JPH0832109B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超音波診断装置等に使用される超音波の送受
信のための超音波探触子に係り、特に２次元配列振動子
を備えた超音波探触子に関する。

（従来の技術） 超音波診断装置は超音波によって被検体内を走査し、
その反射波を検出して断層像を得るものであり、リアル
タイム性と、無侵襲に侵だができるという特長から、急
速に普及している。走査は超音波探触子を機械的に動か
すことにより行なう機械走査と、配列振動子を用いて電
子的な切換えおよび遅延時間の制御により行なう電子走
査とがあるが、走査の高速化と分解能向上のために電子
走査が主流となっている。電子走査の方式としては、大
きくわけてリニア電子走査とセクタ電子走査とがある。

電子走査において走査方向（方位方向）の高分解能化
を図る技術としては、受信時に被検体内の深さに対応し
た時間に応じて超音波ビームの集束点を順次切換える受
信ダイナミックフォーカム法や、集束点を変えて送受信
を繰返し行ない、集束点付近の画像をつなぎ合せる多段
フォーカス法等がある。また、深さ方向についても超音
波振動子のマッチング層を多層化することにより広帯域
化が図られ、分解能の向上が達成されている。

しかしながら、走査面と垂直の方向、すなわちスライ
ス方向については、音響レンズによって一点に集束する
方法がとられており、集束点の前後では超音波ビームの
幅が広くなってしまうという問題がある。スライス方向
には超音波ビームの幅で積分された形で画像が得られる
ため、音響レンズの集束点近傍では良好な画像が得られ
るが、超音波ビームの幅が広くなる集束点の前後では像
がぼけてしまい、細い血管等の微小構造が鮮明に描出さ
れないという結果となる。

このような欠点を改善するために、２次元配列振動子
を用い、走査方向に加えてスライス方向にも受信ダイナ
ミックフォーカスや多段フォーカスを適用することによ
り、走査方向と同様に分解能を向上させる試みがなされ
ている。ところが、このような２次元配列振動子を単純
に構成すると、振動子の総数が非常に多くなってしま
う。

すなわち、一般に配列振動子においては本来の厚み方
向以外の不要振動モードが発生し、この不要振動モード
は振動子のカッティングの幅が厚みに近付くと除去でき
なくなる。従来の１次元の配列振動子では、この不要振
動モードを抑えるために、振動子を十分細かくカッティ
ングし、電気的には外部で共通に接続する方法がとられ
ている。これと同様の手法を２次元配列振動子に適用す
ると振動子をスライス方向にも細かくカッティングする
必要があり、振動子の分割数が膨大なものとなる。この
結果、探触子の製造が困難となって歩留りを低下させる
ばかりでなく、振動子と電子回路とを接続する引出し線
の接続作業にも大きな労力を要する。従って、探触子が
高価なものとなってしまうという問題がある。

一方、２次元配列振動子を構成する場合に、圧電体板
のカッティングは行なわず、個別電極のみを振動子毎に
分割すれば上述した問題は解決すると考えられるが、カ
ッティングされていない圧電体板を介して振動子間でク
ロストークが発生し、S/Nの低下を招く。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来２次元配列振動子を有する超音波探触
子では、振動子を細分割して不要振動モードを抑圧しよ
うとすると、振動子の総数が非常に多くなって実現性に
乏しく、また個別電極のみで振動子を分割すると、クロ
ストーク特性が悪化するという問題があった。

本発明はこのような問題を解決し、振動子数を極力少
なくしながら、不要振動モードが抑圧され、しかもクロ
ストーク特性の良好な２次元配列振動子を備えた超音波
探触子を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は圧電体板の厚さ方向の一方の面に個別電極を
第１および第２の方向に沿って２次元配列してなる超音
波探触子において、前記圧電体板は前記第１の方向、前
記第２の方向、またはこれらと斜交する第３の方向のう
ちいずれか一方向に分割されていることを特徴とする。

（作用） 本発明に係る超音波探触子においては、２次元配列振
動子の個別電極のみが振動子毎に分割され、圧電体板は
一方向にのみ分解されているため、圧電体板の分割数を
十分多くすることで、不要振動モードが抑圧されると同
時に、振動子数は比較的少なく抑えられ、それだけ製造
が容易となる。

また、圧電体板が一方向ではあるが分割された構成と
なっていることにより、少なくともカッティング方向と
直交する方向で隣接する振動子間ではクロストークが十
分に小さくなるため、２次元配列振動子全体としてのク
ロストーク特性は圧電体板を全くカッティングしない場
合に比べて向上する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る超音波探触子におけ
る２次元配列振動子の部分を示す図である。同図におい
て、圧電体板１は例えばPZTからなり、矩形状に形成さ
れている。この圧電体板１の一方の面に共通電極２が形
成され、他方の面に個別電極３が形成されている。

ここで、個別電極３は走査方向ｘおよびスライス方向
ｙに分割されることによって、振動子毎に分割されてい
る。これに対し、圧電体板１は太い実線で示すように個
別電極３とともにスライス方向ｙに沿ってカッティング
され、走査方向ｘにおいてのみ振動子毎に分解されてい
る。

このような２次元配列振動子を製造する場合には、ま
ず圧電体板１の一方の面に共通電極２を印刷または蒸着
あるいはスパッタリングにより形成し、他方の面にスラ
イス方向ｙに所定の幅で分割された帯状の電極を印刷に
より選択形成するか、蒸着またはスパッタリングにより
全面に形成した後、フォトリソグラフィにより帯状にパ
ターン形成する。次に、帯状電極および圧電体板１をス
ライス方向ｙに沿ってカッティングし、走査方向ｘに一
定の間隔で分解することにより、第１図に示す２次元配
列振動子が得られる。

こうして得られた２次元配列振動子の例えば個別電極
３が形成された側の面にバッキング材が接着され、反対
側の面、例えば共通電極２が形成された側の面に音響マ
ッチング層が被覆される。音響マッチング層は単層また
は多層構造からなり、圧電体と被検体（生体）との音響
的なインピーダンス整合がとれるように、その音速，厚
み，音響インピーダンス等のパラメータが調整される。

このように構成された超音波探触子では、２次元配列
振動子のスライス方向ｙのカッティングを走査方向ｘに
おいて厚さに比べて十分小さな間隔で行なうことによ
り、不要振動モードが抑圧される。また、スライス方向
ｙにおいては個別電極３は分割されているが、圧電体板
１は分解されていないため、スライス方向ｙにおける個
別電極３の分割数が少なくとも、不要振動モードを増加
させることはない。従って、不要振動モードが良好に抑
圧されながらも、走査方向ｘおよびスライス方向ｙの両
方向にカッティングを行なった場合に比べ個別電極３の
分割数、すなわち２次元配列振動子を構成する振動子の
総数を減少させることができる。これにより製造が容易
となり、歩留りも高くなるので、２次元配列振動子を備
えた超音波探触子を低価格で実現することができる。

また、この実施例においては圧電体板１がスライス方
向ｙに沿うカッティングにより走査方向ｘにおいて振動
子毎に分割されているため、走査方向ｘでの振動子間の
クロストークが小さくなる。従って、圧電体板をカッテ
ィングせずに個別電極のみを振動子毎に分割した場合と
比較して、２次元配列振動子全体としてのクロストーク
特性が向上する。

さらに、第１図の実施例の場合、スライス方向ｙにお
ける振動子の分割数が少ないが、スライス方向ｙについ
ては走査方向ｘのようにリニアアレイ走査を行なう必要
がなく、超音波ビームの電子集束のみを行なえばよいの
で、振動子の分割数が少なくとも問題はない。

次に、第２図〜第４図を参照して本発明の他の実施例
を説明する第２図に示す実施例においては、個別電極３
は同様に走査方向ｘおよびスライス方向ｙに分割されて
いるが、圧電体板１は第１図の場合と逆に太い実線で示
すように個別電極３とともに走査方向ｘに沿ってカッテ
ィングされ、スライス方向ｙにおいてのみ振動子毎に分
割されている。この実施例においても、第１図の実施例
と同様の効果が得られることは明らかである。

第３図に示す実施例は圧電体板１を円盤状とした点以
外は、基本的に第１図の実施例と同じである。

第４図の実施例は太い実線で示すようにカッティング
の方向、すなわち圧電体板１の分割方向を走査方向ｘお
よびスライス方向ｙに斜光する方向（第３の方向）とし
たものである。この実施例によると、先の実施例と基本
的に同様の効果が得られるが、特にクロストーク特性に
関しては、走査方向ｘおよびスライス方向ｙの両方向に
おいて十分にクロストークが減少するという利点があ
る。

すなわち、このように走査方向ｘおよびスライス方向
ｙにおいて斜めの方向にカッティングを行なうと、個別
電極３の図で斜線を施した領域に引出し線を接続して、
圧電体板１の斜線で示す領域直下の部分のみを有効に使
用することにより、各振動子は圧電体板１内においても
斜線で示す領域以外の部分を介してx,y両方向で音響的
に分離されることになり、クロストークは非常に小さく
抑えられる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば圧電体板１をカッティングする際、図のよう
に厚み方向全体についてカッティングせず、適当な深さ
までカッティングする、いわゆる半カッティングを行な
ってもよい。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、２次元配列振動子の個別電極を第１
および第２の方向、つまり走査方向およびスライス方向
において振動子毎に分割し、圧電体板は第１、第２の方
向またはこれらと斜交する第３の方向にのいずれか一方
向に分割することにより、不要振動モードが抑圧され、
しかも振動子の総数が少ないため製造が容易であり、さ
らにクロストーク特性も良好な超音波探触子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれ本発明の実施例に係る超音波
探触子における２次元配列振動子の構成を示す図であ
る。 １……圧電体板、２……共通電極、３……個別電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電体板の厚さ方向の一方の面に個別電極
   を第１および第２の方向に沿って２次元配列してなる超
   音波探触子において、 前記圧電体板は前記第１の方向および前記第２の方向に
   対して斜交する第３の方向に沿って分割されていること
   を特徴とする超音波探触子。
2. 【請求項２】前記第１の方向は電子走査の走査方向であ
   り、前記第２の方向はスライス方向であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波探触子。