JP2692878B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP2692878B2
JP2692878B2 JP63200541A JP20054188A JP2692878B2 JP 2692878 B2 JP2692878 B2 JP 2692878B2 JP 63200541 A JP63200541 A JP 63200541A JP 20054188 A JP20054188 A JP 20054188A JP 2692878 B2 JP2692878 B2 JP 2692878B2
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
    • Y10S367/903—Transmit-receive circuitry

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、積層圧電素子により構成された超音波探触
子を用いる超音波診断装置に関する。
（従来の技術） 超音波探触子は圧電素子により構成され、超音波を発
生し、その反射波を受信して対象物内部の状態を検査す
るためのものであり、人体内部の診断、金属溶接部の内
部の探傷等、各種の用途に用いられる。このような超音
波探触子としては、複数の細長い圧電素子を配列したア
レイ型超音波探触子が多用されている。
超音波探触子を用いて人体内部を検査・診断する超音
波診断装置は、腹部等に関しては断層像（Ｂモード像）
を得るものが主流であるが、心臓や頚動脈等については
断層像の他にドップラ効果を利用し、血流速を観測する
いわゆるドップラモードが併用されている。また、血流
をカラー表示するカラーマッピングも急速に普及してい
る。
しかしながら、血流を観測する際の超音波探触子も含
めた超音波診断装置の感度余裕は、Ｂモード像における
それに比べて少ないのが現状である。これはドップラモ
ードでの信号取得方法が、Ｂモード像の場合とは異なる
ことによる影響が大きいためである。従って、超音波探
触子の感度増大によるドップラ像の画質向上は、Ｂモー
ド像のそれに比べて顕著である。
超音波探触子の感度増大の方法としては 駆動電圧の増大、 圧電材料の改良（結合係数を大きくする）、 音響的マッチングを図る、 の３つが考えられている。これらのうち、まずの駆動
電圧の増大は限界がある。これは近年もしくは今後の方
向として、超音波探触子のエレメント数が増える傾向が
あるため、駆動源をハイブリッドICで構成することが多
く、ハイブリッドICでは高い電圧を発生することが困難
だからである。
の方法については、例えば現存する圧電セラミック
材料においてｋ′33モードでの結合係数の最も大きな値
は0.7程度である。超音波探触子の感度を２倍とするに
は結合係数を約0.95にする必要があるが、この値は現実
的には不可能である。
次にの音響的マッチングを図る場合、感度と分解能
が相反する関係にあるため、分解能を犠牲にしないとい
う条件の下では、音響的マッチングによる大幅な感度ア
ップは望めない。
（発明が解決しようとする課題） このように超音波診断装置においてドップラモードで
血流を観測する場合には、超音波探触子の感度を大きく
することが要求され、そのためには駆動電圧の増大、圧
電材料の結合係数の増大、音響的マッチングを図る等の
方法が考えられているが、駆動電圧の増大は駆動源にハ
イブリッドICを用いるアレイ型超音波探触子では困難で
あり、また圧電材料の結合係数の増大も限界があり、さ
らに音響的マッチングを図る方法は分解能が犠牲になる
という問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、超音波探触子で検出された反射波信号が受信部
へ効率的に伝達されるようにして高感度化を達成できる
超音波診断装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は積層圧電素子を配
列して構成したアレイ型超音波探触子を用いるととも
に、動作中心周波数においてこの超音波探触子のインピ
ーダンスを、超音波探触子と受信部とを接続する同軸ケ
ーブルの容量分によるインピーダンスより小さく、より
好ましくは同軸ケーブルの容量分によるインピーダンス
と受信部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダ
ンスよりも小さくしたものである。ここで、同軸ケーブ
ルの容量分によるインピーダンスとは、同軸ケーブル全
体が持つ静電容量に起因するインピーダンスであり、ケ
ーブルの長さに依存して変化するものである。
本発明では積層圧電素子を構成する複数の圧電体層を
スイッチを介して並列接続してもよく、その場合はスイ
ッチが閉じた時の超音波探触子のインピーダンスを同軸
ケーブルの容量分によるインピーダンスより小さくすれ
ばよい。
（作用） 本発明では、動作中心周波数において超音波探触子の
インピーダンスが同軸ケーブルの容量分によるインピー
ダンスより小さいことによって、超音波探触子で検出さ
れた反射波信号の受信部の入力インピーダンスへの分圧
が大きくなって、反射波信号の電圧損失が小さく抑えら
れる。この効果は超音波探触子のインピーダンスが、同
軸ケーブルの容量分によるインピーダンスと受信部の入
力インピーダンスとの並列合成インピーダンスより小さ
い場合、一層顕著となる。
トップラモードでの測定では、アレイ型超音波探触子
の中でも特に電子セクタ走査用超音波探触子が用いられ
る。これは観測する血管に対して斜めに超音波ビームを
照射する必要があるということと、それによるグレーテ
ィングローブの影響を防止するためには、エレメントピ
ッチが電子リニアに比べて小さな電子セクタ走査用超音
波探触子が適しているからである。電子セクタ走査用超
音波探触子の１エレメントの面積は電子リニア走査用超
音波探触子に比べ1/2〜1/4程度であり、それに伴って１
エレメントあたりのインピーダンスは増大する。このイ
ンピーダンスの増大は、超音波探触子と受信部とを接続
する同軸ケーブルの容量分によるインピーダンスや、受
信部の入力インピーダンスによる反射波信号の電圧損失
を招く。すなわち、同軸ケーブルの容量分によるインピ
ーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合成イ
ンピーダンスと、超音波探触子のインピーダンスとによ
る反射波信号の分圧が、反射波信号の電圧損失の程度を
表わすと考えられる。従って、超音波探触子のインピー
ダンスを低減させることにより受信感度の増大が期待さ
れる。超音波探触子のインピーダンスを下げる方法とし
ては、圧電体の比誘電率を増加させる方法と、コイル，
トランス,FET等によるインピーダンス変換手段を用いる
方法も考えられる。しかし、前者の方法では比誘電率を
増加させても高々5000程度であり、しかも結合係数の低
下、キュリー温度の低下を招いてしまうので好ましくな
く、また後者の方法は数10もしくは100以上のエレメン
ト数を有する超音波探触子のヘッド部にインピーダンス
変換手段を組込むことになるため、探触子が大型にな
り、操作性も低下するし、インピーダンス変換手段の固
有の周波数特性によって超音波探触子の動作帯域を低下
させてしまう。
これに対し、本発明のように積層圧電素子を用いて超
音波探触子を構成した場合は、圧電体層の積層数をｎと
し、また各圧電体層の厚さが等しいとすると、単層構造
の同一共振周波数の圧電素子と比較した時、一層あたり
の厚さは1/nで、ｎ個が電気的に並列に接続されている
から、インピーダンスは1/n2となり、効果的にインピー
ダンスが低減され、しかも圧電体の比誘電率を増加させ
る方法や、インピーダンス変換手段を用いる方法に見ら
れるような問題が生じない。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の概
略構成を示したもので、超音波探触子１に同軸ケーブル
２を介して駆動源３および受信部４を接続した構成とな
っている。
第２図は第１図における超音波探触子１と同軸ケーブ
ル２及び受信部４の等価回路を示したもので、ZPは超音
波探触子１のインピーダンス、ZCは同軸ケーブル２の容
量分によるインピーダンス、ZRは受信部４の入力インピ
ーダンスをそれぞれ示している。ここで、各部のインピ
ーダンスの関係は、ZP＜ZCであり、より好ましくは更に
ZP＜ZC//ZRとなっている。なお、ZC//ZRはZCとZRとの並
列合成インピーダンス、すなわちZC・ZR/（ZC＋ZR）で
ある。
超音波探触子１は例えば第３図に示すような２層の積
層圧電素子10を複数個配列して構成されたアレイ型超音
波探触子が使用される。積層圧電素子10は圧電セラミッ
ク材料からなる２層の圧電体層11a,11bを相互間に内部
電極層21を介して積層し、内部電極層21を一側面に引出
して、引出し電極25に接続し、圧電体層11a,11bの内部
電極層21と反対側の面に形成された外部電極層22,23間
を他の一側面に引出して、引出し電極24で短絡すること
によって、圧電体層11a,11bを電気的に並列接続したも
のである。このような積層圧電素子10が複数個配列さ
れ、その超音波放射面側に音響マッチング層12と音響レ
ンズ13が順次形成され、背面側には超音波の吸収および
支持の役割を果たすバッキング材14が形成されている。
積層圧電素子10は、次のようにして製造される。ま
ず、誘電体層11a,11bとして、比誘電率εｒが2000の圧
電セラミック材料を用い、ドクターブレード法により厚
さが250μｍの２枚のグリーンシートを得た。これらの
うちの１枚のグリーンシートの一面に、内部電極層21と
なるPtを主成分とするペーストを塗布し、ペースト塗布
面にもう一枚のグリーンシートを重ね合せて焼成するこ
とにより一体化した。この一体化された圧電体層11a,11
bの内部電極層21と反対側の面上にAgを主成分とする外
部電極層22,23を形成するとともに、圧電体層11a,11bの
側面に引出し電極24,25を形成し、焼き付けた。その結
果、厚さが410μｍの焼結体を得た。次に、圧電体層11
a,11bの分極処理を、内部電極層21側が正極、外部電極
層22,23側が負極となるように行ない、積層圧電素子10
を得た。
一方、比較例として第６図に示す単層の圧電素子を用
いたアレイ型超音波探触子および第７図に示す３層の積
層圧電素子を用いたアレイ型超音波探触子を同様にして
試作した。これらの超音波探触子を第１図に示した送受
信系に用いて感度の比較を行なった。
積層圧電素子10における圧電体層の積層数は本実施例
のように、２層が特に好ましい。積層圧電素子10が２層
の場合、超音波探触子１のインピーダンスは単層の場合
に比べて1/4であり、具体的には動作中心周波数で約50
〜250Ω程度である。この程度のインピーダンスであれ
ば、駆動源３の内部インピーダンスによる駆動電圧の低
下が顕著になることはない。すなわち、超音波探触子１
のインピーダンスを低下させるために、圧電体層の積層
数を単純に増やしてゆくと駆動源３の駆動能力を越える
状態となり、超音波探触子１に有効に駆動電圧が印加さ
れなくなる。これは駆動源３の出力インピーダンスと超
音波探触子１のインピーダンスとによる分圧により、超
音波探触子１に駆動電圧が印加されにくくなることによ
る。例えば現在用いられている3.5MHzの電子セクタ走査
用超音波探触子の共振点近傍のインピーダンスは300〜5
00Ω程度であるが、積層圧電素子を用いると２層では70
〜120Ω、３層では30〜50Ω程度になる。一方、駆動源
３の出力インピーダンスは駆動源として用いているトラ
ンジスタ等のオン抵抗できまるため、数Ω〜数10Ωであ
る場合が多く、積層数によっては駆動パルスが有効に印
加されなくなる。従って、送信感度の面から積層数の増
加には限界があり、２層程度が適当である。
同軸ケーブル２については、医師や技師が超音波探触
子を手で持ち、操作するために1m以上の長さが必要であ
る。また、同軸ケーブル２の静電容量については、60pF
/m未満にすると芯線を細くするか、または芯線数を減ら
す必要が生じると同時に、芯線を被覆する樹脂の肉厚が
厚くなる。アレイ型超音波探触子ではエレメント数分の
同軸ケーブルを束ねて、これをネオプレンゴム等で被覆
したものを使用するため、芯線が切れやすくなると同時
に全体の径が増して操作性が低下しやすく、正確な診断
に悪影響を及ぼす。これらのことより同軸ケーブル２は
長さが1m以上で、静電容量は60pF/m以上が望ましい。こ
の同軸ケーブル２のインピーダンスZCは、静電容量によ
るものであるから、回路的には超音波探触子１のインピ
ーダンスZP及び受信部４のインピーダンスZRと並列とな
る。
本発明者らが実際に試作した超音波診断装置の各部の
具体的な数値例を示すと、駆動源３の出力インピーダン
ス（駆動源３に内臓されているパルサの出力インピーダ
ンス）を30Ω、駆動信号の基本周波数（超音波探触子１
の共振周波数）を3.5MHz、受信部４の入力インピーダン
スZRを750Ωとし、また同軸ケーブル２には110pF/mの静
電容量のものを2m用いた。この同軸ケーブル２の3.5MHz
近傍におけるインピーダンスZCは約200Ωである。
このような条件の下で、パルスエコー法により水中に
設置したターゲットからの反射波信号を超音波探触子１
で検出して電気信号として取出し、それを受信部４で受
信して検波・増幅して得られた反射波信号レベルを、第
６図及び第７図に示した比較例の超音波探触子を用いて
同様にして得られた反射波信号レベルと比較した。この
反射波信号レベルは超音波診断装置の送受総合の感度を
表わすものと考えられる。その結果、反射波信号レベル
は第６図に示す単層の超音波探触子（3.5MHz近傍のイン
ピーダンス400Ω）を用いた場合を基準（0dB）とした時
に、第３図に示す２層構成の超音波探触子（3.5MHz近傍
のインピーダンス100Ω）および第７図に示す３層構成
の超音波探触子（3.5MHz近傍のインピーダンス45Ω）を
用いた場合は各々9dB,8dBとなった。このように２層構
造の圧電素子からなる第３図に示す超音波探触子を用い
た場合に感度が最良となる理由は、3.5MHz近傍において
超音波探触子１のインピーダンスZP（100Ω）が、同軸
ケーブル２の容量分によるインピーダンスZC（200Ω）
より低く、しかも同軸ケーブル２の容量分によるインピ
ーダンスZC（200Ω）と受信部４の入力インピーダンスZ
R（750Ω）との並列合成インピーダンスZC//ZR（≒160
Ω）よりも低いことにより、超音波探触子１で検出され
た反射波信号が効率良く受信部４に伝達され、それに加
えて超音波探触子１のインピーダンスZPの低下が、送信
感度を著しく低下させない程度に抑えられているからで
ある。
因みに、第３図，第６図，第７図の各超音波探触子を
用いた場合について、ハイドロホンを用いて送信感度を
比較したところ、各々4dB,0dB,2dBとなった。一般的に
は積層圧電素子の積層数を増し、１層あたりの電解を大
きくすると、積層数に比例して送信感度も増大する。仮
に駆動源３の出力インピーダンスと超音波探触子１のイ
ンピーダンスZPの分圧による駆動電圧の低下がなけれ
ば、送信感度は単層を基準（0dB）とすると、２層およ
び３層構成の場合は各々6dB,9.5dBとなる筈である。し
かし現実はそうでなく、上述のように特に積層圧電素子
が３層構成の場合は、２層構成の場合より送信感度が低
下した。これは前述したように、層数を増やすと超音波
探触子のインピーダンスの低下により、駆動電圧が探触
子に分圧されにくくなるためである。
次に、本発明における超音波探触子の他の実施例につ
いて説明する。この超音波探触子の基本周波数（動作中
心周波数）は5MHzであり、１エレメント当りの超音波放
射面積は先の実施例の約1/2となっている。比誘電率200
0の２層圧電素子を用いて超音波探触子を構成したとこ
ろ、基本周波数におけるインピーダンスは120Ωとなっ
た。この超音波探触子を同軸ケーブル２（静電容量110p
F,長さ2m）を用い、受信部４に接続した。このとき、動
作中心周波数における同軸ケーブル２の容量によるイン
ピーダンスZCは130Ω、受信部４のインピーダンスZRは1
00Ωとなった。次に、従来の単層圧電素子を用いて同様
の超音波探触子を構成したところ、動作中心周波数にお
けるインピーダンスは500Ωとなった。これら２種の超
音波探触子を用いて感度測定を行なったところ、単層圧
電素子からなる超音波探触子を用いた超音波診断装置の
感度を基準（0dB）とした時に、２層圧電素子からなる
超音波探触子を用いた超音波診断装置の感度は10dBを示
した。本実施例におけるインピーダンスの関係はZP＜
ZC、ZP＞ZC//ZRであり、この場合においても従来技術に
比べて感度向上が達成された。
第４図及び第５図は、本発明の第２及び第３の実施例
における超音波探触子の構成を示したものである。第３
図に示した超音波探触子では、圧電体層11a,11bの厚さ
を等しくしたが、第４図に示す超音波探触子では圧電体
層11aの厚さt1を圧電体層11bの厚さt2より薄くしてい
る。換言すれば、圧電体層11a,11b間の内部電極層21を
圧電体層11a上に形成された外部電極層22に寄った側に
設けている。
このように、積層圧電素子10を構成する複数の圧電体
層11a,11bの厚さt1,t2を異ならせると、超音波探触子１
のインピーダンスZPは、積層圧電素子の材質及び全体の
大きさが等しい場合、第３図に示した超音波探触子に比
較して小さくなる。
この第４図に示す積層圧電素子の製造工程は、第３図
に示した積層圧電素子の製造工程とほぼ同様である。前
述したドクターブレード法は、薄いシートを作製するの
に有効な方法であり、グリーンシートを焼成した状態で
30〜40μｍ程度まで薄くできる。本実施例では焼成後の
圧電体層11aの厚さt1（内部電極層21と外部電極層22間
の距離）が40μｍ、圧電体層11bの厚さt2（内部電極層2
1と外部電極層23間の距離）が370μｍとなるように、厚
さの異なる２枚のグリーンシートを用意し、内部電極層
21となるPtを主成分とする導体ペーストの塗布後に焼成
を行なった。その後、Agを主成分とするペーストを用
い、内部電極層21と反対側の面上に外部電極層22,23及
び一側面上の引出し電極25を形成し、焼付けた。次に、
圧電体層11a,11bの分極処理を中間てて層21側が正極、
外部電極層22,23側が負極となるように個別に行なっ
た。そして、この分極処理の後、引出し電極24をハンダ
付けにより形成して積層圧電素子10を得た。
なお、本実施例では厚さの異なる２枚のグリーンシー
トを用いたが、例えば30μｍ厚の薄いグリーンシートを
用意し、複数枚積層することにより、最終的に厚さの異
なる圧電体層11a,11bを得てもよいし、研磨によって圧
電体層11a,11bの厚さを異ならせてもよい。
この積層圧電素子を用いて第１の実施例と同様に超音
波探触子を製作したところ、基本周波数3.5MHz近傍での
インピーダンスは約47Ωとなり、第１の実施例における
超音波探触子のインピーダンス（100Ω）の約1/2以下と
なった。この超音波探触子を用いて第１の実施例と同様
にパルスエコー法により水中に設置したターゲットから
の反射波信号を検出し受信部４で受信して反射波信号レ
ベルを測定したところ、第６図に示す単層の超音波探触
子（動作中心周波数におけるインピーダンス400Ω）を
用いた場合に比較して8.5dB増大した。この値は第１の
実施例における反射波信号レベルの増加分（9dB）に比
べると劣っているが、これは送信感度の低下に起因して
いる。但し、超音波探触子の仕様（共振周波数,1エレメ
ント当りの大きさ等）によっては、第３図，第４図に示
した構造の超音波探触子でもインピーダンスがより高い
方向にシフトする場合がある。そのような場合には、送
受総合の感度を考えたとき第４図の構造の方がより適切
なインピーダンスとなることがある。
第５図に示す超音波探触子は、圧電体層11a,11bをス
イッチ26を介して並列接続したものである。すなわち、
外部電極22と引出し電極24とは常に電気的に接続されて
いるが、外部電極層23と引出し電極24とはスイッチ26を
介して接続されている。内部電極層21は第３図の場合と
同様に外部電極層22,23の中間に形成されている。この
超音波探触子の製造方法は、第２の実施例と同様でよ
い。
圧電体層11a,11bにおける音速をv,圧電体層11a,11bの
厚さをｔとしたとき、スイッチ26が閉じた状態ではｆ＝
v/2tなる共振周波数が得られ、基本周波数がｆの超音波
が放射される。この状態は第１の実施例の超音波探触子
と同様であり、超音波探触子のインピーダンスZPは、こ
のスイッチ26が閉じた状態のとき、同軸ケーブル２の容
量分によるインピーダンスZCより小さく（より好ましく
はZCと受信部４の入力インピーダンスZRとの並列合成イ
ンピーダンスZC//ZRより小さく）なる。
一方、スイッチ26が開いた状態では、周波数ｆの共振
とは別に、周波数2fの共振が新たに生じる。すなわち、
スイッチ26が開くとスイッチ26が閉じた状態では存在し
なかった内部電極層21と外部電極層22間の圧電体層11a
の厚さが半波長となるような周波数の共振が新たに現わ
れる。この結果、基本周波数がｆの超音波のほか、基本
周波数が2fの超音波も放射されることになり、２周波の
超音波探触子が実現される。
この超音波探触子を用いると、人体内の超音波減衰の
ために特に高感度・高S/Nが要求されるドップラ像につ
いては、低周波部で反射波信号を取得し、高分解能が要
求されるＢモード像については、高周波部で反射波信号
を取得することにより、高S/Nのドップラ像と高分解能
のＢモード像を選択的に、あるいは同時に得ることがで
きる。
また、特にＢモード像については深部のような、超音
波の減衰による信号が得にくい部位では、スイッチ26を
閉じてＢモード像を感度よく得るようにすることもでき
る。
このようにスイッチ26の操作によって、一つの超音波
探触子で高感度・高S/Nのドップラ像と、高分解能のＢ
モード像を取得したり、深部等におけるＢモード像を高
感度に取得する等、同じ超音波探触子を目的や対象部位
に応じて使い分けることができる。
なお、アレイ型超音波探触子の１エレメント当りのイ
ンピーダンスは圧電体の比誘電率と積層数及びエレメン
トの形状により決まる。この超音波探触子のインピーダ
ンスと同軸ケーブルの容量分によるインピーダンス、ま
たは同軸ケーブルの容量分によるインピーダンスと受信
部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダンス、
及び駆動源の出力インピーダンスの関係が送信感度と受
信感度に関係する。従って、超音波探触子の圧電素子の
積層数は２層に限定されず、比誘電率や形状により３層
あるいはそれ以上にしてもよい。
また、前記実施例では超音波探触子１のインピーダン
スZPを、同軸ケーブル２の容量分によるインピーダンス
ZCと受信部４の入力インピーダンスZRとの並列合成イン
ピーダンスZC//ZRよりも小さくしたが、受信部４の入力
インピーダンスZRは受信部４の回路形式や使用素子によ
って、先に例示した値（750Ω）よりかなり小さくなる
可能性もあり、そのような場合、ZPがZC//ZRより大きく
なることもあるが、ZPがZCより大きい従来技術に比較す
れば、超音波探触子１で検出された反射波信号は受信部
４に対して格段に効率良く伝達され、高い受信感度が得
られる。
その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で変形して実
施することが可能である。
［発明の効果］ 本発明によれば、超音波探触子を積層圧電素子により
構成し、そのインピーダンスを同軸ケーブルの容量分に
よるインピーダンスより小さくし、更に好ましくは同軸
ケーブルの容量分によるインピーダンスと受信部の入力
インピーダンスとの並列合成インピーダンスより小さく
したことによって、反射波信号の電圧を大きく損失させ
ずに極めて効率良く受信部に伝達することができる。
また、本発明では圧電素子の積層により超音波探触子
のインピーダンスを下げているため、圧電材料の比誘電
率を大きくする方法に比べて、より効果的にインピーダ
ンスを下げることができ、結合係数やキュリー温度の低
下も避けられる。さらに、インピーダンス変換手段を用
いる方法のように超音波探触子が大型化せず、周波数特
性が劣化することもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る超音波診断装置の要部の概略構成
を示す図、第２図はその等価回路を示す図、第３図乃至
第５図は本発明の実施例で用いた超音波探触子の構成を
示す図、第６図及び第７図は比較例に用いた超音波探触
子の構成を示す図である。 １……アレイ型超音波探触子、２……同軸ケーブル、３
……駆動源、４……受信部、10……積層圧電素子、11a,
11b……圧電体層、12……音響マッチング層、13……音
響レンズ、14……バッキング材、21……内部電極層、2
2,23……外部電極層、24,25……引出し電極、26……ス
イッチ。
フロントページの続き (72)発明者 阿部 和秀 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−181959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−69300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−69299（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−137200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−26263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−91797（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−35626（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−103610（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の圧電体層を積層し且つ電気的に並列
    接続してなる積層圧電素子を複数個配列した超音波探触
    子と、 この超音波探触子に駆動信号を供給する駆動源と、 前記超音波探触子に一端が接続された同軸ケーブルと、 この同軸ケーブルの他端に接続され、前記超音波探触子
    により検出された反射波信号を受信する受信部とを備
    え、 動作中心周波数において前記超音波探触子のインピーダ
    ンスを前記同軸ケーブルの容量分によるインピーダンス
    より小さくしたことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項２】複数の圧電体層を積層し且つ電気的に並列
    接続してなる積層圧電素子を複数個配列した超音波探触
    子と、 この超音波探触子に駆動信号を供給する駆動源と、 前記超音波探触子に一端が接続された同軸ケーブルと、 この同軸ケーブルの他端に接続され、前記超音波探触子
    により検出された反射波信号を受信する受信部とを備
    え、 動作中心周波数において前記超音波探触子のインピーダ
    ンスを前記同軸ケーブルの容量分によるインピーダンス
    と前記受信部の入力インピーダンスとの並列合成インピ
    ーダンスより小さくしたことを特徴とする超音波診断装
    置。
  3. 【請求項３】前記積層圧電素子を構成する複数の圧電体
    層の厚さが異なることを特徴とする請求項１または２記
    載の超音波診断装置。
  4. 【請求項４】複数の圧電体層を積層してなる積層圧電素
    子を複数個配列した超音波探触子と、 この超音波探触子に駆動信号を供給する駆動源と、 前記超音波探触子に一端が接続された同軸ケーブルと、 この同軸ケーブルの他端に接続され、前記超音波探触子
    により検出された反射波信号を受信する受信部とを備
    え、 前記積層圧電素子を構成する複数の圧電体層はスイッチ
    を介して電気的に並列接続され、このスイッチが閉じた
    時の動作中心周波数における前記超音波探触子のインピ
    ーダンスを前記同軸ケーブルの容量分によるインピーダ
    ンス、または該同軸ケーブルの容量分によるインピーダ
    ンスと前記受信部の入力インピーダンスとの並列合成イ
    ンピーダンスより小さくしたことを特徴とする超音波診
    断装置。
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EP0306288A2 (en) 1989-03-08
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