(57)【要約】【課題】複数の振動素子からなるアレイ振動子を広帯域化し、特に、基本波及び高調波を感度良く受信できるようにする。【解決手段】スパース型２Ｄアレイ振動子６，８は、複数の送信素子１０と、複数の第１受信素子１４と、複数の第２受信素子１６と、複数の非使用素子１２とを有する。第１受信素子１４は基本波を受信する素子であり、第２受信素子１６は高調波を受信する素子である。このように複数種類の受信素子が設けられているためそれら全体として広い周波数にわたって受信信号を受信することが可能となる。受信素子セット１３を構成して各受信素子セット１３ごとに共通の信号線を接続するようにしてもよい。【選択図】        図１
2004222827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子からなる二次元アレイ振動子を備え、
前記複数の素子には、
生体からの反射波中の基本波に対応した周波数特性を有する複数の第１受信素子と、
前記反射波中の高調波に対応した周波数特性を有する複数の第２受信素子と、
が含まれ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、
前記複数の素子には、更に、生体へ超音波を送信する複数の送信素子が含まれ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、
前記複数の第２受信素子には、複数種類の高調波を受信するための複数種類の第２受信素子が含まれることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記二次元アレイ振動子は、スパース型二次元アレイ振動子であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記二次元アレイ振動子上で、前記複数の送信素子が中央部に密集して配置され、前記複数の第１受信素子及び前記第２受信素子が周辺部に分散して配置されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、
前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みと同じ第２の厚みを有し、且つ、第１の組成とは異なる第２の組成をもって構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、
前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有し、且つ、前記第１の組成と同じ第２の組成をもって構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、
前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有し、且つ、前記第１の組成とは異なる第２の組成をもって構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
請求項７又は８記載の超音波探触子において、
前記複数の第１受信素子の上面レベルと前記複数の第２受信素子の上面レベルは同一であり、
前記複数の第１受信素子の下面レベルと前記複数の第２受信素子の下面レベルを同一にするために、前記複数の第１受信素子及び前記複数の第２受信素子の一方の振動部の下面側に音響吸収作用をもったスペーサ部材が配置されたこと特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
複数の素子からなる二次元アレイ振動子を備え、
前記複数の素子には、複数の送信素子と、複数の受信素子セットと、が含まれ、
前記各受信素子セットは、互いに周波数特性が異なる複数の受信素子で構成されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１１】
請求項１０記載の超音波探触子において、
前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子は隣接配置されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波探触子において、
前記各受信素子セットの受信素子数は互いに同一であり、且つ、前記各受信素子セットの受信素子配列は互いに同一であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１３】
生体へ超音波を送信する送信素子グループと、生体からの反射波に含まれる基本波及び高調波を受信するための互いに周波数特性が異なる複数の受信素子グループと、を有する二次元アレイ振動子と、
前記送信素子グループに対応して設けられた送信ビームフォーマーと、
前記各受信素子グループごとに設けられた複数の受信ビームフォーマーと、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
生体へ超音波を送信する複数の送信素子と、生体からの反射波に含まれる基本波及び高調波を受信するための複数の受信素子と、を有する二次元アレイ振動子と、
前記複数の送信素子に対応して設けられた送信ビームフォーマーと、
前記複数の受信素子に対応して設けられた受信ビームフォーマーと、
を含み、
前記複数の受信素子には複数の受信素子セットが含まれ、
前記各受信素子セットは互いに周波数特性が異なる複数の受信素子によって構成されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の超音波診断装置において、
前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子に対して信号線の一方端が共通接続され、
前記受信ビームフォーマーには前記各受信素子セットに接続された複数の信号線の他方端が接続されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の超音波装置において、
前記受信ビームフォーマーの出力から特定周波数成分を抽出するフィルタ手段が設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の超音波診断装置において、
前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子に対して信号線の一方端が素子選択器を介して共通接続され、
前記受信ビームフォーマーには前記各受信素子セットに接続された複数の信号線の他方端が接続されたことを特徴とする超音波診断装置。
【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及び超音波診断装置に関し、特に二次元アレイ振動子を有する超音波探触子及びそれを備えた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２Ｄアレイ振動子は、複数の振動素子（トランスデューサ）を二次元的に配列したものである。この２Ｄアレイ振動子が組み込まれた超音波探触子を用いて、生体内の三次元領域に対して超音波の送受波がなされる。２Ｄアレイ振動子を構成する全振動素子を使用する場合、極めて多数の信号線と電子回路とが必要となるため、全振動素子の一部のみを有効素子として使用するスパース型アレイ振動子が実用化されている。このスパース型アレイ振動子の場合、例えば、複数の有効素子が分散配置され、それ以外の振動素子は使用されない無効素子とされる。複数の有効素子としては、送信素子、受信素子及び送受素子の内で２種類又は３種類が採用される。なお、従来のアレイ振動子を構成する各素子は、一般には、同一材料で同一形態をもって構成される。
【０００３】
一方、最近では、生体組織の非線形性などに起因して受信波に含まれる高調波成分を例えば断層画像として画像化する高調波映像技術が提案されている。高調波の画像化に当たっては、広帯域のアレイ振動子が用いられ、送信時には基本波成分をもった送信波が送波され、受信時には基本波成分に加えて高調波が重畳した受信波が受波される。それにより得られた受信信号中の高調波成分が抽出され、それに基づいて超音波画像が形成される。なお、基本波、二次高調波、三次高調波、・・・、といった複数の成分の中の１又は複数を利用して超音波画像が形成される場合もある。
【０００４】
なお、下記の特許文献１には、二次元アレイ振動子において、送信素子と受信素子とで互いに異なる材料を用いたものが記載されている。送信素子は基本波に対応する周波数特性を有し、受信素子は二次高調波に対応した周波数特性を有する。しかし、この特許文献１に複数種類の受信素子を配置すること、つまり受信帯域を広帯域にすることについては記載されていない。下記の特許文献２には、高調波を受信する複数の受信素子を有する二次元アレイ振動子が開示されている。しかし、複数種類の受信素子の配置に関する具体的構成については開示されていない。下記の特許文献３には、送信素子と受信素子に対して共通の信号線を接続する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７６０６７号公報
【特許文献２】
米国特許第６０１４８９７号明細書
【特許文献３】
特開２０００−２９１７４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、受信素子の広帯域化にも限度があり、基本波及び高調波の両方について十分な感度を得られないという問題がある。つまり、基本波による画像形成、高調波による画像形成、基本波及び高調波の両成分による画像形成などに当たって好適な超音波探触子及び超音波診断装置が要望される。
【０００７】
本発明の目的は、広帯域のアレイ振動子を実現することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、基本波及び高調波を感度良く受信することができるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、基本波及び高調波の一方又は両方に基づく超音波画像の画質を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、複数の素子からなる二次元アレイ振動子を備え、前記複数の素子には、生体からの反射波中の基本波に対応した周波数特性を有する複数の第１受信素子と、前記反射波中の高調波に対応した周波数特性を有する複数の第２受信素子と、が含まれることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、受信素子として、主として基本波を受信する第１受信素子と、主として高調波を受信する第２受信素子とが設けられているため、それら全体としての受信周波数帯域を広帯域にすることができる。ここで、第１受信素子は送受兼用の素子あってもよい。複数種類の高調波（二次高調波、三次高調波、・・・）を受信する場合には、各高調波ごとに専用の第２受信素子を設けるのが望ましい。
【００１２】
よって、上記構成によれば、超音波探触子を交換することなく、単一の超音波探触子で、生体内の三次元領域からの基本波及び高調波の両方の受信を行うことができる。例えば、基本波によって画像を形成する場合には第１受信素子からの受信信号だけを選択的に利用してもよいし、高調波によって画像を形成する場合には第２受信素子からの受信信号だけを選択的に利用してもよい。あるいは、基本波と高調波の両方によって画像を形成する場合には第１受信素子からの受信信号及び第２受信素子からの受信信号の両者を併用すればよい。上記超音波探触子は、そのような多様な用途に適合できるものである。
【００１３】
望ましくは、前記複数の素子には、更に、生体へ超音波を送信する複数の送信素子が含まれる。超音波の送信は送信素子だけによって行わせてもよいし、更に送受信兼用素子を配置して、その送受信兼用素子にも超音波の送信を行わせてもよい。
【００１４】
望ましくは、前記複数の第２受信素子には、複数種類の高調波を受信するための複数種類の第２受信素子が含まれる。この構成によれば、複数種類の高調波を利用して画像処理や計測などを行うことができる。
【００１５】
望ましくは、前記二次元アレイ振動子は、スパース型二次元アレイ振動子である。スパース型の場合には、振動子面上に不使用部分（通常は無効素子が位置する部分）が多く存在するため、その一部又は全部を受信素子の配置に利用できる。
【００１６】
望ましくは、前記二次元アレイ振動子上で、前記複数の送信素子が中央部に密集して配置され、前記複数の第１受信素子及び前記第２受信素子が周辺部に分散して配置される。上記構成によればサイドローブを抑圧しつつ感度の向上を図れる。
【００１７】
望ましくは、前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みと同じ第２の厚みを有し、且つ、第１の組成とは異なる第２の組成をもって構成される。
【００１８】
望ましくは、前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有し、且つ、前記第１の組成と同じ第２の組成をもって構成される。
【００１９】
望ましくは、前記複数の第１受信素子の振動部は、第１の厚みを有し、且つ、第１の組成をもって構成され、前記複数の第２受信素子の振動部は、前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有し、且つ、前記第１の組成とは異なる第２の組成をもって構成される。
【００２０】
望ましくは、前記複数の第１受信素子の上面レベルと前記複数の第２受信素子の上面レベルは同一であり、前記複数の第１受信素子の下面レベルと前記複数の第２受信素子の下面レベルを同一にするために、前記複数の第１受信素子及び前記複数の第２受信素子の一方の振動部の下面側に音響吸収作用をもったスペーサ部材が配置される。この構成によれば、各受信素子の下面レベルを揃えてバッキング上への配置が容易となる。スペーサ部材は事実上バッキングの機能を発揮するものである。
【００２１】
（２）本発明は、複数の素子からなる二次元アレイ振動子を備え、前記複数の素子には、複数の送信素子と、複数の受信素子セットと、が含まれ、前記各受信素子セットは、互いに周波数特性が異なる複数の受信素子で構成されることを特徴とする。
【００２２】
各受信素子ごとに広帯域化は困難であっても、各受信素子セットを構成すれば受信素子セット全体として広帯域化を図れる。
【００２３】
望ましくは、前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子は隣接配置される。この構成によれば、基本波及び高調波で個々の受信点のズレを小さくできる。
【００２４】
望ましくは、前記各受信素子セットの受信素子数は互いに同一であり、且つ、前記各受信素子セットの受信素子配列は互いに同一である。
【００２５】
（３）本発明は、生体へ超音波を送信する送信素子グループと、生体からの反射波に含まれる基本波及び高調波を受信するための互いに周波数特性が異なる複数の受信素子グループと、を有する二次元アレイ振動子と、前記送信素子グループに対応して設けられた送信ビームフォーマーと、前記各受信素子グループごとに設けられた複数の受信ビームフォーマーと、を含むことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、各周波数帯域ごとに並列的に複数の受信信号を整相加算処理できる。
【００２７】
（４）本発明は、生体へ超音波を送信する複数の送信素子と、生体からの反射波に含まれる基本波及び高調波を受信するための複数の受信素子と、を有する二次元アレイ振動子と、前記複数の送信素子に対応して設けられた送信ビームフォーマーと、前記複数の受信素子に対応して設けられた受信ビームフォーマーと、を含み、  前記複数の受信素子には複数の受信素子セットが含まれ、前記各受信素子セットは互いに周波数特性が異なる複数の受信素子によって構成されたことを特徴とする。
【００２８】
望ましくは、前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子に対して信号線の一方端が共通接続され、前記受信ビームフォーマーには前記各受信素子セットに接続された複数の信号線の他方端が接続される。この構成によれば、各信号線によって基本波信号及び高調波信号の両者を伝送でき、結果として、広帯域の受信素子を用いた場合と同様の結果を得られる。
【００２９】
望ましくは、前記受信ビームフォーマーの出力から特定周波数成分を抽出するフィルタ手段が設けられる。フィルタ手段としては、各周波数帯域ごとに個別的にフィルタを設けてもよいし、単一のフィルタの周波数特性を切り換えるようにしてもよい。
【００３０】
望ましくは、前記各受信素子セットを構成する複数の受信素子に対して信号線の一方端が素子選択器を介して共通接続され、前記受信ビームフォーマーには前記各受信素子セットに接続された複数の信号線の他方端が接続される。素子選択器は受信帯域選択器に相当し、動作条件に応じて素子選択を行わせてもよいし、時分割で高速かつ交互に素子選択を行わせてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１には、本発明に係る２Ｄアレイ振動子の素子配列（素子パターン）が示されている。図１において（ａ）は、スパース型２Ｄアレイ振動子の第１例を示しており、（ｂ）はスパース型２Ｄアレイ振動子の第２例を示している。
【００３３】
図１の（ａ）において、スパース型２Ｄアレイ振動子６は縦方向及び横方向に整列した複数の振動素子によって構成される。ここで、各振動素子の大きさは０．３×０．３（ｍｍ）であり、その厚さは例えば０．５（ｍｍ）である。縦方向には例えば４０個の振動素子が整列しており、横方向には例えば４０個の振動素子が整列している。
【００３４】
（ａ）において、符号１０は送信素子を示している。符号１２は非使用素子（無効素子）を示している。符号１４は第１受信素子を示しており、符号１６は第２受信素子を示している。これについては、後述する（ｂ）に示すスパース型２Ｄアレイ振動子８についても同様である。
【００３５】
図示例では、第１受信素子１４は、生体からの反射波の内で基本波（中心周波数ｆ）を検出するものであり、第２受信素子１６は反射波中の高調波（中心周波数２ｆ）を検出するものである。この第２受信素子１６はいわゆる２次高調波を検出するものであるが、更に３次高調波、それ以上の高調波などを検出する受信素子を設けるようにしてもよい。また、送受信で兼用される振動素子を設けるようにしてもよい。送信素子１０は中心周波数ｆの超音波を送信する。
【００３６】
（ａ）において、複数の送信素子１０からなる送信素子グループはアレイ面上の中央部に密集して配置されている。また、複数の第１受信素子１４からなる第１受信素子グループ、及び、複数の第２受信素子１６からなる第２受信素子グループは、アレイ面上における周辺部に分散して配置されている。アレイ面上におけるその他の部分には複数の非使用素子１２が配置されている。このように、中央部に対して複数の送信素子１０を密集配置し、その一方において、周辺部に複数の受信素子１４，１６を配置することにより、超音波ビームの指向性を良好にして高感度の受信を達成することができる。
【００３７】
複数の第１受信素子１４及び複数の第２受信素子１６はランダム的に配置されており、これによってサイドローブが低減されている。
【００３８】
すなわち、スパース型２Ｄアレイ振動子はアレイ面上に存在する全振動素子の中で一部の振動素子を有効素子として利用することにより、全振動素子を用いた場合に近い良好な送受信特性を得るものである。
【００３９】
（ｂ）に示すスパース型２Ｄアレイ振動子８は、基本的には、（ａ）に示したスパース型２Ｄアレイ振動子６と同様の構成を有しており、すなわちそのアレイ面上における中央部に複数の送信素子１０が密集配置され、アレイ面上における周辺部に複数の第１受信素子１４及び複数の第２受信素子１６が分散配置されている。ただし、スパース型２Ｄアレイ振動子８においては、図示されるように、１つの第１受信素子１４及び１つの第２受信素子１６によって受信素子セット１３が構成されており、具体的には、周辺部に複数の受信素子セット１３が分散配置されている。
【００４０】
図示の例では、各受信素子セット１３はそれぞれ同一の振動素子数を有しており、またその振動素子配置（形状）も同一である。具体的には、（ｂ）に示す例では、右側に第１受信素子１４が配置され、それに隣接して左側に第２受信素子１６が配置されている。このような複数種類の受信素子を隣接配置することにより、セットの重心点（中心点）を受信点としてディレイ量の計算などを行えるという利点がある。
【００４１】
もちろん、（ｂ）に示す受信素子セット１３はセット構成の一例であって、受信素子セット１３を３つ以上の受信素子によって構成してもよいし、またその受信素子の配置パターンとしては他のものを採用することができる。また、スパース型２Ｄアレイ振動子８についても送受信で兼用される振動素子を設けるようにしてもよい。
【００４２】
図１に示したようなスパース型２Ｄアレイ振動子６，８によれば、周波数特性（周波数帯域）が異なる複数種類の受信素子が設けられているため、それら全体として受信周波数帯域を拡大することが可能となり、すなわち基本波及び高調波とも高感度で受信することが可能となる。すなわち、単一の受信素子だけでは広帯域化に限度があるが、図１に示すような構成を採用すれば、複数種類の受信素子それら全体として受信帯域を拡大することが可能である。
【００４３】
なお、（ｂ）に示す例では、受信素子セット１３が互いに隣接する複数の受信素子によって構成されていたが、（ａ）に示す例において、互いに距離的に近い関係にある複数種類の受信素子によって受信素子セットを構成することも可能である。
【００４４】
なお、送信素子１０と第１受信素子１４は基本波の送信及び受信を行うものであるため、同一の組成及び形状をもった振動素子によって構成されてもよい。また、非使用素子１２については、無効の振動素子であるために、いずれかの振動素子１０，１４，１６と同様の組成及び形態によって構成してもよい。
【００４５】
図２〜図５には本発明に係る超音波診断装置の全体構成が概念的に示されている。
【００４６】
まず図２に示される構成について説明する。図２に示す例では、スパース型２Ｄアレイ振動子６は超音波探触子内に設けられ、その内で複数の送信素子１０（送信素子グループ）に対して送信ビームフォーマー２０が接続される。送信ビームフォーマー２０は、周知のように、複数の送信信号間に対して所定の遅延関係を付与することにより、送信ビームを形成する回路である。
【００４７】
また、スパース型２Ｄアレイ振動子６における複数の第１受信素子１４からなる第１受信素子グループに対しては第１の受信ビームフォーマー２２が接続される。これと同様に、スパース型２Ｄアレイ振動子６における複数の第２受信素子１６からなる第２受信素子グループに対しては第２の受信ビームフォーマー２４が接続される。各受信素子１４，１６と各受信ビームフォーマー２２，２４との間には各受信素子ごとに信号線２５が設けられている。
【００４８】
受信ビームフォーマー２２，２４はそれぞれ周知のように複数の受信信号に対する整相加算処理を実行して受信ビームを形成する回路である。図２に示す例では、第１の受信ビームフォーマー２２が上述したように第１受信素子グループからの複数の受信信号を受け入れており、基本波成分に対応した整相加算処理を実行している。これと同様に、第２の受信ビームフォーマー２４には第２受信素子グループからの複数の受信信号が入力されており、高調波成分に対応した整相加算処理を実行している。もちろん、３次高調波用の受信素子が設けられる場合には、それに対応して受信ビームフォーマーを更に設ければよい。
【００４９】
第１の受信ビームフォーマー２２及び第２受信ビームフォーマー２４によって形成される２つの受信ビームは互いにビーム方向及びフォーカス深さが同一であってもよいし、異なっていてもよい。それに関しては、それぞれの受信ビームフォーマー２２，２４に設定されるビームフォーミングデータを適宜設定することによって調整することができる。
【００５０】
ちなみに、それぞれの受信ビームフォーマー２２，２４に特定帯域の信号成分のみを通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を設けるようにしてもよい。すなわち、第１の受信ビームフォーマー２２に基本波用のバンドパスフィルタを設け、第２の受信ビームフォーマー２４に高調波用のバンドパスフィルタを設けてもよい。
【００５１】
プロセッサ２６は整相加算後の受信信号に基づいて二次元あるいは三次元の超音波画像を構成する演算部である。図２に示す例では、プロセッサ２６には、第１の受信ビームフォーマー２２からの整相加算後の受信信号が入力され、また第２の受信ビームフォーマーからの整相加算後の受信信号が入力されている。プロセッサ２６では、２つの受信信号を同時に利用して基本波及び高調波のデータが合成された超音波画像を構成するようにしてもよいし、基本波成分のみに基づく超音波画像あるいは高調波成分のみに基づく超音波画像を形成するようにしてもよい。ちなみに、前者の場合には第１受信素子グループのみが用いられ、後者の場合には第２受信素子グループのみが用いられることになる。そのような場合においても、本実施形態のスパース型２Ｄアレイ振動子によれば、複数の第１受信素子及び複数の第２受信素子が共に設けられているため、超音波探触子自体を交換することなく、基本波成分に基づく超音波画像及び高調波成分に基づく超音波画像の両者を同時または選択的に形成することが可能となる。表示装置２８にはプロセッサ２６によって構成された超音波画像が表示される。
【００５２】
図３に示す構成例では、送信素子グループに対して送信ビームフォーマー２０が接続される点については図２に示した構成例と同様である。その一方、複数の受信素子が複数の振動素子セットに区分されており、各振動素子セット１３は第１受信素子１４及び第２受信素子１６によって構成されている。また各受信セットごとに信号線２５が設けられており、具体的には、信号線２５の一端側は並列接続部２９を介して振動素子セット１３を構成する各振動素子１４，１６に共通に接続されており（符号２５Ａ、２５Ｂ参照）、信号線２５の他端は受信ビームフォーマー３０に接続されている。
【００５３】
したがって、受信ビームフォーマー３０には、複数の振動素子セット１３からの受信信号が入力され、受信ビームフォーマー３０はそれらの受信信号に対して整相加算処理を実行する。
【００５４】
整相加算後の受信信号はフィルタ部３１を構成する第１のフィルタ（ＢＰＦ）３２及び第２のフィルタ（ＢＰＦ）３４に入力されており、ここで第１のフィルタ３２は基本波成分を抽出するフィルタであり、第２のフィルタ３４は高調波成分を抽出するフィルタである。それらのフィルタ３２，３４から出力されるフィルタリング後の受信信号すなわち基本波成分及び高調波成分はそれぞれプロセッサ３６に入力され、図２に示すプロセッサ２６と同様に必要な画像処理が実行され、その処理によって形成された超音波画像が表示装置２８に表示される。
【００５５】
フィルタ部３１においては、いずれか一方のフィルタ３２，３４のみを動作させて、基本波成分に基づく超音波画像の形成あるいは高調波成分に基づく超音波画像の形成を行わせてもよいし、フィルタ３２，３４を共に動作させて基本波成分及び高調波成分に基づく超音波画像を構成するようにしてもよい。受信ビームフォーマー３０においては、基本波成分及び高調波成分の両者を用いる場合に、各振動素子セット１３における中心点あるいは重心点をフォーカス演算などにおける受信点の座標データとして用いるのが望ましく、その一方において、基本波成分又は高調波成分の一方を用いて画像形成を行う場合には、第１受信素子の位置又は第２受信素子の位置を用いてフォーカス演算などを行ってもよい。
【００５６】
図４に示す構成例では、スパース型２Ｄアレイ振動子６において複数の受信素子セット１３が構成される点においては、図３に示した構成例と同様であるが、信号線２５の一端が素子切換器３７を介して受信素子セット１３を構成する各受信素子１４，１６に接続されている点が異なっている。すなわち、各受信素子セット１３ごとに素子切換器３７が設けられており、それらの素子切換器３７の作用によって基本波成分又は高調波成分を選択してそれを受信ビームフォーマー３８に出力することが可能となる。この場合において、装置の動作条件に応じて、素子切換器３７における素子選択を特定の側へ保持するようにしてもよいし、１回の受信あたり高速に時分割で切り換えるようにしてもよい。ちなみに、送信ビームフォーマー２０、プロセッサ４０及び表示装置２８の動作については上述した例と同様である。
【００５７】
図４に示す構成例では、スパース型２Ｄアレイ振動子６に代えてスパース型２Ｄアレイ振動子８を用いることも可能である。これは図２及び図３に示した構成例についても同様である。
【００５８】
図５に示す構成例では、スパース型２Ｄアレイ振動子８が用いられ、そこに含まれる各振動素子セット１３ごとに信号線２５が設けられている。信号線２５の一端側は並列接続部４２（符号４２Ａ，４２Ｂ参照）を介して振動素子セットを構成する各受信素子１４，１６に共通に接続されており、信号線２５の他端は受信ビームフォーマー４４に接続されている。
【００５９】
受信ビームフォーマー４４は、各振動素子セット１３が隣接配置された複数の受信素子からなることに基づき、受信素子セット１３における中心点あるいは重心点を受信点とみなしてフォーカス演算などを行っている。
【００６０】
受信ビームフォーマー４４から出力される整相加算後の受信信号は、フィルタ部４５を構成する第１のフィルタ（ＢＰＦ）４６及び第２のフィルタ（ＢＰＦ）４８に入力されており、フィルタリングの受信信号はそれぞれプロセッサ５０に入力されている。ここで、第１のフィルタ４６及び第２のフィルタ４８は同時にあるいは選択的に動作するものである。送信ビームフォーマー２０、プロセッサ５０及び表示装置２８の動作については上述したものと同様である。
【００６１】
もちろん、図２〜図５に示した構成例は一例であって、２Ｄアレイ振動子において複数の第１受信素子及び複数の第２受信素子を有効利用できる限りにおいて各種の装置構成例を採用することができる。
【００６２】
図６には、図１に示したような２Ｄアレイ振動子を構成する場合における各振動素子の具体的な構造が示されている。すなわち、第１受信素子１４及び第２受信素子１６は互いに異なる周波数特性を有しているため、同一の組成及び同一の形態をもってそれらの受信素子を構成することは困難である。そこで、複数の受信素子について、同じ組成でかつ異なる厚さをもって構成する手法、異なる組成でかつ同じ厚みをもって構成する手法、異なる組成でかつ異なる厚みをもって構成する手法、などを選択的に採用することにより、複数種類の受信素子を設けることが可能となる。なお、上記における厚みとは、振動素子における振動部の厚みを意味しており、アレイ振動子を構成する際には、各振動素子の厚みは均一にするのが望ましい。すなわち、振動素子の上面レベル及び下面レベルを互いに揃えるのが望ましい。
【００６３】
図６においては、振動素子の構成例が３種類示されている。まず（ａ）に示す例では、通常の振動素子と同様に、振動素子の全体が振動材料５２によって構成され、その上面には電極層５２Ａが設けられ、その下面には電極層５２Ｂが設けられている。（ｂ）に示す例では、振動素子の全体の厚み６４の内で部分的な厚み６２に相当する部分が振動部５８とされており、それ以外の部分がスペーサ部６０とされている。すなわち二層構造を有している。振動部５８の上面には電極層５８Ａが設けられ、振動部５８の下面には電極層５８Ｂが設けられている。
【００６４】
スペーサ部６０は導電性を有するバッキング材料６１で構成され、その上面には電極層６０Ａが形成され、その下面には電極層６０Ｂが形成されている。
【００６５】
（ｃ）に示す例では、（ｂ）に示した例と同様に振動素子が二層構造を有しており、すなわち振動部５８とスペーサ部６６とによって構成されている。ただし、スペーサ部６６は絶縁性をもったバッキング材料６８によって構成されており、その上面には電極層６６Ａが設けられており、その下面には電極層６６Ｂが設けられ、さらにその側面には２つの電極層６６Ａ及び６６Ｂを連結する側面電極６６Ｃが形成されている。
【００６６】
図６に示す例では、振動部の厚みを変更することによって振動素子の特性を変化させているが、上述したように、組成を変化させることにより、振動素子の特性を変えるようにしてもよい。図６に示す例では、振動部の厚みが異なっても各振動素子全体としての上面レベル及び下面レベルを均一にすることができるという利点がある。なお、スペーサ部６０，６６はそれぞれバッキングとして機能するものであり、すなわち後方に放射された不要な超音波を吸収する機能を有している。
【００６７】
したがって、例えば、図１に示した送信素子１０及び第１受信素子１４として、図６（ａ）に示したような構成を採用すると共に、図１に示した第２受信素子１６としては図６の（ｂ）又は（ｃ）に示した構成を採用することが可能である。
【００６８】
なお振動部を構成する材料としてはＰＺＴ、複合材料などの各種の公知の材料を用いることができる。
【００６９】
次に、本発明に係る超音波探触子の製造方法について詳述する。図７〜図１１には２Ｄアレイ振動子の製造方法が示されており、図１２〜図１３には２Ｄアレイ振動子をバッキングに取り付けてなる積層体の製造方法が示されており、一方、図１４〜図１９には整合素子アレイの製造方法が示されており、図２０には振動素子アレイと整合素子アレイとを積層させる場合の工程が示されている。なお、各図においては３種類の素子によって素子アレイが構成される場合が示されているが、もちろん２種類あるいは４種類以上の素子によって素子アレイを構成する場合においても各図に示したプロセスを適用することができる。
【００７０】
まず、図７〜図１１に示す振動素子アレイの製造プロセスについて説明する。
【００７１】
Ｓ１０１では、板状部材１００に対して粘着シート１０２が貼付される。板状部材１００は、図示の例においては、図６の（ａ）に示した振動素子構造に対応した一層型のものであるが、もちろん図６（ｂ）及び（ｃ）に示したような二層あるいは三層以上の構造をもっていてもよい。ちなみに、（ｃ）に示した側面電極６６Ｃについては後に説明するカッティング工程の後に所定の電極形成工程を設けることによって形成することが可能である。
【００７２】
図７に示す例では板状部材１００が例えばＰＺＴあるいは高分子材料などの振動材料によって構成され、その一方面には電極層１００Ａが形成され、その他方面には電極層１００Ｂが形成されている。
【００７３】
粘着シート１０２は初期状態においてその一方面１０２Ａが粘着性を発揮しており、その一方面１０２Ａに対して、電極層１００Ｂが形成されている板状部材１００の他方面が圧着される。この粘着シート１０２は具体的には紫外線硬化性粘着テープによって構成するのが望ましく、そのような特殊な粘着シートによれば、後に説明するように、紫外線を選択的に照射することにより、その照射部分における粘着性を低下あるいは消失させることが可能である。すなわち、形成された振動素子を選択的に離脱させることが可能である。ちなみに、そのような紫外線硬化性粘着テープ自体は公知である。なお、それ以外のタイプの貼付用のシートを用いてもよい。
【００７４】
Ｓ１０２においては、板状部材１００に対するカッティングが施される。この場合、そのカッティングは、ダイシング、エッチング、サンドブラストなどの手法を用いることができる。図においては符号１０４によってカッティングによって形成された溝が示されている。この溝１０４は縦方向及び横方向にそれぞれ複数設けられるものである。このようなカッティング工程により板状部材１００はマトリクス状に配置された複数の振動素子１０６に加工されることになる。
【００７５】
Ｓ１０３では、粘着シート１０２の他方面１０２Ｂ側にフォトマスク１０５を設け、そのフォトマスクを介して図示されていない光源から赤外線を照射する工程が実行される。ここで、フォトマスク１０５は所定のマスクパターンを有しており、すなわちそれには残したい振動素子及び除去したい振動素子を決定するパターニングが施されている。図においては符号１０５Ａによって隠蔽領域が示されており、符号１０５Ｂによって開口領域が示されている。すなわち、その開口領域１０５Ｂを通過して紫外線が粘着テープ１０２の他方面１０２Ｂに照射されることになる。
【００７６】
すると、Ｓ１０４に示すように、紫外線が照射された部分の粘着性が低下あるいは消失し、その結果として、一部の振動素子が粘着シート１０２から脱落することになる。もちろん、その場合においては自然な脱落作用を用いるようにしてもよいし、一定の外力を働かせることによって選択的に振動素子を抜き取るようにしてもよい。図においては符号１０６Ｂによって不要素子が示されており、符号１０６Ａによって残留素子が示されている。
【００７７】
以上の工程を経ると、図８におけるＳ１０５に示されるように、アレイ部品１０８が構成される。このアレイ部品１０８は所定のパターンをもった複数の振動素子１０６を有するものであり、それらの複数の振動素子１０６は互いに粘着シート１０２によって位置関係が固定されている。ここまでが第１のアレイ部品の製造プロセスである。
【００７８】
Ｓ１０６及びＳ１０７はアレイ製品の製造プロセスの一部を示している。具体的に説明すると、Ｓ１０５で作成されたアレイ部品１０８に対して上記の粘着シート１０２とは別の粘着シート１１０が貼付される。具体的には、複数の振動素子１０６の上面に対して粘着シート１１０の一方面（粘着面）１１０Ａが接合され、これによってそれらの振動素子１０６が貼付される。
【００７９】
そして、Ｓ１０７で示されるように、粘着シート１０２の他方面１０２Ｂ側に対してその前面に紫外線を照射して、粘着シート１０２の全体にわたってその粘着性を低下させることにより、複数の振動素子１０６から粘着シート１０２を離脱させることができる。すると、粘着シート１１０上に、上記の所定パターンそのままで複数の振動素子１０６を転載することが可能となる。
【００８０】
これによって中間製品としての組付体１１２が構成される。
【００８１】
以上のＳ１０１〜Ｓ１０７に示した各工程が振動素子の種類ごとに繰り返されることになるが、図９〜図１０には２つ目の組付体を作成する際のプロセスが示されている。以下に説明するＳ２０１〜Ｓ２０７の各工程は上述したＳ１０１〜Ｓ１０７の各工程に対応するものである。
【００８２】
図９においてＳ２０１では、粘着シート２０２上に板状部材２００が貼付される。この板状部材２００が一層構造を有していてもよいし、多層構造を有していてもよいのは上述同様である。
【００８３】
Ｓ２０２では、板状部材２００に対する所定のカッティングにより複数の溝２０４を形成し、これによって板状部材２００を複数の振動素子２０６に加工する。
【００８４】
Ｓ２０３では、粘着シート２０２に対してフォトマスク２０５を介して紫外線を照射し、これによって所定のパターンをもって粘着性の低下領域を形成する。ちなみに、符号２０５Ａは開口領域を示しており、符号２０５Ｂは隠蔽領域を示している。
【００８５】
以上の紫外線の照射により、図１０のＳ２０４に示すように、粘着シート２０２上において全振動素子の中で特定の複数の振動素子２０６Ｂのみがその粘着シート２０２から脱落あるいは分離することになる。これによりＳ２０５に示されるように、粘着シート２０２上には一定のパターンをもって複数の振動素子２０６が残留する。これにより２つ目のアレイ部品２０８が構成される。
【００８６】
そして、Ｓ２０６においては、Ｓ１０７によって構成された組付体１１２に対してＳ２０５によって構成されたアレイ部品２０８が接着される。具体的には、アレイ部品２０８における複数の振動素子２０６の上面２０６Ａに対して粘着シート１１０の粘着面である一方面１１０Ａが貼付されることになる。この場合においては、位置決め精度が問題となるため、所定の治具などを用いるのが望ましい。
【００８７】
Ｓ２０７では、粘着シート２０２に対してその全面に紫外光が照射され、これによってその粘着シート２０２の全面にわたって粘着性が低減され、それにより当該粘着シート２０２が取り外される。これにより組付体２１２が構成される。
【００８８】
この組付体２１２は、複数の振動素子１０６及びそれとは異なる複数の振動素子２０６を備えるものである。そして、さらに３番目のアレイ部品を製造して、上記のＳ２０６及びＳ２０７と同様の工程を繰り返し実行することにより、図１１に示すような組付体３１２を構成することが可能となる。なお、各アレイ部品は互いに残留素子パターンがずれ合っているものである。
【００８９】
この場合において、粘着シート１１０上には３種類の振動素子１０６，２０６，３０６が配列される。すなわち、アレイ振動子を構成する複数の振動素子を多種類の振動素子によって構成することが可能となる。ちなみに、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ２０６、Ｓ２０７、Ｓ３０１はアレイ製品製造工程に相当するものである。すなわち、複数のアレイ部品製造工程に引き続いてアレイ製品製造工程を実行することにより、図１１に示されるような組付体３１２を構成することが可能となる。
【００９０】
図１２〜図１３には組付体３１２とバッキング体４００とを接合する工程が示されている。図１２に示されるＳ４０１において、バッキング体４００に対して組付体３１２がエポキシ接着剤などを用いて接合される。具体的には、組付体３１２を構成する複数の振動素子１０６，２０６，３０６の一方面（上面）がバッキング体４００の上面に加圧接着される。
【００９１】
ここで、バッキング体４００は超音波の吸収作用を有するバッキング材料４０２と、そのバッキング材料４０２内を上下方向に貫通する複数のリード４０４および電極４０６によって構成されている。それらの複数のリード４０４はリードアレイを構成するものであり、１つの振動素子に対して１つのリード４０４が対応付けられる。もちろん、最終的に非使用素子となる振動素子についてはリード４０４の接続は不要である。
【００９２】
Ｓ４０１に示されるように、組付体３１２における複数の溝内には上記の加圧接着によって接着剤が入り込む。それが符号４０８によって示されている。
【００９３】
次のＳ４０２では、粘着シート１１０の他方面１１０Ｂに対してその全面に紫外線が照射される。これによってその粘着シート１１０を剥がすことが可能となる。その状態がＳ４０３に示されており、バッキング体４００の上面には振動素子アレイ４０８が載置される。
【００９４】
次に、図１３のＳ４０４に示されるように、上記同様のカッティングを縦方向及び横方向に行うことにより、複数の振動素子１０６，２０６，３０６の間に溝を形成して隣接素子間を分離する。つまり、隣接素子間における接着材を除去する。この場合においては、バッキング体４００の上面よりも深いところまでそのカッティングを行うことでバッキング側電極４０６が分割され、隣接素子間が絶縁される。ちなみに符号４１０は溝を表している。
【００９５】
そして、Ｓ４０５において、Ｓ４０４で形成された溝４１０に対して隣接素子間での音響的カップリングがなされないような所定の材料からなる目詰め材４１２を充填することにより、最終的に積層体４１４が構成される。
【００９６】
次に、図１４〜図１９を用いて整合素子アレイの製造方法について説明する。この整合素子アレイの製造方法は上述した振動素子アレイの製造方法と基本的に同じである。ちなみに、以下に説明する。Ｓ５０１〜Ｓ５０７は上記のＳ１０１〜Ｓ１０７に対応し、Ｓ６０１〜Ｓ６０７は上記のＳ２０１〜Ｓ２０７に対応し、Ｓ７０１は上記のＳ３０１に対応する。
【００９７】
Ｓ５０１では、粘着シート５０２上に板状の整合材料５００が貼付される。この場合において、板状の整合材料５００は一層型であってもよいし、多層型であってもよい。
【００９８】
Ｓ５０２では、カッティングによって溝５０４を形成することにより、整合材料５００を複数の整合素子５０６に分離する。Ｓ５０３では、粘着シート５０２に対してフォトマスク５０５を介して紫外線を照射する。すると、Ｓ５０４に示されるように、複数の整合素子の内で特定の不要整合素子５０６Ｂのみを粘着シート５０２からとり外すことが可能となる。その結果、Ｓ５０５に示されるように、粘着シート５０２上には残留した複数の整合素子５０６のみが所定パターンをもって残されることになる。これによって、アレイ部品５０８が構成される。
【００９９】
Ｓ５０６では、アレイ部品５０８に対して粘着シート５１０が貼付される。そして、Ｓ５０７に示すように、粘着シート５０２に対してその全面に紫外線を照射することにより、その粘着シート５０２を剥がす。これによって組付体５１２が構成される。一方、２つ目の組付体を製造する場合には、図１６からの各工程が実行される。
【０１００】
すなわち、Ｓ６０１では、粘着シート６０２上に板状の整合材料６００が貼付され、Ｓ６０２ではカッティングにより複数の溝６０４を形成することにより複数の整合素子６０６が形成される。
【０１０１】
そして、Ｓ６０３において粘着シート６０２に対してフォトマスク６０５を介して紫外線を照射することにより、図１７のＳ６０４に示されるように、粘着シート６０２上における不要整合素子６０６Ａを選択的に取り除くことが可能となる。これによりＳ６０５に示されるように粘着シート６０２上には所定パターンをもって複数の整合素子６０６が残される。これによりアレイ部品６０８が構成される。
【０１０２】
次に、Ｓ６０６においては、Ｓ５０７で作成された組付体５１２に対して上記のＳ６０５で製造されたアレイ部品６０８が貼付される。そして、Ｓ６０７では粘着シート６０２に対してその全面に紫外線を照射することにより、その粘着シート６０２が剥がされる。その結果、組付体６１２が構成される。
【０１０３】
さらに第３のアレイ部品を作成して、それを更に組付体６１２に組み付けることにより、図１８に示すような組付体７１２を構成することができる。ここにおいて、組付体７１２は複数種類の整合素子５０６，６０６，７０６によって構成されるものであり、それらの整合素子はシート５１０によって相互に連結されている。
【０１０４】
次に、図１９に示されるように、Ｓ８０１では、図１８に示された組付体７１２に対してシリコーンゴム８０２によるモールド処理がなされ、その後、Ｓ８０２において粘着シート５１０の全面に対して紫外線が照射される。その結果、Ｓ８０３に示されるように、粘着シート５１０が剥がされるが、その場合においてシリコーンゴム８０２の作用により複数の整合素子がそれぞれ分離することはない。これによって整合素子アレイ８１４が構成される。
【０１０５】
図２０には最終的な製造工程が示されており、Ｓ４０５で構成された積層体４１４上にＳ８０３で構成された整合素子アレイ８０４が金属箔などからなるグランド電極８０６を介して加圧接着される。この場合において、シリコーンゴムが存在しているため、整合素子間に接着剤などが入り込むことはない。
【０１０６】
Ｓ８０５においては、シリコーンゴム８０２を除去して積層体４１４上に複数の整合素子からなる整合素子アレイ８０５を構成する。
【０１０７】
その後、必要に応じて他の部品が組み付けられるとプローブユニットが構成され、そのプローブユニットをプローブケース内に収納することにより超音波探触子が完成する。
【０１０８】
上記実施形態においては粘着シートを利用して他種類の素子パターンを効率的に形成し、また素子アレイを簡便に構成することが可能となる。
【０１０９】
上記実施形態においては、２Ｄアレイ振動子について説明したが、もちろん１Ｄアレイ振動子についても上記プロセスを適用することができる。また、上記の説明においては３種類の素子が用いられていたが２種類あるいは４種類以上の素子が配列される場合においても上記プロセスを適用することができる。さらに、上記説明においてはスパース型のアレイ振動子を説明したが、スパース型でないデンス型のアレイ振動子に対しても上記プロセスを適用することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広帯域のアレイ振動子を実現することができる。また本発明によれば基本波及び高調波を感度良く受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパース型２Ｄアレイ振動子の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る超音波診断装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る超音波診断装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る超音波診断装置の第３の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る超音波診断装置の第４の構成例を示すブロック図である。
【図６】振動素子の各種構造を説明するための図である。
【図７】複数の振動素子を備えたアレイ部品の製造工程を説明するための図である。
【図８】アレイ部品によって構成された組付体の製造工程を説明するための図である。
【図９】複数の振動素子を備えた他のアレイ部品の製造方法を説明するための図である。
【図１０】他のアレイ部品の製造方法及び複数のアレイ部品に基づく組付体の製造工程を説明するための図である。
【図１１】３種類の振動素子を備えた組付体を示す図である。
【図１２】バッキングと組付体との接着工程を説明するための図である。
【図１３】積層体を形成する工程を説明するための図である。
【図１４】複数の整合素子を備えたアレイ部品の製造工程を説明するための図である。
【図１５】アレイ部品の製造工程とそれを用いて組付体の製造工程とを説明するための図である。
【図１６】他のアレイ部品の製造工程を説明するための図である。
【図１７】他のアレイ部品の製造工程と複数のアレイ部品を組み付けた組付体の製造工程とを説明するための図である。
【図１８】３種類の整合素子を備えた組付体を示す図である。
【図１９】整合素子アレイの製造工程を説明するための図である。
【図２０】積層体に対する整合素子アレイの接合工程を説明するための図である。
【符号の説明】
６，８  スパース型２Ｄアレイ振動子、１０  送信素子、１２  非使用素子、１３  受信素子セット、１４  第１受信素子、１６  第２受信素子、２０  受信ビームフォーマー、２２，２４，３０，３８，４４  受信ビームフォーマー、２６，３６，４０，５０  プロセッサ、３２，３４，４６，４８  フィルタ、１０８，２０８，５０８，６０８  アレイ部品、３１２，７１２  組付体、４１４  積層体。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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