(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体との間で超音波を送受波する送受波素子と、
前記送受波素子の生体側に設けられ、厚み方向の位置に応じて音響インピーダンスが単調に変化する整合層と、
を含み、
前記整合層は、前記超音波の送受波方向に重ね合わされた第１材料部及び第２材料部を含み、
前記第１材料部及び前記第２材料部は、互いに異なる音響インピーダンスを有し、前記第１材料部及び前記第２材料部の接合境界面は凹凸形状を形成し、
前記整合層の表面に対する法線が前記接合境界面となす角度θ、前記第１材料部での音速Ｃ1及び前記第２材料部での音速Ｃ2の間に次の関係式、
【数１】
0003655860.tif 000002
または、
【数２】
0003655860.tif 000003
が成立すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記第１材料部及び前記第２材料部のうち前記生体側の一方は、前記生体の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有し、
前記第１材料部及び前記第２材料部のうち前記送受波素子側の他方は、前記送受波素子の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記第１材料部及び前記第２材料部のうち一方は、他方に向けて尖った複数の尖頭形状要素を含み、
前記第１材料部及び前記第２材料部のうち他方は、前記複数の尖頭形状要素の間の谷部にはまり合う形状を有すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項３記載の超音波探触子において、
前記尖頭形状要素は角錐であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の超音波探触子において、
前記複数の尖頭形状要素の配列ピッチは、前記超音波の１／２波長以下であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波探触子において、
前記接合境界面の凹凸の深さは、前記超音波の１／２波長以上であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
生体との間で超音波を送受波する送受波素子と、
前記送受波素子の生体側に設けられ、厚み方向の位置に応じて音響インピーダンスが単調に変化する整合層と、
を含み、
前記整合層は、前記超音波の送受波方向に重ね合わされたＮ層（Ｎは３以上の自然数）の材料部を含み、
前記Ｎ層の材料部は、重ね合わされた順に単調に変化する音響インピーダンスを有し、隣接する２つの前記材料部の接合境界面は凹凸形状を形成し、
前記整合層の表面に対する法線がｋ番目の前記材料部及び（ｋ＋１）番目の前記材料部（ここでｋは１≦ｋ≦Ｎ−１なる自然数）の前記接合境界面となす角度θk、前記ｋ番目の材料部での音速Ｃk、及び前記（ｋ＋１）番目の材料部での音速Ｃk+1の間に次の関係式、
【数３】
0003655860.tif 000004
または、
【数４】
0003655860.tif 000005
が成立すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
請求項７記載の超音波探触子において、
前記整合層の前記生体側の表面を形成する前記材料部は、前記生体の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有し、
前記整合層の前記送受波素子側の表面を形成する前記材料部は、前記送受波素子の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
請求項７記載の超音波探触子において、
前記ｋ番目の材料部及び前記（ｋ＋１）番目の材料部のうち一方は、他方に向けて尖った複数の尖頭形状要素を含み、
前記ｋ番目の材料部及び前記（ｋ＋１）番目の材料部のうち他方は、前記ｋ番目の材料部の複数の尖頭形状要素の間の谷部にはまり合う形状を有すること、
を特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波探触子において、
前記尖頭形状要素は角錐であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の超音波探触子において、前記複数の尖頭形状要素の配列ピッチは、前記超音波の１／２波長以下であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
請求項７から請求項１０のいずれかに記載の超音波探触子において、
前記接合境界面の凹凸の深さは、前記超音波の１／２波長以上であることを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子に関し、特に、異なる材料を重ね合わせることにより音響インピーダンスを傾斜化させた整合層を備える超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の超音波診断では、被検体の組織や超音波造影剤で発生する高調波に基づいて画像を生成し、これを診断に利用することが行われている。このような用途に用いられる超音波探触子では特に、振動素子及び生体の間に存在する整合層等が、振動素子と生体との間で送受信される超音波の比帯域が１００％程度であることが求められる。
【０００３】
そのための整合層に関する技術として、音響インピーダンスの傾斜化がある。これによれば、整合層の音響インピーダンスが振動素子側では当該振動素子の音響インピーダンスに近い比較的大きな値となり、一方、生体側では当該生体の音響インピーダンスに近い比較的小さな値となり、整合層の内部では振動素子側から生体側に向けて、音響インピーダンスが連続的又は多段階に減少するように、整合層が構成される。
【０００４】
そのような整合層は、単純には段階的に音響インピーダンスが変化する複数の材料層を積層することにより実現されるが、十分な広帯域通過特性の確保には比較的多数の材料層が必要であり、製作が困難である、また整合層の厚みが増すことにより超音波の減衰が大きくなるといった問題があり現実的ではない。
【０００５】
そこで、図６に示すような、互いの境界面が凹凸を形成するように組み合わされた２つの材料からなる整合層が提案されている。ここで図６は、超音波探触子の模式的な縦断面図を表しており、生体側から順に、整合層２、振動素子４、バッキング層６が積層されて構成される。
【０００６】
整合層２はさらに互いに音響インピーダンスが異なる第１材料部１０、第２材料部１２を超音波の送受波方向に重ね合わせて構成される。ここで、第１材料部１０は、振動素子４と同等の音響インピーダンスを持った材料で構成され、生体側に頂部を向けた複数の山型要素１４が配列される。一方、第２材料部１２は、生体と同等の音響インピーダンスを持った材料で構成され、第１材料部１０の谷部にはまり合うように形成される。
【０００７】
山型要素１４のピッチを微小、例えば超音波の波長程度以下とすることで、マクロ的には整合層２は、音響インピーダンスが異なる２つの材料が混ぜ合わされた場合と同様の振る舞いを示す。その実質的な混合比は、整合層２の厚み方向に対する位置に応じて単調に変化し、それに伴い整合層２の音響インピーダンスの傾斜化が実現される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ミクロ的には、２つの材料を混合した場合と異なり、第１材料部１０と第２材料部１２との接合境界面が存在する。この境界面は超音波の送受波方向に対して斜めに位置する。そのため、第１材料部１０及び第２材料部１２の音速が小さい側から大きい側に超音波が入射する場合に、境界面にて全反射が生じ得る。すなわち、送信又は受信のいずれかにおいて全反射が起こり得る。全反射の発生は、受信されるエコー強度の低下や、全反射した超音波が生体との間で多重反射を起こしたり、帯域を狭めて、画質が低下するといった問題を引き起こす。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、２つの材料を境界面が凹凸となるように組み合わせた整合層を有する超音波探触子において、超音波の送信及び受信のいずれにおいても全反射が生じず、良好な超音波診断を可能とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波探触子は、生体との間で超音波を送受波する送受波素子と、前記送受波素子の生体側に設けられ、厚み方向の位置に応じて音響インピーダンスが単調に変化する整合層とを含み、前記整合層は、前記超音波の送受波方向に重ね合わされた第１材料部及び第２材料部を含み、前記第１材料部及び前記第２材料部は、互いに異なる音響インピーダンスを有し、前記第１材料部及び前記第２材料部の接合境界面は凹凸形状を形成し、前記整合層の表面に対する法線が前記接合境界面となす角度θ、前記第１材料部での音速Ｃ1及び前記第２材料部での音速Ｃ2の間に次の関係式、
【数５】
Ｃ2＜Ｃ1＜Ｃ2／cosθ                                  ………（１）
または、
【数６】
Ｃ2＝Ｃ1                                              ………（２）
が成立するものである。
【００１１】
本発明によれば、音響インピーダンスの異なる２つの材料部を接合境界面が凹凸となるように重ね合わせて整合層を形成し、整合層の厚み方向の位置に応じて音響インピーダンスが単調に減少又は増加する音響インピーダンスの傾斜化が実現される。（２）式が満たされる場合、すなわち整合層を構成する２つの材料部の音速が等しい場合には、スネル（Snell）の法則により、接合境界面では屈折も全反射も起こらない。（２）式が満たされない場合、すなわち整合層を構成する２つの材料部の音速が異なる場合に関して、ここでは、整合層を構成する２つの材料部のうち音速が大きい方を第１材料部、小さい方を第２材料部と定義する。すなわちＣ2＜Ｃ1とする。条件“Ｃ2＜Ｃ1”の下では、スネルの法則により、第１材料部から第２材料部へ超音波が入射する場合には、θに関わらず全反射は生じない。一方、音速が小さい第２材料部から音速が大きい第１材料部へ超音波が入射する場合に全反射が生じるか否かは、接合境界面に対する超音波の入射角に依存する。ここで超音波の送受信方向は主として整合層の表面に対する法線方向である。条件“Ｃ1＜Ｃ2／cosθ”は、超音波が整合層の法線方向に沿って第２材料部から第１材料部へ入射する場合に全反射が生じないための条件であり、接合境界面の傾きを規定する。本発明によれば整合層に関し（１）式又は（２）式が成立するように、接合境界面の凹凸形状や各材料部での音速を設定することにより、超音波の送信及び受信のいずれに対しても全反射の発生を防止又は低減することができる。なお、整合層は、送信波が第１材料部から第２材料部へ入射する構成であってもよいし、逆に送信波が第２材料部から第１材料部へ入射する構成であってもよい。
【００１２】
望ましくは、前記第１材料部及び前記第２材料部のうち前記生体側の一方は、前記生体の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有し、前記第１材料部及び前記第２材料部のうち前記送受波素子側の他方は、前記送受波素子の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有する。この構成によれば、送受波素子と生体との間における音響的な整合が好適に実現される。
【００１３】
本発明の好適な態様は、前記第１材料部及び前記第２材料部のうち一方が、他方に向けて尖った複数の尖頭形状要素を含み、前記第１材料部及び前記第２材料部のうち他方が、前記複数の尖頭形状要素の間の谷部にはまり合う形状を有する超音波探触子である。尖頭形状要素は、例えば畝状に一方向に連なったものでもよい。また、尖頭形状要素は角錐とすることもできる。
【００１４】
望ましくは、前記複数の尖頭形状要素の配列ピッチは、前記超音波の１／２波長以下である。また望ましくは、前記接合境界面の凹凸の深さは、前記超音波の１／２波長以上である。
【００１５】
他の本発明に係る超音波探触子は、生体との間で超音波を送受波する送受波素子と、前記送受波素子の生体側に設けられ、厚み方向の位置に応じて音響インピーダンスが単調に変化する整合層とを含み、前記整合層は、前記超音波の送受波方向に重ね合わされたＮ層（Ｎは３以上の自然数）の材料部を含み、前記Ｎ層の材料部は、重ね合わされた順に単調に変化する音響インピーダンスを有し、隣接する２つの前記材料部の接合境界面は凹凸形状を形成し、前記整合層の表面に対する法線がｋ番目の前記材料部及び（ｋ＋１）番目の前記材料部（ここでｋは１≦ｋ≦Ｎ−１なる自然数）の前記接合境界面となす角度θk、前記ｋ番目の材料部での音速Ｃk、及び前記（ｋ＋１）番目の材料部での音速Ｃk+1の間に次の関係式、
【数７】
Ｃk+1＜Ｃk＜Ｃk+1／cosθk
または、
【数８】
Ｃk+1＝Ｃk
が成立するものである。
【００１６】
本発明によれば、上述の第１材料部及び第２材料部の２つの材料部からなる整合層と同様にして、３つ以上の材料部からなる整合層において音響インピーダンスの傾斜化が実現され、また接合境界面での全反射の防止又は低減の効果が各接合境界面で実現される。
【００１７】
望ましくは、Ｎ層の材料部からなる前記整合層の前記生体側の表面を形成する前記材料部は、前記生体の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有し、前記整合層の前記送受波素子側の表面を形成する前記材料部は、前記送受波素子の音響インピーダンスに相応した音響インピーダンスを有する。
【００１８】
本発明の好適な態様は、前記ｋ番目の材料部及び前記（ｋ＋１）番目の材料部のうち一方は、他方に向けて尖った複数の尖頭形状要素を含み、前記ｋ番目の材料部及び前記（ｋ＋１）番目の材料部のうち他方は、前記ｋ番目の材料部の複数の尖頭形状要素の間の谷部にはまり合う形状を有する超音波探触子である。尖頭形状要素は、例えば畝状に一方向に連なったものでもよい。また、尖頭形状要素は角錐とすることもできる。
【００１９】
望ましくは、前記複数の尖頭形状要素の配列ピッチは、前記超音波の１／２波長以下である。また望ましくは、前記接合境界面の凹凸の深さは、前記超音波の１／２波長以上である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２はそれぞれ、本発明の実施形態である超音波探触子の模式的な縦断面図、及び斜視図である。本探触子は図１に示すように、生体側から順に、整合層３０、振動素子３２、バッキング層３４が積層されて構成される。振動素子３２は、圧電体とその上下面にそれぞれ形成された電極とを含んで構成される。バッキング層３４は振動素子３２から発生した超音波のうち背面方向の成分を吸収する。整合層３０は、生体と振動素子３２との間に位置し、両者を音響的にマッチングさせる。
【００２２】
本超音波探触子は一次元的に配列される複数の振動素子３２を有する。その配列方向は図１の紙面垂直方向である。図２には振動素子３２の配列が表されている。例えば、隣接する振動素子３２は、ダイシングソーなどで形成される切り込み溝４０により分断される。またこの切り込み溝４０によって、整合層３０も振動素子３２に合わせて分断される。
【００２３】
整合層３０は互いに音響インピーダンスが異なる第１材料部５０、第２材料部５２を超音波の送受波方向に重ね合わせて構成される。ここで、第１材料部５０は、振動素子３２と同程度の音響インピーダンスＺ1を持った材料で構成され、生体側に頂部を向けた複数の尖頭形状要素５４が配列される。一方、第２材料部５２は、生体と同程度の音響インピーダンスＺ2を持った材料で構成され、第１材料部５０の尖頭形状要素５４間の谷部にはまり合うように形成される。この第１材料部５０の尖頭形状要素５４に第２材料部５２が噛み合う構造により、整合層３０の実質的な音響インピーダンスが傾斜化、すなわち整合層３０の厚み方向に連続的に変化する。
【００２４】
図３は、図１に示す整合層３０を拡大した模式図である。尖頭形状要素５４は、振動素子３２の長手方向（エレベーション方向）の縦断面が二等辺三角形状となるΛ型（くさび型）を有し、当該長手方向に沿って複数設けられる。第１材料部５０と第２材料部５２との接合境界面５６は、向きが異なる２種類の面要素を交互に接続したものとなるが、それら各面要素は、整合層３０の表面に対する法線となす角度が、後述する条件で定まる所定角θとなるように形成される。
【００２５】
振動素子３２から送信される超音波は、主として振動素子３２の上面の法線方向に放射される。図３において、整合層３０の表面に対する法線方向に沿って整合層３０に下から入射する矢印６０が、送信超音波の向きを表している。また、生体からの受信超音波も主として整合層３０の表面に対する法線方向に沿って整合層３０に入射する。図３において、整合層３０に垂直に入射する矢印６２が受信超音波の向きを表している。
【００２６】
第１材料部５０の音速Ｃ1、第２材料部５２の音速Ｃ2が等しい場合、接合境界面５６では、送信超音波、受信超音波のいずれに対しても全反射は生じない。しかし、一般には、第１材料部５０及び第２材料部５２を構成する材料の音速Ｃ1とＣ2との間には多少なりとも差違が存在する。以下、Ｃ1＞Ｃ2である場合について、整合層３０での送信超音波、受信超音波それぞれの挙動を説明する。なお、Ｃ1＜Ｃ2である場合には送信超音波、受信超音波の挙動がＣ1＞Ｃ2の場合と逆になるだけであり、本質的な違いはないので説明を省略する。
【００２７】
まず、整合層３０での送信超音波の挙動について述べる。整合層３０の振動素子３２側の表面から垂直に第１材料部５０に入射した送信超音波（矢印６０）は、接合境界面５６に対し角度θをなして入射し、矢印７０の方向へ屈折する。矢印７０と接合境界面５６とのなす角度θ2は、スネルの法則によって次式で与えられる。
【００２８】
【数９】
cosθ2／cosθ＝Ｃ2／Ｃ1                               ………（３）
なお、送信超音波は音速の大きい第１材料部５０から音速の小さい第２材料部５２へ入射するので、接合境界面５６では全反射を生じない。
【００２９】
次に、整合層３０での受信超音波の挙動について述べる。整合層３０の生体側の表面から垂直に第２材料部５２に入射した受信超音波（矢印６２）は、接合境界面５６に対し角度θをなして入射し、矢印７２の方向へ屈折する。矢印７２と接合境界面５６とのなす角度θ1は、スネルの法則によって次式で与えられる。
【００３０】
【数１０】
cosθ1／cosθ＝Ｃ1／Ｃ2                               ………（４）
ここで、接合境界面５６の傾斜角を定める所定角θは次式を満たすように設定される。
【００３１】
【数１１】
Ｃ1＜Ｃ2／cosθ                                       ………（５）
（５）式を満たすように接合境界面５６の傾斜角を設定することにより、（４）式からθ1＞０となる。これは、整合層３０に垂直に入射した受信超音波に対しても、接合境界面５６において全反射が生じないことを意味する。
【００３２】
（５）式はθの下限値を与える条件である。この下限値はＣ1，Ｃ2の比に応じて定まる。すなわち、Ｃ2／Ｃ1が１に近いほどθの下限値は０に近づく。
【００３３】
具体的にθを定める際には、さらにいくつかの点を考慮する必要がある。まず、尖頭形状要素５４を形成し、音響インピーダンスの擬似的な傾斜化を実現するためにはθ＜９０°である必要がある。θ＝９０°では接合境界面５６は平面となるからである。また、θが大きくなるほど、尖頭形状要素５４の配列ピッチが大きくなり、音響インピーダンスの擬似的な傾斜化の効果が低減する。尖頭形状要素５４による音響インピーダンスの傾斜化を好適に実現するためには、尖頭形状要素５４の配列ピッチは小さい方がよい。例えば、尖頭形状要素５４の配列ピッチは、超音波の１／２波長以下とすることが好ましい。なお、尖頭形状要素５４の高さは、超音波の１／２波長以上とすることが好ましい。これらの観点からは、θは小さい方がよい。
【００３４】
一方、受信超音波は整合層３０の表面に対する法線から傾いた方向（法線に対する角度をΔθとする）からも入射し得る。整合層３０に対する斜め入射の受信超音波に対して、接合境界面５６で全反射が生じないようにし、振動素子３２に到達可能とするためには、θの下限値は（５）式で規定される値から上にシフトする。その下限値の増加量は、受信超音波を受け入れ可能なΔθの増加と共に大きくなる。また、一般に、尖頭形状要素５４及びその間のＶ型の谷部が鋭角になるほど、加工が難しくなり、この加工面からのθの下限値も存在する。このようにθを小さくすることに関しては（５）式以外にも制約が課される。
【００３５】
接合境界面５６の傾斜を定めるθは、以上のような種々の条件を総合的に勘案して決定される。
【００３６】
第１材料部５０は、例えば、タングステン、タングステンカーボランダム、珪化タングステン、タンタルをフィラーとしたエポキシ樹脂を材料として形成される。エポキシ樹脂自体は低音響インピーダンス材で３ＭRayl程度であるが、これに上述の高音響インピーダンスのフィラーを充填することにより、振動素子３２を構成する圧電体に近い音響インピーダンス値を得ることができる。例えば、タングステン粉の高充填エポキシ樹脂の音響インピーダンスＺ1は２０ＭRayl程度、音速Ｃ1は１６００ｍ／秒程度となる。
【００３７】
また第２材料部５２は、例えば、ポリエーテルブロックアミド共重合体、シリコーン粉末混入エポキシ樹脂、シリコーンゴム、ブタジエンゴムを用いて形成される。これらを用いることにより第２材料部５２の音響インピーダンスＺ2を生体表面の音響インピーダンスに極めて近い１．６ＭRayl程度、音速Ｃ2を第１材料部５０の音速Ｃ1に相当する１６００ｍ／秒程度とすることができる。
【００３８】
図４は、整合層３０の製造工程を説明するフロー図である。まず、第１材料部５０形成の基礎となるベース板材が形成される。ベース板材は、エポキシ樹脂にタングステンカーボランダム粉などのフィラーを混ぜ合わせた液状の第１材料から作られる。混合された液状材料が型に流し込まれる（Ｓ１００）。液状材料には混合時に空気も混ざり込む。そこで、型に流し込まれた液状材料を常温下にしばらく放置し脱泡する（Ｓ１０５）。脱泡を促進するためには、液状材料を減圧容器内に入れることが好ましい。脱泡後、液状材料を硬化させる。エポキシ樹脂は熱硬化性を有し、液状材料は恒温槽に入れられ、常圧、常湿の下、例えば１００℃で５時間かけて硬化される（Ｓ１１０）。硬化によりベース板材が完成する。
【００３９】
次にベース板材にＶ字型の溝を入れ、尖頭形状要素５４の配列を形成する。Ｖ字型の溝は、ダイシングソーをベース板材に対し傾けて、Λ字型の尖頭形状要素５４の一方斜面に沿って切り込みを入れ、次にダイシングソーの傾きを変えて、尖頭形状要素５４の他方斜面に沿って切り込みを入れることにより形成される（Ｓ１１５）。これにより第１材料部５０が完成する。
【００４０】
この第１材料部５０の側面を型で再び囲み、この型の中に、第２材料部５２を形成する液状の第２材料を流し込む（Ｓ１２０）。流し込んだ液状材料がＶ字溝の隅々に充填され、また液状材料には混ざり込んだ気泡を除去するために、ステップＳ１０５と同様にして脱泡処理が施される（Ｓ１２５）。脱泡後、エポキシ樹脂などをベースとする液状材料を、ステップＳ１１０と同様にして硬化させる（Ｓ１３０）。最後に、整合層３０の外形加工が施される。この外形加工では、整合層３０の上下面それぞれの平面度とそれらの平行度とを確保するために、研磨処理が施される（Ｓ１３５）。以上の工程により、整合層３０が製造される。
【００４１】
以上、整合層３０として２つの材料部（第１材料部５０及び第２材料部５２）を重ね合わせた構造を有する例を説明したが、より多くの材料部を、接合境界面が凹凸となるように重ね合わせて整合層を形成することもできる。図５は、Ｎ段（Ｎ≧３）に材料部を重ね合わせた整合層の模式的な縦断面図である。この整合層２００において、振動素子３２に面する第１材料部２０２は、振動素子３２側から生体側に向けて、順に第１材料部２０２、第２材料部２０４、…、第（Ｎ−１）材料部２０６、第Ｎ材料部２０８が重ね合わされる。第１材料部２０２から第（Ｎ−１）材料部２０６までの各材料部の上面には、上に頂部を向けた複数の尖頭形状要素５４が配列され、第２材料部２０４から第Ｎ材料部２０８までの各材料部の下面は、隣接する材料部の尖頭形状要素５４間の谷間にはまり合うように形成される。第１材料部２０２は、振動素子３２と同程度の音響インピーダンスＺ1を持った材料で構成され、第Ｎ材料部２０８は、生体と同程度の音響インピーダンスＺNを持った材料で構成される。そして各層の材料部の音響インピーダンスは、Ｚ1からＺNまで単調に変化するように材料が選択される。この音響インピーダンスの選択及び隣接する材料部が凹凸形状の接合境界面により互いに噛み合う構造により、整合層２００の実質的な音響インピーダンスの傾斜化が実現される。
【００４２】
さて、このＮ層の場合にも、上述の２つの材料部からなる整合層３０での接合境界面５６に対してと同様の方法によって、第ｋ材料部と第（ｋ＋１）材料部（１≦ｋ≦Ｎ−１）との接合境界面２１０-kにおいて全反射が生じにくくなるような当該接合境界面の傾斜角に関する条件が次式で与えられる。ここで、Ｃkは第ｋ材料部（１≦ｋ≦Ｎ）での音速、θkは整合層２００の表面に対する法線２１２と接合境界面２１２-kとのなす角度である。
【００４３】
【数１２】
Ｃk+1＜Ｃk＜Ｃk+1／cosθk                             ………（６）
または、
【数１３】
Ｃk＜Ｃk+1＜Ｃk／cosθk                               ………（７）
または、
【数１４】
Ｃk＝Ｃk+1                                            ………（８）
全ての接合境界面２１０-k（１≦ｋ≦Ｎ−１）が、上記条件を満たすように形成することにより、振動素子３２から生体への送信波及び生体から振動素子３２への受信波が良好に整合層２００を通過する。
【００４４】
上述の整合層３０，２００では、尖頭形状要素５４は振動素子３２のエレベーション方向に配列され、それら尖頭形状要素５４の間にはエレベーション方向に直交する方向に延びるＶ字溝が形成される。しかし、尖頭形状要素５４をエレベーション方向に対し直交方向に配列してもよい。
【００４５】
また、尖頭形状要素５４は角錐形状とすることもできる。また、接合境界面５６，２１０を構成する面要素は上述の構成では平面であり、傾斜角θ，θkは一定であった。しかし、接合境界面５６の各点でのθ，θkが（５）式を満たせば、θ，θkは接合境界面５６上の場所に応じて変化してもよく、接合境界面５６を曲面に構成することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の超音波探触子によれば、複数の材料を境界面が凹凸となるように組み合わせ音響インピーダンスの傾斜化を実現する整合層において、両材料の接合境界面で超音波の送信及び受信のいずれにおいても全反射が生じず、良好な超音波診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である超音波探触子を説明する模式的な縦断面図である。
【図２】  本発明の実施形態である超音波探触子を説明する模式的な上面図である。
【図３】  図１に示す整合層を拡大した模式図である。
【図４】  整合層の製造工程を説明するフロー図である。
【図５】  Ｎ段（Ｎ≧３）に材料部を重ね合わせた整合層の模式的な縦断面図である。
【図６】  従来の超音波探触子を説明する模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
３０，２００  整合層、３２  振動素子、３４  バッキング層、５０  第１材料部、５２  第２材料部、５４  尖頭形状要素、５６，２１０  接合境界面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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