WO2008056611A1

WO2008056611A1 - Sonde ultrasonore

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Publication number: WO2008056611A1
Application number: PCT/JP2007/071412
Authority: WO
Inventors: Koetsu Saito
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2008-05-15
Also published as: DE112007002645T5; US20100066207A1; JPWO2008056611A1; US8319399B2; CN101536545A; CN101536545B; JP5331483B2; KR20090085579A; KR101121369B1

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接させて超音波を送信及び受信することにより、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や動物などの生体の被検体に照射し、被検体内で反射されるエコー信号を検出して生体内組織の断層像などをモニタに表示し、被検体の診断に必要な情報を提供するものである。この超音波診断装置には被検体内への超音波の送信と、被検体内からのエコー信号の受信とを行うための超音波探触子が使用される。

[0003] 図 9はこの種の従来の超音波探触子の構成例を示した断面図である。図 9において、超音波探触子 30は不図示の被検体との間で超音波を送受信するべぐ一定方向（図 9においては紙面と直交する方向）に配列された複数の圧電素子 11と、この圧電素子 11の被検体側（図 9の上方）の表面（以下、被検体側の表面を前面と称する）に設けられた 1層以上 (図示したものは 2層)の音響マッチング層 12 (12a、 12b)と、この音響マッチング層 12の前面に設けられた音響レンズ 13と、圧電素子 11の被検体側とは反対側（図 9の下方）の表面（以下、被検体側とは反対側の表面を背面と称する）に設けられた信号用電気端子 15と、この信号用電気端子 15の背面に設けられた背面負荷材 14と、第 1の音響マッチング層 12aと第 2の音響マッチング層 12bとの間に装着された接地用電気端子 16とを備えている。

[0004] 圧電素子 11は PZT (チタン酸ジルコン酸鉛）系などの圧電セラミックス、単結晶、これらの材料と高分子材料とを複合した複合圧電体、あるいは PVDF (二フッカポリビニル)などに代表される高分子材料の圧電体などによって形成される。この圧電素子 11の前面及び背面にはそれぞれ電極が形成され、これらの電極と圧電素子 11との間で電気信号の送受信が行われる。すなわち、圧電素子 11は電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、また、被検体内で反射したエコーを受信して電気信号に変換する。

[0005] 音響マッチング層 12は超音波を効率よく被検体に送信し、かつ、被検体から受信するために設けられ、より具体的には、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している。図示の例では、音響マッチング層 12として第 1の音響マッチング層 12aと第 2の音響マッチング層 12bとが積み重ねられている。このうち、第 1の音響マッチング層 12aとしては導電部材であるグラフアイトが用いられ、その前面から絶縁性フィルムに金属膜を披着した電気端子 16が取り出されている。更に電気端子 16の前面に第 2の音響マッチング層 12bが設けられている。この構成は、圧電素子 11が外部からの機械的な衝撃などによって割れたとしても、絶縁性フィルムは割れにくいため、電気的な導通が確保できるので信頼性が高レ、と!/、う特徴を有して!/、る (例えば、下記の特許文献 1参照）。

[0006] 一方、第 1の音響マッチング層 12aとして、グラフアイトよりも音響インピーダンスの大きい材料を用いることによって、広帯域化するという構成も知られている（例えば、下記の特許文献 2参照）。

[0007] また、第 1の音響マッチング層 12aとして、絶縁性部材の一部に貫通孔を設け、この貫通孔に導電性部材を嵌装し、その前面に設けた電気端子とその背面にある圧電素子 11の電極とを接続する構成も知られて!/、る (例えば、下記の特許文献 3参照）。

[0008] 音響レンズ 13は診断画像の分解能を高めるために超音波ビームを絞る役割を果たすものである。この音響レンズ 13はオプション要素であり、必要に応じて設けられる。背面負荷材 14は圧電素子 11を保持するように結合され、さらに不要な超音波を減衰させる役割を果たすものである。

特許文献 1：特開平 7— 123497号公報

特許文献 2：特開 2003— 125494号公報

特許文献 3：実開平 7— 37107号公報

[0009] 電子走査型の超音波診断装置は、圧電素子を複数の群にして個々の圧電素子群に一定の遅延時間を与えて駆動し、各圧電素子群から被検体内への超音波の送信と、被検体内からのエコー信号の受信とを行う。このように遅延時間を与えることによつて超音波ビームが収束あるいは拡散され、広!、視野幅あるレ、は高分解能の超音波画像を得ること力できる。

[0010] 複数の圧電素子群に一定の遅延時間を与えて超音波画像を得るシステムは、一般的なシステムとして既に知られている。超音波探触子として、このような高分解能の超音波画像を得るために重要なことの 1つに広帯域化がある。また、高い性能が求められる一方で、超音波探触子は医師あるいは検査技師が操作するとともに、被検体に直接あるいは間接的に接触させて診断画像を得るものであることから、超音波探触子には操作性を良好にするためにスリムな形状も求められる。また、超音波探触子はその操作中あるいはそれ以外のときに、不可抗力で落下させられたり、打撃が与えられたりして壊れることも時々あり、それに対して信頼性の高いものが求められる。

[0011] 超音波探触子を広帯域化するための 1つの方策として、特許文献 2に示すように、圧電素子の前面に設ける音響マッチング層を 3層以上にする構成が挙げられる。し力、しながら、この構成においては、圧電素子側の第 1の音響マッチング層に半導体であるシリコンを使用しているため、この第 1の音響マッチング層側の圧電素子の電極力取り出す電気端子は、圧電素子に形成された電極の端部の一部から取り出すしかなぐこの構成では機械的な衝撃によって圧電素子及び電極が割れた場合、割れた時点で断線が発生して機能が低下することになる。

[0012] 一方、特許文献 1に示す構成は、第 1の音響マッチング層に導体であるグラフアイトを使用し、その前面に絶縁性フィルムの一主面に金属膜を披着させた電気端子を設けているため、信頼性は高くなるが、第 1の音響マッチング層に使用する導体材料は音響インピーダンスが小さぐまた、音響マッチング層は 2層までし力、積層できないため、広帯域化が困難であった。近年、超音波探触子はより広帯域化される傾向にあり、基本周波数に対して 2次あるいは 3次の高調波成分を利用するか、あるいは複数の周波数で使用して高分解能の超音波画像を得て診断する場合が多くなつてきていることから、広帯域化することがますます重要になってきて!/、る。

発明の開示

[0013] 本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、高分解能の診断画像を得ることができるとともに、信頼性の高い超音波探触子を提供することにある。また本発明の他の目的は、操作性の良好な超音波探触子を提供することにある。 [0014] 本発明は、厚さ方向の両面に電極が形成された圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極形成面に積層された音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることを特徴とする。

この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。

[0015] また、本発明は、前記音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料、若しくは絶縁性部材又は半導電性部材を含む複数の素材と、導電性部材を含む複数の素材との複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有して!/、ることを特徴とする。

[0016] また、本発明は、所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層された第 1及び第 2の音響マツチング層を含み、

前記第 1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることを特徴とする。

この構成により、音響マッチング層の多層化により、音響インピーダンスを所望の値にすることが容易になるため、高分解能の診断画像を得ることができ、また、第 1の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。

[0017] また、本発明は、前記圧電素子に隣接する前記音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されて!/、ることを特徴とする。

この構成により、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。

[0018] また、本発明は、前記圧電素子に隣接する前記音響マッチング層の外表面部に積層された電気端子を備え、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。

この構成により、機械的な衝撃などによって圧電素子及び一方の電極が割れたとしても絶縁性のフィルムは割れ難!/、ため、断線して故障することが極めて少なくなつて操作性の良好な超音波探触子が提供される。

[0019] また、本発明は、所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

nを 3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第 1〜第 nの音響マッチング層を含み、かつ第 1の音響マッチング層と第 2の音響マツチング層との間に電気端子が揷着され、

少なくとも前記第 1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部 1AIを有し、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第 1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。この構成により、音響マッチング層が多層化されるとともに、音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、高分解能の診断画像を得ること力 sでき、また、第 1の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性が高められ、さらに、絶縁性のフィルムは割れにくいため、断線して故障することが極めて少なくなつて操作性も良好な超音波探触子が提供される。

また、本発明は、所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

nを 3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第 1〜第 nの音響マッチング層を含み、かつ第 2の音響マッチング層と第 3の音響マツチング層との間に電気端子が揷着され、

少なくとも前記第 1及び第 2の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第 1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材及び前記第 2の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。

この構成により、音響マッチング層が多層化されるとともに、音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、高分解能の診断画像を得ること力 Sでき、また、第 1及び第 2の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性が高められ、さらに、機械的な衝撃などによっても割れにくい絶縁性のフィルムを使用して V、るため、操作性の良好な超音波探触子が提供される。

[0021] また、本発明は、前記第 1の音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする。

この構成により、第 1の音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。

[0022] また、本発明は、前記第 2の音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする。

この構成により、第 2の音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。

[0023] また、本発明は、前記圧電素子の厚さ方向を Z方向、この Z方向と直交する方向を X方向、これら Z方向及び X方向と直交する方向を Y方向として、

前記音響マッチング層を構成する前記複合材料は、

前記導電性部材が Z方向のみにつながりがあって、 X、 Y方向につながりがなぐ前記絶縁性部材又は半導電性部材が X、 Y、 Ζの 3方向につながりがある連結構造か、又は、前記導電性部材が Υ及び Ζの 2方向につながりがあり、前記絶縁性部材又は半導電性部材カ及び Ζの 2方向につながりがある連結構造か、

又は、前記導電性部材が X、 Υ、 Ζの 3方向につながりがあり、前記絶縁性部材又は半導電性部材が Ζ方向のみにつながりがあって、 X、 Υ方向につながりがない連結構造力、、 V、ずれか 1つの連結構造を有して!/、ることを特徴とする。

この構成により、音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率の設定が容易になり、また、一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に導電性部材が貫通する部位を形成することが容易になる。

[0024] また、本発明は、所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成された圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極形成面に積層された音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、かつ厚さ方向に導電性部材は連続的に体積比率が傾斜した、若しくは段階的に体積比率を変えた構成にしていることを特徴とする。

[0025] また、本発明は、前記音響マッチング層の前記複数の素材の複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む材料で構成されてレ、ることを特徴とする。

この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、かつ多層化できるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。

[0026] また、本発明は、前記複合材料の前記導電性部材が、金属、金属と高分子材料の複合体、グラフアイトの炭化物のうちの少なくとも 1つを含んでいることを特徴とする。この構成により、音響インピーダンスをも加味しての材料選択が可能となる。

[0027] また、本発明は、前記複合材料の絶縁性部材又は半導電性部材が、ガラス、セラミッタス、水晶、有機高分子と金属の複合体、シリコンの単結晶若しくは多結晶のうちの少なくとも 1つを含んでいることを特徴とする。

この構成により、音響インピーダンスの決定が容易となる。

[0028] 本発明によれば、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層が、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成されているため、音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、導電性部材が圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることから、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高 V、超音波探触子が提供される。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1A]本発明に係る超音波探触子の第 1の実施の形態の構成を示す断面図

[図 1B]図 1Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図

[図 2A]本発明に係る超音波探触子の第 2の実施の形態の構成を示す断面図

[図 2B]図 2Aに示す超音波探触子を構成する第 1の音響マッチング層の構成例を示す斜視図

[図 2C]図 2Bに示す第 1の音響マッチング層の絶縁性部材又は導電性部材の体積比率と音響インピーダンスとの関係を示した線図

[図 2D]図 2Aに示す超音波探触子を構成する第 1の音響マッチング層の構成例を示す斜視図

[図 2E]図 2Aに示す超音波探触子を構成する第 1の音響マッチング層の構成例を示す斜視図

[図 3A]本発明に係る超音波探触子の第 3の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図 [図 3B]図 3Aに示した超音波探触子の断面図

[図 3C]図 3A及び図 3Bに示した超音波探触子を構成する要素の具体的な構成例を示す斜視図

[図 3D]図 3A及び図 3Bに示した超音波探触子を構成する要素の具体的な構成例を示す斜視図

[図 4A]本発明に係る超音波探触子の第 4の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図

[図 4B]図 4Aに示した超音波探触子の断面図

[図 5A]本発明に係る超音波探触子の第 5の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図

[図 5B]図 5Aに示した超音波探触子の断面図

[図 6A]本発明に係る超音波探触子の第 6の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した断面図

[図 6B]図 6Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図

[図 7A]本発明に係る超音波探触子の第 7の実施の形態を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図

[図 7B]本発明に係る超音波探触子の第 7の実施の形態を構成する音響マッチング層の他の構成例を示す断面図

[図 8]本発明に係る超音波探触子の第 8の実施の形態を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図

[図 9]従来の超音波探触子の構成例を示した断面図

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。

<第 1の実施の形態〉

図 1 Aは本発明に係る超音波探触子の第 1の実施の形態の構成を示す断面図であり、図 1Bは図 1Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図である。 [0031] 図 1Aにおいて、超音波探触子 10Aは板状の圧電素子 1と、この圧電素子 1の前面 (図面の上方）に積み重ねられた音響マッチング層 2と、必要に応じて圧電素子 1の背面（図面の下方）に装着される背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2の前面に装着される音響レンズ 4とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0032] 超音波探触子 10Aの構成要素のうち、圧電素子 1は PZT系のような圧電セラミックス、 PZN-PT、 PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいは PVDFなどで代表される高分子材料の圧電体などによって形成される。圧電素子 1の前面には接地電極 5が形成され、圧電素子 1の背面には信号用電極 6が形成されている。接地電極 5及び信号用電極 6は、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成される。

[0033] また、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6と背面負荷材 3との間に、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 7aの一主面に銅などの導電性膜 7bが披着された信号用電気端子 7が揷着されている。この場合、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6に信号用電気端子 7の導電性膜 7bが接触し、かつ信号用電気端子 7の絶縁性フィルム 7aが背面負荷材 3に接触するように、絶縁性フィルム 7aの一主面が圧電素子 1側に向けられる。一方、圧電素子 1に形成されている接地電極 5の前面には、少なくとも導電性部材を含む複合材料で構成される音響マッチング層 2と、導電性を有する、例えば銅などの金属の薄膜などの接地用電気端子 9とが順次積み重ねられている。この場合、音響マッチング層 2の複合材料の導電性部材に接地用電気端子 9が接触し、必要に応じて、接地用電気端子 9の前面にはシリコーンゴムなどの材料を用いた音響レンズ 4が装着される。なお、導電性膜 7b、接地用電気端子 9は電気的に導電性を有する材料であれば何でも良く金属に限定するものではない。また、接地用電気端子 9は、信号用電気端子 7の構成のように高分子材料によって構成される絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、この導電性膜が音響マッチング層 2側になるように積層してもよい。

[0034] 上記のように構成された超音波探触子 10Aの動作について以下に説明する。

圧電素子 1に形成された信号用電極 6は、信号用電気端子 7を介して、また、圧電素子 1の接地電極 5は音響マッチング層 2の複合材料の導電性部材と接地用電気端子 9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケ一ブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子 1 に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。

[0035] 導電性部材を含む複合材料で構成されている音響マッチング層 2としては、その音響インピーダンスが圧電素子 1と音響レンズ 4側に位置する不図示の被検体の各音響インピーダンスの間になるような材料が選ばれる。この音響マッチング層 2の導電性部材を含む複合材の構成例を図 1Bに示す。図 1Bにおいては、被検体に向けて超音波を放射する方向を Z方向、これと直交する 2つの方向をそれぞれ X方向、 Y方向としている。

[0036] 図 1Bに示した音響マッチング層 2は、導電性部材 20と、他の部材として例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21とが X方向に交互に配置されたもので、このうち複数の導電性部材 20は Y及び Zの 2方向につながりがあり、また絶縁性部材又は半導電性部材 21も同じように Y及び Zの 2方向につながりがある構造体になっている。ここで、複数の導電性部材 20は圧電素子 1の前面に形成された接地電極 5と、接地用電気端子 9とにそれぞれ接触して、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9とを電気的に接続する機能を有している。なお、導電性部材 20を、その端部をそれぞれ Z 方向に向けた状態で Y方向に列状に配置するとともに、 X方向に複数列配置し、その周囲を絶縁性部材又は半導電性部材 21で取り囲んだもので、このうち導電性部材 2 0は Z方向のみの 1方向につながりがあり、 X、 Y方向のつながりはないものにしてもよい。また絶縁性部材又は半導電性部材 21は X、 Y、 Ζの 3方向につながりがある構造体、又は、複数の絶縁性部材又は半導電性部材 21を、その端部をそれぞれ Ζ方向に向けた状態で Υ方向に列状に配置するとともに、 X方向に複数列配置し、その周囲を導電性部材 20で取り囲んだもので、このうち導電性部材 20は X、 Υ、 Ζの 3方向につながりがあり、また絶縁性部材又は半導電性部材 21は、 Ζ方向のみの 1方向につながりがある構造体としても同様の効果を有する。また、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の複合体としたがこの他導電部材同士で材料が異なる複合体でも同様の効果を有する。

[0037] 上述したように、図 1Aに示した音響マッチング層 2の音響インピーダンスは圧電素子 1の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスの間の値を有していることが必要である。例えば圧電素子 1として音響インピーダンスが約 30メガレールスの値を有する PZT-5Hの圧電セラミックスを用い、音響インピーダンスが約 1. 6メガレールスの値を有する生体のような被検体を対象とした場合には、音響マッチング層 2は 1層としているので 6〜8メガレールス前後の値の材料を用いることになる。

[0038] そこで、例えば、図 1Aに示した超音波探触子 10Aを用いて説明する力音響マツチング層 2として絶縁性部材又は半導電性部材を用い、圧電素子 1の接地電極 5の端部に対応する部位を切り欠いて音響マッチング層のない部分（図示せず）を作り、その部分から電気端子（図示せず）を取り出す構成も考えられる。しかし、このような構成にすると、性能的には周波数の広帯域化が可能になる反面、音響マッチング層の無い部分においても圧電素子 1が振動して超音波を発生するため、被検体に送信する超音波が乱れて超音波画像が劣化する。また、接地電極 5から取り出す電気端子は 1箇所であるため、診断操作中に超音波探触子を落下させたり、あるいは超音波探触子に打撃など機械的な衝撃を加えたりしたことにより、圧電素子 1が割れたとき、接地電極 5も同じように割れて電気的な断線が発生するなどにより、故障するおそれもある。

[0039] 図 1Aに示した第 1の実施の形態は、これらの問題を解決し、しかも周波数の広帯域化が可能な構成を実現したものである。すなわち、圧電素子 1の接地電極 5が、音響マッチング層 2の複数の導電性部材 20を介して、接地用電気端子 9と電気的に接続される構成にしているため、圧電素子 1の全面にて均一で所望の超音波の送信、受信をすることができるとともに、機械的な衝撃などによって圧電素子 1及び接地電極 5が割れたとしても、音響マッチング層 2の複数個の導電性部材 20で接続されて!/、るため、断線して故障することは極めて少なくなる。

[0040] ここでは、音響マッチング層 2の絶縁性部材又は半導電性部材 21として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドなどで代表されるような高分子材料、ガラス、結晶化ガラス、タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶、チタン酸バリウムなどのセラミックスなどを用いる。また、音響マッチング層 2の導電性部材 20として、グラフアイト、銅などの金属を充填したグラフアイト、銅、アルミニウム、銀、金、ニッケルなどの金属材料や、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属若しくは力一ボンの粉体をエポキシ樹脂などの高分子化合物に混入して導電性を持たせた高分子材料や、カーボンなどを用いる。なお、導電性部材 20あるいは絶縁性部材又は半導電性部材 21は、前述した材料に限定されるものではなぐ前述した材料と同程度の音響インピーダンスを有するものであれば他の材料であってもよレ、。導電性部材

20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の複合材料の音響インピーダンスはそれぞれの体積比率によって決まる。

[0041] 例えば、音響マッチング層 2に必要な音響インピーダンスとして 7メガレールスの値にしようとした場合には、導電性部材 20として約 10メガレールスの値を有する銅を充填したグラフアイトと絶縁性部材 21として約 3メガレールスの値を有するエポキシ樹脂を用いた複合材にしてそれぞれの部材の体積比率を選択すればよ!/、。つまり音響ィンピーダンスはエポキシ樹脂の体積比率が高い場合は音響インピーダンスが 3メガレ一ルスに近くなり、銅を充填したグラフアイトの体積比率が高い場合は音響インピーダンスが 10メガレールスに近くなり、必要とする 7メガレールスにすることは容易に選択できる。

[0042] なお、ここで導電性部材 20と、絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料の構成を説明したが、この組み合わせの複合材料の構成以外に、例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21に導電性部材を用いて導電性部材の複合材料にした構成でも良ぐつまり少なくとも導電性部材 20を有し、圧電素子 1の電極面と電気的な接続ができる機能と音響インピーダンスを可変できる機能を備えた複合材料であれば上記構成に限定されるものではないことは明らかである。

[0043] なお、ここでは音響マッチング層 2は 1層のタイプについて説明した力 S、この他 2層以上の音響マッチング層を備える構成とした場合においても、それぞれの音響マッチング層に本複合材を設けても、また一部の層に設けた構成にしても同様の効果が得られる。

[0044] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、少なくとも導電性部材を含む複合材料を設けることにより、音響マッチング層を所望の音響ィンピーダンスにすることが可能になり、これによつて周波数の広帯域化ができるため、高分解能の診断画像を得ることができる。また、複合材料の音響マッチング層の導電性部材を介して、圧電素子の複数箇所に電気端子を接続することができるため、信頼性が高くかつ操作性の良好な超音波探触子を得ることができる。

[0045] また、第 1の実施の形態では、図 1Bに示す導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とが、 Z方向に対して均一な幅で形成される場合について説明したが、絶縁性部材又は半導電性部材 21が Z方向に対して幅が連続的に変化するいわゆる楔のような形状に、又は段階的に変化するようにして、 Z方向の厚みに対して音響ィンピーダンスが連続的に変化、あるいは段階的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0046] また、第 1の実施の形態では、図 1Bに示す導電性部材 20及び絶縁性部材又は半導電性部材 21がほぼ等間隔で、これらを交互に配列した場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0047] また、第 1の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、音響マッチング層 2を介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成について説明したが、この代わりに、音響マッチング層 2の Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に接地用電気端子 9を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0048] また、第 1の実施の形態においては、音響マッチング層 2として、それぞれ 1つの材種で形成された導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いたが、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の少なくとも一方が 2種類以上の材料で形成されていたとしても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1つの材種の連結構造に限定されるものではない。

[0049] また、第 1の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0050] <第 2の実施の形態〉

図 2Aは本発明に係る超音波探触子の第 2の実施の形態の構成を示す断面図であり、図 2B、図 2D、図 2Eはそれぞれ図 2Aに示す超音波探触子を構成する第 1の音響マッチング層の構成例を示す斜視図であり、図 2Cは図 2Bに示す第 1の音響マツチング層の絶縁性部材又は導電性部材として用いたシリコン単結晶の体積比率と音響インピーダンスとの関係を示した線図である。

[0051] 図 2Aにおいて、超音波探触子 10Bは板状の圧電素子 1と、この圧電素子 1の前面

(図面の上方）に積み重ねられた 2層の音響マッチング層 2 (2a、 2b)と、必要に応じて圧電素子 1の背面（図面の下方）に装着される背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2 (2a、 2b)の前面に装着される音響レンズ 4とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0052] 超音波探触子 10Bの構成要素のうち、圧電素子 1は PZT系のような圧電セラミックス、 PZN-PT、 PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいは PVDFなどで代表される高分子材料の圧電体などによって形成される。圧電素子 1の前面には接地電極 5が形成され、圧電素子 1の背面には信号用電極 6が形成されている。接地電極 5及び信号用電極 6は、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成される。

[0053] また、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6と背面負荷材 3との間に、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 7aの一主面に銅などの導電性膜 7bが披着された信号用電気端子 7が揷着されている。この場合、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6に信号用電気端子 7の導電性膜 7bが接触し、かつ信号用電気端子 7の絶縁性フィルム 7aが背面負荷材 3に接触するように、絶縁性フィルム 7aの一主面が圧電素子 1側に向けられる。一方、圧電素子 1に形成されている接地電極 5の前面には、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との複合材料で構成される第 1の音響マッチング層 2aと、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 9aの一主面に銅などの導電性膜 (厚みは特性に影響が小さいように 5マイクロメートル以下が好ましい) 9bが披着された接地用電気端子 9と、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料で構成される第 2の音響マッチング層 2bとが順次積み重ねられている。この場合、第 1の音響マッチング層 2aの複合材料の導電性部材に接地用電気端子 9の導電性膜 9bが接触し、接地用電気端子 9の絶縁性フィノレム 9aに第 2の音響マッチング層 2bが接触するように、絶縁性フィルム 9aの一主面が第 1の音響マッチング層 2a側に向けられる。第 2の音響マッチング層 2bは絶縁性部材であっても、あるいは導電性部材であってもよい。そして、必要に応じて、第 2の音響マッチング層 2bの前面にはシリコーンゴムなどの材料を用いた音響レンズ 4が装着される。なお、導電性膜 7b、 9bは電気的に導電性を有する材料であれば何でも良く金属に限定するものではない。

[0054] 上記のように構成された超音波探触子 10Bの動作について以下に説明する。

圧電素子 1に形成された信号用電極 6は、信号用電気端子 7を介して、また、圧電素子 1の接地電極 5は第 1の音響マッチング層 2aの複合材料の導電性部材と接地用電気端子 9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによつて、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子 1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。

[0055] 絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との複合材料 (以下、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料と称する)で構成されている第 1の音響マッチング層 2aとしては、その音響インピーダンスが圧電素子 1と第 2の音響マツチング層 2bの各音響インピーダンスの中間になるような材料が選ばれる。この第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材とのそれぞれの連結構造の構成例を図 2B、図 2D及び図 2Eに示す。図 2B、図 2D及び図 2Eにおいては、被検体に向けて超音波を放射する方向を Z方向、これと直交する 2つの方向をそれぞれ X方向、 Y方向としている。

[0056] 図 2Bに示した第 1の音響マッチング層 2a— 1は、それぞれ短冊状に形成された導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とが X方向に交互に配置されたもので、このうち導電性部材 20は Y及び Zの 2方向につながりがあり、また絶縁性部材又は半導電性部材 21も同じように Y及び Zの 2方向につながりがある構造体になっており、以下の説明ではこの連結構造を 2— 2型連結構造と呼ぶこととする。ここで、複数の導電性部材 20は圧電素子 1の前面に形成された接地電極 5と、接地用電気端子 9 の絶縁性フィルム 9aの一主面に披着された導電性膜 9bとにそれぞれ接触して、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとを電気的に接続する機能を有している。

[0057] 図 2Dに示した第 1の音響マッチング層 2a— 2は、それぞれ円柱状に形成された複数の導電性部材 20を、その端部をそれぞれ Z方向に向けた状態で Y方向に列状に配置するとともに、 X方向に複数列配置し、その周囲を絶縁性部材又は半導電性部材 21で取り囲んだもので、このうち導電性部材 20は Z方向のみの 1方向につながりがあり、 X、 Y方向のつながりはない。また絶縁性部材又は半導電性部材 21は X、 Y 、 Zの 3方向につながりがある構造体となっており、この連結構造を 1—3型連結構造と呼ぶこととする。ここで、複数の導電性部材 20は圧電素子 1の前面に形成された接地電極 5と、接地用電気端子 9の絶縁性フィルム 9aの一主面に披着された導電性膜 9bとにそれぞれ接触して、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとを電気的に接続する機能を有している。

[0058] 図 2Eに示した第 1の音響マッチング層 2a— 3は、それぞれ四角柱状に形成された複数の絶縁性部材又は半導電性部材 21を、その端部をそれぞれ Z方向に向けた状態で Y方向に列状に配置するとともに、 X方向に複数列配置し、その周囲を導電性部材 20で取り囲んだもので、このうち導電性部材 20は X、 Y、 Ζの 3方向につながりがあり、また絶縁性部材又は半導電性部材 21は、 Ζ方向のみの 1方向につながりがある構造体となっており、この連結構造を 3— 1型連結構造と呼ぶこととする。ここで、導電性部材 20は圧電素子 1の前面に形成された接地電極 5と接地用電気端子 9の絶縁性フィルム 9aの一主面に披着された導電性膜 9bとにそれぞれ接触して、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとを電気的に接続する機能を有している。

[0059] 前述したように、図 2Aに示した第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは圧電素子 1の音響インピーダンスと第 2の音響マッチング層 2bの音響インピーダンスの間の値を有していることが必要である。例えば圧電素子 1として音響インピーダンスが約 30メガレールスの値を有する PZT-5Hの圧電セラミックスを用い、音響インピーダンスが約 1. 6メガレールスの値を有する生体のような被検体を対象とした場合には、第 2の音響マッチング層 2bの音響インピーダンスは 3メガレールス前後の値の材料を用いることになる。したがって、第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは少なくとも 3から 30メガレールスの間の値を有する材料が必要になる。

[0060] 一般的に、第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは 5から 20メガレールスの間の値にすることが望ましぐまた、その値が大きくなるほど周波数特性の帯域が広くなる傾向にある。したがって、第 1の音響マッチング層 2aとして 10から 20メガレールスの範囲の材料を用いることが好適である。音響インピーダンスが 10〜20メガレーノレスの値を有する材料としては、例えばガラス、結晶化ガラス、金属タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶などがある。し力もながら、これらの材料は!/、ずれも電気的には絶縁性部材又は半導電性部材である。

[0061] そこで、例えば、図 2Aに示した超音波探触子 10Bを用いて説明する力、第 1の音響マッチング層 2aとして絶縁性部材又は半導電性部材を用い、圧電素子 1の接地電極 5の端部に対応する部位を切り欠いて音響マッチング層のない部分（図示せず）を作り、その部分から電気端子（図示せず)を取り出す構成も考えられる。しかし、このような構成にすると、性能的には周波数の広帯域化が可能になる反面、音響マツチング層の無い部分においても圧電素子 1が振動して超音波を発生するため、被検体に送信する超音波が乱れて超音波画像が劣化する。また、接地電極 5から取り出す電気端子は 1箇所であるため、診断操作中に超音波探触子を落下させたり、あるいは超音波探触子に打撃など機械的な衝撃を加えたりしたことにより、圧電素子 1が割れたとき、接地電極 5も同じように割れて電気的な断線が発生するなどにより、故障するおそれがある。

[0062] 図 2Aに示した第 2の実施の形態は、これらの問題を解決し、しかも周波数の広帯域化が可能な構成を実現したものである。すなわち、圧電素子 1の接地電極 5が、第 1の音響マッチング層 2aの複数の導電性部材 20を介して、接地用電気端子 9の金属膜 9bと電気的に接続される構成にしているため、圧電素子 1の全面にて均一で所望の超音波の送信、受信をすること力 Sできるとともに、機械的な衝撃などによって圧電素子 1及び接地電極 5が割れたとしても、第 1の音響マッチング層 2aの複数個の導電性部材 20で接続されて!/、るため、断線して故障することが極めて少なくなる。

[0063] ここでは、第 1の音響マッチング層 2a— 1、 2a— 2、 2a— 3の絶縁性部材又は半導電性部材 21として、前述したガラス、結晶化ガラス、タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶、チタン酸バリウムなどのセラミックスなどを用いる。また、第 1の音響マッチング層 2a— 1、 2a— 2、 2a— 3の導電性部材 2 0として、銅、アルミニウム、銀、金、ニッケノレなどの金属材料や、金、銀、銅、アルミ二ゥムなどの金属若しくはカーボンの粉体をエポキシ樹脂などの高分子化合物に混入して導電性を持たせた高分子材料や、グラフアイト、カーボンなどを用いる。なお、導電性部材 20あるいは絶縁性部材又は半導電性部材 21は、前述した材料に限定されるものではなぐ前述した材料と同程度の音響インピーダンスを有するものであれば他の材料であってもよ!/、。導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料の音響インピーダンスはそれぞれの体積比率によって決まる。

[0064] なお、ここで導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料の構成を説明したが、この他、前記組み合わせの複合材料の構成以外、例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21に導電性部材を用いて導電性部材の複合材料にした構成でも良く、つまり少なくとも導電性部材 20を有し、圧電素子 1の電極面と電気的な接続ができる機能と音響インピーダンスを可変できる機能を備えた複合材料であれば上記構成に限定されるものではないことは明らかである。 [0065] 導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料は、連結構造が 1 3型、 2— 2型、 3—1型においては、 2種類のそれぞれの材料が有する音響インピ一ダンスの間の値になり、しかも、それらの体積比率を変えることによって、所望の音響インピーダンスの材料を得ることができる。

[0066] また、 1 3型、 2— 2型、 3— 1型の連結構造を有する導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料を第 1の音響マッチング層 2aとして機能させるためには、複合材料が一体として超音波を伝搬させるように、導電性部材 20の幅及びその配列間隔を決定する。また、導電性部材 20の体積比率が小さい場合には、その幅及び配列間隔を考慮する必要はなぐ導電性部材 20は電気的な接続機能を主にしてその材料を選択すればよ!/、。

[0067] また、音響マッチング層としての機能、すなわち導電性能を必要としないで音響インピーダンスのみを所望の値に整合させることを目的として図 2B、図 2D、図 2Eに示した連結構造を用る場合には、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材とレ、ぅ材料の選択をする必要はなぐ絶縁性部材どうしの連結構造、あるいはエポキシ樹脂のような絶縁性部材とシリコンのような半導電性部材との連結構造であってもよい。

[0068] 次に、図 2Bに示す 2— 2型連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 1の製造方法の一例を以下に説明する。絶縁性部材又は半導電性部材 21としてシリコン単結晶を用いる。このシリコン単結晶は図 2Bの Z方向が平坦になっているものとする。その平坦面に対してレーザ照射、化学的なエッチング、あるいはダイシングマシ一ンなどによる機械加工などにより、任意の間隔で図 2Bの Y方向に導電性部材 20を装填するための溝を形成する。次に、溝の中に銀などの粉体を混入した導電性のェポキシ樹脂などの導電性接着剤を充填して硬化させる。この導電性接着剤はシリコン単結晶に比べて音響インピーダンスがより小さい材料である。次に、第 1の音響マツチング層 2aとして Z方向に、ほぼ 4分の 1波長の厚みにスライス加工して形成する。この場合、シリコン単結晶に近い音響インピーダンスの第 1の音響マッチング層 2aを要望するのであれば、導電性部材 20の導電性接着剤の体積比率を小さくすればよぐまた小さい音響インピーダンスの値を必要とするのであれば体積比率を大きくすればよい。 [0069] 例えば、導電性部材 20を形成するための導電性接着剤としてエコーボンド 56C ( エマーソンアンドカミング社）を用い、絶縁性部材又は半導電性部材 21としてシリコン単結晶を用いた場合、それぞれの音響インピーダンスは約 6. 5メガレールス、 19. 7 メガレールスである。そこでシリコン単結晶をダイシンダマシーンにより任意の間隔と溝幅で分割し、その溝の部分にエコーボンド 56Cを充填して作成した材料の音響ィンピーダンス (密度 X音速）を測定すると、シリコン単結晶の体積比率が 63· 5%の場合は 15· 3メガレールスとなり、また、シリコン単結晶の体積比率が 43%の場合は 12 . 7メガレールスとなった。

[0070] 図 2Cは上述した 2つの材料に対する測定結果に基づいて作成したシリコン単結晶の体積比率と音響インピーダンスとの関係を示した線図である。この線図から明らかなように、導電性部材 20を形成するための導電性接着剤としてエコーボンド 56Cを用い、シリコン単結晶の体積比率を 0パーセント（導電性接着剤のみ）から 100パーセント (シリコン単結晶のみ）の範囲で変化させた場合、導電性接着剤とシリコン単結晶の複合材料の音響インピーダンスは約 6. 5メガレールスからシリコン単結晶の音響インピーダンス 19. 7メガレールスまでほぼ直線的に変化することが分かる。また、発明者はこの体積比率と音響インピーダンスとに相関があることを確認することができた

[0071] 次に、図 2Bに示す 2— 2型連結構造における第 1の音響マッチング層 2a— 1の他の製造方法について説明する。絶縁性部材又は半導電性部材 21としての板状のシリコン単結晶と、導電性部材 20としての板状のグラフアイトや金属とを、図 2Bの X方向に交互に積層して接着するか、あるいは絶縁性部材又は半導電性部材 21としての板状のシリコン単結晶の一主面にそれぞれ金属をスパッタリング、めっき、あるいは印刷などの方法で薄い膜を形成したものを、図 2Bの X方向に順次に積層して接着した後、図 2Bの Z方向の厚みが得られるようにスライス加工する。この製造方法によれば大量生産することも可能である。

[0072] 次に、図 2Dに示す 1—3型連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 2の製造方法の一例を説明する。絶縁性部材又は半導電性部材 21として図 2Dの Z方向に厚みを有するシリコン単結晶を用意する。そして、このシリコン単結晶にレーザ照射、化学的なエッチングあるいは機械加工などにより任意の間隔で複数個の導電性部材 20を設けるための穴を設ける。次に、その穴に、銀などの粉体を混入した導電性のエポキシ樹脂などの導電性接着剤を充填し硬化させる。その後、第 1の音響マツチング層としてほぼ 4分の 1波長の厚みに加工して形成する。シリコン単結晶に近い音響インピーダンスの第 1の音響マッチング層を要望するのであれば、導電性部材 21の導電性接着剤の体積比率を少なくすればよく、またもつと小さレヽ音響インピーダンスの値を必要とするのであれば導電性部材 21の導電性接着剤の体積比率を大きくすれば'よい。

[0073] ちなみに、単結晶シリコンの音響インピーダンスは 19· 7メガレールスで、また導電性接着剤としてエコーボンド 56C (エマーソンアンドカミング社）の音響インピーダンスは約 6. 5メガレールスであり、それぞれの体積比率を調整することにより図 2Bの構造と同様に、音響インピーダンスを 6. 5メガレールスから 19. 7メガレールスの範囲の値にすることカでさる。

[0074] 次に、図 2Eに示す 3— 1型連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 3の製造方法の一例を以下に説明する。絶縁性部材又は半導電性部材 21としてシリコン単結晶を用意する。そして、このシリコン単結晶にレーザ照射、化学的なエッチングあるいはダイシンダマシーンによる機械加工などにより任意の間隔で X、 Yの両方向に複数個の溝を設けて角柱を形成し、その後、導電性接着剤などの導電性部材 20 を複数の溝に充填し硬化させる。その後、第 1の音響マッチング層として、ほぼ 4分の 1波長の厚みに加工して形成する。

[0075] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を設けることにより、音響マツチング層を所望の音響インピーダンスにすることが可能になり、これによつて周波数の広帯域化ができるため、高分解能の診断画像を得ることができる。また、複合材料の音響マッチング層の導電性部材を介して、圧電素子の複数箇所に電気端子を接続すること力 Sできるため、信頼性が高くかつ操作性の良好な超音波探触子を得ることができる。

[0076] なお、第 2の実施の形態では、図 2Dに示す 1—3型連結構造の導電性部材 20として円柱の形状を有するものを用いたが、このほか角柱あるいは球など他の形状を有するものを用いても同様の効果が得られる。また、 z方向に対してコーンのような円錐状の形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0077] また、第 2の実施の形態では、図 2Bに示す 2— 2型連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とが、 Z方向に対して均一な幅で形成される場合について説明した力 S、絶縁性部材又は半導電性部材 21が Z方向に対して幅が連続的に変化するいわゆる楔のような形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0078] また、第 2の実施の形態では、図 2Bに示す 2— 2型、図 2Dに示す 1 3型及び図 2 Eに示す 3 1型の各連結構造の導電性部材 20及び絶縁性部材又は半導電性部材 21がほぼ等間隔で、これらを交互に配列した場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0079] また、第 2の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、第 1の音響マッチング層 2aを介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成について説明したが、この代わりに、第 1の音響マッチング層 2aの Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に接地用電気端子 9を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0080] また、第 2の実施の形態においては、第 1の音響マッチング層 2aとして、それぞれ 1 つの材種で形成された導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いたが、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の少なくとも一方が 2種類以上の材料で形成されていたとしても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1つの材種の連結構造に限定されるものではない。

[0081] また、第 2の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0082] <第 3の実施の形態〉

次に、本発明の第 3の実施の形態について説明する。図 3Aは本発明に係る超音波探触子の第 3の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図 3Bは、図 3Aに示した超音波探触子を、その図中に示した 3つの方向 X、 Y、 Ζのうち、 Υ— Ζ平面で切断した断面を X方向から見た断面図であり、図 3C、 3Dはそれぞれ図 3A及び図 3Bに示した超音波探触子を構成する要素の具体的な構成例を示す斜視図である。

[0083] 図 3A及び図 3Bに示した超音波探触子 10Cは、図 3A中に示した X、 Y、 Ζのうち、 X方向に配列された複数の圧電素子 1と、各圧電素子 1に対応して被検体側となる Ζ 方向前面に設けられた 2層の音響マッチング層 2 (2a、 2b)と、必要に応じて圧電素子 1の背面に設けられる背面負荷材 3と、同じく必要に応じて複数の音響マッチング層 2 (2a、 2b)上に共通に設けられる音響レンズ 4と、圧電素子 1と背面負荷材 3との間に揷着された複数の信号用電気端子 7と、第 1の音響マッチング層 2aと第 2の音響マッチング層 2bとの間に揷着された接地用電気端子 9とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0084] 以下、説明の都合上、図 3A及び図 3Bに示した超音波探触子 10Cの製造方法について説明する。

複数の圧電素子 1を形成するために、 PZT系のような圧電セラミックス、 PZN-PT、 PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいは PVDFなどで代表される高分子材料の圧電体などで構成され、所定の厚さを有する板材、すなわち圧電板材を準備する。この圧電板材の一主面、すなわち Z方向の前面には接地電極 5を、その背面には信号用電極 6を、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成する。

[0085] また、所定の厚さを有する板状の背面負荷材 (背面負荷材を備えない超音波探触子ではこれに代わる部材） 3と、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料で構成され、複数の第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と、ェポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料で構成された複数の第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材と、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 7aの一主面に銅などの導電性膜 7bが披着され、全体力 Sリボン状に形成された複数の信号用電気端子 7と、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 9aの一主面に銅などの導電性膜 (厚みは音響特性に対する影響が少ないように 5マイクロメートル以下が好ましい) 9bが披着された接地用電気端子 9とを準備する。なお、第 2の音響マッチング層 2bを形成するために用いるエポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料は絶縁性部材である力、この代わりに導電性部材を用いてもよい。なお、導電性膜 7b、 9bは電気的に導電性を有する材料であれば何でも良く金属に限定するものではない。

[0086] そこで、図 3Aに示したように、背面負荷材 3の前面に、複数の信号用電気端子 7を X方向に所定の間隔で載置し、その上に圧電素子 1を形成するための圧電板材を重ね合わせ、さらに、圧電板材の前面に第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と、接地用電気端子 9と、第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材とを順次に重ね合わせて、これらを一体的に固着する。この場合、背面負荷材 3と圧電板材との間に装着される複数の信号用電気端子 7は、それぞれ絶縁性フィルム 7aの一主面に披着されている導電性膜 7bが圧電板材に形成された信号用電極 6に接触し、絶縁性フィルム 7aが背面負荷材 3に接触するように、絶縁性フィルム 7aの一主面が圧電板材側（図面の上方）に向けられる。また、第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材との間に揷着される接地用電気端子 9は、絶縁性フィルム 9aの一主面に形成された導電性膜 9bが第 1の音響マッチング層 2aに接触するように、絶縁性フィルム 9aの一主面が第 1の音響マッチング層 2a側に向けられる。

[0087] 以上のようにして、背面負荷材 3、複数の信号用電気端子 7、圧電素子 1を形成するための圧電板材、第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材、接地用電気端子 9及び第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材を一体的に固着した後、スライシンダマシーンなどによって第 2の音響マッチング層 2bの前面から背面負荷材 3の前面部まで掘り下げた複数の溝、すなわち第 2の音響マッチング層 2b、接地用電気端子 9、第 1の音響マッチング層 2a、圧電板材、信号用電気端子 7及び背面負荷材 3の一部を 1ユニットとして、複数の圧電素子ユニットに分割する分割溝を形成する。この場合、 X方向に所定の間隔で配置された信号用電気端子 7の中間部に分割溝を形成する。これによつて、圧電素子ユニットが並列に配置された圧電素子列が形成される。次に、音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴムなどのような材料 (図示せず)を各分割溝に充填し、さらに、必要に応じて第 2の音響マッチング層 2bの上面にシリコーンゴムなどの材料を用いた音響レンズ 4を装着する。背面負荷材を備えない超音波探触子においては、この段階で背面負荷材 3に代わる部材を除去する。

[0088] なお、ここでは第 1の音響マッチング層 2aと第 2の音響マッチング層 2bとの間に、絶縁性フィルム 9aに導電性膜 9bを披着させた接地用電気端子 9を揷着し、接地用電気端子 9の導電性膜 9bと第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材とを接触させることによって、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5とを電気的に接続するものについて説明したが、このほか、第 2の音響マッチング層 2bとして導電性部材を用い、この第 2の音響マッチング層 2bの前面に導電性膜 9bを披着させた接地用電気端子 9を装着し、第 1の音響マッチング層 2a及び第 2の音響マッチング層 2b を介して、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5とを電気的に接続するようにしても同様の動作をさせることができる。

[0089] 上記のように構成された超音波探触子 10Cの動作について以下に説明する。

圧電素子 1の背面に形成された信号用電極 6は、信号用電気端子 7を介して、また、圧電素子 1の前面に形成された接地電極 5は、第 1の音響マッチング層 2aの複合材料の導電性部材と接地用電気端子 9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによつて、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子 1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。

[0090] この場合、詳細を後述する第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材は、圧電素子 1に形成された接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとを電気的に接続する形状であればよぐ特定の形状に限定するものではない。また、第 1の音響マツチング層 2aの導電性部材は、 1つの圧電素子 1に対して 2箇所以上で、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとが電気的に接続されるような構成が望ましぐ導電性部材 20の数が多いほど接地電極 5が圧電素子 1と共に割れても、信号電送経路が断線して故障する頻度は少なくなり、信頼性の高いものとなる。また、第 1 の音響マッチング層 2aの絶縁性部材又は半導電性部材は音響インピーダンスを選択することが主たる目的となる。そのため、第 3の実施の形態のように 2層の音響マツチング層を備えた場合、第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは、圧電素子 1の音響インピーダンスと第 2の音響マッチング層 2bの音響インピーダンスとの間の値を有していることが必要で、例えば、 5メガレールスから 15メガレールスの範囲の値が選ばれる。このような範囲の音響インピーダンスが得られる材料を導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材とを複合した材料とすればよい。

[0091] 導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料で構成した第 1の音響マッチング層 2aにおける導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材材料とのそれぞれの連結構造の一例を図 3C、図 3Dに示す。図 3C、図 3Dにおいて、厚さ方向である Z方向は被検体側の方向、 X方向は圧電素子 1の配列方向、 Y方向は X方向及び Z方向と直交する方向を示している。

[0092] 図 3Cにおいて、第 1の音響マッチング層 2a— 4を構成する複数の導電性部材 20 は円柱状に形成されたものを、その軸芯を Z方向に揃えたもので、 Z方向の 1方向のみにつながりがあり、絶縁性部材又は半導電性部材 21は X、 Y、 Ζの 3方向につながりがある構造体となって!/、る。この導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21 との複合材料の連結構造を 1 3型連結構造と呼ぶ。また、圧電素子ユニット、すなわち 1個の圧電素子 1に対応する 1個の第 1の音響マッチング層 2a— 4の導電性部材 20は、それぞれ 3行 X 22列にして合計 66個が配設されている。この導電性部材 2 0の数については、前述したように、圧電素子 1の接地電極 5との接続箇所が多くなるほど信頼性は高くなる力 S、導電性部材 20の数については 2個以上であればよぐ 66 個に限定されるものではない。ただし、導電性部材 20が第 1の音響マッチング層 2aとして機能するように、つまり、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の複合材料が音響的に 1つの音響マッチング層として機能する形態にすることが必要である。なお、図 3Cに示す第 1の音響マッチング層 2a— 4は、圧電素子 1に対応して既に分割された構成の状態を示している力分割される前の状態は、前述したように全体が 1枚の板状のものになっている。一方、導電性部材 20に音響マッチング機能を持たせる必要がないとき、つまり導電性部材 20が、絶縁性部材又は半導電性部材 2 1に対してその体積比率が著しく少ない場合は、圧電素子 1の接地電極 5とを接続させる機能のみを持たせるだけで同じ効果が得られる。

[0093] このように、複数の導電性部材 20は、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9 の金属膜 9bとにそれぞれ接触して、その厚さ方向である Z方向でこれらを電気的に接続させる機能を有している。ここでは、 Z方向の 1方向につながりがあるものを導電性部材 20とし、 X、 Y、 Ζ方向の 3方向につながりがあるものを絶縁性部材又は半導電性部材 21とした力これらの材料を互いに入れ替えて、絶縁性部材又は半導電性部材側が Ζ方向の 1方向につながりがあり、導電性部材側が X、 Υ、 Ζの 3方向につな力 Sりがある連結構造体、すなわち 3— 1型連結構造体（図示を省略）にしても同様の ¾]果を得ること力できる。

[0094] また、図 3Dに示した音響マッチング層 2a— 5は、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21と交互に配置したもので、導電性部材 20は、圧電素子 1の配列方向の X方向と、厚さ方向である Z方向の 2方向につながりがあり、また絶縁性部材又は半導電性部材 21も同様に、圧電素子 1の配列方向の X方向と、 Z方向の 2方向につながりがある構造体となっており、これらの複合材料の連結構造を 2— 2型連結構造と呼ぶ。したがって、複数の導電性部材 20は圧電素子 1の接地電極 5及び接地用電気端子 9の導電性部材とは厚さ方向である Z方向で電気的な接続が可能となる。

[0095] 図 3Dにおいて、 1個の圧電素子 1に対応する 1個の第 1の音響マッチング層 2a— 5 の導電性部材 20は、絶縁性部材又は半導電性部材 21と交互にして Y方向に 11個配置されている。この導電性部材 20は、前述したように、圧電素子 1の接地電極 5との接続箇所が多レ、ほど信頼性は高くなる力導電性部材 20の数につ!/、ては 2個以上であればよい。ただし、導電性部材 20が第 1の音響マッチング層 2aとして機能するように、つまり導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料が 1 つの音響マッチング層として機能する形態にすることが必要である。なお、図 3Dに示す第 1の音響マッチング層 2a— 5は、圧電素子 1に対応して既に分割された構成の状態を示している力分割される前の状態は、前述したように、全体が 1枚の板状のものになつており、導電性部材 20及び絶縁性部材又は半導電性部材 21は圧電素子 1 の配列方向である X方向に連結した構成になっている。一方、導電性部材 20に音響マッチング機能を持たせる必要がないとき、つまり導電性部材 20が、絶縁性部材又は半導電性部材 21に対してその体積比率が著しく少ない場合は、圧電素子 1の接地電極 5とを接続させる機能のみを持たせるだけで同じ効果が得られる。

[0096] また、図 3Dでは、第 1の音響マッチング層 2a— 5の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21は、圧電素子 1の配列方向とほぼ並行に構成した 2— 2型の連結構造としたが、このほか、圧電素子 1の配列方向と直交する方向、あるいはそれ以外の方向に配列した 2— 2型の連結構造にしても同様の効果が得られる。

[0097] 図 3C又は 3Dに示すような連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 4、 2a— 5は、前述したように、その音響インピーダンスが圧電素子 1の音響インピーダンスと第 2の音響マッチング層 2bの音響インピーダンスとの間の値を有することが必要である力本実施の形態のように音響マッチング層を 2層タイプにした場合には、例えば圧電素子 1として音響インピーダンスが約 30メガレールスの値を有する PZT-5Hの圧電セラミックを用い、音響インピーダンスが約 1. 6メガレールスの値を有する生体のような被検体を対象とした場合には、第 2の音響マッチング層 2bの音響インピーダンスは約 3メガレールスの値の材料を用いることになる。

[0098] したがって、第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは少なくとも 3から 30 メガレールスの間の値を有する材料が必要になってくる。一般的に第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは、 5から 20メガレールスの間の値にすることが望ましぐまた、その値が大きくなるほど、周波数特性の帯域が広くなる傾向があり、広帯域の周波数特性を得るためには、第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスの値を大きくする必要があり、 10から 20メガレールスの範囲の材料を用いる。

[0099] しかし、この範囲の値を有する材料は、例えば、ガラス、結晶化ガラス、金属タンダステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶などがある。し力、しながら、これらの材料は、いずれも電気的には絶縁物あるいは半導電性部材である。

[0100] そこで、例えば、図 3Bに示した超音波探触子 10Cについて説明すると、圧電素子 1の接地電極 5の端部に対応する部位を切り欠いて音響マッチング層のない部分（図示せず)を作り、その部分から電気端子（図示せず)を取り出す構成も考えられる。しかし、このような構成にすると、性能的には周波数の広帯域化が可能になる反面、音響マッチング層の無い部分においても圧電素子 1は振動して超音波を発生するため、被検体に送信する超音波が乱れて超音波画像が劣化する。また、接地電極 5から取り出す電気端子は 1箇所であるため、診断操作中に超音波探触子を落下させたり、あるいは超音波探触子に打撃など機械的な衝撃を加えたりしたことにより、圧電素子 1が割れたとき、接地電極 5も同じように割れて電気的な断線が発生するなどにより故障するおそれがある。

[0101] 第 3の実施の形態は、これらの問題を解決し、し力、も周波数の広帯域化が可能な構成を実現したものである。すなわち、圧電素子 1の接地電極 5が、第 1の音響マツチング層 2aの複数の導電性部材 20を介して、接地用電気端子 9の金属膜 9bとの電気的に接続される構成にしているため、圧電素子 1の全面に音響マッチング層を設ける構成にできているため、圧電素子 1の全面にて均一で所望の超音波の送信、受信することができるとともに、機械的な衝撃などによって圧電素子 1及び接地電極 5が割れたとしても、第 1の音響マッチング層 2aの複数個の導電性部材で接続されているため、断線して故障することが極めて少なくなる。

[0102] 一方、第 1の音響マッチング層 2a— 3、 2a— 4の絶縁性部材又は半導電性部材 21 としては、第 2の実施の形態で用いた材料であるガラス、結晶化ガラス、タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶、チタン酸バリウムなどのセラミックスなどを用いる。また、第 1の音響マッチング層 2a— 3、 2a— 4の導電性部材 20としては、銅、アルミニウム、銀、金、ニッケノレなどの金属や、金、銀、銅、ァノレミニゥムなどの金属若しくはカーボンの粉体をエポキシ樹脂などの高分子化合物に混入して導電性を持たせた高分子材料や、グラフアイト、カーボンなどの材料を用いる。このような導電性部材 20、絶縁性部材又は半導電性部材 21を用いた 1 3型、 2— 2型、 3— 1型連結構造の複合材料の音響インピーダンスは、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21のそれぞれの体積比率によって決まる。例えば、導電性部材 20として銀を用い、絶縁性部材として Xカット水晶を用いた場合、それぞれ材料単体の音響インピーダンスは 38、 15. 3メガレールスである。この 2種類の材料の体積比率を変えることにより、第 2の実施の形態で説明した図 2Cの線図と同様に、 Xカット水晶の音響インピーダンス 38メガレールスと銀の音響インピーダンス 15. 3メガレールスの間の所望の値にすることができる。

[0103] なお、導電性部材 20、絶縁性部材又は半導電性部材 21が上述した以外の材料であっても本発明の目的が達成できる材料であればよぐ上術した材料に限定するものではない。また、第 3の実施の形態においては、 1種類の導体 20と、 1種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2aについて説明したが、このほか、導電性部材を 2種類、絶縁性部材を 1種類〜 3種類というように、 2種類以上の材料を用いても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1種類の材料の連結構造に限定するものではない。

[0104] また、 1 3型、 2— 2型、 3— 1型の連結構造を有する導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料を第 1の音響マッチング層 2aとして機能させるためには、複合材料が一体として超音波が伝搬するように、導電性部材 20の幅及び配列間隔にする。また、導電性部材 20の体積比率が少ない場合は、導電性部材 20の幅及び配列間隔を考慮する必要はなぐ電気的な接続機能を主にしてその材料を選択すればよい。

[0105] 図 3Cに示す 1 3型の連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 4の製造方法としては、第 2の実施の形態として図 2Dに示した第 1の音響マッチング層 2a— 2と同じような方法で製造すればよぐ図 3Dに示す 2— 2型の連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2a— 4の製造方法としては、第 2の実施の形態として図 2Bに示した第 1の音響マッチング層 2a— 1と同じような方法で製造すればよい。 [0106] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材とを複合した複合材料を用いることにより、その音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、複合材料を構成する導電性部材から電気端子を取り出すことができるため、信頼性が高くかつ操作性が良好な超音波探触子を得ることができる。

[0107] なお、第 3の実施の形態では、 1—3型連結構造の導電性部材 20として、円柱の形状を有するものを用いた力このほか角柱あるいは球など他の形状を有するものを用いても同様の効果が得られる。また、 1—3型連結構造の導電性部材 20として、 Z方向に対してコーンのような円錐状の形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0108] また、第 3の実施の形態では、 2— 2型連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21が、 Z方向に対して均一な幅で配列される場合について説明した力これらの部材が Z方向に対して幅が連続的に変化するいわゆる楔のような形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0109] また、第 3の実施の形態では、 1 3型、 2— 2型及び 3— 1型の各連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とがほぼ等間隔で、これらを交互に配歹 IJした場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0110] また、第 3の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材を介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成の場合について説明した力 S、この代わりに、第 1の音響マッチング層 2 aの Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に電気端子を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0111] また、第 3の実施の形態においては、圧電素子 1を 1次元に複数個配列した構成について説明したが、このほか、圧電素子 1を 2次元に複数個配列したいわゆる 2次元アレイの構成にしても同様の効果が得られる。 [0112] また、第 3の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0113] <第 4の実施の形態〉

次に、本発明に係る超音波探触子の第 4の実施の形態について説明する。図 4A は第 4の実施の形態に係る超音波探触子の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図 4Bは、図 4Aに示した超音波探触子を、その図中に示した 3つの方向 X 、 Υ、 Ζのうち、 Υ— Ζ平面で切断した断面を X方向から見た断面図である。

[0114] 図 4Α及び図 4Βに示した超音波探触子 10Dは、図 4Α中に示した 3つの方向 X、 Υ 、 Ζのうち、 X方向に配列された複数の圧電素子 1と、各圧電素子 1に対応して被検体側となる Ζ方向前面に積み重ねられた複数の第 1の音響マッチング層 2a、複数の第 2 の音響マッチング層 2b、及び第 2の音響マッチング層 2b上に共通に積み重ねられた第 3の音響マッチング層 2cを含む音響マッチング層 2と、必要に応じて圧電素子 1の背面に設けられる背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2の前面に設けられる音響レンズ 4と、圧電素子 1と背面負荷材 3との間に揷着された複数の信号用電気端子 7と、第 1の音響マッチング層 2aと第 2の音響マッチング層 2bとの間に揷着された接地用電気端子 9とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0115] 以下、説明の都合上、図 4A及び図 4Bに示した超音波探触子 10Dの製造方法について説明する。

複数の圧電素子 1を形成するために、 PZT系のような圧電セラミックス、 PZN-PT、 PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいは PVDFなどに代表される高分子材料の圧電体などで構成され、所定の厚さを有する板材、すなわち圧電板材を準備する。この圧電板材の一主面、すなわち Z方向の前面には接地電極 5を、その背面には信号用電極 6を、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成する。

[0116] また、所定の厚さを有する板状の背面負荷材 (背面負荷材を備えない超音波探触子ではこれに代わる部材） 3と、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料で構成され、複数の第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と、ェポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料で構成された複数の第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材と、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 7aの一主面に銅などの導電性膜 7bが披着され、全体力 Sリボン状に形成された複数の信号用電気端子 7と、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 9aの一主面に銅などの導電性膜 (厚みは音響特性に対する影響が少ないように 5マイクロメートル以下が好ましい) 9bが披着された接地用電気端子 9とを準備する。なお、第 2の音響マッチング層 2bを形成するために用いるエポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料は絶縁性部材である力導電性部材を用いてもよい。なお、導電性膜 7b、 9bは電気的に導電性を有する材料であれば何でも良く金属に限定するものではない。

[0117] そこで、図 4Aに示したように、背面負荷材 3の前面に、複数の信号用電気端子 7を X方向に所定の間隔で配置し、その上に圧電素子 1を形成するための圧電板材を重ね合わせ、さらに、圧電板材の前面に第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と、接地用電気端子 9と、第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材とを順次に重ね合わせて、これらを一体的に固着する。この場合、背面負荷材 3と圧電板材との間に装着される複数の信号用電気端子 7は、それぞれ絶縁性フィルム 7aの一主面に披着されている導電性膜 7bが圧電板材に形成された信号用電極 6に接触し、絶縁性フィルム 7aが背面負荷材 3に接触するように、絶縁性フィルム 7aの一主面が圧電板材側（図面の上方）に向けられる。また、第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材と第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材との間に揷着される接地用電気端子 9は、絶縁性フィルム 9aの一主面に形成された導電性膜 9bが第 1の音響マッチング層 2aに接触するように、その一主面が第 1の音響マッチング層 2a 側に向けられる。 [0118] 以上のようにして、背面負荷材 3、複数の信号用電気端子 7、圧電素子 1を形成するための圧電板材、第 1の音響マッチング層 2aを形成するための板材、接地用電気端子 9及び第 2の音響マッチング層 2bを形成するための板材を一体的に固着した後、スライシンダマシーンなどによって第 2の音響マッチング層 2bの前面から背面負荷材 3の前面部まで掘り下げた複数の溝、すなわち第 2の音響マッチング層 2b、接地用電気端子 9、第 1の音響マッチング層 2a、圧電板材、信号用電気端子 7及び背面負荷材 3の一部を 1ユニットとして、複数の圧電素子ユニットに分割する分割溝を形成する。この場合、 X方向に所定の間隔で配置された信号用電気端子 7の中間部に分割溝を形成する。これによつて、圧電素子ユニットが並列に配置された圧電素子列が形成される。次に、音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴムなどのような材料 (図示せず)を各分割溝に充填し、さらに、第 2の音響マッチング層 2b及び分割溝に充填した部分の上面には、第 3の音響マッチング層 2cを装着する。

[0119] 第 3の音響マッチング層 2cは、図示のように分割しないで連結した状態で装着する。この第 3の音響マッチング層 2cの材料としては、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレン共重合ゴム、アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム、及びウレタンゴムなどのゴム弾性体を主体とした材料を用いる。さらに、必要に応じて、第 3の音響マッチング層 2cの上面にはシリコーンゴムなどの材料を用いた音響レンズ 4を装着する。背面負荷材を備えない超音波探触子においては、この段階で背面負荷材 3 に代わる部材を除去する。

[0120] なお、第 3の音響マッチング層 2cは、第 1の音響マッチング層 2a、第 2の音響マッチング層 2bと同じように圧電素子 1と一緒に分割してもよい。また、第 2の音響マツチング層 2b、第 3の音響マッチング層 2cは絶縁性部材、導電性部材のいずれでもよい。

[0121] なお、ここでは第 1の音響マッチング層 2aと第 2の音響マッチング層 2bとの間に、絶縁性フィルム 9aに導電性膜 9bを披着させた接地用電気端子 9を揷着し、接地用電気端子 9の導電性膜 9bと第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材とを接触させることによって、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5とを電気的に接続するものについて説明したが、このほか、第 2の音響マッチング層 2bとして導電性部材を用い、この第 2の音響マッチング層 2bの前面に導電性膜 9bを披着させた接地用電気端子 9を装着し、第 1の音響マッチング層 2a及び第 2の音響マッチング層 2b を介して、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5とを電気的に接続するようにしても同様の動作をさせることができる。

[0122] 上記のように構成された超音波探触子 10Cの動作について以下に説明する。

[0123] この場合、詳細を後述する第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材は、圧電素子 1に形成された接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとを電気的に接続する形状であればよぐ特定の形状に限定するものではない。また、第 1の音響マツチング層 2aの導電性部材は、 1つの圧電素子 1に対して 2箇所以上で、圧電素子 1の接地電極 5と接地用電気端子 9の導電性膜 9bとが電気的に接続されるような構成が望ましぐ導電性部材 20の数が多いほど接地電極 5が圧電素子 1と共に割れても、信号電送経路が断線して故障する頻度は少なくなり、信頼性の高レ、ものとなる。

[0124] また、第 1の音響マッチング層 2aの絶縁性部材又は半導電性部材 21は音響インピ一ダンスを整合の状態の近づけることが主たる目的となる。そのため、本実施の形態のように 3層の音響マッチング層を備えた場合、第 1、第 2、第 3の音響マッチング層 2 a、 2b、 2cの各音響インピーダンスは、それぞれの目的とする周波数特性に応じて使用する値の範囲が選択される。例えば、特開昭 60— 53399号公報では、第 1、第 2 及び第 3の音響マッチング層の音響インピーダンスは、それぞれ 12. 6から 18. 1、3 . 8力、ら 6. 0、及び 1. 7力、ら 2. 4メガレーノレスの範囲を、また、特開日召 60— 185499 号公報では、それぞれ 5から 15、 1. 9力、ら 4. 4、及び 1 · 6力、ら 2メガレールスの範囲を、さらに特開 2003— 125494号公幸には 19. 7、 7. 4、 2. 44メガレーノレスのィ直カ S 示されている。したがって、 3層タイプの音響マッチング層における第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスは、およそ 5から 20メガレールスの範囲の値を有する材料が用いられる。音響マッチング層の層数が多くなるほど周波数特性の広帯域化、高感度化が可能になり、少なくとも 2層の音響マッチング層のタイプより 3層の音響マッチング層タイプの方が周波数の広帯域化が可能となる。

[0125] 導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料で構成した第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とのそれぞれの連結構造の一例は、第 3の実施の形態で説明した図 3C、図 3Dに示すような 1 3 型、 2— 2型あるいは前述した 3— 1型の構造のものを用いればよ!/、。

[0126] 第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材 20としては、銅、アルミニウム、銀、金、二ッケルなどの金属や、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属若しくはカーボンの粉体をエポキシ樹脂などの高分子化合物に混入して導電性を持たせた高分子材料や、ダラファイト、カーボンなどの材料を用いる。また、第 1の音響マッチング層 2aの絶縁性部材又は半導電性部材 21としては、ガラス、結晶化ガラス、タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶、チタン酸バリウムなどのセラミツタスなどを用いる。

[0127] なお、導電性部材 20、絶縁性部材又は半導電性部材 21として上記以外の材料を用いたとしても、本願発明の目的が達成できる材料であればよい。また、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料としての音響インピーダンスは、 1 3型、 2— 2型、 3— 1型連結構造を有する複合材料は、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とのそれぞれの体積比率によって決まることは、第 2の実施の形態で説明したとおりである。例えば、導電性部材 20として音響インピーダンスは 38メガレールスの値を有する銀を用い、絶縁性部材 21として音響インピーダンスは 15. 3メガレールスの値を有する水晶 Xカット板を用いて体積比率を任意に選択することにより、第 2の実施の形態を示す図 2Cと同様に、複合材料の音響インピーダンスは 15. 3から 38メガレールスの範囲で任意に所望の値を得ることができる。この範囲の音響インピーダンスは、 3層音響マッチング層の第 1の音響マッチング層 2aに要望される値の範囲である 5から 20メガレールスに相当する範囲を有する体積比率が存在し、この範囲で作成した材料は、第 1の音響マッチング層 2aとしての機能を有していることになる。また、第 4の実施の形態の第 1の音響マッチング層 2aのほかの機能としては、第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材 20が圧電素子 1の接地電極 5 と接地用電気端子 9の導電性部材と電気的に接続できる構成であるため、電気端子を取り出しできる構成にしている。

[0128] 連結構造が 1 3型、 2— 2型、 3— 1型構造においては、 2種類のそれぞれの材料が有する音響インピーダンスの範囲内の値になり、それぞれの材料の体積比率を変えることによって、所望の音響インピーダンスの材料を得ることができる。また、第 4の実施の形態は、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造を有する第 1の音響マッチング層 2aについて説明した力このほか、 2種類以上の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21材料を用いても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1種類ずつ、合計 2種類の材料の連結構造に限定するものではない。

[0129] また、 1 3型、 2— 2型、 3— 1型の連結構造を有する導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料を第 1の音響マッチング層 2aとして機能させるためには、複合材料が一体として超音波が伝搬するように、導電性部材 20の幅及び配列間隔にする。また、導電性部材 20の体積比率が少ない場合は、導電性部材 20の幅及び配列間隔を考慮する必要はなぐ電気的な接続機能を主にしてその材料を選択すればよい。

[0130] また、図 4Aに示すように、第 3の音響マッチング層 2cを圧電素子 1に対応して分割しない構造としているが、当然のことながら、分割した構成にしても同様の効果が得られるので、図 4Aの構成に限定するものではない。

[0131] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材とを複合した複合材料を用いることにより、その音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、複合材料を構成する導電性部材から電気端子を取り出すことができるため、信頼性が高くかつ操作性が良好な超音波探触子を得ることができる。 [0132] なお、第 4の実施の形態では、 1—3型連結構造の導電性部材 20として、円柱の形状を有するものを用いた力このほか角柱あるいは球など他の形状を有するものを用いても同様の効果が得られる。また、 1—3型連結構造の導電性部材 20として、 Z方向に対してコーンのような円錐状の形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0133] また、第 4の実施の形態では、 2— 2型連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21が、 Z方向に対して均一な幅で配列される場合について説明した力これらの部材が Z方向に対して幅が連続的に変化するいわゆる楔のような形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0134] また、第 4の実施の形態では、 1 3型、 2— 2型及び 3— 1型の各連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とがほぼ等間隔で、これらを交互に配歹 IJした場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。また、第 4の実施の形態では、圧電素子 1 の接地電極 5と電気信号を授受するために、第 1の音響マッチング層 2aの導電性部材を介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成の場合について説明したが、この代わりに、第 1の音響マッチング層 2aの Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に電気端子を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0135] また、第 4の実施の形態では、圧電素子 1を 1次元に複数個配列した構成の場合について説明したが、このほか、圧電素子 1を 2次元に複数個配列したいわゆる 2次元アレイの構成にしても同様の効果が得られる。また、第 4の実施の形態では、導電性部材及び絶縁性部材若しくは半導電性部材は、 2種類用いた場合について説明した力このほか、導電性部材を 2種類、絶縁性部材を 1種類〜 3種類というように、 2種類以上の材料を用いても同様の効果が得られる。

[0136] また、第 4の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0137] <第 5の実施の形態〉

次に、本発明の第 5の実施の形態について説明する。図 5Aは本発明に係る超音波探触子の第 5の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図 5Bは、図 5Aに示した超音波探触子を、その図中に示した 3つの方向 X、 Y、 Ζのうち、 Υ— Ζ平面で切断した断面を X方向から見た断面図である。

[0138] 図 5Α及び図 5Βに示した超音波探触子 10Eは、図 5Α中に示した 3つの方向 X、 Υ 、 Ζのうち、 X方向に配列された複数の圧電素子 1と、各圧電素子 1に対応して被検体側となる Ζ方向の前面に積み重ねられた複数の第 1の音響マッチング層 2a、複数の第 2の音響マッチング層 2b、及び第 2の音響マッチング層 2b上に共通に積み重ねられた第 3の音響マッチング層 3cを含む音響マッチング層 2と、必要に応じて圧電素子 1の背面に設けられる背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2 (2a、 2 b、 2c)上に設けられる音響レンズ 4と、圧電素子 1と背面負荷材 3との間に揷着された複数の信号用電気端子 7と、第 2の音響マッチング層 2bと第 3の音響マッチング層 2cとの間に揷着された接地用電気端子 9とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0139] 第 5の実施の形態は第 4の実施の形態と比較して、圧電素子 1、第 1の音響マッチング層 2a、第 3の音響マッチング層 2cの積層構造は同じである力基本的に違う点は、第 2の音響マッチング層 2bに導電性部材、又は第 1の音響マッチング層 2aと同じように導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を用いた点、第 2の音響マッチング層 2bの上面にポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 9aの一主面に銅などの金属膜 9bが披着された接地用電気端子 9を設けた点にある。このように構成にすることにより、第 1の音響マッチング層 2a及び第 2の音響マッチング層 2bを介して、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5 とを電気的に接続することができる。 [0140] 第 1の音響マッチング層 2a及び第 2の音響マッチング層 2bの両方に複合材料を用いる場合には、これの音響マッチング層 2a、 2bの各導電性部材部が少なくとも電気的に接続されるような構成にする必要がある。また、第 1の音響マッチング層 2aと第 2 の音響マッチング層 2bの複合材料の連結構造は必ずしも同じ構造にする必要はなく、例えば第 1の音響マッチング層 2aの連結構造を 1—3型にして、第 2の音響マッチング層 2bの連結構造を 2— 2型にしてもよぐ両音響マッチング層の導電性部材部が電気的に接続される構成にして、接地用電気端子 9と圧電素子 1に形成された接地電極 5とが電気的に接続されるとともに、それぞれが音響マッチング層としての音響ィンピーダンスの値を有するように構成すればよ!/、。

[0141] また、第 2の音響マッチング層 2bとしては、グラフアイトのような導電性部材を用いても、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を用いてもよい。導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を用いる場合には、例えば、導電性部材 20として音響インピーダンスが 38メガレールスの銀を用い、絶縁性部材 21として音響インピーダンスが 3メガレールスのエポキシ樹脂を用いて、体積比率を変えることにより音響インピーダンスを任意に設定することができ、例えば 6メガレールス付近の値にすることが可能である。これは 1—3型、 2— 2型、 3—1型のいずれの連結構造の複合材料にも可能である。

[0142] 一方、第 5の実施の形態においては、第 2の音響マッチング層 2bの前面に装着される接地用電気端子 9の基材となる絶縁性のフィルムとして、ポリイミドのような音響ィンピーダンスが約 3メガレールスの材料を用いた場合には、この材料の音響インピーダンスが第 2の音響マッチング層 2bと第 3の音響マッチング層 2cとの間の値力、、若しくはこれに近い値であるので、音響的な不整合がなくなって良好な周波数特性が得られやすい。

[0143] 以上のように、圧電素子の被検体側面に設ける 3層の音響マッチング層の構成において、第 1及び第 2の音響マッチング層にそれぞれ導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を用いることにより、第 1及び第 2の音響マッチング層のいずれをもその音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、第 1及び第 2の音響マッチング層の各導電性部材を介して、接地用電気端子 9を接地電極 5 に電気的に接続することができるので、信頼性が高ぐかつ操作性が良好な超音波探角虫子を得ること力できる。

[0144] なお、第 5の実施の形態では、それぞれ 1種類の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21などの材料の連結構造を有する第 1、第 2の音響マッチング層 2a、 2bについて説明した力このほか、 2種類以上の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とを用いても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1 種類の材料の連結構造に限定するものではない。

[0145] また、第 5の実施の形態では、 1 3型連結構造の導電性部材は円柱の形状を用 V、た場合につ!/、て説明したが、このほか角柱ある!/、は球など他の形状に場合にお!/ヽても同様の効果が得られる。また、第 5の実施の形態では、 1 3型連結構造の導電性部材として円柱の形状を有するものを用いた力 S、このほか Z方向に対してコーンのような円錐状の形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にした場合においても同様の効果が得られる。

[0146] また、第 5の実施の形態では、 1 3型、 2— 2型及び 3— 1型の各連結構造の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21とがほぼ等間隔で、これらを交互に配歹 IJした場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0147] また、第 5の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、第 1の音響マッチング層 2aと第 2の音響マッチング層 2bの各導電性部材 20を介して、それらの前面に電気端子を設ける構成の場合について説明した力この代わりに、第 2の音響マッチング層 2bの Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に電気端子を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0148] また、第 5の実施の形態においては、圧電素子 1を 1次元に複数個配列した構成について説明したが、このほか、圧電素子 1を 2次元に複数個配列したいわゆる 2次元アレイの構成にしても同様の効果が得られる。

[0149] また、第 5の実施の形態では、第 1の音響マッチング層 2aの前面に、第 2の音響マツチング層 2b及び第 3の音響マッチング層 2cを積層して、合計 3層の音響マッチング層 2を備えたものについて説明した力 S、 nを 3以上の整数として、音響マッチング層 2 が第 1〜第 nの音響マッチング層を含み、かつ第 2の音響マッチング層と第 3の音響マッチングとの間に電気端子を装着する構成としても、上述したと同様の効果が得られる。

[0150] また、第 5の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0151] <第 6の実施の形態〉

図 6Aは本発明に係る超音波探触子の第 6の実施の形態の構成を示す断面図であり、図 6Bは図 6Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図である。

[0152] 図 6Aにおいて、超音波探触子 10Fは板状の圧電素子 1と、この圧電素子 1の前面

(図面の上方）に積み重ねられた音響マッチング層 2と、必要に応じて圧電素子 1の背面（図面の下方）に装着される背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2の前面に装着される音響レンズ 4とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。

[0153] 超音波探触子 10Fの構成要素のうち、圧電素子 1は PZT系のような圧電セラミックス、 PZN-PT、 PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいは PVDFなどで代表される高分子材料の圧電体などによって形成される。圧電素子 1の前面には接地電極 5が形成され、圧電素子 1の背面には信号用電極 6が形成されている。接地電極 5及び信号用電極 6は、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成される。

[0154] また、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6と背面負荷材 3との間に、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 7aの一主面に銅などの金属膜 7bが披着された信号用電気端子 7が揷着されている。この場合、圧電素子 1に形成されている信号用電極 6に信号用電気端子 7の金属膜 7bが接触し、かつ信号用電気端子 7の絶縁性フィルム 7aが背面負荷材 3に接触するように、絶縁性フィルム 7aの一主面が圧電素子 1側に向けられる。一方、圧電素子 1に形成されている接地電極 5 の前面には、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料で構成される音響マッチング層 2と、ポリイミドなどの高分子材料によって構成される絶縁性フィルム 9aの一主面に銅などの導電性膜 (厚みは特性に影響が小さいように 5マイクロメートル以下が好ましい) 9bが披着された接地用電気端子 9とが順次積み重ねられている。この場合、音響マッチング層 2の複合材料の導電性部材 20に接地用電気端子 9の導電性膜 9bが接触するように、絶縁性フィルム 9aの一主面が音響マツチング層 2側に向けられる。そして、必要に応じて、音響マッチング層 2の前面にはシリコーンゴムなどの材料を用いた音響レンズ 4が装着される。

[0155] 上記のように構成された超音波探触子 10Fの動作について以下に説明する。

圧電素子 1に形成された信号用電極 6は、信号用電気端子 7を介して、また、圧電素子 1の接地電極 5は音響マッチング層 2の複合材料の導電性部材 20と接地用電気端子 9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによつて、超音波診断装置の本体部で作られる規則正し!/、パルス電圧を圧電素子 1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。

[0156] 図 6Bにおいて、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料で構成されている音響マッチング層 2としては、音響インピーダンスが圧電素子 1と被検体 (例えば生体）の間になるような材料が選ばれる。絶縁性部材又は半導電性部材 21は厚み方向（図面では上下方向）に対して連続的に形状（体積）が変化し、図面では下方は体積が大きく上方にいくに従って体積が小さくなるような形状 (例えば円錐、三角錐、四角錐など）にし、その間隙に導電性部材 20を満たした構成にして V、る。例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21が、導電性部材 20の音響インピーダンスより大きい値を有する材料の場合には、図面では下方は体積が大きいため音響インピーダンスの値が最も大きぐ上方にいくに従って徐々に体積が小さくなつて導電性部材 20の体積が大きくなることにより音響インピーダンスが徐々に小さくなつていく。つまり音響マッチング層 2は上下方向に音響インピーダンスが連続的に変化した構成となっている。図 6Aのような構成で図面の下方が音響インピーダンスは大きく、上方にいくに従って小さくなる構成の場合は、当然ながら圧電素子 1側は下方になり被検体側は上方になるように構成される。

[0157] このように音響マッチング層 2の形状が厚み方向に連続的に可変する構成にすることにより、音響マッチング層 2は、厚み方向（圧電素子 1から被検体の方向）に対して音響インピーダンスが連続的に変化する特性となっており、圧電素子 1の接地電極 2 側に位置する音響マッチング層 2の部分は、音響インピーダンスが圧電素子 1に近い値で大きぐそして被検体側（図面では上方）に位置する部分の音響マッチング層 2 の音響インピーダンスは、被検体の値に近い値となっている。このように音響インピーダンスを連続的に傾斜させる音響マッチング層 2を用いることにより、周波数の広帯域化が可能となる。また、本音響マッチング層 2の厚みは周波数に依存しないため、中心周波数の約 2分の 1波長以上の厚みであれば音響整合層としての効果を発揮でき、厚みに対して周波数特性はあまり関係しない。

[0158] 音響マッチング層 2の導電性部材 20は圧電素子 1の一方の電極と電気的な接続がなされ、もう一方の導電性部材 20の面には、接地用電気端子 9の導電性膜 9bが接触して電気的に接続される構成となっており、接地用電気端子 9から信号の取り入れ、取り出しをする。本音響マッチング層 2の絶縁性部材又は半導電性部材 21と、導電性部材 20の連結構造としては、第 2の実施の形態で説明した 2— 2型、 1 3型、 3— 1型連結構造が望ましい。例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21として半導体などに使用されている音響インピーダンスが約 19. 7メガレールスを有するシリコンの単結晶、また導電性部材 20として音響インピーダンス約 6. 5メガレールスを有する導電性接着剤のエコーボンド 56C (エマーソンアンドカミング社）を用いると音響インピーダンスはシリコン単結晶の体積比率がほぼ 100%の部分は、 19. 7メガレールスの音響インピーダンスであり徐々に体積比率が減少していき、導電性接着剤の体積比率が徐々に増加していくことにより音響インピーダンスは 6· 5メガレールスに近づいていくような特十生を得ることができる。

[0159] ここでは、音響マッチング層 2の絶縁性部材又は半導電性部材 21として、ガラス、結晶化ガラス、タングステン粉体を高濃度で混入したエポキシ樹脂、ニオブ酸鉛セラミックス、加工性があるセラミックス（快削性セラミックス）、単結晶若しくは多結晶シリコン、水晶、チタン酸バリウムなどのセラミックスなどを用いる。また、音響マッチング層 2 の導電性部材 20として、銅、アルミニウム、銀、金、ニッケルなどの金属材料や、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属若しくはカーボンの粉体をエポキシ樹脂などの高分子化合物に混入して導電性を持たせた高分子材料や、グラフアイト、カーボンなどを用いる。なお、導電性部材 20あるいは絶縁性部材又は半導電性部材 21は、前述した材料に限定されるものではなぐ前述した材料と同程度の音響インピーダンスを有するものであれば他の材料であってもよレ、。

[0160] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を設けることにより、音響マツチング層を所望の音響インピーダンスを連続的に傾斜させることが可能になり、これによつて周波数の広帯域化ができるため、高分解能の診断画像を得ることができる。また、複合材料の音響マッチング層の導電性部材を介して、圧電素子の複数箇所に電気端子を接続することができるため、信頼性が高くかつ操作性の良好な超音波探触子を得ること力 Sでさる。

[0161] また、第 6の実施の形態では、図 6Βに示すように導電性部材 20及び絶縁性部材又は半導電性部材 21がほぼ等間隔で、これらを交互に配列した場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0162] また、第 6の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、音響マッチング層 2を介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成について説明したが、この代わりに、音響マッチング層 2の Ζ方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に接地用電気端子 9を接続する構成にしても同様の効果が得られる。 [0163] また、第 6の実施の形態においては、音響マッチング層 2として、それぞれ 1つの材種で形成された導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いたが、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の少なくとも一方が 2種類以上の材料で形成されていたとしても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1つの材種の連結構造に限定されるものではない。

[0164] また、第 6の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0165] <第 7の実施の形態〉

図 7Aは本発明に係る超音波探触子を構成する音響マッチング層の第 7の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、超音波探触子の概略断面図は第 6の実施の形態で説明した図 6Aと同じであり音響マッチング層 2の構成が違うだけなので、超音波探触子は図 6Aを用いて説明し、音響マッチング層の部分は図 7Aを用いて説明する。

[0166] 図 6Aにおいて、超音波探触子 10Fは板状の圧電素子 1と、この圧電素子 1の前面

(図面の上方）に音響マッチング層 2と、必要に応じて圧電素子 1の背面（図面の下方 )に装着される背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2の前面に装着される音響レンズ 4とを備えている。これら構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。超音波探触子 1 OFの構成要素及び動作については第 6の実施の形態で説明しているのでここでは割愛する。

[0167] 図 7Aにおいて、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との複合材料で構成されている音響マッチング層 2としては、音響インピーダンスが圧電素子 1と被検体 (例えば生体）の間になるような材料が選ばれる。絶縁性部材又は半導電性部材 21は厚み方向（図面では上下方向）に対して、例えば図面では幅を 2段階に段階的に可変して形状 (体積)を変化させ、下段 (T1の領域）は幅が大きぐ上段 (T2の領域）は幅が小さくなるような形状にし、その間隙に導電性部材 20を満たした構成にしている。例えば絶縁性部材又は半導電性部材 21が、導電性部材 20の音響インピ一ダンスより大きい値を有する材料の場合は、 T1の領域は幅が大きいため音響インピーダンスの値が大きぐ T2の領域は幅が狭くなる。それに対して、導電性部材 20 の幅は逆になり、それぞれの幅（体積）が広い方の部材の音響インピーダンスに近づく。 Tl、 Τ2の領域の導電性部材 20と、絶縁性部材又は半導電性部材 21の体積比率によって音響インピーダンスを段階的に変えることができる。したがって、図 7Αに示すように 2段階になる構成では、 2層の音響マッチング層が構成されたことになる。当然ながら Τ1、Τ2のそれぞれの厚みは 4分の 1波長の厚みを基本にして設定される

〇

[0168] 図 6Αのように音響マッチング層 2の導電性部材 20は圧電素子 1の一方の電極と電気的な接続がされ、もう一方の導電性部材 20の面には、接地用電気端子 9の導電性膜 9bが接触して電気的に接続される構成となっており、接地用電気端子 9から信号の取り入れ、取り出しをする。図 7Aに示した音響マッチング層 2の導電性部材 20と、絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造としては、第 2の実施の形態で説明した 2— 2型、 1 3型、 3— 1型連結構造が望ましい。

[0169] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を設けることにより、音響マツチング層を所望の音響インピーダンスを段階的に可変させることが可能になり、これによつて周波数の広帯域化ができるため、高分解能の診断画像を得ることができる。また、複合材料の音響マッチング層の導電性部材を介して、圧電素子の複数箇所に電気端子を接続することができるため、信頼性が高くかつ操作性の良好な超音波探触子を得ること力 Sでさる。

[0170] また、第 7の実施の形態では、図 7Aに示すように導電性部材 20及び絶縁性部材又は半導電性部材 21がほぼ等間隔で、これらを交互に配列した場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。 [0171] また、第 7の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、音響マッチング層 2を介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成について説明したが、この代わりに、音響マッチング層 2の Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に接地用電気端子 9を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0172] また、第 7の実施の形態においては、音響マッチング層 2として、それぞれ 1つの材種で形成された導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いたが、導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の少なくとも一方が 2種類以上の材料で形成されていたとしても同様の効果が得られることは明らかであり、それぞれ 1つの材種の連結構造に限定されるものではない。

[0173] また、第 7の実施の形態においては、圧電素子 1の前面の電極を接地電極 5としてその被検体側に接地用電気端子 9を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を信号用電極 6として、さらに信号用電極 6に信号用電気端子 7を接触させているが、この代わりに、圧電素子 1の前面の電極を信号用電極 6としてその被検体側に信号用電気端子 7を配置するとともに、圧電素子 1の背面の電極を接地電極 5として、さらに接地電極 5に接地用電気端子 9を接触させても、原理的には超音波を送受信することは可能である。

[0174] また、第 7の実施の形態を構成する音響マッチング層 2の他の構成例として図 7Bに示したものがある。図 7Bの音響マッチング層 2は図 7Aに示したように 2層の音響マツチング層 Tl、 Τ2を構成している力図 7Βは導電性部材 20を厚み T1の領域で 100 %を占め、厚み Τ2の領域に導電性部材 20と音響インピーダンスの値が違う部材、例えば絶縁性若しくは半導体部材を任意の体積比率で設ける。例えば導電性部材 20 としてグラフアイトに銅、銀などの金属粉を充填した材料を用いて音響インピーダンスを 6〜； 16メガレールスの値を用いて厚み T1を 100%占めて第 1の音響マッチング層とする、また厚み Τ2の領域は所望の音響インピーダンスにするように導電性部材 20 に溝を形成し、その溝に絶縁性部材であるエポキシ樹脂、ウレタン、シリコーンゴムなどの音響インピーダンス（1〜3メガレールス）の低!/、材料を充填して形成し導電性部材 20と絶縁性若しくは半導体部材 21の体積比率で厚み Τ2の音響インピーダンスにすることにより第 2の音響マッチング層を構成することができる。このような構成にすることにより導電性部材 20は Tl、 Τ2の厚み方向に連結しているため、図 7Αの実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図 7Βでは 2層の音響マッチング層で構成した場合について説明した力この他 2層以上つまり 3層以上の音響マッチング層で構成することも可能であり、 2層の音響マッチング層に限定するものではない。

[0175] <第 8の実施の形態〉

図 8は本発明に係る超音波探触子の第 8の実施の形態を構成する音響マッチング層の構成を示す断面図である。なお、超音波探触子の概略断面図は第 2の実施の形態で説明した図 2Αと同じであり第 1の音響マッチング層 2aの構成が違うだけなので、超音波探触子は図 2Aを用いて説明し、第 1の音響マッチング層の部分は図 8を用いて説明する。

[0176] 図 2Aにおいて、超音波探触子 10Bは板状の圧電素子 1と、この圧電素子 1の前面

(図面の上方）に積み重ねられた 2層の音響マッチング層 2 (2a、 2b)と、必要に応じて圧電素子 1の背面（図面の下方）に装着される背面負荷材 3と、同じく必要に応じて音響マッチング層 2 (2a、 2b)の前面に装着される音響レンズ 4とを備えている。これらの構成要素のそれぞれの機能は、従来の超音波探触子を構成する要素が持つ機能と同様である。超音波探触子の構成要素及び動作については第 2の実施の形態で説明しているのでここでは割愛する。

[0177] 導電性部材と絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料で構成されている第 1の音響マッチング層 2aとしては、その音響インピーダンスが圧電素子 1と第 2の音響マツチング層 2bの各音響インピーダンスの中間になるような材料が選ばれる。この第 1 の音響マッチング層 2aとして、導電性部材と、複数の絶縁性部材又は半導電性部材との構成例を図 8に示す。図 8においては、被検体に向けて超音波を放射する方向を Z方向、これと直交する 2つの方向をそれぞれ X方向、 Y方向としている。

[0178] 図 8に示した第 1の音響マッチング層 2aは、導電性部材 20と、複数のここでは 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21とが X方向に順次に配置された連結構造をしており、この導電性部材 20は少なくとも Z方向につながりがある構造体になっている。図 8の構成は、 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21の幅（体積）に対して、導電性部材 20の幅（体積）は極めて狭くなつた構成にして!/、る。

[0179] この構成は 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21の体積比率（図面では X方向の幅）を変えることにより第 1の音響マッチング層 2aの音響インピーダンスを任意に設定することを可能にし、導電性部材 20は前記 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21の体積比率に比べて極めて小さい値つまり、図 8の X方向の幅が極めて狭くして音響インピーダンスの可変にはほとんど寄与しないような構成にする。例えば 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21としてシリコン単結晶とエポキシ樹脂を用いて X方向の幅をそれぞれ 0. 1mmに、また導電性部材 20としてシリコン単結晶又はェポキシ樹脂の側面に銅、銀、金などをメツキあるいはスパッタリングなどの方法により形成しての幅を 0. 002mmにすると、これら合計の幅に対して導電性部材 20の幅の割合は約 1 %となり、音響インピーダンスの可変の寄与度は極めて小さくなる。したがつて、前記導電性部材 20としての機能は圧電素子 1の電極面から電気的な接続が主となる。このような構成にすると作成が容易にし力、も精度よくでき、しかも導電性部材に金属を使用する場合には、超音波探触子を作成するときの加工が困難になるという短所も解消できる。

[0180] 当然のことながら導電性部材 20の幅が広くなつたとしても 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21と含めて 3種類の部材の幅の割合を変えることで体積比率を選択することにより音響インピーダンスは任意に選択できるので導電性部材の幅を限定するものではない。

[0181] 図 2Aのように音響マッチング層 2aの導電性部材 20は圧電素子 1の一方の電極と電気的な接続がされ、もう一方の導電性部材 20の面には、接地用電気端子 9の金属膜 9bが接触して電気的に接続される構成となっており、接地用電気端子 9から信号の取り入れ、取り出しをする。

[0182] 以上のように、圧電素子の被検体側に設けられる音響マッチング層として、導電性部材と複数の絶縁性部材又は半導電性部材との複合材料を設けることにより、音響マッチング層を所望の音響インピーダンスを任意に可変させることが可能になり、これによって周波数の広帯域化ができるため、高分解能の診断画像を得ることができる。また、複合材料の音響マッチング層の導電性部材を介して、圧電素子の複数箇所に電気端子を接続することができるため、信頼性が高くかつ操作性の良好な超音波探角虫子を得ること力できる。

[0183] また、第 8の実施の形態では、図 8に示すように導電性部材 20及び複数の絶縁性部材又は半導電性部材 21がほぼ等間隔で、これらを交互に配列した場合について説明した力このほかランダムの間隔若しくはランダムに配列した場合においても同様の効果が得られる。

[0184] また、第 8の実施の形態では、圧電素子 1の接地電極 5と電気信号を授受するために、音響マッチング層 2aを介して、その前面に接地用電気端子 9を設ける構成について説明したが、この代わりに、音響マッチング層 2aの Z方向の両面又は片面に導電性部材をスパッタリング、めっきあるいは印刷などにより形成し、その部分に接地用電気端子 9を接続する構成にしても同様の効果が得られる。

[0185] また、第 8の実施の形態においては、音響マッチング層 2aとして、それぞれ 1つの材種で形成された導電性部材 20と 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いたが、複数の導電性部材 20と絶縁性部材又は半導電性部材 21の連結構造若しくはそれ以外に複数種類の連結構造で形成されていたとしても同様の効果が得られることは明らかである。

[0186] また、第 8の実施の形態では、図 8に示す導電性部材 20と複数の絶縁性部材又は半導電性部材 21とが、 Z方向に対して均一な幅で形成される場合について説明した 1S 第 6の実施の形態で示したように絶縁性部材又は半導電性部材 21が Z方向に対して幅が連続的に変化するいわゆる楔のような形状にして、 Z方向の厚みに対して音響インピーダンスが連続的に変化するような構成にし、導電部材はその傾斜の側面に形成しても、あるいは、第 7の実施の形態で示したように絶縁性部材又は半導電性部材 21の幅を段階的に変えて音響インピーダンスが変化する構成にしてその側面に導電性部材 20を設けた構成にしても同様の効果が得られる。

[0187] また、第 8の実施の形態においては、 2層の音響マッチング層の第 1の音響マッチング層 2aとして、それぞれ 1つの材種で形成された導電性部材 20と 2種類の絶縁性部材又は半導電性部材 21との連結構造のものを用いた力このほか 3層以上の音響マッチング層として設けた場合においてそれぞれの層に設けたとしても同様の効果が得られる。

産業上の利用可能性

本発明に係る超音波探触子は、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性が高められて、人体などの被検体の超音波診断を行う各種医療分野に好適で、さらには材料や構造物の内部探傷を目的としたェ業分野において利用が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 厚さ方向の両面に電極が形成された圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極形成面に積層された音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることを特徴とする超音波探触子。

[2] 前記音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料、若しくは絶縁性部材又は半導電性部材を含む複数の素材と、導電性部材を含む複数の素材との複合材料で構成されていることを特徴とする請求項 1記載の超音波探触子。

[3] 所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層された第 1及び第 2の音響マツチング層を含み、

前記第 1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有して!/、ることを特徴とする超音波探触子。

[4] 前記圧電素子に隣接する前記音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする請求項 1から 3のいずれ力、 1つに記載の超音波探触子。

[5] 前記圧電素子に隣接する前記音響マッチング層の外表面部に積層された電気端子を備え、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項 1から 3のいずれ力、 1つに記載の超音波探触子。

[6] 所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、 nを 3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第 1〜第 nの音響マッチング層を含み、かつ第 1の音響マッチング層と第 2の音響マツチング層との間に電気端子が揷着され、

少なくとも前記第 1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部

1AIを有し、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第 1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする超音波探触子。

[7] 所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成され、互いに厚さ方向と直交する方向に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の一方の電極形成面にそれぞれ積層された複数の音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、 nを 3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第 1〜第 nの音響マッチング層を含み、かつ第 2の音響マッチング層と第 3の音響マツチング層との間に電気端子が揷着され、

前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第 1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材及び前記第 2の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする超音波探触子。

[8] 前記第 1の音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする請求項 6又は 7に記載の超音波探触子。

[9] 前記第 2の音響マッチング層を構成する前記複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする請求項 7に記載の超音波探触子。

[10] 前記圧電素子の厚さ方向を Z方向、この Z方向と直交する方向を X方向、これら Z方向及び X方向と直交する方向を Y方向として、

前記音響マッチング層を構成する前記複合材料は、

又は、前記導電性部材が X、 Υ、 Ζの 3方向につながりがあり、前記絶縁性部材又は前記半導電性部材が Ζ方向のみにつながりがあって、 X、 Υ方向につながりがない連結構造か、

の!/、ずれか 1つの連結構造を有して!/、ることを特徴とする請求項 2から 9の!/、ずれか 1つに記載の超音波探触子。

[11] 所定の厚さを有し、厚さ方向の両面に電極が形成された圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極形成面に積層された音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、

前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、かつ厚さ方向に導電性部材は連続的に体積比率が傾斜した、若しくは段階的に体積比率を変えた構成にしていることを特徴とする超音波探触子。

[12] 前記音響マッチング層の前記複数の素材の複合材料は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む材料で構成されて!、ることを特徴とする請求項 11に記載の超音波探触子。

[13] 前記複合材料の前記導電性部材が、金属、金属と高分子材料の複合体、グラファイトの炭化物のうちの少なくとも 1つを含んでいることを特徴とする請求項 1から 12のいずれか 1つに記載の超音波探触子。

[14] 前記複合材料の絶縁性部材又は半導電性部材が、ガラス、セラミックス、水晶、有機高分子と金属の複合体、シリコンの単結晶若しくは多結晶のうちの少なくとも 1つを含んでいることを特徴とする請求項 2から 12のいずれ力、 1つに記載の超音波探触子