(57)【要約】【課題】広帯域でスムースな形の周波数特性とパルス長が短い特性にするための音響マッチング層の好適化をはかる構成にし、これによって、高分解能の診断画像を得ることができる超音波探触子を提供する。【解決手段】圧電素子の一方の面に設けた複数の音響マッチング層の少なくとも１層が音響マッチング層が樹脂材料とエラストマー材料の混合物である構成にすることにより、広帯域でスムースな形の周波数特性とパルス長が短い特性を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面とを有する圧電素子と、
前記第１の面及び前記第２の面にそれぞれ接続された第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の面上に設けられた音響マッチング層とを備え、
前記音響マッチング層のうち少なくとも一層の音響マッチング層は、樹脂とエラストマーの混合物であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記音響マッチング層は複数の層からなり、
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記複数の層からなる音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在する層であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の層からなる音響マッチング層のうち前記圧電素子から最も離間した位置に存在する層のみが前記混合物からなる層であることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記樹脂はスチレン若しくはスチレン-メチルメタクリレート共重合体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記エラストマーは合成ゴム若しくは天然ゴムであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記合成ゴムはブタジエンであることを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記音響マッチング層は複数の層からなり、
前記複数の層からなる音響マッチング層は、前記圧電素子に近い層から遠い層にむかって順次音響インピーダンスが小さくなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記音響マッチング層は３層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．９から２．３メガレールスの範囲の値であることを特徴とする請求項８に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記樹脂はスチレンであり、
前記エラストマーはブタジエンであり、
前記スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が３から２９％の範囲であることを特徴とする請求項８又は９に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記音響マッチング層は４層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１２】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．８から２．２８メガレールスの範囲の値であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波探触子。
【請求項１３】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記樹脂はスチレンであり、
前記エラストマーはブタジエンであり、
前記スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が４から４０％の範囲であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の超音波探触子。
【請求項１４】
前記音響マッチング層は５層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１５】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．６から１．８メガレールスの範囲の値であることを特徴とする請求項１４に記載の超音波探触子。
【請求項１６】
前記少なくとも一層の音響マッチング層は、前記音響マッチング層のうち、前記圧電素子から最も離間した位置に存在し、
前記樹脂はスチレンであり、
前記エラストマーはブタジエンであり、
前記スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が４０から６８％の範囲であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の超音波探触子。
【請求項１７】
前記第１の電極と電気的に接続される導体箔が、前記圧電素子と前記音響マッチング層の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体等の被検体に当てて超音波を送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、超音波を人間や動物等の生体の被検体内に送信し、生体内で反射される反射信号を検出して生体内組織の断層像等をモニタに表示し、被検体の診断に必要な情報を提供する。この際、超音波診断装置は、被検体内への超音波の送信と、被検体内からの反射信号を受信するためのセンサとして超音波探触子を利用している。
【０００３】
図１０は、このような超音波探触子の一例を示している。図１０において、超音波探触子１００は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべく、配列された複数個の圧電素子１１と、圧電素子１１の被検体側の前面（図１０のＺ方向）に設けられる１層以上(図１０は３層)からなる音響マッチング層１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）と、音響マッチング層１２の被検体側表面に設けられた音響レンズ１３と、圧電素子１１に対して音響マッチング層１２の反対側となる背面に設けられる背面負荷材１４とから構成されている。
【０００４】
圧電素子１１の前面と背面には、それぞれ図示しない電極が配置され、前記電極に電圧を印加して圧電素子１１を振動させて超音波の送信および受信をおこない、それを電気信号で送受信を行う。
【０００５】
圧電素子１１は、ＰＺＴ系等の圧電セラミック、ＰＭＮ−ＰＴなどの単結晶、また前記材料と高分子を複合した複合圧電体、あるいはＰＶＤＦ等に代表される高分子の圧電体等によって形成され、電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、あるいは被検体内で反射したエコーを電気信号に変換して受信する。図示の例では、Ｘ方向に複数の圧電素子１１が配列されている。このような圧電素子１１の複数個の配列は、電子的に超音波を走査する所謂電子走査型といわれるタイプであり、位相制御により超音波ビームを偏向あるいは集束することができ、更に電子的に複数の圧電素子１１を順次切換えて走査して実時間で超音波断層を画像化する。このほかに単一の圧電素子を機械的に走査させてほぼ時間差なく超音波断層を画像化する方法もある。
【０００６】
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。図示の例では、音響レンズ１３は図のＹ方向（圧電素子１１の配列方向Ｘに直交する方向）に沿って延びると共に、Ｚ方向になめらかな凸状に形成され、超音波ビームをＹ方向に絞ることができる。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。
【０００７】
背面負荷材１４は、圧電素子１１に結合されてこれを保持し、さらに不要な超音波を減衰させる役割を果たす。背面負荷材１４はオプション要素であり、必要に応じて設けられる。
【０００８】
音響マッチング層は、圧電素子と被検体の音響インピーダンスの差が大きいため、その不整合により生じる感度と分解能の低下を防止するために設けられている。近年、更なる高分解能化を実現するために、周波数の広帯域化の検討が進められており、その方法の一つとして圧電素子の被検体側に設ける音響マッチング層の３層以上の多層化がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００９】
音響マッチング層のうち被検体側の層の材料は、特許文献１に示されるように音響インピーダンスが２．４４メガレールスの値を有するジビニルベンゼンとの橋架けポリスチレンによって生成される熱硬化性材料を用いているものや、特許文献２に示されるように音響インピーダンスが約１．９７メガレールスである低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）のを用いたものがある。
【００１０】
なお、本明細書では、図のＸ方向を「（圧電素子の）配列方向」、Ｙ方向を「（圧電素子の）幅方向」、Ｚ方向を「（圧電素子の）厚さ方向」とも呼ぶものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２５４９４号公報
【特許文献２】特表２００９−５０５４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
音響マッチング層を多層の構成にすると被検体側に設ける音響マッチング層の音響インピーダンスの値をどのように選択するかにより、周波数特性の広帯域化だけではなく、周波数特性の形も大きく変わり、これが超音波画像の分解能に大きく影響してくる。そのために、音響マッチング層のそれぞれの層の音響インピーダンスの値をどのように選択し、その値に適合する材料を用いるかが重要となってくる。
前述の特許文献１に示されるように、音響マッチング層のうち被検体側の層の材料としてジビニルベンゼンとの橋架けポリスチレンによって生成される熱硬化性材料を用いた場合、被検体側に設ける音響マッチング層の音響インピーダンスが大きいため、低周波数域がもちあがり、かつリップルのある周波数特性となり、またパルス長も長くなり、広帯域化ができたとしても周波数依存減衰のある被検体の生体では深さが浅い領域から分解能の低下が著しくなる。更に深さが深くなるにつれ更に低下し、高分解能の画像を得ることが難しくなる。
また、前述の特許文献２に示されるように、音響マッチング層のうち被検体側の音響マッチング層の材料として、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を用いた場合、ジビニルベンゼンとの橋架けポリスチレンによって生成される熱硬化性材料よりも生体に近い音響インピーダンスが得られる反面、この材料は接着性が弱いため、超音波探触子を使用する環境、あるいは運搬、保存する環境の温度変化により剥れが発生しやすいなどで品質に課題がある。
【００１３】
そこで本発明は、高分解能の診断画像を得ることができ、且つ品質の高い超音波探触子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そしてこの目的を達成するために本発明は、第１の面と第２の面とを有する圧電素子と、第１の面及び第２の面にそれぞれ接続された第１の電極及び第２の電極と、第１の面上に設けられた音響マッチング層とを備え、音響マッチング層のうち少なくとも一層の音響マッチング層は、樹脂とエラストマーの混合物である構成の超音波探触子であり、これにより所期の目的を達成するものである。
【００１５】
また、本発明は、音響マッチング層は複数の層からなり、少なくとも一層の音響マッチング層が、複数の層からなる音響マッチング層のうち前記圧電素子から最も離間した位置に存在する層であることを特徴としてもよい。
【００１６】
また、本発明は、複数の層からなる音響マッチング層のうち圧電素子から最も離間した位置に存在する層のみが混合物からなる層であることを特徴としてもよい。
【００１７】
また、本発明は、樹脂がスチレン若しくはスチレン-メチルメタクリレート共重合体であることを特徴としてもよい。
【００１８】
また、本発明は、エラストマーが合成ゴム若しくは天然ゴムであることを特徴としてもよい。
【００１９】
また、本発明は、合成ゴムがブタジエンであることを特徴としてもよい。
【００２０】
また、本発明は、音響マッチング層は複数の層からなり、複数の層からなる音響マッチング層が、圧電素子に近い層から遠い層にむかって順次音響インピーダンスが小さくなることを特徴としてもよい。
【００２１】
また、本発明は、複数の音響マッチング層が３層であることを特徴としてもよい。
【００２２】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．９から２．３メガレールスの範囲の値であることを特徴としてもよい。
【００２３】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、樹脂はスチレンであり、エラストマーはブタジエンであり、スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が３から２９％の範囲であることを特徴としてもよい。
【００２４】
また、本発明は、音響マッチング層が４層であることを特徴としてもよい。
【００２５】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．８から２．２８メガレールスの範囲の値であることを特徴としてもよい。
【００２６】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、樹脂はスチレンであり、エラストマーはブタジエンであり、スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が４から４０％の範囲であることを特徴としてもよい。
【００２７】
また、本発明は、音響マッチング層は５層であることを特徴としてもよい。
【００２８】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、少なくとも一層の音響マッチング層の音響インピーダンスは１．６から１．８メガレールスの範囲の値であることを特徴としてもよい。
【００２９】
また、本発明は、少なくとも一層の音響マッチング層が、音響マッチング層のうち、圧電素子から最も離間した位置に存在し、樹脂はスチレンであり、エラストマーはブタジエンであり、スチレンに混合するブタジエンの配合重量比が４０から６８％の範囲であることを特徴としてもよい。
【００３０】
また、本発明は、第１の電極と電気的に接続される導体箔が、圧電素子と音響マッチング層の間に形成されていることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、圧電素子の一方の面に複数の音響マッチング層を備え、その音響マッチング層のうち少なくとも一層が樹脂とエラストマーの混合物を用いた構成にすることにより、広帯域でスムースな形の周波数特性とパルス長が短い特性を得ることができ、高分解能な診断画像が得られ、且つ接着性も良好な高品質の超音波探触子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る第１実施形態の超音波探触子を示す概略断面図
【図２】本発明に係る第１実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図
【図３】第３の音響マッチング層の音響インピーダンスと比帯域及びパルス長の関係を示す図
【図４】スチレンとブタジエンの配合比と音響インピーダンスの関係を示す図
【図５】本発明に係る第２実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図
【図６】第４の音響マッチング層の音響インピーダンスと比帯域及びパルス長の関係を示す図
【図７】本発明に係る第３実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図
【図８】第５の音響マッチング層の音響インピーダンスと比帯域及びパルス長の関係を示す図
【図９】本発明に係る第４実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図
【図１０】従来技術に係る超音波探触子の構成を示す概略斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す概略断面図であり、図３は本実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す概略斜視図である。
【００３４】
超音波探触子は、超音波診断装置を構成する際に、ケーブルを介して超音波診断装置本体と電気的に接続されて使用され得るものであり、超音波探触子で超音波を送受信し、その受信波を電気信号に変換して超音波診断装置本体に送信し、超音波診断装置内にある信号処理部で画像を生成して表示部でその画像を表示する。
【００３５】
超音波探触子１０は、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＭＮ-ＰＴ系のような圧電単結晶、あるいは前記材料と高分子を複合した複合圧電体等が用いられる超音波を送受信する圧電素子１、金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付け等で圧電素子１の一方の面に設けている接地電極５、接地電極５と同じように金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付け等で、圧電素子１の一方の面に対向するもう一方の面に設けている信号電極６、信号電極６から取り出す信号用電気端子７、圧電素子１を機械的に保持し、且つ、必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材３、圧電素子１の接地電極５上に設けた音響マッチング層２を有した構成である。接地電極５は圧電素子１の一方の面と電気的に接続され、信号電極６は圧電素子１のもう一方の面と電気的に接続されている。圧電素子１の一方の面上に、接地電極５を介して音響マッチング層２が３層（それぞれ圧電素子１側から２ａ、２ｂ、２ｃ）設けられている。また、必要に応じて音響マッチング層２上に配置された音響レンズ４から構成されている。また、図示の例では、圧電素子１と、音響マッチング層２は、個々に分割されており、これら分割された溝の部分には音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填されている。更に、第３の音響マッチング層２ｃの上面には必要に応じてシリコーンゴムなどの材料を用いて音響レンズ４を設けた構成にする。
【００３６】
この超音波探触子は、超音波診断装置などの本体から接地電極５と信号電極６に電圧を印加することにより、圧電素子１が機械的に振動して発生する超音波が音響マッチング層２を伝播して被検体に送信され、また、被検体からの反射波を受信するものである。生体を被検体とする超音波診断装置用超音波探触子は、生体に直接接触または超音波伝播媒体を介して間接的に接触して生体に超音波を送信し生体から反射してきた反射波を再び超音波探触子で受信してその信号を本体で処理してモニタ上に診断画像を表示して診断するものに用いられるいわゆるセンサである。
【００３７】
第１の音響マッチング層２ａには、音響インピーダンスが８から２０メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばシリコン、水晶、溶融石英などのガラス、快削性セラミックス、または金属粉を充填したグラファイトなどの材料が用いられ、また、第２の音響マッチング層２ｂには、音響インピーダンスが３から８メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂を用いる。また、被検体側に設ける第３の音響マッチング層２ｃ、すなわち、音響マッチング層２のうち最も圧電素子から離間した位置に存在する層は、エラストマー材料を含む少なくとも２種類の材料の混合物、例えば、樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料が用いられ、音響インピーダンスが１．９から２．３メガレールスの範囲の値を有することが好ましい。樹脂材料にエラストマー材料を混合した混合物は、樹脂材料とエラストマーの共重合体からなる。
【００３８】
それぞれの音響マッチング層の音響インピーダンスは、圧電素子に近い層から被検体に近い層に向かって順に音響インピーダンスが小さくなる。
第３の音響マッチング層２ｃは、エラストマー材料を含む混合物からなるため、接着性が高くなっている。また、少なくとも２種類の混合物からなるため、その配合比率によって音響インピーダンスを適宜調整することができる。
【００３９】
図３を用いて、第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスが１．９から２．３メガレールスであることが好適である理由について説明する。図３は、第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスと、比帯域パルス長及び周波数比帯域の関係を示す図である。図３において、横軸は第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンス（単位はメガレールス）、また左側の縦軸はパルス長（単位はμｓ）、右側の縦軸は周波数比帯域（帯域幅／中心周波数）（単位はパーセント）の値を表している。
【００４０】
なお、ここでは、周波数を７．５ＭＨｚの中心周波数に設定して、背面負荷材３の音響インピーダンスが７メガレールス、圧電素子１にＰＺＴ系の圧電セラミックスでＰＺＴ-５Ｈ相当の材料を用い、第１の音響マッチング層２ａは音響インピーダンスが１３メガレールスの快削性セラミックスを用い、第２の音響マッチング層２ｂは音響インピーダンスが４メガレールスの金属粉を充填したエポキシ樹脂を用いて、被検体側に位置する第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスを１．６から２．６メガレールスの範囲で変動させた構成において周波数比帯域及びパルス長を計算した。第１から第３の音響マッチング層２ａ、２ｂ、２ｃの厚みはそれぞれ０．２５波長とした。また、周波数特性の比帯域は−６ｄＢでの値、またパルス長は−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでの値をそれぞれ図中に示している。図中の実線が周波数比帯域、破線が下からそれぞれ−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでのパルス長を示している。
【００４１】
図３において、パルス長は−６ｄＢのレベルでは第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスが変化してもほとんど大きな数値変動がないが、−２０ｄＢでは音響インピーダンスが１．９メガレールスより小さい値になったとき及び２．３メガレールスより大きい値になったときにその値が比較的大きくなり、−４０ｄＢのレベルでは音響インピーダンスが１．７メガレールスより小さい値になったときにその値が比較的大きくなる。こ
のパルス長は、小さい値になるほど分解能が高くなり良好であるので小さい値にすることが分解能を向上させることで重要である。
【００４２】
一方、図３の周波数比帯域について見ると、比帯域の値が大きいほど分解能、被検深度が深くなる。３層の音響マッチング層の場合、比帯域は９０パーセント以上であることが望ましい。比帯域が９０パーセント以上となるのは、第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスが１．７５メガレールス以上２．４メガレールス以下である。
高分解能化のためには比帯域は大きく、且つパルス長が短いことが望ましく、これは即ち周波数特性の形がスムースになり正規分布の形に近くなることを示しており、図３のパルス長および比帯域の両特性の結果から、第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスは１．９メガレールス以上かつ２．３メガレールス以下の範囲が望ましいことがわかる。
【００４３】
ここで、第３の音響マッチング層２ｃの材料として樹脂材料であるスチレンと、合成ゴム材料の一つであるブタジエンの混合物を用いた場合のその混合比について図４を用いて算出する。図４は、スチレンに対するブタジエンの充填重量比と音響インピーダンスの関係を示す。図４において、横軸はスチレンに対してブタジエンを配合した混合充填重量比（単位はパーセント）を示す。つまり横軸の０の値はスチレン１００％を示し、１００の値はブタジエン１００％を示す。また、縦軸は音響インピーダンス（単位はメガレールス）で表している。
【００４４】
図４から確認できるように、スチレン１００％（横軸が０の値）の音響インピーダンスは２．４２メガレールスであり、またブタジエン１００％（横軸が１００の値）の音響インピーダンスは１．３７メガレールスである。スチレンに対してブタジエンの混合比を変えることによりスチレン単体とブタジエン単体の音響インピーダンスの間で任意の値を得ることができることがわかる。ブタジエンの混合比を例えば５％、１０％、２０％、３０％にしたときの混合物の音響インピーダンスは、それぞれ２．２５（音速は２１６５ｍ／ｓｅｃ．）、２．１７（音速は２１０７ｍ／ｓｅｃ．）、２．０７（音速は２０２８ｍ／ｓｅｃ．）、及び１．８７（音速は１８５３ｍ／ｓｅｃ．）メガレールスである。なお、音響インピーダンスは作成した材料の密度と音速を２５℃で測定して、密度×音速から算出した値を示している。
【００４５】
第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスの好ましい範囲である１．９から２．３メガレールスの範囲となるスチレンとブタジエンの混合充填重量比を求めると、第３の音響マッチング層２ｃに使用する場合のスチレンに混合するブタジエンの充填重量比は３から２９％の範囲となり、この範囲でスチレンにブタジエンを混合することが好ましい。
【００４６】
スチレンとブタジエンの混合物は、樹脂材料をフィルム化するのと同じような方法で任意の厚みのフィルム化が容易にでき、極めて大量に精度良く作製することができるという利点があり、コストも下げることができる。また、ブタジエンが混合されていることでスチレン単体に比べて接着性もよく、高品質の超音波探触子とすることができる。
【００４７】
以上のように、３層の音響マッチング層２を設けた構成において、被検体側に設ける第３の音響マッチング層２ｃとして、スチレンにブタジエンを任意の混合比を選択した混合物を用いることによって、周波数の広帯域化とパスル長の短い特性つまり周波数特性の形が正規分布に近い特性を得ることができるため、超音波画像の高分解能化が実現可能な超音波探触子を得ることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、第１、第２の音響マッチング層２ａ、２ｂの音響インピーダ
ンスがそれぞれ１３メガレールスと４メガレールスの場合について説明しているが、第１の音響マッチング層２ａの音響インピーダンスが８から２０メガレールス、第２の音響マッチング層２ｂの音響インピーダンスが３から８メガレールスの範囲で変動した場合には、それぞれの組合せにおいて、第３の音響マッチング層２ｃの音響インピーダンスの最適な値が算出されるが、基本的には第３の音響マッチング層２ｃの好ましい音響インピーダンスの値は１．９から２．３メガレールスの範囲から大きく逸脱することはない。
【００４９】
なお、本実施の形態では、図３で示したように圧電素子を１次元に配列した構成について説明したが、このほか２次元に、ｘ軸方向に複数個配列したいわゆる電子走査型のアレイ状の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。このとき、圧電素子と対応させて３層の音響マッチング層もｘ軸方向に複数個に分割しても、第１、第２の音響マッチング層は分割して第３の音響マッチング層は分割しないで作製しても良い。また、単一の圧電素子の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。
【００５０】
なお、本実施の形態では樹脂材料としてスチレンを用いた場合について説明したが、このほかスチレン-メチルメタクリレート共重合体を用いても同様の効果が得られる。樹脂材料は合成樹脂であることが好ましいが、前述した樹脂材料のほかに、エラストマー材料と混合できる材料であれば、これらの樹脂材料に限定するものではない。
【００５１】
また、本実施の形態ではエラストマー材料としてブタジエンを用いた場合について説明したが、このほか天然ゴムや合成ゴム材料でも樹脂材料との混合物を作成できるエラストマー材料であれば、これらに限定するものではない。なお、エラストマー材料は、ブタジエンのように超音波減衰の小さいエラストマー材料を選択するとなお好ましい。なぜなら、混合物にしたときの材料の超音波減衰も小さくできるためである。音響マッチング層の超音波減衰が超音波探触子の感度に影響し、感度の高いことが望まれる超音波探触子では、音響マッチング層の材料の減衰も考慮する必要がある。特に高周波数領域で使用する超音波探触子の場合には影響が大きくなるため、音響マッチング層は、超音波減衰の小さな材料であることが好ましい。
【００５２】
なお、本実施の形態では第３の音響マッチング層２ｃとして、スチレンとブタジエンの２種類の混合物の場合について説明したが、このほか前記２種類を基本にして、そこに他の材料、例えば強度を高める必要がある場合には繊維状の材料を、硬さを高める場合には酸化物などの粉体などを配合しても、前記の範囲の音響インピーダンスが得られることができれば同様の効果が得られる。
【００５３】
また、本実施の形態では音響マッチング層２が３層の場合を説明したが、圧電素子１の音響インピーダンスが小さい材料、例えばＰＺＴの圧電セラミックスとエポキシ樹脂の複合圧電体で音響インピーダンスを約１５メガレールス以下の値にしたものを用いる場合、音響マッチング層２は１層や２層からなる構成にすることができ、且つ広帯域化が可能となる。その１層又は２層の音響マッチング層に対して樹脂材料とエラストマー材料の混合物からなる層を用いてもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の超音波探触子について、図面を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態で３層設けていた音響マッチング層の代わりに、４層の音響マッチング層を設けている場合である。図５は、第２実施形態に係る超音波探触子２０の一部概略斜視図を示している。この超音波探触子２０は、図１及び図３に示す第１実施形態に対応する超音波探触子と音響マッチング層の構成以外は同様の構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
この超音波探触子２０は、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厚さ方向前面に、接地電極５を介して配置された４層の音響マッチング層２０２（それぞれ圧電素子１側から２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）と、必要に応じて圧電素子１に対して音響マッチング層２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の反対側となる厚さ方向背面に配置された背面負荷材３と、必要に応じて音響マッチング層２０２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）上に配置された音響レンズ４から構成されている。
【００５６】
また、図示の例では、圧電素子１と、音響マッチング層２０２は、個々に分割されており、これら分割された溝の部分には音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填されている。更に、第４の音響マッチング層２０２ｄの上面には必要に応じてシリコーンゴムなどの材料を用いて音響レンズ４を設けた構成にする。
【００５７】
第１の音響マッチング層２０２ａには、音響インピーダンスが１５から２５メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばシリコン単結晶、水晶、溶融石英などのガラス、快削性セラミックスなどの材料が用いられ、また、第２の音響マッチング層２０２ｂとしては、音響インピーダンスが６から１２メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などを用いる。また、第３の音響マッチング層２０２ｃとしては、音響インピーダンスが３から５メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、樹脂材料、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などを用いる。また、被検体側に設ける第４の音響マッチング層２０２ｄすなわち、音響マッチング層２０２のうち最も圧電素子から離間した位置に存在する層は、エラストマー材料を含む少なくとも２種類の材料の混合物、例えば、樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料が用いられ、音響インピーダンスが１．８から２．２８メガレールスの範囲の値を有することが好ましい。樹脂材料にエラストマー材料を混合した混合物は、樹脂材料とエラストマーの共重合体からなる。
【００５８】
それぞれの音響マッチング層の音響インピーダンスは、圧電素子に近い層から被検体に近い層に向かって順に音響インピーダンスが小さくなる。
第４の音響マッチング層２０２ｄは、エラストマー材料を含む混合物からなるため、接着性が高くなっている。また、少なくとも２種類の混合物からなるため、その配合比率によって音響インピーダンスを適宜調整することができる。
【００５９】
図６を用いて、第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスが１．８から２．２８メガレールスであることが好適である理由説明する。図６は、第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスと、比帯域パルス長及び周波数比帯域の関係を示す図である。図６において、横軸は第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンス（単位はメガレールス）、また左側の縦軸はパルス長（単位はμｓ）、右側の縦軸は周波数比帯域（帯域幅／中心周波数）（単位はパーセント）の値を表している。
【００６０】
なお、ここでは例えば、周波数を７．５ＭＨｚの中心周波数に設定して、背面負荷材３の音響インピーダンスが７メガレールス、圧電素子１にＰＺＴ系の圧電セラミックスでＰＺＴ-５Ｈ相当の材料を用い、第１の音響マッチング層２０２ａは音響インピーダンスが１７メガレールスの快削性セラミックスを用い、第２の音響マッチング層２０２ｂは音響インピーダンスが８メガレールスの金属粉を充填したエポキシ樹脂を用いて、第３の音響マッチング層２０２ｃは音響インピーダンスが３．８メガレールスの金属粉を充填したエポキシ樹脂を用いて、被検体側に位置する第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスを１．６から２．６メガレールスの範囲で変動させた構成において計算した。各音響マッチング層の厚みは、第１の音響マッチング層２０２ａは０．２７波長、第２〜第
４の音響マッチング層２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄはそれぞれ０．２５波長とした。また、周波数特性の比帯域は−６ｄＢでの値、またパルス長は−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでの値をそれぞれ図中に示している。図中の実線が周波数比帯域、破線が下からそれぞれ−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでのパルス長を示している。
【００６１】
図６において、パルス長は−６ｄＢのレベルでは第４の音響マッチング層２ｄの音響インピーダンスが変化してもほとんど大きな数値変動がないが、−２０ｄＢでは音響インピーダンスが１．８メガレールスより小さい値になったとき及び２．３メガレールスより大きい値になったときにその値が比較的大きくなり、−４０ｄＢのレベルでは音響インピーダンスが１．８メガレールスより小さい値になったときその値が比較的大きくなる。このパルス長は、小さい値になるほど分解能が高くなり良好であるので小さい値にすることが分解能を向上させることで重要である。
【００６２】
一方、図６の周波数比帯域について見ると、比帯域の値が大きいほど分解能、被検深度が深くなる。４層の音響マッチング層の場合、比帯域は９０パーセント以上であることが望ましい。比帯域が９０パーセント以上となるのは、第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスが１．６メガレールス以上２．２８メガレールス以下である。なお、比帯域は９５パーセント以上であるとより好ましく、この場合の第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスは１．６５メガレールス以上２．０７メガレールス以下である。
【００６３】
高分解能化のためには比帯域は大きく、且つパルス長が短いことが望ましく、これは即ち周波数特性の形がスムースになり正規分布の形に近くなることを示しており、図６のパルス長および比帯域の両特性の結果から、第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスは１．８メガレールス以上２．２８メガレールス以下の範囲が望ましいことがわかる。更に、１．８メガレールス以上２．０７メガレールス以下であるとより好ましい。
【００６４】
ここで、第４の音響マッチング層２０２ｄの材料として樹脂材料であるスチレンと、合成ゴム材料の一つであるブタジエンの混合物を用いた場合のその混合比について図４を用いて算出する。第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスの好ましい範囲である１．８から２．２８メガレールスの範囲となるスチレンとブタジエンの混合充填重量比を求めると、第４の音響マッチング層２０２ｄに使用する場合のスチレンに混合するブタジエンの充填重量比は４から４０％の範囲となり、この範囲でスチレンにブタジエンを混合することが好ましい。更に、５から４０％の範囲であればより好ましい。
【００６５】
スチレンとブタジエンの混合物は、樹脂材料をフィルム化するのと同じような方法で任意の厚みのフィルム化が容易にでき、極めて大量に精度良く作製することができるという利点があり、コストも下げることができる。また、ブタジエンが混合されていることでスチレン単体に比べて接着性もよく、高品質の超音波探触子とすることができる。
図６と図３を対比するとわかるように、３層の音響マッチング層の場合と４層の音響マッチング層の場合を比較すると、４層のほうが周波数の比帯域が大きくなっており、４層では比帯域は１００％以上の領域もあり、音響マッチング層の層数が多くなるにしたがい周波数の広帯域化を図ることができ、高分解能化には望ましい特性となってくるという傾向にある。
【００６６】
以上のように、４層の音響マッチング層２０２を設けた構成において、被検体側に設ける第４の音響マッチング層２０２ｄとして、スチレンにブタジエンを任意の混合比を選択した混合物を用いることによって、周波数の広帯域化とパスル長の短い特性つまり周波数特性の形が正規分布に近い特性を得ることができるため、超音波画像の高分解能化が実現可能な超音波探触子を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、第１の音響マッチング層２０２ａ、第２の音響マッチング層２０２ｂ、第３の音響マッチング層２０２ｃの音響インピーダンスがそれぞれ１７メガレールス、８メガレールス、３．８メガレールスの場合について説明しているが、第１の音響マッチング層２０２ａの音響インピーダンスが１５から２５メガレールス、第２の音響マッチング層２０２ｂの音響インピーダンスが６から１２メガレールス、第３の音響マッチング層２０２ｃの音響インピーダンスが３から５メガレールスの範囲で変動した場合には、それぞれの組合せにおいて、第４の音響マッチング層２０２ｄの音響インピーダンスの最適な値が算出されるが、基本的には第４の音響マッチング層２０２ｄの好ましい音響インピーダンスの値は１．８から２．２８メガレールスの範囲から大きく逸脱することはない。
【００６８】
なお、本実施の形態では、図５で示したように圧電素子を１次元に配列した構成について説明したが、このほか２次元に、ｘ軸方向に複数個配列したいわゆる電子走査型のアレイ状の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。このとき、圧電素子と対応させて４層の音響マッチング層もｘ軸方向に複数個に分割しても、第１、第２、第３の音響マッチング層は分割して第４の音響マッチング層は分割しないで作製しても良い。また、単一の圧電素子の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。
【００６９】
なお、本実施の形態では樹脂材料としてスチレンを用いた場合について説明したが、このほかスチレン-メチルメタクリレート共重合体を用いても同様の効果が得られる。樹脂材料は合成樹脂であることが好ましいが、前述した樹脂材料のほかに、エラストマー材料と混合できる材料であれば、これらの樹脂材料に限定するものではない。
【００７０】
また、本実施の形態ではエラストマー材料としてブタジエンを用いた場合について説明したが、このほか天然ゴムや合成ゴム材料でも樹脂材料との混合物を作成できるエラストマー材料であれば、これらに限定するものではない。なお、エラストマー材料は、ブタジエンのように超音波減衰の小さいエラストマー材料を選択するとなお好ましい。なぜなら、混合物にしたときの材料の超音波減衰も小さくできるためである。音響マッチング層の超音波減衰が超音波探触子の感度に影響し、感度の高いことが望まれる超音波探触子では、音響マッチング層の材料の減衰も考慮する必要がある。特に高周波数領域で使用する超音波探触子の場合には影響が大きくなるため、音響マッチング層は、超音波減衰の小さな材料であることが好ましい。
【００７１】
なお、本実施の形態では第４の音響マッチング層２０２ｄとして、スチレンとブタジエンの２種類の混合物の場合について説明したが、このほか前記２種類を基本にして、そこに他の材料、例えば強度を高める必要がある場合には繊維状の材料を、硬さを高める場合には酸化物などの粉体などを配合しても、前記の範囲の音響インピーダンスが得られることができれば同様の効果が得られる。
【００７２】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の超音波探触子について、図面を参照して説明する。第３実施形態は、第１実施形態で３層設けていた音響マッチング層の代わりに、５層の音響マッチング層を設けている場合である。図７は、第２実施形態に係る超音波探触子３０の一部概略斜視図を示している。この超音波探触子３０は、図１に示す第１実施形態に対応する超音波探触子と音響マッチング層の構成以外は同様の構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
この超音波探触子３０は、配列された複数の圧電素子１と、各圧電素子１に対応して被検体となる厚さ方向前面に、接地電極５を介して配置された５層の音響マッチング層３０
２（それぞれ圧電素子１側から３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ、３０２ｅ）と、必要に応じて圧電素子１に対して音響マッチング層３０２（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ、３０２ｅ）の反対側となる厚さ方向背面に配置された背面負荷材３と、必要に応じて音響マッチング層３０２（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ、３０２ｅ）上に配置された音響レンズ４から構成されている。
【００７４】
また、図示の例では、圧電素子１と、音響マッチング層３０２は、個々に分割されており、これら分割された溝の部分には音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填されている。更に、第５の音響マッチング層３０２ｅの上面には必要に応じてシリコーンゴムなどの材料を用いて音響レンズ４を設けた構成にする。
【００７５】
第１の音響マッチング層３０２ａには、音響インピーダンスが１５から２５メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばシリコン単結晶、水晶、溶融石英などのガラス、快削性セラミックスなどの材料が用いられ、また、第２の音響マッチング層３０２ｂとしては、音響インピーダンスが８から１４メガレールスの範囲の値を有する材料、例えば金属や酸化物などを充填したグラファイト、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などを用いる。また、第３の音響マッチング層３０２ｃとしては、音響インピーダンスが３から６メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、樹脂材料、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などを用いる。第４の音響マッチング層３０２ｄとしては、音響インピーダンスが２から３メガレールスの範囲の値を有する材料、例えば樹脂材料や樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料を用いる。また、被検体側に設ける第５の音響マッチング層３０２ｅすなわち、音響マッチング層３０２のうち最も圧電素子から離間した位置に存在する層は、エラストマー材料を含む少なくとも２種類の材料の混合物、例えば、樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料が用いられ、音響インピーダンスが１．６から１．８メガレールスの範囲の値を有することが好ましい。樹脂材料にエラストマー材料を混合した混合物は、樹脂材料とエラストマーの共重合体からなる。
【００７６】
それぞれの音響マッチング層の音響インピーダンスは、圧電素子に近い層から被検体に近い層に向かって順に音響インピーダンスが小さくなる。
【００７７】
第５の音響マッチング層３０２ｅは、エラストマー材料を含む混合物からなるため、接着性が高くなっている。また、少なくとも２種類の混合物からなるため、その配合比率によって音響インピーダンスを適宜調整することができる。
【００７８】
図８を用いて、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスが１．６から１．８メガレールスであることが好適である理由説明する。図８は、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスと、比帯域パルス長及び周波数比帯域の関係を示す図である。図８において、横軸は第５の音響マッチング層２ｅの音響インピーダンス（単位はメガレールス）、また左側の縦軸はパルス長（単位はμｓ）、右側の縦軸は周波数比帯域（帯域幅／中心周波数）（単位はパーセント）の値を表している。
【００７９】
なお、ここでは例えば、周波数を７．５ＭＨｚの中心周波数に設定して、背面負荷材３の音響インピーダンスが７メガレールス、圧電素子１にＰＺＴ系の圧電セラミックスでＰＺＴ-５Ｈ相当の材料を用い、第１の音響マッチング層３０２ａは音響インピーダンスが２３メガレールスの快削性セラミックスを用い、第２の音響マッチング層３０２ｂは音響インピーダンスが１０メガレールスの、金属粉を充填したエポキシ樹脂を用いて、第３の音響マッチング層３０２ｃは音響インピーダンスが４．４メガレールスの、金属粉を充填したエポキシ樹脂を用いて、第４の音響マッチング層３０２ｄは音響インピーダンスが２．３メガレールスの、樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料を用いて、被検体側に
位置する第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスを１．５から２．３メガレールスの範囲で変動させた構成において計算した。各音響マッチング層の厚みは、第１の音響マッチング層３０２ａは０．２８波長、第２から第５の音響マッチング層３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ、３０２ｅはそれぞれ０．２５波長とした。また、周波数特性の比帯域は−６ｄＢでの値、またパルス長は−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでの値をそれぞれ図中に示している。図中の実線が周波数比帯域、破線が下からそれぞれ−６ｄＢ、−２０ｄＢ、−４０ｄＢのレベルでのパルス長を示している。
【００８０】
図８において、パルス長は−６ｄＢのレベルでは第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスが変化してもほとんど大きな数値変動がないが、−２０ｄＢでは音響インピーダンスが１．８メガレールスより大きい値になったときにその値が比較的大きくなり、−４０ｄＢのレベルでは音響インピーダンスが１．６メガレールスより小さい値になったとき及び１．９メガレールスより大きい値になったときその値が比較的大きくなる。このパルス長は、小さい値になるほど分解能が高くなり良好であるので小さい値にすることが分解能を向上させることで重要である。
【００８１】
一方、図８の周波数比帯域について見ると、比帯域の値が大きいほど分解能、被検深度が深くなる。５層の音響マッチング層の場合、比帯域は１００パーセント以上であることが望ましい。比帯域が１００パーセント以上となるのは、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスが２．０７メガレールス以下である。
【００８２】
高分解能化のためには比帯域は大きく、且つパルス長が短いことが望ましく、これは即ち周波数特性の形がスムースになり正規分布の形に近くなることを示しており、図８のパルス長および比帯域の両特性の結果から、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスは１．６メガレールス以上１．８メガレールス以下の範囲が望ましいことがわかる。更に、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスは１．７メガレールス以上１．８メガレールス以下の範囲であるとより好ましい。
【００８３】
ここで、第５の音響マッチング層３０２ｅの材料として樹脂材料であるスチレンと、合成ゴム材料の一つであるブタジエンの混合物を用いた場合のその混合比について図４を用いて算出する。第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスの好ましい範囲である１．６から１．８メガレールスの範囲となるスチレンとブタジエンの混合充填重量比を求めると、第５の音響マッチング層３０２ｅに使用する場合のスチレンに混合するブタジエンの充填重量比は４０から６８％の範囲となり、この範囲でスチレンにブタジエンを混合することが好ましい。更に、４０から５５％の範囲であればより好ましい。
【００８４】
スチレンとブタジエンの混合物は、樹脂材料をフィルム化するのと同じような方法で任意の厚みのフィルム化が容易にでき、極めて大量に精度良く作製することができるという利点があり、コストも下げることができる。また、ブタジエンが混合されていることでスチレン単体に比べて接着性もよく、高品質の超音波探触子とすることができる。
【００８５】
図８と図６を対比するとわかるように、４層の音響マッチング層の場合と５層の音響マッチング層の場合を比較すると、５層のほうが周波数の比帯域が大きくなっており、５層では比帯域が１００％以上の領域が広範囲で得ることができ、音響マッチング層の層数が多くなるにしたがい周波数の広帯域化を図ることができ、高分解能化には望ましい特性となってくるという傾向にある。
【００８６】
以上のように、５層の音響マッチング層３０２を設けた構成において、被検体側に設ける第５の音響マッチング層３０２ｅとして、スチレンにブタジエンを任意の混合比を選択した混合物を用いることによって、周波数の広帯域化とパスル長の短い特性つまり周波数
特性の形が正規分布に近い特性を得ることができるため、超音波画像の高分解能化が実現可能な超音波探触子を得ることができる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第１の音響マッチング層３０２ａ、第２の音響マッチング層３０２ｂ、第３の音響マッチング層３０２ｃ、第４の音響マッチング層３０２ｄの音響インピーダンスがそれぞれ２３メガレールス、１０メガレールス、４．４メガレールス、２．３メガレールスの場合について説明しているが、第１の音響マッチング層３０２ａの音響インピーダンスが１５から２５、第２の音響マッチング層３０２ｂの音響インピーダンスが８から１４メガレールス、第３の音響マッチング層３０２ｃの音響インピーダンスが３から６メガレールス、第４の音響マッチング層３０２ｄの音響インピーダンスが２から３の範囲で変動した場合には、それぞれの組合せにおいて、第５の音響マッチング層３０２ｅの音響インピーダンスの最適な値が算出されるが、基本的には第５の音響マッチング層３０２ｅの好ましい音響インピーダンスの値は１．６から１．８メガレールスの範囲から大きく逸脱することはない。
【００８８】
なお、本実施の形態では、図７で示したように圧電素子を１次元に配列した構成について説明したが、このほか２次元に、ｘ軸方向に複数個配列したいわゆる電子走査型のアレイ状の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。このとき、圧電素子と対応させて５層の音響マッチング層もｘ軸方向に複数個に分割しても、第１、第２、第３、第４の音響マッチング層は分割して第５の音響マッチング層は分割しないで作製しても良い。また、単一の圧電素子の超音波探触子に適用しても同様の効果が得られる。
【００８９】
なお、本実施の形態では樹脂材料としてスチレンを用いた場合について説明したが、このほかスチレン-メチルメタクリレート共重合体を用いても同様の効果が得られる。樹脂材料は合成樹脂であることが好ましいが、前述した樹脂材料のほかに、エラストマー材料と混合できる材料であれば、これらの樹脂材料に限定するものではない。
【００９０】
また、本実施の形態ではエラストマー材料としてブタジエンを用いた場合について説明したが、このほか天然ゴムや合成ゴム材料でも樹脂材料との混合物を作成できるエラストマー材料であれば、これらに限定するものではない。なお、エラストマー材料は、ブタジエンのように超音波減衰の小さいエラストマー材料を選択するとなお好ましい。なぜなら、混合物にしたときの材料の超音波減衰も小さくできるためである。音響マッチング層の超音波減衰が超音波探触子の感度に影響し、感度の高いことが望まれる超音波探触子では、音響マッチング層の材料の減衰も考慮する必要がある。特に高周波数領域で使用する超音波探触子の場合には影響が大きくなるため、音響マッチング層は、超音波減衰の小さな材料であることが好ましい。
【００９１】
なお、本実施の形態では第５の音響マッチング層３０２ｅとして、スチレンとブタジエンの２種類の混合物の場合について説明したが、このほか前記２種類を基本にして、そこに他の材料、例えば強度を高める必要がある場合には繊維状の材料を、硬さを高める場合には酸化物などの粉体などを配合しても、前記の範囲の音響インピーダンスが得られることができれば同様の効果が得られる。
【００９２】
また、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態より、音響マッチング層の層数が増加するにしたがって、被検体側に設ける音響マッチング層の音響インピーダンスは被検体の音響インピーダンスの１．５４メガレールの値に近づいていることがわかる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態の超音波探触子について、図面を参照して説明する。第４実施形態は、接地電極５に電気的に接続される導体箔８を備える点で第２実施形態と
異なる。図９は、第４実施形態に係る超音波探触子４０の一部概略斜視図を示している。この超音波探触子４０は、図５に示す第２実施形態に対応する超音波探触子と導体箔８の構成以外は同様の構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
圧電素子１の一方の面上に設けた接地電極５の面上には、導体箔８が形成され、これらは電気的に接続させている。更に導体箔８の面上には音響マッチング層２０２（それぞれ圧電素子１側から２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）を設ける。背面負荷材３の面上に設ける信号用電気端子７、圧電素子１、導体箔８、音響マッチング層２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）はエポキシ樹脂などの接着剤で一緒に接着して積層させてもよい。
【００９５】
背面負荷材３の一部と信号用電気端子７、圧電素子１、導体箔８及び音響マッチング層２０２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）をダイシングソーなどで複数個に分割して図９に示すようにアレイ状に形成する。分割した溝にはシリコーンゴムやウレタン樹脂などを充填し、その上に音響レンズ４を必要に応じて設けてもよい。
【００９６】
導体箔８としては銅箔、アルミ箔などの金属を用いることが好ましいが、導体であればよく、これらの材料に限定するものではない。導体箔８として、銅箔を用いる場合は銅の音響インピーダンスは圧電素子１と第１の音響マッチング層２０２ａの音響インピーダンスより大きい値の約４４．６メガレールスであるため、音響的には不整合となり、周波数特性と感度に影響するので銅箔の厚みは可能な限り薄いことが望ましく、約４０分の１波長以下の厚みであれば影響が少く好ましい。また導体箔８としてアルミ箔を用いる場合には、音響インピーダンスが約１７メガレールスであり、第１の音響マッチング層２０２ａに近い値であるため、アルミ箔を第１の音響マッチング層の一部として機能させることができる。但し、アルミ箔そのものを第１の音響マッチング層単体として使用するにはダインシングソーなどで加工分割することが難しくなるため、加工分割できるレベルの厚み以下にして導体箔８として使用することが望ましい。
【００９７】
また、導体箔８は圧電素子１及び音響マッチング層２０２より大きな形状にして延伸させることにより、半田付けなどにより容易に配線することができる。
【００９８】
このように、音響マッチング層を介さずに圧電素子１の上面に導体箔８を設け、全ての音響マッチング層が導体箔８よりも上に積層された構成にすることにより、信号用電気端子７と導体箔８に電圧を印加することにより圧電素子１は超音波の送受信できるので、音響マッチング層は電気的な接続を全く考慮する必要がなくなるため、音響的な観点に特化してそれぞれの層に適合した材料を自由に選択できるという大きな利点がある。つまり、音響マッチング層２０２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）の材料は導体、半導体、絶縁体のどの材料であっても構わないので選択の範囲が広くなる。
【００９９】
すなわち、本実施形態によると、第２実施形態で説明したような音響インピーダンスを満たす各音響マッチング層の材料を選択する際、その材料の導電性には留意する必要がなくなる。なお、第１の音響マッチング層２０２ａには、音響インピーダンスが１５から２５メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばシリコン単結晶、水晶、溶融石英などのガラス、快削性セラミックスなどの材料が用いられ、また、第２の音響マッチング層２０２ｂとしては、音響インピーダンスが６から１２メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などを用いる。また、第３の音響マッチング層２０２ｃとしては、音響インピーダンスが３から５メガレールスの範囲の値を有する材料、例えばグラファイト、樹脂材料、またはエポキシ樹脂に金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂な
どを用いる。また、被検体側に設ける第４の音響マッチング層２０２ｄは、エラストマー材料を含む少なくとも２種類の材料の混合物、例えば、樹脂材料にエラストマー材料を混合した材料が用いられ、音響インピーダンスが１．８から２．２８メガレールスの範囲の値を有することが好ましい。
【０１００】
なお、本実施の形態では、４層の音響マッチング層を設けた場合について説明したが、このほか３層若しくは５層以上の音響マッチング層を設けた場合においても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係る超音波探触子は、人体等の被検体の超音波診断を行う各種医療分野、さらには材料や構造物の内部探傷を目的とした工業分野において利用が可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１        圧電素子
２        音響マッチング層
２ａ      第１の音響マッチング層
２ｂ      第２の音響マッチング層
２ｃ      第３の音響マッチング層
３        背面負荷材
４        音響レンズ
５        接地電極
６        信号電極
７        信号用電気端子
８        導体箔
１０      超音波探触子
１１      圧電素子
１２      音響マッチング層
１３      音響レンズ
１４      背面負荷材
２０      超音波探触子
３０      超音波探触子
４０      超音波探触子
１００    超音波探触子
２０２    音響マッチング層
２０２ａ  第１の音響マッチング層
２０２ｂ  第２の音響マッチング層
２０２ｃ  第３の音響マッチング層
２０２ｄ  第４の音響マッチング層
３０２ａ  第１の音響マッチング層
３０２ｂ  第２の音響マッチング層
３０２ｃ  第３の音響マッチング層
３０２ｄ  第４の音響マッチング層
３０２ｅ  第５の音響マッチング層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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