JP2019058574A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】設計上の制約を軽減し、低コストで容易に製造可能であって、被検体との当接面から光を照射する構成を有し、当接面の滑らかさを確保する。【解決手段】丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子（２０）と、超音波を集束させるための音響レンズ（４０）と、被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層（３０）と、を備え、圧電素子の中央に穴（２１）があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバー（７０）が貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子（１００）において、音響レンズの材料に、耐電圧性のある樹脂、主として、ポリメチルペンテンを使用し、音響整合層には、耐電圧性を確保するためのポリパラキシリレンコーティングをしないことで音響整合層の厚さをλ/４とし、光ファイバーの先端（７１）が音響レンズを貫通しないように構成され、圧電素子と音響整合層の形状を平面状とした。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探触子に関する。

超音波診断装置の超音波の送受信部として、超音波探触子が広く用いられている（例えば下記特許文献１及び２等参照）。超音波探触子として、超音波を角膜表面に接触させ発信し、その反射波の伝搬時間から眼軸長（目の表面／角膜から目の奥／網膜までの長さ＝目の球の直径）を計測するものがある。この眼軸長測定用の超音波探触子は、眼球に直接当てて使用される。したがって、超音波探触子を眼球に当てた際に、眼球の角膜等の保護や被検者の苦痛の緩和を図る必要がある。このため、眼球に当接する超音波探触子の当接面は、局所的な凹凸がなく滑らかに形成されることが好ましい。

下記特許文献３には、眼球の表面に損傷を与えることのない安全性を優位にした眼軸長測定用の超音波探触子として、圧電素子と音響整合層とからなる探触子本体を探触子ケースから突出させた構成が開示されている。この超音波探触子の構成において、圧電素子及び音響整合層は、いずれも凹状面を有する湾曲した形状となっている。また、音響整合層の前面を含む探触子本体の超音波送受信面には、ポリパラキシリレンを主原料とした保護膜が形成されている。また、下記特許文献３には、従来技術の一例として、探触子本体の背面側に発光ダイオードが設けられ、この発光ダイオードの光を光ファイバーを介して眼球に照射させながら超音波を送受信して測定を行う構成が開示されている。

特開２０１６−０２５６１２号公報 特開２００９−２４７４１６号公報 特開２０００−１５７５４５号公報

ところで、医療用機器は、その安全性確保の観点から所定の耐電圧性を備えることが要求されている。また、超音波探触子は、被検者に対して当接して使用されるため、生体適合性を備えることも要求されている。さらに、超音波探触子の耐久性については、超音波探触子は消毒されるため、耐薬品性が求められている。したがって、例えば、医療用機器の一部である上記特許文献３において開示された構成の超音波探触子では、耐電圧性を確保するために、音響整合層を所定の厚さに形成したり、音響整合層の表面に保護膜を形成したりして対応する必要があった。また、上記特許文献３に開示された超音波探触子では、超音波を収束させるために、圧電素子及び音響整合層を所定曲率の曲面を有する湾曲した形状に形成する必要があった。このため、音響整合層の厚さを所望の薄い厚さに設定することや、圧電素子及び音響整合層を所望の形状に形成することができない場合があることから、超音波探触子の設計の自由度に制約が生じていた。また、上記した保護膜の成膜には比較的高いコストがかかるため、超音波探触子の製造コストの増加を招いていた。

さらに、眼球との当接面を介して眼球に光を照射させる構成の超音波探触子において、光ファイバーなどの導光部材が当接面まで設けられるものや、導光部材が例えば保護膜の手前など当接面付近まで設けられるものでは、導光部材の存在により当接面に段差や局所的凹凸が生じて当接面の滑らかさが阻害されないように、超音波探触子の部品を精度よく組み付けて製造する必要があった。

以上のような事情に鑑み、本発明は、超音波探触子に係る設計上の制約を軽減できるとともに、低コストで容易に製造することができ、当接面から光を照射する構成のものであっても当接面の滑らかさを容易に確保できる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明では、丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、超音波を集束させるための音響レンズと、被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子であって、音響レンズの材料に、耐電圧性のある樹脂、主として、ポリメチルペンテンを使用し、音響整合層には、耐電圧性を確保するためのポリパラキシリレンコーティングをしないことで音響整合層の厚さをλ/４とし、光ファイバーの先端が音響レンズを貫通しないように構成され、圧電素子と音響整合層の形状を平面状としたことを特徴とする。

また、本発明では、丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、超音波を集束させるための音響レンズと、被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子であって、光ファイバーは、その先端が音響レンズを貫通しないように配置され、光ファイバーの先端の光が被検体に届くように音響レンズの色を透明又は半透明にし、かつ、音響レンズの形状を凹面状としたことを特徴とする。

さらに、本発明では、丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、超音波を集束させるための音響レンズと、被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子であって、音響レンズの材料として、耐電圧性のある樹脂、主として、ポリメチルペンテンを使用し、音響整合層の耐電圧性を確保するためのポリパラキシリレンコーティングを使用しないことで、音響整合層の厚さをλ/4とし、圧電素子と音響整合層の形状を平面状とし、光ファイバーは、その先端が音響レンズを貫通しないように配置され、光ファイバーの先端の光が被検体に届くように音響レンズを透明又は半透明にし、かつ、音響レンズの形状を凹面状としたことを特徴とする。

本発明によれば、超音波探触子において、圧電素子や、音響整合層、保護膜などに係る設計上の制約を軽減することができる。また、本発明によれば、低コストでかつ容易に超音波探触子を製造することができる。さらに、本発明によれば、超音波探触子において、被検体との当接面を介して光を照射する機能を備えつつ、滑らかな当接面を容易に形成することができる。本発明の超音波探触子において、音響レンズに用いられているポリメチルペンテンは、ポリパラキシリレンと同様に、耐電圧性、生体適合性、及び耐薬品性を有する。

本発明の実施形態に係る超音波探触子の一例を示す側面図である。 図１の超音波探触子の正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った要部断面図である。 図３の部分拡大図である。 超音波探触子の反射エコーの強さを示す図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現した部分を含んでいる。

図１は、実施形態に係る超音波探触子１００の全体構成の一例を示す側面図である。図１に示すように、超音波探触子１００は、細長い棒状に形成されている。

超音波探触子１００は、超音波診断装置の超音波の送受信部として用いられる。この超音波診断装置において、超音波探触子１００は、ケーブルＣＡ及び接続端子ＣＯを介して超音波診断装置本体（不図示）と電気的に接続される。超音波探触子１００の基端部分（図１において超音波探触子１００の右側端部分）１００ｂは、ケーブルＣＡに接続される。超音波探触子１００の動作用の電源は、超音波診断装置本体よりケーブルＣＡを介して超音波探触子１００に供給される。超音波探触子１００は、被検体へ超音波を送信するとともに、被検体で反射した超音波を受信してこれを電気信号に変換し、これをケーブルＣＡを介して超音波診断装置本体へ送信する。

図２は、超音波探触子１００の正面図であり、超音波探触子１００を先端１００ａ側（前方）から見た際の図である。図２に示すように、超音波探触子１００の先端１００ａ側から見た際の外形は、略真円形状となっている。

このような超音波探触子１００を含む超音波診断装置は、主として、眼球の眼軸長を測定するために使用される。この場合、被検体は眼球である。ただし、この超音波診断装置は、眼軸長測定以外の用途で用いられるものであってもよい。実施形態に係る超音波探触子１００は、例えば眼軸長測定用の超音波探触子であり、超音波探触子１００の先端１００ａの当接面１０を眼球に直接当てて使用される。当接面１０は、被検体である眼球に対して当接可能に形成され、眼軸長測定の際に眼球に当接される。上記超音波診断装置を用いて眼球の眼軸長を測定する際、超音波探触子１００は、眼球に向けて超音波を送信するとともに、眼球で反射した超音波を受信する。また、眼軸長測定の際、超音波探触子１００は、眼球に向けて光を射出する。当接面１０は、超音波を送受信する超音波送受信面１０ａ、及び、光を射出する光射出面１０ｂを含んでいる。

図３は、超音波探触子１００の要部断面図であり、図２のＡ−Ａ線（超音波探触子１００の当接面１０の中心部分を通りかつ軸方向Ｄに延びる線）に沿った断面図の要部を示している。図３に示すように、超音波探触子１００は、圧電素子２０と、音響整合層３０と、音響レンズ４０と、バッキング材５０と、光源６０と、光ファイバー７０と、探触子ケース８０とを含んで構成されている。

図４は、図３の部分拡大図であり、図３の超音波探触子１００の先端１００ａ部分を拡大した図である。図３及び図４に示すように、圧電素子２０は、探触子ケース８０に収容されている。圧電素子２０は、バッキング材５０の前面（先端側の面）５２に例えば接着剤を介して固着されている。圧電素子２０の後面（基端側の面）２２は、バッキング材５０の前面５２に接合される接合面である。圧電素子２０の前面（先端側の面）２３は、バッキング材５０の前面５２に接合される接合面である。圧電素子２０は、いわゆる丸型のものであり、超音波探触子１００の軸方向Ｄを厚さ方向とする真円形の円板状に形成されている。圧電素子２０の厚さ方向の両端面（主面）２２，２３は平面となっている。圧電素子２０は、圧電性を備え、圧電材料から形成される。圧電素子２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）あるいは、ＰＺＴを主成分とする材料から形成されている。ＰＺＴは、圧電セラミックであり、圧電効率が比較的高い材料の一つである。

圧電素子２０の厚さ方向の両端面２２、２３には、それぞれ不図示の電極が設けられている。この電極に所定の交流電圧が印加されることにより、圧電素子２０において超音波が発生する。また、圧電素子２０は、被検体である眼球で反射した超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。

圧電素子２０の厚さ方向の両端面２２，２３の中央部分には、圧電素子２０を厚さ方向に貫通する第１穴（穴）２１が設けられている。第１穴２１は、光ファイバー７０が挿通可能に形成されている。第１穴２１の断面形状は、例えば、光ファイバー７０の断面形状と同一形状であり、第１穴２１の断面の面積は、例えば、光ファイバー７０の断面の面積よりも若干広く設定されている。

音響整合層３０は、圧電素子２０と被検体である眼球との音響特性を整合させるための層である。音響整合層３０は、眼球に対して超音波を効率よく透過させるために用いられている。すなわち、超音波探触子１００から眼球に向けて超音波を送信した場合に、眼球の表面での超音波の反射を小さくするために設けられている。

音響整合層３０は、圧電素子２０の前方側（超音波送受信面１０ａ側）に配置されている。音響整合層３０の前面（先端側の面）３２は、音響レンズ４０の後面（基端側の面）４２と接合する接合面である。音響整合層３０の後面（基端側の面）３３は、圧電素子２０の前面２３と接合する接合面である。音響整合層３０は、超音波が伝わる方向（超音波探触子１００の軸方向Ｄ）を厚さ方向とする真円形の円板状に形成されており、厚さ方向の両端面３２，３３は平面となっている。音響整合層３０は、圧電素子２０に対して厚さ方向に積層するように設けられている。

音響整合層３０は、エポキシ樹脂から形成されている。なお、音響整合層３０は、エポキシ樹脂に限定されず、種々の材料から形成可能である。また、音響整合層３０は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。

音響整合層３０は、超音波が伝わる方向に所定の厚さＴを有している。厚さＴは、音響整合層３０を伝わる超音波の波長をλとした場合にλ／４に設定されている。ここで、厚さＴは、超音波の周波数と圧電素子２０の材質から設定され、波長λは、音響整合層３０中の音速をｖ、周波数をｆとした場合、ｖ／ｆである。例えば、ｖ＝２２００ｍ／ｓ、ｆ＝１０ＭＨｚの場合には、波長λは、２２０μｍであり、厚さＴは、その４分の１の５５μｍである。

音響整合層３０の厚さ方向の両端面（主面）３２，３３の中央部分には、音響整合層３０を厚さ方向に貫通する第２穴３１が設けられている。第２穴３１は、第１穴２１及び後述する第３穴５１と連通している。第２穴３１は、第１穴２１と同様に光ファイバー７０が挿通可能に形成される。第２穴３１の断面形状は、例えば、光ファイバー７０の断面形状と同一形状であり、第２穴３１の断面の面積は、例えば、光ファイバー７０の断面の面積よりも若干広く設定されている。なお、音響整合層３０において、第２穴３１は設けられなくてもよい。第２穴３１が設けられない場合、音響整合層３０は、透明あるいは半透明に形成され、光ファイバーから射出される光を音響整合層３０の厚さ方向に透過させるように形成されてもよい。

音響レンズ４０は、超音波探触子１００の先端１００ａ部分に形成されている。音響レンズ４０は、当接面１０を有している。当接面１０は、上述したように、超音波探触子１００を用いて眼軸長を測定する際に眼球に当接される。

当接面１０は、音響レンズ４０の前面（先端側の面）４１でもあり、超音波探触子１００の先端１００ａに位置している。当接面１０は、上述したように、超音波が送受信される超音波送受信面１０ａと光が射出される光射出面１０ｂとを含んでいる（図２参照）。

当接面１０は、凹状の曲面となっている。したがって、当接面１０は、凸状面や平面などに形成される場合に比べて、被検体である眼球の曲面状の表面に対してより適合する形状となっている。超音波送受信面１０ａ及び光射出面１０ｂは、同一面上に形成される。本実施形態では当接面１０は凹状の曲面であるので、超音波送受信面１０ａ及び光射出面１０ｂは、同一曲面上に形成されている。

音響レンズ４０は、超音波探触子１００から送信する超音波を収束させる。このため、超音波送受信面１０ａは、所定曲率に設定された凹形状の曲面となっている。当接面１０において超音波送受信面１０ａの領域は、超音波探触子１００の軸方向Ｄ視における音響整合層３０の領域とほぼ同一である（図２参照）。

超音波探触子１００の軸方向Ｄから見て、音響レンズ４０の前面４１（当接面１０）の外形は真円形となっている。また、音響レンズ４０の後面（前面４１とは反対側の主面）４２は真円形の平面状となっている。なお、音響レンズ４０の前面４１及び後面４２は、真円形に限定されず、例えば、長円形や、楕円形、多角形などであってもよい。また、当接面１０の表面形状は、凹面状に限定されず、平面状や、緩やかな凸面状などであってもよい。

音響レンズ４０は、音響整合層３０の前側（超音波探触子１００の先端１００ａ側）に配置されている。音響レンズ４０の一部は、音響整合層３０に対して厚さ方向に重ねるように配置されている。音響レンズ４０の後面４２の一部は、音響整合層３０の接合面３２と接合されている。音響レンズ４０は、光ファイバー７０の前側（先端側）に配置されている。光ファイバー７０は音響レンズ４０を貫通しておらず、当接面１０は光ファイバー７０から離間している。音響レンズ４０の後面４２は、光ファイバー７０の先端７１と当接しているが、離間していてもよい。音響レンズ４０は、探触子ケース８０の先端部分に形成された開口部８１に嵌め込まれるように固定されている。当接面１０を含む音響レンズ４０の先端部分は、探触子ケース８０の先端８２よりも前方に突出しており、被検体である眼球に当接可能な大きさに形成されている。

当接面１０における光射出面１０ｂの領域は、超音波探触子１００の軸方向Ｄ視における光ファイバー７０の先端７１の領域とほぼ同一である（図２参照）。なお、当接面１０において、光射出面１０ｂの領域は、超音波送受信面１０ａの領域と一部が重なってもよいし、超音波送受信面１０ａの領域とは異なる領域であってもよい。

音響レンズ４０は眼球に当接するため、音響レンズ４０には、生体の眼球に当接した際に異物反応を引き起こすおそれの少ない（生体適合性を有する）材料が用いられる。また、音響レンズ４０は、耐電圧性（絶縁性）のある樹脂から形成される。音響レンズ４０は、超音波探触子１００の軸方向Ｄに厚さを有している。音響レンズ４０の厚さは、超音波探触子１００が所定の耐電圧性を備えるように設定される。超音波探触子１００において、特に、探触子ケース８０の開口部８１の内側の部分の耐電圧性は、上記した音響レンズ４０を含む構成により確保されている。すなわち、実施形態では、上記したように音響整合層３０はλ／４に設定されて薄く形成されており、かつ、超音波探触子１００の前面にはポリパラキシリレンコーティング等の保護膜は形成されてはいないが、音響レンズ４０として耐電圧性（絶縁性）のある樹脂のものを適用し、かつ、音響レンズ４０の厚さを調整することにより、超音波探触子１００の耐電圧性が確保されている。

音響レンズ４０を構成する樹脂材料としては、ポリメチルペンテン（polymethylpentene，ＰＭＰ）が用いられている。ポリメチルペンテンは、比重が比較的小さいプラスチックである。この構成により、音響レンズ４０の音響インピーダンスを比較的小さくすることができ、これにより音響レンズ４０における超音波の透過効率を高くすることができる。また、ポリメチルペンテンは透明な樹脂であり、音響レンズ４０は透明である。この構成により、音響レンズ４０において光ファイバー７０の先端７１から射出される光を光射出面１０ｂまで効率よく透過させることができる。さらに、ポリメチルペンテンは耐薬品性を有し、音響レンズ４０は耐薬品性を有する。この構成により、当接面１０の洗浄の際などにおいて消毒液等の薬品が用いられる場合であっても、これに起因する音響レンズ４０の劣化を抑制することができる。

なお、音響レンズ４０は、ポリメチルペンテンのみから形成されてもよいし、ポリメチルペンテンを主成分とする材料から形成されてもよい。また、音響レンズ４０は、ポリメチルペンテン以外の材料を主成分とする材料から形成されてもよいし、ポリメチルペンテンを含まず他の樹脂材料を用いて形成されてもよく、例えばシリコンゴムなどであってもよい。また、音響レンズ４０は、透明であることに限定されず、半透明であってもよい。音響レンズ４０が半透明の場合、音響レンズ４０は光ファイバー７０の先端７１から射出される光が光射出面１０ｂまで届く程度の透光性を有する。

バッキング材５０は、探触子ケース８０に収容された状態で探触子ケース８０に固着されている。バッキング材５０の前面５２には圧電素子２０が固着されている。この構成により、バッキング材５０は、圧電素子２０の余分な振動の発生を抑制する。バッキング材５０は、例えば超音波探触子１００の軸方向Ｄを高さ方向とする略円柱形状を含む形状であり、例えばゴム系の樹脂である。パッキング材５０の側周面５３には、接着剤を配置するための溝５４，５４が形成されている。探触子ケース８０の内部にバッキング材５０を固着させる際、バッキング材５０を探触子ケース８０の内部へ挿入する前に、溝５４，５４には接着剤が塗布される。溝５４の断面形状はＶ字状となっている。

バッキング材５０は、超音波探触子１００の軸方向Ｄ視（高さ方向視）における中央部分に、バッキング材５０を軸方向Ｄに貫通する第３穴５１が設けられている。第３穴５１は、第１穴２１及び第２穴３１と連通している。第３穴５１は、第１穴２１及び第２穴３１と同様に光ファイバー７０が挿通可能に形成される。第３穴５１の断面形状は、例えば、光ファイバー７０の断面形状と同一形状であり、第３穴５１の断面の面積は、例えば、光ファイバー７０の断面の面積よりも若干広く設定されている。第１穴２１、第２穴３１、及び第３穴５１のそれぞれは、超音波探触子１００の軸方向Ｄに見て、同一形状かつ同一の大きさとなっており互いに重なるように形成されている。

光源６０は、探触子ケース８０に収容されており、例えば、光ファイバー７０の基端側に配置されている。光源６０は、超音波探触子１００の光射出面１０ｂを介して射出される光を発生させる。光源６０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）ランプである。光源６０の基端部（後方部）は、不図示の電源と電気的に接続されている。この電源から光源６０に電力が供給されることにより、光源６０が発光する。光源６０は、その先端方向（前方）の光ファイバー７０に向けて光を射出する。

光ファイバー７０は、例えば、探触子ケース８０に収容されており、光源６０の先端側（前方側）に配置されている。光ファイバー７０は、光源６０に対し離間して配置されている。光ファイバー７０は、光源６０から受けた光を導光して先端７１より前方へ射出する。光ファイバー７０は、直線状に形成されており、超音波探触子１００の軸方向に延びるように配置されている。光ファイバー７０は、第１穴２１、第２穴３１、及び第３穴５１に挿通されており、圧電素子２０、音響整合層３０、及びバッキング材５０を貫通している。一方、上述したように、光ファイバー７０は、音響レンズ４０を貫通していない。上述したように、光ファイバー７０の先端７１は、音響レンズ４０の後面４２に当接しているが、音響レンズ４０から離間していてもよい。

なお、光源６０及び光ファイバー７０は、上記した構成に限定されない。例えば、光源６０と光ファイバー７０とは、個別的に形成されかつ離間して配置されることに代えて、両者を一体であるいは一体的に設けるようにしてもよい。また、光源６０は探触子ケース８０の外部に設けられてもよい。この場合、超音波探触子１００において、光源６０の光を光ファイバー７０まで導光するための部材が付設されてもよいし、光ファイバー７０の基端部分を伸ばし湾曲させて光源６０まで引き延ばすようにしてもよい。また、光ファイバー７０は、直線状に形成されることに限定されず、光源６０の光を音響レンズ４０の光射出面１０ｂの裏面まで導光する構成であればよく、例えば曲線状などに形成されてもよい。

探触子ケース８０は、圧電素子２０と、音響整合層３０と、音響レンズ４０と、バッキング材５０と、光源６０と、光ファイバー７０とを収容可能に形成されている。探触子ケース８０は、例えば、絶縁性を有する樹脂から形成されている。探触子ケース８０は、圧電素子２０、音響整合層３０、音響レンズ４０、バッキング材５０、光源６０、及び光ファイバー７０を収容して保持する。探触子ケース８０は、例えば、使用者が超音波探触子１００を把持した際に変形等が生じない剛性を備えるように形成される。探触子ケース８０の基端部（後方部）より、ケーブルＣＡが引き出されている（図１参照）。

上記実施形態に係る超音波探触子１００は、その表面において、例えばポリパラキシリレンコーティングなどの保護膜を有していない。ただし、超音波探触子１００は上記保護膜を有する構成であってもよく、この場合、保護膜は、例えば音響レンズ４０の前面４１を含む面に成膜されてもよい。

次に、眼軸長測定の際の超音波探触子１００の具体的な動作の一例について説明する。
超音波探触子１００を用いて眼軸長測定が行われる際、超音波探触子１００の当接面１０は眼球（被検体）に当接される。

当接面１０に眼球が当接した状態で、超音波探触子１００から眼球へ向けて超音波が送信される。この超音波は、圧電素子２０において発生し、音響整合層３０及び音響レンズ４０をこの順で透過し、超音波送受信面１０ａ（図２参照）を介して送信される。

また、当接面１０に眼球が当接した状態で、超音波探触子１００から眼球へ向けて光が照射される。この光は、光源６０において発生し、光ファイバー７０及び音響レンズ４０をこの順で透過し、光射出面１０ｂ（図２参照）を介して照射される。

眼球で反射した超音波は、超音波送受信面１０ａを介して超音波探触子１００に受信される。この受信波は、音響レンズ４０及び音響整合層３０をこの順で透過し、圧電素子２０に到達する。受信波は、圧電素子２０において電気信号に変換されて、ケーブルＣＡ（図１参照）へ送信される。

以上のように、上記した実施形態によれば、超音波探触子１００の先端１００ａには超音波を収束させる音響レンズ４０が設けられる。従来のものでは、超音波を収束させるために圧電素子及び音響整合層を所定曲率の凹面を有する形状としていたが、上記実施形態では、音響レンズ４０を備える構成としたことにより、圧電素子２０及び音響整合層３０の形状は凹状面を有する形状とする必要がなくなる。上記実施形態の圧電素子２０及び音響整合層３０は、平面を有する板状であるので、凹状面を有する形状のものに比べて容易に製造することができる。これにより、超音波探触子１００を容易に製造することができる。

また、上記した実施形態によれば、音響レンズ４０は、超音波探触子１００が耐電圧性を備えるように耐電圧性（絶縁性）を有する材料から所定厚さに形成される。従来のものでは、音響整合層３０を厚く形成しかつ音響整合層３０上にポリパラキシリレンを主原料とした保護膜を形成することで、特に探触子ケース８０の開口部８１で囲まれた部分の耐電圧性を確保していたが、上記実施形態では、超音波探触子１００において音響レンズ４０が設けられるので、その分、音響整合層３０の厚さＴの設定可能な範囲を薄くする方向に拡大できる（厚さＴをより薄くできる）とともに、超音波探触子１００を保護膜を有さずに構成することも可能となる。これにより、音響整合層３０の厚さＴを例えばλ／４といった薄い厚さに容易に設定することができる。また、上記した実施形態に係る超音波探触子１００では、このような保護膜を有さないため、超音波探触子１００の製造工程において保護膜の成膜工程は不要であるため、その分、超音波探触子１００を低コストで製造することができる。また、音響整合層３０の厚さＴはλ／４に設定されるので、厚さＴが他の値に設定される場合と比較して、音響整合層３０において良好な音響整合をとることができる。

また、上記実施形態によれば、光ファイバー７０の先端７１側には透明な音響レンズ４０が配置され、超音波送受信面１０ａ及び光射出面１０ｂは同一の曲面上に形成される。この構成により、当接面１０より光が射出される超音波探触子の構成において、当接面１０を滑らかに形成することが容易となる。すなわち、光ファイバー７０の先端７１側には音響レンズ４０が配置されるので、光ファイバー７０の存在によって当接面１０に段差等が形成されることが防止され、音響レンズ４０において滑らかな当接面１０を容易に形成することができる。また、音響レンズ４０は透明であるため、光ファイバー７０から射出される光は音響レンズ４０を効率よく透過する。

続いて、超音波探触子が受信した反射エコー（受信波）の強さ（レベル）の測定結果について説明する。図５は、超音波探触子の反射エコーの強さを示す図である。図５（ａ）は比較例であり、図５（ｂ）は実施形態の超音波探触子１００の測定結果を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）において、縦軸は、反射エコーの強さ（単位：ｄＢｍ）であり、１マスは５ｄＢである。横軸は、周波数（単位：ＭＨｚ）である。図５（ａ）、（ｂ）では、０ＭＨｚから２０ＭＨｚまでの範囲における反射エコーの強さを示している。なお、図５（ａ）の比較例は、従来型の超音波探触子を用いて測定されたものである。実施形態の超音波探触子１００にはポリパラキシリレンコーティングは施されていないのに対して、上記した従来型の超音波探触子にはポリパラキシリレンコーティングが施されている。

上記測定では、超音波探触子が受信した反射エコーをスペクトラムアナライザを用いて観測した。そして、図５の測定データを用いて、比帯域幅（ＦＢ：Fractional Bandwidth）を算出した。比帯域幅の算出方法及び算出結果は、次のとおりである。

先ず、観測された反射エコーのピーク（最大レベル点）より６ｄＢ低下した点の周波数をＦＬ、ＦＨとしたときに、中心周波数（ＦＣ：Center Frequency）（「Ｆｃ」と表記する場合がある。）を、ＦＣ＝（ＦＬ＋ＦＨ）／２［ＭＨｚ］の式で定義する。ここで、ＦＬ（Lower Frequency）（「Ｆｌ」と表記する場合がある。）は、−６ｄＢ下限周波数である。また、ＦＨ（Higher Frequency）は、Ｆｕ（upper Frequency）でもあり、−６ｄＢ上限周波数である。

次いで、比帯域幅（ＦＢ）を、ＦＢ＝（ＦＨ−ＦＬ）／ＦＣ×１００［％］の式にて定義し、これを算出した。具体的には、図５（ａ）の比較例の比帯域幅は、上記式より、（１１．４０−８．５６）／９．９８×１００＝２８．５％となる。同様に、図５（ｂ）の比帯域幅は、ＦＢ＝（Ｆｕ−Ｆｌ）／Ｆｃ×１００の式より、（１２．２５−７．９５）／１０．１０×１００＝４２．５％となる。

上記結果から、図５（ｂ）の超音波探触子１００の比帯域幅は、４２．５％であり、図５（ａ）の比較例（従来型の超音波探触子の測定結果）の比帯域幅（２８．５％）に比べて広くなっている。また、図５に示すように、超音波探触子１００の比帯域幅は、比較例に比べて−６ｄＢ下限周波数（ＦＬ）が低周波側に広くかつ−６ｄＢ上限周波数（Ｆｕ，ＦＨ）が高周波側に広くなっている。この結果、実施形態の超音波探触子１００は、従来型の超音波探触子に比べて比帯域幅が広く、特性が良いことが確認された。

また、実施形態の超音波探触子１００は、従来型の超音波探触子に比べて、受信波形におけるパルス幅（Pulse Width）が短くなる。ここで、パルス幅とは、反射エコー（受信エコー）の波高値に対して、リンギング（信号波形の歪み）が１／１０（−２０ｄＢ）、１／１００（−４０ｄＢ）、１／１０００（−６０ｄＢ）以下になる時間である。これにより、実施形態の超音波探触子１００は、従来型の超音波探触子に比べて、距離分解能が良くなり、特性が良くなる。

以上、本発明に係る超音波探触子の実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記した実施形態において、圧電素子２０は、丸型ＰＺＴから形成されていたが、これに限定されない。例えば、圧電素子２０の形状については、厚さ方向の端面が凹面状に形成された湾曲した板状のものや、角柱形状のものなどであってもよいし、圧電素子２０を構成する材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）や、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、圧電薄膜、圧電高分子膜などであってもよい。

また、上記した実施形態において、音響整合層３０は、円板状のエポキシ樹脂から形成されていたが、これに限定されない。例えば、音響整合層３０の形状については、圧電素子２０に対して重なるような平面を有する円板状に形成されず、厚さ方向の端面が凹面状に形成された湾曲した板状のものや、角柱形状のものなどであってもよい。

また、上記した実施形態において、音響整合層３０の超音波が伝わる方向の厚さＴはλ／４に設定されていたが、これに限定されず、例えば、厚さＴはλ／２などに設定されてもよい。

また、上記した実施形態において、第１穴２１、第２穴３１、及び第３穴５１は、それぞれ圧電素子２０、音響整合層３０、バッキング材５０の中央部分に形成されかつ光ファイバー７０が挿通されていたが、これに限定されず、例えば、上記第１〜３穴２１，３１，５１は、圧電素子２０等の中央部分に代えて周辺部分に形成されてもよいし、光ファイバー７０が挿通されずに光が穴を通過するだけの構成であってもよい。

また、上記した実施形態は光ファイバー７０を備えていたが、光ファイバー７０を備えるか否かは任意であり、例えば、光源６０の光を、光ファイバー７０を介さずに直接光射出面１０ｂまで送る構成であってもよい。

Ｔ…音響整合層の厚さ
２０…圧電素子
２１…第１穴（穴）
３０…音響整合層
４０…音響レンズ
６０…光源
７０…光ファイバー
７１…光ファイバーの先端
１００…超音波探触子

Claims (3)

1. 丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、
   超音波を集束させるための音響レンズと、
   被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、
   前記圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子において、
   前記音響レンズの材料に、耐電圧性のある樹脂、主として、ポリメチルペンテンを使用し、
   前記音響整合層には、耐電圧性を確保するためのポリパラキシリレンコーティングをしないことで前記音響整合層の厚さをλ/４とし、
   前記光ファイバーの先端が前記音響レンズを貫通しないように構成され、
   前記圧電素子と前記音響整合層の形状を平面状としたことを特徴とする超音波探触子。
2. 丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、
   超音波を集束させるための音響レンズと、
   被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、
   前記圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子において、
   前記光ファイバーは、その先端が前記音響レンズを貫通しないように配置され、
   前記光ファイバーの先端の光が被検体に届くように前記音響レンズの色を透明又は半透明にし、かつ、前記音響レンズの形状を凹面状としたことを特徴とする超音波探触子。
3. 丸型の形状からなる超音波を発生する圧電素子と、
   超音波を集束させるための音響レンズと、
   被検体からの超音波の反射を小さくするための音響整合層と、を備え、
   前記圧電素子の中央に穴があり、その穴には光源の光を導光する光ファイバーが貫通し、光を照射しながら超音波を送受信する超音波探触子において、
   前記音響レンズの材料として、耐電圧性のある樹脂、主として、ポリメチルペンテンを使用し、
   前記音響整合層の耐電圧性を確保するためのポリパラキシリレンコーティングを使用しないことで、前記音響整合層の厚さをλ/4とし、
   前記圧電素子と前記音響整合層の形状を平面状とし、
   前記光ファイバーは、その先端が前記音響レンズを貫通しないように配置され、
   前記光ファイバーの先端の光が被検体に届くように音響レンズを透明又は半透明にし、かつ、前記音響レンズの形状を凹面状としたことを特徴とする超音波探触子。
   
   
   

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