JPH08275944A - 配列型の超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短軸方向での分解能を高め、感度及び画像を
良好にする配列型探触子を提供する。 【構成】 短冊状とした圧電素子をその幅方向に複数個
並べてなる配列型の超音波探触子において、前記圧電素
子の長さ方向を凹面として該凹面の表面に均一な厚みの
音響整合層を形成し、前記音響整合層の表面内に生体よ
り小さな音速の充填剤を埋設して平坦面にした構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配列型の超音波探触子
（配列型探触子とする）を利用分野とし、特に音響レン
ズを不要とする配列型探触子に関する。

【０００２】

【発明の背景】配列型探触子、例えば医用や工業用の超
音波診断装置あるいは探傷装置に、超音波の送受波部と
して有用されている。一般には、短冊状とした微小幅の
圧電素子をその幅方向（長軸方向）に並べ、長軸方向を
電子的にリニアあるいはセクタ駆動する。そして、圧電
素子の長さ方向（短軸方向）に、音響レンズを被せて短
軸方向でも超音波を収束させ、同方向での分解能を向上
するようにしている。

【０００３】

【従来技術】第４図はこの種の従来例を説明する超音波
探触子の図で、同図（ａ）は正断面図、同図（ｂ）は側
断面図である。超音波探触子は、バッキング材１上にＰ
ＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等からなる短冊状の圧電
素子２を長軸方向に並べてなる。圧電素子２の両主面に
は電極３（ａｂ）を有する。そして、圧電素子２の前面
には、生体（未図示）への超音波の伝搬効率を良好にす
る音響整合層４を設ける。また、短軸方向には、凸状の
音響レンズ５を接着して形成される。音響レンズ５は超
音波を収束させるため、生体より小さな音速の、例えば
厚み（最大部ｔ）１ｍｍ程度のシリコン系樹脂が用いら
れる。

【０００４】このようなものでは、図示しない診断装置
側から、各圧電素子２に順次に高圧パルスが、あるいは
遅延した高圧パルスが印加される。そして、長軸方向に
対して電子的にリニア駆動やセクタ駆動される。また、
短軸方向では、音響レンズ５により、その中心部に超音
波を収束させることにより、同方向での分解能を高めて
いる。

【０００５】

【従来技術の問題点】しかしながら、上記構成のもので
は、音響レンズ５としてシリコン系樹脂を使用するた
め、超音波の伝搬時に減衰を生じる。特に、生体等の表
面近傍に焦点を合わせる場合は、音響レンズの曲率を大
きくする（曲率半径を小さくする）必要がある。したが
って、その分厚みが大きくなって、超音波の減衰も大き
くなり、送受波利得（感度）を低下させる問題があっ
た。また、高周波数ほど減衰が大きく、周波数に対する
感度特性（周波数スペクトラム特性）低下させ、中心周
波数に対する帯域特性（比帯域幅）を狭くする問題もあ
った。

【０００６】このため、例えば第５図に示したように、
バッキング材１の表面を凹面にし、これに倣った曲面の
圧電素子２及び音響整合層４を積層し、さらに均一な厚
みのシリコン系樹脂からなる保護膜７を接着する。この
ようにすれば、圧電素子２から放射される超音波は、凹
面内の中心部に向かって放射される。そして、圧電素子
２の曲率に応じた焦点を有して収束する。したがって、
音響レンズ５を不要にし、これによる超音波の減衰を防
止する。なお、保護膜７は、その膜厚が超音波周波数に
対してλ／４以下で極めて小さく（７．５ＭＨｚで約３
００μｍ以下）、これによる超音波の減衰は無視でき
る。

【０００７】しかし、このようなものでは、圧電素子２
を曲面状に形成しなければならず、特に曲率を大きくし
た場合は、音響整合層４の取付を困難とし、その製造が
危うくなる。また、超音波の放射面を凹面としているの
で、生体に当接する際、接触（密着）性が悪い。このた
め、生体に対して間隙を生じ、超音波が吸収あるいは反
射（散乱）して送受波しにくく、画像不良を生ずる問題
があった。

【０００８】そして、いずれの場合でも、音響レンズ５
あるいは保護膜７を音響整合層４上に接着により形成す
る。したがって、接着剤（未図示）の塗布具合等によ
り、両者間に気泡等を生じ、前述同様に超音波が吸収あ
るいは反射（散乱）して、画像不良を生ずる問題もあっ
た。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、短軸方向での分解能を高め、
感度及び画像を良好にする配列型探触子を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【解決手段】本発明は、圧電素子の短軸長方向を凹面と
してその表面に均一な厚みの音響整合層を形成し、その
表面内に生体より小さな音速の充填剤を埋設して平坦面
としたことを解決手段とする。以下、本発明の一実施例
をその作用とともに説明する。

【００１１】第１図は本発明の一実施例を説明する配列
型探触子の断面図である。なお、前従来例図と同一部分
には同番号を付与し、その説明は省略。配列型探触子
は、前述（従来例の後者）同様に、バッキング材１の短
軸方向を凹面とした表面上に、これに倣った曲面の圧電
素子２及び音響整合層４を積層して、長軸方向に配列さ
れる。そして、この実施例では、音響整合層４の凹面と
なる表面内に生体より小さな音速の充填材８を埋設して
平坦面にする。例えば、音響レンズ５と同質のシリンコ
ン系樹脂を凹面内に塗布して硬化させ、表面を平坦にし
た（所謂コーティング）構成とする。

【００１２】このようなものでは、前述したように、圧
電素子２からの超音波は、その曲率に応じた凹面内の中
心部に放射されて収束するので、音響レンズを不要に
し、短軸方向での分解能を高めることができる。

【００１３】そして、この実施例では、凹面内に充填材
８を埋設して平坦面としたので、生体との接触を良好に
する。また、充填材８は音響整合層４の凹面内に、接着
剤を使用することなく、コーティングにより形成したの
で、両者間に気泡等を生じにくい。したがって、超音波
の伝搬経路内に間隙を生じにくい、超音波の送受波を良
好にする。このことから、画像不良を防止できる。

【００１４】また、圧電素子２は、音響レンズに対し
て、１／２以下程度の曲率で同等の焦点距離を得られる
ので、凹面の曲率が小さくなる。したがって、凹面内に
おける充填材８の厚みは小さくできる。厚みが例えば１
ｍｍ程度の音響レンズを必要とした場合には、深さ（最
大部）を０．３〜０．５ｍｍ程度とすることにより同等
の焦点距離を得られる。このことから、充填材８とし
て、音響レンズ５と同じシリコン系樹脂を用いても、超
音波の減衰を大幅に軽減できる。したがって、感度を良
好にする。そして、比帯域幅も向上する。

【００１５】なお、充填材８は、中央部の厚みが大き
く、音響レンズとしても機能するので、圧電素子２の曲
率で決定される焦点距離をさらに小さくできる。したが
って、圧電素子２の曲率をさらに小さくでき、音響整合
層等の取付が容易になる。

【００１６】

【他の事項】上記実施例では、単に配列型探触子として
説明したが、長軸方向の中央部を凸状した曲面状の所謂
コンベックス型（第２図）あるいは中央部を凹状とした
（コーンケープ型（未図示）の探触子にも適用できる。
また、第１図等では、充填材８を両側面にまで塗布して
コーテングしたが、第３図に示したように、凹面内のみ
に埋設してその厚みを最小限に抑えてもよいことは勿論
である。要は、音響レンズ５に替え、圧電素子２を凹面
状としてその表面内に充填材８を埋設して平坦面とし、
生体との接触を良好にして超音波の減衰を抑圧するよう
にしたものは本発明の技術的範囲に属し、その趣旨を逸
脱しない範囲内で適宜変更できるものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、圧電素子の短軸長方向を凹面
としてその表面に均一な厚みの音響整合層を形成し、そ
の表面内に生体より小さな音速の充填剤を埋設して平坦
面としたので、短軸方向での分解能を高め、感度及び画
像を良好にする配列型探触子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する配列型探触子の側
断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を説明するコンベックス型
とした配列型探触子の断面斜視図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例を説明する配列型探
触子の側断面図である。

【図４】従来例を説明する図で、同図（ａ）は配列型探
触子の正断面図、同図（ｂ）は側断面図である。

【図５】他の従来例を説明する配列型探触子の側断面図
である。

【符号の説明】

１ バッキング材、２ 圧電素子、３ 電極、４ 音響
整合層、５ 音響レンズ、６ 音響結合防止材、７ 保
護膜、８ 充填材．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短冊状とした圧電素子をその幅方向に複
   数個並べてなる配列型の超音波探触子において、前記圧
   電素子の長さ方向を凹面として該凹面の表面に均一な厚
   みの音響整合層を形成し、前記音響整合層の表面内に生
   体より小さな音速の充填剤を埋設して平坦面にしたこと
   を特徴とする配列型の超音波探触子。