JP2003088522A

JP2003088522A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2003088522A
Application number: JP2002177208A
Authority: JP
Inventors: Shohei Sato; 正平佐藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2003-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】音速制御素子を有する超音波探触子におい
て、音速制御素子において音速制御の程度の変化に伴
い、音響インピーダンスが変化しても超音波の内部反射
が生じないようにする。【解決手段】音速制御素子５０は、中間部から生体側
端部にかけて音響インピーダンスが連続的に変化した傾
斜特性を有する。整合層５２も非生体側端部から生体側
端部にかけて音響インピーダンスが変化した傾斜特性を
有する。音速制御素子５０における音響インピーダンス
が変化しても、生体側端部における音響インピーダンス
は整合層５２の音響インピーダンスと一致しているの
で、その境界部分における超音波の反射は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波探触子に関
し、特に音速制御素子を備えた超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断においては、一般に、超音波
探触子が生体表面に当接され、その状態で超音波の送受
波がなされる。特開平１１−１２３１８８号公報には、
音速制御素子を有する新しいタイプの超音波探触子が開
示されている。かかる超音波探触子において、超音波の
送受波を行う圧電素子の上面に音速制御素子が設けら
れ、その上面には１又は複数の整合層が設けられる。

【０００３】音速制御素子は、圧電素子と同様に圧電材
で構成され、その圧電体に接続された外部回路の電気的
インピーダンスを制御することにより、音速制御素子の
超音波伝搬特性（音速）が変化し、それによって音速制
御作用の程度を調整することが可能である。つまり、そ
こを通過する超音波の音速を変化させて、従来の電子的
な遅延制御とは異なる機械音響的な遅延制御を行える。

【０００４】複数の圧電素子からなるアレイ振動子の生
体側に、そのアレイ方向と直交するエレベーション方向
に沿って、１圧電素子当たり複数個の音速制御素子を設
ければ、当該エレベーション方向において音響レンズと
同様の超音波集束作用のみならず、超音波ビームの偏向
・走査作用を得ることができる。その場合においては、
各圧電素子に個別的にシグナル側リードが設けられ、ア
レイ方向に沿った音速制御素子列ごとに個別的に音速制
御側リードが設けられ、また、複数の圧電素子と複数の
音速制御素子との間でグランド側リードが共用される。
この構成によれば、アレイ方向及びエレベーション方向
の両方向において超音波ビームのフォーカス形成だけで
はなく、超音波ビームの偏向・走査を実現でき、いわゆ
る２Ｄアレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子と同様の作
用を得られる。しかも、従来よりも、信号線の本数を著
しく削減できるという利点がある。

【０００５】しかしながら、上記従来の超音波探触子に
よると、音速制御素子の音響インピーダンスが変化する
ので、条件によっては、音速制御素子、整合層、生体間
で音響インピーダンス的に整合が不十分となる。かかる
整合が不十分となると、巨魁面で超音波の繰り返し反射
が無視できなくなり、送信波及び受信波のリンキング
（尾引き）が生じ、距離分解能が低下する。そして、形
成されたフォーカスやビームパターンの劣化が生じ、そ
の結果、超音波画像の画質が低下する。また、整合層の
段数が２から３段階と少ない場合には、整合的に不十分
となり、上記同様の問題が生じる。

【０００６】図７の従来例を用いて上記問題について具
体的に説明する。図７の（Ｂ）にはアレイ振動子におけ
る１素子部分が拡大図として示されている。圧電素子１
０の非生体側にはシグナル側リード１４を介してバッキ
ング１２が設けられ、圧電素子１０の生体側には共通の
グランド側リード１６を介して音速制御素子１８が設け
られる。その音速制御素子１８の生体側には音速制御側
リード２０を介して第１整合層２２及び第２整合層２４
が設けられる。その第２整合層２４の生体側の面が生体
２６に当接される。音速制御素子１８は上記説明のよう
にそれを通過する超音波の音速を制御し、音響的な遅延
制御を遂行する手段である。

【０００７】シグナル側リード１４とグランド側リード
１６との間には送受信器３６が接続され、音速制御側リ
ード２０とグランド側リード１６との間にはインピーダ
ンス制御部３８が接続されている。このインピーダンス
制御部３８はそれが有する電気的なインピーダンスを可
変することによって、それと閉回路を構成する音速制御
素子１８における音速を間接的に可変する手段である。

【０００８】図７（Ａ）には、各位置における音響イン
ピーダンスが示され、図示されるように、音速制御素子
１８は全体として一定の音響インピーダンスを有し、そ
の音響インピーダンスは音速制御の程度に応じて変化す
る。例えば、符号３２は最大の音響インピーダンスとな
った場合を示し、符号３４は最小の音響インピーダンス
となった場合を示し、符号３０はその変化幅を示してい
る。図７（Ｂ）に示す従来例では、２つの問題がある。
まず第１に、音速制御素子１８の生体側端部の音響イン
ピーダンスが音速制御に伴って変化するので、音響イン
ピーダンスが動的に変化しない整合層を使用した場合に
は、いかなる整合層を使用しても必ず不整合が生じ、不
整合によって無視できない反射波が発生する。次に第２
に、仮に上記第１の問題がないとしても、整合層が２か
ら３段と少ない場合には、音速制御素子１８と整合層２
２，整合層２２と整合層２４，整合層２４と生体２６の
間において、無視できない反射波が生じる。なお、図７
において、超音波の反射の様子が模式的に符号２８で示
されている。

【０００９】以上の問題に対処するため、音速制御を行
うとともに音響インピーダンス整合を図ることが要望さ
れている。いずれにしても、音速制御素子を有する超音
波探触子において、超音波の伝搬特性を改善することが
要望されている。また、超音波画像の画質を向上させる
ことが要望されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、音速
制御素子を有する超音波探触子において、超音波の伝搬
特性を改善できるようにすることにある。

【００１１】本発明の他の目的は、超音波画像の画質を
向上させることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、送受波
素子と、前記送受波素子の生体側に設けられ、前記送受
波素子で送受波される超音波が通過する素子であって、
当該素子内で超音波の音速を調整する機能を有する音速
制御素子と、前記音速制御素子の生体側に設けられた整
合層と、を含み、前記整合層は、非生体側端部から生体
側端部にかけて徐々に音響インピーダンスが変化する傾
斜特性を有する。このように整合層について傾斜特性を
もたせれば、超音波の不要反射をより防止して、超音波
画像の画質を高められる。

【００１３】望ましくは、前記整合層の非生体側端部の
音響インピーダンスは前記音速制御素子の生体側端部の
音響インピーダンスに適合し、前記整合層の生体側端部
の音響インピーダンスは生体の音響インピーダンスに適
合する。

【００１４】望ましくは、前記整合層は互いに音響イン
ピーダンスが異なる第１材料及び第２材料を含み、前記
第１材料と前記第２材料の単位体積当たりの存在比が厚
み方向に沿って変更される。

【００１５】望ましくは、前記第１材料は前記音速制御
素子の生体側端部の音響インピーダンスと等しい音響イ
ンピーダンスを有し、前記第２材料は前記生体の音響イ
ンピーダンスと等しい音響インピーダンスを有する。第
１材料は例えば音速制御素子と同様の材料（但し、非分
極の材料）で構成することもできる。第２材料は、例え
ば液状のシリコーン（基材）にシリカ（添加材）などを
添加した複合材料であってもよく、その場合において
は、添加材の添加量によって第２材料の音響インピーダ
ンスを調整することができる。

【００１６】望ましくは、前記第１材料は生体側に向け
て尖塔形を有する複数の角錐要素を形成し、前記第２材
料は前記複数の角錐要素の間の隙間に充填される。角錐
要素は四角錐、六角錐の形状をもったものであってもよ
い。各角錐要素間のピッチは超音波の波長λに比べて十
分に小さいのが望ましいが、例えば、λ／５以下であっ
てもよい。複数の角錐要素は、例えば、板状の第１材料
を縦横にＶ字型に研削することによって形成可能である
し、型抜き、エッチングなどの手法を利用して形成する
ようにしてもよい。

【００１７】なお、音速制御素子についても同様の構造
をもたせることができる。すなわち、圧電材料で複数の
角錐要素を形成し、それらの隙間に非圧電性高誘電率材
料を充填するものである。

【００１８】望ましくは、前記音速制御素子は、超音波
通過方向としての厚み方向の全範囲又は一部範囲におい
て、当該厚み方向に沿って音速制御作用が徐々に変化す
る傾斜特性を有することを特徴とする。

【００１９】望ましくは、音速制御素子における厚み方
向の音速制御作用が生体側に向かって徐々に低下し、生
体側端部においてゼロに近づく。音速制御素子の生体側
端部の音響インピーダンスは、音速制御の程度によらず
に、ほぼ一定の値となるので、音響インピーダンスが動
的に変化しない整合層でも音響的に整合させることがで
きる。

【００２０】上記の送受波素子は例えば圧電材料（ＰＺ
Ｔ、複合材料など）で構成され、これと同様に、上記の
音速制御素子も例えば圧電材料（ＰＺＴ、複合材料な
ど）で構成される。

【００２１】上記の厚み方向に沿って音速制御作用を変
化させる場合には、連続的に変化させるのが望ましい
が、段階的に変化させてもある程度の効果を得られる。

【００２２】各部材間に介在配置される電極、リードな
どの部材の厚みは、超音波の波長λに比べて無視できる
ほど薄く設定するのが望ましい。そのような構成によれ
ば、当該部分での音響インピーダンスの不整合を無視す
ることができる。

【００２３】また、本発明は、１Ｄアレイ型（エレベー
ション方向に固定フォーカスを設定する場合）、１．５
Ｄアレイ型（エレベーション方向に可変フォーカスを実
行する場合）、２Ｄアレイ型（エレベーション方向にも
ビーム走査を行う場合）などの様々なタイプのアレイ振
動子に対して適用することができる。また、本発明は、
電子リニア走査、電子セクタ走査などの各種の電子走査
方式が利用される場合にも適用可能である。

【００２４】望ましくは、前記音速制御素子の生体側端
部の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスに
基づいて、前記整合層の音響インピーダンス構成が設定
される。この構成によれば、音速制御素子、生体間にお
いて、音響的に整合させることができ、超音波の反射を
軽減できる。

【００２５】望ましくは、前記音速制御素子の音速制御
作用は前記厚み方向における非生体側から生体側端部に
かけて徐々に減少し、前記整合層の音響インピーダンス
が前記音速制御素子の生体側端部の音響インピーダンス
に相当する。

【００２６】望ましくは、前記音速制御素子は圧電材料
からなり、前記音速制御素子は前記厚み方向に沿って圧
電定数が変化する特性を有する。厚み方向に沿って圧電
定数を変化させれば、厚み方向に沿って音速調整量を可
変させることができ、同時に、音速制御に伴う音響イン
ピーダンスの変化量も調整できる。

【００２７】なお、音速制御素子を製造する場合、例え
ば、最初に圧電材料の全体を分極処理し、次に圧電材料
の両面に薄い電極層を形成した後、圧電材料の一方面に
冷却媒体に接合させつつ、圧電材料の他方面を加熱媒体
に接合させて、分極消失処理を行うようにしてもよい。
その場合、他方面近傍では分極率がゼロとなり、そこか
ら一方面側へ連続的な分極率の勾配が形成される。すな
わち、圧電材料の他方面近傍では、圧電定数がほぼゼロ
となり、そこから一方面側へ圧電定数の勾配が形成され
る。

【００２８】望ましくは、前記音速制御素子の生体側端
部での圧電定数がゼロにされる。つまり、その端部で
は、音速制御にかかわらず音速は変化せず、同時に音響
インピーダンスも変化しない。そこで、整合層の音響イ
ンピーダンスをその端部の音響インピーダンスに一致さ
せておけば、音速制御にかかわらず音響インピーダンス
の整合状態を維持できる。

【００２９】望ましくは、前記音速制御素子の圧電定数
は、前記厚み方向において中間部から生体側端部にかけ
て徐々に減少する。厚み方向の全体に亘って圧電定数が
変化するようにしてもよいが、音響インピーダンスを整
合させるためには、部分的に圧電定数を減少させるだけ
で十分である。なお、圧電定数を変化させる代わりに、
音速制御素子に対して高誘電率の非圧電材を一定勾配を
もって混入しても同様の作用効果を得られる。

【００３０】望ましくは、前記音速制御素子は、前記厚
み方向において中間部から生体側端部及び非生体側端部
にかけて圧電定数が徐々に減少する特性を有する。ま
た、望ましくは、前記音速制御素子は、生体側端部及び
非生体側端部での圧電定数がゼロにされる。

【００３１】（２）また、上記目的を達成するために、
本発明は、Ｎ個の送受波素子と、前記Ｎ個の送受波素子
の生体側に１送受波素子当たりＭ個設けられ、各送受波
素子で送受波される超音波が通過する素子群であって、
当該素子内で超音波の音速を調整する機能を有するＮ×
Ｍ個の音速制御素子と、前記Ｎ×Ｍ個の音速制御素子の
生体側に設けられたＮ×Ｍ個の整合層と、を含み、前記
各整合層は、非生体側端部から生体側端部にかけて徐々
に音響インピーダンスが変化する傾斜特性を有すること
を特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００３３】図１には、本発明に係る超音波探触子の原
理が示されている。本発明に係る超音波探触子は、後に
図４に示すようなアレイ振動子構造を有しているが、図
１においてはそのアレイ振動子における一素子部分のみ
が拡大図として示されている。ちなみに（Ｂ）にはその
一素子の断面図が模式的に示されており、（Ａ）には各
位置における音響インピーダンスの大きさが示されてい
る。

【００３４】図１（Ｂ）において、圧電素子１０は超音
波の送受波を行う素子であり、この圧電素子１０は例え
ばＰＺＴあるいは複合圧電材料などによって構成される
ものである。その非生体側にはシグナル側リード１４を
介してバッキング１２が設けられている。バッキング１
２は圧電素子１０から後方に放射される不要な超音波を
吸収するための公知の部材である。

【００３５】圧電素子１０の生体側には、グランド側リ
ード１６を介して音速制御素子５０が設けられている。
この音速制御素子５０は、上述したように、それを通過
する超音波の音速を調整可能な部材であり、具体的には
後に説明するインピーダンス制御部３８が有する電気的
な内部インピーダンスを可変することにより、そのイン
ピーダンス制御部３８と閉回路を構成する音速制御素子
５０に関して、その音響的な特性を調整することがで
き、つまり、そこを通過する超音波の音速を制御するこ
とができる。この音速制御素子自体については上述した
ように例えば特開平１１−１２３１８８号公報などにも
開示されている。本実施形態において、音速制御素子５
０は、圧電素子１０と同様の材料、例えばＰＺＴや複合
圧電材料などによって構成されている。

【００３６】この音速制御素子５０は、音速制御に伴っ
てそれが有する音響インピーダンスが変化するが、本実
施形態の音速制御素子５０においては、中間部分から生
体側の端部にかけて圧電定数が徐々に減少されており、
その結果、音速制御の作用はその中間部から生体側端部
にかけて減少している。そして、その生体側端部におい
ては圧電定数がゼロとされており、すなわち音速制御に
よっても当該端部における音響インピーダンスは一定値
に維持されている。その結果、図１（Ａ）に示すよう
に、音速制御を行うと音速制御素子５０における音響イ
ンピーダンスがその厚み方向に沿って符号５４及び符号
５６に示すような変化を生ずるが、その場合においても
その中間部分から生体側端部にかけて圧電定数に勾配付
けがなされているため、後に説明する整合層５２との間
における音響インピーダンスの段差を解消でき、すなわ
ち、音速制御素子の状態がどのようなものであっても、
その音速制御素子５０から整合層５２にかけて音響イン
ピーダンスを連続させることが可能である。ちなみに、
図１（Ａ）において符号３０は音速制御に伴う音響イン
ピーダンスの変化量を示している。

【００３７】なお、圧電素子１０とグランド側リード１
６を介して接する音速制御素子５０の非生体側端部にお
いては、音速制御素子５０が圧電素子１０と同質の材料
で構成されていても、音響インピーダンスが音速制御に
伴って変化することになるので、反射超音波の発生を回
避できない。そこで、望ましくは、音速制御素子５０の
非生体側においても、圧電定数の勾配付けを施して非生
体側端部における音響インピーダンス変動をなくし、音
響インピーダンスの整合を図る。

【００３８】また、本実施形態においては、音速制御素
子５０の厚み方向における中央部分から生体側端部にか
けて連続的に圧電定数を変化させたが、その厚み方向の
全体にわたって非生体側端部から生体側端部にかけて圧
電定数を連続的に変化させるようにしてもよい。また、
完全に連続的に変化させるのではなく、段階的に変化さ
せても一定の効果を得ることができる。

【００３９】図１（Ｂ）において、音速制御素子５０の
生体側には、音速制御側リード２０を介して整合層５２
が設けられている。この整合層５２は音速制御素子５０
と生体２６との間において音響インピーダンスのマッチ
ングを行うための部材であり、本実施形態においては、
その整合層５２についても圧電定数が厚み方向に沿って
連続的に可変設定されている。具体的には、整合層５２
の非生体側端部においては音速制御素子５０の生体側端
部と同じ音響インピーダンスが設定され、一方、整合層
５２の生体側端部においては生体２６と同じ音響インピ
ーダンスが設定されている。したがって、音速制御素子
５０及び整合層５２の両者について傾斜型の音響インピ
ーダンス特性が設定されているため、圧電素子１０から
送波される超音波を内部反射を極力防止して効率的に生
体２６へ伝達することが可能であり、また生体２６から
帰ってくる超音波を内部反射を極力排除して効率的に圧
電素子１０に伝達することが可能である。したがって上
述した各種の問題、すなわちリングダウンなどを効果的
に抑制してシャープな超音波画像を形成することが可能
となる。

【００４０】ちなみに、グランド側リード１６及び音速
制御側リード２０においては、それが銅などの金属によ
って構成されることから、理論的には音響インピーダン
スの大きな段差が生じることになるが、それらの厚みを
超音波の波長に比べて無視できるほど薄くしておけば、
事実上、そこにおける音響インピーダンスの段差は問題
とならない。

【００４１】なお、図１に示す構成例では、１つの整合
層のみが利用されていたが、２つの整合層を利用し、そ
のうちの一方又は両方について上述した傾斜型の音響イ
ンピーダンス特性を付与するようにしてもよい。さら
に、図１に示す実施形態では音響レンズが設けられてい
ないが、必要に応じて音響レンズを設けるようにしても
よい。

【００４２】図１（Ｂ）において、圧電素子１０の一方
面及び他方面には図示されていない薄い電極層が形成さ
れており、それらには上記の通りシグナル側リード１４
及びグランド側リード１６が電気的に接続されている。
そして、それらのリード１４，１６の間には送受信器３
６が接続されており、この送受信器によって圧電素子１
０に送信信号が供給され、また圧電素子１０にて超音波
が受波された場合に生ずる受信信号が送受信器３６によ
って受信されている。

【００４３】音速制御素子５０についても、上記の圧電
素子１０と同様に、その一方面及び他方面に図示されて
いない薄い電極層が形成され、それらにはグランド側リ
ード１６及び音速制御側リード２０が電気的に接続され
ている。それらのリード１６，２０の間にはインピーダ
ンス制御部３８が接続されている。このインピーダンス
制御部３８は上述したようにそれが有する内部インピー
ダンスを可変することによって、音速制御素子５０の機
械音響的な特性を制御するものである。具体的には、そ
の電気的インピーダンスの調整により音速制御素子５０
の内部における音速に関わる作用を制御することができ
る。

【００４４】本実施形態においては、図１（Ｂ）に示さ
れるように、グランド側リード１６が共通のグランドを
構成しており、その結果、外部に引き出される信号線の
本数を削減することができる。図２には、音速制御素子
５０における厚さ方向に沿った圧電定数の変化がグラフ
として表されている。圧電素子側すなわち非生体側の端
部においては圧電定数は所定値Ｋであり、厚み方向の中
間部分から整合層側すなわち生体側の端部にかけて圧電
定数が徐々に減少しており、最終的に生体側の端面にお
いては圧電定数がゼロとされている。このような傾斜特
性を設定する方法については、後に図５及び図６を用い
て説明する。

【００４５】図３には、図１に示した整合層５２の一例
が示されている。図３（Ａ）は整合層５２の縦断面を示
しており、図３（Ｂ）は整合層５２を生体側から見た様
子が示されている。本実施形態においては、整合層５２
が２つの材料によって構成されており、具体的には第１
部材と第２部材とによって構成されている。

【００４６】ここで、第１部材は生体側に頂部を向けた
複数の角錐要素６０を構成しており、例えば角錐要素６
０は四角錐である。それらの隙間には第２部材６２が充
填されている。この場合において、第１部材の音響イン
ピーダンスを音速制御素子５０の生体側端部における音
響インピーダンスと同等の音響インピーダンスをもった
部材で構成するのが望ましく、また第２部材６２として
は、生体の音響インピーダンスと同等の音響インピーダ
ンスをもった部材で構成するのが望ましい。そのように
構成すれば、整合層５２における非生体側端部におい
て、音速生後素子５０の生体側端部と同じインピーダン
スを実現することができ、また整合層５２における生体
側端部において、生体と同じインピーダンスを実現する
ことが可能となる。ここで、第１部材６０は、例えばＰ
ＺＴや複合材料などの音速制御素子５０と同等の材料で
構成することもできる。また第２部材６２としては、ポ
ロウレタンやシリコンゴムなどの基材にシリカ粉末や酸
化チタンなどの添加物を混入することによって構成する
ことができ、その場合においては基材への添加物の添加
量を調整することにより、被検体と同一の音響インピー
ダンスを実現することができる。

【００４７】例えば図３に示す音響整合層を製造する場
合、平板状の圧電材料に対して縦及び横の両方向からＶ
字型の溝をマトリックス状に形成する。その場合におい
ては、例えばその圧電材料を傾けた状態でカッティング
を行うことによりＶ字斜面の一方を形成し、また逆に傾
けた状態でカッティングを行うことによりＶ字斜面の他
方を形成するようにしてもよい。そして、そのような加
工によって複数の角錐要素６０が形成された後に、それ
らの隙間に上述した第２部材を流し込み、その後、真空
中で気泡を除去した後に常温、常湿、常圧下で自然放置
し、第２部材を固化させる。もちろん、複数の角錐要素
６０を形成する場合には、切削に代えて各種の形成法を
用いるようにしてもよい。角錐要素６０の相互間のピッ
チは超音波の波長（λ）に比較してできるだけ小さい方
が望ましく、例えばλ／５程度であってもよい。

【００４８】図４には、本発明に係る超音波探触子の好
適な実施形態として２Ｄアレイ振動子が示されている。
ここで、（Ａ）にはその２Ｄアレイ振動子の上面図が示
され、（Ｂ）には２Ｄアレイ振動子の正面図が示されて
おり、（Ｃ）には２Ｄアレイ振動子の側断面図が示され
ている。

【００４９】各図を参照すれば理解されるように、この
２Ｄアレイ振動子は、Ｙ方向に沿って配列された短冊状
の複数の圧電素子１０と、その上方においてＸ方向及び
Ｙ方向にマトリックス状に配列された複数の音速制御素
子５０と、その上方にマトリックス状に設けられた複数
の整合層５２と、複数の圧電素子１０の下面側に設けら
れたバッキング１２とで構成されている。ここで、圧電
素子１０とバッキング１２との間には、各圧電素子１０
ごとにシグナル側リード１４が設けられており、また圧
電素子１０と複数の音速制御素子５０との間には各圧電
素子１０ごとにグランド側リード１６が設けられてい
る。すなわちシグナル側リード１４及びグランド側１６
は図においてＸ方向に伸長しており、かつＹ方向に整列
しているものである。

【００５０】図示されるように、１つの圧電素子１０に
は、その長手方向すなわちＸ方向に沿って複数の音速制
御素子５０が設けられており、各音速制御素子５０ごと
に整合層５２が設けられている。音速制御素子５０と整
合層５２との間にはＹ方向に沿って伸長する音速制御側
リード２０が設けられている。すなわち、この音速制御
側リード２０は、Ｙ方向に沿って整列する音速制御素子
列ごとに設けられている。

【００５１】上記構成において、圧電素子１０の間、音
速制御素子５０の間及び整合層５２の間には超音波伝搬
面でのギャップが形成されており、それによって相互間
におけるクロストークが防止されている。そのようなギ
ャップには音響的にみて隔絶作用をもった充填材を充填
するようにしてもよい。

【００５２】図４に示す構成例においても、音速制御素
子５０及び整合層５２の両者が上述した傾斜特性を有し
ているため、アレイ振動子内部における超音波の反射を
極力防止して超音波の伝搬効率を良好にすることが可能
となる。ちなみに、図４に示す構成例では、Ｙ方向に沿
ってＮ個の圧電素子１０が設けられ、これに対応して各
圧電素子１０ごとにＭ個の音速制御素子５０が設けら
れ、その結果、トータルでＮ×Ｍ個の音速制御素子５０
が設けられている。また、これに対応してＮ×Ｍ個の整
合層５２が設けられている。このような構成によれば、
Ｙ方向すなわちアレイ方向に沿って超音波ビームを走査
できると共に、Ｘ方向についても超音波ビームの走査を
行えるという利点がある。またその場合においても信号
線の本数は従来の２Ｄアレイ振動子が（Ｎ×Ｍ）本必要
であるのに対して、Ｎ本で済み、著しく削減することが
可能である。

【００５３】図５には、図１に示した音速制御素子５０
の製造方法がフローチャートとして示されている。まず
Ｓ１０１では、板状の圧電体が用意され、その圧電体が
所定の寸法に加工される。その後、各面の平面度を向上
して厚さ精度を確保するため当該圧電体の一方面及び他
方面に対してラッピングを行う。

【００５４】次に、Ｓ１０２において、圧電体の一方面
及び他方面に対して電極層を形成する。その場合におい
ては、下地としてニッケルクロム層を０．１μｍ程度の
厚さにスパッタ法などを利用して形成して、その上に金
層を０．５μｍ程度の厚さに同じくスパッタ法などを利
用して形成する。

【００５５】Ｓ１０３では、分極処理が行われる。キュ
ーリー温度が１５０℃と低いＰＺＴなどを用いる場合に
は、厚さ１ｍｍあたり直流電圧１５００Ｖ程度を５分間
加えることによって分極処理を行う。その後、圧電体に
おける分極状態を安定化させるために、常温、常湿、常
圧の状態において３日間程度放置する。

【００５６】次に、Ｓ１０５においては、上述した傾斜
特性を設定するための処理を行う。具体的には図６に示
すように、圧電体６８の一方面に形成された電極層７０
に対して冷却媒体６４を接触させ、一方、圧電体６８の
他方面に形成された電極層７２に対して加熱媒体６６を
接触させ、その状態において加熱冷却処理を行う。ここ
で、冷却媒体６４としては、中に水を通した銅板体など
を用いることができ、また加熱媒体としては内部にヒー
ターを内蔵した銅板体などを利用することができる。そ
の場合においては加熱温度がキューリー温度以上に設定
される。分極率の勾配は加熱時間と加熱温度によって制
御することが可能である。また傾斜特性を設定する極性
は正極及び負極のどちらでもよい。上記のような手法に
よれば、音速制御素子５０の冷却媒体側における分極を
消失させることなくその加熱媒体側における分極を消失
させることができる。すなわち、このような処理によ
り、冷却媒体側から加熱媒体側に徐々に圧電定数が減少
する傾斜特性を有し、加熱媒体端部においてゼロとなる
圧電体を得ることができる。また、さらにこの圧電体に
対し冷却媒体側と加熱媒体側を入れ換えて同様な加熱冷
却を行うこともできる。この場合には、中央部から両端
部にかけて圧電定数が徐々に減少する傾斜特性を有し、
両端部においてゼロとなる圧電体を得ることができる。
その後、その圧電体について必要に応じて縦横のＶ溝入
れ処理がなされ、また他の部品がそれに組み付けられる
ことになる。そして最終的に図４に示したようなアレイ
振動子が構成される。なお、上記実施形態においては、
分極処理を行った後に部分的に分極消失処理を行ってい
たが、例えば高誘電率の非圧電材料を圧電体に対して混
入し、その混入割合を厚み方向に沿って連続的に変化さ
せることにより上記同様の特性を得ることもできる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音速制御素子を有する超音波探触子において、内部での
超音波の反射などの問題を軽減して超音波画像の画質を
向上できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探触子の原理を説明する
ための図である。

【図２】音速制御素子の厚み方向における圧電定数を
示す図である。

【図３】整合層の構成例を示す図である。

【図４】本発明に係る２Ｄアレイ型振動子を示す図で
ある。

【図５】音速制御素子の製造方法の一例を示すフロー
チャートである。

【図６】分極消失処理を説明するための図である。

【図７】従来の振動子における問題を説明するための
図である。

【符号の説明】

１０圧電素子、１２バッキング、１４シグナル側
リード、１６グランド側リード、２０音速制御側リ
ード、２６生体、３６送受信器、３８インピーダ
ンス制御部、５０音速制御素子、５２整合層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送受波素子と、前記送受波素子の生体側に設けられ、前記送受波素子で
送受波される超音波が通過する素子であって、当該素子
内で超音波の音速を調整する機能を有する音速制御素子
と、前記音速制御素子の生体側に設けられた整合層と、を含み、前記整合層は、非生体側端部から生体側端部にかけて徐
々に音響インピーダンスが変化する傾斜特性を有するこ
とを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】請求項１記載の超音波探触子において、前記整合層の非生体側端部の音響インピーダンスは前記
音速制御素子の生体側端部の音響インピーダンスに適合
し、前記整合層の生体側端部の音響インピーダンスは生体の
音響インピーダンスに適合することを特徴とする超音波
探触子。
【請求項３】請求項２記載の超音波探触子において、前記整合層は互いに音響インピーダンスが異なる第１材
料及び第２材料を含み、前記第１材料と前記第２材料の構成比が超音波通過方向
としての厚み方向に沿って変更されたことを特徴とする
超音波探触子。
【請求項４】請求項３記載の超音波探触子において、前記第１材料は前記音速制御素子の生体側端部の音響イ
ンピーダンスと等しい音響インピーダンスを有し、前記第２材料は前記生体の音響インピーダンスと等しい
音響インピーダンスを有することを特徴とする超音波探
触子。
【請求項５】請求項４記載の超音波探触子において、前記第１材料は生体側に向けて尖塔形を有する複数の角
錐要素を形成し、前記第２材料は前記複数の角錐要素の間の隙間に充填さ
れることを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】請求項１記載の超音波探触子において、前記音速制御素子は、超音波通過方向としての厚み方向
の全範囲又は一部範囲において、当該厚み方向に沿って
音速制御作用が徐々に変化する傾斜特性を有することを
特徴とする超音波探触子。
【請求項７】Ｎ個の送受波素子と、前記Ｎ個の送受波素子の生体側において１送受波素子当
たりＭ個設けられ、各送受波素子で送受波される超音波
が通過する素子群であって、当該素子内で超音波の音速
を調整する機能を有するＮ×Ｍ個の音速制御素子と、前記Ｎ×Ｍ個の音速制御素子の生体側に設けられたＮ×
Ｍ個の整合層と、を含み、前記各整合層は、非生体側端部から生体側端部にかけて
徐々に音響インピーダンスが変化する傾斜特性を有する
ことを特徴とする超音波探触子。