(57)【要約】【課題】  整合層の厚みを適正値に容易に調整することができるようにして、超音波探触子の性能の安定を図る。【解決手段】  圧電振動子２の音響放射面に整合層３を形成してなる超音波探触子７（７Ａ）の整合層の調整方法であって、超音波探触子７Ａの超音波共振周波数特性を観測しながら、整合層３の表面に紫外領域のレーザ光Ｒを照射して整合層３の表面の一部を除去していき、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまでレーザ光Ｒの照射による除去を行なうことで、整合層３の厚みを調整する。その後、厚みが調整された整合層３の上に音響レンズを構成する層部材を形成し、この層部材の表面に整合層の厚み調整で用いたレーザ装置を用い、同様に紫外領域のレーザ光を照射してその表面の一部を除去して凸面形状にすることで音響レンズ４を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子の音響放射面に整合層を形成してなる超音波探触子の製造方法であって、前記超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら、前記整合層の表面に紫外領域のレーザ光を照射して整合層の表面の一部を除去していき、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで前記レーザ光の照射による除去を行なうことで、整合層の厚みを調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら高除去率モードにて前記整合層の表面に対するレーザ加工を進め、前記超音波共振周波数特性の観測内容に基づいて最終調整厚みに近づいたと判断した時点で、低除去率モードによるレーザ加工に切り替えてその状態で、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで低除去率モードでのレーザ加工を続けることで、整合層の厚みを調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記整合層の表面を顕微鏡で観察し、観察像の中の基準となる位置に顕微鏡のピントを合わせて、ピントずれとして観察される位置にレーザ光を照射することにより、整合層の表面の一部を除去していき、整合層の厚みを調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法において、
前記整合層の表面に顕微鏡のレンズを通してレーザ光を照射し、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えることによって、整合層の表面に照射するレーザ光の収束度合を調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法において、
前記整合層の表面に対してレーザ光を走査することで、整合層の表面の一部を除去することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項６】
圧電振動子の音響放射面に整合層と音響レンズとを有する超音波探触子の製造方法であって、
前記圧電振動子の音響放射面に整合層を形成し、この状態で超音波共振周波数特性を観測しながら、前記整合層の表面に紫外領域のレーザ光を照射して整合層の表面の一部を除去していき、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで前記レーザ光の照射による除去を行なうことで、整合層の厚みを調整する工程と、
前記厚みが調整された整合層の上に音響レンズを構成する層部材を形成し、この層部材の表面に紫外領域のレーザ光を照射してその表面の一部を除去して所定の曲面形状にすることで音響レンズを形成する工程とを有することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に医療用の超音波診断装置などに使用される超音波探触子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、医療分野においては、超音波探触子から生体内部へ超音波パルスを送波し、生体内部からの反射波（エコー）を受信することで、生体内部の形状を映像化することが行われている。特に最近では、血管等の体腔内に挿入するカテーテルの先端に超音波探触子を内蔵した超音波カテーテルが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、この種の用途に使用される超音波探触子（超音波トランスデューサとも言われる）８の一般的な断面構造を示している。この図に示すように、超音波探触子８は、背面支持体（音響減衰体）１の上に圧電振動子２を固着し、その圧電振動子２の音響放射面に整合層３を形成し、整合層３の上に音響レンズ４を設けた構造をなしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
圧電振動子（ＰＺＴ等）２は、音響放射面側と背面側に表面電極を有し、電極間にインパルス電圧を印加することにより超音波を発生するものである。背面支持体１は、圧電振動子２の背面側から放出される超音波を減衰させて、圧電振動子２の前面側（放射面側）への音響的影響を無くし、圧電振動子２へのダンピングをするためのものである。
【０００５】
整合層３は、圧電振動子２の音響インピーダンスが被検体（たとえば、生体組織）の音響インピーダンスに対して桁外れに大きいことから、両者間の音響インピーダンスのマッチング（整合）をとるためのもので、両者の中間的な値の音響インピーダンスとなるように設定されている。また、整合層２の厚さは、圧電振動子２の発する超音波の周波数領域のうち中心周波数の波長λの１／４になるように設定されている。音響レンズ４は、圧電振動子２から前面側に放出される超音波ビームを集束するために設けられている。 
【０００６】
従来の超音波探触子８においては、音響インピーダンスをマッチングさせるための整合層３は、フィルムやシート状に加工した板を圧電振動子２の表面に接着することで形成したり、液状樹脂をスクリーン印刷やスプレーコーティングにより圧電振動子２の表面に塗布して硬化させることで形成したりしている。
【０００７】
また、整合層３は、厚さをλ／４（λ：圧電振動子２の発する超音波の中心波長）になるように設定しなくてはならないので、厚さ調整が必要な場合は、手加工や機械加工で整合層３の表面を研磨することにより調整している。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２２８１４９号公報
【特許文献２】特開平１１−８９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、整合層３の厚みにばらつきが多いと、音響特性が不安定になりやすいが、従来の手加工や機械加工の研磨による厚み調整法では、整合層３の厚みを厳密に管理するには限界があった。特にカテーテル用の超音波探触子の場合、分解能の高い像を得るために２０ＭＨｚ以上の高周波の超音波を照射する必要があり、それに応じて整合層を薄く精度良く管理しなくてはならない。しかも、大きさが、例えば１．０ｍｍ×１．０ｍｍや０．５ｍｍ×０．５ｍｍという極めて小型のものである。そのため、従来の手加工や機械加工の研磨による厚み調整法では、精度確保の面で限界があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、整合層の厚みを適正値に容易に調整することができ、超音波探触子の性能の安定を図れるようにした超音波探触子の整合層の調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、圧電振動子の音響放射面に整合層を形成してなる超音波探触子の製造方法であって、超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら、整合層の表面に紫外領域のレーザ光を照射して整合層の表面の一部を除去していき、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで前記レーザ光の照射による除去を行なうことで、整合層の厚みを調整することを特徴としている。
【００１２】
即ち、請求項１の発明の調整方法では、紫外領域のレーザ光（ＵＶレーザ）を整合層の表面に照射して表面を削り取ることで、整合層の厚みを適正値に調整する。その場合、整合層を装着した超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら、整合層の表面にレーザ光を当てて削り取るので、整合層の厚みを、容易に、且つ精度良く調整することができる。
【００１３】
通常、可視光レーザや赤外線レーザで物体を加工する場合、レーザで照射された部分の温度が上昇し、そこが融解し蒸散することで加工が行われる。つまり、局所的な熱加工が行われる。それに対して、紫外線レーザは、光子の持つエネルギーが大きいため、特に有機物に照射した場合は、分子結合を直接解離する光分解加工が主になり、非熱加工（アブレーション加工）ができて、母材への熱影響を考慮する必要が無くなる。従って、有機物で整合層を形成した場合に特に有効性を発揮できる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１において、前記超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら高除去率モードにて前記整合層の表面に対するレーザ加工を進め、前記超音波共振周波数特性の観測内容に基づいて最終調整厚みに近づいたと判断した時点で、低除去率モードによるレーザ加工に切り替えてその状態で、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで低除去率モードでのレーザ加工を続けることで、整合層の厚みを調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記整合層の表面を顕微鏡で観察し、観察像の中の基準となる位置に顕微鏡のピントを合わせて、ピントずれとして観察される位置にレーザ光を照射することにより、整合層の表面の一部を除去していき、整合層の厚みを調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記整合層の表面に顕微鏡のレンズを通してレーザ光を照射し、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えることによって、整合層の表面に照射するレーザ光の収束度合を調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記整合層の表面に対してレーザ光を走査することで、整合層の表面の一部を除去することを特徴とする。
請求項６の発明は、圧電振動子の音響放射面に整合層と音響レンズとを有する超音波探触子の製造方法であって、前記圧電振動子の音響放射面に整合層を形成し、この状態で超音波共振周波数特性を観測しながら、前記整合層の表面に紫外領域のレーザ光を照射して整合層の表面の一部を除去していき、前記観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまで前記レーザ光の照射による除去を行なうことで、整合層の厚みを調整する工程と、前記厚みが調整された整合層の上に音響レンズを構成する層部材を形成し、この層部材の表面に紫外領域のレーザ光を照射してその表面の一部を除去して所定の曲面形状にすることで音響レンズを形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜５の発明によれば、超音波探触子の超音波共振周波数特性を観測しながら、整合層の表面を紫外領域のレーザ光で削り取って整合層の厚みを調整するので、整合層の厚みを高精度に容易に調整することができ、超音波探触子の性能の安定を図ることができる。
【００１９】
特に、請求項２の発明によれば、最初の段階は高除去率モードでレーザ光を照射して整合層の厚みを減じて行き、最終調整厚みに近づいた段階で低除去率モードに切り替えて、超音波探触子の共振周波数特性が所定の特性になるまでレーザ加工を続けるので、ばらつきを最小限に抑えた整合層を効率良く得ることができる。
【００２０】
また、請求項３の発明によれば、整合層の表面を顕微鏡で観察し、ピントずれとして観察される位置にレーザ光を照射しながら整合層の厚みを調整するので、製造上の理由等によって整合層の厚みにばらつきがある場合に、厚みのばらつきの補正を容易にすることができ、厚みの均一化を図ることができる。従って、特に高周波用の超音波探触子を製作する際に有用性を発揮することができる。
【００２１】
また、請求項４の発明によれば、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えることによって、整合層の表面に照射するレーザ光の収束度合を調整するので、整合層の表面の除去効率を自由に且つ容易に調整することができる。
【００２２】
また、請求項５の発明によれば、整合層の表面に対してレーザ光を走査することで、整合層の表面の一部を除去するので、レーザ光の収束点（スポット径）の大きさに比べて被照射物である整合層の表面の面積が大きい場合にも、表面全域の厚みを漏れなく調整することができる。
請求項６の発明によれば、整合層の厚みを調整したレーザ装置をそのまま用いて音響レンズの曲面形状を形成できるので、正確な厚さを有する整合層と正確な曲面形状を有する音響レンズとを有する超音波探触子を迅速に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施形態の方法を用いて超音波探触子を製造する場合は、まず、図１（ａ）に示すように、背面基板１の上に表面電極（図示略）を有した圧電振動子２を固着し、その上に整合層３を装着する。整合層３は、エポキシ樹脂等（具体例としてはエポキシ樹脂にガラス粉末を混入させたもの等）のフィルムやシート状に加工した板を固着したり、あるいは、予め出しておいた条件で液状樹脂をスクリーン印刷やスプレーコーティング等により塗布し硬化させたりして形成する。この場合、整合層３の厚みは、圧電振動子２の周波数のばらつきの中で最も低い周波数に最適な厚みに設定しておく。つまり、後でレーザ照射により表面を削り取るので、予め適正値よりも厚めに設定しておく。
【００２４】
次に、整合層３を形成した段階の超音波探触子（音響レンズはまだ付けてない状態のもの）７Ａに、図２に示すように、ネットワーク・アナライザ等の計測機器２０で電気信号を与えて、超音波探触子７Ａの超音波共振周波数を確認しながら、レーザ照射装置１０にて、図１（ｂ）に示すように、整合層３の表面に紫外領域のレーザ光Ｒを照射して、整合層３の表面の一部を除去していく。そして、観測される超音波共振周波数特性が所定の特性になるまでレーザ光の照射による除去を行なうことで、整合層３の厚みを最適の厚みであるλ／４に加工する。ただし、λは圧電振動子２の中心周波数の波長である。
【００２５】
この場合、レーザ光の波長や出力等は、整合層３の材質により最適条件が異なるため、予め条件出しをしておく。例えば、ここでは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザの４次高調波（波長２６６ｎｍ）を使用して加工している。通常の可視光レーザや赤外線レーザで物体を加工すると、照射部分の温度が上昇し、その部分が融解・蒸散することにより加工が行われる（熱加工）。
【００２６】
しかしながら、波長２６６ｎｍのレーザはＵＶレーザに含まれるので、非熱加工（アブレーション加工）が可能である。ＹＡＧレーザは、高品位溶接や微細切断用としての基本波がある一方、その波長を意図的に短くすることで、紫外線レーザとして利用することができる。そのほかに、ＹＡＧレーザの第３高調波（波長０．３５５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（波長０．２４８ｎｍ）を利用することもできる。これらは面積加工が可能である。
【００２７】
また、整合層３の厚みを、ばらつきを最小限にしながらλ／４に加工する方法として、次のような操作を行うこともできる。例えば、λ／４厚になる所定の段階まではレーザ照射時間を長くして、高除去率モードでレーザ加工を進め、λ／４厚に近づいてきたら、照射時間等を短くすると共に、レーザのフォーカスを調整することで、低除去率モードに切り替えて、ネットワーク・アナライザ等の電気信号にて周波数等を確認しながら、緻密な加工を施す。このような加工を施すことで、ばらつきを最小限に抑えた整合層を得ることができる。
【００２８】
また、整合層３の表面を、図示略の顕微鏡で観察しながら、レーザ加工することもできる。顕微鏡で観察しながら加工する場合は、整合層３の厚みのばらつき（フィルムや樹脂板の固着時のばらつき、あるいは、液状樹脂をスクリーン印刷やスプレーコーティングで塗布・硬化させた時のばらつき）部分を、ピントずれとして観察することができるので、そのピントずれの部分のみにレーザを照射し、厚みの補正をすることができるし、厚みの加工と同時に、厚み不均一の補正をすることもできる。特に高周波用の超音波探触子になればなるほど整合層３の厚みの均一性が性能を決める上で重要となるので、非常に有効な加工法となる。すなわち、高周波になればなるほど、整合層又は接着層のバラツキが特性に影響を及ぼし、製品間のバラツキを生む原因となる為、製品毎に違った画像となってしまい、医者が誤診を招く事になりかねない。血管等の体腔内に使用する超音波探触子はデスポ−ザブルがほとんどで、医者は、毎回違う超音波探触子を使用する事になる為製品間のバラツキは、大きな問題である。その、製品間のバラツキを最小限に抑えると言うことは医療診断の分野においては、効果絶大であると言える。又、近年は食生活の影響もあり、血管に関する病気が年齢を問わず多くなってきており、使用される頻度が向上しているという背景もある。
【００２９】
以上の操作により整合層３の厚みを調整したら、次の段階として、図１（ｃ）に示すように、整合層３の上に必要に応じて音響レンズ４を設ける。この音響レンズを４の形成は、次のようにして行う。まず、前記厚みが調整された整合層３の上に音響レンズを構成する層部材を形成し、この層部材の表面に整合層の厚み調整で用いたレーザ装置を用い、同様に紫外領域のレーザ光を照射してその表面の一部を除去して所定の曲面形状、例えば、凹面や凸面形状にすることで音響レンズ４を形成する。それにより、超音波探触子７ができあがる。
【００３０】
なお、整合層３の削り取りに使用するレーザ光の波長の範囲は、例えば０．４〜０．００４μｍの範囲の紫外領域であればよい。また、レーザ光のパワーは特に限定されないが、例えば、実験的には０．２５ｍＪ程度のパワーにおいて良好な結果が得られた。また、レーザ光の収束度合については、顕微鏡を通してレーザ光を照射し、その対物レンズの倍率を変えることによって自由に変更することができる。また、レーザ光の走査は、被照射物をＸ−Ｙステ−ジに固定することで簡単に行える。また、共振周波数観測とレーザ加工は同時に行うのが理想であるが、別々に行ってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、最終的に、厚さ調整した整合層の上に音響レンズを設ける場合について説明したが、音響レンズを設けない場合についても本発明は適用できる。
【００３２】
また、上記実施形態では、高周波用の超音波探触子の整合層の厚みを調整する場合について説明したが、これに限らず、本発明は低周波用の超音波探触子の整合層の厚み調整にも勿論適用できる。特に低周波用の超音波探触子に適用する場合、レーザの照射時間を長くすることで、整合層の厚みを大きく調整することも可能である。また、本発明を適用できる超音波探触子の大きさについては特に制限されない。その際、レーザの照射面積が小さい時には、被照射面の全面にレーザが照射されるように、被照射物またはレーザを機械的にスキャンさせてもよいし、全照射面積をカバーし得るだけの数のレーザ照射部を有する装置を使用してもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、整合層３が一層の場合を例示したが、整合層が複数層ある場合で各整合層の厚みを調整するときにも本発明は適用できる。また、上記実施形態では、単一の超音波探触子の整合層を厚み調整する場合について説明したが、短冊状の圧電振動子が複数配列された超音波探触子に対しても同様の操作を行うことができる。また、音響放射面が平面状の超音波探触子に限らず、凹面状あるいは凸面状の超音波探触子にも本発明は適用できる。本発明では、整合層の表面が曲面の場合でも、レーザの照射時間だけ、表面の形状に関係なく、整合層の厚みを調整できるため、研磨による調整ではなかなか得られない厚み調整効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、医療用の超音波診断装置その他超音波装置に用いられる超音波探触子を製造する際などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態の調整方法の工程説明図で、（ａ）は整合層の厚みを調整する前の超音波探触子の断面図、（ｂ）はレーザの照射により整合層の厚み調整している状態を示す断面図、（ｃ）は整合層の厚みを調整した後で音響レンズを取り付けた状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態の説明図で、ネットワーク・アナライザを用いて超音波探触子の共振周波数を観測しながら、レーザの照射により整合層の厚み調整している状態を示す図である。
【図３】従来の超音波探触子の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  背面支持体
２  圧電振動子
３  整合層
７Ａ  音響レンズを付ける前の超音波探触子
７  超音波探触子
１０  レーザ照射装置
２０  ネットワーク・アナライザ
Ｒ  レーザ光
【図１】
2005064715.tif 000003
【図２】
2005064715.tif 000004
【図３】
2005064715.tif 000005