(57)【要約】【課題】超音波振動子の周波数特性を改善する。【解決手段】振動素子１０の下面側にはヘビーバッキング部材１６が接合される。その厚みはエレべーション方向に沿って連続的に可変されている。振動素子１０においてＹ方向の中央部においてはライトバッキング作用が働いて２ｆ振動モードで振動が生じ、一方、Ｙ方向の端部においてはヘビーバッキング作用が働いてｆ振動モードで振動が生じる。その結果、振動素子１０が広帯域化される。また、送信信号の帯域を可変することによってエレべーション方向の開口の大きさを調整できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１音響インピーダンスをもった振動層と、
前記振動層の下面側に設けられたバッキング層と、
を含み、
前記バッキング層はヘビーバッキング部材を含み、
前記ヘビーバッキング部材は、前記振動層の下面側に接合され、垂直方向の厚みが水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みが水平方向に連続的に変化することを特徴とする超音波振動子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の超音波探触子において、
超音波の波長をλとした場合、少なくともλ／２振動モード及びλ／４振動モードで前記振動層が振動可能なように、前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みの変化幅が設定された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、
前記バッキング層は、更に、前記ヘビーバッキング部材と共に設けられ、前記第２音響インピーダンスよりも小さな第３音響インピーダンスを有するライトバッキング層を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
第１音響インピーダンスを有し、アレイ方向としての第１水平方向に整列した複数の振動素子で構成された振動層と、
前記振動層の下面側に設けられたバッキング層と、
を含み、
前記バッキング層はヘビーバッキング部材を含み、
前記ヘビーバッキング部材は、前記振動層の下面側に接合され、垂直方向の厚みがエレべーション方向としての第２水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項６】
請求項５記載の超音波探触子において、
前記ヘビーバッキング部材における前記第２水平方向の中央部から両端部にかけて垂直方向の厚みが連続的に増大することを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
第１音響インピーダンスを有し、第１水平方向及び第２水平方向に整列した複数の振動素子で構成された振動層と、
前記振動層の下面側に設けられ、前記複数の振動素子に対応して設けられた複数のバッキング要素によって構成されるバッキング層と、
を含み、
前記各バッキング要素はヘビーバッキング部材を含み、
前記ヘビーバッキング部材は、前記振動素子の下面側に接合され、垂直方向の厚みが水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項８】
請求項７記載の超音波探触子において、
前記各バッキング要素におけるヘビーバッキング部材の下面が凹面又は凸面の形状を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
超音波探触子とそれが接続される装置本体とで構成された超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
第１音響インピーダンスを有し、アレイ方向に配列された複数の振動要素で構成された振動層と、
前記振動層の下面側に設けられ、垂直方向の厚みが前記アレイ方向に直交するエレべーション方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスをもったヘビーバッキング部材と、
を含み、
前記装置本体は、
前記振動層に対して接続された送受信部と、
前記送受信部の動作を制御する手段であって、前記振動層に供給する送信信号の特性を可変する制御部を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
超音波の波長をλとした場合、少なくともλ／２振動モード及びλ／４振動モードで前記振動層が振動可能なように、前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みの変化幅が設定され、
前記制御部は、近距離送信時には前記振動層がλ／４振動モードで振動可能なように前記送信信号の特性を設定し、遠距離送信時には前記振動層が少なくともλ／２振動モードで振動可能なように前記送信信号の特性を設定することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項９記載の装置において、
前記送受信部は、前記各振動要素に狭帯域の送信信号を供給して前記各振動要素を部分励振して前記エレべーション方向の送信開口を狭め、前記各振動要素に広帯域の送信信号を供給することによって前記各振動要素を全体励振して前記エレべーション方向の送信開口を広げ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】
本発明は超音波探触子及びそれを備えた超音波診断装置に関し、特に超音波振動子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探触子に設けられる超音波振動子としては、単振動子、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子などが知られている。以下に１Ｄアレイ振動子を代表させてその構造を説明する。１Ｄアレイ振動子は、アレイ方向（第１水平方向）に並んだ複数の振動要素（振動素子）によって構成される。各振動要素は、エレべーション方向（第２水平方向）に伸長した形態を有する。複数の振動要素は、板状の圧電材料をダイシングソーによって所定ピッチで切断することにより製造される。個々の振動要素には一対の電極が設けられ、送信時にはそれらの間に高電圧が印加され、これによって超音波が生成される。一方、受信時には、振動要素に超音波が到達すると、一対の電極間に電圧が生成され、それが受信信号として取り出される。
【０００３】
複数の振動要素の前面側には、通常、１又は複数の整合層が形成され、その上に音響レンズが設けられる。音響レンズはエレべーション方向の音響集束性を向上させるものである。複数の振動要素の背面側には、バッキング層が設けられる。バッキング層は、主に、背面放射された超音波を散乱吸収する機能、あるいは、背面に放射される超音波を反射する機能などを有するものである。各振動要素にはバッキング層が接合されており、両者の物理的特性（特に音響インピーダンス）の関係が超音波振動作用を左右する。
【０００４】
バッキング層は、一般に、樹脂、ゴムなどの母料に金属粒子などの添加材を混入して構成される。添加材の添加によって音響インピーダンスを高めて振動要素の音響インピーダンスに近付けることができるが、バッキング層全体としての音響インピーダンスは振動要素の音響インピーダンスよりも小さいのが通常である。この場合を後に詳述する「ヘビーバッキング」と対比させて「ライトバッキング」と称することができる。
【０００５】
バッキング層に関しては、数々の研究がなされている（以下の非特許文献１参照）。ここで、振動要素の音響インピーダンスよりも大きな（例えば、２〜５倍の）音響インピーダンスを有する部材によってバッキング層を構成することが知られている。この場合を「ヘビーバッキング」と称することができる。ヘビーバッキングを行う場合には、バッキング層の厚さは十分に大きく設定される。一方、λ／８（λ：超音波の波長）にバッキング層の厚さを設定してもヘビーバッキングを行えることも知られている。しかし、ヘビーバッキングの実用的な利用方法については未だ十分に研究されているとは言い難い現状にある。特に、従来において、ヘビーバッキングの垂直方向の厚みを変化させることについては未だ提案されていない。
【０００６】
【非特許文献１】中鉢、田村；応用物理、第４７巻（第１２号、Ｐ．１１６２（１９７８年））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ヘビーバッキングの作用を活用し、超音波振動子の動作特性を改善しあるいは超音波振動子の機能を向上させることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波振動子を広帯域化することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、エレべーション方向について開口可変を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、第１音響インピーダンスをもった振動層と、前記振動層の下面側に設けられたバッキング層と、を含み、前記バッキング層はヘビーバッキング部材を含み、前記ヘビーバッキング部材は、前記振動層の下面側に接合され、垂直方向の厚みが水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みの変化によって振動層における水平方向の位置に応じて振動モードに変化を生じさせ、これによって振動層の周波数特性を改善できる。特に望ましい態様では振動層においてλ／２振動モード及びλ／４振動モードが生じ、これによって振動層が広帯域化される。また、必要に応じて、振動層にに供給する送信信号の特性を可変し、例えば、中心周波数や帯域を可変し、振動層における振動態様を電気的に制御することが可能となる。第２音響インピーダンスは、第１音響インピーダンスよりも大きく、望ましくは１．２倍以上の値に設定され、特に望ましくは２〜１０倍に設定される。勿論、より大きな値としてもよい。後述するライトバッキング層の第３音響インピーダンスは、第１及び第２音響インピーダンスよりも小さな値に設定され、望ましくは、第２音響インピーダンスよりも第３音響インピーダンスが例えば１／１０〜１／５０程度小さい。勿論、より比率を小さくしてもよい。なお、上記において垂直方向は超音波の主たる伝搬方向を意味し、水平方向はその垂直方向に直交する方向である。
【００１２】
望ましくは、前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みが水平方向に連続的に変化する。ヘビーバッキング層の垂直方向の厚みを段階的に変化させることも可能であるが、それが連続的に変化していれば良好な特性を得られる。
【００１３】
望ましくは、超音波の波長をλとした場合、少なくともλ／２振動モード及びλ／４振動モードで前記振動層が振動可能なように、前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みの変化幅が設定される。振動層の下面側をヘビーバッキング作用によりクランプ（固定）することによってλ／２振動モードを実現でき、一方、振動層の下面側をライトバッキング作用により自由端のように振る舞わせることによってλ／４振動モードを実現できる。ライトバッキング作用は、例えば、振動面の下面全体に接合するヘビーバッキング部材の厚みを部分的に薄くすることによって実現でき、また、振動層の下面においてヘビーバッキング部材を取り除いた部分にライトバッキング層を接合させることによっても実現できる。
【００１４】
望ましくは、前記バッキング層は、更に、前記ヘビーバッキング部材と共に設けられ、前記第２音響インピーダンスよりも小さな第３音響インピーダンスを有するライトバッキング層を有する。ライトバッキング層はライトバッキング部材によってあるいはエア層によって構成される。
【００１５】
（２）また本発明は、第１音響インピーダンスを有し、アレイ方向としての第１水平方向に整列した複数の振動素子で構成された振動層と、前記振動層の下面側に設けられたバッキング層と、を含み、前記バッキング層はヘビーバッキング部材を含み、前記ヘビーバッキング部材は、前記振動層の下面側に接合され、垂直方向の厚みがエレべーション方向としての第２水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、エレべーション方向にヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みが変化しているので、振動素子のエレべーション方向における周波数特性を変化させることができる。望ましくは、上記構成を前提として送信信号の特性を変化させてエレべーション方向の開口可変を実現できる。
【００１７】
望ましくは、前記ヘビーバッキング部材における前記第２水平方向の中央部から両端部にかけて垂直方向の厚みが連続的に増大する。この構成によれば、中央部と端部とで振動モードあるいは共振周波数を異ならせることができる。例えば、中央部を主な振動部分とする送信、端部を主な振動部分とする送信、全体を振動させる送信などを選択的に行える。
【００１８】
（３）また本発明は、第１音響インピーダンスを有し、第１水平方向及び第２水平方向に整列した複数の振動素子で構成された振動層と、前記振動層の下面側に設けられ、前記複数の振動素子に対応して設けられた複数のバッキング要素によって構成されるバッキング層と、を含み、前記各バッキング要素はヘビーバッキング部材を含み、前記ヘビーバッキング部材は、前記振動素子の下面側に接合され、垂直方向の厚みが水平方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスを有する、ことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、各振動素子ごとに接合されるバッキング要素において、ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みが変化しているので、各振動素子において複数のあるいは多様な振動モードを生じさせることが可能となり、各振動素子の特性を改善できる。特に望ましい態様では各振動素子が広帯域化される。
【００２０】
望ましくは、前記各バッキング要素におけるヘビーバッキング部材の下面が凹面又は凸面の形状を有する。
【００２１】
（４）また本発明は、超音波探触子とそれが接続される装置本体とで構成された超音波診断装置において、前記超音波探触子は、第１音響インピーダンスを有し、アレイ方向に配列された複数の振動要素で構成された振動層と、前記振動層の下面側に設けられ、垂直方向の厚みが前記アレイ方向に直交するエレべーション方向に変化する形態を有し、且つ、前記第１音響インピーダンスよりも大きな第２音響インピーダンスをもったヘビーバッキング部材と、を含み、前記装置本体は、前記振動層に対して接続された送受信部と、前記送受信部の動作を制御する手段であって、前記振動層に供給する送信信号の特性を可変する制御部を含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、送信信号の特性を可変することによって振動層における振動状態を電気的に制御することが可能となる。
【００２３】
望ましくは、超音波の波長をλとした場合、少なくともλ／２振動モード及びλ／４振動モードで前記振動層が振動可能なように、前記ヘビーバッキング部材の垂直方向の厚みの変化幅が設定され、前記制御部は、近距離送信時には前記振動層がλ／４振動モードで振動可能なように前記送信信号の特性を設定し、遠距離送信時には前記振動層が少なくともλ／２振動モードで振動可能なように前記送信信号の特性を設定する。
【００２４】
望ましくは、前記送受信部は、前記各振動要素に狭帯域の送信信号を供給して前記各振動要素を部分励振して前記エレべーション方向の送信開口を狭め、前記各振動要素に広帯域の送信信号を供給することによって前記各振動要素を全体励振して前記エレべーション方向の送信開口を広げる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、ヘビーバッキングの作用を活用し、超音波振動子の動作特性を改善しあるいは超音波振動子の機能を向上させることができる。本発明によれば、超音波振動子を広帯域化することができる。本発明によれば、エレべーション方向について開口可変を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１には、本発明に係る超音波振動子の要部が概念図として示されている。この超音波振動子は後述する超音波探触子内に設けられるものである。超音波振動子によって超音波が送受波され、これにより得られた受信信号に基づいて超音波画像が構成される。その超音波画像は生体の診断に用いられる画像である。
【００２８】
図１の（Ａ）において、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、具体的にはＸ方向はアレイ方向であり、Ｙ方向はエレべーション方向である。Ｚ方向は超音波の送受波方向である。振動素子１０は図に示されるようにＹ方向に伸張した長方形の形状を有している。振動素子１０は圧電材料としてのＰＺＴや複合材料などによって構成される。その音響インピーダンスはＺPである。また、そのＺ方向の厚みがｔPで表されている。
【００２９】
振動素子１０の上面側には整合層１１が設けられており、具体的には、この整合層１１は第１整合層１２と第２整合層１４とによって構成される。更に整合層１１の上面側には音響レンズが設けられるが、それについては図示省略されている。整合層１１は、振動素子１０の音響インピーダンスＺPと生体の音響インピーダンスとの間において音響インピーダンスのマッチングを図るための部材である。
【００３０】
振動素子１０においては、その上面及び下面に電極（シグナル電極、グランド電極）が形成されているが、図１においてはそれらの電極が図示省略されている。
【００３１】
振動素子１０の下面側にはバッキング層１５が設けられている。このバッキング層１５は、本実施形態において振動素子１０の下面側においてヘビーバッキング作用あるいはライトバッキング作用などを発揮し、これによって振動子１０における振動モードをＹ方向の各部位において操作するために設けられる。もちろん、従来のバッキング層と同様に、このバッキング層１５が超音波の吸収、散乱、反射などの作用を有していてもよい。
【００３２】
バッキング層１５は図示されるようにヘビーバッキング部材１６を有している。また必要に応じてライトバッキング部材が設けられるが、それについては後に説明する。ヘビーバッキング部材１６は図示されるようにその上面が振動素子１０の下面に全面的に接合されている。またヘビーバッキング部材１６の下面は図１に示されるようにＹ方向に沿って円弧状あるいは曲面の形態を有しており、すなわちＹ方向に沿ってヘビーバッキング部材１６の厚みｔHBが連続的に可変されている。具体的には、図１に示す例においてＹ方向の中央部においてヘビーバッキング部材１６の厚みが最も薄くなっており、Ｙ方向の両端部において厚みが大きくなっている。
【００３３】
ヘビーバッキング部材１６は、音響インピーダンスＺHBを有し、その音響インピーダンスＺHBは、上記の振動素子１０の音響インピーダンスＺPよりも大きい。望ましくは１．２倍以上大きく、特に望ましくは２倍以上大きい。
【００３４】
ヘビーバッキング部材１６が上記のようなＹ方向において厚み変化をもった形態を有するため、（Ｂ）に示すように、Ｙ方向の中央部においては振動素子１０に対してライトバッキング作用が働くことになり、すなわちヘビーバッキング作用が弱められ、理想的には振動素子１０の下面側が開放端のように働き、２ｆ振動モード、換言すればλ／４振動モードで振動することになる。その一方、ヘビーバッキング部材１６においてＹ方向の端部の厚みは増大されているため、望ましくはλ／８の厚みあるいは十分に大きな厚みとされているため、振動素子１０の下面においてその端部はヘビーバッキング作用によってクランプされることになり、理想的には、（Ｃ）で示すようなｆ振動モード、すなわちλ／２振動モードで振動することになる。つまり、ヘビーバッキング部材１６におけるＹ方向の厚みの変化により、振動素子１０におけるＹ方向の振動モードに変化が生じ、これによってＹ方向の各位置において共振特性が異なることになるため、振動素子１０を広帯域化することが可能となる。この場合において、バッキング層１５の厚みが連続的に可変されているため、不正振動あるいは位相の乱れなどを抑制でき、良好な周波数特性を得ることが可能となる。
【００３５】
これについて図２を用いて説明する。図２においては振動素子１０の周波数特性が示されており、横軸は周波数を表し、縦軸はレスポンスを表している。Ｙ方向の端部においては上記の（Ｃ）で示されたようにヘビーバッキング作用が働く結果、符号２００で示されるような周波数ｆを中心とした周波数特性を得ることができ、その一方、振動素子１０における中央部においては上記の（Ｂ）で示したようなヘビーバッキング作用が働いて、図２において符号２０２で示されるように周波数２ｆを中心周波数とする周波数特性を得ることができる。したがって振動素子１０全体として符号２０４で示すような広帯域の周波数特性が得られる。このように振動素子１０に対して特別の加工を施すことなくバッキング層における形態あるいは構造を調整することにより振動素子１０の周波数特性を改善することができ、ひいては、後に説明するように上記のような構成を利用して送信開口の制御などを行うことが可能となる。
【００３６】
図１に示した例においては、ヘビーバッキング部材１６がＹ方向における中央部から両端部にかけて徐々に厚くなるように構成されていたが、図３に示されるようにＹ方向の一方端から他方端にかけて厚みが徐々に増大あるいは減少するようなヘビーバッキング部材１６Ａを採用することもできる。あるいは、図４に示されるように、Ｙ方向の中央部において厚みが大きく両端部にかけて厚みが小さくされたヘビーバッキング部材１６Ｂを採用することもできる。もちろん、それらの図に示されている形態以外の形態を採用するようにしてもよい。
【００３７】
図５に示す例においては、振動素子１０の下面側にバッキング層１５が設けられ、そのヘビーバッキング層１５はヘビーバッキング部材１６Ｃとライトバッキング部材１８とによって構成されている。ヘビーバッキング部材１６Ｃの下面はＹ方向に沿って図示されるような形状変化を有しており、具体的には中央部から両端にかけてＳ字断面形状とされている。図５に示す例では、中央部においてヘビーバッキング層１６Ｃの厚みは０あるいは実質的に０とされており、その端部においてはヘビーバッキング作用を発揮できる十分な厚みとされている。符号２２は台座を表しており、その台座２２上にバッキング層１５が接合されている。ここで、振動素子１０、ヘビーバッキング部材１６Ｃ、ライトバッキング部材１８のそれぞれの音響インピーダンスをＺP、ＺHB、ＺSBとした場合、図示されるように、ＺHB＞ＺP＞ＺSBの関係が成立している。
【００３８】
すなわち、ライトバッキング部材１８は、振動素子１０及びヘビーバッキング部材１６Ｃよりも小さな音響インピーダンスを有しており、その値は例えばヘビーバッキング部材１６Ｃにおける音響インピーダンスの数分の１から数十分の１である。
【００３９】
なお、振動素子１０の振動に悪影響を与えないように、バッキング層１５の厚みを十分に厚くするか、あるいは、バッキング層１５との関係において台座２２の音響インピーダンスを適宜設定するのが望ましい。
【００４０】
図６には、更に他の例が示されている。振動素子１０の下面側にはバッキング層１５が設けられており、そのバッキング層１５はヘビーバッキング部材１６Ｄとライトバッキング部材１８Ａとによって構成される。ただし、ヘビーバッキング部材１６Ｄはそれ全体としてＹ方向に沿って厚みが連続的に変化しているものの、Ｙ方向の中央部においては完全に取り除かれており、このため振動素子１０における中央部がライトバッキング部材１８Ａの上面と接合している。ここでは、ヘビーバッキング作用を持たせる部分とライトバッキング作用を持たせる部分とに応じて、それぞれの部材１６Ｄ，１８Ａの厚み変化が生じている。ただし上述したように不正振動などを防止し、また位相に悪影響を与えないために、ヘビーバッキング部材１６Ｄ等の厚みについてはＹ方向に沿って連続的に変化しているのが望ましい。なお、図６に示す例では、バッキング層１５の両端が台座２２Ａによって保持されている。すなわち、図６に示すように、バッキング層１５を保持する場合、その下面側に台座を接合配置するようにしてもよいし、その側面側から台座によって保持を行うようにしてもよい。
【００４１】
次に、本実施形態に係る超音波診断装置の構成について図７を用いて説明する。超音波診断装置は超音波探触子としてのプローブ１０４と装置本体１０８とによって構成されるものであり、プローブ１０４と装置本体１０８とはプローブケーブル１０６によって接続されている。
【００４２】
アレイ振動子３０は、Ｘ方向すなわちアレイ方向に整列した複数の振動素子１０によって構成される。一般に、ＰＺＴなどによって構成される平板状の部材に対してダイシングソーによってカッティングを行うことにより複数の振動素子１０が構成される。そのようなカッティングにあたっては必要に応じてバッキング層１５の一部分あるいは全体をＺ方向にカッティングするようにしてもよい。そのような構成によれば音響的な回り込みすなわちクロストークを効果的に低減できる。
【００４３】
バッキング層１５は、図１に示した構成と同様の音響インピーダンス関係をもって、ヘビーバッキング部材３２とライトバッキング部材３４とで構成されている。ヘビーバッキング部材３２の上面が各振動素子１０の下面に接合しており、ヘビーバッキング部材３２の下面はＹ方向に沿って湾曲している。すなわちＹ方向に沿ってヘビーバッキング部材３２の厚みが連続的に変化している。その厚み変化を補填するようにライトバッキング部材３４が設けられており、そのライトバッキング部材３４はＹ方向に沿って厚みが連続的に変化しており、その中央部が最も大きな厚みを有し、その両端部が最も小さな厚みを有する。ヘビーバッキング部材３２とライトバッキング部材３４の組合せによってバッキング層１５が平板状に構成されている。なお、ライトバッキング部材３４は充填剤を充填することによって製作することも可能である。バッキング層１５は基台３６上に固定されている。
【００４４】
図１を用いて説明したように、バッキング層１５が上記の形態を有することにより、Ｙ方向に着目した場合、各振動素子１０はＹ方向の中央部と両端部とで異なる振動動作をする。
【００４５】
装置本体１０８は図示されるように送受信部６０及び送受信制御部６２を有している。送受信部６０は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち送受信部６０は送信時において複数の振動素子１０に対して複数の送信信号を供給し、一方、受信時において複数の振動素子１０から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理などを実行する。送受信制御部６２は送受信部６０の動作を制御している。特に送信信号の中心周波数及び帯域を可変する制御を実行する。
【００４６】
本実施形態においては、図７に示されるように、近距離送信の場合には、２ｆの中心周波数をもった狭帯域の送信信号が各振動素子に供給されており、これによってアレイ振動子３０におけるＹ方向の中央部１００が主として振動し、つまり上記の２ｆモードで振動することになり、Ｙ方向すなわちエレべーション方向において小さな送信開口が実現される。その一方において、遠距離送信の場合には、送信信号としてｆ及び２ｆの周波数をカバーする広帯域の送信信号が各振動素子１０に供給されており、これによって各振動素子１０においては中央部１００及び端部１０２の全体が振動し、その結果、大きな送信開口が形成される。この場合に周波数ｆの成分は端部１０２において振動作用をもたらし、周波数２ｆの成分は中央部において振動作用をもたらすものとなる。
【００４７】
このように、送信信号の帯域可変によってアレイ振動子３０におけるエレべーション方向の振動範囲を電気的に制御することが可能となり、上記で説明したように診断距離によって送信開口を調節することが可能となる。なお、遠距離送信においてはｆの送信信号を供給し、これによって端部１０２を中心として振動作用を発揮させることも可能である。
【００４８】
またハーモニックイメージングモードなどにおいては、基本波で送信が行われ、生体内で生じた高調波成分が受信されるが、そのようなモードにおいても本実施形態に係る超音波振動子によれば広帯域化が図られているため、送受信の両方において充分な特性を得ることが可能となる。
【００４９】
なお、図７に示した例においてはエレべーション方向についてのみヘビーバッキング部材３２の厚みが可変されていたが、それに代えてあるいはそれに加えてアレイ方向についてもヘビーバッキング部材３２の厚みを連続的に可変するようにしてもよい。すなわち図７においてＸ方向の中心部分においてその厚みが最も薄くなり、そこからＸ方向の両端部にかけて厚みが増大されるようにしてもよい。
【００５０】
図８には、上記で説明した原理が適用された２Ｄアレイ振動子４０が示されている。２Ｄアレイ振動子４０は二次元配列された複数の振動素子４２によって構成されている。なお、図８においては説明のため４×４個の振動素子４２が示されているが、実際の２Ｄアレイ振動子４０においてはより多くの振動素子が設けられる。２Ｄアレイ振動子４０の下側にはバッキング層４４が接合されている。バッキング層４４は、複数の振動素子４２の配列に対応した複数のバッキング要素４６によって構成されている。ただし各バッキング要素４６は物理的に別体として構成されてもよいが一体化されていてもよい。
【００５１】
図９及び図１０にはバッキング要素４６についての断面が示されている。各バッキング要素４６はヘビーバッキング部材４８及びライトバッキング部材５０によって構成される。図９に示す例では、ヘビーバッキング部材４８が下方に向けて凹面形状を有しており、その一方ライトバッキング部材５０が上方に向けて凸面形状を有している。すなわちヘビーバッキング部材４８はＸ方向及びＹ方向の双方とも中央部から端部にかけてその厚みが増大する形態を有している。その一方、ライトバッキング部材５０においては、その中央部から水平方向に徐々にその厚みが薄くされている。図１０に示す例では、図９に示した例とは逆に、ヘビーバッキング部材４８が中央部から周辺部にかけて徐々にその厚みが小さくされた形態をもっており、すなわち下方に凸型の形態をもっている。その一方、ライトバッキング部材５０はヘビーバッキング部材４８とは逆に中央部から周辺部にかけて徐々にその厚みが大きくされた形態をもっており、すなわち上方に向けて凹面型の形態をもっている。
【００５２】
いずれにしても、各バッキング要素４６においてヘビーバッキング部材４８が凹面形状あるいは凸面形状を有することにより水平方向においてヘビーバッキング部材４８の厚みに変化がもたされ、その結果、上述したような振動モードに多様性を生じさせて、各振動素子４２を広帯域化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る超音波振動子の好適な実施形態を示す概念図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の周波数特性を示す図である。
【図３】傾斜したヘビーバッキング部材を有する実施形態を示す図である。
【図４】凸球面状のヘビーバッキング部材を有する実施形態を示す図である。
【図５】ヘビーバッキング部材とライトバッキング部材とを組み合わせた実施形態を示す図である。
【図６】ヘビーバッキング部材とライトバッキング部材を組み合わせた他の実施形態を示す図である。
【図７】超音波診断装置の要部構成を示す概念図である。
【図８】２Ｄアレイ振動子の構成を示す図である。
【図９】バッキング要素の断面を示す図である。
【図１０】バッキング要素の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  振動素子、１１  整合層、１５  バッキング層、１６  ヘビーバッキング部材、１８  ライトバッキング部材。
【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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