JP5924298B2 - 超音波探触子及び超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する。

従来、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射超音波より生成した受信信号に基づいて、当該被検体内の内部状態を画像化する超音波画像診断装置がある。
この超音波画像診断装置では、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。
超音波探触子は、例えば、図１１に示すように、走査方向に配列された複数の振動子２００を備えている。かかる振動子２００は、極性の異なる２つの電極が形成された板状の圧電層７１と、後方へ放射される超音波を反射、減衰及び吸収するためのバッキング層７３とを、走査方向に所定間隔毎に設けられた導体パターン７２ａを有する接続導体部７２を介して接着剤等を用いて接合した後、所定ピッチ毎に、圧電層７１からバッキング層７３の上部に亘る切込み（メインダイス溝）７４を入れることにより、短冊状に分割されて走査方向に配列された構成となっている。メインダイス溝７４は、隣接する導体パターン７２ａの間隙に位置するように形成される。
また、各振動子２００に対しては、メインダイス溝７４と略同一の深さの切込み（サブダイス溝）７５を入れて所謂サブダイス素子と称される微小な素子（分割素子）２０１を形成することで、その振動効率を高めることが行われている。サブダイス溝７５は、導体パターン７２ａに切れ込むように形成される。

しかしながら、こうした分割素子２０１を形成した場合には、その細長い形状から加工中に加わる負荷等によって、図１１において符号Ｔで示すような分割素子２０１が傾く現象（素子倒れ）が発生するという問題があった。
これに対して、例えば、特許文献１には、接続導体部におけるメインダイス溝を形成する位置とサブダイス溝を形成する位置との構造の相違に着目して素子倒れを防止しようとする技術が提案されている。
具体的には、特許文献１の技術は、接続導体部のサブダイス溝を形成する位置に対応する部分に細長い穴を設け、接続導体部におけるメインダイス溝の形成箇所とサブダイス溝の形成箇所の材質や構造を同一とすることで、メインダイス溝形成時及びサブダイス溝形成時で各振動子（分割素子）に加わる機械的な負荷を等しくし、その結果、分割素子の素子倒れを防止しようとするものである。

特開平１１−２７６４７９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、例えば分割素子の幅を狭めた場合等、加工時の条件によっては依然として素子倒れが発生することもあり、素子倒れを完全に解消できるものではない。
また、上記特許文献１の技術のように、接続導体部の導体パターンに穴を設けた場合、その穴から接着剤がはみ出すこととなり、接着以降の工程での作業性が低下するという問題がある。

本発明の課題は、製造工程における作業性を低下させることなく、素子倒れの発生を抑制することのできる超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、超音波探触子において、
走査方向に配列された複数の振動子と、
前記複数の振動子と電気的に接続される導体パターンを有する接続導体部と、を備え、
前記複数の振動子は、板状の圧電体と前記接続導体部とが積層された状態で、前記圧電体及び前記接続導体部を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離された状態に形成され、
前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
前記第１の分割溝は、前記接続導体部に切れ込むように形成され、
前記第２の分割溝は前記第１の分割溝より短く、その下端部は前記接続導体部から離間しており、
前記第２の分割溝の深さに対する前記第１の分割溝の深さの比率（第１の分割溝の深さ／第２の分割溝の深さ）は、１．０より大きく、１．２以下であることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記第２の分割溝の深さは、前記圧電体の厚さの９０％以上で、１００％未満であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波探触子において、
前記接続導体部は導体パターンが形成されており、
前記第１の分割溝同士の間の領域において、前記導体パターンは前記第１の分割溝同士の間の距離よりも狭い領域に形成されている。

また、請求項４に記載の発明は、超音波探触子において、
走査方向に配列された複数の振動子と、
前記複数の振動子と電気的に接続される導体パターンを有する接続導体部と、を備え、
前記複数の振動子は、板状の圧電体と、前記圧電体の背面に配される背面反射層と、前記背面反射層の前記圧電体とは反対側に配される前記接続導体部とが積層された状態で、前記圧電層、前記背面反射層及び前記接続導体部を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離された状態に形成され、
前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
前記第１の分割溝は、前記接続導体部に切れ込むように形成され、
前記第２の分割溝は前記第１の分割溝より短く、その下端部は前記背面反射層の厚さ方向中央部より下方に位置し、且つ、前記接続導体部から離間しており、
前記第２の分割溝の深さに対する前記第１の分割溝の深さの比率（第１の分割溝の深さ／第２の分割溝の深さ）は、１．０より大きく、２．２以下であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の超音波探触子において、
前記接続導体部の前記背面反射層とは反対側に配されるバッキング層を更に備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記背面反射層は音響インピーダンスが前記圧電体よりも大きい材料であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、超音波画像診断装置において、
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、製造工程における作業性を低下させることなく、素子倒れの発生を抑制することができる。

超音波画像診断装置の概略構成図である。 超音波画像診断装置の制御構成を示すブロック図である。 第１実施形態の超音波探触子の概略構成を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 第１実施形態の超音波探触子の送信帯域形状について説明するための図である。 図３の超音波探触子の変形例を示す図である。 第２実施形態の超音波探触子の概略構成を示す斜視図である。 第２実施形態の超音波探触子の送信帯域形状について説明するための図である。 第３実施形態の超音波探触子の概略構成を示す斜視図である。 第３実施形態の超音波探触子の送信帯域形状について説明するための図である。 従来の問題点を説明するための図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施の形態に係る超音波画像診断装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。

［超音波画像診断装置］
本実施の形態に係る超音波画像診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、超音波画像診断装置本体１と超音波探触子２とを備えている。

超音波画像診断装置本体１は、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子２に図示しない生体等の被検体に対して超音波（送信超音波）を送信させるとともに、超音波探触子２にて受信した被検体内からの反射超音波（エコー）に応じて超音波探触子２で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。

超音波探触子２は、被検体に対して送信超音波を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波（反射超音波）を受信する。
超音波探触子２は、例えば、方位方向（走査方向）に一次元アレイ状に複数配列された、圧電素子からなる超音波振動子（以下、振動子という）１００（図３参照）を備えている。振動子１００の個数は、任意に設定することができるが、本実施の形態では、例えば、１９２個の振動子１００を備えた超音波探触子２を用いている。
また、本実施の形態では、超音波探触子２について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波探触子２における帯域幅は任意に設定することができる。

［超音波画像診断装置本体］
超音波画像診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、メモリー部１５と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）１６と、表示部１７と、制御部１８とを備えて構成されている。

操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部１８に出力する。

送信部１２は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２にケーブル３を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子２に送信超音波を発生させる回路である。送信部１２は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、パルス発生回路を備えている。
クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。
遅延回路は、振動子１００毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束（送信ビームフォーミング）や、送信ビームの角度の設定（ステアリング）を行うための回路である。
パルス発生回路は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。
上述のように構成された送信部１２は、制御部１８の制御に従って、例えば、超音波探触子２に配列された複数（例えば、１９２個）の振動子１００のうちの連続する一部（例えば、６４個）を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部１２は、送信超音波を発生させる毎に駆動する振動子１００を方位方向にずらすことで走査（スキャン）を行う。また、送信部１２は、送信ビームの角度を変更しながら走査を行うことで、角度の異なる複数の走査領域において超音波の走査を行うことができる。

受信部１３は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部１３は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を備えている。
増幅器は、受信信号を、振動子１００毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。
Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するための回路である。
整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子１００毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データを生成するための回路である。

画像生成部１４は、受信部１３からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅などを実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。すなわち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部１４にて生成されたＢモード画像データは、メモリー部１５に送信される。

メモリー部１５は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーによって構成されており、画像生成部１４から送信されたＢモード画像データをフレーム単位で記憶する。すなわち、メモリー部１５は、フレーム単位により構成された超音波診断画像データとして記憶することができる。メモリー部１５に記憶された超音波診断画像データは、制御部１８の制御に従って読み出され、ＤＳＣ１６に送信される。

ＤＳＣ１６は、メモリー部１５より受信した超音波診断画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部１７に出力する。

表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部１７は、ＤＳＣ１６から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波診断画像の表示を行う。なお、表示装置に代えてプリンター等の印刷装置等を適用してもよい。

制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波画像診断装置Ｓの各部の動作を集中制御する。
ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波画像診断装置Ｓに対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。

［超音波探触子］
次に、本実施の形態に係る超音波探触子２の構成について、図３、４を参照しながら説明する。
図３は、超音波探触子２の概略構成を示す分解斜視図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
なお、図４は、積層体２０、音響整合層２３、及び音響レンズ２４（何れも後述）を接着した状態を示している。
また、以下の説明において、超音波探触子２における方位方向（走査方向）をＸ方向とし、振動子１００の厚み方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

超音波探触子２は、図３、４に示すように、例えば、バッキング層２１及び圧電層２２が接続導体部２２ａを介して積層された積層体２０と、圧電層２２上に積層された音響整合層２３と、音響整合層２３上に積層された音響レンズ２４と、を備えて構成されている。

バッキング層２１は、圧電層２２を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層２１は、圧電層２２の被検体に音波を送受信する方向と反対の板面に装着され、被検体の方向の反対側から発生する超音波を吸収する。

バッキング層２１を構成するバッキング材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂や、これらの材料に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形したゴム系複合材やエポキシ樹脂複合材、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体などの熱可塑性樹脂などが適用できる。
このうち好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料、及び／又は、エポキシ樹脂複合材からなるものが挙げられ、その形状は圧電層２２やこれを含む超音波探触子のヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。

圧電層２２は、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子（圧電素子）である。

圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電体を含有する材料である。圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの圧電セラミックス、ニオブ酸リチウム、亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶系単結晶からなる圧電単結晶、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはＶＤＦと、例えば、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）の共重合体であるポリフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））のようなＰＶＤＦ共重合体、シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）の重合体であるポリシアン化ビニリデン（ＰＶＤＣＮ）、あるいはシアン化ビニリデン系共重合体あるいはナイロン９、ナイロン１１などの奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレートなどのポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレアなどの有機高分子圧電材料などを用いることができる。

圧電材料の厚さとしては、概ね１００〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、後述する振動子１００として用いられる。

圧電材料に付される電極に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）などが挙げられる。

圧電材料に電極を付す方法としては、例えば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）などの下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。

電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料上に、超音波探触子２の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。

圧電層２２は、例えば、半田付け、焼き付け、接着等によって接続導体部２２ａと接合される。このため、圧電層２２の電極が接続導体部２２ａと接触されている。接続導体部２２ａはケーブル３と電気的に接続されているので、超音波画像診断装置本体１から出力される駆動信号が接続導体部２２ａを介して圧電層２２に入力され、圧電層２２で発生した受信信号が超音波画像診断装置本体１に出力される。

接続導体部２２ａは、例えばポリイミド等の絶縁体からなる基板上に、振動子１００の配列間隔と等しい間隔に銅等で構成される複数の導体パターン２２ｂが設けられたものであって、隣接する導体パターン２２ｂの間は電気的に絶縁された構成である。
なお、隣接する導体パターン２２ｂの間隙は、後述するメインダイス溝３１の幅と略同一に設定されている。

接続導体部２２ａと接合された圧電層２２と、バッキング層２１とは、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。

こうした積層体２０は、図３に示すように、ダイシングにより所定間隔毎に切込み（第１の分割溝、以下、メインダイス溝という）３１が入れられ、これにより複数（ここでは１９２個）の振動子１００が形成される。なお、振動子１００毎に、接続導体部２２ａに形成された１つの導体パターン２２ｂが対応している。
具体的には、積層体２０に対し、Ｙ方向に沿うようダイシングブレードを設置し、圧電層２２側からバッキング層２１の所定位置にかけて、Ｘ方向において所定の間隔ごとにダイシングすることで、圧電層２２と、接続導体部２２ａの基板と、バッキング層２１の上部とが分割され、複数の振動子１００が１次元アレイ状に形成される。こうして形成された隣接する振動子１００間の空隙がメインダイス溝３１である。

一般に、このような振動子１００は、その幅ｗ（Ｘ方向の寸法）と高さｔ（Ｚ方向の寸法）の関係、いわゆるｗ／ｔ比が０．６近辺の時に、最も効率よく超音波を送受信することができる。
このため、本実施形態における各振動子１００は、振動の効率を高めるために更に切込み（第２の分割溝、以下、サブダイス溝という）３２が入れられた構造となっている。
具体的には、各振動子１００に対し、Ｙ方向に沿うようダイシングブレードを設置し、圧電層２２を所定の深さ位置までダイシングすることで、圧電層２２が所定の深さ位置まで分割され、複数の分割素子（以下、サブダイス素子という）１０１が形成される。こうして形成された各振動子１００を分割する空隙がサブダイス溝３２である。

上記したように、メインダイス溝３１は、接続導体部２２ａの基板に切れ込むように形成されている。
一方、サブダイス溝３２はメインダイス溝３１より短く、その下端部が接続導体部２２ａから所定距離離間する深さに形成されている。即ち、サブダイス溝３２は、その深さがメインダイス溝３１より浅く、且つ接続導体部２２ａを分割しない深さに設定されている。
このとき、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率（メインダイス溝３１の深さ／サブダイス溝３２の深さ）は、１．０より大きく、１．２以下であることが好ましい。
サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率を１．０より大きくすることで、ダイシング時にかかる機械的な負荷によってサブダイス素子１０１が傾く素子倒れが発生するのを防止することができる。一方、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率を１．２以下とすることで、メインダイス溝３１とサブダイス溝３２との深さの差が大きくなりすぎで良好な送信帯域形状が得られないといった問題を回避することができる。
また、サブダイス溝３２の深さは、圧電層２２の厚さの９０％以上で、１００％未満であることが好ましい。
サブダイス溝３２の深さを圧電層２２の厚さの９０％以上で１００％未満とすることで、サブダイス溝３２の下端部から接続導体部２２ａまでの圧電層２２が分割されていない領域の幅を好適に設定でき、良好な送信帯域形状を得ることができる。

音響整合層２３は、圧電層２２と被検体との間の音響インピーダンスを整合させ、境界面での反射を抑制するものである。音響整合層２３は、圧電層２２の、超音波の送受信が行われる送受信方向である被検体側に装着される。

音響整合層２３は、少なくとも１層を有して構成されていれば良いが、複数層を積層させた構成とすることもできる。
音響整合層２３の層厚は、超音波の波長をλとすると、λ／４となるように定めるのが好ましい。音響整合層２３の層厚が適切でないと、本来の共振周波数とは異なる周波数ポイントに複数の不要スプリアスが出現し、基本音響特性が大きく変動してしまう場合がある。結果、残響時間の増加、反射エコーの波形歪みによる感度やＳ／Ｎの低下を引き起こす場合がある。このような音響整合層の厚さとしては、通常、概ね２０〜５００μｍの範囲のものが用いられる。

音響整合層２３は、圧電層２２と被検体との概ね中間の音響インピーダンスを有する。
なお、音響整合層２３を、複数層を積層させた構成とする場合、下層から上層にかけて音響インピーダンスが漸次小さくなるように設定される。

音響整合層２３に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（例えばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ＰＥ（ポリエチレン）やＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填剤として、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものが適用できる。
本実施の形態において、少なくともシリコーン樹脂粒子が含有されているのが好ましい。

音響レンズ２４は、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために、音響整合層２３の上方に積層するように配置されるものである。すなわち、音響レンズ２４は、超音波探触子２の被検体と接する側に設けられ、圧電層２２にて発生した超音波を、被検体に効率よく入射させる。音響レンズ２４は、被検体と接する部分で、内部の音速に応じて凸型又は凹型のレンズ形状を有し、被検体に入射される超音波を、撮像断面と直交する厚さ方向（エレベーション方向）で収束させる。

音響レンズ２４は、概ね被検体及び音響整合層２３の中間の音響インピーダンスを有する軟質の高分子材料により形成される。
音響レンズ２４を構成する素材としては、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等が適用可能である。これらのうち、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。

次に、本実施の形態に係る超音波探触子２の作用について説明する。
本実施の形態に係る超音波探触子２は、メインダイス溝３１が、接続導体部２２ａの基板に切れ込むように形成されており、サブダイス溝３２は、メインダイス溝３１より短く、その下端部が、接続導体部２２ａの接続導体部２２ａから離間している。
このため、各振動子１００にサブダイス溝３２を形成する際に、サブダイス溝３２と接続導体部２２ａとの間に圧電層２２の切断されていない領域が形成されることとなり、サブダイス素子１０１が安定し、素子倒れの発生を抑制することができる。

ここで、本実施形態の超音波探触子２の送信帯域形状について、図５を用いて説明する。
図５において、縦軸は感度［−］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。
また、図５において、実線は、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率（メインダイス溝３１の深さ／サブダイス溝３２の深さ）が１．２の超音波探触子の送信帯域形状を示している。また、図５において、破線は、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が１．０５であって、サブダイス溝３２の深さが、圧電層２２の厚さの９０％の超音波探触子の送信帯域形状を示している。
図５から、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が１．２の超音波探触子の場合、左右対称な良好な送信帯域形状が得られることがわかる。
また、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が１．０５であって、サブダイス溝３２の深さが、圧電層２２の厚さの９０％の超音波探触子の場合、より対称性に優れた良好な送信帯域形状が得られることがわかる。

以上のように、本実施の形態によれば、走査方向に配列された複数の振動子１００と、複数の振動子１００と電気的に接続される導体パターン２２ｂを有する接続導体部２２ａと、を備え、複数の振動子１００は、板状の圧電体と接続導体部２２ａとが積層された状態で、圧電体及び接続導体部２２ａを所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離された状態に形成され、複数の振動子１００の各々は、メインダイス溝３１と平行なサブダイス溝３２により更に分割されて形成された複数のサブダイス素子１０１を備え、メインダイス溝３１は、接続導体部２２ａに切れ込むように形成され、サブダイス溝３２はメインダイス溝３１より短く、その下端部は接続導体部２２ａから離間している。
このため、サブダイス溝３２を形成した場合、サブダイス溝３２と接続導体部２２ａとの間に圧電層２２の切断されていない領域が形成されるので、サブダイス素子１０１が安定することとなり、素子倒れの発生を抑制することができる。
また、素子倒れの発生を抑制することができるので、音響特性の劣化を防止することができる。

また、本実施形態によれば、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率（メインダイス溝３１の深さ／サブダイス溝３２の深さ）は、１．０より大きく、１．２以下である。
このため、非対称性の振動を抑制でき、良好な音響特性を有する超音波探触子を実現できることができる。

また、本実施形態によれば、サブダイス溝３２の深さは、圧電層２２の厚さの９０％以上で、１００％未満である。
このため、より良好な音響特性を有する超音波探触子を実現できることができる。

なお、上記実施形態においては、図３に示したように、導体パターン２２ｂが、接続導体部２２ａにおいてメインダイス溝３１の形成部を除くＸ方向の略全面に設けられた構成を例示して説明したが、例えば、図６に示すように、接続導体部２２ａにおいて、導体パターン２２ｂを設けるＸ方向の領域を少なくすることもできる。この場合、導体パターン２２ｂと基板との間に段差Ｄが形成されるので、従来のようなメインダイス溝と略同一の深さのサブダイス溝であると、サブダイス溝の位置が段差Ｄの位置に合致した場合などには、素子倒れがより発生しやすいと考えられる。
しかしながら、本実施形態によれば、サブダイス溝３２と接続導体部２２ａとの間に圧電層２２の切断されていない領域が形成される構成であるため、導体パターン２２ｂの形状（Ｘ方向の領域の幅）がどのようなものであっても素子倒れが発生するのを抑制することができる。

また、上記実施形態においては、図３に示すように、圧電層２２、接続導体部２２ａ、及びバッキング層２１が積層された積層体２０に対してダイシングが行われる構成を例示して説明しているが、圧電層２２上に音響整合層２３が積層された状態においてダイシングを実行することとしても良い。
なお、このようにして音響整合層２３に溝が形成された場合であっても、メインダイス溝３１及びサブダイス溝３２の深さの比率の算出においては、溝の深さに音響整合層２３の厚さを含めないこととする。
即ち、音響整合層２３に溝が形成される／形成されないに関わらず、メインダイス溝３１及びサブダイス溝３２の深さの比率は、圧電層２２、接続導体部２２ａ、及びバッキング層２１の構成内での規定とする。

以下、本発明の第２及び第３実施形態について説明する。
第２及び第３実施形態は、超音波探触子２Ａ及び２Ｂの構成が上記第１実施形態と異なり、超音波画像診断装置本体１の構成は上記第１実施形態と同一であるため、超音波画像診断装置本体１についてはその説明を省略する。
また、以下の説明において、第１実施形態と同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の超音波探触子２Ａの構成を示す斜視図である。
超音波探触子２Ａは、図７に示すように、例えば、バッキング層２１、接続導体部２２ａ、ヘビーバッキング層２５、及び圧電層２２が下方から順に積層された積層体２０Ａと、圧電層２２上に積層された音響整合層２３と、音響整合層２３上に積層された音響レンズ２４と、を備えて構成されている。

ヘビーバッキング層２５は、圧電層２２とバッキング層２１との間に設けられた背面反射層である。
ヘビーバッキング層２５は、音響インピーダンスが圧電層２２よりも大きい材料により形成されており、圧電層２２に対し被検体の方向とは反対側に出力される超音波を反射する。このように、ヘビーバッキング層を備えることにより、圧電層２２における超音波の送受波に対する感度をさらに向上させることができる。なお、ヘビーバッキング層を追加することにより狭帯域化した場合、音響整合層２３を３層以上とすることで広帯域化させても良い。

本実施形態の超音波探触子２Ａにおいては、メインダイス溝３１は、接続導体部２２ａに切れ込むように形成されている。
一方、サブダイス溝３２は、メインダイス溝３１より短く、その下端部は接続導体部２２ａから所定距離離間している。具体的には、サブダイス溝３２は、圧電層２２を分断せず、その下端部が圧電層２２及びヘビーバッキング層２５の境界から上方に位置する深さに形成される。より具体的には、サブダイス溝３２の深さは、圧電層２２の厚さの９０％以上で、１００％未満であることが好ましい。サブダイス溝３２の深さを圧電層２２の厚さの９０％以上で１００％未満とすることで、圧電層２２が分割されていない領域の幅を好適に設定でき、良好な送信帯域形状を得ることができる。

このように構成することにより、サブダイス溝３２を形成した場合、サブダイス溝３２と接続導体部２２ａとの間に、圧電層２２の切断されていない領域及びヘビーバッキング層２５が存在するため、サブダイス素子１０１が安定することとなり、素子倒れの発生を抑制することができる。
また、素子倒れの発生を抑制することができるので、音響特性の劣化を防止することができる。
また、圧電層２２を完全に切断しない構成であるため、加工負荷を小さくすることができる。

ここで、本実施形態の超音波探触子２Ａの送信帯域形状について、図８を用いて説明する。
図８において、縦軸は感度［−］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。
なお、図８は、サブダイス溝３２の深さを、圧電層２２の厚さの９０％に設定した超音波探触子２Ａの送信帯域形状を示している。
図８から、超音波探触子２Ａであっても、ほぼ左右対称な良好な送信帯域形状が得られることがわかる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態の超音波探触子２Ｂの構成を示す斜視図である。
超音波探触子２Ｂは、図９に示すように、例えば、バッキング層２１、接続導体部２２ａ、ヘビーバッキング層２５、及び圧電層２２が下方から順に積層された積層体２０Ｂと、圧電層２２上に積層された音響整合層２３と、音響整合層２３上に積層された音響レンズ２４と、を備えて構成されている。

本実施形態の超音波探触子２Ｂにおいては、メインダイス溝３１は、接続導体部２２ａに切れ込むように形成されている。
一方、サブダイス溝３２は、メインダイス溝３１より短く、その下端部は接続導体部２２ａから所定距離離間している。
具体的には、サブダイス溝３２は、ヘビーバッキング層２５の厚さ方向中央部より下方に位置する所定の深さに形成される。
このとき、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率（メインダイス溝３１の深さ／サブダイス溝３２の深さ）は、１．０より大きく、２．２以下であることが好ましい。
サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率を１．０より大きくすることで、ダイシング時にかかる機械的な負荷によってサブダイス素子１０１が傾く素子倒れが発生するのを防止することができる。一方、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率を２．２以下とすることで、メインダイス溝３１とサブダイス溝３２との深さの差が大きくなりすぎで良好な送信帯域形状が得られないといった問題を回避することができる。
また、サブダイス溝３２は、その下端部がヘビーバッキング層２５の厚さ方向中央部より下に位置する深さに形成されることが好ましい。
サブダイス溝３２を、その下端部がヘビーバッキング層２５の厚さ方向中央部より下に位置する深さに形成することで、サブダイス溝３２の下端部から接続導体部２２ａまでのヘビーバッキング層２５が分割されていない領域の幅を好適に設定でき、良好な送信帯域形状を得ることができる。

ここで、本実施形態の超音波探触子２Ｂの送信帯域形状について、図１０を用いて説明する。
図１０において、縦軸は感度［−］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。
また、図１０において、実線は、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率（メインダイス溝３１の深さ／サブダイス溝３２の深さ）が、２．２の超音波探触子の送信帯域形状を示し、破線は、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が、２．３の超音波探触子の送信帯域形状を示している。
図１０から、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が、２．３の超音波探触子の場合、符号Ｒで示す位置においてリップルが発生してしまうことがわかる。
一方、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が、２．２の超音波探触子の場合、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が２．３の場合と比較して、帯域内にリップルの発生がなく、非対称性の振動を抑制でき、良好な音響特性を有する超音波探触子を実現できることがわかる。
また、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が２．２の超音波探触子の場合、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率が２．３の超音波探触子の場合と比較して、広帯域な周波数特性を有することがわかる。

上記構成によれば、サブダイス溝３２を形成した場合、サブダイス溝３２と接続導体部２２ａとの間にヘビーバッキング層２５の切断されていない領域が存在するため、サブダイス素子１０１が安定することとなり、素子倒れの発生を抑制することができる。
また、素子倒れの発生を抑制することができるので、音響特性の劣化を防止することができる。
また、サブダイス溝３２の深さに対するメインダイス溝３１の深さの比率を、１．０より大きく、２．２以下とすることで、メインダイス溝３１とサブダイス溝３２の深さの差により生じる非対称性の振動を抑制でき、良好な音響特性を有する超音波探触子を実現できることができる。また、ヘビーバッキング層２５を設けたことによる時間応答の劣化を改善することもできる。

なお、上記第２及び第３の実施の形態では、図７、９に示すように、圧電層２２、ヘビーバッキング層２５、接続導体部２２ａ、及びバッキング層２１が積層された積層体２０Ａ、２０Ｂに対してダイシングが行われる構成を例示して説明しているが、圧電層２２上に音響整合層２３が積層された状態においてダイシングを実行することとしても良い。
なお、このようにして音響整合層２３に溝が形成された場合であっても、メインダイス溝３１及びサブダイス溝３２の深さの比率の算出においては、溝の深さに音響整合層２３の厚さを含めないこととする。
即ち、音響整合層２３に溝が形成される／形成されないに関わらず、メインダイス溝３１及びサブダイス溝３２の深さの比率は、圧電層２２、ヘビーバッキング層２５、接続導体部２２ａ、及びバッキング層２１の構成内での規定とする。

また、上記第１から第３の実施の形態において説明した詳細な部分については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記第１から第３の実施の形態では、振動子１００は、Ｘ方向に一次元アレイ状に複数配列された構成を例示して説明したが、２次元アレイ状に形成することもできる。

Ｓ 超音波画像診断装置
１ 超音波画像診断装置本体
２、２Ａ、２Ｂ 超音波探触子
２０、２０Ａ、２０Ｂ 積層体
２１ バッキング層
２２ 圧電層
２２ａ 接続導体部
２２ｂ 導体パターン
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
２５ ヘビーバッキング層（背面反射層）
３１ メインダイス溝（第１の分割溝）
３２ サブダイス溝（第２の分割溝）
１００ 振動子
１０１ サブダイス素子（分割素子）

Claims (7)

1. 走査方向に配列された複数の振動子と、
   前記複数の振動子と電気的に接続される導体パターンを有する接続導体部と、を備え、
   前記複数の振動子は、板状の圧電体と前記接続導体部とが積層された状態で、前記圧電体及び前記接続導体部を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離された状態に形成され、
   前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
   前記第１の分割溝は、前記接続導体部に切れ込むように形成され、
   前記第２の分割溝は前記第１の分割溝より短く、その下端部は前記接続導体部から離間しており、
   前記第２の分割溝の深さに対する前記第１の分割溝の深さの比率（第１の分割溝の深さ／第２の分割溝の深さ）は、１．０より大きく、１．２以下であることを特徴とする超音波探触子。
2. 前記第２の分割溝の深さは、前記圧電体の厚さの９０％以上で、１００％未満であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記接続導体部は導体パターンが形成されており、
   前記第１の分割溝同士の間の領域において、前記導体パターンは前記第１の分割溝同士の間の距離よりも狭い領域に形成されている請求項１又は２に記載の超音波探触子。
4. 走査方向に配列された複数の振動子と、
   前記複数の振動子と電気的に接続される導体パターンを有する接続導体部と、を備え、
   前記複数の振動子は、板状の圧電体と、前記圧電体の背面に配される背面反射層と、前記背面反射層の前記圧電体とは反対側に配される前記接続導体部とが積層された状態で、前記圧電層、前記背面反射層及び前記接続導体部を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離された状態に形成され、
   前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
   前記第１の分割溝は、前記接続導体部に切れ込むように形成され、
   前記第２の分割溝は前記第１の分割溝より短く、その下端部は前記背面反射層の厚さ方向中央部より下方に位置し、且つ、前記接続導体部から離間しており、
   前記第２の分割溝の深さに対する前記第１の分割溝の深さの比率（第１の分割溝の深さ／第２の分割溝の深さ）は、１．０より大きく、２．２以下であることを特徴とする超音波探触子。
5. 前記接続導体部の前記背面反射層とは反対側に配されるバッキング層を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波探触子。
6. 前記背面反射層は音響インピーダンスが前記圧電体よりも大きい材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波探触子。
7. 駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波探触子と、
   前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、
   を備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。

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