JP3772313B2 - 配列型超音波探触子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響レンズを有する配列型の超音波探触子（以下配列型探触子とする）を技術分野とし、特に音響レンズの外周からの不要な超音波を抑制して、ビーム幅を狭くした配列型探触子に関する。
【０００２】
【発明の背景】
配列型探触子は、例えば医用の超音波診断装置に、超音波の送受波部として有用されている。例えば短冊状とした微小幅の圧電素子をその幅方向（長軸方向）に並べ、同方向にリニアあるいはセクタ駆動する。このようなものでは、一般に圧電素子の長さ方向（短軸方向）に音響レンズを設け、同方向での分解能を高めるようにしている。
【０００３】
【従来技術】
第８図はこの種の従来例を説明する配列型探触子の図で、同図（ａ）は概略の正断面図、同図（ｂ）は側断面図、同図（ｃ）は音響レンズの図である。
配列型探触子は、バッキング材１上にＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等からなる短冊状の圧電素子２を長軸方向に並べてなる。両主面には電極を有し、各溝間には充填材が埋設する（未図示）。そして、圧電素子２の前面には、被検出体（生体等）との音響インピーダンスの整合を計り、超音波の伝搬効率を良好にする二層の音響整合層３（ａｂ）を設ける。さらに、音響整合層３上には、音響レンズ４を設ける。なお、圧電素子群には、各圧電素子２の電極と接続するフレキシブル基板等が設けられ（未図示）、その外周にはモールド材５が施される。図中の符号６は基台、同７はケースである。
【０００４】
音響レンズ４は、一般的には、被検出体よりも音速が遅いシリコン材を主成分とする。そして、圧電素子２の長さ方向に凸状とした曲率を有する。基本的には、第９図に示したように、圧電素子２と等しい長さとして、音響整合層３上に設ければよい。しかし、現実には、その位置合わせ等が困難で、製造が困難である。そして、位置づれ等があった場合には、圧電素子２の端部（露出部）から直接に超音波が放射される。すなわち、音響レンズ４による収束方向とは異なる方向にも放射され、音場特性を乱して雑音成分を多くする。
【０００５】
このようなことから、通常では、圧電素子２より音響レンズ４の長さを大きくする。そして、音響レンズ４（曲率部４ａ）の両端側から例えば脚部４ｂを延出して、圧電素子群上に被せるようにしている「前第８図（ｂｃ）」。このようにすれば、位置づれがあったとしても、圧電素子２からの超音波は確実に音響レンズ内を通過するので、一定方向に収束する。したがって、音場特性を良好にすることができる。なお、音響レンズ４は、被検出体よりも音速が遅い場合は凸状とし、速い場合には凹状とする。また、脚部４ｂは音響レンズ４の圧電素子郡からの離脱を防止する。
【０００６】
【発明の解決課題】
しかしながら、最近になって、診断装置等の高精度化に伴い、音響レンズ４の両端側から放射される超音波が、ビーム幅を広げ、解像度等に悪影響を及ぼしていることが判明した。すなわち、上記構成のものでは、音響レンズ４は、上述したように、圧電素子２の長さより大きく設定される。したがって、圧電素子２からの超音波が、音響レンズ４内あるいはモールド材５を伝搬して、音響レンズ４の外周から漏洩するため、ビーム幅が広がりをもってしまうことが判明した。
【０００７】
本発明は、上記解決課題に鑑み、音響レンズの両端側からの不要な超音波を排除し、ビーム幅を小さくして良好な画像を得る超音波探触子を提供することを目的とする。
【０００８】
【解決手段】
本発明は、音響レンズにおける両端側を端面としたことを基本的な解決手段とする。以下、本発明の実施例を実験結果等を参照して説明する。
【０００９】
【第１実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する超音波探触子の側断面図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与しその説明は簡略する。
配列型探触子は、前述同様、バッキング材１上に圧電素子２を長軸方向に並べて、二層の音響整合層３（ａｂ）を設け、外周にモールド材５を施した後に、曲率部４ａの両端側から脚部４ｂの延出した音響レンズ４を短軸方向に設けてなる。
【００１０】
この実施例では、音響レンズ４は、曲率部４ａの両端側に、切欠部８を有する。切欠部８は曲率部４ａの両端側をＬ字状に切除して、段差を形成する。すなわち、曲率部４ａの両端側に、超音波の送受波方向（圧電素子２に垂直方向）にほぼ一致する端面を設けてなる。なお、切除前の音響レンズ４（全長）は１５ｍｍ、曲率部（切除後）４ａは圧電素子２の中心が一致して両者ともに１１ｍｍである。
【００１１】
第２図（ａｂ）は、このような構成による超音波探触子の従来例と比較した音場特性図で、同図（ａ）は本実施例、同図（ｂ）は従来例である。但し、音場特性は超音波探触子の前方４０ｍｍにおける受信レベル特性図で、縦軸は超音波探触子の中心部を０ｄＢした受信レベル（ｄＢ）、横軸は超音波探触子の中心を０をとした中心からの距離（ｍｍ）である。
【００１２】
この図から明らかなように、本実施例では、超音波探触子の中心から３、６、１２、２４ｄＢの各減衰域での距離幅（即ちビーム幅）は、約２、４、８、１９ｍｍとなる。これに対し、従来例では、各減衰域でのビーム幅は約４、７、１０、３０ｍｍとなる。このように、本実施例のものでは従来例に比較し、いずれの減衰域でも狭いビーム幅となる。そして、全体的にみても先鋭な特性となる。
【００１３】
このように、本実施例では、音響レンズ４における曲率部４ａの両端側に切欠部８を設けて端面としたので、外周部からの不要な超音波を排除し、ビーム幅を狭くして先鋭な超音波を得ることができた。すなわち、曲率部４ａの両端部を端面としたので、超音波の伝搬が遮断されたものと推察される。
【００１４】
【第２実施例】
第３図は本発明の他の実施例を説明する超音波探触子の図である。なお、前実施例図と同一部分には同番号を付与してその説明は省略する。
この実施例では、音響レンズ４の切欠部８はＶ字状溝とする。このようなものでの、前述同様の音場特性は第４図となった。すなわち、３、６、１２、２４ｄＢの各減衰域での各ビーム幅は、約２、４、８、１５ｍｍとなる。このように、切欠部８をＶ字状溝として曲率部４ａの両端側に端面を設けたた場合でも、各減衰域でのビーム幅は小さくなり、先鋭な特性を得ることができた。
【００１５】
【他の事項】
上記実施例では、Ｌ字状に切除したあるいはＶ字状溝とした切欠部８により端面を形成したが、これに限らず単なる切込みであってもよい。。また、圧電素子２の長さに対して、音響レンズの曲率部４ａ（残存部）を同一として説明したが、圧電素子２に対して±１ｍｍ程度の誤差があったとしても同様の効果を得ることができる。また、第５図に示したように、曲率部４ａの両端側に設けた切欠部８の深さｔを小さくするように、設計してもよい。この場合、上記実施例に比較し、厚みが小さくなる分伝搬損失を防止する。また、音響レンズ４は曲率部４ａから脚部４ｂを延出したが、単に曲率部のみであってもよい（第６図）。また、第１実施例において、切欠部８にケース７の先端部を嵌装するようにしてもよい。このように、本発明は種々の変更が可能であり、要は音響レンズ４の曲率部４ａの両端側が切欠部８等により端面を有し、超音波の伝搬が遮断されるようにしてあればよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、音響レンズにおける曲率部の両端側を端面としたので、音響レンズの両端側からの不要な超音波を排除し、ビーム幅を小さくして良好な画像を得る超音波探触子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を説明する図で、同図（ａ）は超音波探触子の側断面図、同図（ｂ）は音響レンズの図である。
【図２】本発明の一実施例の効果を説明する図で、同図（ａ）は一実施例の、同図（ｂ）は従来例の音場特性図である。
【図３】本発明の他の実施例を説明する超音波探触子の断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の効果を説明する音場特性図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例を説明する音響レンズの断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例を説明する音響レンズの図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例を説明する超音波探触子の断面図である。
【図８】従来例を説明する図で、同図（ａ）は超音波探触子の正断面図、同図（ｂ）は側断面図、同図（ｃ）は音響レンズの図である。
【図９】従来例を説明する超音波探触子の側断面図である。
【符号の説明】
１ バッキング材、２ 圧電素子、３ 音響整合層、４ 音響レンズ、
４ａ 曲率部、４ｂ 脚部、５ モールド材、６ 基台、７ ケース、８ 切欠部．

Claims (1)

1. 複数の圧電素子を幅方向に並べて圧電素子群とし、前記圧電素子の長さ方向に曲率部を有して両端側に脚部を延出した音響レンズを、前記圧電素子群上に設けてなる配列型超音波探触子において、前記音響レンズの曲率部と前記圧電素子の長さとを同一寸法にするとともに両端側に端面を有することを特徴とする超音波探触子。

Images