其在与所述第1方向及所述超声波的发送方向平行的剖面中，在所述发送方向上具有凸状的表面，使从所述多个振子发送的超声波会聚；和至少2个声音调整层，由声速不同于所述声透镜的材料构成，且分别配置在排列于所述第1方向上的多个振子中的至少2个振子与所述声透镜之间，所述至少2个声音调整层的所述材料及所述发送方向上的厚度中的至少一方互不相同。

Description

超声波探测器

技术领域

本申请涉及用于医疗用超声波诊断装置中的超声波探测器。

背景技术

如图11所示，超声波诊断装置100具备超声波探测器101、电缆102及装置主体103。超声波探测器101经由电缆102而与装置主体103的电路连接，进行超声波和电信号的相互转换。装置主体103进行：经由电缆102输出驱动超声波探测器101的高电压发送脉冲的发送处理；对通过超声波探测器101接收超声波而生成的接收信号进行放大后形成接收波束的接收处理；和接收信号的亮度调制或来自接收信号的血流信息检测等信号处理，生成基于这些信号处理的图像信号。

图12示意性地表示超声波探测器101的内部结构。超声波探测器101一般具备在一个方向上排列了多个振子105的振子阵列104。振子阵列104的每个振子105分别连接信号线，将这些信号线统称为电缆102。

在装置主体103中，通过控制施加给该振子阵列104的多个振子105的发送脉冲的定时，能够将从超声波探测器101发出的超声波的发送波束设置成期望的形状。另一方面，使从这些多个振子105中得到的接收信号延迟，相加后能够形成期望的接收波束。由此，能够形成自由度高的波束。例如，通过使发送波束及接收波束成形得较细，来提高方位方向的分辨率(以下还称为方向性)，由此提高超声波图像的画质。

一般，振子105的排列方向(以后称为长轴方向)上的发送波束是通过上述的方法形成的。另一方面，与振子105的排列方向及作为收发超声波的方向的深度方向正交的方向(以后称为短轴方向)上的发送波束是通过声透镜形成的。

利用图13说明短轴方向上的波束形成。图13表示超声波探测器101的短轴方向上的剖面(以后称为短轴剖面)。振子105表示图12所示的振子阵列104中的1个振子。如图13所示，在振子105的下表面，设有抑制振子105的振动的衬垫部件106。在振子105的上表面，设有用于缓和振子105和被检测体(未图示)的阻抗差异的声音匹配层107。在声音匹配层107的上表面，设有声透镜108。例如，在针对生物体使用了声速较慢的材料的声透镜108的情况下，如图13所示，使声透镜108的形状沿着短轴方向在超声波的发送方向上具有凸形状的表面，从而能够将短轴方向上的发送波束形成得较细。

通常，发送波束会在某一位置的深度聚焦得较细。此时，在比聚焦波束的位置更浅的位置或更深的位置，波束扩张，会使方位分辨率恶化。

如以上所述，长轴方向上的发送波束的成形可通过控制驱动振子阵列104的发送脉冲的定时来改变聚焦的深度位置。因此，在长轴方向上，在深度方向的较宽的范围内能够设定发送波束变细的位置。

相对于此，短轴方向上的发送波束的成形是通过声透镜108进行的。因此，只能在由声透镜108的形状确定的深度位置上使发送波束聚焦，在其他深度位置上很难使发送波束聚焦。

为了解决该问题，在短轴方向上也配置多个振子，控制要驱动的发送脉冲的定时，从而在长轴方向及短轴方向上实现能够改变超声波聚焦的深度位置的二维振子阵列。但是，使用了二维振子阵列的超声波探测器101所需的振子105的数量非常多。因此，与各振子105连接的信号线的数量也变多，因此电缆102变粗，产生了很难实用化的新问题。此外，由于以二维方式形成发送波束，因此电路的规模也会变大。

专利文献1公开了可以解决这些问题的超声波探测器。如图14所示，专利文献1公开的超声波探测器具备在短轴方向上排列的振子105a、105b、105c。在该超声波探测器中，在观察被检测体的深部时，当使用所有的振子105a～105c，以较大的开口发送超声波来观察浅部时，仅使用振子105b，以较小的开口发送超声波。

根据专利文献1，由于仅使用振子105b，因此与以往的现有技术相比能够细化发送波束，可提高所得断层图像的分辨率。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】JP特开昭62-117539号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

但是，在上述的现有技术中，要求细化发送波束，而且要求提高所得图像的画质。

本申请的非限定性的实施方式提供一种在短轴方向上也能够细化发送波束的宽度的超声波探测器。

(用于解决问题的手段)

本申请公开的超声波探测器具备：振子阵列，其具有排列在第1方向上且进行电脉冲与超声波的相互转换的多个振子；声透镜，其在与所述第1方向及所述超声波的发送方向平行的剖面中，在所述发送方向上具有凸状的表面，使从所述多个振子发送的超声波会聚；和至少2个声音调整层，由声速不同于所述声透镜的材料构成，且分别配置在排列于所述第1方向上的多个振子中的至少2个振子与所述声透镜之间，所述至少2个声音调整层的所述材料及所述发送方向上的厚度中的至少一方互不相同。

此外，本申请公开的其他超声波探测器具备：振子阵列，其具有排列在第1方向上且进行电脉冲与超声波的相互转换的多个振子；声透镜，其在与所述第1方向及所述超声波的发送方向平行的剖面中，在所述发送方向上具有凸状的表面，使从所述多个振子发送的超声波会聚；和声音调整层，其由声速不同于所述声透镜的材料构成，且分别配置在排列于所述第1方向上的多个振子中的几个振子与所述声透镜之间。

在所述振子阵列中，所述多个振子也可以二维地排列在所述第1方向及不同于所述第1方向的第2方向上。

也可以是，所述声音调整层由声速比所述声透镜快的材料构成，越是与在所述第1方向上比所述振子阵列的中心位于更外侧的振子对应的所述声音调整层，所述厚度就越大。

也可以是，所述至少2个声音调整层包括：与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的第1声音调整层；和在所述第1方向上与所述第1声音调整层相邻的第2声音调整层，所述第1声音调整层的厚度大于所述第2声音调整层的厚度

也可以是，所述声音调整层由声速比所述声透镜慢的材料构成，越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，所述厚度就越小。

也可以是，所述至少2个声音调整层包括：与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的第1声音调整层；和在所述第1方向上与所述第1声音调整层相邻的第2声音调整层，所述第1声音调整层的厚度小于所述第2声音调整层的厚度。

也可以是，所述声音调整层由声速比所述声透镜快的材料构成，越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，构成其的材料的声速就越快。

也可以是，所述声音调整层由声速比所述声透镜慢的材料构成，越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，构成其的材料的声速就越慢。

也可以是，所述声音调整层由具有与所述声透镜的声阻抗值相同或近似的声阻抗的材料构成。

也可以是，所述声透镜包括：第1声透镜部，其在与所述第1方向及所述发送方向平行的剖面，具有第1曲率的表面形状；和第2声透镜部，其在所述发送方向上配置在所述第1声透镜上，且具有第2曲率的表面形状。

所述第2曲率也可以大于所述第1曲率。

所述第1声透镜部及所述第2声透镜部也可以由同一材料构成。

(发明效果)

根据本申请公开的超声波探测器，在被检测体内的较深的位置处也能够充分细化发送波束，其结果，能够获得画质良好的超声波图像。

附图说明

图1A是表示本发明的超声波探测器的第1实施方式的一部分的立体图。

图1B是表示本发明的超声波探测器的第1实施方式的一部分的剖视图。

图2(a)及(b)是表示第1实施方式及现有例涉及的超声波探测器的发送波束的仿真结果的图。

图3A是表示第1实施方式的其他例的剖视图。

图3B是表示第1实施方式的其他例的剖视图。

图4是表示本发明的超声波探测器的第2实施方式的一部分的剖视图。

图5(a)及(b)是表示第2实施方式及第1实施方式涉及的超声波探测器的发送波束的仿真结果的图。

图6(a)及(b)是表示第2实施方式及第1实施方式涉及的超声波探测器的发送波束的其他仿真结果的图。

图7是表示第2实施方式的其他例的剖视图。

图8是表示第2实施方式的其他例的剖视图。

图9是表示本发明的超声波探测器的第3实施方式的一部分的剖视图。

图10是图9的部分放大图。

图11是表示现有技术中的超声波诊断装置的结构的示意图。

图12是表示现有技术中的超声波超声波探测器的结构的示意图。

图13是现有技术中的超声波探测器的剖视图。

图14是现有技术中的超声波探测器的剖视图。

具体实施方式

本申请的发明人详细研究了专利文献1等公开的现有技术中的超声波探测器的特性。其结果，得知在使用专利文献1的超声波探测器增大开口并发送了超声波时，在发送方向较深的位置，在短轴方向上无法充分地使发送波束变细

根据本申请的发明人的研究结果，在声透镜108的表面具有凸形状的情况下，如图14所示，从振子105b发送的超声波在声透镜108内传输的距离比从振子105a、105c发送的超声波在声透镜108内传输的距离长。因此，得知(与被检测体相比，声透镜108中的超声波的传输速度、即声速更小的情况下)比起从振子105b发送的超声波，从振子105a、105c发送的超声波更早到达被检测体，由此聚焦的发送波束的聚焦性变乱，特别是在发送方向较深的位置处的短轴方向上，发送波束被分为2个，发送波束变宽。

鉴于这种问题，本申请的发明人想到了特别是在相对较深的位置处也能使发送波束足够细，其结果那个获得良好画质的超声波图像的新结构的超声波探测器。以下，参照附图，说明本发明的超声波探测器的实施方式。

(第1实施方式)

图1A是本发明的超声波探测器的第1实施方式的立体图。超声波探测器1具备振子阵列2、声音匹配层3、声透镜4和声音调整层5。如图1A所示，振子阵列2包括在x方向(第1方向)及y方向(第2方向)上以二维方式排列的多个振子2’。x轴方向及y轴方向分别对应于短轴方向及长轴方向。虽然在图1A中未示出，但是多个振子2’中的每一个都与现有技术中的超声波探测器同样地与信号线连接着。信号线被统称为电缆，与超声波诊断装置的主体电连接(未图示)。多个振子2’中的每一个是进行电脉冲和超声波之间的相互转换的转换器，由压电体元件构成。

根据经由电缆而施加给振子阵列2的电脉冲，振子阵列2中的每一个振子2’振动，从振子2’发送超声波。超声波经由声音匹配层3而被声透镜4聚焦，并沿着z轴方向(超声波的发送方向)进行发送。

图1B表示与超声波探测器1的x轴方向及z轴方向平行的剖面。

振子阵列2包括在x轴方向上排列的多个振子2’、即振子2a、2b、2c、2d、2e。在振子2a～2e的下表面也可以设置抑制振子2a～2e的振动的衬垫部件(未图示)。另一方面，在振子2a～2e的上表面也可以设置用于缓和振子2a～2e与被检测体的声阻抗之差的声音匹配层3。声透镜位于声音匹配层3的上表面。如图1B所示，声透镜4在超声波的z轴方向上在超声波探测器1的外部侧具有凸形状。即，表面4s在z轴方向上是凸状。

在振子2a～2c与声透镜4之间配置有声音调整结构5。声音调整结构5位于至少2个振子与声透镜4之间。在本实施方式中，声音调整结构5包括分别配置在振子2a、2b、2c与声透镜4之间的声音调整层5a、5b、5c。声音调整层5a、5b、5c由声速比声透镜4的材料快的材料构成。此外，在本实施方式中，构成声音调整层5a、5b、5c的材料是相同的材料。

考虑超声波的传输性，构成声音调整层5a、5b、5c的材料及构成声透镜4的材料优选是相同的材料，或者是具有近似的声阻抗值的材料。在此，声阻抗值近似是指构成声音调整层5a、5b、5c的材料的声阻抗与构成声透镜4的材料的声阻抗之比大致在0.5至1.5的范围内。一般，使用相对于被检测体的声阻抗而具有1.5左右的声阻抗的硅橡胶作为声透镜4的材料。因此，通过使用该范围的材料，抑制2种材料的界面处的超声波的反射，从而能有效地传输超声波。

此外，在本实施方式中，构成声音调整层5a、5b、5c的材料的声速比构成声透镜4的材料的声速快。声透镜4的材料使用硅橡胶的情况下，声音调整层5a、5b、5c的材料例如可以使用添加了氧化锌或氧化钛等填充物的硅橡胶。此外，也可以选择声阻抗接近硅橡胶的环氧树脂等。这些材料只不过是示例，也可以使用其他材料来构成声透镜4及声音调整层5a、5b、5c。

如图1B所示，声音调整层5a的x轴方向的长度(宽度)与振子2a在x轴方向的长度大致相同。此外，如图1B的虚线所示，声音调整层5a被配置成在振子2a与振子2b的边界及振子2a与振子2c的边界声音调整层5a的两端面几乎一致。

同样地，声音调整层5b、5c在x轴方向上的长度分别与振子2b、2c的长度大致相同。此外，声音调整层5b被配置成在振子2a与振子2b的边界及振子2b与振子2d的边界声音调整层5b的两端面几乎一致。声音调整层5c被配置成在振子2a与振子2c的边界及振子2c与振子2e的边界声音调整层5c的两端面几乎一致。即，配置成声音调整层5a与从振子2a发送的超声波对应、声音调整层5b与从振子2b发送的超声波对应、声音调整层5c与从振子2c发送的超声波对应。

在本实施方式中，越是与在x轴方向上位于振子阵列2的中心的振子对应的声音调整层，则该声音调整层在z轴方向上的厚度就越大。具体而言，与在x轴方向上位于振子阵列2的中心的振子2a对应的声音调整层5a在z轴方向上的厚度，大于与位于振子阵列2的中心外侧的振子2b、2c对应的声音调整层5b、5c在z轴方向上的厚度。即，在将声音调整层5a、5b、5c的厚度设为ta、tb、tc时，满足ta＞tb、ta＞tc的关系。在本实施方式中，tb与tc大致相同。

在超声波探测器1向被检测体的比较浅的位置发送超声波而获取较浅的位置处的图像时，仅驱动振子2a，在超声波探测器1向比较深的位置发送超声波而获得较深的位置处的图像时，驱动所有的振子2a～2e。此外，在向它们的中间位置发送超声波而获得中间位置处的图像时，驱动振子2a～2c。

声透镜4在与x轴方向及z轴方向垂直的剖面上，沿着发送方向而具有凸状的表面4s。因此，从端部越是靠向x轴方向的中央部，从z轴方向的振子2a～2e的上表面到声透镜4的表面4s为止的距离更长。但是，在振子2a～2e与声透镜4之间设有由声速比声透镜4快的材料构成的声音调整层5a、5b、5c。

在x轴方向上位于中央的声音调整层5a在z轴方向上的厚度，大于与声音调整层5a相比位于端侧的声音调整层5b、5c在z轴方向上的厚度。因此，声音调整层5a、5b、5c起到使因x轴方向上的位置而从振子2a～2e的上表面到声透镜4的表面4s为止的距离之差引起的超声波的到达时间差、或者超声波的相位差变小的作用。由此，从声透镜4的表面4s射出的来自振子2a～2e的超声波的相位差变小，到达被检测体的超声波的时间差变小。由此，在从所有振子2a～2e发送了超声波的情况下，聚焦的发送波束的相位差变小，在发送方向较深的位置能够抑制发送波束被分为2束而发送波束变宽。因此，在较深的位置处也能向被检测体发送足够细的发送波束，能够以高分辨率获得超声波图像。

以下，示出为了确认本实施方式的超声波探测器1的效果而进行的仿真结果。

图2(a)及(b)是本实施方式的超声波探测器及现有技术中的超声波探测器在x轴方向上的波束形状的仿真结果。发送的中心频率约为9MHz。

构成图2(a)的仿真中所使用的超声波探测器1的声透镜4的材料具有1000m／s的声速。声透镜4的表面形状的曲率半径是10mm。此外，振子2a～2e在x轴方向上的振子的长度中，振子2a的长度是2.8mm，振子2b、2c的长度是0.6mm，振子2d、2e的长度是1.1mm。仅使用振子2a发送了超声波时(以下，设为开口小)的开口宽度是2.8mm，使用振子2a～2c发送了超声波时(以下，设为开口中等)的开口宽度是4.0mm。使用振子2a～2e发送了超声波时(以下，设为开口大)的开口宽度是6.2mm。

声音调整层5a～5c由具有1500m／s的声速的材料构成。z轴方向的厚度中，声音调整层5a的厚度是0.12mm，声音调整层5b、5c的厚度分别是0.06mm。此外，将声音调整层5a～5c设置成具有与声透镜4相同的声阻抗的材料来进行仿真。

在图2(b)的仿真中使用的现有技术中的超声波探测器除了未设置声音调整层这一点以外，具备与在图2(a)的仿真中使用的超声波探测器1相同的结构。

图2(a)、(b)所示的仿真结果在某一深度位置(Z轴方向的某一位置)上，将超声波的强度最强的位置设为0dB(原点)，在该Z轴方向的位置的x轴方向上，画出了相对于该原点具有相当于-3dB的超声波的强度的位置(距离(mm))。通过在任意的深度位置进行该绘制，从而得到了深度方向的波束概图。因此，图2中的横轴表示发送超声波的深度方向上的与超声波探测器1之间的距离(mm)，纵轴表示从波束中心得到-3dB的强度的波束的宽度(mm)。

此外，图2(a)、(b)所示的仿真结果分别针对开口小、开口中等、开口大的情况获取深度位置为5～55mm的数据，并提取开口小、开口中等、开口大各自的发送波束充分会聚的区域的数据后进行合成。

如图2(a)所示，根据本实施方式的超声波探测器1，在开口小、开口中等、开口大的几乎所有深度都能会聚发送波束。

另一方面，如图2(b)所示，根据现有技术中的超声波探测器，特别是以开口大发送的超声波的发送波束的宽度在大致25mm以上的深度处急剧扩张。这是因为在开口大时，特别是较深位置处的发送波束没有充分会聚。

在此，虽然未图示，但是在现有技术中的超声波探测器中，在增大声透镜的曲率半径的情况下，开口大下的较深位置处的波束形状变细。但是，此时，开口小的较浅位置处的波束形状会变粗。即，若是现有技术中的超声波探测器，则在较浅位置和较深位置这两个位置上很难形成细的发送波束。

如该仿真结果所示，根据本实施方式的超声波探测器1，即便是相对较深的位置，也能够充分使发送波束会聚，与现有技术相比，能够扩大使深度方向上的发送波束会聚的范围。因此，能够在更宽的范围内获得良好画质的超声波图像。

另外，在本实施方式中，并没有设置与振子2d、2e对应的声音调整层。但是，只要满足使从振子2a～2e同时发送的超声波在某一深度位置处的到达时间尽可能一致的条件，则也可以设置与振子2d、2e对应的声音调整层。此时，将与振子2d、2e对应的声音调整层在z轴方向上的厚度设定成比在x轴方向上与挨着超声波探测器1的中心侧的振子2b、2c对应的声音调整层5b、5c的厚度tb、tc小。

本实施方式的超声波探测器1设置了由声速比声透镜4快的材料构成的声音调整层5a～5c，从而与没有设置声音调整层的情况相比，超声波从振子2a～2c经由声透镜4后从超声波探测器1到达期望的深度位置为止的时间相对较短。此外，声透镜4在超声波的发送方向上具有凸状形状，因此越是与位于中心的振子对应的声音调整层，就将其厚度设置得越厚，从而缩短超声波的传输时间来使其入射至声透镜4。因此，从振子2a～2e同时发送的超声波即便是在沿着超声波的发送方向具有凸状形状的声透镜4中被传输，也能够尽可能地使其到达被检测体内的某一深度位置的到达时间一致。

这种超声波的传输时间的调整也可以通过设置由声速比声透镜4慢的材料构成的声音调整层5a～5c来进行。具体而言，在由声速比声透镜4快的材料构成声音调整层的情况下，只要越是与在x轴方向上位于振子阵列的中心的振子对应的声音调整层，就将其厚度设置得越薄即可，换言之，越是与位于远离振子阵列的中心的位置的振子对应的声音调整层，就将其厚度设置得越厚。

更具体而言，如图3A所示，使用由声速比声透镜4慢的材料构成的声音调整层5b～5e。声音调整层5b～5e分别位于振子2b～2e的上表面，对应于振子2b～2e。

声音调整层5b～5e中的声速比声透镜4中的声速慢，因此透过声音调整层5b～5e的超声波的传输时间变长。因此，在位于x轴方向的中心的振子2a中不设置对应的声音调整层，从而能够相对缩短入射至声透镜4的超声波的传输时间。此外，与声音调整层5b、5c的厚度tb、tc相比增大相对于中心而言位于更外侧的声音调整层5d、5e的厚度td、te，从而能够使从振子2b、2c发送的超声波的到达时间超前于从振子2d、2e发送的超声波的到达时间。由此，越是从位于中心的振子发送的超声波，其传输时间就越短，由此入射至声透镜4。因此，从振子2a～2e同时发送的超声波即便在沿着超声波的发送方向具有凸状形状的声透镜4中被传输，也能够尽可能使到达被检测体内的某一深度位置的到达时间一致。

此外，在本实施方式中，说明了可将开口切换成大、中、小这3个阶段来发送超声波的超声波探测器。但是，也可以实现将开口切换成大和小这2个阶段来发送超声波的超声波探测器。此时，例如，如图3B所示，若在振子2a的上表面设置由声速比声透镜4快的材料构成的声音调整层5a，则能够获得上述的实施方式的效果。此外，虽然未图示，但是也可以在振子2b、2c的上表面设置由声速比声透镜4慢的材料构成的声音调整层5b、5c。即，也可以设置如下的声音调整层：由声速不同于声透镜4的材料构成，且在排列于x轴方向的多个振子中的几个振子与声透镜4之间设置。

(第2实施方式)

在第1实施方式中，说明了如下超声波探测器的方式：通过使用声音调整层，即使是会聚波束的深度方向的相对较深的位置，也能够使波束宽度足够细。在本实施方式中，说明如下超声波探测器的方式：在从相对较浅的位置到较深的位置，能够进一步良好地使波束宽度会聚。

图4表示本实施方式的超声波探测器1的x轴方向的剖面。超声波探测器1具备包括振子2a～2e的振子阵列2、声音调整层5和声透镜6。振子阵列2及声音调整层5的配置及结构、材料等与第1实施方式的超声波探测器1相同。

第1实施方式的超声波探测器1具备了声透镜4，该声透镜4具有在超声波的发送方向上具有单一曲率的凸状的表面形状。而相对于此，本实施方式的超声波探测器1所具备的声透镜6是具有2个不同曲率的凸状的表面形状。

具体而言，声透镜6包括具有第1曲率的表面形状的第1声透镜部6a、和具有第2曲率的表面形状的第2声透镜部6b。第2曲率大于第1曲率，第1声透镜部6a和第2声透镜部6b由相同的材料构成。可以分开形成第1声透镜部6a及第2声透镜部6b后粘接两者，也可以一体形成两者。

如图4所示，第1声透镜部6a隔着声音调整层5a～5c而配置在超声波的发送方向上，与振子2a～2e对应。第2声透镜部6b对应于振子2a，配置在第1声透镜部6a上(z轴方向的被检测体侧或外部侧)，使从振子2a发送的超声波入射。更具体而言，在x轴方向上，第2声透镜部6b配置在第1声透镜部6a上，从而该第2声透镜部6b与第1声透镜部6a的边界如图4的虚线所示那样在超声波的发送方向上使振子5a与振子5b的边界及振子5a与振子5c的边界大致一致。

通过使用具有该结构的声透镜6，从而即使将开口设置得较小，也能够在从相对较浅的位置到较深的位置使波束宽度足够细。

以下，示出为了确认本实施方式的超声波探测器1的效果而进行的仿真结果。在此，为了明确本实施方式和第1实施方式之间的差异，参照第1实施方式的超声波探测器1的仿真结果。从超声波探测器发送的超声波的中心频率约为9MHz。

图5(a)及(b)是本实施方式的超声波探测器及第1实施方式的超声波探测器在x轴方向上的波束形状的仿真结果。

与第1实施方式相同，构成仿真中所使用的超声波探测器1的声透镜4、6的材料具有1000m／s的声速。振子2a～2e在x轴方向上的振子长度中，振子2a的长度是2.8mm，振子2b、2c的长度是0.6mm，振子2d、2e的长度是1.1mm。

此外，与第1实施方式相同，声音调整层5a～5c由具有1500m／s的声速的材料构成。z轴方向上的厚度中，声音调整层5a的厚度是0.12mm，声音调整层5b、5c的厚度分别是0.06mm。将声音调整层5a～5c设置成具有与声透镜4相同的声阻抗的材料而进行了仿真。

在图5(a)的仿真中所使用的声透镜6中，第1声透镜部6a的第1曲率是16.36mm，第2声透镜部6b的第2曲率是8.4mm。图5(b)的仿真所使用的声透镜4的曲率是16.36mm。

与第1实施方式相同，图5(a)、(b)所示的仿真结果中，在某一深度位置(Z轴方向上的某一位置)，将超声波的强度最强的位置设为0dB(原点)，在该Z轴方向的位置的x轴方向上，画出相对于该原点具有相当于-3dB的超声波的强度的位置(距离(mm))。通过在任意的深度位置进行该绘制，从而得到了深度方向的波束概图。因此，图5中的横轴表示发送超声波的深度方向上的与超声波探测器1之间的距离(mm)，纵轴表示从波束中心得到-3dB的强度的波束的宽度(mm)。

此外，图5(a)、(b)所示的仿真结果分别针对开口小、开口中等、开口大的情况获取深度位置为5～55mm的数据，并提取开口小、开口中等、开口大各自的发送波束充分会聚的区域的数据后进行合成。

根据图5(a)及图5(b)所示的仿真结果可知，通过本实施方式，使用了小的开口的部分、具体是从相对较浅的位置(7mm附近)附近到27mm附近的深度位置能够进一步使波束宽度变细。

为了更详细研究本实施方式的效果，图6(a)、(b)示出画出了相对于0dB(波束中心)具有相当于-12dB的超声波的强度的距离(mm)的结果。图6(a)是本实施方式的超声波探测器1在x轴方向上的波束形状的仿真结果，图6(b)是第1实施方式的超声波探测器1在x轴方向上的波束形状的仿真结果。

根据图6(a)及图6(b)所示的仿真结果可知，通过本实施方式，从7mm附近到30mm附近的深度位置，能够使波束充分会聚。此外，在比40mm还深的位置处，与第1实施方式相比，本实施方式的发送波束稍微更粗。但是，若考虑发送频率约为9MHz，则在该深度下，认为因发送波束多少变粗带来的影响，在依赖于频率的衰减等的影响下，画质的劣化较大。

由此，本实施方式的超声波探测器中，声透镜6除了声音调整层5a～5c外，还由具有第1曲率的表面形状的第1声透镜部6a、和缩小开口时对应的具有第2表面形状的第2声透镜部6b构成。因此，能够使相对较深的位置处的波束宽度维持得较细，能够改善相对较浅的位置处的发送波束的形状。因此，能够取得良好画质的超声波图像。

另外，如参照图3A说明的那样，在本实施方式中，由声速比声透镜4慢的材料构成声音调整层，与在x轴方向上位于端部的振子2d、2e对应的声音调整层5d、5e的厚度，大于与在x轴方向上位于中央的振子2b、2c对应的声音调整层5b、5c的厚度。

此外，在本实施方式中，声透镜6具备如下结构：在具有第1曲率的表面形状的第1声透镜部6a上，配置与振子2a对应的具有第2曲率的表面形状的第2声透镜部6b。但是，只要是设置与各个开口宽度对应的不同曲率的声透镜的结构，就能够使波束形状更良好。

具体而言，日图8所示，声透镜6也可以包括第1声透镜部6a、第2声透镜部6b和第3声透镜部6c。第1声透镜部6a对应于振子2a～2e，具有第1曲率的表面形状。第3声透镜部6c对应于振子2a～2c，配置在第1声透镜部6a上。第3声透镜部6c的表面具有第3曲率。第2声透镜部6b对应于振子2a，配置在第3声透镜部6c上。第2声透镜部6b的表面具有第2曲率。第2曲率大于第3曲率，第3曲率大于第1曲率。

以上，在第1及第2实施方式中，形成为：通过在振子与声透镜之间配置多个声音调整层，并使多个声音调整层的厚度不同，从而从各振子发送的超声波被声透镜会聚，抑制到达被检测体的某一深度位置时的到达时间之差，由此使发送波束变细。即，第1及第2实施方式的特征之一是，使用由声速不同于声透镜的材料的材料构成的声音调整层，控制从各振子发送的超声波到达某一深度位置的到达时间。因此，超声波的到达时间的控制也可以利用声音调整层的厚度以外的结构来进行。

例如，可通过使用声速分别不同的材料构成从各个振子发送的超声波所入射的声音调整层，从而可知超声波到达某一深度位置的到达时间。即，可通过声音调整层的材料及厚度中的至少一方，来控制超声波到达某一深度位置的到达时间，也可以通过声音调整层的材料及厚度的组合来控制到达时间。

在由声速比声透镜快的材料构成了声音调整层的情况下，越是与在x轴方向上位于中心的振子对应的声音调整层、即从位于中心的振子发送的超声波被传输的声音调整层，越是由声速快的材料构成，从而能够尽可能使从各个振子同时发送的超声波到达某一深度位置的到达时间一致。

另一方面，在由声速比声透镜慢的材料构成了传输材料的情况下，越是与在x轴方向上位于中心的振子对应的声音调整层、即从位于中心的振子发送的超声波被传输的声音调整层，越是由声速慢的材料构成，从而能够尽可能使从各个振子同时发送的超声波到达某一深度位置的到达时间一致。

此时，优选构成各个声音调整层的材料和构成声透镜的材料的声阻抗的值相同或近似。

如上所述，构成声音调整层的材料的声速是通过改变添加到硅橡胶中的氧化锌等填充物的量来进行调整的。

(第3实施方式)

在第1及第2实施方式中，形成为：通过在振子与声透镜之间设置声音调整层而调整了从各振子发送的超声波的相位、即某一深度位置的到达时间，由此使发送波束变细。

在本实施方式中，具备如下结构：相对于外部而言具有凹面，使用从凹面发送超声波的振子，控制由外侧和内侧的振子产生的超声波脉冲的到达时间、或者控制相位，从而尽可能使从各个振子同时发送的超声波到达某一深度位置的到达时间一致。

如图9所示，本实施方式的超声波探测器在x轴方向上被分割为5份，具备沿着x轴方向排列的振子7a～7e。振子7a～7e在z轴方向的外部侧即被检测体侧具有凹面。振子7a～7e中，在x轴方向上以振子7b为中心，按照夹住振子7b的方式配置了振子7d、7e，并进一步夹住振子7b、7d、7e的方式配置了振子7a、7c。此外，越是相对于位于中心的振子7b而言靠向外侧的振子，就在z轴方向上越靠向被检测体侧(外部侧)。因此，振子7a～7e整体上被配置成发射超声波的面构成凹部。

此外，在x轴方向上的形状是，越是比位于中央的振子更靠向外侧的振子，发送超声波的面具有更小的曲率。具体而言，振子7b的曲率比振子7d、7e大，振子7d、7e的曲率比振子7a、7c大。

图10表示由振子7a和振子7d构成的振子边界8。整个振子中，位于外侧的振子7a配置在比位于内侧的振子7d更远离了被检测体的位置上。另一方面，在振子7a和振子7d靠近的振子边界8中，振子7d的一部分配置在比振子7a更靠近被检测体的位置上。由此，能够使得与从位于中央的振子7d辐射的超声波脉冲的时间匹配，与第1实施方式相同，能够获得良好的波束形状。此外，也不需要第1～第3实施方式所示结构的声透镜，能够通过简单的结构生成细的发送波束。

(工业可用性)

本申请公开的超声波探测器在增大了短轴开口的情况下也能够在深部抑制波束形状的紊乱，能够形成方位分辨率出色的波束。其结果，能够向超声波诊断装置的主体侧提供良好的信号，能够提高超声波图像的画质。

因此，作为能够获得高画质的超声波图像的超声波探测器，特别是能够灵活地用于医疗用诊断中。

符号说明：

1  超声波探测器

2a、2b、2c、2d、2e  振子

3  声音匹配层

4、6  声透镜

5a、5b、5c  声音调整层

6a  第1声透镜部

6b  第2声透镜部

7a、7b、7c、7d、7e  振子

8  振子边界

100  超声波诊断装置

101  超声波探测器

102  电缆

103  装置主体

104  振子阵列

105、105a、105b、105c  振子

107  声音匹配层

108  声透镜

Claims (13)

1.一种超声波探测器，具备：

振子阵列，其具有排列在第1方向上且进行电脉冲与超声波的相互转换的多个振子；

声透镜，其在与所述第1方向及所述超声波的发送方向平行的剖面中，在所述发送方向上具有凸状的表面，使从所述多个振子发送的超声波会聚；和

至少2个声音调整层，由声速不同于所述声透镜的材料构成，且分别配置在排列于所述第1方向上的多个振子中的至少2个振子与所述声透镜之间，所述至少2个声音调整层的所述材料及所述发送方向上的厚度中的至少一方互不相同。

2.一种超声波探测器，具备：

振子阵列，其具有排列在第1方向上且进行电脉冲与超声波的相互转换的多个振子；

声透镜，其在与所述第1方向及所述超声波的发送方向平行的剖面中，在所述发送方向上具有凸状的表面，使从所述多个振子发送的超声波会聚；和

声音调整层，其由声速不同于所述声透镜的材料构成，且分别配置在排列于所述第1方向上的多个振子中的几个振子与所述声透镜之间。

3.根据权利要求1或2所述的超声波探测器，其中，

在所述振子阵列中，所述多个振子二维地排列在所述第1方向及不同于所述第1方向的第2方向上。

4.根据权利要求1所述的超声波探测器，其中，

所述声音调整层由声速比所述声透镜快的材料构成，

越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，所述厚度就越大。

5.根据权利要求4所述的超声波探测器，其中，

所述至少2个声音调整层包括：

与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的第1声音调整层；和

在所述第1方向上与所述第1声音调整层相邻的第2声音调整层，

所述第1声音调整层的厚度大于所述第2声音调整层的厚度。

6.根据权利要求1所述的超声波探测器，其中，

所述声音调整层由声速比所述声透镜慢的材料构成，

越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，所述厚度就越小。

7.根据权利要求6所述的超声波探测器，其中，

所述至少2个声音调整层包括：

与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的第1声音调整层；和

在所述第1方向上与所述第1声音调整层相邻的第2声音调整层，

所述第1声音调整层的厚度小于所述第2声音调整层的厚度。

8.根据权利要求1所述的超声波探测器，其中，

所述声音调整层由声速比所述声透镜快的材料构成，

越是与在所述第1方向上位于所述振子阵列的中心的振子对应的所述声音调整层，构成该声音调整层的材料的声速就越快。

9.根据权利要求1所述的超声波探测器，其中，

所述声音调整层由声速比所述声透镜慢的材料构成，

越是与在所述第1方向上位于远离所述振子阵列的中心的位置处的振子对应的所述声音调整层，构成该声音调整层的材料的声速就越慢。

10.根据权利要求1至9的任一项所述的超声波探测器，其中，

所述声音调整层由具有与所述声透镜的声阻抗值相同或近似的声阻抗的材料构成。

11.根据权利要求1至10的任一项所述的超声波探测器，其中，

所述声透镜包括：

第1声透镜部，其在与所述第1方向及所述发送方向平行的剖面中具有第1曲率的表面形状；和

第2声透镜部，其在所述发送方向上配置于所述第1声透镜上，且具有第2曲率的表面形状。

12.根据权利要求11所述的超声波探测器，其中，

所述第2曲率大于所述第1曲率。

13.根据权利要求11或12所述的超声波探测器，其中，

所述第1声透镜部及所述第2声透镜部由同一材料构成。

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