WO2007126069A1 - 超音波探触子 - Google Patents

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WO2007126069A1
WO2007126069A1 PCT/JP2007/059221 JP2007059221W WO2007126069A1 WO 2007126069 A1 WO2007126069 A1 WO 2007126069A1 JP 2007059221 W JP2007059221 W JP 2007059221W WO 2007126069 A1 WO2007126069 A1 WO 2007126069A1
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WO
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acoustic matching
piezoelectric element
matching layer
piezoelectric
conductor
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PCT/JP2007/059221
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Koetsu Saito
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe used to obtain diagnostic information of a subject by transmitting ultrasonic waves to a subject such as a living body.
  • An ultrasound diagnostic apparatus irradiates ultrasound in a living subject such as a human being or an animal, detects echoes reflected in the subject, and displays a tomographic image of the tissue in the living body on a monitor. This provides information necessary for diagnosis of the subject.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus uses an ultrasonic probe for transmitting ultrasonic waves into the subject and receiving reflected echoes from within the subject.
  • FIG. 1 shows an example of such an ultrasonic probe.
  • an ultrasonic probe 10 includes a plurality of piezoelectric elements 11 arranged in one direction (X direction) for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a subject (not shown).
  • an acoustic matching layer 12 (12a, 12b) consisting of one or more layers (two layers in the figure) provided on the front surface of the piezoelectric element 11 on the subject side (upper side in the figure), and the subject of the acoustic matching layer 12
  • the propagation medium 13 is provided on the specimen-side surface, and the back load material 14 is provided on the back surface on the opposite side of the acoustic matching layer 12 with respect to the piezoelectric element 11.
  • Electrodes are arranged on the front surface and the back surface of the piezoelectric element 11, respectively. An electric signal is given to the piezoelectric element 11 through the electrode and the electric terminal 15.
  • the piezoelectric element 11 has a plurality of grooves formed from the acoustic matching layer 12 side, and is formed in a concave shape in one direction (Y direction) orthogonal to the arrangement direction (X direction) (for example, Patent Document 1). reference).
  • the piezoelectric element 11 is formed of a piezoelectric ceramic such as a PZT system, a piezoelectric single crystal, or the like.
  • the applied voltage is converted into an ultrasonic wave, transmitted into the subject, and reflected from the subject. Receives the code and converts it into an electrical signal.
  • a plurality of piezoelectric elements 11 are arranged in the X direction. By arranging a plurality of piezoelectric elements 11 in this way, ultrasonic waves can be electronically scanned and deflected or focused, so-called electronic scanning becomes possible.
  • the acoustic matching layer 12 is provided to efficiently transmit and receive ultrasonic waves into the subject. . More specifically, the acoustic matching layer 12 plays a role of bringing the acoustic impedance of the piezoelectric element 11 close to the acoustic impedance of the subject in a stepwise manner.
  • the piezoelectric element 11 and the acoustic matching layer 12 are formed in a concave shape with respect to the subject side, and thus have a function of narrowing the ultrasonic beam, but the shape is a concave surface. Therefore, since the adhesion with the subject becomes insufficient, the propagation medium 13 is provided including the role of eliminating this insufficiency.
  • the propagation medium 13 is an optional element and is provided as necessary.
  • the back surface load member 14 is coupled to and holds the piezoelectric element 11, and further plays a role of attenuating unnecessary ultrasonic waves.
  • the X direction in the figure is also referred to as the “(piezoelectric element) arrangement direction”, the Y direction as the “(piezoelectric element) width direction”, and the Z direction as the “(piezoelectric element) thickness direction”. Shall be.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 8-506227
  • An electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus includes a plurality of piezoelectric elements arranged in an arbitrary group and is driven by giving a certain delay time to each piezoelectric element. Send and receive. By giving such a delay time, the ultrasonic beam is converged or diffused, and an ultrasonic image with a wide field width or high resolution can be obtained.
  • This configuration is already known as a general system.
  • a method has been used to increase the resolution of the diagnostic image of the ultrasonic diagnostic apparatus using the second or third harmonic frequency component with respect to the fundamental frequency. And widening the frequency bandwidth are extremely important.
  • the broadband frequency band there is a method of using a composite piezoelectric material in which a piezoelectric ceramic and a polymer are combined as a piezoelectric element as shown in Patent Document 1.
  • a method of increasing the sensitivity there is a method of reducing the attenuation of an acoustic lens such as silicone rubber.
  • the piezoelectric element is formed into a concave shape, and the concave portion
  • a method of providing a polyurethane polymer having a small attenuation there is a method of providing a polyurethane polymer having a small attenuation.
  • the electrical terminals 15 drawn from the electrodes of the arranged piezoelectric elements 11 are connected to only a part of the electrodes of the piezoelectric elements 11. Therefore, if the piezoelectric element 11 is broken by a mechanical impact, the connection with the electrical terminal 15 may be broken, and there is a problem in reliability (quality).
  • a piezoelectric ceramic and polymer composite piezoelectric body and two acoustic matching layers are provided so as to have a concave shape, so that usable materials are limited to flexible materials, The frequency bandwidth is limited.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe capable of obtaining high-sensitivity and broadband characteristics with high quality and capable of obtaining a high-resolution ultrasonic image.
  • a plurality of ultrasonic probes of the present invention are arranged in a predetermined direction, and transmit and receive ultrasonic waves.
  • the piezoelectric elements are provided on both surfaces, and provided on one surface of the piezoelectric element.
  • At least two acoustic matching layers and at least a first acoustic matching layer on the piezoelectric element among the piezoelectric element and the two or more acoustic matching layers are provided, and at least the piezoelectric element is disposed on the piezoelectric element.
  • a plurality of first grooves that are divided in a length direction orthogonal to the arrangement direction of the elements; a signal conductor provided on a surface opposite to the one surface of the piezoelectric element; A plurality of second grooves that separate at least the first acoustic matching layer, the piezoelectric element, and the signal conductor in an alignment direction of the piezoelectric elements among the matching layers, and the acoustic matching layer,
  • the piezoelectric element and the signal conductor are arranged in a length direction of the piezoelectric element. It is formed in a curved shape, a configuration.
  • the ultrasonic probe of the present invention includes a plurality of piezoelectric elements arranged in a predetermined direction, transmitting and receiving ultrasonic waves, and electrodes provided on both surfaces, and provided on one surface of the piezoelectric element. At least two acoustic matching layers and a first acoustic matching layer on at least the piezoelectric element of the piezoelectric element and the two or more acoustic matching layers from the side opposite to the acoustic matching layer side. A plurality of first grooves that divide at least the piezoelectric elements in a length direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements, and provided on a surface opposite to the one surface of the piezoelectric elements.
  • Signal conductor, the acoustic matching layer, the piezoelectric element, and the signal A back load material that supports a conductor, and a plurality of second acoustic separation layers that separate at least the first acoustic matching layer, the piezoelectric element, and the signal conductor in the arrangement direction of the piezoelectric elements.
  • the acoustic matching layer, the piezoelectric element, and the signal conductor are formed in a curved shape in the length direction of the piezoelectric element.
  • the ultrasonic probe of the present invention includes a plurality of piezoelectric elements arranged in a predetermined direction for transmitting and receiving ultrasonic waves, and electrodes provided on both surfaces, and provided on one surface of the piezoelectric element.
  • a first acoustic matching layer; a grounding conductor provided on the first acoustic matching layer; a second acoustic matching layer provided on the grounding conductor; the piezoelectric element; and at least the first A plurality of first grooves that are provided in the acoustic matching layer and that divide at least the piezoelectric elements in a length direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric elements, and on a surface opposite to the one surface of the piezoelectric elements.
  • 1 acoustic matching layer, the grounding conductor, the piezoelectric element and the front A plurality of second grooves for separating the signal conductor in the arrangement direction of the piezoelectric elements, and the two acoustic matching layers, the grounding conductor, the piezoelectric element, and the signal conductor are:
  • the piezoelectric element is configured to have a curved shape in the length direction.
  • the ultrasonic probe of the present invention includes a plurality of piezoelectric elements arranged in a predetermined direction, transmitting and receiving ultrasonic waves, and electrodes provided on both surfaces, and provided on one surface of the piezoelectric element.
  • a plurality of third acoustic matching layers provided on the piezoelectric element and at least the first acoustic matching layer and dividing at least the piezoelectric elements in a length direction perpendicular to an arrangement direction of the piezoelectric elements.
  • a first conductor of the piezoelectric element, a signal conductor provided on a surface opposite to the one surface of the piezoelectric element, the three acoustic matching layers, the grounding conductor, the piezoelectric element, and the signal A back load material that supports a conductor for use, and at least the first of the three acoustic matching layers
  • the grounding conductor, the piezoelectric element, and the signal conductor are configured to have a curved shape in the length direction of the piezoelectric element.
  • a plurality of grooves are provided in the length direction (Y direction) perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric elements (X direction) with respect to the piezoelectric elements and the first acoustic matching layer, and the thickness of the piezoelectric elements Direction (Z direction)
  • a signal conductor is provided on the back surface, and the acoustic matching layer, piezoelectric element, and signal conductor are formed in a curved shape in the Y direction, so high reliability, high sensitivity, wide bandwidth, and high resolution can be achieved. Obtainable.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a conventional ultrasonic probe.
  • FIG. 2A is a partial schematic perspective view of the ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B Schematic cross section of the ultrasonic probe shown in Fig. 2A as seen in the X-direction force
  • FIG. 3A is a partial schematic perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3B Schematic cross section of the ultrasonic probe shown in Fig. 3A as seen in the X-direction force
  • FIG. 4A is a partial schematic perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4B Schematic cross section of the ultrasonic probe shown in Fig. 4A as seen in the X-direction force
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the sound velocity and directivity angle of the third acoustic matching layer material in the third embodiment.
  • FIG. 6A is a partial schematic perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6B Schematic cross section of the ultrasonic probe shown in Fig. 6A as seen in the X-direction force
  • FIG. 2A is a partial schematic perspective view of the ultrasonic probe according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic probe shown in FIG.
  • the ultrasound probe 100 shown in Figs. 2A and 2B is a multi-array arranged in one direction (X direction). And two acoustic matching layers 120 (121, 122) arranged on the front surface in the thickness direction (Z direction) on the object side (upper side in the figure) with respect to each piezoelectric element 110 If necessary, the back load material 140 arranged on the back surface (downward in the figure) in the thickness direction (Z direction) opposite to the acoustic matching layer 120 (121, 122) side with respect to the piezoelectric element 110. And a propagation medium 130 disposed on the acoustic matching layer 120 (121, 122) as necessary. The functions of these components are the same as those described in the prior art shown in FIG.
  • a ground electrode (not shown) is provided on the front surface of the piezoelectric element 110 in the thickness direction (Z direction), and a signal electrode (not shown) is provided on the back surface. Both electrodes are formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric element 110 by gold or silver deposition, sputtering, or silver baking, respectively.
  • the piezoelectric element 110 is formed using a material such as a piezoelectric ceramic such as PZT, or a piezoelectric single crystal such as PZN-PT or ⁇ - ⁇ .
  • the first acoustic matching layer 121 and the second acoustic matching layer 122 are provided on the ground electrode (not shown) side provided on the piezoelectric element 110 of such a material.
  • the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121 are arranged along the X direction from the surface of the piezoelectric element 110 opposite to the side on which the first acoustic matching layer 121 is provided.
  • a plurality of grooves 160 as one groove are provided.
  • the groove 160 is provided using a device such as a dicing machine, for example.
  • the groove 160 penetrates both sides (front and back) of the piezoelectric element 110 in the ⁇ direction to completely divide the piezoelectric element 110, but the first acoustic matching layer 121 is one of both sides in the ⁇ direction. It penetrates only the surface. That is, the groove 160 is provided so as to leave a part of the first acoustic matching layer 121 located on the side opposite to the piezoelectric element 110 side from the surface on the piezoelectric element 110 side.
  • the reason for leaving a part of the first acoustic matching layer 121 is that an electrical terminal (not shown) is taken out from the ground electrode of the divided piezoelectric element 110 only at one end in the ⁇ direction. It is. For this reason, the first acoustic matching layer 121 needs to be an electrical conductor. Therefore, the first acoustic matching layer 121 may be, for example, a graphite or a material filled with a metal powder in a polymer to be a conductor (for example, a conductive adhesive). Of course, the first acoustic matching layer 121 has an acoustic impedance value equal to that of the piezoelectric element 110 and the object (raw material). It is necessary to have a value between).
  • the interval between the grooves 160 provided in the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121 may be an equal interval or a random interval.
  • the material of the piezoelectric element 110 for example, PZT-based piezoelectric ceramics, generates an unnecessary width vibration mode in addition to the thickness longitudinal vibration mode used, and this width vibration mode has an adverse effect on the frequency characteristics and the like. Effect. For this reason, it is necessary to narrow the width of the piezoelectric ceramic, that is, the interval between the grooves 160 so that the frequency of the width vibration mode is outside the frequency range to be used.
  • the piezoelectric element 110 is formed using PZT-based piezoelectric ceramic, the groove 160 is provided in the piezoelectric element 110, and the groove 160 is filled with a polymer material such as epoxy resin or urethane resin.
  • the piezoelectric element 110 has a function as a composite piezoelectric material in which piezoelectric ceramics and a polymer material are combined. That is, by filling the groove 160 with a polymer material having a low acoustic impedance, the piezoelectric element 110 can make the acoustic impedance smaller than that of piezoelectric ceramics, and can approach the acoustic impedance of the subject. As a result, a wide frequency band can be obtained.
  • This composite piezoelectric body can change the value of acoustic impedance by changing the volume ratio of piezoelectric ceramics and polymer material.
  • the dielectric constant of the composite piezoelectric material is that the dielectric constant of the polymer material is much smaller than the dielectric constant of the piezoelectric ceramic. Therefore, when the volume ratio of the piezoelectric ceramic is small, the dielectric constant of the composite piezoelectric material is small. Therefore, the electrical impedance is increased. As a result, mismatching occurs with the connected ultrasonic diagnostic apparatus body or cable, which affects the sensitivity reduction. Therefore, generally, the volume ratio of the piezoelectric ceramic of the composite piezoelectric body is in the range of 50 to 75%.
  • the first acoustic matching layer 121 is also provided with a groove 160 and filled with a polymer material in the same manner as the piezoelectric element 110, so that the first acoustic matching layer 121 becomes a composite and changes (decreases) the acoustic impedance. ) For this reason, it is necessary to select the material of the first acoustic matching layer 121 in consideration of this decrease.
  • the back load material 140, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121, and the second acoustic matching layer 122 are arranged on the subject side.
  • it is configured so as to converge the ultrasonic wave by forming a concave curved surface shape, but the curved surface shape is not limited to this.
  • a convex shape that diffuses ultrasonic waves may be used.
  • the piezoelectric element 110 of piezoelectric ceramics and the first acoustic matching layer 121 made of a material filled with metal powder in graphite or graphite are not flexible enough to form a curved surface. Therefore, in order to form a curved surface, it is necessary to prepare a material that has been processed into a curved surface shape in advance, and it is difficult to form it with high accuracy. Therefore, one of the points of the present embodiment is that a curved surface can be formed by providing the groove 160.
  • a polymer film having flexibility capable of forming a curved surface such as epoxy resin or polyimide, is used.
  • the signal conductor 150 may be configured by a full conductor that does not pattern the region in which the piezoelectric element 110 is provided, and may be configured by patterning only portions of the piezoelectric element 110 that are drawn out on both sides in the Y direction. .
  • the signal conductor 150 should be made of a metal material such as copper, and the thickness should be around 10 micrometers ( ⁇ m )! In addition, when a metal conductor such as copper is handled by itself and is weak in strength, a polyimide film having a thickness of about 10 to 25 micrometers (m) may be provided.
  • the signal electrode 150 of the piezoelectric element 110 that is divided by providing the groove 160 is in close contact with the signal electrode even if it has a curved surface, and is electrically connected. Can do. Further, by using such a signal conductor 150, even if the piezoelectric element 110 is cracked, the signal conductor 150 is flexible, so that the reliability (quality) is improved without being disconnected. This is because, as shown in Patent Document 1, the electrical terminal is connected to only a part of the electrode of the piezoelectric element, and the piezoelectric element is broken by the mechanical impact of the external force and the electrode is divided and disconnected. It is a configuration that can solve such issues as.
  • the curvature of the curved surface formation can be changed depending on where the focal length of the ultrasonic wave is set.
  • the curved surface to be formed may be a curved surface having a single radius of curvature, or a curved surface in which the radius of curvature is gradually changed with respect to the Y direction in FIGS. 2A and 2B!
  • the acoustic matching layer 120 (the first acoustic matching layer 121 and the second acoustic matching layer 122), the piezoelectric element 110, and the signal conductor 150 are formed by a plurality of divided grooves 180 as the second groove of the present invention. Divided into multiple piezoelectric element arrays. That is, in the present embodiment, the signal conductor 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121, and the second acoustic matching layer 122 are pressed against the back surface load material 140 formed in a curved shape.
  • the second acoustic matching layer 122, the first acoustic matching layer 121, A part of the piezoelectric element 110, the signal conductor 150, and the back surface load material 140 is divided into a plurality of piezoelectric element arrays by the plurality of dividing grooves 180.
  • This direction is the direction of electronic scanning.
  • the plurality of divided grooves 180 are filled with a material such as silicone rubber having a lower hardness than a material such as epoxy resin filled in the groove 160.
  • the material to be filled in the groove 160 since a plurality of piezoelectric bodies arranged in the Y direction (the portions of the piezoelectric element 110 divided by the groove 160) are vibrated integrally in the same phase, the Y direction Each of the piezoelectric bodies has no problem even if the vibration leaks through a filler such as epoxy resin filled in the groove 160. Therefore, the filler in the groove 160 may be high in hardness.
  • the plurality of piezoelectric element 110 columns divided in the X direction when an electric signal is given to each piezoelectric element 110 via the signal conductor 150, the electric signal is phase-controlled with a delay, respectively.
  • the filler in the dividing groove 180 that divides the signal conductor 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121, and the second acoustic matching layer 122 in the X direction divides the piezoelectric element 110 in the Y direction. It is necessary to make the material harder to transmit vibration than the filling material of the groove 160.
  • the piezoelectric element 110 (more precisely, individual piezoelectric bodies) is divided into a columnar shape in the X and Y directions in FIGS. 2A and 2B, and the division intervals in these two directions are almost the same. It is good to.
  • the piezoelectric ceramic of the piezoelectric element 110 generates an unnecessary width vibration mode, and if the width of the piezoelectric ceramic is set to a width where the width vibration mode is generated in the use frequency band, the frequency characteristics to be used are adversely affected (for example, The frequency band becomes narrower) Therefore, it is necessary to remove the frequency of the width vibration mode from the used frequency band. The same is true in the X direction. Therefore, the influence of the unnecessary width vibration mode can be reduced by making the division interval in the X direction of the piezoelectric element 110 substantially the same as in the Y direction.
  • a propagation medium 130 is provided on the second acoustic matching layer 122 as necessary.
  • the transmission medium 130 urethane resin, butadiene rubber, silicone rubber, or the like having an acoustic impedance close to that of a living body and a small ultrasonic attenuation coefficient may be used.
  • the ultrasonic waves are refracted at the boundary.Therefore, taking account of this refraction, the ultrasonic waves are taken into account by considering the curved surface shape of the second acoustic matching layer 122. It is necessary to set the focal distance of.
  • the groove 160 is provided, and the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121 are formed into a curved shape using the groove 160, so that an ultrasonic wave can be obtained without an acoustic lens.
  • the signal conductor 150 is provided on the signal electrode surface of the piezoelectric element 110.
  • the piezoelectric elements 110 are linearly (planarly) arranged in the X direction, but the shape of the arrangement in the X direction is not limited to this.
  • the same effect can be obtained even when the piezoelectric elements are arranged in a convex or concave curved shape in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer is composed of a composite of an insulator and a conductor, and the first acoustic matching layer is divided by the first groove (groove 160) in the Y direction, the divided partial forces The same effect can be obtained even when a conductor is provided in a part of the first acoustic matching layer so as to be electrically conductive in the third direction.
  • the piezoelectric element 110 and the acoustic matching layer 120 are arranged in the Y direction.
  • the case of forming a concave curved surface with respect to the side has been described, but the curved surface shape is not limited to this.
  • a curved surface or a radius of curvature having a single radius of curvature is used regardless of whether the surface is concave or convex. The same effect can be obtained even when the curved surface has a plurality of gradually changing radii of curvature.
  • the force described in the case where the piezoelectric element 110 and the acoustic matching layer 120 have substantially uniform thickness in the Y direction is not limited to this.
  • the same effect can be obtained even when the thickness of the piezoelectric element and the acoustic matching layer is changed in the Y direction.
  • a grounding conductor is provided on the first acoustic matching layer instead of the grounding electrical terminal (not shown) in the first embodiment.
  • FIG. 3A is a partial schematic perspective view of the ultrasonic probe according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic probe shown in FIG.
  • This ultrasonic probe has the same basic configuration as that of the ultrasonic probe corresponding to Embodiment 1 shown in FIGS. 2A and 2B, and the same constituent elements have the same components. A sign is attached.
  • the ultrasonic probe 200 shown in Figs. 3A and 3B includes a plurality of piezoelectric elements 110 arranged in one direction (X direction), and a subject side (shown in the figure) with respect to each piezoelectric element 110. Between the two acoustic matching layers 120a (121a, 122) and the two acoustic matching layers 120a (121a, 122). The ground conductor 210 and, if necessary, the piezoelectric element 110 are arranged on the back side (downward in the figure) in the thickness direction (Z direction) opposite to the acoustic matching layer 120a (121a, 122) side.
  • the back load material 140 is formed, and the propagation medium 130 is disposed on the acoustic matching layer 120a (121a, 122) as necessary.
  • the functions of these components are the same as those described in the prior art shown in FIG.
  • a ground electrode (not shown) is provided on the front surface in the thickness direction (Z direction) of the piezoelectric element 110, and a signal electrode (not shown) is provided on the back surface. Both electrodes are connected to the front and back surfaces of the piezoelectric element 110 by gold or silver deposition, sputtering, or silver baking. Formed respectively.
  • the piezoelectric element 110 is formed using a material such as a piezoelectric ceramic such as PZT, or a piezoelectric single crystal such as PZN-PT or ⁇ - ⁇ .
  • the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 are provided on the ground electrode (not shown) side provided on the piezoelectric element 110 of such a material.
  • the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 12 la are provided with a plurality of grooves 160 as the first grooves of the present invention along the X direction.
  • the groove 160 is provided by using a device such as a die cinder machine.
  • the groove 160 penetrates both sides of the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a in the Z direction and completely divides the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a. And Therefore, the direction in which the groove 160 is provided is such that the piezoelectric element 110 of the first acoustic matching layer 121a is provided even on the surface of the piezoelectric element 110 opposite to the side on which the first acoustic matching layer 121a is provided. Either the surface force on the side opposite to the other side or either surface force may be provided. That is, the direction in which the groove 160 is provided is not limited to the side force of the piezoelectric element 110, but the present configuration can be established from the first acoustic matching layer 121a side, so either side force may be provided.
  • the groove 160 completely divides the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a, but the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer 121a may be provided with a groove leaving a part.
  • the groove 160 is also provided with a piezoelectric element 110 side force.
  • the ground conductor 210 is used to take out the electrical terminal having the ground electrode force of the divided piezoelectric element 110.
  • the first acoustic matching layer 121a needs to be an electrical conductor. Therefore, the first acoustic matching layer 121a may be made of, for example, graphite or a material in which a metal powder is filled in a polymer to make a conductor (eg, conductive adhesive).
  • the first acoustic matching layer 121a needs to have a value of acoustic impedance between the piezoelectric element 110 and the subject (living body).
  • the interval between the grooves 160 provided in the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a may be an equal interval or a random interval.
  • the material of the piezoelectric element 110 such as PZT-based piezoelectric ceramics, generates an unnecessary width vibration mode in addition to the thickness longitudinal vibration mode used. This width vibration mode adversely affects frequency characteristics and the like. For this reason, it is necessary to narrow the width of the piezoelectric ceramic, that is, the interval between the grooves 160 so that the frequency of the width vibration mode is outside the frequency range to be used.
  • the piezoelectric element 110 is formed using PZT-based piezoelectric ceramics, and a groove 160 is provided in the piezoelectric element 110.
  • the groove 160 is filled with a polymer material such as epoxy resin or urethane resin.
  • the piezoelectric element 110 has a function as a composite piezoelectric material in which piezoelectric ceramics and a polymer material are combined. That is, by filling the groove 160 with a polymer material having a low acoustic impedance, the piezoelectric element 110 can make the acoustic impedance smaller than that of piezoelectric ceramics, and can approach the acoustic impedance of the subject. As a result, a wide frequency band can be obtained.
  • This composite piezoelectric body can change the value of acoustic impedance by changing the volume ratio of piezoelectric ceramics and polymer material.
  • the dielectric constant of the composite piezoelectric material is that the dielectric constant of the polymer material is much smaller than the dielectric constant of the piezoelectric ceramic. Therefore, the electrical impedance is increased. As a result, mismatching occurs with the connected ultrasonic diagnostic apparatus body or cable, which affects the sensitivity reduction. Therefore, generally, the volume ratio of the piezoelectric ceramic of the composite piezoelectric body is in the range of 50 to 75%.
  • the first acoustic matching layer 121a is also provided with a groove 160, and the groove 160 is filled with a polymer material. descend. For this reason, it is necessary to select the material of the first acoustic matching layer 121a in consideration of this decrease.
  • the first acoustic matching layer 121a may be completely divided in the same manner as the piezoelectric element 110, or may be divided while leaving a part.
  • the ground conductor 210 may be composed of a single film of metal such as copper, or may be configured integrally with a metal film provided with a film of polyimide or the like for reinforcement. If so, no problem. In the case of the latter configuration, it is natural that the surface on the metal conductor (metal film) side of the ground conductor 210 needs to be in contact with the first acoustic matching layer 121 &.
  • the ground conductor 210 is electrically connected to the ground electrode (not shown) of the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a which is a conductor, and has a function as an electric terminal. In the present embodiment, the ground conductor 210 is electrically connected to the ground electrodes (conductors) of all the piezoelectric elements 110.
  • a film such as polyimide provided for reinforcement on the metal film may also serve as the second acoustic matching layer 122.
  • the signal conductor 150 is formed in a curved shape.
  • the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 are formed into a curved shape while being pressed against the back load material 140.
  • the back load material 140, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 are provided.
  • the ultrasonic wave is configured to be formed in a concave curved surface shape with respect to the subject side, the curved surface shape is not limited to this. For example, a convex shape that diffuses ultrasonic waves may be used.
  • the piezoelectric element 110 of piezoelectric ceramic and the first acoustic matching layer 121a made of a material filled with metal powder such as graphite or graphite are not flexible enough to form a curved surface. Therefore, in order to form a curved surface, it is necessary to prepare a material that has been processed into a curved surface shape in advance, and it is difficult to form it with high accuracy. For this reason, in this embodiment mode, a curved surface can be formed by providing the groove 160.
  • a flexible polymer film that can form a curved surface, such as epoxy resin or polyimide.
  • the signal conductor 150 is formed in the same manner as in the first embodiment.
  • the signal conductor 150 is made of a metal material such as copper, and may have a thickness of about 10 micrometers (m).
  • a metal conductor such as copper alone is weak in handling, it may be configured by providing a polyimide film having a thickness of about 10 to 25 micrometers.
  • the curvature of the curved surface formation can be changed depending on where the focal length of the ultrasonic wave is set.
  • the curved surface to be formed may be a curved surface having a single curvature radius, or may be a curved surface having a plurality of curvature radii obtained by gradually changing the curvature radius with respect to the Y direction in FIGS. 3A and 3B. .
  • the acoustic matching layer 120a (the first acoustic matching layer 121a and the second acoustic matching layer 122), the ground conductor 210, the piezoelectric element 110, and the signal conductor 150 are a plurality of the second grooves of the present invention. Divided into a plurality of piezoelectric element arrays by dividing grooves 180. That is, in the present embodiment, the signal load 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 are added to the back surface load material 140 formed in a curved shape.
  • the second acoustic matching layer 122, the ground conductor 210, and the first conductor along the pattern of the signal conductor 150 in the X direction (direction perpendicular to the Y direction).
  • a part of the acoustic matching layer 121a, the piezoelectric element 110, the signal conductor 150, and the back surface load material 140 is divided into a plurality of piezoelectric element arrays by the plurality of dividing grooves 180. This direction is the direction of electronic scanning.
  • the plurality of divided grooves 180 are filled with a material such as silicone rubber having a lower hardness than a material such as epoxy resin filled in the groove 160.
  • the filling material of the dividing groove 180 that divides the signal conductor 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 in the X direction is the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 122.
  • the acoustic matching layer 121a of 1 has a lower hardness than the filling material of the groove 160 dividing the Y direction, and it is difficult to transmit vibration.
  • the piezoelectric element 110 (more precisely, individual piezoelectric bodies) is divided into a columnar shape in the X direction and the Y direction in FIGS. 3A and 3B, and the division intervals in both directions are almost the same. It is good to make it.
  • the piezoelectric ceramic of the piezoelectric element 110 generates an unnecessary width vibration mode, and if the width of the piezoelectric ceramic is set to a width where the width vibration mode is generated in the use frequency band, the frequency characteristics to be used are adversely affected (for example, Therefore, it is necessary to remove the frequency of the width vibration mode from the used frequency band. The same is true in the X direction. Therefore, the influence of the unnecessary width vibration mode can be reduced by making the division interval in the X direction of the piezoelectric element 110 substantially the same as in the Y direction.
  • a propagation medium 130 is provided on the second acoustic matching layer 122 as necessary.
  • the transmission medium 130 urethane resin, butadiene rubber, silicone rubber, or the like having an acoustic impedance close to that of a living body and a small ultrasonic attenuation coefficient may be used.
  • the ultrasonic waves are refracted at the boundary.Therefore, taking account of this refraction, the ultrasonic waves are taken into account by considering the curved surface shape of the second acoustic matching layer 122. It is necessary to set the focal distance of.
  • the groove 160 is provided, and the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a are formed in a curved shape using the groove 160, so that an ultrasonic wave can be obtained without an acoustic lens.
  • the signal conductor 150 is provided on the signal electrode surface of the piezoelectric element 110, and the ground conductor 210 is provided on the surface of the first acoustic matching layer 121a opposite to the piezoelectric element 110 side.
  • the configuration is set up. Therefore, it is possible to obtain a high-quality and stable ultrasonic probe because a high-sensitivity and broadband characteristic can be obtained and a highly reliable configuration can be obtained. it can. Also, since the ultrasonic beam can be narrowed down and deflected, it is possible to obtain an ultrasonic probe that provides high-sensitivity and high-resolution ultrasonic images. .
  • the piezoelectric elements 110 are linearly (planarly) arranged in the X direction, but the arrangement shape in the X direction is not limited to this.
  • the same effect can be obtained even when the piezoelectric elements are arranged in a convex or concave curved shape in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer is formed of a composite of an insulator and a conductor, and the first acoustic matching layer is divided by the first groove (groove 160) in the Y direction, the first acoustic matching layer is divided. The same effect can be obtained even when a conductor is provided in a part of the first acoustic matching layer so as to be electrically conductive in the direction of each partial force.
  • the piezoelectric element 110 and the acoustic matching layer 120a are formed in a concave curved surface shape with respect to the object side in the Y direction, but the curved surface shape is not limited thereto. .
  • a curved surface having a single radius of curvature or a curvature radius is gradually increased regardless of whether the surface is concave or convex. The same effect can be obtained even when the curved surface has a plurality of radii of curvature.
  • the ground conductor 210 is provided on the first acoustic matching layer 121a that is a conductor.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first and second acoustic matching layers are conductors, the same effect can be obtained even when the ground conductor is provided on the second acoustic matching layer.
  • Embodiment 3 is a case where three acoustic matching layers are provided instead of the two acoustic matching layers 120a in the second embodiment.
  • FIG. 4A is a partial schematic perspective view of the ultrasonic probe according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic probe shown in FIG.
  • This ultrasonic probe is an ultrasonic probe corresponding to Embodiment 2 shown in FIGS. 3A and 3B. It has the same basic configuration as the child, and the same reference numerals are given to the same components.
  • the ultrasound probe 300 shown in Figs. 4A and 4B includes a plurality of piezoelectric elements 110 arranged in one direction (X direction), and a subject side (shown in the figure) with respect to each piezoelectric element 110.
  • a subject side shown in the figure with respect to each piezoelectric element 110.
  • Ground conductor 210 arranged in the thickness direction, and the thickness direction (Z direction) rear surface opposite to the acoustic matching layer 310 (121a, 122, 311) side with respect to the piezoelectric element 110 if necessary (in the figure)
  • the back load material 140 is arranged on the lower side and the propagation medium 130 is arranged on the acoustic matching layer 310 (121a, 122, 311) as necessary.
  • ground conductor 210 is disposed between the first acoustic matching layer 121a and the second acoustic matching layer 122.
  • the functions of these components are the same as those described in the prior art shown in FIG.
  • a ground electrode (not shown) is provided on the front surface of the piezoelectric element 110 in the thickness direction (Z direction), and a signal electrode (not shown) is provided on the back surface. Both electrodes are formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric element 110 by gold or silver deposition, sputtering, or silver baking, respectively.
  • the piezoelectric element 300 is formed using a material such as a piezoelectric ceramic such as PZT, or a piezoelectric single crystal such as PZN-PT or ⁇ - ⁇ .
  • the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, the second acoustic matching layer 122, and the third acoustic matching layer 311 are disposed on the ground electrode (not shown) side of the piezoelectric element 110 of such a material.
  • the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a are provided with a plurality of grooves 160 as the first grooves of the present invention along the X direction.
  • the groove 160 is provided using a device such as a die cinder machine.
  • the groove 160 passes through both sides of the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a in the Z direction, and completely completes the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a. It is divided into. Therefore, the direction in which the groove 160 is provided is the side of the first acoustic matching layer 121a on which the piezoelectric element 110 is provided, even with the surface force of the piezoelectric element 110 on the side opposite to the side on which the first acoustic matching layer 121a is provided. The surface force on the side opposite to the surface may be provided from either side. That is, the direction in which the groove 160 is provided is not the side force of the piezoelectric element 110, but the first acoustic adjustment. Since this configuration is established even on the 12-la layer side, either side may be provided.
  • the groove 160 completely divides the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a, but the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer 121a may be provided with a groove leaving a part.
  • the groove 160 is also provided with a piezoelectric element 110 side force.
  • the ground conductor 210 is used to take out the electrical terminal having the ground electrode force of the divided piezoelectric element 110.
  • the first acoustic matching layer 121a needs to be an electrical conductor. Therefore, the first acoustic matching layer 121a may be made of, for example, graphite or a material in which a metal powder is filled in a polymer to make a conductor (eg, conductive adhesive).
  • the first acoustic matching layer 121a needs to have a value of acoustic impedance between the piezoelectric element 110 and the subject (living body).
  • the interval between the grooves 160 provided in the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a may be an equal interval or a random interval.
  • the material of the piezoelectric element 110 for example, PZT-based piezoelectric ceramics, generates an unnecessary width vibration mode in addition to the thickness longitudinal vibration mode used, and this width vibration mode has an adverse effect on the frequency characteristics and the like. Effect. For this reason, it is necessary to narrow the width of the piezoelectric ceramic, that is, the interval between the grooves 160 so that the frequency of the width vibration mode is outside the frequency range to be used.
  • the piezoelectric element 110 is formed using PZT-based piezoelectric ceramic, the groove 160 is provided in the piezoelectric element 110, and the groove 160 is filled with a polymer material such as epoxy resin or urethane resin.
  • the piezoelectric element 110 has a function as a composite piezoelectric material in which piezoelectric ceramics and a polymer material are combined. That is, by filling the groove 160 with a polymer material having a low acoustic impedance, the piezoelectric element 110 can make the acoustic impedance smaller than that of piezoelectric ceramics, and can approach the acoustic impedance of the subject. As a result, a wide frequency band can be obtained.
  • This composite piezoelectric body can change the value of acoustic impedance by changing the volume ratio of piezoelectric ceramics and polymer material.
  • the dielectric constant of the composite piezoelectric material is that the dielectric constant of the polymer material is much smaller than the dielectric constant of the piezoelectric ceramic.
  • the volume ratio of the piezoelectric ceramic of the composite piezoelectric body is in the range of 50 to 75%.
  • the first acoustic matching layer 121a is also provided with a groove 160 like the piezoelectric element 110, and the groove 160 is filled with a polymer material, so that it becomes a composite and the acoustic impedance changes ( descend. For this reason, it is necessary to select the material of the first acoustic matching layer 121a in consideration of this decrease.
  • the first acoustic matching layer 121a which is the ground electrode and conductor of the piezoelectric element 110
  • the first The acoustic matching layer 121a may be completely divided in the same manner as the piezoelectric element 110, or may be divided while leaving a part.
  • the grounding conductor 210 may be composed of a single metal film such as copper, or may be configured integrally with a metal film provided with a polyimide film for reinforcement, or may have a flexible structure. No problem. In the case of the latter configuration, it is natural that the surface on the metal conductor (metal film) side of the ground conductor 210 needs to be in contact with the first acoustic matching layer 121 &.
  • the ground conductor 210 is electrically connected to the ground electrode (not shown) of the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a that is a conductor, and has a function as an electric terminal.
  • the ground conductor 210 is electrically connected to the ground electrodes (conductors) of all the piezoelectric elements 110.
  • a film such as polyimide provided for reinforcement on the metal film may also serve as the second acoustic matching layer 122.
  • the signal conductor 150 is formed in a curved shape.
  • the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, the second acoustic matching layer 122, and the third acoustic matching layer 311 are formed in a curved shape while being pressed against the back load material 140. .
  • back load material 140, piezoelectric The element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, the second acoustic matching layer 122, and the third acoustic matching layer 311 are formed in a concave curved shape with respect to the subject side to converge the ultrasonic waves.
  • the curved surface shape is not limited to this. For example, a convex shape that diffuses ultrasonic waves.
  • the piezoelectric element 110 of piezoelectric ceramic and the first acoustic matching layer 121a made of a material filled with metal powder such as graphite or graphite are not flexible enough to form a curved surface originally. Therefore, in order to form a curved surface, it is necessary to prepare a material that has been processed into a curved surface shape in advance, and it is difficult to form it with high accuracy. For this reason, in this embodiment also, a curved surface can be formed by providing the groove 160.
  • a flexible polymer film capable of forming a curved surface such as an epoxy resin filled with powder such as metal or oxide is used.
  • the signal conductor 150 is formed in the same manner as in the first embodiment.
  • the signal conductor 150 is made of a metal material such as copper, and may have a thickness of about 10 micrometers (m).
  • a metal conductor such as copper alone is weak in handling, it may be configured by providing a polyimide film having a thickness of about 10 to 25 micrometers.
  • Such a signal conductor 150 is sufficiently flexible, so that the signal electrode 150 of the piezoelectric element 110 divided by providing the groove 160 is in close contact with the signal electrode and is electrically connected. Can take.
  • the curvature of the curved surface formation can be changed depending on where the focal length of the ultrasonic wave is set.
  • the curved surface to be formed may be a curved surface having a single curvature radius, or may be a curved surface having a plurality of curvature radii obtained by gradually changing the curvature radius with respect to the Y direction in FIGS. 4A and 4B. .
  • Second acoustic matching layer 122, first acoustic matching layer 121a, ground conductor 210, piezoelectric element 110 The signal conductor 150 is divided into a plurality of piezoelectric element rows by a plurality of dividing grooves 180 as the second grooves of the present invention. That is, in the present embodiment, the signal load 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 122 are provided on the back load member 140 formed in a curved shape.
  • the second acoustic matching layer 122, the ground conductor 210, the first conductor A part of the acoustic matching layer 121a, the piezoelectric element 110, the signal conductor 150, and the back load material 140 is divided into a plurality of piezoelectric element rows by the plurality of dividing grooves 180.
  • This direction is the direction of electronic scanning.
  • the plurality of divided grooves 180 are filled with a material such as silicone rubber having a lower hardness than a material such as epoxy resin filled in the groove 160.
  • a plurality of piezoelectric bodies arranged in the Y direction vibrate in the same phase.
  • Each of the piezoelectric bodies has no problem even if the vibration leaks through a filler such as epoxy resin filled in the groove 160. Therefore, there is no problem even if the filler in the groove 160 is high in hardness.
  • the electric signal is phased with a delay.
  • the filling material of the dividing groove 180 that divides the signal conductor 150, the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, the ground conductor 170, and the second acoustic matching layer 122 in the X direction is the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 122.
  • the acoustic matching layer 121a of 1 has a lower hardness than the filling material of the groove 160 dividing the Y direction, and it is difficult to transmit vibration.
  • the piezoelectric element 110 (more precisely, individual piezoelectric bodies) is divided into a columnar shape in the X direction and the Y direction in FIGS. 4A and 4B, respectively. It is good to.
  • the piezoelectric ceramic of the piezoelectric element 110 generates an unnecessary width vibration mode, and if the width of the piezoelectric ceramic is set to a width where the width vibration mode is generated in the use frequency band, the frequency characteristics to be used are adversely affected (for example, Therefore, it is necessary to remove the frequency of the width vibration mode from the operating frequency band. is there. The same is true in the X direction. Therefore, the influence of the unnecessary width vibration mode can be reduced by making the division interval in the X direction of the piezoelectric element 110 substantially the same as in the Y direction.
  • a third acoustic matching layer 311 is provided on the second acoustic matching layer 122. As shown in FIGS. 4A and 4B, the third acoustic matching layer 311 is provided on one surface of the second acoustic matching layer 122 divided in the X direction without being divided in any direction.
  • the third acoustic matching layer 311 also includes the first and It is better to divide similarly to the second acoustic matching layers 121a and 122.
  • the acoustic matching layers 121a, 122, 311 from the piezoelectric element 110 in the X direction are used.
  • the piezoelectric element 110 is divided in the same manner as described above, and the first and second acoustic matching layers 121a on the piezoelectric element 110 side of the three acoustic matching layers 310, 122 is divided in the same manner as the piezoelectric element 110, and the third acoustic matching layer 311 located on the subject side is not divided at all in the arrangement direction (X direction) of the piezoelectric element 110. Ultrasonic directivity was measured.
  • silicone rubber hardness is Shore A hardness 76, sound velocity 915 mZsec, acoustic impedance 2.1 megarails
  • chloroprene rubber hardness is Shore A
  • ethylene propylene copolymer rubber hardness is Shore A hardness 65, sound velocity 1480mZsec, acoustic impedance 1.94 megarails
  • acrylonitrile monobutadiene copolymer rubber hardness is Shore A hardness 60, sound velocity 1640 mZsec, acoustic impedance 1.97 megarails
  • urethane rubber hardness is Shore A hardness 78, sound velocity 1850 mZsec, acoustic impedance 1.98 megarails).
  • the directivity characteristics differ depending on the material of the third acoustic matching layer 311.
  • the second acoustic wave is provided in the divided groove 180 (the width of the divided groove 180 at this time is approximately 0.03 mm) obtained by dividing the piezoelectric element 110, the first acoustic matching layer 121a, and the second acoustic matching layer 122.
  • a silicone rubber material was filled in the same manner as the structure divided up to the matching layer 122.
  • materials other than urethane rubber were used in which an arbitrary amount of filler such as alumina, carbon, calcium carbonate, etc. was filled in order to adjust the acoustic impedance.
  • the item that affects the directional characteristics is the sound velocity characteristics of the material of the third acoustic matching layer 311. This shows a good correlation with the directional characteristics. It was.
  • Figure 5 shows the results of the relationship between the directivity angle measured at a level of 6 dB at a frequency of 3.5 MHz and the sound velocity of the material of the third acoustic matching layer 311. As shown in Fig. 5, the directivity angle has a good correlation with the sound speed, and the correlation coefficient is 0.86.
  • the directivity angle in each material of the third acoustic matching layer 311 used in the above example is as follows. That is, 25 degrees when silicone rubber is used, 23.5 degrees when chloroprene rubber is used, 23.5 degrees when ethylene-propylene copolymer rubber is used, and 22.9 degrees when acrylonitrile-butadiene copolymer rubber is used. When urethane rubber was used, the result was 20 degrees. The variation in the measurement results is considered to be about ⁇ 0.5 degrees.
  • the multi-layered acoustic matching layer is not divided in the same way as the piezoelectric element 110, but the multi-layered acoustic matching layer is divided in the same way as the piezoelectric element 110.
  • the third acoustic matching layer 311 is a rubber elastic body and has sufficient flexibility, it can be formed on the curved surface of the second acoustic matching layer 122 according to its curved shape. It is.
  • a propagation medium 130 is provided on the third acoustic matching layer 311 as necessary.
  • the transmission medium 130 urethane resin, butadiene rubber, silicone rubber, or the like having an acoustic impedance close to that of a living body and a small ultrasonic attenuation coefficient may be used.
  • the ultrasonic waves are refracted at the boundary.Therefore, taking account of this refraction, the ultrasonic waves are taken into account by considering the curved surface shape of the second acoustic matching layer 122. It is necessary to set the focal distance of.
  • the groove 160 is provided, and the piezoelectric element 110 and the first acoustic matching layer 121a are formed into a curved shape by using the groove 160, so that an ultrasonic wave can be obtained without an acoustic lens.
  • the signal conductor 150 is provided on the signal electrode surface of the piezoelectric element 110, and the ground conductor 210 is provided on the surface of the first acoustic matching layer 121a opposite to the piezoelectric element 110 side.
  • three acoustic matching layers 310 are provided. Therefore, a highly sensitive and wide band characteristic can be obtained, and a highly reliable configuration can be obtained, so that a high quality and stable ultrasonic probe can be obtained.
  • the ultrasonic beam can be narrowed down and the ultrasonic beam can be deflected, an ultrasonic probe that provides an ultrasonic image with high sensitivity and high resolution can be obtained.
  • the arrangement shape in the X direction is not limited to this. For example, the same effect can be obtained even when the piezoelectric elements are arranged in a convex or concave curved shape in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer is formed of a composite of an insulator and a conductor, and the first acoustic matching layer is divided by the first groove (groove 160) in the Y direction, the first acoustic matching layer is divided. The same effect can be obtained even when a conductor is provided in a part of the first acoustic matching layer so as to be electrically conductive in the direction of each partial force.
  • the piezoelectric element 110 and the acoustic matching layer 310 are formed in a concave curved surface shape with respect to the subject side in the Y direction, but the curved surface shape is not limited to this.
  • a curved surface or a radius of curvature having a single radius of curvature is used regardless of whether the surface is concave or convex. The same effect can be obtained even when the curved surface has a plurality of gradually changing radii of curvature.
  • the ground conductor 210 is provided on the first acoustic matching layer 121a, which is a conductor, has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the ground conductor is provided on the second acoustic matching layer, and the third acoustic matching layer is provided on the upper surface thereof. The same effect can be obtained.
  • the fourth embodiment is a case where the thicknesses of the piezoelectric element and the first acoustic matching layer are changed in the second embodiment.
  • FIG. 6A is a partial schematic perspective view of the ultrasonic probe according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic probe shown in FIG.
  • This ultrasonic probe has the same basic configuration as that of the ultrasonic probe corresponding to Embodiment 2 shown in FIGS. 3A and 3B, and the same constituent elements have the same components. A sign is attached.
  • the ultrasonic probe 400 shown in Figs. 6A and 6B includes a plurality of piezoelectric elements 410 arranged in one direction (X direction), and a subject side (shown in the figure) with respect to each piezoelectric element 410. Thickness) Two acoustic matching layers 420 (421, 422) arranged in front of the direction (Z direction), a ground conductor 210 arranged between the two acoustic matching layers 420 (421, 422), and Accordingly, the back load material 430 disposed on the back surface (downward in the figure) in the thickness direction (Z direction) opposite to the acoustic matching layer 420 (421, 422) side with respect to the piezoelectric element 410 is necessary.
  • the propagation medium 130 is disposed on the acoustic matching layer 420 (421, 422). The function of each of these components (excluding the ground conductor 210) is the same as that described in the prior art shown in FIG.
  • a ground electrode (not shown) is provided on the front surface in the thickness direction (Z direction) of the piezoelectric element 410, and a signal electrode (not shown) is provided on the back surface. Both electrodes are formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric element 410 by gold or silver deposition, sputtering, or silver baking, respectively.
  • the thickness of the piezoelectric element 410 is changed in the ⁇ direction using a material such as a piezoelectric ceramic such as PZT or a piezoelectric single crystal such as PZN-PT or ⁇ - ⁇ . Formed.
  • the first acoustic matching layer 421, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 422 are grounded electrodes (not shown) provided on the piezoelectric element 410 whose thickness is changed in the vertical direction using such a material. On the side).
  • the first acoustic matching layer 421 and the second acoustic matching layer 422 each have a thickness that changes in the heel direction in the same manner as the piezoelectric element 410.
  • the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 are provided with a plurality of grooves 160 as the first grooves of the present invention along the X direction.
  • the groove 160 is provided using a device such as a die cinder machine.
  • the groove 160 penetrates both sides of the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 in the ⁇ direction so that the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 are completely divided. Yes.
  • the direction in which the groove 160 is provided is the side of the first acoustic matching layer 421 on which the piezoelectric element 410 is provided, even with the surface force of the piezoelectric element 410 opposite to the side on which the first acoustic matching layer 421 is provided.
  • the surface force on the opposite side may be provided from either side. That is, the direction in which the groove 160 is provided is not from the piezoelectric element 410 side, but the first acoustic matching layer 421 side force can be applied to this configuration, so either side force may be provided.
  • the groove 160 completely divides the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421, but the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer 421 may be provided with a groove leaving a part. In this case, the groove 160 is also provided with a side force of the piezoelectric element 410.
  • the ground conductor 210 is used to take out the electrical terminal having the ground electrode force of the divided piezoelectric element 410.
  • the first acoustic matching layer 421 needs to be an electrical conductor. Therefore, the first acoustic matching layer 421 may be made of, for example, graphite or a material obtained by filling a polymer powder with a metal powder to form a conductor (for example, a conductive adhesive).
  • the first acoustic matching layer 421 needs to have an acoustic impedance value between the piezoelectric element 410 and the subject (living body).
  • the thickness of the piezoelectric element 410 in one direction (Y direction) orthogonal to the arrangement direction (X direction) of the piezoelectric elements 410 is thin in the Y direction near the center and thicker toward the end. It is uneven so that it becomes.
  • the piezoelectric element 410 has a flat front surface on the subject side and a curved surface on the back surface on the back load material 430 side.
  • the thickness of the piezoelectric element 410 near the center in the Y direction is thin, ultrasonic waves with high frequency components are transmitted and received, and the thickness increases toward both ends, so ultrasonic waves with low frequency components are transmitted and received.
  • the acoustic matching layer 420 (421, 422) also has a variable thickness corresponding to the change in the frequency corresponding to the thickness of the piezoelectric element 410, and the basic thickness is a quarter wavelength.
  • the acoustic matching layer 420 (421, 422) has the thinnest thickness at the center and becomes thicker toward the end, so that it is closer to the subject side. This results in a concave curved shape.
  • the acoustic matching layer 420 (421, 422) having a concave shape as described above naturally has a distance at which ultrasonic waves are directed toward the subject based on the radius of curvature of the concave shape. It means to be converged. However, the convergence distance becomes the target distance. Not limited to this, there arises a problem of convergence to a place closer or farther than the target distance.
  • the present embodiment is characterized by having a configuration that can solve this problem.
  • the interval between the grooves 160 provided in the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 may be an equal interval or a random interval.
  • the material of the piezoelectric element 410 such as PZT-based piezoelectric ceramics, generates an unnecessary width vibration mode in addition to the thickness longitudinal vibration mode used. Adversely affect. For this reason, it is necessary to narrow the width of the piezoelectric ceramic, that is, the interval between the grooves 160 so that the frequency of the width vibration mode is outside the frequency range to be used.
  • the piezoelectric element 410 is formed using PZT-based piezoelectric ceramic, and the groove 160 is provided in the piezoelectric element 410, and the groove 160 is filled with a polymer material such as epoxy resin or urethane resin.
  • the piezoelectric element 410 has a function as a composite piezoelectric material in which piezoelectric ceramics and a polymer material are combined. That is, in the piezoelectric element 410, by filling the groove 160 with a polymer material having a low acoustic impedance, the acoustic impedance can be made smaller than that of the piezoelectric ceramic, and can be brought close to the acoustic impedance of the subject. As a result, a further wideband frequency can be obtained.
  • the value of acoustic impedance can be changed by changing the volume ratio of piezoelectric ceramics and polymer material.
  • the dielectric constant of the composite piezoelectric material is that the dielectric constant of the polymer material is much smaller than the dielectric constant of the piezoelectric ceramic. Therefore, when the volume ratio of the piezoelectric ceramic is small, the dielectric constant of the composite piezoelectric material is small. Therefore, the electrical impedance is increased. As a result, mismatching occurs with the connected ultrasonic diagnostic apparatus body or cable, which affects the sensitivity reduction. Therefore, generally, the volume ratio of the piezoelectric ceramic of the composite piezoelectric body is in the range of 50 to 75%.
  • the first acoustic matching layer 421 is also provided with a groove 160 and filled with a polymer material in the same manner as the piezoelectric element 410, so that the first acoustic matching layer 421 becomes a composite and the acoustic impedance changes (decreases). ) For this reason, it is necessary to select the material of the first acoustic matching layer 421 in consideration of this decrease.
  • the first acoustic matching layer 421 may be completely divided in the same manner as the piezoelectric element 410, or may be divided leaving a part.
  • the ground conductor 210 may be composed of a single metal film such as copper, or may be configured integrally with a metal film provided with a polyimide film for reinforcement, or may have a flexible structure. No problem. In the case of the latter configuration, it is natural that the metal conductor of the ground conductor 210 (the metal film M-rule surface needs to be in contact with the first acoustic matching layer 421. It is electrically connected to the grounding electrode (not shown) of the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 that is a conductor, and has a function as an electrical terminal. And electrically connected to the ground electrode (conductor) of all the piezoelectric elements 410.
  • a film made of polyimide or the like provided for reinforcement on the metal film may also be configured to serve as the second acoustic matching layer 422.
  • the signal conductor 150 is formed in a curved shape.
  • the piezoelectric element 410, the first acoustic matching layer 421, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 422 are formed in a curved shape while being pressed against the back surface load material 140.
  • the piezoelectric element 410 of piezoelectric ceramics, the first acoustic matching layer 421 made of a material filled with metal powder in graphite or graphite, etc. are not flexible enough to form a curved surface originally. Therefore, in order to form a curved surface, it is necessary to prepare a material that has been processed into a curved surface shape in advance, and it is difficult to form it with high accuracy. For this reason, the groove 160 is provided so that a curved surface can be formed.
  • a flexible polymer film that can form a curved surface such as epoxy resin or polyimide, is used.
  • the signal conductor 150 is formed in the same manner as in the first embodiment.
  • the signal conductor 150 is made of a metal material such as copper, and may have a thickness of about 10 micrometers (m).
  • a metal conductor such as copper alone is weak in handling, it may be configured by providing a polyimide film having a thickness of about 10 to 25 micrometers.
  • the signal conductor 150 and the ground conductor 210 are flexible so that they cannot be disconnected. (Quality) increases. This is because, as shown in Reference 1, the electrical terminal is connected to only a part of the electrode of the piezoelectric element, and the piezoelectric element is broken by the mechanical impact of the external force and the electrode is divided, resulting in disconnection. This is a configuration that can solve problems such as
  • the curvature of the curved surface formation can be changed depending on where the focal length of the ultrasonic wave is set.
  • the curved surface to be formed may be a curved surface having a single curvature radius, or may be a curved surface having a plurality of curvature radii obtained by gradually changing the curvature radius with respect to the Y direction in FIGS. 6A and 6B. .
  • the acoustic matching layer 420 (the first acoustic matching layer 421 and the second acoustic matching layer 422), the ground conductor 210, the piezoelectric element 410, and the signal conductor 150 are a plurality of the second grooves of the present invention. Divided into a plurality of piezoelectric element arrays by dividing grooves 180. That is, the signal conductor 150, the piezoelectric element 410, the first acoustic matching layer 421, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 422 are pressed against the back surface load material 430 formed in a curved shape, and these are pressed.
  • a part of the piezoelectric element 410, the signal conductor 150, and the back load material 430 is divided into a plurality of piezoelectric element arrays by the plurality of dividing grooves 180.
  • This direction is the direction of electronic scanning.
  • the plurality of divided grooves 180 are filled with a material such as silicone rubber having a lower hardness than a material such as epoxy resin filled in the groove 160.
  • a signal is sent to each piezoelectric element 410 Leakage of ultrasonic vibration between the piezoelectric elements 410 in order to deflect or converge the ultrasonic wave by phase-controlling the electric signal with a delay when applying the electric signal through the conductor 150 and the ground conductor 210, respectively. It will be necessary to make it smaller.
  • the filling material of the dividing groove 180 that divides the signal conductor 150, the piezoelectric element 410, the first acoustic matching layer 421, the ground conductor 210, and the second acoustic matching layer 422 in the X direction is the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 422.
  • the acoustic matching layer 421 of 1 has a lower hardness than the filling material of the groove 160 dividing the Y direction, and vibrations are difficult to transmit!
  • a propagation medium 130 is provided on the second acoustic matching layer 422 as necessary.
  • the transmission medium 130 urethane resin, butadiene rubber, silicone rubber, or the like having an acoustic impedance close to that of a living body and a small ultrasonic attenuation coefficient may be used.
  • the ultrasonic waves are also taken into account by considering the curved shape of the second acoustic matching layer 422 in consideration of this refraction. It is necessary to set the focal distance of.
  • the groove 160 is provided, and the piezoelectric element 410 and the first acoustic matching layer 421 whose thickness is changed are formed in a curved shape using the groove 160.
  • a signal conductor 150 is provided on the signal electrode surface of the piezoelectric element 410, and the first acoustic matching layer 421 is disposed on a surface opposite to the piezoelectric element 410 side.
  • the ground conductor 210 is provided. Therefore, high sensitivity and wide band characteristics can be obtained, and the force can be made highly reliable, so that a high quality and stable ultrasonic probe can be obtained. Further, since the ultrasonic beam can be narrowed down and the ultrasonic beam can be deflected, an ultrasonic probe that provides an ultrasonic image with high sensitivity and high resolution can be obtained.
  • the piezoelectric elements 410 are linearly (planarly) arranged in the X direction, but the arrangement shape in the X direction is not limited to this.
  • the same effect can be obtained even when the piezoelectric elements are arranged in a convex or concave curved shape in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first acoustic matching layer Even if the first acoustic matching layer is divided by the first groove (groove 160) in the Y direction, it can be electrically connected to each divided partial force direction. The same effect can be obtained even when a conductor is provided in a part of the first acoustic matching layer.
  • the piezoelectric element 410 and the acoustic matching layer 420 are formed in a curved surface shape that is concave with respect to the subject side in the heel direction, but the curved surface shape is not limited to this.
  • a curved surface having a single radius of curvature or a radius of curvature is used regardless of whether the surface is concave or convex. The same effect can be obtained even when the curved surface has a plurality of gradually changing radii of curvature.
  • the acoustic matching layer is configured in two layers, but the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained even when the acoustic matching layer is composed of three or more layers.
  • the ground conductor 210 is provided on the first acoustic matching layer 421 that is a conductor
  • the present invention is not limited to this.
  • the first and second acoustic matching layers are conductors, the same effect can be obtained even when the ground conductor is provided on the second acoustic matching layer.
  • the ultrasonic probe according to the present invention can be used in various medical fields for performing ultrasonic diagnosis of a subject such as a human body, and in industrial fields for the purpose of internal flaw detection of materials and structures. is there.

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Abstract

　品質を向上することができ、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる超音波探触子。この超音波探触子では、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設けた構成にしている。

Description

明 細 書
超音波探触子
技術分野
[0001] 本発明は、生体などの被検体に当てて超音波を発信することにより被検体の診断 情報を得るために使用される超音波探触子に関する。
背景技術
[0002] 超音波診断装置は、超音波を人間や動物などの生体の被検体内に照射し、被検 体内で反射されたエコーを検出して生体内組織の断層像などをモニタに表示するこ とにより、被検体の診断に必要な情報を提供する。この際、超音波診断装置は、被検 体内への超音波の送信と、被検体内からの反射エコーの受信のために超音波探触 子を利用している。
[0003] 図 1は、このような超音波探触子の一例を示して 、る。図 1にお 、て、超音波探触子 10は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべぐ一方向（X方向）に配 列された複数個の圧電素子 11と、圧電素子 11の被検体側の前面（同図の上方）に 設けられる 1層以上（同図では 2層）からなる音響整合層 12 (12a、 12b)と、この音響 整合層 12の被検体側表面に設けられる伝搬媒体 13と、圧電素子 11に対して音響 整合層 12の反対側となる背面に設けられる背面負荷材 14とから構成されている。圧 電素子 11の前面と背面には、それぞれ図示しない電極が配置されている。この電極 および電気端子 15を介して、圧電素子 11に電気信号が与えられる。圧電素子 11は 、音響整合層 12側から複数個の溝が形成され、配列方向 (X方向）と直交する一方 向 (Y方向）に対して凹面形状に形成されている（例えば、特許文献 1参照)。
[0004] 圧電素子 11は、 PZT系などの圧電セラミックスや、圧電単結晶などによって形成さ れ、加えられた電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、被検体内で反射したェ コーを受信して電気信号に変換する。図示の例では、 X方向に複数の圧電素子 11 が配列されている。このように圧電素子 11を複数個配列することにより、超音波を電 子的に走査して偏向または集束することができ、いわゆる電子走査が可能となる。
[0005] 音響整合層 12は、超音波を効率良く被検体内に送受信するために設けられて 、る 。より具体的には、音響整合層 12は、圧電素子 11の音響インピーダンスを段階的に 被検体の音響インピーダンスに近づける役割を果たす。
[0006] 図示の例では、圧電素子 11および音響整合層 12を被検体側に対して凹面形状に 形成しているため、超音波ビームを絞る機能を有しているが、形状が凹面ということで 被検体との密着性が不十分になるため、この不十分さを解消する役割も含めて伝搬 媒体 13を設けた構成にしている。伝搬媒体 13はオプション要素であり、必要に応じ て設けられる。
[0007] 背面負荷材 14は、圧電素子 11に結合されてこれを保持し、さらに不要な超音波を 減衰させる役割を果たす。なお、本明細書では、図の X方向を「(圧電素子の)配列 方向」、 Y方向を「(圧電素子の）幅方向」、 Z方向を「(圧電素子の)厚さ方向」とも呼 ぶものとする。
特許文献 1：特表平 8 - 506227号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 電子走査型の超音波診断装置は、複数個配列した圧電素子を任意の群にして個 々の圧電素子に一定の遅延時間を与えて駆動し、圧電素子から被検体内に超音波 の送信と受信を行う。このような遅延時間を与えることで、超音波ビームが収束または 拡散され、広い視野幅または高分解能の超音波画像を得ることができる。この構成は 、一般的なシステムとして既に知られている。近年、基本周波数に対して 2次または 3 次の高調波周波数成分を利用して超音波診断装置の診断画像の分解能を高める 方式が用いられて 、るために、超音波探触子の高感度化と周波数の広帯域化が極 めて重要である。周波数の広帯域ィ匕の一方法として、特許文献 1に示すような圧電素 子として、圧電セラミックスと高分子を複合した複合圧電体を用いる方法がある。また 、高感度化の一方法として、シリコーンゴムなどの音響レンズの減衰を低減する方法 があり、この方法として、特許文献 1に示すように、圧電素子を凹面の形状にして、そ の凹面部に減衰の小さいポリウレタンポリマーなどを設ける方法がある。
[0009] し力しながら、このような従来の構成においては、配列された圧電素子 11の電極か ら引き出している電気端子 15が圧電素子 11の電極の一部とのみ接続されているた め、圧電素子 11が機械的な衝撃で割れたりすると、電気端子 15との接続が断線す る場合があり、信頼性（品質）に課題がある。また、上記従来の構成においては、圧電 セラミックスと高分子の複合圧電体および 2層の音響整合層を設けてそれぞれ凹面 形状にした構成を採るため、使用可能な材料が柔軟な材料に限定され、周波数の広 帯域ィ匕が制限されてくる。なお、この構成においてさらに広帯域ィ匕を図る場合には、 複合圧電体にぉ 、て圧電セラミックスの占める割合を少なくして音響インピーダンス を下げる方法も考えられるが、この場合、複合圧電体の誘電率が小さくなり、結果とし て電気インピーダンスが大きくなるため、感度が低下するという課題が出てくる。
[0010] 本発明は、品質が高ぐ高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の 超音波画像を得ることができる超音波探触子を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する 両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少 なくとも 2層以上の音響整合層と、前記圧電素子および前記 2層以上の音響整合層 のうち少なくとも前記圧電素子上の第 1の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧 電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第 1の溝 と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第 1の音響整合層、前記圧電素子およ び前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第 2の溝と、を有 し、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長 さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
[0012] 本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する 両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少 なくとも 2層以上の音響整合層と、前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素 子および前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第 1の音響 整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する 長さ方向に分割する複数の第 1の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面 上に設けられた信号用導体と、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用 導体を支持する背面負荷材と、前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第 1 の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列 方向に分離する複数の第 2の溝と、を有し、前記音響整合層、前記圧電素子および 前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成 を採る。
[0013] 本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する 両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第 1 の音響整合層と、前記第 1の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用 導体上に設けられた第 2の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第 1の 音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交 する長さ方向に分割する複数の第 1の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側 の面上に設けられた信号用導体と、前記 2層の音響整合層、前記接地用導体、前記 圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記 2層の音響整合層 のうち少なくとも前記第 1の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前 記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第 2の溝と、を有し、 前記 2層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は 、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
[0014] 本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する 両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第 1 の音響整合層と、前記第 1の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用 導体上に設けられた第 2の音響整合層と、前記第 2の音響整合層上に設けられた第 3の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第 1の音響整合層に設けられ 、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割す る複数の第 1の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号 用導体と、前記 3層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信 号用導体を支持する背面負荷材と、前記 3層の音響整合層のうち少なくとも前記第 1 の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧 電素子の配列方向に分離する複数の第 2の溝と、を有し、前記 3層の音響整合層、 前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方 向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
発明の効果
[0015] 本発明によれば、品質を向上することができ、高感度でかつ広帯域の特性を得るこ とができ、高分解能の超音波画像を得ることができる。
[0016] すなわち、圧電素子および第 1の音響整合層に対して圧電素子の配列方向 (X方 向）と直交する長さ方向 (Y方向）に複数の溝を設けるとともに、圧電素子の厚さ方向 (Z方向)背面に信号用導体を設けて、音響整合層、圧電素子および信号用導体を Y方向に曲面形状に形成するため、高信頼性、高感度化、広帯域化および高分解 會を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]従来の超音波探触子の構成の一例を示す概略斜視図
[図 2A]本発明の実施の形態 1に係る超音波探触子の部分概略斜視図
[図 2B]図 2Aに示す超音波探触子を X方向力 見た概略断面図
[図 3A]本発明の実施の形態 2に係る超音波探触子の部分概略斜視図
[図 3B]図 3Aに示す超音波探触子を X方向力 見た概略断面図
[図 4A]本発明の実施の形態 3に係る超音波探触子の部分概略斜視図
[図 4B]図 4Aに示す超音波探触子を X方向力 見た概略断面図
[図 5]実施の形態 3における第 3の音響整合層材料の音速と指向性角度との関係を 示す図
[図 6A]本発明の実施の形態 4に係る超音波探触子の部分概略斜視図
[図 6B]図 6Aに示す超音波探触子を X方向力 見た概略断面図
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[0019] (実施の形態 1)
図 2Aは、本発明の実施の形態 1に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。 図 2Bは、図 2Aに示す超音波探触子を X方向力も見た概略断面図である。
[0020] 図 2Aおよび図 2Bに示す超音波探触子 100は、一方向（X方向）に配列された複 数の圧電素子 110と、各圧電素子 110に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方 向（Z方向）前面に配置された 2層の音響整合層 120 (121、 122)と、必要に応じて 圧電素子 110に対して音響整合層 120 (121、 122)側とは反対側となる厚さ方向（Z 方向)背面（同図の下方）に配置された背面負荷材 140と、必要に応じて音響整合層 120 (121、 122)上に配置された伝搬媒体 130とから構成されている。これら各構成 要素のそれぞれの機能は、図 1に示す従来技術で説明したものと同様である。
[0021] 圧電素子 110の厚さ方向（Z方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には 信号用電極 (図示せず)がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしく はスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子 110の前面および背面 にそれぞれ形成される。
[0022] 以下、超音波探触子 100の構成について、さらに詳細に説明する。
[0023] 圧電素子 110は、 PZT系のような圧電セラミックスや、 PZN- PT、 ΡΜΝ- ΡΤ系のよ うな圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第 1の音響整合層 121および第 2の 音響整合層 122は、このような材料の圧電素子 110に設けられた接地電極（図示せ ず)側に設けられる。圧電素子 110および第 1の音響整合層 121には、圧電素子 11 0の、第 1の音響整合層 121を設けた側とは反対側の面から、 X方向に沿って、本発 明の第 1の溝としての溝 160が複数個設けられる。この溝 160は、例えば、ダイシング マシンなどの装置を用いて設けられる。この溝 160は、圧電素子 110の Ζ方向の両面 (前面と背面)を貫通して圧電素子 110を完全に分割しているが、第 1の音響整合層 121については Ζ方向の両面のうち一方の面のみ貫通している。すなわち、溝 160は 、第 1の音響整合層 121については、圧電素子 110側の面から、圧電素子 110側と は反対側に位置する部分の一部を残すように設けられる。
[0024] ここで、第 1の音響整合層 121の一部を残す理由は、分割された圧電素子 110の 接地電極からの電気端子（図示せず)の取り出しを Υ方向の一端でのみ行うためであ る。この理由により、第 1の音響整合層 121は、電気的な導体であることが必要になる 。したがって、第 1の音響整合層 121は、例えば、グラフアイトや、高分子に金属の粉 体を充填して導体 (例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん 、第 1の音響整合層 121は、音響インピーダンスの値が、圧電素子 110と被検体 (生 体)の間の値を有することが必要である。
[0025] また、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121に設ける溝 160の間隔は、等間 隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子 110の材料、例えば、 PZT系の圧 電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発 生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モ ードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭ぐつ まり溝 160の間隔は狭くしておくことが必要である。
[0026] また、 PZT系の圧電セラミックスを用いて圧電素子 110を形成し、この圧電素子 11 0に溝 160を設け、この溝 160にエポキシ榭脂ゃウレタン榭脂などの高分子材料を充 填することにより、圧電素子 110は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧 電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子 110は、溝 160の部分に 音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを 圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づける ことができる。これにより、周波数の広帯域ィ匕が可能となる。この複合圧電体は、圧電 セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変え ることがでさる。
[0027] 一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率 よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体とし ての誘電率は小さくなつて、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続す る超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響して くる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は 50〜75 %の範囲が用いられる。
[0028] また、第 1の音響整合層 121も、圧電素子 110と同様に、溝 160を設け、この溝 160 に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化 (低下） する。このため、この低下分を考慮して第 1の音響整合層 121の材料を選択する必要 がある。
[0029] 分割された圧電素子 110および第 1の音響整合層 121の溝 160に高分子材料 (例 えば、エポキシ榭脂)を充填する際には、信号用の電気端子 (以下「信号用導体」と いう） 150を、曲面形状に形成された背面負荷材 140に押圧しながら、圧電素子 110 、第 1の音響整合層 121および第 2の音響整合層 122も含めて曲面形状に形成する
[0030] なお、本実施の形態では、図 2Aおよび図 2Bに示すように、背面負荷材 140、圧電 素子 110、第 1の音響整合層 121および第 2の音響整合層 122を被検体側に対して 凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成して 、るが、曲面形状は これに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。
[0031] ここで、圧電セラミックスの圧電素子 110や、グラフアイトまたはグラフアイトなどに金 属の粉体を充填した材料の第 1の音響整合層 121は、元来曲面形成可能な柔軟性 がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく 必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝 160を設けることによって 曲面形成可能な構成にしたのが本実施の形態の一つのポイントである。また、第 2の 音響整合層 122には、エポキシ榭脂ゃポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有 する高分子フィルムを用いるとよ 、。
[0032] また、信号用導体 150は、圧電素子 110を設ける領域をパターユングしない全面導 体で構成し、圧電素子 110の Y方向の両側に引き出した部分のみをパターユングし た構成にするとよい。また、信号用導体 150は、銅のような金属材料を用い、厚さは 1 0マイクロメートル ( μ m)前後でよ!、。また、銅などの金属導体単体では取り扱 、で強 度的に弱い場合には、 10〜25マイクロメートル（ m)程度の厚さのポリイミドフィルム を設けた構成にしてもよい。このような信号用導体 150は、柔軟性があるため、溝 16 0を設けて分割した圧電素子 110の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着 して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体 150を用いることに より、圧電素子 110が割れても、信号用導体 150は柔軟性があるため断線することが なぐ信頼性 (品質)が高くなる。これは、特許文献 1に示すように電気端子を圧電素 子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部力 の機械的な衝撃により圧電 素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成で ある。
[0033] 曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能であ る。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図 2Aおよび図 2Bの Y方向に対して曲率半径を徐々に変化させた曲面にしてもよ!、。
[0034] 音響整合層 120 (第 1の音響整合層 121、第 2の音響整合層 122)、圧電素子 110 および信号用導体 150は、本発明の第 2の溝としての複数の分割溝 180によって複 数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形 成された背面負荷材 140に、信号用導体 150、圧電素子 110、第 1の音響整合層 1 21および第 2の音響整合層 122を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、 X方 向 (Y方向と直交する方向）に、信号用導体 150のパターンに沿って、第 2の音響整 合層 122、第 1の音響整合層 121、圧電素子 110、信号用導体 150および背面負荷 材 140の一部を上記複数の分割溝 180によって複数個の圧電素子列に分割する。 この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝 180には、溝 160に充填したェポ キシ榭脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。
[0035] 溝 160に充填する材料については、 Y方向に配列された複数の圧電体 (溝 160に よって分割された圧電素子 110の各部分）は一体に同位相で振動させるため、 Y方 向のそれぞれの圧電体は振動が溝 160に充填したエポキシ榭脂などの充填材を介 して漏れても問題ないため、溝 160の充填材は硬度的には高くてもよい。しかし、 X 方向に分割した複数個の圧電素子 110列については、各圧電素子 110に信号用導 体 150を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御 して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子 110間における超音波振動の 漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体 150、圧電素子 110 、第 1の音響整合層 121および第 2の音響整合層 122を X方向に分割する分割溝 18 0の充填材は、圧電素子 110を Y方向に分割する溝 160の充填材よりも硬度が低くて 振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。
[0036] また、圧電素子 110 (より厳密には個々の圧電体）は、図 2Aおよび図 2Bの X方向と Y方向にそれぞれ分割されて柱状になっている力 これら両方向の分割間隔はほぼ 同じにするとよい。前述したように、圧電素子 110の圧電セラミックスは、不要な幅振 動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する 幅にすると、使用する周波数特性に悪影響 (例えば、周波数帯域が狭くなる)を及ぼ すために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要で ある。これは X方向でも同じである。したがって、 Y方向と同じように圧電素子 110の X 方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減する ことができる。
[0037] 最後に、必要に応じて第 2の音響整合層 122上に伝搬媒体 130が設けられる。伝 搬媒体 130としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係 数が小さいウレタン榭脂ゃブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、 伝搬媒体 130の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するた め、この屈折も考慮して、第 2の音響整合層 122の曲面形状を考慮して超音波の焦 点距離を設定することが必要になる。
[0038] このように、本実施の形態によれば、溝 160を設けこれを利用して圧電素子 110お よび第 1の音響整合層 121を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束 可能な構成にするとともに、圧電素子 110の信号用電極面に信号用導体 150を設け た構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の周波数特性が得られ、し力も 信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得 ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向 することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子 を得ることができる。
[0039] なお、本実施の形態では、圧電素子 110を X方向にリニアに（平面的に)配列した 場合について説明したが、 X方向の配列の形状はこれに限定されない。例えば、圧 電素子を X方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効 果が得られる。
[0040] また、本実施の形態では、第 1の音響整合層 121が導体の材料を用いた場合につ いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1の音響整合層を絶縁 体と導体の複合体で構成し、第 1の音響整合層が Y方向に第 1の溝 (溝 160)により 分割されても、分割された各部分力 ¾方向に電気的に導通可能となるように第 1の音 響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
[0041] また、本実施の形態では、圧電素子 110および音響整合層 120を Y方向に被検体 側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれ に限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層を Y方向に被検体側に対して 凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有 する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした 場合であっても同様の効果が得られる。
[0042] また、本実施の形態では、圧電素子 110および音響整合層 120が Y方向にほぼ均 一の厚さを有する場合について説明した力 本発明はこれに限定されない。例えば、 Y方向に圧電素子および音響整合層の厚さを変化させた場合であっても同様の効 果が得られる。
[0043] (実施の形態 2)
実施の形態 2は、実施の形態 1における接地用の電気端子（図示せず）に代えて、 第 1の音響整合層上に接地用導体を設ける場合である。
[0044] 図 3Aは、本発明の実施の形態 2に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。
図 3Bは、図 3Aに示す超音波探触子を X方向力も見た概略断面図である。なお、こ の超音波探触子は、図 2Aおよび図 2Bに示す実施の形態 1に対応する超音波探触 子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
[0045] 図 3Aおよび図 3Bに示す超音波探触子 200は、一方向（X方向）に配列された複 数の圧電素子 110と、各圧電素子 110に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方 向（Z方向）前面に配置された 2層の音響整合層 120a (121a、 122)と、この 2層の音 響整合層 120a (121a、 122)の間に配置された接地導体 210と、必要に応じて圧電 素子 110に対して音響整合層 120a ( 121 a、 122)側とは反対側となる厚さ方向（Z方 向)背面（同図の下方）に配置された背面負荷材 140と、必要に応じて音響整合層 1 20a (121a、 122)上に配置された伝搬媒体 130とから構成されている。これら各構 成要素 (接地導体 210を除く）のそれぞれの機能は、図 1に示す従来技術で説明した ものと同様である。
[0046] 圧電素子 110の厚さ方向（Z方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には 信号用電極 (図示せず)がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしく はスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子 110の前面および背面 にそれぞれ形成される。
[0047] 以下、超音波探触子 200の構成について、さらに詳細に説明する。
[0048] 圧電素子 110は、 PZT系のような圧電セラミックスや、 PZN— PT、 ΡΜΝ— ΡΤ系の ような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第 1の音響整合層 121a、接地導 体 210および第 2の音響整合層 122は、このような材料の圧電素子 110に設けられ た接地電極 (図示せず)側に設けられる。圧電素子 110および第 1の音響整合層 12 laには、 X方向に沿って、本発明の第 1の溝としての溝 160が複数個設けられる。溝 160は、例えば、ダイシンダマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態で は、この溝 160は、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121aの Z方向の両面を貫 通して圧電素子 110および第 1の音響整合層 121 aをそれぞれ完全に分割して 、る 。したがって、溝 160を設ける方向は、圧電素子 110の、第 1の音響整合層 121aを 設けた側とは反対側の面カゝらでも、第 1の音響整合層 121aの、圧電素子 110を設け た側とは反対側の面力もでも、どちらの面側力も設けてもよい。すなわち、溝 160を設 ける方向は、圧電素子 110側力もではなくとも第 1の音響整合層 121a側からでも本 構成は成立するため、どちらの側力も設けてもよい。
[0049] なお、本実施の形態では、溝 160は、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121a を完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態 1と同 様に、第 1の音響整合層 121aには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この 場合、溝 160は、圧電素子 110側力も設けられる。
[0050] また、本構成では、接地導体 210を用いて、分割された圧電素子 110の接地電極 力もの電気端子の取り出しを行う。このため、第 1の音響整合層 121aは、電気的な導 体であることが必要になる。したがって、第 1の音響整合層 121aは、例えば、グラファ イトや、高分子に金属の粉体を充填して導体 (例えば、導電性接着剤など）にした材 料を用いるとよい。もちろん、第 1の音響整合層 121aは、音響インピーダンスの値が 、圧電素子 110と被検体 (生体)の間の値を有することが必要である。
[0051] また、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121aに設ける溝 160の間隔は、等間 隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子 110の材料、例えば、 PZT系の圧 電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発 生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モ ードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭ぐつ まり溝 160の間隔は狭くしておくことが必要である。
[0052] また、 PZT系の圧電セラミックスを用いて圧電素子 110を形成し、この圧電素子 11 0に溝 160を設け、この溝 160にエポキシ榭脂ゃウレタン榭脂などの高分子材料を充 填することにより、圧電素子 110は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧 電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子 110は、溝 160の部分に 音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを 圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づける ことができる。これにより、周波数の広帯域ィ匕が可能となる。この複合圧電体は、圧電 セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変え ることがでさる。
[0053] 一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率 よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体とし ての誘電率は小さくなつて、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続す る超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響して くる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は 50〜75 %の範囲が用いられる。
[0054] また、第 1の音響整合層 121aも、圧電素子 110と同様に、溝 160を設け、この溝 16 0に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化 (低下 )する。このため、この低下分を考慮して第 1の音響整合層 121aの材料を選択する 必要がある。
[0055] 上記のように、本実施の形態では、圧電素子 110の接地電極および導体である第 1の音響整合層 121aを介して接地導体 210から電気端子を取り出す構成にしている ため、第 1の音響整合層 121aは、圧電素子 110と同様に完全に分割してもよいし、 一部を残して分割してもよ 、。
[0056] 接地導体 210は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強 のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成 であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体 210の金属の導体 (金属フィルム )側の面が第1の音響整合層121&と接するょぅにすることが必要でぁることは当然で ある。接地導体 210は、圧電素子 110の接地電極（図示せず)および導体である第 1 の音響整合層 121aに電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本 実施の形態では、接地導体 210は、すべての圧電素子 110の接地電極 (導体）に電 気的に接続される。
[0057] なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第 2の音 響整合層 122を兼ねた構成であってもよ 、。
[0058] 分割された圧電素子 110および第 1の音響整合層 121 aの溝 160に高分子材料 ( 例えば、エポキシ榭脂）を充填する際には、信号用導体 150を、曲面形状に形成さ れた背面負荷材 140に押圧しながら、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地 導体 210および第 2の音響整合層 122も含めて曲面形状に形成する。
[0059] なお、本実施の形態では、図 3Aおよび図 3Bに示すように、背面負荷材 140、圧電 素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地導体 210および第 2の音響整合層 122を 被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成してい るが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状 にしてもよい。
[0060] ここで、圧電セラミックスの圧電素子 110や、グラフアイトまたはグラフアイトなどに金 属の粉体を充填した材料の第 1の音響整合層 121aは、元来曲面形成可能な柔軟性 がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく 必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態では、溝 160を 設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第 2の音響整合層 122に は、エポキシ榭脂ゃポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルム を用いるとよい。
[0061] また、信号用導体 150は、実施の形態 1と同様に形成される。信号用導体 150は、 銅のような金属材料を用い、厚さは 10マイクロメートル（ m)前後でよい。また、銅な どの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、 10〜25マイクロメートル m)程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用 導体 150は、十分に柔軟性があるため、溝 160を設けて分割した圧電素子 110の信 号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。 また、このような信号用導体 150および上記の接地導体 210を用いることにより、圧電 素子 110が割れても、信号用導体 150および接地導体 210は柔軟性があるため断 線することがなぐ信頼性（品質)が高くなる。これは、参考文献 1に示すように電気端 子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部力 の機械的な衝 撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することが できる構成である。
[0062] 曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能であ る。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図 3Aおよび図 3Bの Y方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面に してちよい。
[0063] 音響整合層 120a (第 1の音響整合層 121a、第 2の音響整合層 122)、接地導体 2 10、圧電素子 110および信号用導体 150は、本発明の第 2の溝としての複数の分割 溝 180によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態で は、曲面形状に形成された背面負荷材 140に、信号用導体 150、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地導体 210および第 2の音響整合層 122を押圧して、これ らを曲面形状に形成した後、 X方向（Y方向に直交する方向）に、信号用導体 150の パターンに沿って、第 2の音響整合層 122、接地導体 210、第 1の音響整合層 121a 、圧電素子 110、信号用導体 150および背面負荷材 140の一部を上記複数の分割 溝 180によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である 。複数の分割溝 180には、溝 160に充填したエポキシ榭脂のような材料よりも硬度が 低 、シリコーンゴムのような材料を充填する。
[0064] 溝 160に充填する材料については、 Y方向に配列された複数の圧電体 (溝 160に よって分割された圧電素子 110の各部分）は一体に同位相で振動させるため、 Y方 向のそれぞれの圧電体は振動が溝 160に充填したエポキシ榭脂などの充填材を介 して漏れても問題ないため、溝 160の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし 、 X方向に分割した複数個の圧電素子 110列については、各圧電素子 110に信号 用導体 150および接地導体 210を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をか けて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子 110 間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号 用導体 150、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地導体 210および第 2の音 響整合層 122を X方向に分割する分割溝 180の充填材は、圧電素子 110および第 1 の音響整合層 121aを Y方向に分割する溝 160の充填材よりも硬度が低くて振動が 伝達しにく 、材料にすることが必要である。
[0065] また、圧電素子 110 (より厳密には個々の圧電体）は、図 3Aおよび図 3Bの X方向と Y方向にそれぞれ分割されて柱状になっている力 これら両方向の分割間隔はほぼ 同じにするとよい。前述したように、圧電素子 110の圧電セラミックスは、不要な幅振 動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する 幅にすると、使用する周波数特性に悪影響 (例えば、周波数帯域が狭くなる)を及ぼ すために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要で ある。これは X方向でも同じである。したがって、 Y方向と同じように圧電素子 110の X 方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減する ことができる。
[0066] 最後に、必要に応じて第 2の音響整合層 122上に伝搬媒体 130が設けられる。伝 搬媒体 130としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係 数が小さいウレタン榭脂ゃブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、 伝搬媒体 130の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するた め、この屈折も考慮して、第 2の音響整合層 122の曲面形状を考慮して超音波の焦 点距離を設定することが必要になる。
[0067] このように、本実施の形態によれば、溝 160を設けこれを利用して圧電素子 110お よび第 1の音響整合層 121aを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収 束可能な構成にするとともに、圧電素子 110の信号用電極面に信号用導体 150を設 け、第 1の音響整合層 121aの圧電素子 110側と反対側の面上に接地導体 210を設 けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性 が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることが できる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向すること ができるため、高感度で分解能の高 ヽ超音波画像を提供する超音波探触子を得るこ とがでさる。
[0068] なお、本実施の形態では、圧電素子 110を X方向にリニアに（平面的に)配列した 場合について説明したが、 X方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電 素子を X方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果 が得られる。
[0069] また、本実施の形態では、第 1の音響整合層 121aが導体の材料を用いた場合に ついて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1の音響整合層を絶 縁体と導体の複合体で構成し、第 1の音響整合層が Y方向に第 1の溝 (溝 160)によ り分割されても、分割された各部分力 ¾方向に電気的に導通可能となるように第 1の 音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
[0070] また、本実施の形態では、圧電素子 110および音響整合層 120aを Y方向に被検 体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこ れに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層を Y方向に被検体側に対し て凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を 有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にし た場合であっても同様の効果が得られる。
[0071] また、本実施の形態では、接地導体 210を導体である第 1の音響整合層 121a上に 設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1および 第 2の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第 2の音響整合層上に設けた場 合であっても同様の効果が得られる。
[0072] (実施の形態 3)
実施の形態 3は、実施の形態 2における 2層の音響整合層 120aに代えて、 3層の 音響整合層を設ける場合である。
[0073] 図 4Aは、本発明の実施の形態 3に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。
図 4Bは、図 4Aに示す超音波探触子を X方向力も見た概略断面図である。なお、こ の超音波探触子は、図 3Aおよび図 3Bに示す実施の形態 2に対応する超音波探触 子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
[0074] 図 4Aおよび図 4Bに示す超音波探触子 300は、一方向（X方向）に配列された複 数の圧電素子 110と、各圧電素子 110に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方 向（Z方向）前面に配置された 3層の音響整合層 310 (121a、 122、 311)と、この 3層 の音響整合層 310 (121a、 122、 311)の間に配置された接地導体 210と、必要に 応じて圧電素子 110に対して音響整合層 310 (121a、 122、 311)側とは反対側とな る厚さ方向 (Z方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材 140と、必要に応じ て音響整合層 310 (121a、 122、 311)上に配置された伝搬媒体 130とから構成され ている。ここでは、接地導体 210は、第 1の音響整合層 121aと第 2の音響整合層 12 2の間に配置されている。これら各構成要素 (接地導体 210を除く）のそれぞれの機 能は、図 1に示す従来技術で説明したものと同様である。
[0075] 圧電素子 110の厚さ方向（Z方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には 信号用電極 (図示せず)がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしく はスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子 110の前面および背面 にそれぞれ形成される。
[0076] 以下、超音波探触子 300の構成について、さらに詳細に説明する。
[0077] 圧電素子 300は、 PZT系のような圧電セラミックスや、 PZN- PT、 ΡΜΝ- ΡΤ系のよ うな圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第 1の音響整合層 121a、接地導体 210、第 2の音響整合層 122および第 3の音響整合層 311は、このような材料の圧電 素子 110に設けられた接地電極 (図示せず)側に設けられる。圧電素子 110および 第 1の音響整合層 121aには、 X方向に沿って、本発明の第 1の溝としての溝 160が 複数個設けられる。溝 160は、例えば、ダイシンダマシンなどの装置を用いて設けら れる。本実施の形態では、この溝 160は、圧電素子 110および第 1の音響整合層 12 1 aの Z方向の両面を貫通して圧電素子 110および第 1の音響整合層 121 aをそれぞ れ完全に分割している。したがって、溝 160を設ける方向は、圧電素子 110の、第 1 の音響整合層 121aを設けた側とは反対側の面力もでも、第 1の音響整合層 121aの 、圧電素子 110を設けた側とは反対側の面力 でも、どちらの面側から設けてもよい 。すなわち、溝 160を設ける方向は、圧電素子 110側力もではなくとも第 1の音響整 合層 12 la側カゝらでも本構成は成立するため、どちらの側カゝら設けてもよい。
[0078] なお、本実施の形態でも、溝 160は、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121a を完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態 1と同 様に、第 1の音響整合層 121aには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この 場合、溝 160は、圧電素子 110側力も設けられる。
[0079] また、本構成では、接地導体 210を用いて、分割された圧電素子 110の接地電極 力もの電気端子の取り出しを行う。このため、第 1の音響整合層 121aは、電気的な導 体であることが必要になる。したがって、第 1の音響整合層 121aは、例えば、グラファ イトや、高分子に金属の粉体を充填して導体 (例えば、導電性接着剤など）にした材 料を用いるとよい。もちろん、第 1の音響整合層 121aは、音響インピーダンスの値が 、圧電素子 110と被検体 (生体)の間の値を有することが必要である。
[0080] また、圧電素子 110および第 1の音響整合層 121aに設ける溝 160の間隔は、等間 隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子 110の材料、例えば、 PZT系の圧 電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発 生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モ ードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭ぐつ まり溝 160の間隔は狭くしておくことが必要である。
[0081] また、 PZT系の圧電セラミックスを用いて圧電素子 110を形成し、この圧電素子 11 0に溝 160を設け、この溝 160にエポキシ榭脂ゃウレタン榭脂などの高分子材料を充 填することにより、圧電素子 110は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧 電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子 110は、溝 160の部分に 音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを 圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づける ことができる。これにより、周波数の広帯域ィ匕が可能となる。この複合圧電体は、圧電 セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変え ることがでさる。
[0082] 一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率 よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体とし ての誘電率は小さくなつて、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続す る超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響して くる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は 50〜75 %の範囲が用いられる。
[0083] また、第 1の音響整合層 121aも、圧電素子 110と同様に、溝 160を設け、この溝 16 0に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化 (低下 )する。このため、この低下分を考慮して第 1の音響整合層 121aの材料を選択する 必要がある。
[0084] 上記のように、本実施の形態では、圧電素子 110の接地電極および導体である第 1の音響整合層 121aを介して接地導体 210から電気端子を取り出す構成にしている ため、第 1の音響整合層 121aは、圧電素子 110と同様に完全に分割してもよいし、 一部を残して分割してもよ 、。
[0085] 接地導体 210は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強 のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成 であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体 210の金属の導体 (金属フィルム )側の面が第1の音響整合層121&と接するょぅにすることが必要でぁることは当然で ある。接地導体 210は、実施の形態 2と同様に、圧電素子 110の接地電極（図示せ ず)および導体である第 1の音響整合層 121aに電気的に接続され、電気端子として の機能を有する。なお、本実施の形態でも、接地導体 210は、すべての圧電素子 11 0の接地電極 (導体）に電気的に接続される。
[0086] なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第 2の音 響整合層 122を兼ねた構成であってもよ 、。
[0087] 分割された圧電素子 110および第 1の音響整合層 121 aの溝 160に高分子材料 ( 例えば、エポキシ榭脂）を充填する際には、信号用導体 150を、曲面形状に形成さ れた背面負荷材 140に押圧しながら、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地 導体 210、第 2の音響整合層 122および第 3の音響整合層 311も含めて曲面形状に 形成する。
[0088] なお、本実施の形態では、図 4Aおよび図 4Bに示すように、背面負荷材 140、圧電 素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地導体 210、第 2の音響整合層 122および第 3の音響整合層 311を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束 させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡 散させるような凸面形状にしてもょ 、。
[0089] ここで、圧電セラミックスの圧電素子 110や、グラフアイトまたはグラフアイトなどに金 属の粉体を充填した材料の第 1の音響整合層 121aは、元来曲面形成可能な柔軟性 がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく 必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態でも、溝 160を 設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第 2の音響整合層 122に は、金属や酸ィ匕物などの粉体を充填したエポキシ榭脂などの曲面形成可能な柔軟 性を有する高分子フィルムを用いるとよ 、。
[0090] また、信号用導体 150は、実施の形態 1と同様に形成される。信号用導体 150は、 銅のような金属材料を用い、厚さは 10マイクロメートル（ m)前後でよい。また、銅な どの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、 10〜25マイクロメートル m)程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用 導体 150は、十分に柔軟性があるため、溝 160を設けて分割した圧電素子 110の信 号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。 また、このような信号用導体 150および上記の接地導体 210を用いることにより、圧電 素子 110が割れても、信号用導体 150および接地導体 210は柔軟性があるため断 線することがなぐ信頼性（品質)が高くなる。これは、参考文献 1に示すように電気端 子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部力 の機械的な衝 撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することが できる構成である。
[0091] 曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能であ る。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図 4Aおよび図 4Bの Y方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面に してちよい。
[0092] 第 2の音響整合層 122、第 1の音響整合層 121a、接地導体 210、圧電素子 110お よび信号用導体 150は、本発明の第 2の溝としての複数の分割溝 180によって複数 個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成 された背面負荷材 140に、信号用導体 150、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121 a、接地導体 210および第 2の音響整合層 122を押圧して、これらを曲面形状に形成 した後、 X方向（Y方向に直交する方向）に、信号用導体 150のパターンに沿って、 第 2の音響整合層 122、接地導体 210、第 1の音響整合層 121a、圧電素子 110、信 号用導体 150および背面負荷材 140の一部を上記複数の分割溝 180によって複数 個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝 18 0には、溝 160に充填したエポキシ榭脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴム のような材料を充填する。
[0093] 溝 160に充填する材料については、 Y方向に配列された複数の圧電体 (溝 160に よって分割された圧電素子 110の各部分）は一体に同位相で振動させるため、 Y方 向のそれぞれの圧電体は振動が溝 160に充填したエポキシ榭脂などの充填材を介 して漏れても問題ないため、溝 160の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし 、 _X方向に分割した複数個の圧電素子 110列については、各圧電素子 110に信号 用導体 150および接地導体 170を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をか けて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子 110 間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号 用導体 150、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121a、接地導体 170および第 2の音 響整合層 122を X方向に分割する分割溝 180の充填材は、圧電素子 110および第 1 の音響整合層 121aを Y方向に分割する溝 160の充填材よりも硬度が低くて振動が 伝達しにく 、材料にすることが必要である。
[0094] また、圧電素子 110 (より厳密には個々の圧電体）は、図 4Aおよび図 4Bの X方向と Y方向にそれぞれ分割されて柱状になっている力 これら両方向の分割間隔はほぼ 同じにするとよい。前述したように、圧電素子 110の圧電セラミックスは、不要な幅振 動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する 幅にすると、使用する周波数特性に悪影響 (例えば、周波数帯域が狭くなる)を及ぼ すために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要で ある。これは X方向でも同じである。したがって、 Y方向と同じように圧電素子 110の X 方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減する ことができる。
[0095] さらに、本実施の形態では、第 2の音響整合層 122上に第 3の音響整合層 311が 設けられる。図 4Aおよび図 4Bに示すように、第 3の音響整合層 311は、 X方向に分 割された第 2の音響整合層 122上に、どの方向にも分割しないで一面に設けられる。
[0096] しかし、 X方向の個々の圧電素子 110を単独で振動させて隣接する圧電素子 110 に超音波振動が漏れないようにするためには、第 3の音響整合層 311も、第 1および 第 2の音響整合層 121a、 122と同様に分割するほうがよい。一つの圧電素子 110が 単独で超音波振動して被検体側に超音波を放射しているかどうかを評価する方法と しては、 X方向において圧電素子 110から各音響整合層 121a、 122、 311を介して 超音波が被検体側に放射される指向性の度合いを測定する方法がある。指向性が 広いほど、横に超音波の漏れが少なぐ圧電素子 110は単独で振動しているというこ とになり、良好であるということになり、また、その逆で指向性が狭いということは、あま り良くないという結果となる。
[0097] 一般に、一方向（X方向）に複数の圧電素子 110を配列した 、わゆる電子走査型の 超音波探触子では、配列した圧電素子 110の X方向の指向性をいかに広くできるか が超音波画像の分解能を向上させる重要なポイントである。また、圧電素子 110と同 じょうに、分割する音響整合層の数を少なくすることによって、たとえ狭い間隔 (例え ば、 0.1mm)で分割しても、安定した加工を行うことができ、均一に精度良く超音波 探触子を作成することができる。しカゝも、指向性を狭くすることがない構成にすることも 可能となる。
[0098] 例えば、中心周波数が 3.5MHzの圧電素子 110を、圧電素子 110の X方向の間隔 を 0.38mm (0.19mmの間隔で分割した 2つを電気的に束ねた状態）にして分割した ときの X方向の指向性の角度は、 6dBのレベルで定義すると、第 3の音響整合層 3 11を圧電素子 110と同様に分割した構成の場合、約 23度の指向角となる。なお、圧 電素子 110、第 1の音響整合層 121aおよび第 2の音響整合層 122を分割した分割 溝 180にはシリコーンゴム材を充填した。 [0099] 一方で、上記の圧電素子 110を上記と同様の態様で分割し、かつ、 3層の音響整 合層 310のうち、圧電素子 110側の第 1および第 2の音響整合層 121a、 122につい ては圧電素子 110と同様に分割し、被検体側に位置する第 3の音響整合層 311につ いては何ら分割しない構成の場合において、圧電素子 110の配列方向（X方向）に おける超音波の指向特性を測定した。このとき、被検体側に位置する第 3の音響整 合層 311の材料として、シリコーンゴム（硬さがショァ A硬度で 76、音速 915mZse c、音響インピーダンス 2.1メガレールス）、クロロプレンゴム（硬さがショァ A硬度で 7 0、音速 1630mZsec、音響インピーダンス 2.16メガレールス）、エチレン プロピレ ン共重合ゴム（硬さがショァ A硬度で 65、音速 1480mZsec、音響インピーダンス 1.94メガレールス）、アクリロニトリル一ブタジエン共重合ゴム（硬さがショァ A硬度 で 60、音速 1640mZsec、音響インピーダンス 1.97メガレールス）、およびウレタン ゴム（硬さがショァ A硬度で 78、音速 1850mZsec、音響インピーダンス 1.98メガ レールス)をそれぞれ用いた。この結果、第 3の音響整合層 311の材料によって指向 特性に違いがあることがわ力 た。なお、圧電素子 110、第 1の音響整合層 121aお よび第 2の音響整合層 122を分割した分割溝 180 (このときの分割溝 180の幅は約 0 .03mm)には、第 2の音響整合層 122まで分割した構成と同様に、シリコーンゴムの 材料を充填した。また、上記に挙げた材料のうちウレタンゴム以外の材料としては、音 響インピーダンスを調整するためにアルミナやカーボン、炭酸カルシウムなどのフイラ 一を任意の量だけ充填した材料を用いた。
[0100] 上記した指向特性の違いは、材料の硬さや音響インピーダンスなどとの相関はなく
、これらの項目は、指向特性にはあまり影響していなかった。指向特性に影響してい る、つまり、指向特性と相関があった項目は、第 3の音響整合層 311の材料の音速特 性であり、これは指向特性との間に良好な相関が見られた。 3.5MHzの周波数で 6dBのレベルで測定した指向性角度と、第 3の音響整合層 311の材料の音速との関 係の結果を、図 5に示す。図 5に示すように、指向性角度には音速との良好な相関が 見られ、相関係数は 0.86となっている。このことから、被検体側に位置する第 3の音 響整合層 311を分割しない構成において、指向性を広くするためには、第 3の音響 整合層 311の材料の音速に注目する必要があることがわ力つた。 [0101] 例えば、上記の例で使用した第 3の音響整合層 311の各材料における指向性角度 は、次の通りである。すなわち、シリコーンゴムを用いた場合は 25度、クロロプレンゴ ムを用いた場合は 23.5度、エチレン—プロピレン共重合ゴムを用いた場合は 23.5度 、アクリロニトリル一ブタジエン共重合ゴムを用いた場合は 22.9度、ウレタンゴムを用 いた場合は 20度という結果であった。なお、この測定結果のばらつきは、 ±0.5度程 度あると考えられる。
[0102] このことは、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子 110と同じように分割する ことはしない構成において、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子 110と同じ ように分割した構成と同等またはそれ以上の指向特性を得るためには、音響整合層 の音速を限定すればよぐ音速が 1650mZsecまたはそれ以下の値を有するゴム弹 性体材料を使用すればよいといえる。もちろん、第 3の音響整合層 311はゴム弾性体 であり、十分な柔軟性を有しているため、第 2の音響整合層 122の曲面上にその曲 面形状にならって形成することが可能である。
[0103] 最後に、必要に応じて第 3の音響整合層 311上に伝搬媒体 130が設けられる。伝 搬媒体 130としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係 数が小さいウレタン榭脂ゃブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、 伝搬媒体 130の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するた め、この屈折も考慮して、第 2の音響整合層 122の曲面形状を考慮して超音波の焦 点距離を設定することが必要になる。
[0104] このように、本実施の形態によれば、溝 160を設けこれを利用して圧電素子 110お よび第 1の音響整合層 121aを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収 束可能な構成にするとともに、圧電素子 110の信号用電極面に信号用導体 150を設 け、第 1の音響整合層 121aの圧電素子 110側と反対側の面上に接地導体 210を設 け、さらに音響整合層 310を 3層設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広 帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い 安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ 、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画 像を提供する超音波探触子を得ることができる。 [0105] なお、本実施の形態では、圧電素子 110を X方向にリニアに（平面的に)配列した 場合について説明したが、 X方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電 素子を X方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果 が得られる。
[0106] また、本実施の形態では、第 1の音響整合層 121aが導体の材料を用いた場合に ついて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1の音響整合層を絶 縁体と導体の複合体で構成し、第 1の音響整合層が Y方向に第 1の溝 (溝 160)によ り分割されても、分割された各部分力 ¾方向に電気的に導通可能となるように第 1の 音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
[0107] また、本実施の形態では、圧電素子 110および音響整合層 310を Y方向に被検体 側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれ に限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層を Y方向に被検体側に対して 凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有 する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした 場合であっても同様の効果が得られる。
[0108] また、本実施の形態では、接地導体 210を導体である第 1の音響整合層 121a上に 設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1および 第 2の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第 2の音響整合層上に設け、さ らにその上面に第 3の音響整合層を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
[0109] (実施の形態 4)
実施の形態 4は、実施の形態 2において圧電素子および第 1の音響整合層の厚さ を変化させた場合である。
[0110] 図 6Aは、本発明の実施の形態 4に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。
図 6Bは、図 6Aに示す超音波探触子を X方向力も見た概略断面図である。なお、こ の超音波探触子は、図 3Aおよび図 3Bに示す実施の形態 2に対応する超音波探触 子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
[0111] 図 6Aおよび図 6Bに示す超音波探触子 400は、一方向（X方向）に配列された複 数の圧電素子 410と、各圧電素子 410に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方 向（Z方向）前面に配置された 2層の音響整合層 420 (421、 422)と、この 2層の音響 整合層 420 (421、 422)の間に配置された接地導体 210と、必要に応じて圧電素子 410に対して音響整合層 420 (421、 422)側とは反対側となる厚さ方向（Z方向）背 面（同図の下方）に配置された背面負荷材 430と、必要に応じて音響整合層 420 (4 21、 422)上に配置された伝搬媒体 130とから構成されている。これら各構成要素（ 接地導体 210を除く）のそれぞれの機能は、図 1に示す従来技術で説明したものと同 様である。
[0112] 圧電素子 410の厚さ方向（Z方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には 信号用電極 (図示せず)がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしく はスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより圧電素子 410の前面および背面に それぞれ形成される。
[0113] 以下、超音波探触子 400の構成について、さらに詳細に説明する。
[0114] 本実施の形態では、圧電素子 410は、 PZT系のような圧電セラミックスや、 PZN— PT、 ΡΜΝ— ΡΤ系のような圧電単結晶などの材料を用いて Υ方向に厚さを変化させ て形成される。第 1の音響整合層 421、接地導体 210および第 2の音響整合層 422 は、このような材料を用いて Υ方向に厚さを変化させた圧電素子 410に設けられた接 地電極 (図示せず)側に設けられる。第 1の音響整合層 421および第 2の音響整合層 422は、それぞれ、圧電素子 410と同様に Υ方向に厚さが変化している。
[0115] 圧電素子 410および第 1の音響整合層 421には、 X方向に沿って、本発明の第 1の 溝としての溝 160が複数個設けられる。溝 160は、例えば、ダイシンダマシンなどの 装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝 160は、圧電素子 410および 第 1の音響整合層 421の Ζ方向の両面を貫通して圧電素子 410および第 1の音響整 合層 421をそれぞれ完全に分割している。したがって、溝 160を設ける方向は、圧電 素子 410の、第 1の音響整合層 421を設けた側とは反対側の面力もでも、第 1の音響 整合層 421の、圧電素子 410を設けた側とは反対側の面力もでも、どちらの面側から 設けてもよい。すなわち、溝 160を設ける方向は、圧電素子 410側からではなくとも第 1の音響整合層 421側力もでも本構成は成立するため、どちらの側力も設けてもよい [0116] なお、本実施の形態では、溝 160は、圧電素子 410および第 1の音響整合層 421 を完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態 1と同 様に、第 1の音響整合層 421には、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場 合、溝 160は、圧電素子 410側力も設けられる。
[0117] また、本構成では、接地導体 210を用いて、分割された圧電素子 410の接地電極 力もの電気端子の取り出しを行う。このため、第 1の音響整合層 421は、電気的な導 体であることが必要になる。したがって、第 1の音響整合層 421は、例えば、グラファ イトや、高分子に金属の粉体を充填して導体 (例えば、導電性接着剤など）にした材 料を用いるとよい。もちろん、第 1の音響整合層 421は、音響インピーダンスの値が、 圧電素子 410と被検体 (生体)の間の値を有することが必要である。
[0118] ここで、圧電素子 410の配列方向（X方向）と直交する一方向（Y方向）における圧 電素子 410の厚さは、 Y方向において中心付近では薄く端部に行くに従つて厚くな るように不均一になっている。具体的には、圧電素子 410は、図 6Aおよび図 6Bに示 すように、被検体側の前面が平面形状で、背面負荷材 430側の背面が曲面形状に なっている。圧電素子 410の厚さを不均一にすることにより、超音波ビームの焦点深 度を長くすることができ、かつ、広帯域の周波数特性が得られて分解能を向上するこ とができる。このように圧電素子を Y方向に厚さを不均一する構成は、既に、例えば、 特開平 7-107595号公報などで公知である。すなわち、圧電素子 410の Y方向の中 心付近は、厚さが薄いため、高い周波数成分の超音波が送受信され、両端部に行く に従って厚さが厚くなるため、低い周波数成分の超音波が送受信されることになる。 一方、音響整合層 420 (421、 422)についても、圧電素子 410の厚さに対応する周 波数の変化に対応して、厚さを可変しており、基本の厚さは 4分の 1波長とする。した がって、図 6Aおよび図 6Bに示すように、音響整合層 420 (421、 422)は、中心部の 厚さが最も薄くなり、端部に行くに従って厚くなるため、被検体側に対して凹面の曲 面形状になる。
[0119] このように音響整合層 420 (421、 422)が凹面形状になるということは、当然のこと ながら、凹面形状の曲率半径に基づいて超音波が被検体側に向力つてある距離に 収束されることを意味する。しかしながら、収束する距離が目的とする距離になるとは 限らず、目的とする距離よりも近いところまたは遠いところに収束されるという課題が 発生する。本実施の形態は、この課題を解決することができる構成を有することが特 徴である。
[0120] また、圧電素子 410および第 1の音響整合層 421に設ける溝 160の間隔は、等間 隔でもランダムの間隔でもよい。しカゝし、圧電素子 410の材料、例えば、 PZT系の圧 電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発 生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モ ードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭ぐつ まり溝 160の間隔は狭くしておくことが必要である。
[0121] また、 PZT系の圧電セラミックスを用いて圧電素子 410を形成し、この圧電素子 41 0に溝 160を設け、この溝 160にエポキシ榭脂ゃウレタン榭脂などの高分子材料を充 填することにより、圧電素子 410は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧 電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子 410は、溝 160の部分に 音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを 圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づける ことができる。これにより、周波数のさらなる広帯域ィ匕が可能となる。この複合圧電体 は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの 値を変えることができる。
[0122] 一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率 よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体とし ての誘電率は小さくなつて、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続す る超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響して くる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は 50〜75 %の範囲が用いられる。
[0123] また、第 1の音響整合層 421も、圧電素子 410と同様に、溝 160を設け、この溝 160 に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化 (低下） する。このため、この低下分を考慮して第 1の音響整合層 421の材料を選択する必要 がある。 [0124] 上記のように、本実施の形態では、圧電素子 410の接地電極および導体である第 1の音響整合層 421を介して接地導体 210から電気端子を取り出す構成にしている ため、第 1の音響整合層 421は、圧電素子 410と同様に完全に分割してもよいし、一 部を残して分割してもよい。
[0125] 接地導体 210は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強 のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成 であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体 210の金属の導体 (金属フィルム M則の面が第 1の音響整合層 421と接するようにすることが必要であることは当然であ る。接地導体 210は、圧電素子 410の接地電極（図示せず)および導体である第 1の 音響整合層 421に電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実 施の形態では、接地導体 210は、すべての圧電素子 410の接地電極 (導体）に電気 的に接続される。
[0126] なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第 2の音 響整合層 422を兼ねた構成であってもよ 、。
[0127] 分割された圧電素子 410および第 1の音響整合層 421の溝 160に高分子材料 (例 えば、エポキシ榭脂）を充填する際には、信号用導体 150を、曲面形状に形成された 背面負荷材 140に押圧しながら、圧電素子 410、第 1の音響整合層 421、接地導体 210および第 2の音響整合層 422も含めて曲面形状に形成する。
[0128] ここで、圧電セラミックスの圧電素子 410や、グラフアイトまたはグラフアイトなどに金 属の粉体を充填した材料の第 1の音響整合層 421は、元来曲面形成可能な柔軟性 がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく 必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝 160を設けることによって 曲面形成可能な構成にしている。また、第 2の音響整合層 422には、エポキシ榭脂 やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとょ 、。
[0129] また、信号用導体 150は、実施の形態 1と同様に形成される。信号用導体 150は、 銅のような金属材料を用い、厚さは 10マイクロメートル（ m)前後でよい。また、銅な どの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、 10〜25マイクロメートル m)程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用 導体 150は、十分に柔軟性があるため、溝 160を設けて分割した圧電素子 410の信 号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。 また、このような信号用導体 150および上記の接地導体 210を用いることにより、圧電 素子 410が割れても、信号用導体 150および接地導体 210は柔軟性があるため断 線することがなぐ信頼性（品質)が高くなる。これは、参考文献 1に示すように電気端 子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部力 の機械的な衝 撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することが できる構成である。
[0130] 曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能であ る。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図 6Aおよび図 6Bの Y方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面に してちよい。
[0131] 音響整合層 420 (第 1の音響整合層 421、第 2の音響整合層 422)、接地導体 210 、圧電素子 410および信号用導体 150は、本発明の第 2の溝としての複数の分割溝 180によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、曲面形状に形成さ れた背面負荷材 430に、信号用導体 150、圧電素子 410、第 1の音響整合層 421、 接地導体 210および第 2の音響整合層 422を押圧して、これらを曲面形状に形成し た後、 X方向（Y方向に直交する方向）に、信号用導体 150のパターンに沿って、第 2 の音響整合層 422、接地導体 210、第 1の音響整合層 421、圧電素子 410、信号用 導体 150および背面負荷材 430の一部を上記複数の分割溝 180によって複数個の 圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝 180に は、溝 160に充填したエポキシ榭脂のような材料よりも硬度が低 、シリコーンゴムのよ うな材料を充填する。
[0132] 溝 160に充填する材料については、 Y方向に配列された複数の圧電体 (溝 160に よって分割された圧電素子 410の各部分）は一体に同位相で振動させるため、 Y方 向のそれぞれの圧電体は振動が溝 160に充填したエポキシ榭脂などの充填材を介 して漏れても問題ないため、溝 160の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし 、 X方向に分割した複数個の圧電素子 410列については、各圧電素子 410に信号 用導体 150および接地導体 210を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をか けて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子 410 間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号 用導体 150、圧電素子 410、第 1の音響整合層 421、接地導体 210および第 2の音 響整合層 422を X方向に分割する分割溝 180の充填材は、圧電素子 410および第 1 の音響整合層 421を Y方向に分割する溝 160の充填材よりも硬度が低くて振動が伝 達しにく!、材料にすることが必要である。
[0133] 最後に、必要に応じて第 2の音響整合層 422上に伝搬媒体 130が設けられる。伝 搬媒体 130としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係 数が小さいウレタン榭脂ゃブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、 伝搬媒体 130の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するた め、この屈折も考慮して、第 2の音響整合層 422の曲面形状を考慮して超音波の焦 点距離を設定することが必要になる。
[0134] このように、本実施の形態によれば、溝 160を設けこれを利用して、厚さを変化させ た圧電素子 410および第 1の音響整合層 421を曲面形状に形成して、音響レンズな しで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子 410の信号用電極面に信号 用導体 150を設け、第 1の音響整合層 421の圧電素子 410側と反対側の面上に接 地導体 210を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得ら れ、し力も信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探 触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビー ムを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音 波探触子を得ることができる。
[0135] なお、本実施の形態では、圧電素子 410を X方向にリニアに（平面的に)配列した 場合について説明したが、 X方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電 素子を X方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果 が得られる。
[0136] また、本実施の形態では、第 1の音響整合層 421が導体の材料を用いた構成の場 合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1の音響整合層 を絶縁体と導体の複合体で構成し、第 1の音響整合層が Y方向に第 1の溝 (溝 160) により分割されても、分割された各部分力 ¾方向に電気的に導通可能となるように第 1 の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
[0137] また、本実施の形態では、圧電素子 410および音響整合層 420を Υ方向に被検体 側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれ に限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層を Υ方向に被検体側に対して 凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有 する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした 場合であっても同様の効果が得られる。
[0138] また、本実施の形態では、音響整合層を 2層に構成した場合について説明したが、 本発明はこれに限定されない。音響整合層を 3層以上で構成した場合であっても同 様の効果が得られる。
[0139] また、本実施の形態では、接地導体 210を導体である第 1の音響整合層 421上に 設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第 1および 第 2の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第 2の音響整合層上に設けた場 合であっても同様の効果が得られる。
[0140] 2006年 4月 28曰出願の特願 2006— 125536の曰本出願に含まれる明細書、図 面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
産業上の利用可能性
[0141] 本発明に係る超音波探触子は、人体などの被検体の超音波診断を行う各種医療 分野、さらには材料や構造物の内部探傷を目的とした工業分野において利用が可 能である。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧 電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも 2層以上の音響整合層と、 前記圧電素子および前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上 の第 1の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方 向と直交する長さ方向に分割する複数の第 1の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、 前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第 1の音響整合層、前記圧電素子 および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第 2の溝と、 を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ 方向に曲面形状に形成されて!ヽる、
超音波探触子。
[2] 所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧 電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも 2層以上の音響整合層と、 前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記 2層以上の音響整 合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第 1の音響整合層に設けられ、少なくとも前 記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第 1 の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、 前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と 前記 2層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第 1の前記音響整合層、前記圧電 素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第 2の溝 と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ 方向に曲面形状に形成されて!ヽる、
超音波探触子。
[3] 所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧 電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第 1の音響整合層と、
前記第 1の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第 2の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第 1の音響整合層に設けられ、少なくとも前記 圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第 1の 溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、 前記 2層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体 を支持する背面負荷材と、
前記 2層の音響整合層のうち少なくとも前記第 1の音響整合層、前記接地用導体、 前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複 数の第 2の溝と、を有し、
前記 2層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体 は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
[4] 所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧 電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第 1の音響整合層と、
前記第 1の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第 2の音響整合層と、
前記第 2の音響整合層上に設けられた第 3の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第 1の音響整合層に設けられ、少なくとも前記 圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第 1の 溝と、 前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、 前記 3層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体 を支持する背面負荷材と、
前記 3層の音響整合層のうち少なくとも前記第 1の音響整合層、前記接地用導体、 前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複 数の第 2の溝と、を有し、
前記 3層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体 は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
[5] 前記第 1の溝は、前記第 1の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面のみを貫 通するように設けられて 、る、
請求項 1記載の超音波探触子。
[6] 前記第 1の溝は、前記第 1の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面と、前記 圧電素子側と反対側の面との両方を貫通するように設けられて 、る、
請求項 1記載の超音波探触子。
[7] 前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材、 をさらに有し、
前記背面負荷材は、前記圧電素子側の表面が前記圧電素子の長さ方向に曲面形 状に形成されている、
請求項 1記載の超音波探触子。
[8] 前記第 1の溝が設けられた前記圧電素子および前記音響整合層は、前記圧電素 子の配列方向と直交する長さ方向に厚さが変化している、請求項 1記載の超音波探 触子。
[9] 前記第 1の溝の間隔と前記第 2の溝の間隔は、同じである、請求項 1記載の超音波 探触子。
[10] 前記第 1の溝と前記第 2の溝には、異なる材料が充填されている、請求項 1記載の 超音波探触子。
[11] 前記第 1の溝に充填される材料は、前記第 2の溝に充填される材料よりも硬度が高 い、請求項 10記載の超音波探触子。
[12] 前記第 1の溝に充填される材料は、エポキシ榭脂またはウレタン榭脂である、請求 項 10記載の超音波探触子。
[13] 前記第 2の溝に充填される材料は、シリコーンゴムである、請求項 10記載の超音波 探触子。
[14] 前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ 方向に凹面形状に形成されている、請求項 1記載の超音波探触子。
[15] 前記第 1の音響整合層は、導体または一部が導体である、請求項 1記載の超音波 探触子。
[16] 前記第 1の音響整合層を除く前記音響整合層は、曲面形状に対応できる柔軟性を 有する材料で形成されて!ゝる、請求項 1記載の超音波探触子。
[17] 前記音響整合層のうち少なくとも最上位に積層された音響整合層の材料は、ゴム 弾性体で音速が 1650mZsec以下の値を有する材料である、請求項 1記載の超音 波探触子。
[18] 前記第 3の音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が 1650mZsec以下の値を 有する材料である、請求項 4記載の超音波探触子。
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