JPH08173423A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動子部間の音響的な結合による信号漏れを低
減させ、方位分解能や感度を向上させる超音波プローブ
を提供する。 【構成】積層構造の振動子部２を一定の間隙毎に多数配
列して形成された配列型振動子３を備えた超音波プロー
ブ１。超音波プローブ１は、圧電素子４と、圧電素子４
の超音波放射側の前面に形成された音響整合層５と、配
列型振動子３の背面側に形成され、且つ複数の間隙の各
々の一部が穿設されているバッキング材６とから成り、
相互に隣接するバッキング材６間の間隙に第１の充填層
７ａ₁ 、相互に隣接する圧電素子４間の間隙に第２の充
填層７ａ₂ 、及び相互に隣接する音響整合層５間の間隙
に第３の充填層７ａ₃ が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動子部を多数配列し
て形成された配列型振動子を備えた超音波プローブに係
わり、特に、隣接する振動子部間の間隙の寸法、及びそ
の間隙に充填される材料の音響インピーダンスに特徴を
有する超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子を電気的に振動させて超音波信
号（超音波ビーム）を生体内で走査し、生体内の断層像
を表示する超音波診断装置がある。

【０００３】この超音波診断装置では、超音波信号を生
体内で走査するために超音波プローブを用いている。こ
の超音波プローブの一例を図５乃至図６に示す。なお、
図５は従来の超音波プローブの概略構成を示す斜視図で
あり、図６は、図５における超音波プローブの略中央部
をＢ−Ｂ線に沿って積層方向に切断した際の縦断面図
（拡大図）である。

【０００４】超音波プローブ１１は、圧電変換機能を有
する振動子部１２を備えている。この振動子部１２は、
圧電素子１３と、この圧電素子１３の超音波信号放射側
の前面に形成された音響整合層１４と、圧電素子１３の
前面と対向する装置側の背面に形成されたバッキング材
１５とから構成され、全体として積層構造になってい
る。

【０００５】この振動子部１２は、一定の間隙毎に多数
配列されアレイ状の配列型振動子１６を構成している。
この配列型振動子１６における隣接する各振動子部１２
の間隙１７には、例えば３Mrayl の音響インピーダンス
を有し、且つ絶縁耐力に優れたポッティング用またはモ
ールディング用、あるいは接着用等の樹脂材料ｚが均一
に充填されている。また、音響整合層１４の前面には、
音響レンズ１８が接着されている。

【０００６】この超音波プローブ１１は、図示しない送
受信部により振動子部１２を独立に駆動させて、リニア
走査やセクタ走査等の電子走査を行なっている。また、
送受信部により各振動子部１２の駆動タイミングを独立
に制御することにより、超音波信号を所定の位置でフォ
ーカス（電子フォーカス）させて走査方向の分解能（以
下、方位分解能という）を高めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】超音波信号を電子走査
及び電子フォーカスさせる上で前提としている要件は、
各振動子部の駆動を独立に制御できるということであ
る。しかしながら、現実には種々の要因によって信号が
駆動素子から非駆動素子の方向へ漏れる場合があった。

【０００８】この非駆動素子への信号漏れは、１素子当
りの駆動開口幅の増加をもらした。言い換えれば１素子
の指向性（エレメントファクター）が鋭くなり、その結
果集束されたビームの幅が増大した。例えば、中心周波
数が１０ MHzの場合、集束されたビームの幅は、１３０
μm から１８０μm に増大し、中心周波数が７．５ MHz
の場合、集束されたビームの幅は、１５０μm から２３
０μm に増大する。

【０００９】このビーム幅の増大は、最終的には方位分
解能の劣化や感度の低下を招き、診断能力を低下させて
いた。

【００１０】このような問題を生ずる信号漏れの要因と
しては、駆動素子及び非駆動素子の電気的な結合及び機
械的（音響的）な結合があげられる。前者は、各振動子
に接続される送受信回路の配線部分等に存在する寄生容
量等のインピーダンス成分を介して、配線部分が静電的
及び電磁的に結合していることに起因している。

【００１１】一方、後者としては、隣接する振動子部が
間隙を介して音響的に結合していることによる。この音
響的結合によって、駆動素子から間隙を介して隣接素子
方向、間隙の前面方向（音響レンズ方向）、及び背面方
向（装置側方向）に向かって信号が漏れていた。

【００１２】特に、この隣接する振動子部の音響的な結
合による信号漏れについては、具体的な解決策が施され
ていないのが現状であった。

【００１３】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、振動子間の音響的な結合による信号漏れを低減さ
せ、方位分解能や感度が向上する超音波プローブを提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に記載した超音波プローブは、少なくとも圧電
素子及び音響整合層を含む積層構造の振動子部を一定の
間隙毎に多数配列して形成された配列型振動子を備え、
前記振動子部の駆動により超音波信号を送受信可能な超
音波プローブにおいて、前記間隙の各々に、前記振動子
部の各構成要素とは異なる値の音響インピーダンスを有
する複数の充填層を形成している。

【００１５】特に、請求項２に記載した超音波プローブ
では、前記振動子部は、前記圧電素子と、この圧電素子
の超音波放射側の前面に形成された前記音響整合層と、
前記配列型振動子の背面側に形成され、且つ前記複数の
間隙の各々の一部が穿設されているバッキング材とから
成り、前記充填層は、相互に隣接するバッキング材間の
間隙に対応した第１の充填層、相互に隣接する圧電素子
間の間隙に対応した第２の充填層、及び相互に隣接する
音響整合層間の間隙に対応した第３の充填層から成って
いる。

【００１６】また特に、請求項３に記載した超音波プロ
ーブでは、前記複数の充填層の各層における超音波信号
の中心周波数に対応する波長をλとするとき、前記間隙
の配列方向の長さｗ_g を、

【数３】 ｗ_g ＝１／４×λ（２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝ で決まる値又はその近傍の値に設定している。

【００１７】さらに、請求項４に記載した超音波プロー
ブでは、前記配列型振動子における前記音響整合層の前
面に音響レンズを接合すると共に、前記充填層の各層に
おける超音波信号の中心周波数に対応する波長をλとす
るとき、各充填層の積層方向における長さｌ_t が

【数４】 ｌ_t ＝１／４×λ（２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝ で決まる値又はその近傍になるように形成し、且つ前記
充填層の任意の層の音響インピーダンスを、その任意の
層の積層方向における隣接層又は部材の音響インピーダ
ンスの幾何平均値とは異なる値に設定している。

【００１８】また、請求項５に記載した超音波プローブ
では、前記音響レンズの音響インピーダンス値と、前記
第２の充填層の音響インピーダンス値とを一致させてい
る。さらにまた、請求項６に記載した超音波プローブで
は、前記第１の充填層の積層方向における長さｌ_t が、
その充填層における超音波信号の中心周波数に対応した
波長より長くなるように形成すると共に、その第１の充
填層の音響インピーダンスを、前記バッキング材の音響
インピーダンスより大きく設定している。

【００１９】

【作用】図面を使って本発明の作用を説明する。なお、
図１は本発明における超音波プローブ１の概略構成を示
す斜視図であり、図２は、図１における超音波プローブ
１の略中央部をＡ−Ａ線に沿って積層方向に切断した際
の縦断面図（拡大図）である。

【００２０】本発明の超音波プローブ１には、積層構造
の振動子部２が一定の間隙毎に多数配列され配列型振動
子３が形成されている。

【００２１】各振動子部２は、圧電素子４、この圧電素
子４の超音波放射側の前面に形成された音響整合層５、
及び配列型振動子３の背面側に形成され、且つ複数の間
隙の各々の一部が穿設されているバッキング材６から成
っている。また、音響整合層２の前面には音響レンズ８
が接着されている。

【００２２】そして、振動子部２の間隙は、積層構造の
充填層により形成されている。すなわち、相互に隣接す
るバッキング材６間の間隙６ｂには、このバッキング材
６が有する音響インピーダンスＺ_B と異なる音響インピ
ーダンスＺ_Bgを有する第１の充填層７ａ₁ が形成され、
また、相互に隣接する圧電素子４間の間隙４ｂには、こ
の圧電素子４が有する音響インピーダンスＺ_e と異なる
音響インピーダンスＺ_g を有する第２の充填層７ａ₂ が
形成されている。さらに、相互に隣接する音響整合層５
間の間隙５ｂには、この音響整合層５が有する音響イン
ピーダンスＺ_m と異なる音響インピーダンスＺ_mgを有す
る第３の充填層７ａ₃ が形成されている。

【００２３】ここで、隣接する振動子部２間のうち、特
に相互に隣接する圧電素子４間の信号の漏れについて考
える。

【００２４】今、図２に示すように、圧電素子４と隣接
する圧電素子４′との間隙４ｂの配列方向の長さ（以
下、幅という）をｗ_g とすると、駆動している圧電素子
４から間隙４ｂを介して隣接する圧電素子４′へ透過す
る超音波信号のエネルギー透過率を考える。ここで、縦
波の透過に関して、一般的に次のような理論が知られて
いる（参考文献：超音波基礎工学、日刊工業新聞社刊；
著者、山本美明）。

【００２５】

【数５】 なお、Ｔは圧電素子４から間隙４ｂを介して圧電素子
４′へ透過するエネルギーの透過率、θ₂ は、θ₂ ＝２
πｗ_g ／λ_g （λ_g は、間隙４ｂに充填された第２の充
填層７ａ₂ 内を進行する超音波信号の中心周波数に対応
する波長；以下、単に間隙４ｂの波長という）である。

【００２６】上記（１）式においてＺ_g を変数とする透
過率Ｔは、「Ｚ_g ＝Ｚ_e 」、つまり圧電素子４の音響イ
ンピーダンスＺ_e と間隙４ｂ内の第２の充填層７ａ₂ の
音響インピーダンスＺ_g とが等しいときに、Ｔ＝１（最
大）になる。言い換えれば、少なくとも間隙４内の第２
の充填層７ａ₂ の音響インピーダンスＺ_g を、隣接する
圧電素子４の音響インピーダンスＺ_e と異なる値（つま
り、ミスマッチングさせる値）に設定することが透過率
Ｔを小さくする上での前提条件である。

【００２７】ここで、間隙４ｂの幅ｗ_g を変数とした場
合の、圧電素子４から間隙４ｂを介して圧電素子４′
（圧電素子と圧電素子４′は同一の音響インピーダン
ス）へ透過するエネルギー透過率Ｔの計算結果を図３に
示す（参考文献参照）。なお、図３では、間隙４ｂの幅
ｗ_g を、その間隙４ｂの波長λ_g で規格化したｗ_g ／λ
_gを横軸にとっている。

【００２８】図３によれば、ｗ_g ／λ_g が０．２５ｏｒ
０．７５近傍の場合、つまりｗ_g が約「１／４×λ
_g （２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝」で決まる値、あるい
はその近傍（例えば、１／４×λ_g （２ｎ−１）±１／
８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝の範囲内）の長さの
時、透過率Ｔがほぼ最小になることがわかる。

【００２９】したがって、圧電素子４間の間隙４ｂに充
填される第２の充填層７ａ₂ の音響インピーダンスＺ_g
を隣接する圧電素子４の音響インピーダンスＺ_e と少な
くとも異なる値とし、さらに、その間隙４ｂの幅ｗ_g を
「１／４×λ_g （２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝」近傍の
長さにすることで、駆動素子である圧電素子４から非駆
動素子である隣接する他の圧電素子４′へ透過する超音
波信号を減少させ、信号漏れを低減させることができ
る。

【００３０】上述した関係は、整合層５と相互に隣接す
る整合層５′間の間隙５ｂとについて、及びバッキング
材６と相互に隣接するバッキング材６′間の間隙６ｂと
についても同様である。

【００３１】つまり、従来、相互に隣接する振動子部の
間隙には同一の材料が充填されていたが、本構成では、
その間隙内を、隣接する振動子部の各構成要素（音響整
合層、圧電素子、バッキング材）とは異なる音響インピ
ーダンスを有する複数の充填層で形成したため、隣接す
る振動子部間は、隣接する振動子部間（音響整合層間、
圧電素子間、バッキング材間）への信号漏れを低減させ
ることができる。

【００３２】次に、隣接する振動子部間の間隙から前面
方向への信号の漏れについて考える。この際、第１の充
填層７ａ₁ の積層方向における長さ（以下、厚みとい
う）をｌ_Bg、第２の充填層７ａ₂ の厚みをｌ_g 、第３の
充填層７ａ₃ の厚みｌ_mgに基づいて、上述した隣接する
振動子部間の透過率の考え方を適用する。

【００３３】すなわち、図２に示すように、音響レンズ
８の音響インピーダンスをＺ_L 、第３の充填層７ａ₃ 内
を進行する超音波信号の中心周波数に対応する波長をλ
_mg、θ₂ ＝２πｌ_mg／λ_g とすると、例えば圧電素子４
の間隙４ｂから整合層５の間隙５ｂを介して音響レンズ
８へ透過する超音波信号のエネルギー透過率Ｔ′は、間
隙５ｂの厚みを「１／４×λ_mg（２ｎ−１）｛ｎ≧１：
整数｝」で決まる値、あるいはその近傍（例えば、１／
４×λ_mg（２ｎ−１）±１／８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：
整数｝の範囲内）の長さとした場合、

【数６】 で与えられる。

【００３４】上記（２）式によれば、「Ｚ_L ×Ｚ_g ＝Ｚ
_mg ² 、言い換えればＺ_mg＝（Ｚ_L ×Ｚ_g ／２）^1/2 」、
すなわち、第３の充填層７ａ₃ の音響インピーダンスＺ
_mgが、第３の充填層７ａ₃ の積層方向における隣接層で
ある第２の充填層７ａ₂ の音響インピーダンスＺ_g と、
隣接する部材である音響レンズ８の音響インピーダンス
Ｚ_L との幾何平均値（（Ｚ_L ×Ｚ_g ／２）^1/2 ）に等し
いときにＴ＝１（最大）になる。 したがって、第３の
充填層７ａ₃ の厚みｌ_mgを「１／４×λ_mg（２ｎ−１）
｛ｎ≧１：整数｝」で決まる値及びその近傍の長さとす
る共に、第３の充填層７ａ₃ の音響インピーダンスＺ_mg
を、第３の充填層７ａ₃ の積層方向における隣接層であ
る第２の充填層７ａ₂ の音響インピーダンスＺ_g と、隣
接する部材である音響レンズ８の音響インピーダンスＺ
_L との幾何平均値（（Ｚ_L ×Ｚ_g／２）^1/2 ）と異なる
値に設定すれば、間隙４ｂの前面方向（音響レンズ８方
向）へ透過する超音波信号の透過率Ｔ′を減少させるこ
とができる。

【００３５】また特に、第３の充填層７ａ₃ の積層方向
における隣接層（第２の充填層７ａ₂ ）又は部材（音響
レンズ８）の音響インピーダンスが等しくなる（Ｚ_L ＝
Ｚ_g ）ように設定すると、上記図３の関係が適用でき、
透過率Ｔ′をほぼ最小にすることができる。

【００３６】さらに、相互に隣接する圧電素子４間の間
隙４ｂから後面方向への信号の漏れについて考える。こ
こで、隣接するバッキング材６間の間隙６ｂに充填され
た第１の充填層７ａ₁ の音響インピーダンスＺ_Bgを、バ
ッキング材６の音響インピーダンスＺ_B より大きくし
（以下、第１の条件とする）、且つその第１の充填層７
ａ₁ の厚みｌ_Bgを、その第１の充填層７ａ₁ 内を進行す
る超音波信号の中心周波数に基づく波長より長くした
（以下、第２の条件という）際の、圧電素子４からバッ
キング材６へ伝達される信号伝達特性Ａを推測する。

【００３７】一例として、バッキング材の音響インピー
ダンスを約３倍（比率で、約１０ｄＢに相当する）大き
くした場合の、振動子の伝達特性の状況を計算値で図４
に示す。

【００３８】図４によれば、通常の、つまり第１及び第
２の条件を設定しなかった場合の特性と比べて、中心周
波数ｆ_c 近傍において伝達特性の感度が、１０ｄＢ程度
低下している。この結果から、前記第１及び第２の条件
のもとでは、圧電素子４からバッキング材６へ伝達され
る信号は、その感度が減少することが推測される。

【００３９】

【実施例】以下、本発明に係る一実施例について、添付
図面を参照して説明する。

【００４０】本発明の超音波プローブ１は、積層構造の
振動子部２が一定の間隙毎に多数配列され配列型振動子
３を備えている。この配列された各振動子部２は、図１
及び図２に示すように、圧電素子４、この圧電素子４の
超音波信号放射側の前面に音響整合層５、配列型振動子
３の背面側に形成され、且つ複数の間隙の各々の一部が
穿設されている。

【００４１】この配列型振動子６において、相互に隣接
するバッキング材６間の間隙６ｂには、このバッキング
材６が有する音響インピーダンスＺ_B （例えば６Mrayl
）と異なる音響インピーダンスＺ_Bg（例えば１０Mrayl
）を有する第１の充填層7a₁が充填され、また、相互に
隣接する圧電素子４間の間隙４ｂには、この圧電素子４
の音響インピーダンスＺ_e （例えば３０Mrayl ）と異な
る音響インピーダンスＺ_g （例えば１Mrayl ）を有する
第２の充填層７ａ₂ が形成されている。さらに、相互に
隣接する音響整合層５間の間隙５ｂには、この音響整合
層５の音響インピーダンスＺ_m （例えば８Mrayl ）と異
なる音響インピーダンスＺ_mg（例えば３Mrayl ）を有す
る第３の充填層７ａ₃ が形成されている。

【００４２】この充填層７ａ₁ 〜７ａ₃ は、それぞれ絶
縁耐力に優れた例えばポッティング用またはモールディ
ング用、あるいは接着用等の樹脂材料からなり、全体で
積層構造をなしている。

【００４３】また、音響整合層２の前面には、電子走査
方向と直交する方向に対するフォーカス用として音響レ
ンズ８（音響インピーダンスＺ_L ：１Mrayl ）が接着さ
れている。

【００４４】ところで、この様なアレイ状の配列型振動
子３は、振動子部２を構成する各構成要素に対し、例え
ば高精度のカッターにより必要に応じて切り刃の厚みを
変えながら所望の深さ及び間隔の切り溝を振動子部の数
に合わせて形成し、その切り溝に充填層７ａ₁ 〜７ａ₃
を充填し硬化せしめ、さらに、この工程を繰り返しなが
ら、振動子部２の各構成要素を積層することによって形
成される。

【００４５】具体的には、先ず、バッキング材６に所要
の深さ及び間隔の切り溝を形成し、この溝（間隙６ｂ）
に、充填層７ａ₁ を層状に形成し硬化させる。

【００４６】次いで、このバッキング材６に圧電素子４
を積層し、続いてバッキング材６に形成された間隙６ｂ
の位置に合わせて、圧電素子４の表面から間隙６ｂ内の
充填層７ａ₁ の表面まで切り溝を形成する。さらに、こ
の溝（以下、間隙４ｂという）に、充填層７ａ₂ を層状
に形成し硬化させる。

【００４７】そして、この圧電素子４に音響整合層５を
積層し、間隙４ｂの位置に合わせて、音響整合層５から
間隙４ｂ内の充填層７ａ₂ の表面まで切り溝（以下間隙
５ｂという）を形成する。その後で、充填層７ａ₃ を層
状に形成し硬化させる。

【００４８】以上の工程から、積層構造の振動子部５の
各層（音響整合層５、圧電素子４、バッキング材６）に
おける間隙（５ｂ、４ｂ、６ｂ）が、各層とは異なる値
の音響インピーダンスを有する充填層７ａ₁ 〜７ａ₃ で
形成された配列型振動子６を得ることができる。

【００４９】また、本実施例では、隣接する整合層５間
の間隙５ｂの配列方向の長さ（以下、幅という）ｗ
_g1を、この間隙５ｂに充填された充填層７ａ₃ 内を進行
する超音波信号の中心周波数に対応する波長（λ_mgとす
る）の１／４（１／４λ_mg）に設定している。また、こ
の充填層７ａ₃ の積層方向における長さｌ_mg（以下、厚
みという）を、その波長（λ_mg）の３／４倍（３／４λ
_mg）に設定している。

【００５０】同様に、隣接する圧電素子４の間隙４ｂの
幅ｗ_g2を、この間隙４ｂに充填された充填層７ａ₂ 内を
進行する超音波信号の中心周波数に対応する波長（λ_g
とする）の１／４（１／４λ_g ）に設定し、また、この
充填層７ａ₂ の厚みｌ_g を、その波長（λ_g ）の７／４
倍（７／４λ_g ）に設定している。

【００５１】さらに、バッキング材６の間隙６ｂの幅ｗ
_g3を、この間隙６ｂに充填された充填層７ａ₁ 内を進行
する超音波信号の中心周波数に基づく波長（λ_Bgとす
る）の１／４（１／４λ_Bg）に設定し、また、この充填
層７ａ₁ の厚みｌ_Bgを、その波長（λ_Bg）の５／４倍
（５／４λ_Bg）に設定している。

【００５２】なお、本実施例では、充填層７ａ₁ ，７ａ
₂ ，７ａ₃ に対し、音速がほぼ等しい材料を使用してい
るため、各間隙（２ｂ〜４ｂ）の幅（ｗ_g1、ｗ_g2、
ｗ_g3）を共通の幅ｗ_g としている。

【００５３】また、間隙４ｂ内の充填層７ａ₂ は、その
厚みｌ_g が積層された圧電素子４自体の厚みと比べて若
干厚くなるように充填され、また、間隙５ｂ内の充填層
７ａ₃ は、その厚みｌ_mgが積層された音響整合層５自体
の厚みに比べて若干薄くなるように充填されている。さ
らに、間隙６ｂ内の充填層７ａ₁ は、その厚みｌ_Bgが最
初カッティングされた切り溝の深さ（厚み）より若干薄
くなるように充填されている。これは、圧電素子４から
隣接する他の圧電素子４′への信号漏れを低減させるこ
とが一番重要なためである。

【００５４】ここで、駆動素子である圧電素子４から隣
接する圧電素子４′への超音波信号の漏れをエネルギー
透過率で見積もると、（１）式において、

【数７】 であるから

【数８】 で求めることができる。なお、これは、次のようにも考
えることができる。今、圧電素子４間の間隙４ｂの幅ｗ
_g が「１／４λ_g 」であるため、駆動圧電素子４から充
填層７ａ₂ を含めて隣接する非駆動圧電素子４′側を見
たときの音響インピーダンスＺ_e ′を「Ｚ_e ′＝Ｚ_g ²
／Ｚ_e 」とすることができ、透過率Ｔは、

【数９】 で求めることができる（これは、上記（３）式と同様の
結果である）。

【００５５】上記（３）式あるいは（４）式を用いて、
最も重要な圧電素子４から間隙構成材料７ａ₂ を介して
非駆動圧電素子４′へ透過するエネルギーの透過率Ｔを
求めると

【数１０】 となり、十分に小さいことが分かる。

【００５６】同様に、音響整合層５から充填層７ａ₃ を
介して音響整合層５′へ透過するエネルギーの透過率Ｔ
は「Ｔ＝約０．４３２（４３．２％）」、また、バッキ
ング材６から充填層７ａ₁ を介してバッキング材６′へ
透過するエネルギーの透過率Ｔは「Ｔ＝０．７７８（７
７．８％）」となり、十分に小さいことが分かる。

【００５７】また、圧電素子４の間隙４ｂから前面方向
（音響レンズ８方向）への超音波のエネルギー透過率
は、上記（２）式で求められる。なお、この場合でも
（３）式と同様の考え方が可能である。すなわち、今、
間隙５ｂの厚みｌ_mgが１／４λ_mgであるため、間隙４ｂ
の間隙構成材料７ａ₂ から、間隙５ｂの間隙構成材料7a
₃を含めて隣接する音響レンズ８側を見たときの音響イ
ンピーダンスＺ_L ′を「Ｚ_L ′＝Ｚ_mg ² ／Ｚ_L ² 」とす
ることができ、透過率Ｔ′は、

【数１１】 で求めることができる（これは上記（２）式と同様の結
果である）。

【００５８】また、間隙５ｂの充填層７ａ₃ の音響イン
ピーダンスＺ_mgと、その充填層7a₃の隣接層７ａ₂ 、及
び隣接部材音響レンズ８のそれぞれの音響インピーダン
スＺ_L ，Ｚ_g との関係は、「Ｚ_mg（３Mrayl ）≠（Ｚ_L
（１Mrayl ）×Ｚ_g （１Mrayl ）／２）^1/2 」を満して
いる。

【００５９】このエネルギー透過率Ｔ′を求めると

【数１２】 となり十分に小さくなることが分かる。

【００６０】さらに、バッキング材６と隣接する充填層
７ａ₁ の音響インピーダンスＺ_Bg（１０Mrayl ）をバッ
キング材６の音響インピーダンスＺ_B （６Mrayl ）より
大きくし、且つ、その充填層７ａ₁ の積層方向における
厚みｌ_Bgを間隙６ｂ内における超音波信号の中心周波数
に基づく波長λ_Bgより長くした（ｌ_Bg＝５／４λ_Bg）た
め、図５に示すように、中心周波数ｆ_c 近傍において、
振動子４からバッキング材６への信号伝達特性が低下す
る。したがって、振動子４の間隙４ｂから後面方向（装
置側方向）へのエネルギー透過率が減少することが類推
できる。

【００６１】以上、詳述したように、本実施例の構成に
よれば、振動子部から間隙を介して隣接する振動子部や
音響レンズ側（前面側）、装置側（背面側）へ透過する
エネルギーの透過率が低下するため、駆動素子から非駆
動素子等へ漏れる信号量を低下させることができる。

【００６２】なお、充填層を形成する樹脂材料として、
例えばエポキシ系の樹脂を使用した場合、音響インピー
ダンスは約３mrayl であるが、更に種々の材料を充填す
ることにより、また充填密度を選択することによって混
合体として音響インピーダンスを変化させることも可能
である。また、シリコンゴム系の材料は、音響インピー
ダンスは約１Mrayl 程度であり本構成に使用することが
十分可能である。

【００６３】また、本実施例において、各間隙（５ｂ、
４ｂ、６ｂ）の幅を、「ｗ_g1＝１／４λ_mg、ｗ_g2＝１／
４λ_g 、ｗ_g3＝１／４λ_Bg（＝約ｗ_g （＝１／４
λ_g ））」に設定したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、それぞれ、ｗ_g1＝１／４λ_mg（２ｎ−１）
±１／８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：ｎ整数｝、ｗ_g2＝１／
４λ_g （２ｎ−１）±１／８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：ｎ
整数｝、ｗ_g3＝１／４λ_Bg（２ｎ−１）±１／８（２ｎ
−１）｛ｎ≧１：ｎ整数｝の範囲内の適宜な値であれば
よい。

【００６４】さらに、本実施例では、間隙（５ｂ、４
ｂ、６ｂ）の厚みを、「ｌ_mg＝３／４λ_mg、ｌ_g ＝７／
４λ_g 、ｌ_Bg＝３／４λ_Bg」に設定したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、それぞれ、ｌ_mg＝１／４
λ_mg（２ｎ−１）±１／８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：ｎ整
数｝、ｌ_g ＝１／４λ_g （２ｎ−１）±１／８（２ｎ−
１）｛ｎ≧１：ｎ整数｝、ｌ_Bg＝１／４λ_Bg（２ｎ−
１）±１／８（２ｎ−１）｛ｎ≧１：ｎ整数｝の範囲内
の適宜な値であればよい。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、駆動振動
子部から間隙を介して隣接する振動子部方向、前面方
向、及び背面方向へ漏れる超音波信号を低減させること
ができる。したがって、各振動子部の駆動の制御の独立
性を高めることができ、方位分解能及び感度の向上した
高性能の超音波プローブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波プローブの概略構成
を示す斜視図。

【図２】図１における縦断面図。

【図３】エネルギー透過率を表すグラフ。

【図４】伝達特性を表すグラフ。

【図５】従来の超音波プローブの概略構成を示す斜視
図。

【図６】図５における縦断面図。

【符号の説明】

１ 超音波プローブ ２ 振動子部 ３ 配列型振動子部 ４ 圧電素子 ４ｂ 圧電素子の間隙 ５ 整合層 ５ｂ 整合層間の間隙 ６ バッキング材 ６ｂ バッキング材間の間隙 ７ａ₁ 第１の充填層 ７ａ₂ 第２の充填層 ７ａ₃ 第３の充填層 ８ 音響レンズ Ｚ_L 音響レンズの音響インピーダンス Ｚ_m 音響整合層の音響インピーダンス Ｚ_e 圧電素子の音響インピーダンス Ｚ_B バッキング材の音響インピーダンス Ｚ_mg 音響整合層間の間隙に充填される充填層の音響イ
ンピーダンス Ｚ_g 圧電素子間の間隙に充填される充填層の音響イン
ピーダンス Ｚ_Bg バッキング材間の間隙に充填される充填層の音響
インピーダンス ｗ_g1 音響整合層間の間隙の幅 ｗ_g2 圧電素子間の間隙の幅 ｗ_g3 バッキング材間の間隙の幅 ｗ_g 振動子部の幅 ｌ_mg 音響整合層間の間隙の厚み ｌ_g 圧電素子間の間隙の厚み ｌ_Bg バッキング材間の間隙の厚み

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧電素子及び音響整合層を含
   む積層構造の振動子部を一定の間隙毎に多数配列して形
   成された配列型振動子を備え、前記振動子部の駆動によ
   り超音波信号を送受信可能な超音波プローブにおいて、
   前記間隙の各々に、前記振動子部の各構成要素とは異な
   る値の音響インピーダンスを有する複数の充填層を形成
   したこと特徴とする超音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記振動子部は、前記圧電素子と、この
   圧電素子の超音波放射側の前面に形成された前記音響整
   合層と、前記配列型振動子の背面側に形成され、且つ前
   記複数の間隙の各々の一部が穿設されているバッキング
   材とから成り、前記充填層は、相互に隣接するバッキン
   グ材間の間隙に対応した第１の充填層、相互に隣接する
   圧電素子間の間隙に対応した第２の充填層、及び相互に
   隣接する音響整合層間の間隙に対応した第３の充填層か
   ら成る請求項１記載の超音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記複数の充填層の各層における超音波
   信号の中心周波数に対応する波長をλとするとき、前記
   間隙の配列方向の長さｗ_g を、 【数１】 ｗ_g ＝１／４×λ（２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝ で決まる値又はその近傍の値に設定した請求項１乃至２
   記載の超音波プローブ。
4. 【請求項４】 前記配列型振動子における前記音響整合
   層の前面に音響レンズを接合すると共に、前記充填層の
   各層における超音波信号の中心周波数に対応する波長を
   λとするとき、各充填層の積層方向における長さｌ_t が 【数２】 ｌ_t ＝１／４×λ（２ｎ−１）｛ｎ≧１：整数｝ で決まる値又はその近傍になるように形成し、且つ前記
   充填層の任意の層の音響インピーダンスを、その任意の
   層の積層方向における隣接層又は部材の音響インピーダ
   ンスの幾何平均値とは異なる値に設定したことを特徴と
   する請求項２乃至３記載の超音波プローブ。
5. 【請求項５】 前記音響レンズの音響インピーダンス値
   と、前記第２の充填層の音響インピーダンス値とを一致
   させた請求項４記載の超音波プローブ。
6. 【請求項６】 前記第１の充填層の積層方向における長
   さｌ_t が、その充填層における超音波信号の中心周波数
   に対応した波長より長くなるように形成すると共に、そ
   の第１の充填層の音響インピーダンスを、前記バッキン
   グ材の音響インピーダンスより大きく設定した請求項２
   記載の超音波プローブ。