JP4434913B2 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、送受信される超音波の送信強度と受信感度に重み付けを行ってサイドローブの低減を図った超音波探プローブ及び超音波診断装置に関する。

超音波プローブは、対象物内部の画像化等を目的として、対象物に向けて超音波を照射し、当該対象物内における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置である。このような超音波プローブが採用される超音波画像装置として、人体の内部を検査するための医用診断装置などがある。

超音波プローブには、１次元アレイ超音波プローブと呼ばれるものがある。この１次元アレイ超音波プローブは、超音波の送受信を行うための圧電素子ユニットを有している。圧電素子ユニットは、アレイ方向に対して一定間隔で並設された複数の圧電素子からなり、その人体側には音響整合層と音響レンズが設けられ、圧電素子ユニットの人体側と反対側には背面材が設けられている。

１次元アレイ超音波プローブを使用する場合、駆動回路から各圧電素子に別々に駆動信号を印加する。このとき、遅延回路により各圧電素子に印加する駆動信号の位相をずらすことで、超音波の照射位置をアレイ方向に走査する。

各圧電素子から発生した超音波は、音響整合層と音響レンズを介して被検者に送信される。そして、人体内で音響インピーダンスの不整合により生じる反射波を圧電素子ユニットで受信することで、人体の内部構造がモニタに映し出される。

この圧電素子ユニットを製造する場合、まず矩形状の圧電材料ブロックに音響整合層を接合する。そして、圧電材料ブロックと音響整合層の積層体をアレイ方向に対して所定間隔でダイシングし、圧電材料ブロックをアレイ化、すなわち複数の圧電素子に分割する。

そして、アレイ化された積層体に音響レンズと背面材を接合し、最後に駆動回路と各圧電素子の電気的接続を行って超音波プローブが完成する。

ところで、前述の１次元アレイ超音波プローブにおいて、各圧電素子に矩形波形の駆動信号を印加した場合、アレイ方向及びレンズ方向におけるサイドローブが問題となることがある。そのため、近年では当該サイドローブを低減するために、様々な技術が開示されている。

レンズ方向におけるサイドローブを低減する技術としては、例えば、各圧電素子をレンズ方向に対して間隔を変えながら複数に分割し、超音波の送受信を実質的に行う実行面積を変化させることで、圧電素子ユニットから送信される超音波の強度に重み付けをする技術（例えば、特許文献１参照。）や、各圧電素子のレンズ方向の中央部と両端部との間で分極強度を変化させることで、圧電素子ユニットから送信される超音波の強度に重み付けをする技術（例えば、特許文献２参照。）や、各圧電素子をレンズ方向に対して一定間隔で分割し、各々に印加する駆動信号を変化させることで、圧電素子ユニットから送信される超音波の強度に重み付けを行う技術（例えば、特許文献３参照。）などが開示されている。

また、アレイ方向におけるサイドローブを低減する技術としては、例えば、圧電素子ユニットの全体形状を楕円型とする技術（例えば、特許文献４参照。）や、各圧電素子ユニットの両端側に行くにつれて圧電素子の幅を徐々に小さくする技術（例えば、特許文献５参照。）などが開示されている。
特開２００３−９２８８号公報 特開平７−３８９９９号公報 特開平５−３８３３５号公報 特公平１−２４４７９号公報 特開平１０−１９２２７７号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された超音波プローブでは、レンズ方向におけるサイドローブを低減することはできるが、アレイ方向におけるサイドローブを低減することができないという問題がある。

また、特許文献４、５に記載された超音波プローブでは、アレイ方向におけるサイドローブを低減することはできるが、レンズ方向におけるサイドローブを低減することができないという問題がある。

すなわち、特許文献１〜特許文献５に記載された超音波プローブでは、アレイ方向とレンズ方向の両方向におけるサイドローブを低減することができなかった。

さらに、特許文献１〜特許文献５に記載された超音波プローブには、他にも以下のような問題がある。

すなわち、特許文献１に記載された超音波プローブでは、圧電素子ユニットを製造する際に、圧電材料ブロックがレンズ方向に対して完全に分割されてしまうため、分割された複数の圧電素子を位置決めする工夫が必要となり、製造工程の増加、製造価格の上昇を招くという問題がある。

特許文献２に記載された超音波プローブでは、圧電素子ユニットを製造する際に、分極工程の管理が必要となり、製造工程の複雑化、製造価格の上昇を招くという問題がある。

特許文献３に記載された超音波プローブでは、装置や回路の構造が複雑化し、超音波プローブの信頼性の悪化、製造工数の増加、製造価格の上昇を招くという問題がある。

特許文献４と特許文献５に記載された超音波プローブでは、圧電素子ユニットの全体形状が矩形ではないため、加工の複雑化、製造工程の複雑化、製造価格の上昇を招くという問題がある。

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造性が良く、またコストパフォーマンスの良い、アレイ方向及びレンズ方向におけるサイドローブを低減することができる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波探プローブ及び超音波診断装置は次のように構成されている。

（１）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面の角部近傍に、前記第１の方向及び前記第３の方向に対して傾斜する複数の溝を有する。
（２）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に前記第１の方向に平行する複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１の方向に沿う長さが前記１端面の中央部に行くにつれて短くなるように形成される。
（３）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に複数の孔を有する。
（４）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備する超音波診断装置において、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面の角部近傍に、前記第１の方向及び前記第３の方向に対して傾斜する複数の溝を有する。
（５）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備する超音波診断装置において、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に前記第１の方向に平行する複数の溝を有し、前記複数の溝は、前記第１の方向に沿う長さが前記１端面の中央部に行くにつれて短くなるように形成される。
（６）第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備する超音波診断装置において、前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に複数の孔を有する。

本発明によれば、製造性を低下させることなく、またコストパフォーマンスを低下させることなく、アレイ方向及びレンズ方向におけるサイドローブを低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、図１〜図９を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態を係る超音波プローブ１０の概略的構成を示す斜視図、図２は同実施の形態に係る超音波プローブ１０をアレイ方向と垂直に切断して示す断面図、図３は同実施の形態に係る超音波プローブ１０をレンズ方向と垂直に切断して示す断面図、図４は同実施の形態に係る圧電素子ユニット１２の上側面を示す概略図、図５は同実施の形態に係る圧電素子ユニット１２を図４中のＡ−Ａ線で切断して示す断面図である。

図１〜図３に示すように、この超音波プローブ１０は吸振材製の背面材１１を有している。この背面材１１は矩形ブロック状をしており、その一側面にはフレキシブル印刷配線基板３１を介して圧電素子ユニット１２（圧電振動子）が設けられている。

この圧電素子ユニット１２は、短冊状に形成された複数の圧電素子１５により構成されている。これら圧電素子１５は、アレイ方向（第１の方向）に対して一定間隔で並べられており、各々の圧電素子１５は超音波を送受信する、いわゆるチャンネルをなしている。すなわち、本実施の形態に係る超音波プローブ１０は、いわゆる１次元アレイ超音波プローブと呼ばれるものである。

圧電素子１５の素材としては、圧電セラミックや圧電単結晶が用いられている。なお、各圧電素子１５は、その製造工程において上下方向（第２の方向、アレイ方向と直交する方向）に分極されている。

各圧電素子１５は、その上端面と下端面にそれぞれアース電極２３ａ（電極）と信号電極２３ｂ（電極）を有している。これらアース電極２３ａと信号電極２３ｂは、金や銅などの金属箔で形成されており、これら電極２３ａ、２３ｂを介して圧電素子１５に駆動電圧を印加できるようになっている。

図４と図５に示すように、各圧電素子１５の上端面には、各圧電素子１５を貫通しない複数の溝部２０が上下方向に沿って形成されている。これらの溝部２０は、アレイ方向及びレンズ方向（第３の方向、アレイ方向及び上下方向と直交する方向）に対して所定角度で傾斜しており、しかも隣り合う圧電素子１５に形成された溝部２０同士が同一直線上に載るような配置となっている。

これにより、圧電素子ユニット１２の上側面の四隅部には、複数の圧電素子１５に形成された溝部２０を連ねてなり、圧電素子ユニット１２を貫通しない、圧電素子ユニット１２のアレイ方向の端部とレンズ方向の端部に対して斜めに交差する連成溝１６（溝）が形成される。

連成溝１６のアレイ方向に対するピッチ間隔は、サイン関数Ｓの関数値に従って、圧電素子ユニット１２のアレイ方向の両端側に行くにつれて小さくなるように決定されている。また、連成溝１６のレンズ方向に対するピッチ間隔も、サイン関数Ｓの関数値に従って、圧電素子ユニット１２のレンズ方向の両端側に行くにつれて小さくなるように決定されている。

ここで、図６を参照しながら連成溝１６のレンズ方向に対するピッチ間隔に限定して説明する。

図６は同実施の形態に係る連成溝１６のピッチ間隔を決定するサイン関数Ｓを示す概略図である。なお、図６の横軸は圧電素子ユニット１２のレンズ方向に対する位置（レンズ方向の中心部は０）を示している。

図６に示すように、連成溝１６のレンズ方向に対するピッチ間隔は、サイン関数の関数値に従って、レンズ方向の中心側に行くにつれて大きくなり、レンズ方向の両側に行くにつれて小さくなるように決められている。

これにより、本実施の形態に係る圧電素子ユニット１２は、アレイ方向の両端側に行くにつれて超音波の送受信を実質的に行う実行面積が小さくなり、またレンズ方向の両端側に行くにつれて実行面積が小さくなる。

なお、本実施の形態では、サイン関数Ｓに基づいて連成溝１６のアレイ方向及びレンズ方向に対するピッチ間隔を決定しているが、これに限定されるものではない。すなわち、アレイ方向の両端側、及びレンズ方向の両端側に行くにつれて実行面積を小さくすることができれば、例えばガウシアン関数などであってもよい。

各圧電素子１５の信号電極２３ｂは、それぞれフレキシブル印刷配線基板３１内に設けられた複数の信号用配線３１ｂ（後述する）に電気的に接続されている。これら信号用配線３１ｂは、アレイ方向に対して一定間隔で配列されており、アレイ方向に並ぶ複数の圧電素子１５に対して別々に駆動信号を印加できるようになっている。

圧電素子ユニット１２の上側面には音響整合層ユニット２５が設けられている。この音響整合層ユニット２５は、短冊状に形成された複数の音響整合層１７により構成されており、各々の音響整合層１７は前記各圧電素子１５と対応するよう配置されている。

この音響整合層１７は、圧電素子１５と人体の音響インピーダンスを整合させるものであり、本実施の形態では音響インピーダンスが圧電素子１５から人体に向かって段階的に変化するように、材料の異なる第１の音響整合層１８（導電体）と第２の音響整合層１９により構成されている。

第１の音響整合層１８は導電性材料により形成されており、その下端面は圧電素子１５上のアース電極２３ａと電気的に接続されている。一方、第２の音響整合層１９は絶縁性材料で形成されており、その下端面は第１の音響整合層１８の上端面に接合されている。

第２の音響整合層１９の上側には、音響レンズ２２が全ての第２の音響整合層１９を覆うように設けられている。この音響レンズ２２は、生体に近い音響インピーダンスを有するシリコーンゴム等を素材としたレンズであり、音響の屈折を利用して超音波ビームを収束させ、分解能を向上させるものである。なお、第２の音響整合層１９を導電性材料により形成してもよい。

アレイ方向に並べられた圧電素子１５の隙間１３及び各圧電素子１５に形成された溝部２０には、エポキシ等の非導電性樹脂材料（非導電性接着剤、図示しない）が充填されている。この非導電性樹脂材料は、圧電素子ユニット１２及び音響整合層ユニット２５に機械的強度を持たせ、また第１の音響整合層１８とアース電極２３ａとを接合するものである。

各第１の音響整合層１８の側面にはアース取り出し電極２４が設けられている。このアース取り出し電極２４は、導電性材料により形成された各第１の音響整合層１８に対して電気的に接続されており、その下端部はフレキシブル印刷配線基板３１と一体化されている。なお、第２の音響整合層１９を導電性材料で形成した場合は、第２の音響整合層１９とアース取り出し電極２４とを電気的に接続してもよい。

このフレキシブル印刷配線基板３１は、第１の層と第２の層から構成されており、第１の層はアース取り出し電極２４の下端部側方に配置され、第２の層は背面材１１と圧電素子ユニット１２の間に配置されている。

第１の層の内部にはアース用配線３１ａが設けられており、このアース用配線３１ａの先端部は第１の層から露出してアース取り出し電極２４に電気的に接続されている。また、第２の層の内部にはアレイ方向に対して所定間隔で配列された複数の前記信号用配線３１ｂが設けられており、これら信号用配線３１ｂの先端部は第２の層から露出して信号電極２３ｂに電気的に接続されている。

次に、前記構成の超音波プローブ１０を製造する工程について説明する。

図７は同実施の形態に係る超音波プローブ１０の製造工程を示す概略図である。

図７（ａ）に示すように、まず第１の電極５１と第２の電極５２を備えた圧電体ブロック５３を用意する。この圧電体ブロック５３は、通常の圧電体製造方法により圧電セラミックスや圧電体結晶等の圧電材料を製造した後、その両側面に金や銅などの薄膜をメッキあるいはスパッタなどで形成し、最後に圧電材料を分極することにより得られる。

次に、図７（ｂ）に示すように、圧電体ブロック５３を第１の電極５１側からダイシングする。このダイシングは、いわゆる重み付け用のものであり、アレイ方向及びレンズ方向に対して所定角度で傾斜して、しかもアレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれてピッチ間隔が小さくなるように、圧電体ブロック５３の中途部まで実行される。これにより、圧電体ブロック５３の第１の電極５１側の面には、アレイ方向の端部とレンズ方向の端部に対して斜めに交差する複数の溝列２１が形成される。なお、圧電材料の分極は、この重み付け用のダイシングが完了した後に行ってもよい。

次に、図７（ｃ）に示すように、圧電体ブロック５３の第１の電極５１側の面に導電性材料で形成された第１の音響整合材料５４を接合する。これにより、重み付け用のダイシングで分割された第１の電極５１が第１の音響整合材料５４により電気的に接続される。そして、これと同時に溝列２１内にエポキシ等の非導電性樹脂材料（図示しない）を充填する。

次に、図７（ｄ）に示すように、第１の音響整合材料５４上に第２の音響整合材料５５を接合する。そして、図７（ｅ）に示すように、第２の電極５２にフレキシブル印刷配線基板３１を非導電性接着剤で接合し、フレキシブル印刷配線基板３１内の信号用配線３１ｂと第２の電極５２とを電気的に接続する。

次に、図７（ｆ）に示すように、圧電体ブロック５３に接合されたフレキシブル印刷配線基板３１に背面材１１を接合し、図７（ｇ）に示すように、レンズ方向に沿って圧電体ブロック５３、第１の音響整合材料５４、第２の音響整合材料５５、及びフレキシブル印刷配線基板３１を第２の音響整合材料５５側からダイシングする。

このダイシングは、いわゆるアレイ化のためのものであり、アレイ方向に対して一定のピッチ間隔で、フレキシブル印刷配線基板３１が完全に分断されるまで実行される。これにより、圧電体ブロック５３、第１の音響整合材料５４、第２の音響整合材料５５、第１の電極５１、第２の電極５２、及びフレキシブル印刷配線基板３１はアレイ化され、すなわちアレイ方向に対して完全に分離され、これらの間に隙間１３が形成される。そして、これと同時に隙間１３内にエポキシ等の非導電性樹脂材料（図示しない）を充填する。

これら２回のダイシングにより、圧電体ブロック５３は前記複数の圧電素子１５に、第１の音響整合材料５４は前記複数の第１の音響整合層１８に、第２の音響整合材料５５は前記複数の第２の音響整合層１９に、第１の電極５１は前記複数のアース電極２３ａに、第２の電極５２は前記複数の信号電極２３ｂに、溝列２１は前記複数の溝部２０になる。

なお、圧電体ブロック５３、第１の音響整合材料５４、第２の音響整合材料５５、第１の電極５１、第２の電極５２、及びフレキシブル印刷配線基板３１を完全に分離しても、圧電体ブロック５３にはフレキシブル印刷配線基板３１を介して背面材１１が接合されているため、各部がバラバラに分離することはない。

次に、図７（ｈ）に示すように、第２の音響整合層１９上に音響レンズ２２を接合する。そして、第１の音響整合層１８の側方に導電性接着剤でアース取り出し電極２４を接合し、アース取り出し電極２４とフレキシブル印刷配線基板３１のアース用配線３１ａとを電気的に接続する。これにより超音波プローブ１０が完成する。

前記構成の超音波プローブ１０によれば、圧電素子ユニット１２の上側面の四隅部に、アレイ方向の端部とレンズ方向の端部に対して斜めに交差する複数の連成溝１６を形成し、この連成溝１６のピッチ間隔をアレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれて小さくなるように調整している。

これにより、圧電素子ユニット１２は、アレイ方向の両側に行くにつれて、かつレンズ方向の両側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるから、送信される超音波の音圧と受信される超音波の感度が実行面積に従って重み付けされ、圧電素子ユニット１２のアレイ方向とレンズ方向におけるサイドローブを低減することができる。

ここで、本実施の形態に係る超音波プローブ１０から送信される超音波のレンズ方向に対する音場について検証してみる。

図８は同実施の形態に係る超音波プローブ１０による送信音圧分布を示す分布図、図９は従来の超音波プローブによる送信音圧分布を示す分布図である。なお、これらの図において、横軸は音響レンズ２２から測定した超音波プローブ１０の軸心線方向に対する距離、縦軸は超音波プローブ１０の軸心線から測定したレンズ方向に対する距離、イ〜ホは等音圧線（音圧の大小関係はイ＞ロ＞ハ＞ニ＞ホ）を示している。

図８と図９を比較すれば、この超音波プローブ１０を用いることで、各等音圧線イ〜ホが超音波プローブ１０の軸心線側に接近していることが確認できる。特に、等音圧線ニ、ホのように超音波プローブ１０の軸心線から離れた位置にある等音圧線ほど超音波プローブ１０の軸心線側に接近していることがわかる。このことは、超音波プローブ１０から送信される超音波のレンズ方向に対するサイドローブが低減したことを示している。

さらに、この超音波プローブ１０を用いることで、各等音圧線イ〜ホが滑らかな曲線となっていることが確認できる。このことは、超音波プローブ１０から送信される超音波のレンズ方向の音場が均一化されていることを示している。

以上の結果より、本実施の形態のように、圧電素子ユニット１２の上側面の四隅部に、アレイ方向の端部とレンズ方向の端部に対して斜めに交差する複数の連成溝１６を形成することで、レンズ方向に対するサイドローブが低減され、またレンズ方向の音場が均一化されることが確認された。なお、超音波プローブ１０から送信される超音波のアレイ方向に対する音場についても、同様の効果が得られることが確認されている。

また、連成溝１６の深さを圧電素子ユニット１２が貫通しない程度に留めている。そのため、圧電体ブロック５３に重み付け用のダイシングを行う際に、圧電体ブロック５３が完全に分離されることがない。これにより、製造工程の複雑化、製造工数の増加、製造価格の上昇などを招くことなく、超音波プローブ１０を製造することができる。

ところで、本実施の形態のように、圧電素子ユニット１２に連成溝１６を形成すると、各圧電素子１５のアース電極２３ａが複数に分割されるから、従来の接続法ではアース電極２３ａとアース用配線３１ａとの接続が困難となる。

しかしながら、本実施の形態では、第１の音響整合層１８を導電性材料で形成することで、複数に分割されたアース電極２３ａを電気的に接続し、この第１の音響整合層１８を介してアース電極２３ａとアース用配線３１ａを接続している。

そのため、アース用配線３１ａの接続構造や配置構造が複雑化することがないから、超音波プローブ１０の構成を単純化できるとともに、製造工程を簡単化することができる。

なお、本実施の形態では、圧電素子ユニット１２の上側面の四隅部に、アレイ方向の端部とレンズ方向の端部に対して斜めに交差する複数の溝部２０を形成しているが、これに限定されるものではなく、アレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれて実行面積を小さくすることができれば、溝部２０の幅、深さ、間隔などを任意に設定してもよい。

また、本実施の形態では、圧電素子１５と圧電素子１５の間に形成された隙間１３及び各圧電素子１５に形成された溝部２０にエポキシ等の非導電性樹脂材料（図示しない）を充填しているが、これら隙間１３及び溝部２０を中空のままにすれば、各圧電素子１５から送信される超音波が干渉し合って生じる音響クロストークを低減することができる。

さらに、本実施の形態では、圧電素子ユニット１２の上側面に連成溝１６を形成しているが、圧電素子ユニット１２の下側面に連成溝１６を形成しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

次に、図１０と図１１を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは第１の実施の形態と同じ構成、作用については、その説明を省略する。

図１０は本発明の第２の実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ａの上側面を示す概略図、図１１は同実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ａを図１０中のＢ−Ｂ線で切断して示す断面図である。

図１０と図１１に示すように、この圧電素子ユニット１２Ａの上側面には、圧電素子ユニット１２Ａを貫通しない、アレイ方向と平行な複数の連成溝１６Ａ（溝）が形成されている。これらの連成溝１６Ａは、各圧電素子１５Ａに形成された溝部２０Ａを連ねて構成されており、レンズ方向の両側に行くにつれてピッチ間隔が小さくなり、かつレンズ方向の両側に行くにつれてアレイ方向の端部からの長さが増大するような配置となっている。

このように、圧電素子ユニット１２Ａにアレイ方向と平行な複数の連成溝１６Ａを形成したとしても、これら連成溝１６Ａの配置を工夫することにより、アレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれて、実行面積を小さくすることができるから、圧電素子ユニット１２Ａのアレイ方向及びレンズ方向におけるサイドローブを低減することができる。

さらに、本実施の形態のように、圧電素子ユニット１２Ａの上側面に形成する溝部２０Ａをアレイ方向と平行にすれば、圧電素子ユニット１２Ａの製造性が向上し、ひいてはコストパフォーマンスを向上させることができる。

なお、本実施の形態においても、圧電素子１５Ａと圧電素子１５Ａの間に形成された隙間１３Ａ及び各圧電素子１５Ａに形成された溝部２０を中空のままにすれば、各圧電素子１５Ａから送信される超音波が干渉し合って生じる音響クロストークを低減することができる。

次に、図１２と図１３を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、ここでは第１、第２の実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。

図１２は本発明の第３の実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ｂの上側面を示す概略図、図１３は同実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ｂを図１２中のＣ−Ｃ断面で切断して示す断面図である。

図１２と図１３に示すように、この圧電素子ユニット１２Ｂの上側面には、上下方向と平行な複数の孔部２７（孔）が形成されている。これら孔部２７は、圧電素子ユニット１２Ｂを貫通しない程度の深さであり、その内部及び圧電素子１５Ｂと圧電素子１５Ｂの間に形成された隙間１３にはエポキシ樹脂等の非導電性樹脂材料（図示しない）が充填されている。

孔部２７のピッチ間隔は、レンズ方向の両側に行くにつれて、またアレイ方向の両側に行くにつれて小さくなるように設定されている。なお、孔部２７を形成する場合、ＹＡＧレーザ加工やＵＶレーザ加工などが用いられる。

このように、第１、第２の実施の形態で用いた連成溝の代わりに、複数の孔部２７を用いたとしても、これら孔部２７の配置を工夫することにより、アレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれて実行面積を小さくすることができるから、圧電素子ユニット１２Ａのアレイ方向及びレンズ方向におけるサイドローブを低減することができる。

また、本実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ｂであれば、第１の実施の形態と略同じ工程で製造することが可能である。

なお、本実施の形態では、圧電素子ユニット１２の上側面に上下方向と平行な複数の孔部２７を形成しているが、アレイ方向及びレンズ方向の両側に行くにつれて実行面積を小さくすることができれば、孔部２７の角度、形状、直径、深さ、位置、間隔などは任意に決定してもよい。

また、本実施の形態では、圧電素子ユニット１２Ｂの上側面に形成された孔部２７の内部にエポキシ樹脂等の非導電性樹脂材料（図示しない）を充填しているが、孔部２７の内部を中空のままにすれば、各圧電素子１５から送信される超音波が干渉し合って生じる音響クロストークを低減することができる。

さらに、ＹＡＧレーザまたはＵＶレーザによる孔部２７の形成は、圧電体ブロック５３の製造時に行っても、圧電素子ユニット１２Ｂの製造時に行っても、どちらでも構わない。

次に、図１４と図１５を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。なお、ここでは第１〜第３の実施の形態と同じ構成、作用については、その説明を省略する。

図１４は本発明の第４の実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ｃの上側面を示す概略図、図１５は同実施の形態に係る圧電素子ユニット１２Ｃを図１４中のＤ−Ｄ断面で切断して示す断面図である。

図１４と図１５に示すように、この圧電素子ユニット１２Ｃには、上下方向に平行な複数の孔部２７Ａ（孔）が形成されている。これらの孔部２７Ａは圧電素子ユニット１２Ｃを貫通しており、その内部及び圧電素子１５Ｃと圧電素子１５Ｃの間に形成された隙間１３Ｃにはエポキシ等の非導電性樹脂材料（図示しない）が充填されている。

このように、孔部２７Ａが圧電素子ユニット１２Ｃを貫通していても、第３の実施の形態と略同様の効果を得ることができる。

次に、図１６を用いて本発明の第５の実施の形態を説明する。なお、ここでは第１〜第４の実施の形態と同様の構成、作用については説明を省略する。

図１６は本発明の第５の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１６に示すように、この超音波診断装置は、前記超音波プローブ１０、送受信部１１０、画像処理部１２０（画像生成手段）、表示部１３０、制御部１４０、及び操作部１５０を有している。

送受信部１１０は、超音波プローブ１０に駆動信号を出力するとともに、超音波プローブ１０が受信した反射波に応じた受信信号を入力する。画像処理部１２０は、送受信部１１０から受信信号を入力し、この受信信号に基づいて画像を構成する。表示部１３０は、画像処理部１２０から画像信号を入力し、この画像信号に基づいて画像を表示する。制御部１４０は、操作部１５０から操作情報を入力し、この操作情報に基づいて送受信部１１０、画像処理部１２０、及び表示部１３０を制御する。

前記構成の超音波診断装置を使用する場合、医療従事者は超音波プローブ１０を把持し、その先端部に設けられた音響レンズ２２を被検者ｈ（対象物）の検査部位に当てる。そして、超音波プローブ１０から被検者ｈに超音波を送信するとともに、被検者ｈの体内で反射した超音波を受信し、受信した超音波に基づいて被検者ｈの内部構造を表示部１３０に表示する。そして、表示部１３０に表示された画像を見ながら被検者ｈの診断を行う。

前記構成の超音波診断装置によれば、第１〜第４の実施の形態に記載した、アレイ方向及びスライス方向におけるサイドローブが低減された超音波プローブ１０を使用している。そのため、被検者ｈの体内の鮮明な内部画像が得られるから、従来の超音波診断装置を用いた場合に比べて、より精密な診断を行うことができる。

なお、本実施の形態では、本発明に係る超音波プローブ１０を医療機器に適用した例を説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば構造物の内部欠陥等を検出する探傷装置等に適用してもよい。

なお、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態を係る超音波プローブの概略的構成を示す斜視図。 同実施の形態に係る超音波プローブをアレイ方向と垂直に切断して示す断面図。 同実施の形態に係る超音波プローブをレンズ方向と垂直に切断して示す断面図。 同実施の形態に係る圧電素子ユニットの上側面を示す概略図。 同実施の形態に係る圧電素子ユニットを図４中のＡ−Ａ線で切断して示す断面図。 同実施の形態に係る連成溝のピッチ間隔を決定するサイン関数を示す概略図。 同実施の形態に係る超音波プローブの製造工程を示す概略図。 同実施の形態に係る超音波プローブによる送信音圧分布を示す分布図。 従来の超音波プローブによる送信音圧分布を示す分布図。 本発明の第２の実施の形態に係る圧電素子ユニットの上側面を示す概略図。 同実施の形態に係る圧電素子ユニットを図１０中のＢ−Ｂ線で切断して示す断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る圧電素子ユニットの上側面を示す概略図。 同実施の形態に係る圧電素子ユニットを図１２中のＣ−Ｃ断面で切断して示す断面図。 本発明の第４の実施の形態に係る圧電素子ユニットの上側面を示す概略図。 同実施の形態に係る圧電素子ユニットを図１４中のＤ−Ｄ断面で切断して示す断面図。 本発明の第５の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。

符号の説明

１０…超音波プローブ、１２…圧電素子ユニット（圧電振動子）、１８…第１の音響整合層（導電体）、１６…連成溝（溝）、１６Ａ…連成溝（溝）、２７…孔部（孔）、２７Ａ…孔部（孔）、１２０…画像処理部（画像生成手段）。

Claims (7)

1. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、
   前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面の角部近傍に、前記第１の方向及び前記第３の方向に対して傾斜する複数の溝を有することを特徴とする超音波プローブ。
2. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、
   前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に前記第１の方向に平行する複数の溝を有し、
   前記複数の溝は、前記第１の方向に沿う長さが前記１端面の中央部に行くにつれて短くなるように形成されることを特徴とする超音波プローブ。
3. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向と略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブにおいて、
   前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に複数の孔を有することを特徴とする超音波プローブ。
4. 前記１端面には、電気接続のための導電体が接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波プローブ。
5. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、
   前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
   を具備する超音波診断装置において、
   前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面の角部近傍に、前記第１の方向及び前記第３の方向に対して傾斜する複数の溝を有することを特徴とする超音波診断装置。
6. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、
   前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
   を具備する超音波診断装置において、
   前記圧電振動子は、前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に前記第１の方向に平行する複数の溝を有し、
   前記複数の溝は、前記第１の方向に沿う長さが前記１端面の中央部に行くにつれて短くなるように形成されることを特徴とする超音波診断装置。
7. 第１の方向に対して複数に分割され、前記第１の方向に略直交する第２の方向に対して超音波を送受信する圧電振動子を備えた超音波プローブと、
   前記圧電振動子が受信した信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
   を具備する超音波診断装置において、
   前記圧電振動子は、
   前記第１の方向の両端側に行くにつれて、かつ前記第１の方向及び第２の方向と略直交する第３の方向の両端側に行くにつれて、超音波を実質的に送受信する実行面積が小さくなるように、前記第２の方向に沿って略直交する２端面のうちの少なくとも１端面に複数の孔を有することを特徴とする超音波診断装置。

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