JP3697200B2 - 超音波探触子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子に関し、特にダミー振動素子（ダミー素子）を有する超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一次元アレイ振動子は、複数の振動素子を例えば直線的に配列してなるものである。全部の振動素子をすべて送受波に利用すると、どうしても端部の振動素子の動作が不安定となり、そこでは特にアレイ内部の通常の振動素子の周波数特性とは異なる周波数特性が形成されるという問題がある。つまり、各振動素子の振動には、その両隣あるいは近隣の振動素子の存在が少なからず影響している。そこで、従来から、アレイの両端部に１又は複数のダミー振動素子が設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ダミー振動素子には、当然、信号ライン線の接続が不要であることから、基本的にリードなどの接続は不要である。このため、物理的、電気的にダミー振動素子は実振動素子とは異なっているのが現状である。よって、厳密に考えると、ダミー振動素子に隣接する実振動素子の周波数特性がアレイ内部の通常の実振動素子の周波数特性と異なっている。つまり、ダミー振動素子がダミーとしての本来機能を十分に発揮せず、その効果が不十分であるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ダミー振動素子の役割をより高め、これによって超音波画像の画質を向上することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、ダミー振動素子に、ダミーリード及び電気回路を設けたので、単にダミー振動素子を構成した場合に比べて、ダミー振動素子の電気的な性質を実振動素子のそれらに近付けて、ダミー振動素子の周波数特性を実振動素子の周波数特性に近づけることができる。これにより、特に、ダミー振動素子に隣接する実振動素子の動作条件を他の実振動素子の動作条件に合わせて、当該隣接する実振動素子における周波数特性の乱れを小さくできる。つまり、ダミー振動素子は望ましくは実振動素子に隣接して設けられる。
【０００７】
上記構成において、実振動素子のリード間には、電気回路（信号線、アンプ、送受信切換スイッチなど）が接続されるが、ダミー振動素子のダミーリードにも、そのような電気回路と等価な電気回路が接続される。その場合、当該ダミー回路を実は動作させないかあるいは当該ダミー回路自体は動作させてもその出力信号が画像形成に利用されないようにする。つまり、実振動素子と等価な電気的インピーダンスをダミー振動子に接続し、物理的な等価性及び電気的な等価性の両者を実現するものである。
【０００８】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子にはその両極に対応した２つのダミーリードが設けられ、それら２つのダミーリードが互いに電気的に短絡されたことを特徴とする。
【０００９】
２つのダミーリードを短絡することによって、実振動素子に接続されている信号線あるいは回路に近似でき、特に、隣接する実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１０】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子には、前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、実振動素子に設けられたリードの物理的な形状と、ダミー振動素子に設けられたダミーリードの物理的な形状とを合致させて、それらの物理的な特性及び電気的な特性をより一致させて、ダミー振動素子の特性をより実振動素子の特性に一致させることができる。
【００１２】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
ダミー上面電極とダミー下面電極とを何らかの手法で短絡すれば、実振動素子に接続されている信号線あるいは回路に近似させることができ、隣接する実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１４】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、ダミー振動素子の上面電極と下面電極との間に生じる容量成分を減少させ、実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１６】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする。
【００１７】
ダミー振動素子（ダミー素子）を構成する圧電体を非分極とする手法としては、分極処理後における部分的な分極消失処理（逆電圧印加）、分極工程でのダミー素子部分以外の分極処理、などがあげられる。
【００１８】
（７）望ましくは、前記ダミー振動素子には、上面電極及び下面電極と、前記ダミー上面電極から引き出された第１ダミーリードと、前記ダミー下面電極から引き出された第２ダミーリードと、前記ダミー上面電極に接合されたダミー音響整合層と、が設けられ、前記２つのダミーリードとしての前記第１及び第２ダミーリードが前記アレイ振動子の背面側に設けられたバッキング層の側面に沿って垂れ下がっている。
【００１９】
この構成によれば、ダミー振動素子の物理的な構成を実振動素子の物理的な構成に一致させて、ダミー振動素子本来の機能を十分に発揮させることができる。
【００２０】
（８）望ましくは、前記アレイ振動子は一次元アレイ振動子であり、前記一次元アレイ振動子の各端部に１又は複数のダミー振動素子が設けられる。また望ましくは、前記アレイ振動子は二次元アレイ振動子であり、前記二次元アレイ振動子の周囲に沿って複数のダミー振動素子が配列される。また望ましくは、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に複数のダミー振動素子が設けられる。特に、二次元アレイ振動子やスパース型アレイ振動子の周囲にダミー振動素子を設ければ、二次元の両方向についてダミー振動素子による利点を享受できる。なお、いわゆる１．５Ｄアレイ振動子に本発明を適用することもできる。
【００２１】
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【００２２】
（１０）望ましくは、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備えた超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接するダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子にはその両極に対応した２つのダミーリードが設けられ、それら２つのダミーリードが互いに電気的に短絡される。
【００２３】
（１１）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子には前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記有効振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【００２４】
（１２）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする。
【００２５】
（１３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする。
【００２６】
（１４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする。
【００２７】
（１５）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、当該スパース型アレイ振動子の少なくとも周囲に前記無効振動素子としてダミー振動素子が配列されたことを特徴とする。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態に係る超音波探触子は、振動素子アレイ１０を有している。この振動素子アレイ１０は、符号１２によって示される送受信領域内に配列された複数の実振動素子１４と、送受信領域１２の両端に１又は複数個ずつ設けられるダミー振動素子１６，１８と、で構成されている。本実施形態においては、実振動素子１４とダミー振動素子１６，１８とが物理的に同じ構成を有している。すなわち、それらの振動素子１４，１６，１８は、圧電素子３０と、第１整合層３２と、第２整合層３４と、を有しており、更にそれらの振動素子１４，１６，１８は一対のリードを有している。
【００３１】
図１においては、ダミー振動素子１６，１８が有する一対のリード３６，３８と、実振動素子１４が有する一対のリードの内の一方のリード２８と、が図示されている。つまり、実振動素子１４の他方のリードについては図示省略されている。それらの一対のリードは、それぞれ圧電素子２０，３０の下面電極及び上面電極に接続されるものである。上面電極に接続されるリードは例えばグランドリードとして銅箔のようなものであってもよく、また下面電極に接続されるリードはシグナルリードとしてフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）によって構成されるものであってもよい。図１において、一対のリード３６，３８は、バッキング層２６の側面に沿って垂れ下がっている。
【００３２】
複数の実振動素子１４及びダミー振動素子１６，１８の背面側にはバッキング層２６が設けられ、そのバッキング層２６によって後方に放射される超音波が吸収されている。
【００３３】
実振動素子１４において、それに接続された２つのリード間に信号線を介して送受信切替スイッチ、受信アンプ、などの回路が接続される。一方、ダミー振動素子１６，１８の２つのリード３６，３８の間に、そのような回路と等価なダミー回路を接続するようにしてもよい。この構成によれば電気的な特性を実振動素子１４及びダミー振動素子１６，１８の間において一致させることができる。
【００３４】
上記のように、ダミー振動素子に、実振動素子に接続される回路と等価な回路を接続するようにするのが望ましいが、次のような代替的手法を利用するようににしてもよい。
【００３５】
すなわち、ダミー振動素子１６，１８が有する２つのリード３６，３８間を電気的に短絡するように構成してもよい。また、それに代えて、ダミー振動素子１６，１８の圧電素子３０について分極消失処理などを行うようにしてもよい。すなわち、このような構成によれば、実振動素子に対して、それに隣接するダミー振動素子が音響的に悪影響を与えることを防止することができる。換言すれば、ダミー振動素子１６，１８の振動特性を実振動素子１４の振動特性とできる限り一致させ、特に、送受信領域１２の両端に存在する実振動素子１４の振動特性の乱れを防止できるという利点がある。
【００３６】
上記の分極消失は、分極処理が施されたダミー振動素子１６，１８の圧電素子３０に対して逆電圧を印加することによって実現でき、あるいは製造工程においてダミー振動素子に対応する圧電素子部分については分極処理を行わないようにしてもよい。いずれにしても分極破壊あるいは非圧電体化によって、隣接する実振動素子への悪影響を防止することができる。
【００３７】
図１に示されるように、ダミーリード３６，３８の物理的な形態は、本実施形態において、実振動素子１４に設けられている一対のリードの物理的形態と一致している。また、ダミー振動素子１６，１８には、実振動素子の第１整合層２２，第２整合層２４と同じ形態をもった第１整合層３２，第２整合層３４が設けられおり、ダミー振動素子１６，１８の構成自体を実振動素子１４の構成と一致させ、しかも上記のように電気的特性も一致することができ、結果として音響的性質を一致させることができるので、振動素子アレイ１０の全域にわたって均一な周波数特性を実現できるという利点がある。その結果、このような探触子を利用して超音波の送受信を行って超音波画像を構成すれば、その画質を向上できるという利点がある。
【００３８】
ちなみに、図１に示す実施形態においては、振動素子アレイ１０の両端に１つずつダミー振動素子１６，１８が設けられていたが、その個数をさらに増加させてもよく、例えば両端に５個ずつダミー振動素子を設けるようにしてもよい。このような構成によれば送受信領域１２の全体にわたって各実振動素子の周波数特性をより均一化することが可能となる。
【００３９】
次に、図２には、いわゆるスパース型アレイ振動子５０が模式的に示されている。スパース型アレイ振動子は、二次元配列された複数の振動素子のうちで、所定条件に基づいて分散的に設定された複数の有効振動素子５６のみを用いて超音波の送受信を行う振動子である。図２に示されるように、送受信領域５２には、二次元配列された多数の振動素子が示されているが、その内で有効振動素子５６のみが実際に機能し、他の振動素子は、無効振動素子５８とされる。この場合において、その無効振動素子５８を送受信領域５２から除去することも可能であるが、本実施形態では上述したダミー振動素子を設ける理由と同様の理由からその無効振動素子５８をそのままダミー振動素子として残している。
【００４０】
また、図２に示されるスパース型アレイ振動子５０においては、送受信領域５２の周囲にある周囲領域５４に複数のダミー振動素子６０が整列配置されている。これは、端部に設けられる有効振動素子５６を含む全ての有効振動素子５６について、上述した原理を用いて周波数特性の均一化を図るためである。
【００４１】
図２に示す実施形態では、送受信領域５２の周囲に一重のダミー振動素子列が形成されていたが、もちろんそのダミー振動素子列を二重あるいは三重にするようにしてもよい。
【００４２】
図２に示す構成においても、ダミー振動素子６０及び無効振動素子５８には有効振動素子５６と同様に一対のリードが設けられ、さらにそれらのリード間にはダミー回路も設けられている。あるいは、それらの一対のリード間を短絡したり、圧電素子の非分極化を図るようにしてもよい。
【００４３】
上述の各実施形態においては、一次元アレイ振動子及びスパース型アレイ振動子が示されていたが、本発明は通常の二次元アレイ振動子（２Ｄアレイ振動子）やいわゆる１．５Ｄアレイ振動子などに適用することも可能である。
【００４４】
なお、図１及び図２に示す構成において、各振動素子間の空隙には絶縁性接着剤などが充填されるようにしてもよい。各図に示した実施形態は一例であってそれらについての各種の変形が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダミー振動素子の機能をより一層向上させて、超音波画像の画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す斜視図である。
【図２】 他の実施形態に係る超音波探触子の要部構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 振動素子アレイ、１２，５２ 送受信領域、１４ 実振動素子、１６，１８，６０ ダミー振動素子、３６，３８ ダミーリード。
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子に関し、特にダミー振動素子（ダミー素子）を有する超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一次元アレイ振動子は、複数の振動素子を例えば直線的に配列してなるものである。全部の振動素子をすべて送受波に利用すると、どうしても端部の振動素子の動作が不安定となり、そこでは特にアレイ内部の通常の振動素子の周波数特性とは異なる周波数特性が形成されるという問題がある。つまり、各振動素子の振動には、その両隣あるいは近隣の振動素子の存在が少なからず影響している。そこで、従来から、アレイの両端部に１又は複数のダミー振動素子が設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ダミー振動素子には、当然、信号ライン線の接続が不要であることから、基本的にリードなどの接続は不要である。このため、物理的、電気的にダミー振動素子は実振動素子とは異なっているのが現状である。よって、厳密に考えると、ダミー振動素子に隣接する実振動素子の周波数特性がアレイ内部の通常の実振動素子の周波数特性と異なっている。つまり、ダミー振動素子がダミーとしての本来機能を十分に発揮せず、その効果が不十分であるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ダミー振動素子の役割をより高め、これによって超音波画像の画質を向上することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、ダミー振動素子に、ダミーリード及び電気回路を設けたので、単にダミー振動素子を構成した場合に比べて、ダミー振動素子の電気的な性質を実振動素子のそれらに近付けて、ダミー振動素子の周波数特性を実振動素子の周波数特性に近づけることができる。これにより、特に、ダミー振動素子に隣接する実振動素子の動作条件を他の実振動素子の動作条件に合わせて、当該隣接する実振動素子における周波数特性の乱れを小さくできる。つまり、ダミー振動素子は望ましくは実振動素子に隣接して設けられる。
【０００７】
上記構成において、実振動素子のリード間には、電気回路（信号線、アンプ、送受信切換スイッチなど）が接続されるが、ダミー振動素子のダミーリードにも、そのような電気回路と等価な電気回路が接続される。その場合、当該ダミー回路を実は動作させないかあるいは当該ダミー回路自体は動作させてもその出力信号が画像形成に利用されないようにする。つまり、実振動素子と等価な電気的インピーダンスをダミー振動子に接続し、物理的な等価性及び電気的な等価性の両者を実現するものである。
【０００８】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子にはその両極に対応した２つのダミーリードが設けられ、それら２つのダミーリードが互いに電気的に短絡されたことを特徴とする。
【０００９】
２つのダミーリードを短絡することによって、実振動素子に接続されている信号線あるいは回路に近似でき、特に、隣接する実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１０】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子には、前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、実振動素子に設けられたリードの物理的な形状と、ダミー振動素子に設けられたダミーリードの物理的な形状とを合致させて、それらの物理的な特性及び電気的な特性をより一致させて、ダミー振動素子の特性をより実振動素子の特性に一致させることができる。
【００１２】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
ダミー上面電極とダミー下面電極とを何らかの手法で短絡すれば、実振動素子に接続されている信号線あるいは回路に近似させることができ、隣接する実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１４】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、ダミー振動素子の上面電極と下面電極との間に生じる容量成分を減少させ、実振動素子への悪影響を低減できる。
【００１６】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、前記各ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする。
【００１７】
ダミー振動素子（ダミー素子）を構成する圧電体を非分極とする手法としては、分極処理後における部分的な分極消失処理（逆電圧印加）、分極工程でのダミー素子部分以外の分極処理、などがあげられる。
【００１８】
（７）望ましくは、前記ダミー振動素子には、上面電極及び下面電極と、前記ダミー上面電極から引き出された第１ダミーリードと、前記ダミー下面電極から引き出された第２ダミーリードと、前記ダミー上面電極に接合されたダミー音響整合層と、が設けられ、前記２つのダミーリードとしての前記第１及び第２ダミーリードが前記アレイ振動子の背面側に設けられたバッキング層の側面に沿って垂れ下がっている。
【００１９】
この構成によれば、ダミー振動素子の物理的な構成を実振動素子の物理的な構成に一致させて、ダミー振動素子本来の機能を十分に発揮させることができる。
【００２０】
（８）望ましくは、前記アレイ振動子は一次元アレイ振動子であり、前記一次元アレイ振動子の各端部に１又は複数のダミー振動素子が設けられる。また望ましくは、前記アレイ振動子は二次元アレイ振動子であり、前記二次元アレイ振動子の周囲に沿って複数のダミー振動素子が配列される。また望ましくは、前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に複数のダミー振動素子が設けられる。特に、二次元アレイ振動子やスパース型アレイ振動子の周囲にダミー振動素子を設ければ、二次元の両方向についてダミー振動素子による利点を享受できる。なお、いわゆる１．５Ｄアレイ振動子に本発明を適用することもできる。
【００２１】
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【００２２】
（１０）望ましくは、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備えた超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接するダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子にはその両極に対応した２つのダミーリードが設けられ、それら２つのダミーリードが互いに電気的に短絡される。
【００２３】
（１１）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子には前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられ、前記ダミーリードに前記有効振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする。
【００２４】
（１２）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする。
【００２５】
（１３）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする。
【００２６】
（１４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、前記ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする。
【００２７】
（１５）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、前記スパース型アレイ振動子は、超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、を含み、当該スパース型アレイ振動子の少なくとも周囲に前記無効振動素子としてダミー振動素子が配列されたことを特徴とする。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態に係る超音波探触子は、振動素子アレイ１０を有している。この振動素子アレイ１０は、符号１２によって示される送受信領域内に配列された複数の実振動素子１４と、送受信領域１２の両端に１又は複数個ずつ設けられるダミー振動素子１６，１８と、で構成されている。本実施形態においては、実振動素子１４とダミー振動素子１６，１８とが物理的に同じ構成を有している。すなわち、それらの振動素子１４，１６，１８は、圧電素子３０と、第１整合層３２と、第２整合層３４と、を有しており、更にそれらの振動素子１４，１６，１８は一対のリードを有している。
【００３１】
図１においては、ダミー振動素子１６，１８が有する一対のリード３６，３８と、実振動素子１４が有する一対のリードの内の一方のリード２８と、が図示されている。つまり、実振動素子１４の他方のリードについては図示省略されている。それらの一対のリードは、それぞれ圧電素子２０，３０の下面電極及び上面電極に接続されるものである。上面電極に接続されるリードは例えばグランドリードとして銅箔のようなものであってもよく、また下面電極に接続されるリードはシグナルリードとしてフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）によって構成されるものであってもよい。図１において、一対のリード３６，３８は、バッキング層２６の側面に沿って垂れ下がっている。
【００３２】
複数の実振動素子１４及びダミー振動素子１６，１８の背面側にはバッキング層２６が設けられ、そのバッキング層２６によって後方に放射される超音波が吸収されている。
【００３３】
実振動素子１４において、それに接続された２つのリード間に信号線を介して送受信切替スイッチ、受信アンプ、などの回路が接続される。一方、ダミー振動素子１６，１８の２つのリード３６，３８の間に、そのような回路と等価なダミー回路を接続するようにしてもよい。この構成によれば電気的な特性を実振動素子１４及びダミー振動素子１６，１８の間において一致させることができる。
【００３４】
上記のように、ダミー振動素子に、実振動素子に接続される回路と等価な回路を接続するようにするのが望ましいが、次のような代替的手法を利用するようににしてもよい。
【００３５】
すなわち、ダミー振動素子１６，１８が有する２つのリード３６，３８間を電気的に短絡するように構成してもよい。また、それに代えて、ダミー振動素子１６，１８の圧電素子３０について分極消失処理などを行うようにしてもよい。すなわち、このような構成によれば、実振動素子に対して、それに隣接するダミー振動素子が音響的に悪影響を与えることを防止することができる。換言すれば、ダミー振動素子１６，１８の振動特性を実振動素子１４の振動特性とできる限り一致させ、特に、送受信領域１２の両端に存在する実振動素子１４の振動特性の乱れを防止できるという利点がある。
【００３６】
上記の分極消失は、分極処理が施されたダミー振動素子１６，１８の圧電素子３０に対して逆電圧を印加することによって実現でき、あるいは製造工程においてダミー振動素子に対応する圧電素子部分については分極処理を行わないようにしてもよい。いずれにしても分極破壊あるいは非圧電体化によって、隣接する実振動素子への悪影響を防止することができる。
【００３７】
図１に示されるように、ダミーリード３６，３８の物理的な形態は、本実施形態において、実振動素子１４に設けられている一対のリードの物理的形態と一致している。また、ダミー振動素子１６，１８には、実振動素子の第１整合層２２，第２整合層２４と同じ形態をもった第１整合層３２，第２整合層３４が設けられおり、ダミー振動素子１６，１８の構成自体を実振動素子１４の構成と一致させ、しかも上記のように電気的特性も一致することができ、結果として音響的性質を一致させることができるので、振動素子アレイ１０の全域にわたって均一な周波数特性を実現できるという利点がある。その結果、このような探触子を利用して超音波の送受信を行って超音波画像を構成すれば、その画質を向上できるという利点がある。
【００３８】
ちなみに、図１に示す実施形態においては、振動素子アレイ１０の両端に１つずつダミー振動素子１６，１８が設けられていたが、その個数をさらに増加させてもよく、例えば両端に５個ずつダミー振動素子を設けるようにしてもよい。このような構成によれば送受信領域１２の全体にわたって各実振動素子の周波数特性をより均一化することが可能となる。
【００３９】
次に、図２には、いわゆるスパース型アレイ振動子５０が模式的に示されている。スパース型アレイ振動子は、二次元配列された複数の振動素子のうちで、所定条件に基づいて分散的に設定された複数の有効振動素子５６のみを用いて超音波の送受信を行う振動子である。図２に示されるように、送受信領域５２には、二次元配列された多数の振動素子が示されているが、その内で有効振動素子５６のみが実際に機能し、他の振動素子は、無効振動素子５８とされる。この場合において、その無効振動素子５８を送受信領域５２から除去することも可能であるが、本実施形態では上述したダミー振動素子を設ける理由と同様の理由からその無効振動素子５８をそのままダミー振動素子として残している。
【００４０】
また、図２に示されるスパース型アレイ振動子５０においては、送受信領域５２の周囲にある周囲領域５４に複数のダミー振動素子６０が整列配置されている。これは、端部に設けられる有効振動素子５６を含む全ての有効振動素子５６について、上述した原理を用いて周波数特性の均一化を図るためである。
【００４１】
図２に示す実施形態では、送受信領域５２の周囲に一重のダミー振動素子列が形成されていたが、もちろんそのダミー振動素子列を二重あるいは三重にするようにしてもよい。
【００４２】
図２に示す構成においても、ダミー振動素子６０及び無効振動素子５８には有効振動素子５６と同様に一対のリードが設けられ、さらにそれらのリード間にはダミー回路も設けられている。あるいは、それらの一対のリード間を短絡したり、圧電素子の非分極化を図るようにしてもよい。
【００４３】
上述の各実施形態においては、一次元アレイ振動子及びスパース型アレイ振動子が示されていたが、本発明は通常の二次元アレイ振動子（２Ｄアレイ振動子）やいわゆる１．５Ｄアレイ振動子などに適用することも可能である。
【００４４】
なお、図１及び図２に示す構成において、各振動素子間の空隙には絶縁性接着剤などが充填されるようにしてもよい。各図に示した実施形態は一例であってそれらについての各種の変形が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダミー振動素子の機能をより一層向上させて、超音波画像の画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す斜視図である。
【図２】 他の実施形態に係る超音波探触子の要部構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 振動素子アレイ、１２，５２ 送受信領域、１４ 実振動素子、１６，１８，６０ ダミー振動素子、３６，３８ ダミーリード。
Claims (16)
- 複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、
前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記ダミー振動素子にはその両極に対応した２つのダミーリードが設けられ、それら２つのダミーリードが互いに電気的に短絡されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、
前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、
前記各ダミー振動素子には、前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、
前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、
前記各ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の実振動素子と少なくとも１つのダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の実振動素子と複数のダミー振動素子とを有するアレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、
前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に前記複数のダミー振動素子が設けられ、
前記各ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項２記載の超音波探触子において、
前記ダミー振動素子には、
上面電極及び下面電極と、
前記ダミー上面電極から引き出された第１ダミーリードと、
前記ダミー下面電極から引き出された第２ダミーリードと、
前記ダミー上面電極に接合されたダミー音響整合層と、
が設けられ、
前記２つのダミーリードとしての前記第１及び第２ダミーリードが前記アレイ振動子の背面側に設けられたバッキング層の側面に沿って垂れ下がっていることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１、２又は５記載の超音波探触子において、
前記アレイ振動子は一次元アレイ振動子であり、
前記一次元アレイ振動子の各端部に１又は複数のダミー振動素子が設けられたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１、２又は５記載の超音波探触子において、
前記アレイ振動子は二次元アレイ振動子であり、
前記二次元アレイ振動子の周囲に沿って複数のダミー振動素子が配列されたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１、２又は５記載の超音波探触子において、
前記アレイ振動子はスパース型アレイ振動子であり、
前記スパース型アレイ振動子の周囲及びその内部の実振動素子間に複数のダミー振動素子が設けられたことを特徴とする超音波振動子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、
前記ダミー振動素子にはダミーリードが設けられ、
前記ダミーリードに前記実振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、
前記ダミー振動素子には前記実振動素子に設けられるリードと同じ形状のダミーリードが設けられ、
前記ダミーリードに前記有効振動素子のリードに接続された電気回路と等価な電気回路が接続されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、
前記ダミー振動素子のダミー上面電極とダミー下面電極との間が電気的に接続されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、
前記ダミー振動素子の分極度合いを前記実振動素子の分極度合いよりも弱めたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
前記複数の無効振動素子の中には、前記有効振動素子に隣接する無効振動素子としてのダミー振動素子が含まれ、
前記ダミー振動素子については非分極としたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の振動素子を有するスパース型アレイ振動子を備え、超音波画像を構成するために超音波の送受信を行う超音波探触子において、
前記スパース型アレイ振動子は、
超音波の送波及び受波の少なくとも一方を行う複数の有効振動素子と、
超音波の送波及び受波のいずれも行わない複数の無効振動素子と、
を含み、
当該スパース型アレイ振動子の少なくとも周囲に前記無効振動素子としてダミー振動素子が配列されたことを特徴とする超音波探触子。
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