JP6314412B2 - 超音波デバイス及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波デバイス、超音波デバイスの製造方法、超音波プローブおよび超音波診断装置に関するものである。

超音波を送信し受信する超音波デバイスが超音波診断装置等に広く用いられている。そして、超音波デバイスにはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）ｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅ）に代表される圧電セラミック等の圧電体の両端に電極を形成した振動子が一般的に用いられてきた。このような超音波デバイスが特許文献１に開示されている。それによると、超音波デバイスは段差のある基板に厚みの異なるＰＺＴが設置されている。下の段には共振周波数の低い振動子が設置され、上の段には共振周波数の高い振動子が設置されている。

そして、各振動子に重ねて音響整合層が配置されている。音響整合層は振動子の反対側を表面とすると、表面が平坦に形成されている。平坦にすることにより被検体に接触し易くすることができる。音響整合層の厚み及び振動子の厚みは共振周波数に対応して設定されている。そして、２つの音響整合層の厚み及び振動子の厚みを加算した長さの差が基板の段差の高さとなっている。従って、基板に段差を設けることにより、表面を平坦にしても２つの振動子及び音響整合層の長さを適切に設定することが可能となっている。

特開平２−４９６４０号公報

特許文献１では基板の段差が振動子の素子と対応しているので、振動子の数が多くなる程段差の数が多くなる。従って、基板に振動子を多数配置する構造の超音波デバイスでは基板の製造が難しくなる。そこで、共振周波数が異なる複数の振動子を多数配置するときにも製造し易い構造の超音波デバイスが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる超音波デバイスであって、基板と、前記基板の第１面に設けられた第１圧電体と、前記基板の前記第１面に設けられ前記第１圧電体と厚みの異なる第２圧電体と、前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に設けられた音響整合部と、を備え、前記第１面は平坦であり、前記音響整合部において前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側に位置する第２面は前記第１面と平行かつ平坦であることを特徴とする。

本適用例によれば、超音波デバイスは基板に第１圧電体及び第２圧電体を備えている。第１圧電体は交流電圧を印加されることにより超音波を射出する。第１圧電体及び第２圧電体の上には音響整合部が設けられている。射出された超音波は音響整合部を通過して被検体に射出される。被検体にて反射した超音波は音響整合部を通過して第２圧電体に入射する。音響整合部は音響インピーダンスを調整するので、超音波は効率良く第１圧電体、被検体、第２圧電体との間を進行することができる。

また、第２圧電体は超音波を入射して交流電圧の信号を出力する。第１圧電体と第２圧電体とは厚みが異なるので、各圧電体の共振周波数は異なる周波数となっている。従って、超音波デバイスは第１圧電体から超音波を被検体に向けて射出し、第２圧電体は被検体にて反射した超音波のうち異なる周波数の超音波を検出することができる。そして、基板において第１圧電体及び第２圧電体が設置された第１面は平坦な面となっている。さらに、音響整合部において第１圧電体及び第２圧電体と反対側の第２面も平坦な面となっている。従って、基板は第１面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。音響整合部は第２面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。その結果、生産性良く超音波デバイスを製造することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記第１圧電体及び前記第２圧電体における音速をＣｐ、前記音響整合部における音速をＣｓ、前記第１圧電体の共振周波数をｆ１、前記第２圧電体の共振周波数をｆ２、前記第１圧電体の厚みをｄ１、前記第２圧電体の厚みをｄ２、前記第１圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ１、前記第２圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ２、ｎを整数、ｋ１及びｋ２を奇数、とするとき、下記式１〜式７を満たすことを特徴とする。ｆ２＝ｎ×ｆ１・・・（式１）。ｄ１＝Ｃｐ／（２×ｆ１）・・・（式２）。ｄ２＝Ｃｐ／（２×ｆ２）・・・（式３）。ｔ１＝ｋ１×Ｃｓ／（４×ｆ１）・・・（式４）。ｔ２＝ｋ２×Ｃｓ／（４×ｆ２）・・・（式５）。ｄ１＋ｔ１＝ｄ２＋ｔ２・・・（式６）。Ｃｓ＝２×（ｎ−１）×Ｃｐ（ｋ２−ｎ×ｋ１）・・・（式７）。

本適用例によれば、式１に示すように第２圧電体の共振周波数は第１圧電体の共振周波数の整数倍となっている。従って、第１圧電体が超音波を出力し、第２圧電体は被検体にて反射する超音波のｎ次高周波を検出することができる。第１圧電体の厚みｄ１を式２が示すようにすることにより、第１圧電体の共振周波数を共振周波数ｆ１にすることができる。同様に、第２圧電体の厚みｄ２を式３が示すようにすることにより、第２圧電体の共振周波数を共振周波数ｆ２にすることができる。

音響整合部を進行する超音波の波長をλ、周波数をｆとするとき、λ＝Ｃｓ／ｆの関係がある。従って、式４はｔ１＝ｋ１×λ／４を示し、式５はｔ２＝ｋ２×λ／４を示している。つまり、音響整合部の厚みはλ／４の奇数倍となる。λ／４の奇数倍は波長整合条件であるので、音響整合部を進行する超音波は音響整合部の界面で反射する超音波と互いに打消しあうことを抑制する。従って、音響整合部は効率よく超音波を進行させることができる。

式６が示すように、第１圧電体の厚みと第１圧電体上の音響整合部とを加算した厚みは、第２圧電体の厚みと第２圧電体上の音響整合部とを加算した厚みと同じ厚みに作られている。これにより、基板において第１圧電体及び第２圧電体が設置された第１面を平坦にして、音響整合部において第１圧電体及び第２圧電体と反対側の第２面も平坦にすることができる。そして、式１〜式６により式７が導かれる。式７に示すようにｎ、ｋ１、ｋ２及びＣｐを設定することにより、Ｃｓが演算される。そして、音響整合部の材質は演算されたＣｓに対応する音速となる材質が選定されている。従って、超音波が音響整合部を効率よく進行する超音波デバイスを生産性良く製造することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記音響整合部の材質は天然ゴムであることを特徴とする。

本適用例によれば、音響整合部の材質は天然ゴムである。適用例２の式７において、ｎ＝２、ｋ１＝１、ｋ２＝７、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝１６００ｍ／ｓにすることができる。そして、Ｃｓ＝１６００ｍ／ｓは天然ゴムが適合する。天然ゴムは加工性が良い。従って、音響整合部の材質に天然ゴムを使用することにより超音波が音響整合部を効率よく進行する超音波デバイスを生産性良く製造することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記音響整合部の材質はシリコーン樹脂であることを特徴とする。

本適用例によれば、音響整合部の材質はシリコーン樹脂である。適用例２の式７において、ｎ＝２、ｋ１＝１、ｋ２＝９、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝１１４３ｍ／ｓにすることができる。そして、Ｃｓ＝１１４３ｍ／ｓはシリコーン樹脂が適合する。シリコーン樹脂は加工性が良い。従って、音響整合部の材質にシリコーン樹脂を使用することにより超音波が音響整合部を効率よく進行する超音波デバイスを生産性良く製造することができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記音響整合部の材質はポリエチレン樹脂であることを特徴とする。

本適用例によれば、音響整合部の材質はポリエチレン樹脂である。適用例２の式７において、ｎ＝３、ｋ１＝１、ｋ２＝１１、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝２０００ｍ／ｓにすることができる。そして、Ｃｓ＝２０００ｍ／ｓはポリエチレン樹脂が適合する。ポリエチレン樹脂は加工性が良い。従って、音響整合部の材質にポリエチレン樹脂を使用することにより超音波が音響整合部を効率よく進行する超音波デバイスを生産性良く製造することができる。

［適用例６］
本適用例にかかる超音波デバイスの製造方法であって、基板の平坦な第１面上に第１圧電体と第２圧電体とを形成する工程と、前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側に位置する第２面が前記第１面と平行かつ平坦となるように音響整合部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、基板上に第１圧電体と第２圧電体とが形成される。基板の第１圧電体及び第２圧電体が設けられた第１面は平坦であり容易に加工することができる。第１圧電体及び第２圧電体上には音響整合部が形成される。音響整合部において第１圧電体及び第２圧電体と反対側の第２面は平坦となっている。従って、第１面及び第２面ともに生産性よく製造することができる。

［適用例７］
本適用例にかかる超音波プローブであって、超音波デバイスと、前記超音波デバイスを駆動する駆動部と、を備え、前記超音波デバイスは、基板と、前記基板の第１面に設けられた第１圧電体と、前記基板の前記第１面に設けられた第２圧電体と、前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に設けられた音響整合部と、を備え、前記第１面は平坦であり、前記音響整合部において前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側の第２面は前記第１面と平行かつ平坦であることを特徴とする。

本適用例によれば、超音波プローブは超音波デバイスと駆動部とを備えている。駆動部は超音波デバイスを駆動する。超音波デバイスでは基板において第１圧電体及び第２圧電体が設置された第１面は平坦な面となっている。さらに、音響整合部において第１圧電体及び第２圧電体と反対側の第２面も平坦な面となっている。従って、基板は第１面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。音響整合部は第２面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。その結果、超音波プローブは生産性良く製造可能な超音波デバイスを備えた超音波プローブとすることができる。

［適用例８］
本適用例にかかる超音波診断装置であって、被検体に超音波を射出し、前記被検体にて反射された超音波を検出する超音波デバイスと、前記超音波デバイスを駆動する駆動部と、前記超音波デバイスが検出した超音波から前記被検体における超音波の反射率の分布を演算する反射分布演算部と、前記反射分布演算部が演算した前記被検体における超音波の反射率の分布に基づいた画像を表示する表示部と、を備え、前記超音波デバイスは、基板と、前記基板に設けられた第１圧電体と、前記基板に設けられた第２圧電体と、前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に設けられた音響整合部と、を備え、前記基板の前記第１圧電体及び前記第２圧電体が設けられた第１面は平坦であり、前記音響整合部において前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側に位置する第２面は前記第１面と平行かつ平坦であることを特徴とする。

本適用例によれば、超音波診断装置は超音波デバイス、駆動部、反射分布演算部及び表示部を備えている。駆動部は超音波デバイスを駆動する。超音波デバイスは被検体に超音波を射出し、被検体にて反射する超音波を検出する。反射分布演算部は超音波デバイスが検出した超音波から被検体における超音波の反射率の分布を演算する。表示部は反射分布演算部が演算した被検体における超音波の反射率の分布を表示する。操作者は表示部を見て被検体の内部における超音波の反射率の分布を知ることができる。

超音波デバイスでは基板において第１圧電体及び第２圧電体が設置された第１面は平坦な面となっている。さらに、音響整合部において第１圧電体及び第２圧電体と反対側の第２面も平坦な面となっている。従って、基板は第１面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。音響整合部は第２面に凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。その結果、超音波診断装置は生産性良く製造可能な超音波デバイスを備えた超音波診断装置とすることができる。

第１の実施形態にかかわり、（ａ）は、超音波画像装置の構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、超音波センサーの構造を示す概略斜視図。 （ａ）は、超音波センサーにおける超音波の射出及び検出を説明するための模式図、（ｂ）は、音響整合部と圧電体との寸法の関係を説明するための模式図。 音響整合部の材質を選定する手順を説明するためのフローチャート。 ハーモニックイメージングの次数ｎ＝２のときの材質選定結果を示す図。 ハーモニックイメージングの次数ｎ＝３のときの材質選定結果を示す図。 超音波センサーの製造方法のフローチャート。 超音波センサーの製造方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる超音波センサーの構造を示す概略斜視図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は超音波センサーの構造を示す模式側断面図、（ｂ）は、超音波センサーの製造方法のフローチャート。 超音波センサーの製造方法を説明するための模式図。

本実施形態では、特徴的な構造を有する超音波デバイスとこの超音波デバイスを備えた超音波プローブ及び超音波画像装置の例について説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわる超音波画像装置について図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は、超音波画像装置の構造を示す概略斜視図である。図１（ａ）に示すように超音波画像装置１は画像処理装置２及び超音波プローブ３を備えている。画像処理装置２と超音波プローブ３とはケーブル４により接続されている。超音波プローブ３は被検体５に押圧して用いられる。被検体５の表面には液状体６が塗布され、超音波プローブ３と被検体５との間には液状体６が介在する。液状体６は超音波プローブ３が射出する超音波を反射させずに伝導する機能を備えている。

超音波プローブ３は外装部７を備えている。外装部７の形状は有底角筒状となっている。外装部７には被検体５を向く側に超音波センサー８が設置され、超音波センサー８から被検体５に向けて超音波が射出される。超音波は被検体５の内部で反射する。超音波センサー８は被検体５の内部で反射した反射波を検出する。外装部７の内部には超音波センサー８を駆動する駆動部としてのセンサー駆動部９が収納されている。

画像処理装置２は反射分布演算部としての画像演算部１０、表示部としての画像表示部１１及び入力部１２を備えている。画像演算部１０は超音波プローブ３が出力する反射波信号を用いて被検体５の断面における反射率の分布を演算する。そして、反射率の分布の演算結果より断面画像を演算して画像表示部１１に出力する。画像表示部１１は画像演算部１０が出力する演算結果を入力して被検体５の断面画像を表示する。断面画像は反射率の分布を表示する。入力部１２は操作者が超音波画像装置１に指示内容を入力する部位である。

超音波プローブ３の長手方向をＺ方向とする。詳しくは、超音波プローブ３が被検体５を向く方向を−Ｚ方向とする。超音波プローブ３と被検体５とが接触する面上で直交する２方向をＸ方向とＹ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向はそれぞれ直交する方向となっている。

図１（ｂ）は、超音波センサーの構造を示す概略斜視図である。図１（ｂ）に示すように、超音波センサー８は四角形の基板１３を備えている。基板１３の材質は音響減衰の大きい材質であれば良く特に限定されない。この材質はバッキング材と称される。基板１３は例えば、エポキシ樹脂、ゴム等の弾性部材に金属、フェライト、セラミック等の紛体を混入して形成される。

基板１３において−Ｚ方向を向く面を第１面１３ａとする。第１面１３ａは平坦な面となっている。第１面１３ａ上には第１圧電体１４と第２圧電体１５とがＸ方向に交互に並べて配置されている。第１圧電体１４の形状は角柱状であり第１圧電体１４の基板１３側を向く面には第１電極１４ａが設置されている。第１圧電体１４において第１電極１４ａと反対側の面には第２電極１４ｂが設置されている。

第２圧電体１５の形状も角柱状であり、第２圧電体１５のＹ方向の長さは第１圧電体１４と同じ長さとなっている。第２圧電体１５のＸ方向の幅の長さも第１圧電体１４と同じ長さとなっている。第２圧電体１５のＺ方向の厚みの長さは第１圧電体１４よりも短い長さとなっている。第２圧電体１５の基板１３側を向く面には第１電極１５ａが設置されている。第２圧電体１５において第１電極１５ａと反対側の面には第２電極１５ｂが設置されている。

図をわかり易くするために図中第１圧電体１４及び第２圧電体１５は各４個ずつ配置されている。第１圧電体１４及び第２圧電体１５の個数は特に限定されない。個数が多い程検査範囲を広くすることができる。若しくは、分解能を高くすることができる。本実施形態では、例えば、第１圧電体１４及び第２圧電体１５の個数はそれぞれ２５６個となっている。

第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質は交流電圧を印加して超音波を射出する材質であれば良く特に限定されない。第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子やＰＤＶＦ（ポリフッ化ビニリデン）素子等の圧電素子を用いることができる。本実施形態では圧電素子の１つであるＰＺＴ素子を用いている。第１圧電体１４及び第２圧電体１５は音響トランスデューサーとも称す。

第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に交流電圧を印加するとき、第１圧電体１４は超音波を射出する。第１圧電体１４は超音波を射出する素子として機能する。第２圧電体１５は超音波を入射して第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間に交流電圧を発生する。第２圧電体１５は超音波を検出する素子として機能する。厚い圧電体は薄い圧電体より低い周波数の超音波を射出し、低い周波数の超音波を検出することができる。第２圧電体１５の厚みは第１圧電体１４より薄く設定されている。これにより、第２圧電体１５は第１圧電体１４が射出する超音波より高い周波数の超音波を検出するようになっている。

第１電極１４ａ及び第１電極１５ａの基板１３を向く面は平坦になっている。そして、第１電極１４ａは第１面１３ａに接着固定され、第１電極１５ａも第１面１３ａに接着固定されている。

第１圧電体１４及び第２圧電体１５の−Ｚ方向側には音響整合部１６が設置されている。音響整合部１６は第１圧電体１４及び第２圧電体１５と被検体５との間で音響インピーダンスのマッチングをとる機能を有している。音響整合部１６において−Ｚ方向を向く面を第２面１６ａとする。第２面１６ａは平坦な面となっている。

第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂの材質は導電性のある材質であれば良く特に限定されない。金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属の他これらの金属の合金や積層した金属を用いることができる。

基板１３から音響整合部１６までの部分を超音波デバイス１７とする。超音波デバイス１７には基板１３、第１圧電体１４、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、第２圧電体１５、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ及び音響整合部１６が含まれる。

第２面１６ａには音響レンズ１８が固着されている。音響レンズ１８はＸ方向からみた形状が凸状であり、Ｘ方向に延在する柱状のレンズである。音響レンズ１８はロッドレンズとも称される。第１圧電体１４から射出された超音波は音響整合部１６を通過し音響レンズ１８に入射する。超音波は音響レンズ１８により収束される。音響レンズ１８の材質は音響レンズ１８中を進行するときの音速が被検体５より遅い材質が用いられる。例えば、被検体５が人体のときには音響レンズ１８の材質にシリコーンゴムを用いることができる。

図２（ａ）は、超音波センサーにおける超音波の射出及び検出を説明するための模式図である。図２（ａ）に示すように、複数の第１圧電体１４から超音波２１が射出される。射出された超音波２１は音響整合部１６、音響レンズ１８を通過して被検体５に入射する。配列する第１圧電体１４はそれぞれ位相の異なる超音波２１を射出する。被検体５の検査する場所を検査点５ａとする。各第１圧電体１４から射出された超音波２１は検査点５ａにて同位相になるように射出される。検査点５ａでは超音波２１が強め合うので音響レンズ１８等による収束と同じ効果が得られる。

検査点５ａにて反射する超音波２１を反射波２１ａとする。反射波２１ａは被検体５、音響レンズ１８及び音響整合部１６を通過して第２圧電体１５に入射する。検査点５ａと各第２圧電体１５との距離は異なるので各第２圧電体１５が検出する反射波２１ａは位相が異なる波形となっている。センサー駆動部９は反射波２１ａの位相を調整することにより検査点５ａにて反射する反射波２１ａの強度を演算する。超音波プローブ３は第１圧電体１４が射出する超音波２１の位相を変更して検査点５ａをＸ方向に移動させる。そして、各場所における反射波２１ａの強度を演算する。これにより、超音波画像装置１は被検体５の内部における反射波２１ａの強度分布を演算する。

第１圧電体１４が射出する超音波２１の周波数をｆ１とする。反射波２１ａにはｆ１の整数倍の周波数である音波が含まれている。反射波２１ａは周波数が高くなる程直進性が良いので高い周波数の反射波２１ａを解析した画像は空間分解能が高くなる。また、周波数が高くなる程音圧が低くなるので検出が難しくなる。そこで、音響整合部１６において効率よく超音波を進行させることがますます重要になる。第２圧電体１５は第１圧電体１４より厚みが薄いのでｆ１より高い周波数の反射波２１ａを検出することができる。ｆ１に対して検出する周波数がｎ倍のときｎをハーモニックイメージングの次数と称す。

図２（ｂ）は、音響整合部と圧電体との寸法の関係を説明するための模式図である。図２（ｂ）に示すように、第１圧電体１４の−Ｚ側に位置する音響整合部１６を第１音響整合部１６ｂとする。第２圧電体１５の−Ｚ側に位置する音響整合部１６を第２音響整合部１６ｃとする。

第１面１３ａと第２面１６ａとは平坦な面であり平行な面となっている。第１電極１４ａと第１電極１５ａとは同じ厚みであり、第２電極１４ｂと第２電極１５ｂとは同じ厚みである。第１圧電体１４の厚みを第１圧電体厚１４ｃとし第１音響整合部１６ｂの厚みを第１音響整合部厚１６ｄとする。第２圧電体１５の厚みを第２圧電体厚１５ｃとし第２音響整合部１６ｃの厚みを第２音響整合部厚１６ｅとする。このとき、第１圧電体厚１４ｃと第１音響整合部厚１６ｄとを加算した厚みは第２圧電体厚１５ｃと第２音響整合部厚１６ｅとを加算した厚みと同じ厚みとなっている。

次に、音響整合部１６の材質の選定と第１音響整合部厚１６ｄ及び第２音響整合部厚１６ｅを設定する方法について説明する。音響整合部１６を進行する超音波２１の波長をλとするとき、第１音響整合部厚１６ｄ及び第２音響整合部厚１６ｅは１／４×λの奇数倍に設定する。これにより、超音波２１が界面で反射する量を小さくすることができる。従って、音響整合部１６を通過するときの音圧の減少を抑えて効率よく反射波２１ａを検出することができる。

さらに、第１面１３ａ及び第２面１６ａを平坦にするための条件を満足する。つまり、第１圧電体厚１４ｃと第１音響整合部厚１６ｄとを加算した厚みは第２圧電体厚１５ｃと第２音響整合部厚１６ｅとを加算した厚みと同じ厚みに設定する。第１圧電体厚１４ｃをｄ１とし、第１音響整合部厚１６ｄをｔ１とする。第２圧電体厚１５ｃをｄ２とし、第２音響整合部厚１６ｅをｔ２とする。このとき次の式（１）を満たす必要がある。
ｄ１＋ｔ１＝ｄ２＋ｔ２ ・・・式（１）

第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質を共に同じ材質とする。第１圧電体１４及び第２圧電体１５を通過するときの音速をＣｐとする。第１圧電体１４の共振周波数をｆ１とする。このとき次の式（２）の関係が成り立つ。
ｄ１＝Ｃｐ／（２×ｆ１） ・・・式（２）

第２圧電体１５が検出する共振周波数をｆ２とする。ｆ２はｆ１の整数倍の周波数であり、整数倍の整数をｎとする。このとき次の式（３）〜式（５）の関係が成り立つ。
ｄ２＝Ｃｐ／（２×ｆ２） ・・・式（３）
ｆ２＝ｎ×ｆ１ ・・・式（４）
ｄ２＝Ｃｐ／（２×ｎ×ｆ１） ・・・式（５）

音響整合部１６を通過するときの超音波２１の音速をＣｓとする。第１圧電体１４を射出する超音波２１の周波数はｆ１である。第１音響整合部１６ｂを通過するときの超音波２１の波長をλ１とする。ｋ１を奇数とする。このとき次の式（６）〜式（８）の関係が成り立つ。
λ１＝Ｃｓ／ｆ１ ・・・式（６）
ｔ１＝ｋ１×λ１／４ ・・・式（７）
ｔ１＝ｋ１×Ｃｓ／（４×ｆ１）・・・式（８）

第２音響整合部１６ｃを通過する反射波２１ａの波長をλ２とする。ｋ２を奇数とする。このとき次の式（９）〜式（１２）の関係が成り立つ。
λ２＝Ｃｓ／ｆ２ ・・・式（９）
ｔ２＝ｋ２×λ２／４ ・・・式（１０）
ｔ２＝ｋ２×Ｃｓ／（４×ｆ２）・・・式（１１）
ｔ２＝ｋ２×Ｃｓ／（４×ｎ×ｆ１）・式（１２）

式（１）に式（２）、式（５）、式（８）、式（１２）を代入してｄ１、ｄ２、ｔ１、ｔ２を消去する。この操作により次の式（１３）の関係が成り立つ。式（１３）を変形して式（１４）が導かれる。
ｋ２＝ｎ×ｋ１＋２×（ｎ−１）×Ｃｐ／Ｃｓ・・・式（１３）
Ｃｓ＝２×（ｎ−１）×Ｃｐ（ｋ２−ｎ×ｋ１） ・・・式（１４）

式（１４）において、ｎ、ｋ１、ｋ２、Ｃｐを設定することにより、Ｃｓを演算することができる。Ｃｓは音響整合部１６の材質に固有の値である。演算したＣｓの値と一致または近似する音速となる材質を音響整合部１６の材質に選定する。適切な材質がないときには、ｎ、ｋ１、ｋ２を変えてＣｓを再演算し、適切な材質を選定する。この操作の手順を次に説明する。

図３は音響整合部の材質を選定する手順を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１は、「ハーモニックイメージングの次数ｎを決める」工程に相当する。この工程では、ハーモニックイメージングの次数ｎを設定する。次数ｎは２以上の整数である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は、「ｋ１＝１とする」工程に相当する。この工程は、ｋ１の初期値を１にする工程である。次にステップＳ３に移行する。

ステップＳ３は、「ｋ２の初期値をｎ×ｋ１を超える最小の奇数とする」工程に相当する。この工程は、ｋ２の初期値を設定する工程である。ｎ＝２、ｋ１＝１のときにはｋ２＝３に設定する。ｎ＝３、ｋ１＝１のときにはｋ２＝５に設定する。次にステップＳ４に移行する。ステップＳ４は、「Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓとしてＣｓを求める」工程に相当する。第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質をＰＺＴとする。ＣｐはＰＺＴの音速とする。この工程は、式（１３）にｎ、ｋ１、ｋ２、Ｃｐを代入してＣｓを演算する工程である。次にステップＳ５に移行する。

ステップＳ５は、「求めたＣｓ値を有する音響整合材があるか？」を判定する工程に相当する。この工程は、音響整合材を設定する工程である。適切な音響整合材が設定できるときにはＹＥＳに相当し音響整合部１６の材質を選定する手順を終了する。適切な音響整合材が設定できないときにはＮＯに相当し、次にステップＳ６に移行する。

ステップＳ６は、「ｋ２＞２０か？」を判定する工程に相当する。ｋ２の上限を２０に設定し、この工程はｋ２の値が上限を超えたかを判定する工程である。ｋ２の値が上限を超えたときにはＹＥＳに相当し、次にステップＳ８に移行する。ｋ２の値が上限を超えていないときにはＮＯに相当し、次にステップＳ７に移行する。

ステップＳ７は、「ｋ２＝ｋ２＋２」とする工程に相当する。この工程は、ｋ２に整数２を加算する工程である。加算後のｋ２は奇数となる。次にステップＳ４に移行する。

ステップＳ８は、「ｋ１＞１０か？」を判定する工程に相当する。ｋ１の上限を１０に設定し、この工程はｋ１の値が上限を超えたかを判定する工程である。ｋ１の値が上限を超えたときにはＹＥＳに相当し音響整合部１６の材質を選定する手順を終了する。ｋ１の値が上限を超えていないときにはＮＯに相当し、次にステップＳ９に移行する。尚、ｋ２＞２０またはｋ１＞１０の場合は基板１３、第１圧電体１４及び第２圧電体１５の厚さに対して音響整合部１６の厚さが支配的となってしまう。このため、超音波プローブ３の小型化に不向きとなることへの配慮であり、音響整合条件が失われることを意味するものではない。

ステップＳ９は、「ｋ１＝ｋ１＋２」とする工程に相当する。この工程は、ｋ１に整数２を加算する工程である。加算後のｋ１は奇数となる。次にステップＳ３に移行する。以上で、音響整合部１６の材質を選定する手順の説明を終了する。ｎ＝２を実施して適切な音響整合部１６の材質が選定できないときには、ｎ＝３以上にして音響整合部１６の材質を選定する。

図４は、ハーモニックイメージングの次数ｎ＝２のときの材質選定結果を示す図である。図４に示すように第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質にはＰＺＴが選択され、ｎ＝２が選択されている。ｋ１＝１、ｋ２＝３のときＣｓ＝８０００ｍ／ｓとなる。このＣｓに該当する材質はベリリウムのような特殊な金属に限定される。音響整合部１６の音響インピーダンスは被検体５の音響インピーダンスとＰＺＴの音響インピーダンスとの中間程度の音響インピーダンスにする必要がある。ベリリウムは被検体５を人体とするとき金属は音響インピーダンスの条件を満たさないので不適当である。

ｋ１＝１、ｋ２＝５のときＣｓ＝２６６７ｍ／ｓとなる。このＣｓに該当する材質には高分子材料を用いることができる。高分子材料は例えば合成繊維、合成樹脂、合成ゴムを示す。高分子材料は音響インピーダンスが高く第１圧電体１４及び第２圧電体１５がバルクタイプのときには音響インピーダンスの条件を満たすので用いることができる。第１圧電体１４及び第２圧電体１５が薄膜タイプのときには音響インピーダンスの条件を満たさないので用いることができない。

ｋ１＝１、ｋ２＝７のときＣｓ＝１６００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質には天然ゴムを用いることができる。天然ゴムは音響インピーダンスの条件を満たし加工性も良いので音響整合部１６の材料として用いることができる。

ｋ１＝１、ｋ２＝９のときＣｓ＝１１４３ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質にはシリコーン樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂は音響インピーダンスの条件を満たし加工性も良いので音響整合部１６の材料として用いることができる。

ｋ１＝３、ｋ２＝７のときＣｓ＝８０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質はベリリウムのような特殊な金属に限定される。ベリリウムは被検体５を人体とするとき金属は音響インピーダンスの条件を満たさないので不適当である。ｋ１＝３、ｋ２＝９のときＣｓ＝２６６７ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質には高分子材料を用いることができる。

図５は、ハーモニックイメージングの次数ｎ＝３のときの材質選定結果を示す図である。図５に示すように第１圧電体１４及び第２圧電体１５の材質にはＰＺＴが選択され、ｎ＝３が選択されている。ｋ１＝１、ｋ２＝５のときＣｓ＝８０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質はベリリウムのような特殊な金属に限定される。特殊な金属は音響インピーダンスの条件を満たさないので不適当である。

ｋ１＝１、ｋ２＝７のときＣｓ＝４０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質にはセラミックを用いることができる。セラミックは音響インピーダンスが高く第１圧電体１４及び第２圧電体１５がバルクタイプのときには音響インピーダンスの条件を満たすので用いることができる。第１圧電体１４及び第２圧電体１５が薄膜タイプのときには音響インピーダンスの条件を満たさないので用いることができない。セラミックは焼結した後に厚みを調整するために研磨する工程が必要となるので加工性の面で不適当である。

ｋ１＝１、ｋ２＝９のときＣｓ＝２６６７ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質には高分子材料を用いることができる。ｋ１＝１、ｋ２＝１１のときＣｓ＝２０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質にはポリエチレン樹脂を用いることができる。ポリエチレン樹脂は音響インピーダンスの条件を満たし加工性も良いので音響整合部１６の材料として用いることができる。

ｋ１＝３、ｋ２＝１１のときＣｓ＝８０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質はベリリウムのような特殊な金属に限定される。特殊な金属は音響インピーダンスの条件を満たさないので不適当である。ｋ１＝３、ｋ２＝１３のときＣｓ＝４０００ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質にはセラミックを用いることができる。ｋ１＝３、ｋ２＝１５のときＣｓ＝２６６７ｍ／ｓとなる。Ｃｓに該当する材質には高分子材料を用いることができる。

ｎ＝２のときには音響整合部１６に天然ゴム及びシリコーン樹脂を好適に用いることができる。ｎ＝３のときには音響整合部１６にポリエチレン樹脂を好適に用いることができる。このときには、第１面１３ａ及び第２面１６ａを平坦にしても音響整合部１６に超音波２１を効率よく通過させることができる。

次に上述した超音波センサー８の製造方法について図６及び図７にて説明する。図６は、超音波センサーの製造方法のフローチャートであり、図７は超音波センサーの製造方法を説明するための模式図である。図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１１は電極めっき工程に相当する。第１圧電体１４の材料に第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂを形成し、第２圧電体１５の材料に第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを形成する工程である。次にステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２は、圧電体分割工程に相当する。この工程は、棒状の圧電体を分割して第１圧電体１４及び第２圧電体１５を形成する工程である。次にステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３は、圧電体接着工程に相当する。この工程は、基板１３に第１圧電体１４及び第２圧電体１５を接着する工程である。次にステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４は、整合部塗布工程に相当する。この工程は、音響整合部１６の材料を塗布する工程である。次にステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５は、平坦化工程に相当する。この工程は、塗布された音響整合部１６の材料の上面を平坦にする工程である。次にステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６は、整合部固化工程に相当する。この工程は、音響整合部１６の材料を固化する工程である。次にステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７は、レンズ接着工程に相当する。この工程は、音響整合部１６上に音響レンズ１８を接着する工程である。以上の工程により超音波センサー８が完成する。

次に、図７を用いて、図６に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）はステップＳ１１の電極めっき工程に対応する図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ステップＳ１１では第１圧電体板２２及び第２圧電体板２３を用意する。第１圧電体板２２は第１圧電体１４の材料であり、第２圧電体板２３は第２圧電体１５の材料である。

第１圧電体板２２の対向する面に金属膜２２ａを形成する。金属膜２２ａの形成方法は無電解めっき法やスパッタ法を用いることができる。さらに、電気めっきにて金属膜２２ａを厚くしてもよい。同様に、第２圧電体板２３の対向する面に金属膜２３ａを形成する。金属膜２３ａの形成方法は金属膜２２ａの形成方法と同様の方法を用いることができる。

図７（ｃ）及び図７（ｄ）はステップＳ１２の圧電体分割工程に対応する図である。図７（ｃ）に示すように、ステップＳ１２では第１圧電体板２２を切断して棒状にする。第１圧電体板２２を切断する方法にはダイシング装置やワイヤーソウ切断機を用いることができる。第１圧電体板２２が切断されて金属膜２２ａの一方が第１電極１４ａとなり、他方が第２電極１４ｂとなる。同様に、図７（ｄ）に示すように、第２圧電体板２３を切断して棒状にする。第２圧電体板２３を切断する装置は第１圧電体板２２を切断する装置と同様の装置を用いることができる。第２圧電体板２３が切断されて金属膜２３ａの一方が第１電極１５ａとなり、他方が第２電極１５ｂとなる。

図７（ｅ）はステップＳ１３の圧電体接着工程に対応する図である。図７（ｅ）に示すように、ステップＳ１３では基板１３に第１圧電体１４及び第２圧電体１５を配列して接着する。第１圧電体１４及び第２圧電体１５は交互に並べて配置される。このとき、基板１３の第１面１３ａは平坦な面であるので第１面１３ａは形成し易い面となっている。そして、基板１３の第１面１３ａは平坦な面であるので容易に第１圧電体１４及び第２圧電体１５を配置することができる。

図７（ｆ）はステップＳ１４の整合部塗布工程に対応する図である。図７（ｆ）に示すように、ステップＳ１４では第１圧電体１４及び第２圧電体１５に重ねて音響整合部材料２４を塗布する。音響整合部材料２４はステップＳ５にて設定した材料に溶媒を加えたものである。音響整合部材料２４には塗布しやすいように溶媒が加えられ、音響整合部材料２４の粘度が調整されている。

図７（ｇ）はステップＳ１５の平坦化工程及びステップＳ１６の整合部固化工程に対応する図である。図７（ｇ）に示すように、ステップＳ１５では音響整合部材料２４の上面を平坦にする。音響整合部材料２４は適度な粘度のある液体である。平坦にする方法としては、塗布された音響整合部材料２４の上面を真直度を有する板でかき取る方法を用いることができる。かき取る板はスキージと称される。

次に、ステップＳ１６では音響整合部材料２４を乾燥させて音響整合部材料２４に含まれる溶媒を蒸発させる。音響整合部材料２４を乾燥するには温度調節可能な恒温槽を用いることにより品質良く乾燥させることができる。乾燥させる温度及び時間は音響整合部材料２４の材質に合わせて設定される。その結果、音響整合部材料２４が固化して音響整合部１６になる。音響整合部１６の第２面１６ａは平坦な面となっている。

図７（ｈ）はステップＳ１７のレンズ接着工程に対応する図である。図７（ｈ）に示すように、ステップＳ１７では音響整合部１６に音響レンズ１８を接着する。音響整合部１６の第２面１６ａは平坦な面となっている為、音響整合部１６と音響レンズ１８との間に隙間ができないように音響整合部１６と音響レンズ１８とを容易に接着することができる。接着材は音響整合部１６に合わせて選択される。以上の工程により超音波センサー８が完成する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、基板１３の第１面１３ａは平坦な面となっている。従って、基板１３の第１面１３ａに凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。さらに、音響整合部１６の第２面１６ａも平坦な面となっている。従って、音響整合部１６は第２面１６ａに凹凸を設けるときに比べて加工し易い形状となっている。その結果、生産性良く超音波デバイス１７を製造することができる。

（２）本実施形態によれば、式（４）に示すように第２圧電体１５の共振周波数であるｆ２は第１圧電体１４の共振周波数であるｆ１の整数倍となっている。従って、第１圧電体１４が超音波を出力し、第２圧電体１５は被検体５にて反射する反射波２１ａのｎ次高周波を検出することができる。第１圧電体の厚みｄ１を式（２）が示すようにすることにより、第１圧電体１４の共振周波数をｆ１にすることができる。同様に、第２圧電体１５の厚みｄ２を式（３）が示すようにすることにより、第２圧電体の共振周波数をｆ２にすることができる。

（３）本実施形態によれば、音響整合部１６を進行する超音波２１の波長をλ、周波数をｆとするとき、λ＝Ｃｓ／ｆの関係がある。そして、式（８）はｔ１＝ｋ１×λ／４を示し、式（１１）はｔ２＝ｋ２×λ／４を示している。つまり、音響整合部１６を進行する超音波２１はλ／４の奇数倍となる。これにより、音響整合部１６を進行する超音波２１は音響整合部１６の界面で反射する超音波２１と互いに打消しあうことを抑制する。従って、音響整合部１６は効率よく超音波２１を進行させることができる。

（４）本実施形態によれば、式（１）が示すように、第１圧電体厚１４ｃと第１音響整合部厚１６ｄとを加算した厚みは、第２圧電体厚１５ｃと第２音響整合部厚１６ｅとを加算した厚みと同じ厚みとなっている。これにより、基板１３において第１圧電体１４及び第２圧電体１５が設置された第１面１３ａが平坦なとき、音響整合部１６の第２面１６ａも平坦になる。そして、式（１４）に示すようにｎ、ｋ１、ｋ２及びＣｐを設定することにより、Ｃｓが演算される。そして、音響整合部１６の材質を演算されたＣｓに対応する材質にすることにより、超音波２１が音響整合部１６を効率よく進行する超音波デバイス１７を生産性良く製造することができる。

（５）本実施形態によれば、式（１４）において、ｎ＝２、ｋ１＝１、ｋ２＝７、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝１６００ｍ／ｓになる。そして、Ｃｓ＝１６００ｍ／ｓは天然ゴムが適合する。天然ゴムは加工性が良い。従って、音響整合部１６の材質に天然ゴムを使用することにより超音波２１が音響整合部１６を効率よく進行する超音波デバイス１７を生産性良く製造することができる。

（６）本実施形態によれば、式（１４）において、ｎ＝２、ｋ１＝１、ｋ２＝９、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝１１４３ｍ／ｓにすることができる。そして、Ｃｓ＝１１４３ｍ／ｓはシリコーン樹脂が適合する。シリコーン樹脂は加工性が良い。従って、音響整合部１６の材質にシリコーン樹脂を使用することにより超音波２１が音響整合部１６を効率よく進行する超音波デバイス１７を生産性良く製造することができる。

（７）本実施形態によれば、式（１４）において、ｎ＝３、ｋ１＝１、ｋ２＝１１、Ｃｐ＝４０００ｍ／ｓのときＣｓ＝２０００ｍ／ｓにすることができる。そして、Ｃｓ＝２０００ｍ／ｓはポリエチレン樹脂が適合する。ポリエチレン樹脂は加工性が良い。従って、音響整合部１６の材質にポリエチレン樹脂を使用することにより超音波２１が音響整合部１６を効率よく進行する超音波デバイス１７を生産性良く製造することができる。

（８）本実施形態によれば、基板１３の第１面１３ａは平坦な面である。従って、第１面１３ａは凹凸があるときに比べて容易に形成することができる。そして、第１面１３ａ上に第１圧電体１４と第２圧電体１５とが設置される。第１面１３ａは平坦な面である為容易に第１圧電体１４と第２圧電体１５とを設置することができる。音響整合部１６の第２面１６ａは平坦な面となっている。従って、第２面１６ａと音響レンズ１８との間に隙間ができないように容易に第２面１６ａと音響レンズ１８とを接着することができる。

（第２の実施形態）
次に、特徴的な構造を有する超音波センサーの一実施形態について図８の超音波センサーの構造を示す概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図１（ｂ）に示した第１圧電体１４及び第２圧電体１５の配置が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図８に示すように超音波センサー２７は基板１３を備え、第１面１３ａには第１圧電体２８及び第２圧電体２９が配置されている。第１面１３ａは平坦な面となっている為、第１圧電体２８及び第２圧電体２９は第１面１３ａ上に配置し易くなっている。第１圧電体２８の形状は角柱状であり第１圧電体２８の基板１３側を向く面には第１電極２８ａが設置されている。第１圧電体２８において第１電極２８ａと反対側の面には第２電極２８ｂが設置されている。

第２圧電体２９の形状も角柱状であり、第２圧電体２９のＹ方向の長さは第１圧電体２８と同じ長さとなっている。第２圧電体２９のＸ方向の幅の長さも第１圧電体２８と同じ長さとなっている。第２圧電体２９のＺ方向の厚みの長さは第１圧電体２８よりも短い長さとなっている。第２圧電体２９の基板１３側を向く面には第１電極２９ａが設置されている。第２圧電体２９において第１電極２９ａと反対側の面には第２電極２９ｂが設置されている。

第１面１３ａ上のＹ方向側に第１圧電体２８が配置され、−Ｙ方向側に第２圧電体２９が配置されている。第１圧電体２８及び第２圧電体２９はそれぞれＸ方向に並べて配列されている。

図をわかり易くするために図中第１圧電体２８及び第２圧電体２９は各８個ずつ配置されている。第１圧電体２８及び第２圧電体２９の個数は特に限定されない。個数が多い程検査範囲を広くすることができる。若しくは分解能を高くすることができる。本実施形態では、例えば、第１圧電体２８及び第２圧電体２９の個数はそれぞれ２５６個となっている。

第１圧電体２８及び第２圧電体２９の−Ｚ側には音響整合部３０が設置されている。音響整合部３０の材質は第１の実施形態における音響整合部１６と同じ材質になっている。基板１３、第１圧電体２８、第２圧電体２９及び音響整合部３０等により超音波デバイス３１が構成されている。そして、音響整合部３０の上には音響レンズ１８が設置されている。音響整合部３０の音響レンズ１８を向く面である第２面３０ａは平坦な面となっている。従って、音響整合部３０と音響レンズ１８との間に隙間ができないように容易に第２面３０ａと音響レンズ１８とを接着することができる。

第１圧電体２８の厚みは第１の実施形態における第１圧電体１４の第１圧電体厚１４ｃと同じ厚みとなっている。第１圧電体２８の材質は第１圧電体１４と同じ材質となっている。同様に、第２圧電体２９の厚みも第１の実施形態における第２圧電体１５の第２圧電体厚１５ｃと同じ厚みとなっている。第２圧電体２９の材質は第２圧電体１５と同じ材質となっている。

音響整合部３０の材質は第１の実施形態における音響整合部１６と同じ材質となっている。そして、音響整合部３０において第１圧電体２８と対向する場所の厚みは第１音響整合部厚１６ｄと同じ厚みであり、第２圧電体２９と対向する場所の厚みは第２音響整合部厚１６ｅと同じ厚みとなっている。

従って、超音波センサー２７は効率良く超音波２１を射出することができる。そして、被検体５にて反射した高次の反射波２１ａを効率良く検出することが可能になっている。

（第３の実施形態）
次に、超音波センサーを製造する一実施形態について図９及び図１０を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１圧電体１４及び第２圧電体１５をバルクタイプから薄膜タイプにした点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図９（ａ）は超音波センサーの構造を示す模式側断面図である。図９（ａ）に示すように、超音波センサー３４はバッキング基板３５を備えている。バッキング基板３５は第１の実施形態の基板１３に対応する部位である。バッキング基板３５上に基板３６が設置されている。基板３６はシリコン基板やガラス基板等耐熱性のある基板であれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、基板３６にシリコン基板を用いている。

基板３６においてバッキング基板３５の反対側には第１電極３７が設置されている。基板３６と第１電極３７との間には図示しない絶縁膜が形成されている。絶縁膜は例えば二酸化シリコンや窒化シリコンの膜にすることができる。第１電極３７の材質はイリジウム、酸化イリジウム、白金の層を基板３６側からこの順に積層している。イリジウムは配向制御、酸化イリジウムは還元ガスバリア、白金はシード層としての機能を備えている。

第１電極３７上には第１圧電体３８と第２圧電体３９とが交互に配置されている。第１圧電体３８及び第２圧電体３９はＰＺＴにより構成されている。第１圧電体３８の上には第２電極３８ｂが設置され、第２圧電体３９の上には第２電極３９ｂが設置されている。第２電極３８ｂ及び第２電極３９ｂの上には音響整合部４０が設置されている。さらに、音響整合部４０上には音響レンズ４１が設置されている。第２電極３８ｂ及び第２電極３９ｂの材質は白金、酸化イリジウム、イリジウムの層が第１圧電体３８及び第２圧電体３９側からこの順に積層している。

第１圧電体３８、第２圧電体３９、音響整合部４０、音響レンズ４１はそれぞれ第１の実施形態における第１圧電体１４、第２圧電体１５、音響整合部１６、音響レンズ１８に対応する部位である。第１圧電体３８、第２圧電体３９及び音響整合部４０の厚みは式（１）〜式（１４）に従って設定された厚みになっている。従って、効率良く超音波２１を射出し、効率良く反射波２１ａを検出することが可能になっている。

基板３６の第１電極３７が設置された面である第１面３６ａは平坦な面であり、加工し易い面となっている。音響整合部４０において音響レンズ４１を向く面である第２面４０ａも平坦な面であり、加工し易い面となっている。第２面４０ａは平坦な為、音響整合部４０と音響レンズ４１との間に隙間ができないように容易に音響整合部４０と音響レンズ４１とを接合することが可能になっている。バッキング基板３５から音響整合部４０までが超音波デバイス４２である。

次に上述した超音波センサー３４の製造方法について図９（ｂ）及び図１０にて説明する。図９（ｂ）は、超音波センサーの製造方法のフローチャートであり、図１０は超音波センサーの製造方法を説明するための模式図である。図９（ｂ）のフローチャートにおいて、ステップＳ２１は第１電極形成工程に相当する。基板３６の第１面３６ａに絶縁膜と第１電極３７を形成する工程である。次にステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２は、圧電体形成工程に相当する。この工程は、第１電極３７上に第１圧電体３８及び第２圧電体３９を形成する工程である。次にステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３は、第２電極形成工程に相当する。この工程は、第１圧電体３８上に第２電極３８ｂを形成し、第２圧電体３９上に第２電極３９ｂを形成する工程である。次にステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４は、整合部塗布工程に相当する。この工程は、音響整合部４０の材料を塗布する工程である。次にステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５は、平坦化工程に相当する。この工程は、塗布された音響整合部４０の材料の上面を平坦にする工程である。次にステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６は、整合部固化工程に相当する。この工程は、音響整合部４０の材料を固化する工程である。次にステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７は、基板接着工程に相当する。この工程は、バッキング基板３５に基板３６を接着する工程である。次にステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８は、基板分割工程に相当する。この工程は、バッキング基板３５及び基板３６を分割する工程である。次にステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９は、レンズ接着工程に相当する。この工程は、音響整合部４０上に音響レンズ４１を接着する工程である。以上の工程により超音波センサー３４が完成する。

次に、図１０を用いて、図９（ｂ）に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。図１０（ａ）はステップＳ２１の第１電極形成工程に対応する図である。図１０（ａ）に示すように、ステップＳ２１ではまず、マザー基板４３を用意する。マザー基板４３は基板３６が複数配置可能な大きさとなっている。マザー基板４３を酸化して酸化膜を形成する。酸化膜は絶縁膜として機能する。次に、マザー基板４３上に第１電極３７の材料からなるベタ膜を形成する。ベタ膜にはスパッタ法を用いることができる。次に、フォトリソ法を用いてベタ膜をパターニングして第１電極３７を形成する。

図１０（ｂ）はステップＳ２２の圧電体形成工程に対応する図である。図１０（ｂ）に示すように、第１電極３７上に第１圧電体３８及び第２圧電体３９を形成する。第１圧電体３８及び第２圧電体３９は、例えば、スパッタ法やゾルゲル法による成膜とパターニングとを繰り返すことにより形成される。

図１０（ｃ）はステップＳ２３の第２電極形成工程に対応する図である。図１０（ｃ）に示すように、第１圧電体３８上に第２電極３８ｂが形成され、第２圧電体３９上に第２電極３９ｂが形成される。第２電極３８ｂ及び第２電極３９ｂはスパッタ法にて形成したベタ膜をフォトリソ法を用いて形成する。

図１０（ｄ）はステップＳ２４の整合部塗布工程に対応する図である。図１０（ｄ）に示すように、ステップＳ２４では第１圧電体３８及び第２圧電体３９に重ねて音響整合部材料４４を塗布する。音響整合部材料４４はステップＳ５にて設定した材料に溶媒を加えたものである。音響整合部材料４４には塗布しやすいように溶媒が加えられ、音響整合部材料４４の粘度が調整されている。

図１０（ｅ）はステップＳ２５の平坦化工程、ステップＳ２６の整合部固化工程、ステップＳ２７の基板接着工程及びステップＳ２８の基板分割工程に対応する図である。図１０（ｅ）に示すように、ステップＳ２５では音響整合部材料４４の上面を平坦にする。音響整合部材料４４は適度な粘度のある液体である。平坦にする方法としては、塗布された音響整合部材料４４の上面を真直度を有する板でかき取る方法を用いることができる。

次に、ステップＳ２６では音響整合部材料４４を乾燥させて音響整合部材料４４に含まれる溶媒を蒸発させる。音響整合部材料４４を乾燥するには温度調節可能な恒温槽を用いることにより品質良く乾燥させることができる。乾燥させる温度及び時間は音響整合部材料４４の材質に合わせて設定される。その結果、音響整合部材料４４が固化して音響整合部４０になる。音響整合部４０の第２面４０ａは平坦な面となっている。

次に、ステップＳ２７では、バッキング大基板４５を用意する。バッキング大基板４５は複数のバッキング基板３５を配置可能な大きさとなっている。そして、バッキング大基板４５とマザー基板４３とを接着する。そして、ステップＳ２８ではバッキング大基板４５及びマザー基板４３をダイサーにて分割する。マザー基板４３は分割されて基板３６になり、バッキング大基板４５は分割されてバッキング基板３５となる。そして、バッキング基板３５及び基板３６は超音波センサー３４の大きさになる。

図１０（ｆ）はステップＳ２９のレンズ接着工程に対応する図である。図１０（ｆ）に示すように、ステップＳ２９では音響整合部４０に音響レンズ４１を接着する。音響整合部４０の第２面４０ａは平坦な面となっている為、音響整合部４０と音響レンズ４１との間に隙間ができないように音響整合部４０と音響レンズ４１とを容易に接着することができる。接着材は音響整合部４０に合わせて選択される。以上の工程により超音波センサー３４が完成する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１圧電体３８及び第２圧電体３９はフォトリソ法を用いて形成されている。従って、狭い面積に多数の第１圧電体３８及び第２圧電体３９を形成することができる。従って、超音波センサー３４は分解能の高いセンサーにすることができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、超音波画像装置１の超音波プローブ３に超音波センサー８が設置された。超音波プローブ３に第２の実施形態の超音波センサー２７が設置されても良い。超音波プローブ３に第３の実施形態の超音波センサー３４が設置されても良い。このときにも、超音波センサー２７，３４は効率良く超音波２１を射出し反射波２１ａを効率よく検出することができる。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、ハーモニックイメージングの次数ｎ＝２の場合とｎ＝３の場合の音響整合部１６を選定した。ｎは４以上でも良い。ｎが高次の方が反射波２１ａを検出する分解能を高くすることができる。

２…画像処理装置、３…超音波プローブ、９…駆動部としてのセンサー駆動部、１０…反射分布演算部としての画像演算部、１１…表示部としての画像表示部、１３，３６…基板、１３ａ，３６ａ…第１面、１４…第１圧電体、１５…第２圧電体、１６…音響整合部、１６ａ，４０ａ…第２面。

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の第１面に設けられた第１圧電体と、
   前記基板の前記第１面に設けられ前記第１圧電体と厚みの異なる第２圧電体と、
   前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に設けられた音響整合部と、を備え、
   前記第１面は平坦であり、前記音響整合部において前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側に位置する第２面は前記第１面と平行かつ平坦であり、
   前記第１圧電体及び前記第２圧電体における音速をＣｐ、前記音響整合部における音速をＣｓ、前記第１圧電体の共振周波数をｆ１、前記第２圧電体の共振周波数をｆ２、前記第１圧電体の厚みをｄ１、前記第２圧電体の厚みをｄ２、前記第１圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ１、前記第２圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ２、ｎを整数、ｋ１及びｋ２を奇数、とするとき、下記式１〜式７を満たすことを特徴とする超音波デバイス。
   ｆ２＝ｎ×ｆ１ ・・・（式１）
   ｄ１＝Ｃｐ／（２×ｆ１） ・・・（式２）
   ｄ２＝Ｃｐ／（２×ｆ２） ・・・（式３）
   ｔ１＝ｋ１×Ｃｓ／（４×ｆ１） ・・・（式４）
   ｔ２＝ｋ２×Ｃｓ／（４×ｆ２） ・・・（式５）
   ｄ１＋ｔ１＝ｄ２＋ｔ２ ・・・（式６）
   Ｃｓ＝２×（ｎ−１）×Ｃｐ（ｋ２−ｎ×ｋ１） ・・・（式７）
2. 請求項１に記載の超音波デバイスであって、
   前記音響整合部の材質は天然ゴムであることを特徴とする超音波デバイス。
3. 請求項１に記載の超音波デバイスであって、
   前記音響整合部の材質はシリコーン樹脂であることを特徴とする超音波デバイス。
4. 請求項１に記載の超音波デバイスであって、
   前記音響整合部の材質はポリエチレン樹脂であることを特徴とする超音波デバイス。
5. 被検体に超音波を射出し、前記被検体にて反射された超音波を検出する超音波デバイスと、
   前記超音波デバイスを駆動する駆動部と、
   前記超音波デバイスが検出した超音波から前記被検体における超音波の反射率の分布を演算する反射分布演算部と、
   前記反射分布演算部が演算した前記被検体における超音波の反射率の分布に基づいた画像を表示する表示部と、を備え、
   前記超音波デバイスは、基板と、
   前記基板に設けられた第１圧電体と、
   前記基板に設けられた第２圧電体と、
   前記第１圧電体及び前記第２圧電体上に設けられた音響整合部と、を備え、
   前記基板の前記第１圧電体及び前記第２圧電体が設けられた第１面は平坦であり、前記音響整合部において前記第１圧電体及び前記第２圧電体の反対側に位置する第２面は前記第１面と平行かつ平坦であり、
   前記第１圧電体及び前記第２圧電体における音速をＣｐ、前記音響整合部における音速をＣｓ、前記第１圧電体の共振周波数をｆ１、前記第２圧電体の共振周波数をｆ２、前記第１圧電体の厚みをｄ１、前記第２圧電体の厚みをｄ２、前記第１圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ１、前記第２圧電体上に設けられた前記音響整合部の厚みをｔ２、ｎを整数、ｋ１及びｋ２を奇数、とするとき、下記式１〜式７を満たすことを特徴とする超音波診断装置。
   ｆ２＝ｎ×ｆ１ ・・・（式１）
   ｄ１＝Ｃｐ／（２×ｆ１） ・・・（式２）
   ｄ２＝Ｃｐ／（２×ｆ２） ・・・（式３）
   ｔ１＝ｋ１×Ｃｓ／（４×ｆ１） ・・・（式４）
   ｔ２＝ｋ２×Ｃｓ／（４×ｆ２） ・・・（式５）
   ｄ１＋ｔ１＝ｄ２＋ｔ２ ・・・（式６）
   Ｃｓ＝２×（ｎ−１）×Ｃｐ（ｋ２−ｎ×ｋ１） ・・・（式７）

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