JPS6111023A

JPS6111023A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPS6111023A
Application number: JP13374984A
Authority: JP
Inventors: 孚城志村; 並木　文博; 安津夫飯田; 成隆中尾; 川辺　憲二; 雄一杉山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1986-01-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超音波探触子に係り、特に該超音波探触子の音
響整合層として、可撓性と導電性とを有する材料を用い
ることにより、分割された振動子列を該整合層にそわせ
て曲げることができ、又該整合層が駆動電極を兼ねるこ
とができる超音波探触子の構成法に関する。

一般に、長方型（正方形を含む）探触子を短冊状に分割
し、電子リニア型、或いはフェーズドアレイ型探触子と
する場合、該探触子の前面電極を取り出す為に、該前面
電極を背面側に折り返す、所謂“折り返し電極゛を使用
している。

この場合、該探触子が大きくなる他、超音波を放射する
開口面が直観的に認識で゛きない為、使いづらいと云う
問題と、更に該折り返し部の影響で超音波の音場が乱れ
、超音波画像にサイドローブが現れる問題等があり、該
折り返し電極を使用しないでも、前面電極の取り出しが
容易にできる超音波探触子が待たれていた。

又、超音波診断装置を用いて生体の診断を行う場合、互
いに直交した超音波断層像によって、該生体の診断対象
である臓器の三次元的把握ができれば、診断の精度が向
上することから、上記フェーズドアレイ型探触子を使用
して超音波診断を行う場合において、直交スキャンがで
きる超音波探触子が要望されていた。

又、上記電子リニア型探触子や、フェーズドアレイ型探
触子を使用して超音波診断を行う場合において、従来か
ら走査方向の開口制御、及び開口内振動子の駆動位相を
制御する、所謂ダイナミックフォーカスは行われている
が、該走査方向と直交する厚み方向のダイナミックフォ
ーカスは実現されていなく、厚み方向にも分割され開口
制御や、開口内振動子の駆動位相制御による厚み方向の
ダイナミックフォーカスも可能な超音波探触子が要望さ
れていた。

単純な開口制御のみの場合、生体に対する開口面をり、
使用する超音波信号の波長をλとすると、超音波ビーム
が拡散しない範囲（この範囲を近距離音場と云い、これ
以上の音場を遠距離音場と云う）ｄは、ｄ＝Ｄ２／４λ で表される。

然し７、精度の高い超音波断層像を得る為には、できる
限り生体に放射する超音波ビームは細いことが必要であ
り、上記開口面りは短い方が有利となるが、生体の深部
に有る臓器を診断する為には、上記近距離音場を生成す
る距離ｄを長くする必要があり、生体の診断部位に応じ
て開口面の細かい制御が必要となる。

一般には、フォーカスを得る為の駆動振動子の位相制御
も合わせて行われるが、近距離から遠距離に渡り、細い
超音波ビームを得る為には、生体の診断深さに応じて開
口面の細かい制御は不可欠である。

そして、上記直交スキャンや、厚み方向のダイナミック
フォーカスを行う為には、直交電極が必要であり、走査
方向と厚み方向の両方向について開口面制御ができるこ
とが要求される。こうした要求に応えられる探触子が、
所謂マトリックス型探触子である。

次に、通常の長方型探触子を短冊状に分割してフェーズ
ドアレイ探触子とする場合、各分割された圧電振動子に
対して適当な遅延をかけて超音波信号をセクタ状に走査
する方法が採られている。

この場合、超音波ビームのセクタ角度を大きくし、且つ
極め細かい走査角度の変化を得ようとすると、例えば最
大６μｓの遅延量に、１ｏｎｓ〜２０ｎｓ程度のタップ
を持った遅延機構が必要となり、コスト高とならざるを
得ない要因を持っていた。

そこで、例えば長方型探触子を、適当な曲面に合わせて
曲げることができれば、低コストのリニア走査方式でセ
クタ走査（即ち、フェーズドアレイ走査）ができること
になる。

以上、現状の長方型探触子に要求される問題点を要約す
ると、 ■探触子の前面側の電極の取り出しが容易であること。

■生体に照射する超音波信号の開口面が直観的に正確に
認識できること。

■電子リニア型や、フェーズドアレイ型にお（、′Ｉで
は、厚み方向のダイナミックフォーカスができること、
或いはフェーズドアレイ型においては、直交走査ができ
ること。即ち、マトリ・ノクス型探触子が容易に構成で
きること。

■長方型探触子を用い、高精度が要求される高価な遅延
機構を用いないリニア走査型で、セクタ走査ができるこ
と。

となる。

これらの要求を、効果的に実現できる超音波探触子の構
成法が要望されていた。

〔従来の技術〕

従来の超音波探触子の構造を第２図に示す。第２図にお
いて、（イ）は構造図であり、（ロ）は長方型探触子を
短冊型に分割した場合の斜視図。

（ハ）は長方型探触子をマトリックス状に分割した場合
の斜視図である。

（イ）において、圧電振動子１の両面には、予め金、又
は銀等の導電性層４，５が焼き付け、又は蒸着、メッキ
等によって形成されており、前面には一般に、１７４波
長板と呼ばれる音響整合層２が付けられ、背面には不用
な超音波を吸収する為の音響ダンパ３で支持されている
。

このような構造を持つ長方型探触子を短冊状に分割し、
電子リニア、或いはフェーズドアレイ探触子とする場合
、導電性層４，５がら電極を取り出す方法としては、　
（ロ）に示すように圧電振動子１の前面電極は、背面側
に折り返している導電性層４から取り出して、共通のア
ース電極とし、背面電極となる導電性層５は信号電極と
して、音響ダンパ材を付ける前にリード線をハンダ等に
より付けるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来方式においては、前面の電極となる導
電性層を折り返したり、分割された導電性層を共通電極
として、後で再び接続したりするのは手間がかかり面倒
である上、該折り返し電極の部分は、圧電振動子１に対
して電界が印加されず駆動されないので、音場が乱れて
超音波の送受信効率が悪くなると云う問題と、該折り返
し構造の故に、どうしても該探触子が折り返し部分だけ
大きくならざるを得ない他、超音波を放射する開口面が
直観的に認識できないと云う問題点があった。

又、第２図の（ハ）に示されているように、探触子をマ
トリックス状に分割する場合には、上記のような前面電
極を折り返す方法は使用できず、一つ一つ電極を接続す
る必要があり、非常に困難な作業となる問題があった。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、電子リニア型、フェー
ズドアレイ型、或いはマトリックス型超音波探触子にお
いて、構成要素である圧電振動子の両側の電極である導
電性層の全部、或いは一部を共通電極となり得る範囲で
部分分割し、該電極の取り出しを容易にする方法を提供
することを目的とするものである。

〔問題点を解決する為の手段〕

そしてこの目的は、圧電振動子の片面、又は両面に、Ｐ
ＺＴ等の圧電振動子の音響インピーダンスに略等しいか
、或いは、低いアルミ等の金属をメッキ等によって付け
るか、或いは所望のく例えば、１／４波長）厚さの板に
して接着することによって電極を形成した後、該電極の
途中迄切断して、圧電振動子を分割することにより、自
動的に共通電極が形成できる方法５更に該電極の有する
可撓性を利用して、曲面の治具にそわせて曲げることに
より、コンケーブ型、又はコンヘソクス型の超音波探触
子が容易に作成できる方法を提供することによって達成
される。

〔作用〕

即ち、本発明によれば、電子リニア型、フェーズドアレ
イ型、マトリックス型等の電子走査型超音波探触子にお
いて、電極である導電性層を形成した後、該導電性層の
途中迄切断して、圧電振動子を分割するようにしたもの
であるので、電極の取り出しが容易となり、又該導電性
層が可撓性を持つ支持体となり、分割された圧電振動子
を保持でき、更に曲面を持った超音波探触子を容易に製
作できる効果がある。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

第１図は本発明の一実施例（特許請求の範囲第１゜２項
に記載の実施例）を示す図であって、１〜５は第２図で
説明したものと同等のものである。

（イ）は特許請求の範囲第１項に記載の実施例の基本概
念を示し、（ロ）はその具体例を示したものである。

先ず、（イ）において、板状の圧電振動子１の両面に導
電性層４．５を形成した後、上面より上面導電性層５．
圧電振動子１．更に下面導電性層４の−部迄カッティン
グする。

そして、上記下面導電性層４を共通電極として、上面導
電性層５から個々の圧電振動子ｌに対応したリード線を
引き出すことにより、リニアアレイや、フェーズドアレ
イとして動作させることができる。

本実施例においては、（イ）から明らかなように、下面
導電性層４が共通電極として機能するよ拳うになっているので、第２図で示した従来例と比較して
、下面電極である導電性層４からのリード線の引き出し
が容易となる長所がある。

尚、上面の導電性層材料としては、従来通り金焼き付け
、銀焼き付け、導電エポキシ等の厚膜技術、或いは無電
界メッキ、スパッタリング等の薄膜技術を用いて付加す
る。

一方、下面導電性層としては、上記厚膜技術を用いても
良いが、アルミ等の金属板を用いると、カッティング後
、該圧電振動子を曲率を付ける治具にそわせて曲げる場
合、該金属板により保持が確実となるので、製作が容易
となり好ましい。

又、圧電振動子１としてはＰＺＴ等のセラミック等が用
いられる。

次に、圧電振動子１の下面を放射面とした場合について
、該放射側に、より効率良く超音波を放射する為の音響
整合層２．及び背面側には全体の支持１及び不用の超音
波を吸収を兼ねる音響ダンパ３を付加した具体例を（ロ
）に示す。

上記の音響ダンパは、エポキシ樹脂や、シリコンゴム等
にタングステン等の金属粉末を混合して製造する。

音響整合層２は、その音響インピーダンスＺｇが、圧電
振動子１の音響インピーダンス（Ｚ＝３０〜５０×１０
’　Ｋｇ／ｍｍ−５（ｎ＝６））と、人体の音響インピ
ーダンス（Ｚ＝１．５　ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍｍ　　・５
（ｎ＝６））との間の値を持つエポキシ樹脂（Ｚ＝２〜
４　ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍｍ　　−５（ｎ＝６）　、若し
くはエポキシ樹脂にタングステン等の粉末を混入したも
の（Ｚ＝４〜７　ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍｍ　　−５（ｎ＝
６）　）からなっており、超音波信号の１７４波長に相
当する厚みを持たせて、圧電振動子１と人体との整合を
とるものである。

上記の厚みについて、より具体的な数値を挙げると、３
．’５ＭＨｚの超音波信号の場合、圧電振動子はＰＺＴ
材を用いると、約０．５ｍｍであり、音響整合層はエポ
キシ樹脂の時、約０　、２＋ｎｍとなる。又、該圧電振
動子の切り幅は、通常人体中での超音波波長（３，５Ｍ
Ｈｚで０．４３ｍｍ）より小さくするので０．４ｍｍ以
下となる。

電極として、例えば上記導電エポキシ〔Ｚ・７．５ＸＩ
ＯｎＫｇ／ｍｍ　　−５（ｎ＝６））を用いた場合、使
用周波数が３．５ＭＨｚの時、厚さが５０μｍ迄は殆ど
受信特性に影響を与えないことが分かっており、第３図
Ａに、上記電極の厚みが２０μｍ、音響整合層としてエ
ポキシ樹脂ＣＺ＝３．Ｉ　ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍｍ　　−
５（ｎ＝６））を用いた時の受信波形の周波数特性を示
す。

更に、該電極の導電エポキシ層の厚みを１５０μｍ　　
（１／４波長相当）とすることにより、該電極に音響の
整合をとる役割を兼ねさせることができる。

この時、音響整合層としては、音響インピーダンスＺｇ
＝２．３Ｘ１０ｎＫｇ／ｍｍ　　−５（ｎ＝６）程度が
最適となる。

この時の受信波形の周波数特性を第３図Ｂに示す。

第３図のＡ、　Ｂを比較すると、電極の導電エポキシ層
の厚みを１７４波長とすることにより、受信波形の周波
数帯域が拡がり、特性が改善されていることが良く分か
る。

本例が、特許請求の範囲第２項に記載の実施例であって
、第１図で説明した導電性層４の厚みが１７４波長相当
に厚くなっている為、カッティングの加工がより容易と
なる長所が得られる。

以上から明らかなように、本発明は、本願の発明者が有
する多くの経験に基づいて、゛■通通常音音響整合層１
７４波長であること。

■導電エポキシの音響インピーダンスが、圧電振動子と
、人体の音響インピーダンスの中間値を有する。

ことに着目して得た知見によるものである所に、その本
質がある。

第４図は特許請求の範囲第３項に記載の実施例を示した
ものであり、１は圧電振動子、６は導電性層で、それぞ
れ第１図で説明した１、４と同等のものである。そして
、（イ）は第１図で示した電子リニア型で本発明を実施
していない場合を示し、（ロ）は本発明を実施したコン
ベックス型の場合を示している。

先ず、本発明を実施する場合には、（イ）で示した長方
形探触子を、曲率を付ける冶具９にそわせて曲げ、その
背面側を前記音響ダンパ材３等をバッキング用治具１０
で固めた後、上記治具を取り外し、凸面を持ったコンベ
ックス型、又は凹面を持ったコンケーブ型探触子とする
所にポイントがある。

この場合、電極となる導電性層６は可撓性を有するアル
ミ等の金属板がより適しており、該金属板６が一つ一つ
の分割された圧電振動子１の保持と共に、共通電極とも
なり、更に曲面の形成が容易となるので、コンベックス
型、コンケーブ型探触子の製作が容易となる利点を持っ
ている。

次に、特許請求の範囲第４項に記載の実施例を第５図に
よって説明する。

本図において、１．２は第１図で説明したものと同等の
ものであり、６，７が本発明を実施するのに必要なアル
ミ整合層で、第４図で説明した導電性層６と同じもので
ある。そして、（イ）は斜視図。

（ロ）は本発明を実施した場合のマトリックス型電極を
示す図である。

先ず、（イ）で示すように、圧電振動子１の両面に、ア
ルミの無電界メッキ、又はスパッタリング等によって導
電面６，７を形成した後に、電界メッキ等を施して１７
４波長の厚さを有する整合層を作成する。又は、予め１
／４波長程度の厚さにしたアルミ板を圧電振動子１の両
面に接着しても良い。

このような圧電振動子ｌに付けられた電極と整合層とを
兼ねたアルミ整合層６，７を放射側６から、スライシン
グマシーン等で、背面側のアルミ整合層７の途中迄切断
し、次に背面側７から放射側のアルミ整合層６の途中迄
、最初の切断方向と直交する方向で切断する。

この後、本図（イ）に示されているように、電極用プリ
ント板８と短冊状に切断された背面のアルミ整合層７を
一本宛ポンダ、又は半田等によって接続する。

前面の電極６も同様な方法で取り出した後、放射側電極
上に音響インピーダンスが２〜６　ＸＩＯ’Ｋｇ／ｍｍ
−５（ｎ＝６）の１７４波長の整合層２を１層、又は２
層設け、背面側電極上には音響インピーダンスが５〜１
８Ｘ１０’Ｘｇ／ｍｍ　　−５（ｎ＝６）の音響ダンパ
３を設けるようにし、当該マトリックス型の超音波探触
子とすることができる。

このように作成されたマトリックス型探触子の電極背面
側から見たものが（ロ）であって、実線は背面側のアル
ミ整合層による電極７を示し、点線は前面側（放射側）
のアルミ整合層による電極６を示しており、各電極がマ
トリックス状となっていることが良く分かる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明の超音波探触子は
、圧電振動子の片面、又は両面に圧電振動子の音響イン
ピーダンスと略等しいか、或いは低いアルミ等の金属を
メッキ等によって付けるか。

或いは所望の厚さの板にして接着することによって電極
となる導電性層を形成した後、該導電性層の途中迄切断
して、圧電振動子を分割することにより、自動的に共通
電極が形成できる方法、更に該導電性層の有する可撓性
を利用して、曲面の治具にそわせて曲げることにより、
コンケーブ型。

又はコンベックス型の超音波探触子が容易に作成できる
方法を用いて、圧電振動子を分割するようにしたもので
あるので、電極の取り出しが容易となり、又該整合層が
可撓性を持つ支持体となり、分割された圧電振動子を保
持でき、更に曲面を持った超音波探触子も容易に製作で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念と、その−具体例を示した図
。第２図は従来方式の電極構造を説明する図。第３図本発明を実施して超音波信号を受信した時の周波
数特性を示した図。第４図は本発明の他の実施例（コンベックス型）を製作
する方法を示した図。第５図は本発明の他の実施例（マトリックス型）を製作
する方法を示した図。である。図面において、１は圧電振動子、　　　２は音響整合層。３は音響ダンパ、４，５は導電性層（電極）。６は放射側アルミ整合層。７は背面側アルミ整合層。８は電極用プリント板。９は曲率を付ける治具、１０はバンキング用治具。をそれぞれ示す。リード線第１　図第４図第Ｓ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動子を通常の電子リニア探触子、或いはフ
ェーズドアレイ探触子用に短冊状に分割する場合、該圧
電振動子の両側に導電性層を設け、該導電性層の全部、
或いは一部を全短冊状圧電振動子の共通電極となり得る
範囲で、部分分割したことを特徴とする超音波探触子。
（２）上記圧電振動子に近接する整合層として、略１／
４波長の厚みを有する導電性層を設け、該導電性層を該
圧電振動子の駆動電極を兼ねるように構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波探触子。
（３）上記圧電振動子を、上記導電性層を支持層として
、所望の曲率を有する治具にそわせて曲げて、コンケー
ブ型、或いはコンベックス型探触子としたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項、第２項に記載の超音波探触
子。
（４）上記圧電振動子をマトリックス駆動型探触子用に
島状に分割し、且つ各電極をＸＹ直交マトリックス状に
取り出す場合、該圧電振動子の両側に導電性層を設け、
前面からＸ方向のスライス深さを背面の上記導電性層を
切断しない範囲に止め、更に背面からのＹ方向のスライ
ス深さを前面の上記導電性層を切断しない範囲に止めた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項に記載
の超音波探触子。