(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト型強誘電体から形成された圧電部材と、
前記圧電部材に所定の電圧を印加するための一対の第１および第２電極とを備え、
前記圧電部材は、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜および（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜のうちのいずれか一方であり、
前記第１電極は略環形状の第１電極本体を備え、
前記第２電極は略環形状の第２電極本体を備え、
前記第１および第２電極は、前記第２電極本体が前記第１電極本体の径内側に同心となるように、前記圧電部材の一方面上に形成され、
前記圧電部材は、前記第１および第２電極に前記所定の電圧を印加した場合に、前記第１および第２電極間に生じる径方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動されること
を特徴とする圧電セル。
【請求項２】
前記第２電極は、配線を行うために前記第２電極本体から引き出された第２電極引出線を備え、
前記第１電極本体は、その一部が切り欠かれた切り欠き部が形成され、
前記第２電極引出線は前記圧電部材の前記一方面上で、前記切り欠き部から外部へ引き出されていること
を特徴とする請求項１に記載の圧電セル。
【請求項３】
前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型強誘電体であって、ＰＺＴもしくはＡサイト元素をＡとし、Ｂサイト元素をＢとした場合に、前記Ａには少なくともＰｂを含み、前記Ｂには少なくともＺｒおよびＴｉを含み、
さらに前記ＡにはＢａ，Ｌａ、Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ、Ｋからなる集合と、前記ＢにはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉからなる集合の少なくとも１つ以上を含むこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電セル。
【請求項４】
前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、シリコン単結晶ウェハ上に成膜されたものであること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電セル。
【請求項５】
前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、シリコン単結晶ウェハ上にスパッタ法によって成膜されたものであること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧電セル。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧電セルを複数備えること
を特徴とする圧電素子。
【請求項７】
前記複数の圧電セルは、前記複数の圧電セルにおける前記第１および第２電極に前記所定の電圧をそれぞれ印加した場合に放射される該圧電素子としての音波が等方的であるように、配置されること
を特徴とする請求項６に記載の圧電素子。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の圧電素子を備えること
を特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
線形独立な２方向に２次元アレイ状に配列された、請求項６または請求項７に記載の複数の圧電素子を備えること
を特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
厚さが他の領域より薄い薄肉領域を持つ基板を備え、
前記圧電セルは、前記基板の前記薄肉領域上に形成されていること
を特徴とする請求項８または請求項９に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の超音波探触子を備えること
を特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電現象を利用することによって電気エネルギーと機械エネルギーとを相互に変換可能な圧電セルに関する。そして、本発明は、この圧電セルを用いた圧電素子、超音波探触子および超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電現象を利用することによって電気エネルギーと機械エネルギーとを相互に変換可能な１または複数の圧電セルを備えた圧電素子は、小型化や省電力化等が可能であることから、振動センサ、ジャイロセンサ、圧電スピーカ、圧電アクチュエータおよびインクジェットプリンター等の様々な分野に応用されている。その一つに、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能であることから、欠陥の検査や疾患の診断等を行う、超音波を利用した超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、診断対象内を超音波で走査し、診断対象内から来た超音波により生成した受信信号に基づいて当該診断対象の内部状態を画像化する装置である。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。この超音波診断装置には、診断対象に対して超音波（超音波信号）を送受信する超音波探触子が用いられる。この超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動することによって超音波（超音波信号）を発生し、この超音波に起因して診断対象内部で音響インピーダンスの不整合等によって生じる超音波（超音波信号）を受けて受信の電気信号を生成する１または複数の圧電素子を備えている。このように超音波探触子では、送信の場合には、電気エネルギーが機械エネルギーに変換され、さらにこの機械エネルギーが音響エネルギーに変換され、一方、受信の場合には、音響エネルギーが機械エネルギーに変換され、さらにこの機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。なお、超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいう。
【０００３】
この圧電素子には、種々のタイプが知られているが、その一つに、ｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）と呼ばれる素子がある。このｐＭＵＴは、例えば、圧電部材によって形成されたダイヤフラムを太鼓のように振動させることによって超音波の送受信を行う装置である。このｐＭＵＴは、バルクのＰＺＴをダイシングにより分割加工したタイプの圧電素子と比較した場合に、周波数帯域を広くすることができること、より微細化が可能であるため高解像度化が望めること、３次元画像を生成するための圧電素子の２次元アレイ化に適していること、および、より小型化および薄型化が可能であるため超音波内視鏡への応用が期待できること等の、様々な特長を有している。特に、２次元アレイ化の点では、１次元アレイの超音波探触子は、断層画像（２次元画像）しか形成することができないので、前記１次元アレイの超音波探触子の操作に起因して偽陰性が生じる危険性があるため、熟練の操作者が必要とされるが、２次元アレイの超音波探触子は、３次元画像を形成することができ、前記偽陰性が生じる危険性を低減することができる。このため、超音波探触子では、２次元アレイ化が要望されている。
【０００４】
このようなｐＭＵＴは、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。この特許文献１に開示の圧電型超音波センサは、１又は複数のダイヤフラムが形成された基板と、前記基板の一面に形成された圧電材料の薄膜と、前記圧電材料の薄膜のうち１つのダイヤフラムに対応する部分の両面にそれぞれ形成された金属薄膜の電極を備え、一方の面に形成された電極が複数の領域に分割されている素子である。また、この特許文献２に開示の超音波センサは、一部に薄肉部が形成された基板と、前記薄肉部上に形成され、圧電体薄膜を２つの電極間に配置してなる圧電振動子と、を含み、前記薄肉部と前記圧電振動子からなるメンブレン構造体が、所定周波数で共振するように構成された超音波センサであって、前記メンブレン構造体は、前記圧電振動子が振動しない状態の、構造体全体の内部応力が引張乃至ゼロに調整されており、前記薄肉部の一部に凹部が形成され、当該凹部の形成部位が他の部位よりも薄肉とされている素子である。
【０００５】
このような圧電素子の圧電材料には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）が代表例であるが、このＰＺＴに関し、特許文献３がある。
【０００６】
この特許文献３に開示の圧電部材は、一般式Ｐｂ１−ｘＬｎｘＺｒｙＴｉ１−ｙＯ３（式中、Ｌｎはランタン、ランタノイド元素、ニオブ、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、鉄、マンガン、スズを表し、０≦ｘ＜１、０．４３≦ｙ≦０．６５である。）で表される化学組成を有し、かつ｛１１１｝配向（基板面に垂直な方向からのチルト角が１５°以内の配向を含む）のエピタキシャル結晶（単結晶：完全配向）膜のチタン酸ジルコニウム酸鉛系膜である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０５１６８６号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５４０６号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、圧電素子や超音波探触子は、異方性を考慮することなく利用することができてその利用のし易さ等から、強度の点で音波を等方的に放射することが望ましく、放射方向によって音波の強度に偏りが無いことが望ましい。特に、２次元アレイの超音波探触子では、画像を形成するために、線形独立な２方向に音波が走査される。このため、遅延時間の設定や整相加算のし易さ等から、２次元アレイの超音波探触子は、強度の点で音波を等方的に放射することが望ましく、放射方向によって音波の強度に偏りが無いことが望ましい。しかしながら、従来の１次元アレイの超音波探触子に使用される一般的な圧電材料であるリラクサ単結晶は、音波を等方的に放射することができない。
【０００９】
上記特許文献１および特許文献２には、上述の課題や、特に２次元アレイ化によって生じる上述の課題は、記載も示唆もなく、意識されていない。また、上記特許文献３に開示の圧電部材は、エピタキシャル結晶（単結晶：完全配向）膜のチタン酸ジルコニウム酸鉛系膜であるため、結晶方位に基づいて、音波の放射方向に異方性が生じてしまい、上述の課題を解決することができない。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、音波をより等方的に放射することができる圧電セルならびにこの圧電セルを用いた圧電素子、超音波探触子および超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる圧電セルは、ペロブスカイト型強誘電体から形成された圧電部材と、前記圧電部材に所定の電圧を印加するための一対の第１および第２電極とを備え、前記圧電部材は、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜および（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜のうちのいずれか一方であり、前記第１電極は略環形状の第１電極本体を備え、前記第２電極は略環形状の第２電極本体を備え、前記第１および第２電極は、前記第２電極本体が前記第１電極本体の径内側に同心となるように、前記圧電部材の一方面上に形成され、前記圧電部材は、前記第１および第２電極に前記所定の電圧を印加した場合に、前記第１および第２電極間に生じる径方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動されることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の圧電セルは、極点図がリング状に分布した配向膜の圧電部材を備えるので、音波をより等方的に放射することができる。また、このような構成の圧電セルは、圧電材料がペロブスカイト型強誘電体であって、（１００）配向膜または（１１１）配向膜であるので、音軸に沿った方向に配向させることによって、高い圧電定数を持った圧電部材となり、より強い強度の音波を放射することができる。
又、このような構成の圧電セルは、電界の方向と同じ方向（３３方向）の歪みを利用する３３モードで駆動されるため、より効率よく駆動され得る。そして、第１および第２電極は、圧電部材の一方面上に配置されるため、電極間隔をより長く（大きく）設定することが容易であり、高感度化（単位圧力に対する出力電圧の向上化）を図り易い。
【００１３】
また、他の一態様では、上述の圧電セルにおいて、前記第２電極は、配線を行うために前記第２電極本体から引き出された第２電極引出線を備え、前記第１電極本体は、その一部が切り欠かれた切り欠き部が形成され、前記第２電極引出線は前記圧電部材の前記一方面上で、前記切り欠き部から外部へ引き出されていることを特徴とする。
【００１５】
また、他の一態様では、これら上述の圧電セルにおいて、前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型強誘電体であって、ＰＺＴもしくはＡサイト元素をＡとし、Ｂサイト元素をＢとした場合に、前記Ａには少なくともＰｂを含み、前記Ｂには少なくともＺｒおよびＴｉを含み、さらに前記ＡにはＢａ，Ｌａ、Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ、Ｋからなる集合と、前記ＢにはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉからなる集合の少なくとも１つ以上を含むことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）またはＰＺＴ系の圧電材料を用いた圧電セルが提供される。
【００１７】
また、他の一態様では、これら上述の圧電セルにおいて、前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、シリコン単結晶ウェハ上に成膜されたものであることを特徴とする。
【００１８】
シリコン単結晶ウェハの表面は、平滑性がよいので、この構成によれば、結晶性の優れた膜が得られる。また、この構成によれば、振動板の加工が容易である。
【００１９】
また、他の一態様では、これら上述の圧電セルにおいて、前記圧電部材の前記ペロブスカイト型強誘電体は、シリコン単結晶ウェハ上にスパッタ法によって成膜されたものであることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、スパッタ法を用いるので、例えばゾルゲル法の場合よりも量産性に優れ、また、得られる強誘電体の結晶性も優れたものとなる。
【００２１】
また、他の一態様にかかる圧電素子は、これら上述のいずれかの圧電セルを複数備えることを特徴とする。
【００２２】
このような構成の圧電素子は、これら上述のいずれかの圧電セルを備えるので、音波をより等方的に放射することができる。
【００２３】
また、他の一態様では、上述の圧電素子において、前記複数の圧電セルは、前記複数の圧電セルにおける前記第１および第２電極に前記所定の電圧をそれぞれ印加した場合に放射される該圧電素子としての音波が等方的であるように、配置されることを特徴とする。
【００２４】
このような構成の圧電素子は、個々の圧電セルに異方性が残っている場合でも、圧電素子としての音波が等方的に放射されるように各圧電セルが配置されるので、圧電素子全体として、より等方的に音波を放射することができる。なお、もちろん、個々の圧電セルは、上述したように、従来の圧電セルに較べて音波をより等方的に放射することができる。
【００２５】
また、他の一態様にかかる超音波探触子は、これら上述のいずれかの圧電素子を備えることを特徴とする。
【００２６】
このような構成の超音波探触子は、これら上述のいずれかの圧電素子を備えるので、音波をより等方的に放射することができる。
【００２７】
また、他の一態様にかかる超音波探触子は、線形独立な２方向に２次元アレイ状に配列された、これら上述のいずれかの複数の圧電素子を備えることを特徴とする。
【００２８】
このような構成の超音波探触子は、これら上述のいずれかの圧電素子を複数備えるので、前記複数の圧電素子が線形独立な２方向に２次元アレイ状に配列された場合であっても、音波をより等方的に放射することができる。このため、このような構成の超音波探触子によって超音波を送受信する際に、ビーム形成する場合でも、各圧電素子に対する各遅延時間処理や整相加算処理がより容易となる。
【００２９】
また、他の一態様では、これら上述の超音波探触子において、厚さが他の領域より薄い薄肉領域を持つ基板を備え、前記圧電セルは、前記基板の前記薄肉領域上に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、ｐＭＵＴ型の圧電素子を備えた超音波探触子が提供される。
【００３１】
また、他の一態様にかかる超音波診断装置は、これら上述のいずれかの超音波探触子を備えることを特徴とする。
【００３２】
このような構成の超音波診断装置は、これら上述のいずれかの超音波探触子を備えるので、音波をより等方的に放射することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明にかかる圧電セルならびにこの圧電セルを用いた圧電素子、超音波探触子および超音波診断装置は、音波をより等方的に放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態の超音波探触子における圧電部の背面図である。
【図５】実施形態の超音波探触子における圧電部の要部を拡大した正面図である。
【図６】実施形態の超音波探触子における圧電部の、図５に示すＩ−Ｉ線における断面図である。
【図７】圧電部の結晶を模式的に示す模式図およびその極点図である。
【図８】参考例として示す、単結晶の場合における結晶の模式図およびその極点図である。
【図９】圧電部の他の結晶を模式的に示す模式図およびその極点図である。
【図１０】実施形態の超音波探触子における他の構成の圧電部の要部を拡大した正面図である。
【図１１】実施形態の超音波探触子における圧電部の、図１０に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図１２】１個の圧電素子における複数の圧電セルの第１配置態様を示す正面図である。
【図１３】１個の圧電素子における複数の圧電セルの第２配置態様を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００３６】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す断面図である。図４は、実施形態の超音波探触子における圧電部の背面図である。図５は、実施形態の超音波探触子における圧電部の要部を拡大した正面図である。図６は、実施形態の超音波探触子における圧電部の、図５に示すＩ−Ｉ線における断面図である。
【００３７】
実施形態における超音波診断装置Ｓは、図１に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信すると共に、この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波（第２超音波信号）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内から来た第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備える。
【００３８】
この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不整合によって被検体内で第１超音波信号が反射した反射波（エコー）だけでなく、例えば微小気泡（マイクロバブル）等の超音波造影剤（コントラスト剤）が用いられている場合には、第１超音波信号に基づいて超音波造影剤の微小気泡で生成される超音波もある。超音波造影剤では、超音波の照射を受けると、超音波造影剤の微小気泡は、共振もしくは共鳴し、さらに一定の閾値以上の音圧では崩壊、消失する。超音波造影剤では、微小気泡の共振によって、あるいは微小気泡の崩壊、消失によって、超音波が生じている。
【００３９】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像処理部１４と、表示部１５と、制御部１６とを備えている。
【００４０】
操作入力部１１は、例えば、診断開始等を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボードやマウス等である。
【００４１】
送信部１２は、制御部１６の制御に従って、超音波探触子２に第１超音波信号を発信（送信）させる制御信号を生成するインターフェース回路である。送信部１２の制御信号は、ケーブル３を介して超音波探触子２へ供給される。
【００４２】
受信部１３は、制御部１６の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信するインターフェース回路であり、この受信信号を画像処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、ケーブル３の伝送損失（伝送ロス）を補償するべく、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器等を備えている。
【００４３】
画像処理部１４は、制御部１６の制御に従って、受信部１３で受信された、第１超音波信号に基づく被検体内から来た第２超音波信号における所定の周波数成分に基づいて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。前記所定の周波数成分は、例えば、基本波成分、ならびに、例えば２次高調波成分、３次高調波成分および４次高調波成分等の高調波成分を挙げることができる。画像処理部１４は、複数の周波数成分を用いて超音波画像を形成するように構成されてもよい。画像処理部１４は、例えば、受信部１３の出力に基づいて被検体の超音波画像を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）、および、表示部１５に超音波画像を表示すべく、前記ＤＳＰで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）等を備えて構成される。前記ＤＳＰは、例えば、Ｂモード処理回路、ドプラ処理回路およびカラーモード処理回路等を備え、いわゆるＢモード画像、ドプラ画像およびカラーモード画像の生成が可能とされている。
【００４４】
表示部１５は、制御部１６の制御に従って、画像処理部１４で生成された被検体の超音波画像を表示する装置である。表示部１５は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００４５】
制御部１６は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備え、これら超音波探触子２、操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４および表示部１５を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００４６】
また、超音波探触子（超音波プローブ）２は、被検体内に第１超音波信号を送信しこの第１超音波信号に基づく被検体内から来た第２超音波信号を受信する装置である。超音波探触子２は、例えば、図３に示すように、信号処理回路４２１を搭載した平板状の信号処理部４２と、信号処理部４２上に積層された平板状の音響制動部材（音響吸収部材、バッキング層、ダンパ層）４３と、この音響制動部材４３上に積層された圧電部５と、この圧電部５上に積層された保護層４１とを備えている。このように本実施形態の超音波探触子２は、信号処理部４２から音軸方向に沿って超音波送受信面に向かって、音響制動部材４３、圧電部５および保護層４１の順で順次に積層されている。
【００４７】
信号処理部４２は、例えば、前記信号処理回路４２１を搭載した基板等を備えている。この信号処理回路４２１は、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１と接続され、圧電部５に第１超音波信号を送信させるための送信信号の生成や、圧電部５で受信された第２超音波信号に基づく受信信号の生成等の、信号処理を行う回路である。
【００４８】
より具体的には、信号処理回路４２１は、送信部１２からケーブル３を介して送られてくる前記制御信号に基づいて圧電部５に第１超音波信号を送信させる電気信号の送信信号を生成する回路であり、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えている。そして、超音波探触子２の圧電部５が複数の圧電素子を備える場合には、信号処理回路４２１は、超音波探触子２を構成する複数の圧電素子によって所定方向（所定方位）にメインビーム（主ビーム）を形成した送信ビームの第１超音波信号を被検体内へ送信すべく、例えば、高圧パルス発生器で生成されるパスルに遅延回路で遅延時間を付与することによって駆動信号を生成する送信ビームフォーマ等も備えてよい。この信号処理回路４２１で生成された駆動信号は、複数の圧電素子のそれぞれに対し適宜に遅延時間を個別に設定した、パルス状の複数の信号であり、超音波探触子２における前記複数の圧電素子のそれぞれに供給される。この複数の駆動信号によって超音波探触子２は、各圧電素子から放射された超音波の位相が特定方向（特定方位、方向制御）（あるいは、特定の送信フォーカス点、深度制御）において一致し、その特定方向にメインビームを形成した送信ビームの第１超音波信号を発生する。前記所定方向は、前記複数の圧電素子によって形成される超音波信号の送受信面における法線方向を基準（０度）とした角度によって表される。このような電子走査方式には、リニア走査方式、セクタ走査方式およびコンベックス方式等がある。
【００４９】
そして、信号処理回路４２１は、信号処理に適した信号レベルに増幅するべく、圧電部５で受信された第２超音波信号に基づく受信信号を所定の増幅率で増幅する回路である。信号処理回路４２１には、送信時の送信ビームの形成と同様に、受信時もいわゆる整相加算することによって受信ビームが形成されてよい。すなわち、超音波探触子２における前記複数の圧電素子のそれぞれから出力される複数の出力信号に対し適宜に遅延時間が個別に設定され、これら遅延された複数の出力信号を加算することによって、各出力信号の位相が特定方向（特定方位）（あるいは、特定の受信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームが形成される。このような場合において、信号処理回路４２１は、例えば、前記増幅された各受信信号が入力される受信ビームフォーマ等を備えてよい。
【００５０】
このような信号処理回路４２１は、超音波診断装置本体１内に備えられても良いが、本実施形態のように超音波探触子２内に備えられることによって、超音波診断装置Ｓは、ケーブル３の線数を低減することができ、ケーブル３が曲げ易くなり、この結果、超音波探触子２の操作性を向上することができる。あるいは、超音波診断装置Ｓは、ケーブル３の線数を低減することができ、超音波内視鏡に好適な超音波探触子２を提供することができる。
【００５１】
音響制動部材４３は、超音波を吸収する材料（超音波吸収材）から構成され、主に、圧電部５から音響制動部材４３方向へ放射される超音波を吸収するものである。音響制動部材４３は、超音波を充分に減衰することによって圧電部５の音響的特性を良好に保つべく、使用される超音波の波長に対して充分な厚みを有していることが好ましい。また、音響制動部材４３は、圧電部５を機械的に支持するものであり、また、第１超音波信号のパルス波形を短くすべく音響的に制動をかけるものである。音響制動部材４３は、一般に、音響負荷部材、バッキング層、ダンパ層あるいは音響吸収部材とも呼ばれる。音響制動部材４３の材料として、例えばエポキシ樹脂等の樹脂に音響散乱粉体を混ぜた材料が挙げられる。このような材料では音響散乱粉体によって超音波の減衰率を大きくすることができる。音響散乱粉体は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、インジウム（Ｉｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）およびタンタル（Ｔａ）等を挙げることができるが、コストや入手の容易性から、タングステンが用いられることが好ましい。音響制動部材４３には、信号処理部４２と圧電部５とを電気的に接続するための貫通配線が圧電部５の圧電素子の個数に応じた個数で形成されている。
【００５２】
圧電部５は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電素子を備えている。圧電部５は、単体の圧電素子を備えて構成されても良いが、２次元超音波画像や３次元超音波画像を形成するべく、複数の圧電素子を備えて構成されて良い。これら複数の圧電素子は、例えば、互いに所定の間隔を空けて直線的に配列され、１次元リニアアレイ型超音波振動子を構成してもよく、また例えば、これら複数の圧電素子は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて互いに線形独立な２方向に、例えば、互いに直交する２方向にｊ行×ｋ列で配列され、２次元アレイ状に構成された２次元アレイ型超音波振動子を構成してもよい（ｊ、ｋは、正の整数である）。これら複数の圧電素子間には、相互干渉を低減するために、超音波を吸収する超音波吸収材が充填されてもよい。圧電部５の構造等について、さらに後述する。
【００５３】
保護層４１は、圧電部５を外部の環境から保護するとともに、診断に際して例えば生体等の被検体と当接し、圧電部５の音響インピーダンスと前記被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。そして、好ましくは、保護層４１は、被検体が生体である場合には、前記当接の際に、生体に不快感を与えることがない部材である。保護層４１は、例えば、人体に近い音響インピーダンスを持つ比較的柔軟なシリコーンゴム等から形成される。
【００５４】
なお、超音波探触子２は、超音波の波長帯域の波にレンズ作用を及ぼし、被検体に向けて送信される超音波を収束する部材である音響レンズをさらに保護層４１上に積層形成されてもよい。このような音響レンズは、円弧状に膨出した形状とされる。例えば、１次元リニアアレイ型超音波振動子において、この音響レンズは、走査面に対し直交する方向で第１超音波信号を収束する。なお、このような音響レンズは、保護層４１と一体に形成されてもよい。
【００５５】
圧電部５は、上述したように、単体の圧電素子を備えて構成されても良いが、本実施形態では、図４に示すように、複数の圧電素子６６を備えている。そして、圧電部５は、上述したように、１次元リニアアレイ型超音波振動子となるように構成されても良いが、本実施形態では、これら複数の圧電素子６６は、互いに直交する２方向にｊ行×ｋ列で２次元アレイ状に配列されている。
【００５６】
これら複数の圧電素子６６のそれぞれは、複数の圧電セル６（６Ａ、６Ｂ）を備えており、図４では、個々の圧電素子６６は、便宜的に二点破線で示されている。圧電セル６は、超音波探触子２の診断部位に応じた周波数に対応した周波数で共振するように設計され、その形状や１個の圧電素子６６での個数等が適宜に決定される。図４に示す例では、１個の圧電素子６６は、４個の圧電セル６を備えており、これら４個の圧電セル６は、互いに直交する２方向に２行×２列で２次元アレイ状に配列されており、これら４個の圧電セル６は、後述の各第１電極６２（６２Ａ、６２Ｂ）が共通接続されるとともに各第２電極６３（６３Ａ、６３Ｂ）が共通接続され、さらに、同時に駆動されるように信号処理部４２の信号処理回路４２１と電気的に接続されている。これによって、これら４個の圧電セル６は、１個の圧電素子６６として機能する。
【００５７】
本実施形態の圧電セル６は、ペロブスカイト型強誘電体から形成された圧電部材６１と、圧電部材６１に所定の電圧を印加するための一対の第１および第２電極６２、６３とを備え、圧電部材６１は、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜および（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜のうちのいずれか一方である。
【００５８】
極点図は、試料の配向状態を記述した図であり、球（投影球）の中心に試料を置いた場合に、その試料に含まれる特定の結晶面の法線ベクトルが前記球の球面を貫く位置に点（前記法線ベクトルと前記球の球面との交点）を打ち、その点（極）の分布を表した図あるいはその分布を平面（ポーラネット）に射影することによって得られた図、または、その点の分布を球面上の等高線によって表した図、または、その前記球面上の等高線を平面に投影することによって得られた図である。
【００５９】
このような極点図は、Ｘ線回折装置を用い、入射Ｘ線の入射方向を走査しつつ、測定したい結晶面のフラッグ角２θに配置されたＸ線検出器で、前記入射Ｘ線の回折Ｘ線を検出することによって得られる。極点図を得る極点測定方法は、例えば、特開２００１−５６３０４号公報や特開２００６−７１３７７号公報等に開示されている。
【００６０】
より具体的には、圧電セル６の第１態様として圧電セル６Ａは、図５および図６に示すように、圧電部材６１Ａと、第１電極６２Ａと、第２電極６３Ａとを備えている。圧電部材６１Ａは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）や、その他ＡＢＯ３型のＰＺＴ−ＰＭＮ等のペロブスカイト型強誘電体から層状（薄膜状）に形成される。このため、本実施形態における圧電セル６Ａは、ＰＺＴまたはＰＺＴ系の効果を享受することができる。
【００６１】
ここで、Ａサイト元素をＡとし、Ｂサイト元素をＢとした場合に、前記Ａには少なくともＰｂを含み、前記Ｂには少なくともＺｒおよびＴｉを含み、さらに前記ＡにはＢａ，Ｌａ、Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ、Ｋからなる集合と、前記ＢにはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉからなる集合の少なくとも１つ以上を含むものである。
【００６２】
そして、第１電極６２Ａおよび第２電極６３Ａは、圧電部材６１Ａの一方面上に配置され、圧電部材６１Ａに所定の電圧を印加するために一対で機能する。そして、圧電部材６１Ａならびに第１および第２電極６２Ａ、６３Ａは、圧電部材６１Ａが、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａに所定の電圧を印加した場合に第１および第２電極６２Ａ、６３Ａによって生じた電界の方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動されるように、それらの形状および配置が適宜に設計される。
【００６３】
例えば、図５および図６に示す例では、第１電極６２Ａは、相対的に大径の略環形状（略リング形状）とされる第１電極本体６２１Ａと、配線を行うために第１電極本体６２１Ａから引き出された第１電極引出線６２２Ａとを備え、圧電部材６１Ａの一方面上に形成される。第２電極６３Ａは、相対的に小径の略環形状（略リング形状）とされる第２電極本体６３１Ａと、配線を行うために第２電極本体６３１Ａから引き出された第２電極引出線６３２Ａとを備え、第２電極本体６３１Ａが第１電極本体６２１Ａの径内側に同心となるように、圧電部材６１Ａの一方面上に形成される。したがって、第１電極本体６２１Ａは、第２電極本体６３１Ａより大きな直径で形成されている。そして、第１電極本体６２１Ａは、第２電極引出線６３２Ａが圧電部材６１Ａの前記一方面上でその外部へ引き出されるように、その一部が切り欠かれ、切り欠き部が形成されている。なお、第２電極引出線６３２Ａが立体的に引き出される場合には、第１電極本体６２１Ａには、このような切り欠き部は、不要である。第１電極６２Ａは、プラス極の外側電極とされ、第２電極６３Ａは、マイナス極の内側電極とされる。これら第１および第２電極６２Ａ、６３Ａは、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）（それらの合金も含む）等で形成される。
【００６４】
このような構成の圧電セル６Ａでは、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａに所定の電圧が印加されると、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａ間に径方向に略沿った方向に電界が生じる。このように第１電極６２Ａと第２電極６３Ａとによって区画されたリング状領域が電界領域となっている。そして、この電界によって、圧電部材６１Ａは、この電界の方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動する。このため、本実施形態の圧電セル６Ａは、より効率よく駆動され得る。また、このような構成の圧電セル６Ａでは、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａは、圧電部材６１Ａの一方面上に配置されるため、これら第１および第２電極６２Ａ、６３Ａ間隔をより長く（大きく）設定することが容易であり、高感度化（単位圧力に対する出力電圧の向上化）を図り易い。
【００６５】
そして、本実施形態の圧電素子６６は、厚さが他の領域より薄い薄肉領域８１を持つ基板８を備え、圧電セル６Ａは、この基板８の薄肉領域８１上に形成されている。本実施形態における圧電セル６Ａは、いわゆるｐＭＵＴ型である。このため、本実施形態における圧電セル６Ａは、ｐＭＵＴの効果を享受することができる。
【００６６】
より具体的には、基板８は、板状体であり、下部基板８２と、上部基板８３とを備えている。上部基板８３上には、圧電セル６Ａが積層形成されており、上部基板８３は、下部基板８２によって支持される。下部基板８２には、圧電セル６Ａの第１電極本体６２１Ａに対応する位置に、第１電極本体６２１Ａの直径よりやや小さな直径の円筒形状の貫通孔８２１が形成されている。すなわち、貫通孔８２１では、上部基板８３が臨んでいる。この貫通孔８２１が形成されている領域に対応した上部基板８３の領域が前記薄肉領域８１となっている。上部基板８３は、圧電部材６１Ａにより良好な電位分布を生じさせるために、電気的な絶縁性を有する絶縁材料で形成され、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等から形成される。下部基板８２は、いわゆるＭＥＭＳ技術によって圧電セル６Ａおよび圧電素子６６を形成するべく、例えばシリコン（Ｓｉ）等から形成される。
【００６７】
このような構成の圧電素子６６では、圧電セル６Ａが送信信号によって駆動されると、薄肉領域８１が太鼓のように振動し、これによって超音波が放射され、一方、超音波が受信されると、薄肉領域８１が太鼓のように振動し、これによって圧電セル６Ａに受信信号として電圧が誘起される。ここで、第２電極６３Ａの第２電極本体６３１Ａの径内側領域に対応する圧電部材６１Ａは、存在していても良いが、より効率よく薄肉領域８１を振動させるために、本実施形態では、図５および図６に示すように、第２電極本体６３１Ａの径内側領域に対応する圧電部材６１Ａは、除去されており、上部基板８３が臨んでいる。
【００６８】
このように圧電素子６６は、圧電セル６Ａと、振動板となる薄肉領域８１とから成るユニモルフ構造のダイヤフラム構造となっており、圧電部材６１Ａの歪みを効率よく薄肉領域８１の撓み変形に変換することができる。ダイヤフラム構造は、その実効的な音響インピーダンスが被検体（例えば生体）の音響インピーダンスに整合するように設計されることによって、超音波探触子２は、超音波を効率よく被検体へ伝えることができる。より具体的には、ダイヤフラム構造におけるその剛性が最適化される。さらに、ダイヤフラム構造における、共振周波数、送信特性（例えば送信感度、送信周波数帯域）および受信特性（例えば受信感度、受信周波数帯域）に応じて、振動板（薄肉領域８１）の材料および厚さ、ダイヤフラム構造の直径、圧電部材６１Ａの厚さ、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａ間の間隔、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａの直径等が適宜に設計される。
【００６９】
このような圧電素子６６および圧電セル６Ａは、次の各工程（各製造プロセス）を経ることによって形成される。図７は、圧電部の結晶を模式的に示す模式図およびその極点図である。図７（Ａ）は、圧電部の結晶を模式的に示す模式図であり、図７（Ｂ）は、極点図である。図８は、参考例として示す、単結晶の場合における結晶の模式図およびその極点図である。図８（Ａ）は、結晶の模式図であり、図８（Ｂ）は、極点図である。
【００７０】
まず、シリコン基板、例えば厚さ４００μｍ程度の単結晶シリコンウェハ（単結晶Ｓｉウェハ）が用意される。単結晶Ｓｉウェハは、その厚さが３００μｍ〜７２５μｍであって直径が３インチ〜８インチ等の標準的なウェハであってよい。単結晶Ｓｉウェハの表面は、平滑性がよいので、この上に成膜することによって、結晶性の優れた誘電体膜が得られ、振動板の加工が容易である。はじめに、この単結晶Ｓｉウェハが熱酸化法によって熱酸化され、単結晶Ｓｉウェハに熱酸化膜（シリコン酸化膜、ＳｉＯ２膜）が１μｍ程度形成される。次に、このシリコン酸化膜と応力のバランスを取るために、このシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition法、ＣＶＤ法）によって１μｍ程度形成される。これらシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のそれぞれの各厚さは、成膜されるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との膜応力のバランスを取りながら、前記ダイヤフラム構造の振動板として必要な厚さとなるように調整される。この熱酸化法では、単結晶Ｓｉウェハが配置されたウェット酸化用熱炉内に酸素雰囲気（不活性ガスを含んでもよい）または水蒸気が導入され、前記酸素雰囲気または前記水蒸気の気体雰囲気中で単結晶Ｓｉウェハが、前記ウェット酸化用熱炉内を加熱することで高温に加熱され、その表面に所定の厚さ（例えば約１μｍ等）のシリコン酸化膜が形成される。シリコン窒化膜は、原料ガスに例えばＳｉＨ４およびＮＨ３を用いたＣＶＤ法によって成膜される。なお、これらシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜は、例えばスパッタ法等の他の成膜法によって形成されてもよい。したがって、シリコン酸化膜は、単結晶Ｓｉウェハの一部を改質することによって形成されてもよく、また、単結晶Ｓｉウェハ上に積層形成されてもよい。
【００７１】
次に、シリコン窒化膜上に厚さ２０ｎｍ程度のチタン膜（Ｔｉ膜）が例えばスパッタ法によって形成される。チタン膜成膜のスパッタ条件は、例えばアルゴン（Ａｒ）流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ、ターゲットに印加するＲＦパワー２００Ｗ、単結晶Ｓｉウェハの温度５３０℃である。次に、チタン膜成膜後に、ＲＴＡ炉（急速加熱炉）で酸素雰囲気中で７００℃程度に単結晶Ｓｉウェハを加熱することによってルチル構造を持つ酸化チタンが形成された。このように形成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜および酸化チタン膜の部分は、上部基板８３の一例に相当し、単結晶Ｓｉウェハの部分は、下部基板８２の一例に相当する。
【００７２】
次に、単結晶Ｓｉウェハの酸化チタン上に、ペロブスカイト型強誘電体膜であるＰＺＴ膜が形成された。このＰＺＴ膜は、圧電部材６１Ａの一例に相当する。このペロブスカイト型強誘電体膜の形成方法は、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜または（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜を形成することが可能であれば、所定の成膜法であってもよい。ペロブスカイト型強誘電体膜の形成方法は、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法やイオンプレーティング法等の物理成膜法、あるいは、ＭＯＣＶＤ法やゾルゲル法等の化学成膜法であってもよい。
【００７３】
例えば、本実施形態では、ペロブスカイト型強誘電体膜の形成方法には、スパッタ法が用いられた。スパッタ法は、例えばゾルゲル法の場合よりも量産性に優れ、また、得られる強誘電体の結晶性も優れたものとなる。このスパッタ法のターゲットには、Ｚｉ／Ｔｉ比がＭＰＢ（モロフォトロピック相境界）組成である５２／４８である部材が用いられた。このターゲットのＰｂ組成は、鉛（Ｐｂ）が高温成膜時に再蒸発し易く、形成された薄膜が鉛不足に成り易いため、ペロブスカイト結晶の化学量論比よりも多めに添加され、その添加量は、成膜温度に依るが、ターゲットのＰｂ量は、化学量論比よりも１０〜３０％増やすことが望ましい。そして、ＰＺＴ膜成膜のスパッタ条件は、Ａｒ流量２５ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ２）流量０．４ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ、基板温度５００℃およびＲＦパワー５００Ｗである。この条件によって、厚さ５μｍのＰＺＴ膜が形成された。
【００７４】
このようなスパッタ条件によって成膜したＰＺＴ膜をＸ線回折装置で測定したところ、ＰＺＴ膜は、（１００）主配向であり、その配向度は、９０％であった。そして、その極点図で確認したところ、（１１１）面は、図７（Ｂ）に示すように、リング状に観測された。すなわち、ＰＺＴ膜は、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜であった。したがって、ＰＺＴ膜は、図７（Ａ）に模式的に示すように、１軸配向回転であって、面内方向には配向していないと、推察される。すなわち、ＰＺＴ膜は、基板８に垂直な方向に配向しており、そして、基板８の表面に平行な面内では、無配向である。
【００７５】
なお、参考例として、単結晶では、図８（Ａ）に模式的に示すように、結晶は、完全配向しており、その（１１１）面の極点図は、図８（Ｂ）に示すように、４回対称のスポットとなる。
【００７６】
続いて、第１および第２電極６２Ａ、６３ＡとなるＴｉ／Ａｕ層（Ｔｉ／Ａｕ膜）が成膜される。このＴｉに代え、亜鉛（Ｚｎ）やニッケル（Ｎｉ）であってもよく、また、金（Ａｕ）に代え、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等であってもよい。次に、このＴｉ／Ａｕ層が例えばエッチングやリフトオフ等のフォトリソグラフィー技術を用いることによってパターニングされ、上述の形状の第１および第２電極６２Ａ、６３Ａが形成される。
【００７７】
次に、第２電極６３Ａの第２電極本体６３１Ａにおける径内側に対応するＰＺＴ膜が例えばエッチングによって除去される。
【００７８】
次に、第１電極６２Ａの第１電極本体６２１Ａに対応する位置に、第１電極本体６２１Ａの直径よりやや小さな直径の円筒形状で単結晶Ｓｉウェハが例えばエッチングによって除去され、上述の貫通孔８２１が形成される。
【００７９】
次に、ＰＺＴ膜の分極方向を電界印加方向に揃えるために、電気接続を行った後、第２電極６３Ａ−第１電極６２Ａ間に、数Ｖ／μｍ以上の強度の電界が印加され、分極処理が行われる。
【００８０】
これによってダイヤフラム構造のｐＭＵＴ型の圧電セル６Ａおよび圧電素子６６が形成される。
【００８１】
このような圧電セル６Ａ、圧電素子６６および超音波探触子２を備える超音波診断装置Ｓでは、診断の際に、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１６の制御によって送信部１２で制御信号が生成される。この生成された制御信号は、ケーブル３を介して超音波探触子２へ供給される。
【００８２】
超音波探触子２では、この制御信号によって信号処理部４２の信号処理回路４２１は、前記制御信号に基づいて圧電部５に第１超音波信号を送信させる電気信号の送信信号を生成し、この送信信号によって圧電部５は、第１超音波信号を送信する。例えば、本実施形態では、圧電部５では、各パルス信号が前記複数の圧電素子６６のそれぞれへ所定の遅延時間でそれぞれ供給される。圧電部５の圧電素子６６では、このパルス信号が供給されることによって各圧電セル６Ａの各圧電部材６１Ａが同期して径方向にそれぞれ歪み、その径方向の各歪みによって各薄肉領域８１が厚さ方向に同期してそれぞれ撓み変形して、各薄肉領域８１がそれぞれ同期して太鼓状に超音波振動する。
【００８３】
この撓み変形に際し、本実施形態では、圧電部材６１Ａは、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜であるため、等方的に変形する。すなわち、薄肉領域８１における厚さ方向に沿った任意の断面（静止状態の薄肉領域８１の平面をｘｙ平面とした場合にｚ軸に沿って前記ｚ軸を含む任意の断面）は、略同一となる。したがって、前記超音波振動による超音波は、より等方的に放射される。すなわち、ｒθφ球座標（静止状態の薄肉領域８１の平面をｘｙ平面とし音軸方向をｚ軸としたｘｙｚ座標系に対し、θをｚ軸となす角とし、φをｘ軸となす角としたｒθφ球座標）において、θが同じであれば、任意のφの放射方向で、前記超音波振動による超音波は、略同一の強度となる。
【００８４】
そして、本実施形態では、圧電部材６１Ａがペロブスカイト型強誘電体であって、（１００）配向膜であるので、音軸に沿った方向に配向させることによって、高い圧電定数を持った部材となり、変換効率が高く、より強い強度の音波を放射することができる。
【００８５】
また、本実施形態では、圧電素子６６の圧電セル６Ａは、上述のように、電界の方向と同じ方向（３３方向）の歪みを利用する３３モードで駆動されるため、より効率よく駆動され得る。
【００８６】
そして、上記超音波振動によって、圧電部５は、第１超音波信号を放射する。圧電部５から音響制動部材４３方向へ放射された第１超音波信号は、音響制動部材４３によって吸収される。また、圧電部５から保護層４１方向へ放射された第１超音波信号は、保護層４１を介して放射される。超音波探触子２が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子２から被検体に対して第１超音波信号が送信される。
【００８７】
なお、超音波探触子２は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。
【００８８】
この被検体に対して送信された超音波は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる１または複数の境界面で反射され、超音波の反射波となる。あるいは超音波造影剤が被検体内に注入されている場合には、第１超音波信号に起因して超音波造影剤によって超音波が生成される。この超音波には、送信された第１超音波信号の周波数（基本波の基本周波数）成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の２倍、３倍および４倍等の２次高調波成分、３次高調波成分および４次高調波成分等も含まれる。この超音波は、超音波探触子２で受信される。より具体的には、この超音波は、保護層４１を介して圧電部５における圧電素子６６で受信される。すなわち、この超音波は、圧電部５で受信され、圧電素子６６の圧電セル６Ａで機械的な振動が電気信号に変換されて受信信号として取り出される。
【００８９】
そして、圧電部５で取り出されたこの電気信号の受信信号は、信号処理部４２の信号処理回路４２１で受信処理され、ケーブル３を介して制御部１６で制御される受信部１３で受信される。受信部１３は、この入力された受信信号を増幅等の処理を行い、画像処理部１４へ出力する。
【００９０】
ここで、上述において、方位およびフォーカス深度（観察点）を変えながら電子走査を行うべく、圧電部５から順次に第１超音波信号が被検体に向けて送信され、被検体で反射した第２超音波信号が圧電部５で受信される。
【００９１】
そして、画像処理部１４は、制御部１６の制御によって、受信部１３で処理された受信信号に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度等から被検体の超音波画像を生成する。例えば、画像処理部１４では、フィルタ法によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基づいてハーモニックイメージング技術を用いて被検体内部の内部状態の超音波画像が生成される。また例えば、画像処理部１４では、位相反転法（パルスインバージョン法）によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基づいてハーモニックイメージング技術を用いて被検体内部の内部状態の超音波画像が生成される。そして、表示部１５は、制御部１６の制御によって、画像処理部１４で生成された被検体の超音波画像を表示する。
【００９２】
なお、上述の実施形態において、圧電部材６１Ａは、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜であったが、図９に示すように、（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜であってもよい。図９は、圧電部の他の結晶を模式的に示す模式図およびその極点図である。図９（Ａ）は、圧電部の結晶を模式的に示す模式図であり、図９（Ｂ）は、極点図である。このような（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜の圧電部材６１Ａは、上述の製造プロセスにおいて、前記酸化チタンに代え、前記シリコン酸化膜上に酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）を成膜することによって、形成される。このような製造プロセスでは、ＭｇＯ膜が（１１１）配向であるため、ＭｇＯ膜状に形成されるＰＺＴ膜もＭｇＯ膜の（１１１）配向を引き継ぎ、（１１１）配向のＰＺＴ膜となるものと、発明者は、推察している。
【００９３】
一方、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向のＰＺＴ膜を成膜する前述の製造プロセスでは、表面がより平らであって結晶性がより良い下地を形成すると、（１００）配向のＰＺＴ膜が形成され易い。（１００）配向膜は、ＰＺＴ膜において、表面エネルギーが最も小さい状態である。このため、下地の影響が少ない状態では、このエネルギー的に最も安定している（１００）配向のＰＺＴ膜が形成されるものと、発明者は、推察している。
【００９４】
また、上述の実施形態において、圧電部５の圧電セル６Ａの構造は、上述した図５および図６に示す構造だけでなく、図１０および図１１に示す構造の第２態様の圧電セル６Ｂであってもよい。図１０は、実施形態の超音波探触子における他の構成の圧電部の要部を拡大した正面図である。図１１は、実施形態の超音波探触子における圧電部の、図１０に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００９５】
図１０および図１１に示す構造の圧電セル６Ｂは、薄肉領域８１の直径よりも若干小さな直径である。この圧電セル６Ｂは、ペロブスカイト型強誘電体から形成された圧電部材６１Ｂと、圧電部材６１Ｂに所定の電圧を印加するための一対の第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂとを備え、圧電部材６１Ｂは、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜および（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜のうちのいずれか一方である。
【００９６】
より具体的には、図１０および図１１に示すように、圧電セル６Ｂは、圧電部材６１Ｂと、第１電極６２Ｂと、第２電極６３Ｂとを備えている。圧電部材６１Ｂは、例えばＰＺＴや、ＰＺＴ系等のペロブスカイト型強誘電体から層状（薄膜状）に形成され、そして、平面視にて、薄肉領域８１の直径よりも若干小さな直径の円形形状で形成されている。第１電極６２Ｂおよび第２電極６３Ｂは、圧電部材６１Ｂの一方面上に配置され、圧電部材６１Ｂに所定の電圧を印加するために一対で機能する。そして、圧電部材６１Ｂならびに第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂは、圧電部材６１Ｂが、第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂに所定の電圧を印加した場合に第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂによって生じた電界の方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動されるように、それらの形状および配置が適宜に設計される。
【００９７】
例えば、図１０および図１１に示す例では、第１電極６２Ｂは、相対的に大径の略環形状（略リング形状）とされる第１電極本体６２１Ｂと、配線を行うために第１電極本体６２１Ｂから引き出された第１電極引出線６２２Ｂとを備え、圧電部材６１Ｂの一方面上に形成される。第２電極６３Ｂは、相対的に小径の円形状とされる第２電極本体６３１Ｂと、配線を行うために第２電極本体６３１Ｂから引き出された第２電極引出線６３２Ｂとを備え、第２電極本体６３１Ｂが第１電極本体６２１Ｂの径内側に同心となるように、圧電部材６１Ｂの一方面上に形成される。したがって、第１電極本体６２１Ｂは、第２電極本体６３１Ｂより大きな直径で形成されている。そして、第１電極本体６２１Ｂは、第２電極引出線６３２Ｂが圧電部材６１Ｂの前記一方面上でその外部へ引き出されるように、その一部が切り欠かれ、切り欠き部が形成されている。なお、第２電極引出線６３２Ｂが立体的に引き出される場合には、第１電極本体６２１Ｂには、このような切り欠き部は、不要である。第１電極６２Ｂは、プラス極の外側電極とされ、第２電極６３Ｂは、マイナス極の内側電極とされる。これら第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂは、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）（それらの合金も含む）等で形成される。
【００９８】
このような構成の圧電セル６Ｂでは、第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂに所定の電圧が印加されると、第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂ間に径方向に略沿った方向に電界が生じる。このように第１電極６２Ｂと第２電極６３Ｂとによって区画されたリング状領域が電界領域となっている。そして、この電界によって、圧電部材６１Ｂは、この電界の方向に略沿った方向に分極して３３モードで駆動する。このため、本実施形態の圧電セル６Ａは、より効率よく駆動され得る。また、このような構成の圧電セル６Ｂでは、第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂは、圧電部材６１Ｂの一方面上に配置されるため、これら第１および第２電極６２Ｂ、６３Ｂ間隔をより長く（大きく）設定することが容易であり、高感度化（単位圧力に対する出力電圧の向上化）を図り易い。
【００９９】
そして、本実施形態の圧電素子６６は、厚さが他の領域より薄い薄肉領域８１を持つ基板８を備え、圧電セル６Ｂは、この基板８の薄肉領域８１上に形成されている。本実施形態における圧電素子６６は、いわゆるｐＭＵＴ型である。このため、本実施形態における圧電セル６Ａは、ｐＭＵＴの効果を享受することができる。
【０１００】
このような構成の圧電セル６Ｂも圧電セル６Ａと同様な作用効果を奏する。
【０１０１】
また、上述の実施形態において、圧電素子６６の複数の圧電セル６Ａ、６Ｂは、それぞれ、平面視で任意の位置に配置されてよいが、圧電部５の複数の圧電セル６Ａ、６Ｂは、これら複数の圧電セル６Ａ、６Ｂにおける第１および第２電極６２Ａ、６３Ａ；６２Ｂ、６３Ｂに所定の電圧をそれぞれ印加した場合に放射される該圧電素子６６としての音波が等方的に放射されるように、配置されることが好ましい。
【０１０２】
図１２は、１個の圧電素子における複数の圧電セルの第１配置態様を示す正面図である。図１３は、１個の圧電素子における複数の圧電セルの第２配置態様を示す正面図である。
【０１０３】
個々の圧電セル６Ａ、６Ｂは、上述したように、圧電部材６１Ａ、６１Ｂが、（１１１）面の極点図がリング状に分布した（１００）配向膜および（１００）面の極点図がリング状に分布した（１１１）配向膜のうちのいずれか一方であるため、従来に較べてより等方的に音波が放射される。第２電極引出線６２２Ａ、６３２Ｂが例えばワイヤーボンディング等のように立体的に配線される場合には、第１および第２電極本体６２１Ａ、６３１Ｂは、これらの同心点を中心にｎ回対称（ｎは２以上の任意の整数）であり、音波が等方的に放射される。しかしながら、図５および図６に示す圧電セル６Ａならびに図１０および図１１に示す圧電セル６Ｂは、第１および第２電極６２Ａ、６３Ａ；６２Ｂ、６３Ｂを圧電部材６１Ａ、６１Ｂの同一面上に形成しているため、第１および第２電極本体６２１Ａ、６３１Ｂが第１および第２電極引出線６２２Ａ、６３２Ｂを引き出すための前記切り欠き部を有し、その対称性が崩れている。このため、圧電セル６Ａ、６Ｂは、音波の放射の点で、若干の異方性を有し、完全な等方性ではない。すなわち、圧電セル６Ａ、６Ｂは、音波の放射の点で、その第１および第２電極本体６２１Ａ、６２１Ｂの平面視での非対称性に起因する若干の異方性を有している。そこで、前記若干の異方性を見かけ上無くし、１個の圧電素子６６全体として、音波が等方的に放射されるように、当該圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａ、６Ｂが配置されることが好ましい。このように、このような構成の圧電素子６６は、個々の圧電セル６Ａ、６Ｂに異方性が残っている場合でも、圧電素子６６としての音波が等方的に放射されるように各圧電セル６Ａ、６Ｂが配置されるので、圧電素子６６全体として、より等方的に音波を放射することができる。
【０１０４】
圧電セル６Ａおよび圧電セル６Ｂは、同様に構成することができるが、ここでは、圧電セル６Ａの場合について、図１２および図１３を用いて、より具体的に説明する。
【０１０５】
より具体的には、例えば、第１配置態様では、図１２に示すように、１個の圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａが、互いに直交する２方向に２ｌ行×２ｍ列で２次元アレイ状に配列されている場合に、１個の圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａのうちの互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ、６Ａにおいて、これら２個の圧電セル６Ａ、６Ａは、音波の放射の点で前記異方性を有する箇所を互いに対向させて配置される。すなわち、互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ、６Ａにおける一方の圧電セル６Ａの第１電極本体６２１Ａの前記切り欠き部と、その他方の圧電セル６Ａの第１電極本体６２１Ａの前記切り欠き部とが、互いに向き合うように、これら互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ、６Ａは、配置される。
【０１０６】
図１２に示す例では、１個の圧電素子６６は、互いに直交する２方向に２行×２列で２次元アレイ状に配列された４個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２、６Ａ−２１、６Ａ−２２を備え、互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２における一方の圧電セル６Ａ−１１の第１電極本体６２１Ａ−１１の前記切り欠き部と、その他方の圧電セル６Ａ−１２の第１電極本体６２１Ａ−１２の前記切り欠き部とが、互いに向き合うように、これら互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２は、配置され、互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−２１、６Ａ−２２における一方の圧電セル６Ａ−２１の第１電極本体６２１Ａ−２１の前記切り欠き部と、その他方の圧電セル６Ａ−２２の第１電極本体６２１Ａ−２２の前記切り欠き部とが、互いに向き合うように、これら互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−２１、６Ａ−２２は、配置される。そして、互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２における第２電極引出線６３２Ａ−１１と第２電極引出線６３２Ａ−１２とは、一直線となるように配置され、互いに隣接する２個の圧電セル６Ａ−２１、６Ａ−２２における第２電極引出線６３２Ａ−２１と第２電極引出線６３２Ａ−２２とは、一直線となるように配置される。このように１個の圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａが第１配置態様で配置されることによって、圧電素子６６は、全体として、さらにより等方的に音波を放射することができる。
【０１０７】
また、例えば、第２配置態様では、図１３に示すように、１個の圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａが、複数の圧電セル６Ａおける各第１および第２電極６２Ａ、６３Ａの各同心点を、正多角形の各頂点位置にそれぞれ一致させて配列されている場合において、これら複数の圧電セル６Ａは、音波の放射の点で前記異方性を有する箇所を前記正多角形の重心位置（外接円の中心位置）に向けて配置される。すなわち、これら複数の圧電セル６Ａおける各第１電極本体６２１Ａの前記各切り欠き部が前記正多角形の重心位置（外接円の中心位置）に向くように、これら複数の圧電セル６Ａは、配置される。言い換えれば、複数の圧電セル６Ａおける各第１および第２電極６２Ａ、６３Ａの各同心点を、同一円周上に周方向に等間隔で配置するとともに、これら複数の圧電セル６Ａおける各第１電極本体６２１Ａの前記各切り欠き部が前記円の中心に向くように、これら複数の圧電セル６Ａは、配置される。
【０１０８】
図１３に示す例では、１個の圧電素子６６は、正方形の各頂点位置に各第１および第２電極６２Ａ、６３Ａの各同心点を一致させて配列された４個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２、６Ａ−２１、６Ａ−２２を備え、各圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２、６Ａ−２１、６Ａ−２２における第１電極本体６２１Ａ−１１、６２１Ａ−１２、６２１Ａ−２１、６２１Ａ−２２の前記各切り欠き部が、前記正方形の重心位置（外接円の中心位置）に向くように、これら４個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２、６Ａ−２１、６Ａ−２２は、配置される。そして、対角で配置されている２個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−２２における第２電極引出線６３２Ａ−１１と第２電極引出線６３２Ａ−２２とは、一直線となるように配置され、対角で配置される２個の圧電セル６Ａ−１２、６Ａ−２１における第２電極引出線６３２Ａ−１２と第２電極引出線６３２Ａ−２１とは、一直線となるように配置され、これら４個の圧電セル６Ａ−１１、６Ａ−１２、６Ａ−２１、６Ａ−２２における第２電極引出線６３２Ａ−１１、６３２Ａ−１２、６３２Ａ−２１、６３２Ａ−２２は、一点で交差している。このように１個の圧電素子６６における複数の圧電セル６Ａが第２配置態様で配置されることによって、圧電素子６６は、全体として、さらにより等方的に音波を放射することができる。
【０１０９】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【０１１０】
Ｓ  超音波診断装置
２  超音波探触子
６Ａ、６Ｂ  圧電セル
６１Ａ、６１Ｂ  圧電部材
６６  圧電素子
８１  薄肉領域
【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】
0005692042.tif 000006
【図６】
0005692042.tif 000007
【図７】
0005692042.tif 000008
【図８】
0005692042.tif 000009
【図９】
0005692042.tif 000010
【図１０】
0005692042.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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