(57)【要約】  品質を向上することができ、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる超音波探触子。この超音波探触子では、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設けた構成にしている。
2007126069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項２】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項３】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項４】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記第２の音響整合層上に設けられた第３の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記３層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項５】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面のみを貫通するように設けられている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面と、前記圧電素子側と反対側の面との両方を貫通するように設けられている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材、をさらに有し、
前記背面負荷材は、前記圧電素子側の表面が前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第１の溝が設けられた前記圧電素子および前記音響整合層は、前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に厚さが変化している、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記第１の溝の間隔と前記第２の溝の間隔は、同じである、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記第１の溝と前記第２の溝には、異なる材料が充填されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記第１の溝に充填される材料は、前記第２の溝に充填される材料よりも硬度が高い、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１２】
前記第１の溝に充填される材料は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂である、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１３】
前記第２の溝に充填される材料は、シリコーンゴムである、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１４】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に凹面形状に形成されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１５】
前記第１の音響整合層は、導体または一部が導体である、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１６】
前記第１の音響整合層を除く前記音響整合層は、曲面形状に対応できる柔軟性を有する材料で形成されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１７】
前記音響整合層のうち少なくとも最上位に積層された音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１８】
前記第３の音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項４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、生体などの被検体に当てて超音波を発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などの生体の被検体内に照射し、被検体内で反射されたエコーを検出して生体内組織の断層像などをモニタに表示することにより、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エコーの受信のために超音波探触子を利用している。【０００３】
図１は、このような超音波探触子の一例を示している。図１において、超音波探触子１０は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべく、一方向（Ｘ方向）に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（同図の上方）に設けられる１層以上（同図では２層）からなる音響整合層１２（１２ａ、１２ｂ）と、この音響整合層１２の被検体側表面に設けられる伝搬媒体１３と、圧電素子１１に対して音響整合層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。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ている。この電極および電気端子１５を介して、圧電素子１１に電気信号が与えられる。圧電素子１１は、音響整合層１２側から複数個の溝が形成され、配列方向（Ｘ方向）と直交する一方向（Ｙ方向）に対して凹面形状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
圧電素子１１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックスや、圧電単結晶などによって形成され、加えられた電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、被検体内で反射したエコーを受信して電気信号に変換する。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。このように圧電素子１１を複数個配列することにより、超音波を電子的に走査して偏向または集束することができ、いわゆる電子走査が可能となる。【０００５】
音響整合層１２は、超音波を効率良く被検体内に送受信するために設けられている。より具体的には、音響整合層１２は、圧電素子１１の音響インピーダンスを段階的に被検体の音響インピーダンスに近づける役割を果たす。【０００６】
図示の例では、圧電素子１１および音響整合層１２を被検体側に対して凹面形状に形成しているため、超音波ビームを絞る機能を有しているが、形状が凹面ということで被検体との密着性が不十分になるため、この不十分さを解消する役割も含めて伝搬媒体１３を設けた構成にしている。伝搬媒体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。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。
【特許文献１】特表平８−５０６２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子走査型の超音波診断装置は、複数個配列した圧電素子を任意の群にして個々の圧電素子に一定の遅延時間を与えて駆動し、圧電素子から被検体内に超音波の送信と受信を行う。このような遅延時間を与えることで、超音波ビームが収束または拡散され、広い視野幅または高分解能の超音波画像を得ることができる。この構成は、一般的なシステムとして既に知られている。近年、基本周波数に対して２次または３次の高調波周波数成分を利用して超音波診断装置の診断画像の分解能を高める方式が用いられているために、超音波探触子の高感度化と周波数の広帯域化が極めて重要である。周波数の広帯域化の一方法として、特許文献１に示すような圧電素子として、圧電セラミックスと高分子を複合した複合圧電体を用いる方法がある。また、高感度化の一方法として、シリコーンゴムなどの音響レンズの減衰を低減する方法があり、この方法として、特許文献１に示すように、圧電素子を凹面の形状にして、その凹面部に減衰の小さいポリウレタンポリマーなどを設ける方法がある。【０００９】
しかしながら、このような従来の構成においては、配列された圧電素子１１の電極から引き出している電気端子１５が圧電素子１１の電極の一部とのみ接続されているため、圧電素子１１が機械的な衝撃で割れたりすると、電気端子１５との接続が断線する場合があり、信頼性（品質）に課題がある。また、上記従来の構成においては、圧電セラミックスと高分子の複合圧電体および２層の音響整合層を設けてそれぞれ凹面形状にした構成を採るため、使用可能な材料が柔軟な材料に限定され、周波数の広帯域化が制限されてくる。なお、この構成においてさらに広帯域化を図る場合には、複合圧電体において圧電セラミックスの占める割合を少なくして音響インピーダンスを下げる方法も考えられるが、この場合、複合圧電体の誘電率が小さくなり、結果として電気インピーダンスが大きくなるため、感度が低下するという課題が出てくる。【００１０】
本発明は、品質が高く、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる超音波探触子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】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。【００１２】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。【００１３】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記２層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。【００１４】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、前記第２の音響整合層上に設けられた第３の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記３層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、品質を向上することができ、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる。【００１６】
すなわち、圧電素子および第１の音響整合層に対して圧電素子の配列方向（Ｘ方向）と直交する長さ方向（Ｙ方向）に複数の溝を設けるとともに、圧電素子の厚さ方向（Ｚ方向）背面に信号用導体を設けて、音響整合層、圧電素子および信号用導体をＹ方向に曲面形状に形成するため、高信頼性、高感度化、広帯域化および高分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の超音波探触子の構成の一例を示す概略斜視図
【図２Ａ】本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図２Ｂ】図２Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図３Ｂ】図３Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態３に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図４Ｂ】図４Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図５】実施の形態３における第３の音響整合層材料の音速と指向性角度との関係を示す図
【図６Ａ】本発明の実施の形態４に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図６Ｂ】図６Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００１９】
（実施の形態１）
図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。【００２０】
図２Ａおよび図２Ｂに示す超音波探触子１００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層１２０（１２１、１２２）と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層１２０（１２１、１２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層１２０（１２１、１２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。【００２１】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。【００２２】
以下、超音波探触子１００の構成について、さらに詳細に説明する。【００２３】
圧電素子１１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＭＮ-ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１には、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１を設けた側とは反対側の面から、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。この溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。この溝１６０は、圧電素子１１０のＺ方向の両面（前面と背面）を貫通して圧電素子１１０を完全に分割しているが、第１の音響整合層１２１についてはＺ方向の両面のうち一方の面のみ貫通している。すなわち、溝１６０は、第１の音響整合層１２１については、圧電素子１１０側の面から、圧電素子１１０側とは反対側に位置する部分の一部を残すように設けられる。【００２４】
ここで、第１の音響整合層１２１の一部を残す理由は、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子（図示せず）の取り出しをＹ方向の一端でのみ行うためである。この理由により、第１の音響整合層１２１は、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１は、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１は、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。【００２５】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１に設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。【００２６】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。【００２７】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。【００２８】
また、第１の音響整合層１２１も、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１の材料を選択する必要がある。【００２９】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１の溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用の電気端子（以下「信号用導体」という）１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２も含めて曲面形状に形成する。【００３０】
なお、本実施の形態では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。【００３１】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１は、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしたのが本実施の形態の一つのポイントである。また、第２の音響整合層１２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。【００３２】
また、信号用導体１５０は、圧電素子１１０を設ける領域をパターニングしない全面導体で構成し、圧電素子１１０のＹ方向の両側に引き出した部分のみをパターニングした構成にするとよい。また、信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、特許文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。【００３３】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図２Ａおよび図２ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた曲面にしてもよい。【００３４】
音響整合層１２０（第１の音響整合層１２１、第２の音響整合層１２２）、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向と直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、第１の音響整合層１２１、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。【００３５】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くてもよい。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０をＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。【００３６】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図２Ａおよび図２ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。【００３７】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層１２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。【００３８】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の周波数特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。【００３９】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列の形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。【００４０】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１が導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。【００４１】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。【００４２】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０がＹ方向にほぼ均一の厚さを有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｙ方向に圧電素子および音響整合層の厚さを変化させた場合であっても同様の効果が得られる。【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１における接地用の電気端子（図示せず）に代えて、第１の音響整合層上に接地用導体を設ける場合である。【００４４】
図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施の形態１に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。【００４５】
図３Ａおよび図３Ｂに示す超音波探触子２００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）と、この２層の音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。【００４６】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。【００４７】
以下、超音波探触子２００の構成について、さらに詳細に説明する。【００４８】
圧電素子１１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａには、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａのＺ方向の両面を貫通して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１ａを設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層１２１ａの、圧電素子１１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０側からではなくとも第１の音響整合層１２１ａ側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。【００４９】
なお、本実施の形態では、溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層１２１ａには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子１１０側から設けられる。【００５０】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層１２１ａは、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１ａは、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１ａは、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。【００５１】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａに設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。【００５２】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。【００５３】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。【００５４】
また、第１の音響整合層１２１ａも、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１ａの材料を選択する必要がある。【００５５】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子１１０の接地電極および導体である第１の音響整合層１２１ａを介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層１２１ａは、圧電素子１１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。【００５６】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層１２１ａと接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、圧電素子１１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層１２１ａに電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態では、接地導体２１０は、すべての圧電素子１１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。【００５７】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層１２２を兼ねた構成であってもよい。【００５８】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａの溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２も含めて曲面形状に形成する。【００５９】
なお、本実施の形態では、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。【００６０】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１ａは、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態では、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層１２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。【００６１】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。【００６２】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図３Ａおよび図３ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。【００６３】
音響整合層１２０ａ（第１の音響整合層１２１ａ、第２の音響整合層１２２）、接地導体２１０、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、接地導体２１０、第１の音響整合層１２１ａ、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。【００６４】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０および接地導体２１０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。【００６５】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図３Ａおよび図３ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。【００６６】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層１２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。【００６７】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層１２１ａの圧電素子１１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。【００６８】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。【００６９】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１ａが導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。【００７０】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０ａをＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。【００７１】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層１２１ａ上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設けた場合であっても同様の効果が得られる。【００７２】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態２における２層の音響整合層１２０ａに代えて、３層の音響整合層を設ける場合である。【００７３】
図４Ａは、本発明の実施の形態３に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施の形態２に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。【００７４】
図４Ａおよび図４Ｂに示す超音波探触子３００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された３層の音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）と、この３層の音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。ここでは、接地導体２１０は、第１の音響整合層１２１ａと第２の音響整合層１２２の間に配置されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。【００７５】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。【００７６】
以下、超音波探触子３００の構成について、さらに詳細に説明する。【００７７】
圧電素子３００は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＭＮ-ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａには、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａのＺ方向の両面を貫通して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１ａを設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層１２１ａの、圧電素子１１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０側からではなくとも第１の音響整合層１２１ａ側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。【００７８】
なお、本実施の形態でも、溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層１２１ａには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子１１０側から設けられる。【００７９】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層１２１ａは、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１ａは、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１ａは、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。【００８０】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａに設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。【００８１】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。【００８２】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。【００８３】
また、第１の音響整合層１２１ａも、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１ａの材料を選択する必要がある。【００８４】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子１１０の接地電極および導体である第１の音響整合層１２１ａを介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層１２１ａは、圧電素子１１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。【００８５】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層１２１ａと接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、実施の形態２と同様に、圧電素子１１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層１２１ａに電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態でも、接地導体２１０は、すべての圧電素子１１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。【００８６】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層１２２を兼ねた構成であってもよい。【００８７】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａの溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１も含めて曲面形状に形成する。【００８８】
なお、本実施の形態では、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。【００８９】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１ａは、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態でも、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層１２２には、金属や酸化物などの粉体を充填したエポキシ樹脂などの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。【００９０】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。【００９１】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図４Ａおよび図４ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。【００９２】
第２の音響整合層１２２、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、接地導体２１０、第１の音響整合層１２１ａ、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。【００９３】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、_Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０および接地導体１７０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体１７０および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。【００９４】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図４Ａおよび図４ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。【００９５】
さらに、本実施の形態では、第２の音響整合層１２２上に第３の音響整合層３１１が設けられる。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第３の音響整合層３１１は、Ｘ方向に分割された第２の音響整合層１２２上に、どの方向にも分割しないで一面に設けられる。【００９６】
しかし、Ｘ方向の個々の圧電素子１１０を単独で振動させて隣接する圧電素子１１０に超音波振動が漏れないようにするためには、第３の音響整合層３１１も、第１および第２の音響整合層１２１ａ、１２２と同様に分割するほうがよい。一つの圧電素子１１０が単独で超音波振動して被検体側に超音波を放射しているかどうかを評価する方法としては、Ｘ方向において圧電素子１１０から各音響整合層１２１ａ、１２２、３１１を介して超音波が被検体側に放射される指向性の度合いを測定する方法がある。指向性が広いほど、横に超音波の漏れが少なく、圧電素子１１０は単独で振動しているということになり、良好であるということになり、また、その逆で指向性が狭いということは、あまり良くないという結果となる。【００９７】
一般に、一方向（Ｘ方向）に複数の圧電素子１１０を配列したいわゆる電子走査型の超音波探触子では、配列した圧電素子１１０のＸ方向の指向性をいかに広くできるかが超音波画像の分解能を向上させる重要なポイントである。また、圧電素子１１０と同じように、分割する音響整合層の数を少なくすることによって、たとえ狭い間隔（例えば、０.１ｍｍ）で分割しても、安定した加工を行うことができ、均一に精度良く超音波探触子を作成することができる。しかも、指向性を狭くすることがない構成にすることも可能となる。【００９８】
例えば、中心周波数が３.５ＭＨｚの圧電素子１１０を、圧電素子１１０のＸ方向の間隔を０.３８ｍｍ（０.１９ｍｍの間隔で分割した２つを電気的に束ねた状態）にして分割したときのＸ方向の指向性の角度は、−６ｄＢのレベルで定義すると、第３の音響整合層３１１を圧電素子１１０と同様に分割した構成の場合、約２３度の指向角となる。なお、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａおよび第２の音響整合層１２２を分割した分割溝１８０にはシリコーンゴム材を充填した。【００９９】
一方で、上記の圧電素子１１０を上記と同様の態様で分割し、かつ、３層の音響整合層３１０のうち、圧電素子１１０側の第１および第２の音響整合層１２１ａ、１２２については圧電素子１１０と同様に分割し、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１については何ら分割しない構成の場合において、圧電素子１１０の配列方向（Ｘ方向）における超音波の指向特性を測定した。このとき、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１の材料として、シリコーンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７６、音速９１５ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス２.１メガレールス）、クロロプレンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７０、音速１６３０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス２.１６メガレールス）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（硬さがショア−Ａ硬度で６５、音速１４８０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９４メガレールス）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（硬さがショア−Ａ硬度で６０、音速１６４０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９７メガレールス）、およびウレタンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７８、音速１８５０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９８メガレールス）をそれぞれ用いた。この結果、第３の音響整合層３１１の材料によって指向特性に違いがあることがわかった。なお、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａおよび第２の音響整合層１２２を分割した分割溝１８０（このときの分割溝１８０の幅は約０.０３ｍｍ）には、第２の音響整合層１２２まで分割した構成と同様に、シリコーンゴムの材料を充填した。また、上記に挙げた材料のうちウレタンゴム以外の材料としては、音響インピーダンスを調整するためにアルミナやカーボン、炭酸カルシウムなどのフィラーを任意の量だけ充填した材料を用いた。【０１００】
上記した指向特性の違いは、材料の硬さや音響インピーダンスなどとの相関はなく、これらの項目は、指向特性にはあまり影響していなかった。指向特性に影響している、つまり、指向特性と相関があった項目は、第３の音響整合層３１１の材料の音速特性であり、これは指向特性との間に良好な相関が見られた。３.５ＭＨｚの周波数で−６ｄＢのレベルで測定した指向性角度と、第３の音響整合層３１１の材料の音速との関係の結果を、図５に示す。図５に示すように、指向性角度には音速との良好な相関が見られ、相関係数は０.８６となっている。このことから、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１を分割しない構成において、指向性を広くするためには、第３の音響整合層３１１の材料の音速に注目する必要があることがわかった。【０１０１】
例えば、上記の例で使用した第３の音響整合層３１１の各材料における指向性角度は、次の通りである。すなわち、シリコーンゴムを用いた場合は２５度、クロロプレンゴムを用いた場合は２３.５度、エチレン−プロピレン共重合ゴムを用いた場合は２３.５度、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムを用いた場合は２２.９度、ウレタンゴムを用いた場合は２０度という結果であった。なお、この測定結果のばらつきは、±０.５度程度あると考えられる。【０１０２】
このことは、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子１１０と同じように分割することはしない構成において、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子１１０と同じように分割した構成と同等またはそれ以上の指向特性を得るためには、音響整合層の音速を限定すればよく、音速が１６５０ｍ／ｓｅｃまたはそれ以下の値を有するゴム弾性体材料を使用すればよいといえる。もちろん、第３の音響整合層３１１はゴム弾性体であり、十分な柔軟性を有しているため、第２の音響整合層１２２の曲面上にその曲面形状にならって形成することが可能である。【０１０３】
最後に、必要に応じて第３の音響整合層３１１上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。【０１０４】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層１２１ａの圧電素子１１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設け、さらに音響整合層３１０を３層設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。【０１０５】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。【０１０６】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１ａが導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。【０１０７】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層３１０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。【０１０８】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層１２１ａ上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設け、さらにその上面に第３の音響整合層を設けた場合であっても同様の効果が得られる。【０１０９】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態２において圧電素子および第１の音響整合層の厚さを変化させた場合である。【０１１０】
図６Ａは、本発明の実施の形態４に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施の形態２に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。【０１１１】
図６Ａおよび図６Ｂに示す超音波探触子４００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子４１０と、各圧電素子４１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層４２０（４２１、４２２）と、この２層の音響整合層４２０（４２１、４２２）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子４１０に対して音響整合層４２０（４２１、４２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材４３０と、必要に応じて音響整合層４２０（４２１、４２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。【０１１２】
圧電素子４１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより圧電素子４１０の前面および背面にそれぞれ形成される。【０１１３】
以下、超音波探触子４００の構成について、さらに詳細に説明する。【０１１４】
本実施の形態では、圧電素子４１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いてＹ方向に厚さを変化させて形成される。第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２は、このような材料を用いてＹ方向に厚さを変化させた圧電素子４１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。第１の音響整合層４２１および第２の音響整合層４２２は、それぞれ、圧電素子４１０と同様にＹ方向に厚さが変化している。【０１１５】
圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１には、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１のＺ方向の両面を貫通して圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１をそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子４１０の、第１の音響整合層４２１を設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層４２１の、圧電素子４１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子４１０側からではなくとも第１の音響整合層４２１側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。【０１１６】
なお、本実施の形態では、溝１６０は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１を完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層４２１には、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子４１０側から設けられる。【０１１７】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子４１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層４２１は、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層４２１は、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層４２１は、音響インピーダンスの値が、圧電素子４１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。【０１１８】
ここで、圧電素子４１０の配列方向（Ｘ方向）と直交する一方向（Ｙ方向）における圧電素子４１０の厚さは、Ｙ方向において中心付近では薄く端部に行くに従って厚くなるように不均一になっている。具体的には、圧電素子４１０は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、被検体側の前面が平面形状で、背面負荷材４３０側の背面が曲面形状になっている。圧電素子４１０の厚さを不均一にすることにより、超音波ビームの焦点深度を長くすることができ、かつ、広帯域の周波数特性が得られて分解能を向上することができる。このように圧電素子をＹ方向に厚さを不均一する構成は、既に、例えば、特開平７-１０７５９５号公報などで公知である。すなわち、圧電素子４１０のＹ方向の中心付近は、厚さが薄いため、高い周波数成分の超音波が送受信され、両端部に行くに従って厚さが厚くなるため、低い周波数成分の超音波が送受信されることになる。一方、音響整合層４２０（４２１、４２２）についても、圧電素子４１０の厚さに対応する周波数の変化に対応して、厚さを可変しており、基本の厚さは４分の１波長とする。したがって、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、音響整合層４２０（４２１、４２２）は、中心部の厚さが最も薄くなり、端部に行くに従って厚くなるため、被検体側に対して凹面の曲面形状になる。【０１１９】
このように音響整合層４２０（４２１、４２２）が凹面形状になるということは、当然のことながら、凹面形状の曲率半径に基づいて超音波が被検体側に向かってある距離に収束されることを意味する。しかしながら、収束する距離が目的とする距離になるとは限らず、目的とする距離よりも近いところまたは遠いところに収束されるという課題が発生する。本実施の形態は、この課題を解決することができる構成を有することが特徴である。【０１２０】
また、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１に設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子４１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。【０１２１】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子４１０を形成し、この圧電素子４１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子４１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子４１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数のさらなる広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。【０１２２】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。【０１２３】
また、第１の音響整合層４２１も、圧電素子４１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層４２１の材料を選択する必要がある。【０１２４】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子４１０の接地電極および導体である第１の音響整合層４２１を介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層４２１は、圧電素子４１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。【０１２５】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層４２１と接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、圧電素子４１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層４２１に電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態では、接地導体２１０は、すべての圧電素子４１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。【０１２６】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層４２２を兼ねた構成であってもよい。【０１２７】
分割された圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１の溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２も含めて曲面形状に形成する。【０１２８】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子４１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層４２１は、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層４２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。【０１２９】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子４１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子４１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。【０１３０】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図６Ａおよび図６ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。【０１３１】
音響整合層４２０（第１の音響整合層４２１、第２の音響整合層４２２）、接地導体２１０、圧電素子４１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、曲面形状に形成された背面負荷材４３０に、信号用導体１５０、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層４２２、接地導体２１０、第１の音響整合層４２１、圧電素子４１０、信号用導体１５０および背面負荷材４３０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。【０１３２】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子４１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子４１０列については、各圧電素子４１０に信号用導体１５０および接地導体２１０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子４１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１をＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。【０１３３】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層４２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層４２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。【０１３４】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して、厚さを変化させた圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子４１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層４２１の圧電素子４１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。【０１３５】
なお、本実施の形態では、圧電素子４１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。【０１３６】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層４２１が導体の材料を用いた構成の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。【０１３７】
また、本実施の形態では、圧電素子４１０および音響整合層４２０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。【０１３８】
また、本実施の形態では、音響整合層を２層に構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。音響整合層を３層以上で構成した場合であっても同様の効果が得られる。【０１３９】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層４２１上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設けた場合であっても同様の効果が得られる。【０１４０】
２００６年４月２８日出願の特願２００６−１２５５３６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明に係る超音波探触子は、人体など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。
【図１】
2007126069.tif 000003
【図２Ａ】
2007126069.tif 000004
【図２Ｂ】
2007126069.tif 000005
【図３Ａ】
2007126069.tif 000006
【図３Ｂ】
2007126069.tif 000007
【図４Ａ】
2007126069.tif 000008
【図４Ｂ】
2007126069.tif 000009
【図５】
2007126069.tif 000010
【図６Ａ】
2007126069.tif 000011
【図６Ｂ】
2007126069.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項２】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項３】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項４】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記第２の音響整合層上に設けられた第３の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記３層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項５】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面のみを貫通するように設けられている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面と、前記圧電素子側と反対側の面との両方を貫通するように設けられている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材、をさらに有し、
前記背面負荷材は、前記圧電素子側の表面が前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
請求項１記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第１の溝が設けられた前記圧電素子および前記音響整合層は、前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に厚さが変化している、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記第１の溝の間隔と前記第２の溝の間隔は、同じである、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記第１の溝と前記第２の溝には、異なる材料が充填されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記第１の溝に充填される材料は、前記第２の溝に充填される材料よりも硬度が高い、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１２】
前記第１の溝に充填される材料は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂である、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１３】
前記第２の溝に充填される材料は、シリコーンゴムである、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１４】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に凹面形状に形成されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１５】
前記第１の音響整合層は、導体または一部が導体である、請求項１記載の超音波探触子
。
【請求項１６】
前記第１の音響整合層を除く前記音響整合層は、曲面形状に対応できる柔軟性を有する材料で形成されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１７】
前記音響整合層のうち少なくとも最上位に積層された音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１８】
前記第３の音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項４記載の超音波探触子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体などの被検体に当てて超音波を発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などの生体の被検体内に照射し、被検体内で反射されたエコーを検出して生体内組織の断層像などをモニタに表示することにより、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エコーの受信のために超音波探触子を利用している。
【０００３】
図１は、このような超音波探触子の一例を示している。図１において、超音波探触子１０は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべく、一方向（Ｘ方向）に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（同図の上方）に設けられる１層以上（同図では２層）からなる音響整合層１２（１２ａ、１２ｂ）と、この音響整合層１２の被検体側表面に設けられる伝搬媒体１３と、圧電素子１１に対して音響整合層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。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ている。この電極および電気端子１５を介して、圧電素子１１に電気信号が与えられる。圧電素子１１は、音響整合層１２側から複数個の溝が形成され、配列方向（Ｘ方向）と直交する一方向（Ｙ方向）に対して凹面形状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
圧電素子１１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックスや、圧電単結晶などによって形成され、加えられた電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、被検体内で反射したエコーを受信して電気信号に変換する。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。このように圧電素子１１を複数個配列することにより、超音波を電子的に走査して偏向または集束することができ、いわゆる電子走査が可能となる。
【０００５】
音響整合層１２は、超音波を効率良く被検体内に送受信するために設けられている。より具体的には、音響整合層１２は、圧電素子１１の音響インピーダンスを段階的に被検体の音響インピーダンスに近づける役割を果たす。
【０００６】
図示の例では、圧電素子１１および音響整合層１２を被検体側に対して凹面形状に形成しているため、超音波ビームを絞る機能を有しているが、形状が凹面ということで被検体との密着性が不十分になるため、この不十分さを解消する役割も含めて伝搬媒体１３を設けた構成にしている。伝搬媒体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。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。
【特許文献１】特表平８−５０６２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子走査型の超音波診断装置は、複数個配列した圧電素子を任意の群にして個々の圧電素子に一定の遅延時間を与えて駆動し、圧電素子から被検体内に超音波の送信と受信を行う。このような遅延時間を与えることで、超音波ビームが収束または拡散され、広い視野
幅または高分解能の超音波画像を得ることができる。この構成は、一般的なシステムとして既に知られている。近年、基本周波数に対して２次または３次の高調波周波数成分を利用して超音波診断装置の診断画像の分解能を高める方式が用いられているために、超音波探触子の高感度化と周波数の広帯域化が極めて重要である。周波数の広帯域化の一方法として、特許文献１に示すような圧電素子として、圧電セラミックスと高分子を複合した複合圧電体を用いる方法がある。また、高感度化の一方法として、シリコーンゴムなどの音響レンズの減衰を低減する方法があり、この方法として、特許文献１に示すように、圧電素子を凹面の形状にして、その凹面部に減衰の小さいポリウレタンポリマーなどを設ける方法がある。
【０００９】
しかしながら、このような従来の構成においては、配列された圧電素子１１の電極から引き出している電気端子１５が圧電素子１１の電極の一部とのみ接続されているため、圧電素子１１が機械的な衝撃で割れたりすると、電気端子１５との接続が断線する場合があり、信頼性（品質）に課題がある。また、上記従来の構成においては、圧電セラミックスと高分子の複合圧電体および２層の音響整合層を設けてそれぞれ凹面形状にした構成を採るため、使用可能な材料が柔軟な材料に限定され、周波数の広帯域化が制限されてくる。なお、この構成においてさらに広帯域化を図る場合には、複合圧電体において圧電セラミックスの占める割合を少なくして音響インピーダンスを下げる方法も考えられるが、この場合、複合圧電体の誘電率が小さくなり、結果として電気インピーダンスが大きくなるため、感度が低下するという課題が出てくる。
【００１０】
本発明は、品質が高く、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる超音波探触子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】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
【００１２】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
【００１３】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用導体上に設けられた第
２の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記２層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
【００１４】
本発明の超音波探触子は、所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、前記第２の音響整合層上に設けられた第３の音響整合層と、前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、前記３層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、品質を向上することができ、高感度でかつ広帯域の特性を得ることができ、高分解能の超音波画像を得ることができる。
【００１６】
すなわち、圧電素子および第１の音響整合層に対して圧電素子の配列方向（Ｘ方向）と直交する長さ方向（Ｙ方向）に複数の溝を設けるとともに、圧電素子の厚さ方向（Ｚ方向）背面に信号用導体を設けて、音響整合層、圧電素子および信号用導体をＹ方向に曲面形状に形成するため、高信頼性、高感度化、広帯域化および高分解能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂに示す超音波探触子１００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層１２０（１２１、１２２）と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層１２０（１２１、１２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層１２０（１２１、１２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。
【００２０】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。
【００２１】
以下、超音波探触子１００の構成について、さらに詳細に説明する。
【００２２】
圧電素子１１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＭＮ-ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１には、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１を設けた側とは反対側の面から、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。この溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。この溝１６０は、圧電素子１１０のＺ方向の両面（前面と背面）を貫通して圧電素子１１０を完全に分割しているが、第１の音響整合層１２１についてはＺ方向の両面のうち一方の面のみ貫通している。すなわち、溝１６０は、第１の音響整合層１２１については、圧電素子１１０側の面から、圧電素子１１０側とは反対側に位置する部分の一部を残すように設けられる。
【００２３】
ここで、第１の音響整合層１２１の一部を残す理由は、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子（図示せず）の取り出しをＹ方向の一端でのみ行うためである。この理由により、第１の音響整合層１２１は、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１は、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１は、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。
【００２４】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１に設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。
【００２５】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づける
ことができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。
【００２６】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。
【００２７】
また、第１の音響整合層１２１も、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１の材料を選択する必要がある。
【００２８】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１の溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用の電気端子（以下「信号用導体」という）１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２も含めて曲面形状に形成する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。
【００３０】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１は、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしたのが本実施の形態の一つのポイントである。また、第２の音響整合層１２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。
【００３１】
また、信号用導体１５０は、圧電素子１１０を設ける領域をパターニングしない全面導体で構成し、圧電素子１１０のＹ方向の両側に引き出した部分のみをパターニングした構成にするとよい。また、信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、特許文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。
【００３２】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図２Ａおよび図２ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた曲面にしてもよい。
【００３３】
音響整合層１２０（第１の音響整合層１２１、第２の音響整合層１２２）、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向と直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、第１の音響整合層１２１、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。
【００３４】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くてもよい。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０をＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。
【００３５】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図２Ａおよび図２ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。
【００３６】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層１２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。
【００３７】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の周波数特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列の形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子を
Ｘ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。
【００３９】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１が導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【００４０】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０がＹ方向にほぼ均一の厚さを有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｙ方向に圧電素子および音響整合層の厚さを変化させた場合であっても同様の効果が得られる。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１における接地用の電気端子（図示せず）に代えて、第１の音響整合層上に接地用導体を設ける場合である。
【００４３】
図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施の形態１に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂに示す超音波探触子２００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）と、この２層の音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層１２０ａ（１２１ａ、１２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。
【００４５】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。
【００４６】
以下、超音波探触子２００の構成について、さらに詳細に説明する。
【００４７】
圧電素子１１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａには、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。
溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａのＺ方向の両面を貫通して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１ａを設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層１２１ａの、圧電素子１１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０側からではなくとも第１の音響整合層１２１ａ側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。
【００４８】
なお、本実施の形態では、溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層１２１ａには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子１１０側から設けられる。
【００４９】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層１２１ａは、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１ａは、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１ａは、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。
【００５０】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａに設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。
【００５１】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。
【００５２】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。
【００５３】
また、第１の音響整合層１２１ａも、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１ａの材料を選択する必要がある。
【００５４】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子１１０の接地電極および導体である第１の音響整合層１２１ａを介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層１２１ａは、圧電素子１１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。
【００５５】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層１２１ａと接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、圧電素子１１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層１２１ａに電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態では、接地導体２１０は、すべての圧電素子１１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。
【００５６】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層１２２を兼ねた構成であってもよい。
【００５７】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａの溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２も含めて曲面形状に形成する。
【００５８】
なお、本実施の形態では、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。
【００５９】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１ａは、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態では、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層１２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。
【００６０】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。
【００６１】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図３Ａおよび図３ＢのＹ
方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。
【００６２】
音響整合層１２０ａ（第１の音響整合層１２１ａ、第２の音響整合層１２２）、接地導体２１０、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、接地導体２１０、第１の音響整合層１２１ａ、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。
【００６３】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０および接地導体２１０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。
【００６４】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図３Ａおよび図３ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。
【００６５】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層１２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。
【００６６】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層１２１ａの圧電素子１１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、
高感度で分解能の高い超音波画像を提供する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、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。
【００６８】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１ａが導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層１２０ａをＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。
【００７０】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層１２１ａ上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態２における２層の音響整合層１２０ａに代えて、３層の音響整合層を設ける場合である。
【００７２】
図４Ａは、本発明の実施の形態３に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施の形態２に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００７３】
図４Ａおよび図４Ｂに示す超音波探触子３００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子１１０と、各圧電素子１１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された３層の音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）と、この３層の音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子１１０に対して音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材１４０と、必要に応じて音響整合層３１０（１２１ａ、１２２、３１１）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。ここでは、接地導体２１０は、第１の音響整合層１２１ａと第２の音響整合層１２２の間に配置されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。
【００７４】
圧電素子１１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより、圧電素子１１０の前面および背面にそれぞれ形成される。
【００７５】
以下、超音波探触子３００の構成について、さらに詳細に説明する。
【００７６】
圧電素子３００は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＭＮ-ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いて形成される。第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１は、このような材料の圧電素子１１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａには、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａのＺ方向の両面を貫通して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０の、第１の音響整合層１２１ａを設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層１２１ａの、圧電素子１１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子１１０側からではなくとも第１の音響整合層１２１ａ側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。
【００７７】
なお、本実施の形態でも、溝１６０は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層１２１ａには、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子１１０側から設けられる。
【００７８】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子１１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層１２１ａは、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層１２１ａは、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層１２１ａは、音響インピーダンスの値が、圧電素子１１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。
【００７９】
また、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａに設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子１１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。
【００８０】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子１１０を形成し、この圧電素子１１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子１１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子１１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数の広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。
【００８１】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用い
られる。
【００８２】
また、第１の音響整合層１２１ａも、圧電素子１１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層１２１ａの材料を選択する必要がある。
【００８３】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子１１０の接地電極および導体である第１の音響整合層１２１ａを介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層１２１ａは、圧電素子１１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。
【００８４】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層１２１ａと接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、実施の形態２と同様に、圧電素子１１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層１２１ａに電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態でも、接地導体２１０は、すべての圧電素子１１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。
【００８５】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層１２２を兼ねた構成であってもよい。
【００８６】
分割された圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａの溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１も含めて曲面形状に形成する。
【００８７】
なお、本実施の形態では、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、背面負荷材１４０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、第２の音響整合層１２２および第３の音響整合層３１１を被検体側に対して凹面の曲面形状に形成して超音波を収束させるように構成しているが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、超音波を拡散させるような凸面形状にしてもよい。
【００８８】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子１１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層１２１ａは、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、本実施の形態でも、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層１２２には、金属や酸化物などの粉体を充填したエポキシ樹脂などの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。
【００８９】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子１１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また
、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子１１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。
【００９０】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図４Ａおよび図４ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。
【００９１】
第２の音響整合層１２２、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０、圧電素子１１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、本実施の形態では、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体２１０および第２の音響整合層１２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層１２２、接地導体２１０、第１の音響整合層１２１ａ、圧電素子１１０、信号用導体１５０および背面負荷材１４０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。
【００９２】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子１１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、_Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子１１０列については、各圧電素子１１０に信号用導体１５０および接地導体１７０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子１１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａ、接地導体１７０および第２の音響整合層１２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａをＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。
【００９３】
また、圧電素子１１０（より厳密には個々の圧電体）は、図４Ａおよび図４ＢのＸ方向とＹ方向にそれぞれ分割されて柱状になっているが、これら両方向の分割間隔はほぼ同じにするとよい。前述したように、圧電素子１１０の圧電セラミックスは、不要な幅振動モードが発生し、圧電セラミックスの幅を幅振動モードが使用周波数帯に発生する幅にすると、使用する周波数特性に悪影響（例えば、周波数帯域が狭くなる）を及ぼすために、幅振動モードの周波数を使用周波数帯から外すようにすることが必要である。これはＸ方向でも同じである。したがって、Ｙ方向と同じように圧電素子１１０のＸ方向の分割間隔をほぼ同じにすることにより、不要な幅振動モードの影響を低減することができる。
【００９４】
さらに、本実施の形態では、第２の音響整合層１２２上に第３の音響整合層３１１が設けられる。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第３の音響整合層３１１は、Ｘ方向に分割された第２の音響整合層１２２上に、どの方向にも分割しないで一面に設けられる。
【００９５】
しかし、Ｘ方向の個々の圧電素子１１０を単独で振動させて隣接する圧電素子１１０に超音波振動が漏れないようにするためには、第３の音響整合層３１１も、第１および第２
の音響整合層１２１ａ、１２２と同様に分割するほうがよい。一つの圧電素子１１０が単独で超音波振動して被検体側に超音波を放射しているかどうかを評価する方法としては、Ｘ方向において圧電素子１１０から各音響整合層１２１ａ、１２２、３１１を介して超音波が被検体側に放射される指向性の度合いを測定する方法がある。指向性が広いほど、横に超音波の漏れが少なく、圧電素子１１０は単独で振動しているということになり、良好であるということになり、また、その逆で指向性が狭いということは、あまり良くないという結果となる。
【００９６】
一般に、一方向（Ｘ方向）に複数の圧電素子１１０を配列したいわゆる電子走査型の超音波探触子では、配列した圧電素子１１０のＸ方向の指向性をいかに広くできるかが超音波画像の分解能を向上させる重要なポイントである。また、圧電素子１１０と同じように、分割する音響整合層の数を少なくすることによって、たとえ狭い間隔（例えば、０.１ｍｍ）で分割しても、安定した加工を行うことができ、均一に精度良く超音波探触子を作成することができる。しかも、指向性を狭くすることがない構成にすることも可能となる。
【００９７】
例えば、中心周波数が３.５ＭＨｚの圧電素子１１０を、圧電素子１１０のＸ方向の間隔を０.３８ｍｍ（０.１９ｍｍの間隔で分割した２つを電気的に束ねた状態）にして分割したときのＸ方向の指向性の角度は、−６ｄＢのレベルで定義すると、第３の音響整合層３１１を圧電素子１１０と同様に分割した構成の場合、約２３度の指向角となる。なお、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａおよび第２の音響整合層１２２を分割した分割溝１８０にはシリコーンゴム材を充填した。
【００９８】
一方で、上記の圧電素子１１０を上記と同様の態様で分割し、かつ、３層の音響整合層３１０のうち、圧電素子１１０側の第１および第２の音響整合層１２１ａ、１２２については圧電素子１１０と同様に分割し、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１については何ら分割しない構成の場合において、圧電素子１１０の配列方向（Ｘ方向）における超音波の指向特性を測定した。このとき、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１の材料として、シリコーンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７６、音速９１５ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス２.１メガレールス）、クロロプレンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７０、音速１６３０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス２.１６メガレールス）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（硬さがショア−Ａ硬度で６５、音速１４８０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９４メガレールス）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（硬さがショア−Ａ硬度で６０、音速１６４０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９７メガレールス）、およびウレタンゴム（硬さがショア−Ａ硬度で７８、音速１８５０ｍ／ｓｅｃ、音響インピーダンス１.９８メガレールス）をそれぞれ用いた。この結果、第３の音響整合層３１１の材料によって指向特性に違いがあることがわかった。なお、圧電素子１１０、第１の音響整合層１２１ａおよび第２の音響整合層１２２を分割した分割溝１８０（このときの分割溝１８０の幅は約０.０３ｍｍ）には、第２の音響整合層１２２まで分割した構成と同様に、シリコーンゴムの材料を充填した。また、上記に挙げた材料のうちウレタンゴム以外の材料としては、音響インピーダンスを調整するためにアルミナやカーボン、炭酸カルシウムなどのフィラーを任意の量だけ充填した材料を用いた。
【００９９】
上記した指向特性の違いは、材料の硬さや音響インピーダンスなどとの相関はなく、これらの項目は、指向特性にはあまり影響していなかった。指向特性に影響している、つまり、指向特性と相関があった項目は、第３の音響整合層３１１の材料の音速特性であり、これは指向特性との間に良好な相関が見られた。３.５ＭＨｚの周波数で−６ｄＢのレベルで測定した指向性角度と、第３の音響整合層３１１の材料の音速との関係の結果を、図５に示す。図５に示すように、指向性角度には音速との良好な相関が見られ、相関係数は０.８６となっている。このことから、被検体側に位置する第３の音響整合層３１１を分
割しない構成において、指向性を広くするためには、第３の音響整合層３１１の材料の音速に注目する必要があることがわかった。
【０１００】
例えば、上記の例で使用した第３の音響整合層３１１の各材料における指向性角度は、次の通りである。すなわち、シリコーンゴムを用いた場合は２５度、クロロプレンゴムを用いた場合は２３.５度、エチレン−プロピレン共重合ゴムを用いた場合は２３.５度、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムを用いた場合は２２.９度、ウレタンゴムを用いた場合は２０度という結果であった。なお、この測定結果のばらつきは、±０.５度程度あると考えられる。
【０１０１】
このことは、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子１１０と同じように分割することはしない構成において、多層化した音響整合層のすべてを圧電素子１１０と同じように分割した構成と同等またはそれ以上の指向特性を得るためには、音響整合層の音速を限定すればよく、音速が１６５０ｍ／ｓｅｃまたはそれ以下の値を有するゴム弾性体材料を使用すればよいといえる。もちろん、第３の音響整合層３１１はゴム弾性体であり、十分な柔軟性を有しているため、第２の音響整合層１２２の曲面上にその曲面形状にならって形成することが可能である。
【０１０２】
最後に、必要に応じて第３の音響整合層３１１上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層１２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。
【０１０３】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して圧電素子１１０および第１の音響整合層１２１ａを曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子１１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層１２１ａの圧電素子１１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設け、さらに音響整合層３１０を３層設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層１２１ａが導体の材料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、圧電素子１１０および音響整合層３１０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得ら
れる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層１２１ａ上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設け、さらにその上面に第３の音響整合層を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【０１０８】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態２において圧電素子および第１の音響整合層の厚さを変化させた場合である。
【０１０９】
図６Ａは、本発明の実施の形態４に係る超音波探触子の部分概略斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図である。なお、この超音波探触子は、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施の形態２に対応する超音波探触子と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【０１１０】
図６Ａおよび図６Ｂに示す超音波探触子４００は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数の圧電素子４１０と、各圧電素子４１０に対して被検体側（同図の上方）となる厚さ方向（Ｚ方向）前面に配置された２層の音響整合層４２０（４２１、４２２）と、この２層の音響整合層４２０（４２１、４２２）の間に配置された接地導体２１０と、必要に応じて圧電素子４１０に対して音響整合層４２０（４２１、４２２）側とは反対側となる厚さ方向（Ｚ方向）背面（同図の下方）に配置された背面負荷材４３０と、必要に応じて音響整合層４２０（４２１、４２２）上に配置された伝搬媒体１３０とから構成されている。これら各構成要素（接地導体２１０を除く）のそれぞれの機能は、図１に示す従来技術で説明したものと同様である。
【０１１１】
圧電素子４１０の厚さ方向（Ｚ方向）の前面には接地電極（図示せず）が、背面には信号用電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。両電極は、金や銀の蒸着もしくはスパッタリング、または銀の焼き付けなどにより圧電素子４１０の前面および背面にそれぞれ形成される。
【０１１２】
以下、超音波探触子４００の構成について、さらに詳細に説明する。
【０１１３】
本実施の形態では、圧電素子４１０は、ＰＺＴ系のような圧電セラミックスや、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ系のような圧電単結晶などの材料を用いてＹ方向に厚さを変化させて形成される。第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２は、このような材料を用いてＹ方向に厚さを変化させた圧電素子４１０に設けられた接地電極（図示せず）側に設けられる。第１の音響整合層４２１および第２の音響整合層４２２は、それぞれ、圧電素子４１０と同様にＹ方向に厚さが変化している。
【０１１４】
圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１には、Ｘ方向に沿って、本発明の第１の溝としての溝１６０が複数個設けられる。溝１６０は、例えば、ダイシングマシンなどの装置を用いて設けられる。本実施の形態では、この溝１６０は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１のＺ方向の両面を貫通して圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１をそれぞれ完全に分割している。したがって、溝１６０を設ける方向は、圧電素子４１０の、第１の音響整合層４２１を設けた側とは反対側の面からでも、第１の音響整合層４２１の、圧電素子４１０を設けた側とは反対側の面からでも、どちらの面側から設けてもよい。すなわち、溝１６０を設ける方向は、圧電素子４１０側からではなくとも第１の音響整合層４２１側からでも本構成は成立するため、どちらの側から設けてもよい。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、溝１６０は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１を完全に分割しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第１の音響整合層４２１には、一部を残して溝を設けるようにしてもよい。この場合、溝１６０は、圧電素子４１０側から設けられる。
【０１１６】
また、本構成では、接地導体２１０を用いて、分割された圧電素子４１０の接地電極からの電気端子の取り出しを行う。このため、第１の音響整合層４２１は、電気的な導体であることが必要になる。したがって、第１の音響整合層４２１は、例えば、グラファイトや、高分子に金属の粉体を充填して導体（例えば、導電性接着剤など）にした材料を用いるとよい。もちろん、第１の音響整合層４２１は、音響インピーダンスの値が、圧電素子４１０と被検体（生体）の間の値を有することが必要である。
【０１１７】
ここで、圧電素子４１０の配列方向（Ｘ方向）と直交する一方向（Ｙ方向）における圧電素子４１０の厚さは、Ｙ方向において中心付近では薄く端部に行くに従って厚くなるように不均一になっている。具体的には、圧電素子４１０は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、被検体側の前面が平面形状で、背面負荷材４３０側の背面が曲面形状になっている。圧電素子４１０の厚さを不均一にすることにより、超音波ビームの焦点深度を長くすることができ、かつ、広帯域の周波数特性が得られて分解能を向上することができる。このように圧電素子をＹ方向に厚さを不均一する構成は、既に、例えば、特開平７-１０７５９５号公報などで公知である。すなわち、圧電素子４１０のＹ方向の中心付近は、厚さが薄いため、高い周波数成分の超音波が送受信され、両端部に行くに従って厚さが厚くなるため、低い周波数成分の超音波が送受信されることになる。一方、音響整合層４２０（４２１、４２２）についても、圧電素子４１０の厚さに対応する周波数の変化に対応して、厚さを可変しており、基本の厚さは４分の１波長とする。したがって、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、音響整合層４２０（４２１、４２２）は、中心部の厚さが最も薄くなり、端部に行くに従って厚くなるため、被検体側に対して凹面の曲面形状になる。
【０１１８】
このように音響整合層４２０（４２１、４２２）が凹面形状になるということは、当然のことながら、凹面形状の曲率半径に基づいて超音波が被検体側に向かってある距離に収束されることを意味する。しかしながら、収束する距離が目的とする距離になるとは限らず、目的とする距離よりも近いところまたは遠いところに収束されるという課題が発生する。本実施の形態は、この課題を解決することができる構成を有することが特徴である。
【０１１９】
また、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１に設ける溝１６０の間隔は、等間隔でもランダムの間隔でもよい。しかし、圧電素子４１０の材料、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、使用する厚み縦振動モード以外にも、不必要な幅振動モードが発生し、この幅振動モードは周波数特性などに悪影響を及ぼす。このため、幅振動モードの周波数が使用する周波数領域外になるように圧電セラミックスの幅は狭く、つまり溝１６０の間隔は狭くしておくことが必要である。
【０１２０】
また、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを用いて圧電素子４１０を形成し、この圧電素子４１０に溝１６０を設け、この溝１６０にエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を充填することにより、圧電素子４１０は、圧電セラミックスと高分子材料を複合した複合圧電体としての機能を有することになる。すなわち、圧電素子４１０は、溝１６０の部分に音響インピーダンスが小さい高分子材料を充填することにより、音響インピーダンスを圧電セラミックスよりも小さくすることができ、被検体の音響インピーダンスに近づけることができる。これにより、周波数のさらなる広帯域化が可能となる。この複合圧電体は、圧電セラミックスと高分子材料の体積比率を変えることで、音響インピーダンスの値を変えることができる。
【０１２１】
一方、複合圧電体の誘電率は、高分子材料の誘電率が圧電セラミックスの誘電率よりも極めて小さいため、圧電セラミックスの体積比率が小さくなると、複合圧電体としての誘電率は小さくなって、電気的なインピーダンスは大きくなる。この結果、接続する超音波診断装置本体またはケーブルとの不整合が生じて、感度の低下に影響してくる。したがって、一般的には、複合圧電体の圧電セラミックスの体積比率は５０〜７５％の範囲が用いられる。
【０１２２】
また、第１の音響整合層４２１も、圧電素子４１０と同様に、溝１６０を設け、この溝１６０に高分子材料を充填しているため、複合体となり、音響インピーダンスが変化（低下）する。このため、この低下分を考慮して第１の音響整合層４２１の材料を選択する必要がある。
【０１２３】
上記のように、本実施の形態では、圧電素子４１０の接地電極および導体である第１の音響整合層４２１を介して接地導体２１０から電気端子を取り出す構成にしているため、第１の音響整合層４２１は、圧電素子４１０と同様に完全に分割してもよいし、一部を残して分割してもよい。
【０１２４】
接地導体２１０は、銅などの金属のフィルム単体で構成しても、金属フィルムに補強のためにポリイミドなどのフィルムを設けて一体的に構成しても、柔軟性を有する構成であれば問題ない。後者の構成の場合、接地導体２１０の金属の導体（金属フィルム）側の面が第１の音響整合層４２１と接するようにすることが必要であることは当然である。接地導体２１０は、圧電素子４１０の接地電極（図示せず）および導体である第１の音響整合層４２１に電気的に接続され、電気端子としての機能を有する。なお、本実施の形態では、接地導体２１０は、すべての圧電素子４１０の接地電極（導体）に電気的に接続される。
【０１２５】
なお、金属フィルムに補強のために設けられるポリイミドなどのフィルムは、第２の音響整合層４２２を兼ねた構成であってもよい。
【０１２６】
分割された圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１の溝１６０に高分子材料（例えば、エポキシ樹脂）を充填する際には、信号用導体１５０を、曲面形状に形成された背面負荷材１４０に押圧しながら、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２も含めて曲面形状に形成する。
【０１２７】
ここで、圧電セラミックスの圧電素子４１０や、グラファイトまたはグラファイトなどに金属の粉体を充填した材料の第１の音響整合層４２１は、元来曲面形成可能な柔軟性がないため、曲面形成を行うためには、予め曲面形状に加工したものを用意しておく必要があり、精度良く形成することが難しい。このため、溝１６０を設けることによって曲面形成可能な構成にしている。また、第２の音響整合層４２２には、エポキシ樹脂やポリイミドなどの曲面形成可能な柔軟性を有する高分子フィルムを用いるとよい。
【０１２８】
また、信号用導体１５０は、実施の形態１と同様に形成される。信号用導体１５０は、銅のような金属材料を用い、厚さは１０マイクロメートル（μｍ）前後でよい。また、銅などの金属導体単体では取り扱いで強度的に弱い場合には、１０〜２５マイクロメートル（μｍ）程度の厚さのポリイミドフィルムを設けた構成にしてもよい。このような信号用導体１５０は、十分に柔軟性があるため、溝１６０を設けて分割した圧電素子４１０の信号用電極とは曲面形状であっても良好に密着して電気的な導通をとることができる。また、このような信号用導体１５０および上記の接地導体２１０を用いることにより、圧電素子４１０が割れても、信号用導体１５０および接地導体２１０は柔軟性があるため断線することがなく、信頼性（品質）が高くなる。これは、参考文献１に示すように電気端子を
圧電素子の電極の一部とのみ接続した構成に比べて、外部からの機械的な衝撃により圧電素子が割れて電極が分割されて断線するなどの課題を解決することができる構成である。
【０１２９】
曲面形成の曲率は、超音波の焦点距離をどこに設定するかによって変更可能である。また、形成する曲面は、単一の曲率半径を有する曲面でもよいし、図６Ａおよび図６ＢのＹ方向に対して曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にしてもよい。
【０１３０】
音響整合層４２０（第１の音響整合層４２１、第２の音響整合層４２２）、接地導体２１０、圧電素子４１０および信号用導体１５０は、本発明の第２の溝としての複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割されている。すなわち、曲面形状に形成された背面負荷材４３０に、信号用導体１５０、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２を押圧して、これらを曲面形状に形成した後、Ｘ方向（Ｙ方向に直交する方向）に、信号用導体１５０のパターンに沿って、第２の音響整合層４２２、接地導体２１０、第１の音響整合層４２１、圧電素子４１０、信号用導体１５０および背面負荷材４３０の一部を上記複数の分割溝１８０によって複数個の圧電素子列に分割する。この方向が電子走査の方向である。複数の分割溝１８０には、溝１６０に充填したエポキシ樹脂のような材料よりも硬度が低いシリコーンゴムのような材料を充填する。
【０１３１】
溝１６０に充填する材料については、Ｙ方向に配列された複数の圧電体（溝１６０によって分割された圧電素子４１０の各部分）は一体に同位相で振動させるため、Ｙ方向のそれぞれの圧電体は振動が溝１６０に充填したエポキシ樹脂などの充填材を介して漏れても問題ないため、溝１６０の充填材は硬度的には高くても問題ない。しかし、Ｘ方向に分割した複数個の圧電素子４１０列については、各圧電素子４１０に信号用導体１５０および接地導体２１０を介して電気信号を与える際に、それぞれ遅延をかけて電気信号を位相制御して超音波を偏向または収束させるために、圧電素子４１０間における超音波振動の漏れを小さくすることが必要になってくる。そのため、信号用導体１５０、圧電素子４１０、第１の音響整合層４２１、接地導体２１０および第２の音響整合層４２２をＸ方向に分割する分割溝１８０の充填材は、圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１をＹ方向に分割する溝１６０の充填材よりも硬度が低くて振動が伝達しにくい材料にすることが必要である。
【０１３２】
最後に、必要に応じて第２の音響整合層４２２上に伝搬媒体１３０が設けられる。伝搬媒体１３０としては、音響インピーダンスが生体に近い値を有しかつ超音波減衰係数が小さいウレタン樹脂やブタジエンゴム、シリコーンゴムなどを用いるとよい。また、伝搬媒体１３０の音速が生体の音速と異なる場合には、境界で超音波が屈折するため、この屈折も考慮して、第２の音響整合層４２２の曲面形状を考慮して超音波の焦点距離を設定することが必要になる。
【０１３３】
このように、本実施の形態によれば、溝１６０を設けこれを利用して、厚さを変化させた圧電素子４１０および第１の音響整合層４２１を曲面形状に形成して、音響レンズなしで超音波を収束可能な構成にするとともに、圧電素子４１０の信号用電極面に信号用導体１５０を設け、第１の音響整合層４２１の圧電素子４１０側と反対側の面上に接地導体２１０を設けた構成にしている。そのため、高感度でかつ広帯域の特性が得られ、しかも信頼性が高い構成にすることができるため、品質の高い安定した超音波探触子を得ることができる。また、超音波ビームを細く絞ることができ、また、超音波ビームを偏向することができるため、高感度で分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態では、圧電素子４１０をＸ方向にリニアに（平面的に）配列した場
合について説明したが、Ｘ方向の配列形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子をＸ方向に凸面または凹面の曲面形状に配列した場合であっても同様の効果が得られる。
【０１３５】
また、本実施の形態では、第１の音響整合層４２１が導体の材料を用いた構成の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の音響整合層を絶縁体と導体の複合体で構成し、第１の音響整合層がＹ方向に第１の溝（溝１６０）により分割されても、分割された各部分がＺ方向に電気的に導通可能となるように第１の音響整合層の一部に導体を設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【０１３６】
また、本実施の形態では、圧電素子４１０および音響整合層４２０をＹ方向に被検体側に対して凹面の曲面形状に形成した場合について説明したが、曲面形状はこれに限定されない。例えば、圧電素子および音響整合層をＹ方向に被検体側に対して凸面形状にした場合であっても、また、凹面や凸面を問わず、単一の曲率半径を有する曲面または曲率半径を徐々に変化させた複数の曲率半径を有する曲面にした場合であっても同様の効果が得られる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、音響整合層を２層に構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。音響整合層を３層以上で構成した場合であっても同様の効果が得られる。
【０１３８】
また、本実施の形態では、接地導体２１０を導体である第１の音響整合層４２１上に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１および第２の音響整合層が導体である場合は、接地導体を第２の音響整合層上に設けた場合であっても同様の効果が得られる。
【０１３９】
２００６年４月２８日出願の特願２００６−１２５５３６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明に係る超音波探触子は、人体など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。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】従来の超音波探触子の構成の一例を示す概略斜視図
【図２Ａ】本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図２Ｂ】図２Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図３Ｂ】図３Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態３に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図４Ｂ】図４Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【図５】実施の形態３における第３の音響整合層材料の音速と指向性角度との関係を示す図
【図６Ａ】本発明の実施の形態４に係る超音波探触子の部分概略斜視図
【図６Ｂ】図６Ａに示す超音波探触子をＸ方向から見た概略断面図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007126069.tif 000013
【図２Ａ】
2007126069.tif 000014
【図２Ｂ】
2007126069.tif 000015
【図３Ａ】
2007126069.tif 000016
【図３Ｂ】
2007126069.tif 000017
【図４Ａ】
2007126069.tif 000018
【図４Ｂ】
2007126069.tif 000019
【図５】
2007126069.tif 000020
【図６Ａ】
2007126069.tif 000021
【図６Ｂ】
2007126069.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月28日(2008.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項２】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた少なくとも２層以上の音響整合層と、
前記音響整合層の側と反対側から、前記圧電素子および前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記圧電素子上の第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層以上の音響整合層のうち少なくとも前記第１の前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、  前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項３】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設けられた信号用導体と、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記２層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記２層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項４】
所定の方向に複数個配列され、超音波を送受信する両面に電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の面上に設けられた第１の音響整合層と、
前記第１の音響整合層上に設けられた接地用導体と、
前記接地用導体上に設けられた第２の音響整合層と、
前記第２の音響整合層上に設けられた第３の音響整合層と、
前記圧電素子および少なくとも前記第１の音響整合層に設けられ、少なくとも前記圧電素子を前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に分割する複数の第１の溝と、
前記圧電素子の前記一方の面と反対側の面上に設られた信号用導体と、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材と、
前記３層の音響整合層のうち少なくとも前記第１の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体を、前記圧電素子の配列方向に分離する複数の第２の溝と、を有し、
前記３層の音響整合層、前記接地用導体、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
超音波探触子。
【請求項５】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面のみを貫通するように設けられている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記第１の溝は、前記第１の音響整合層に対して、前記圧電素子側の面と、前記圧電素子側と反対側の面との両方を貫通するように設けられている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体を支持する背面負荷材、をさらに有し、
前記背面負荷材は、前記圧電素子側の表面が前記圧電素子の長さ方向に曲面形状に形成されている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第１の溝が設けられた前記圧電素子および前記音響整合層は、前記圧電素子の配列方向と直交する長さ方向に厚さが変化している、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記第１の溝の間隔と前記第２の溝の間隔は、同じである、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記第１の溝と前記第２の溝には、異なる材料が充填されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記第１の溝に充填される材料は、前記第２の溝に充填される材料よりも硬度が高い、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１２】
前記第１の溝に充填される材料は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂である、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１３】
前記第２の溝に充填される材料は、シリコーンゴムである、請求項１０記載の超音波探触子。
【請求項１４】
前記音響整合層、前記圧電素子および前記信号用導体は、前記圧電素子の長さ方向に凹面形状に形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１５】
前記第１の音響整合層は、導体または一部が導体である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１６】
前記第１の音響整合層を除く前記音響整合層は、曲面形状に対応できる柔軟性を有する材料で形成されている、請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１７】
前記音響整合層のうち少なくとも最上位に積層された音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１８】
前記第３の音響整合層の材料は、ゴム弾性体で音速が１６５０ｍ／ｓｅｃ以下の値を有する材料である、請求項４記載の超音波探触子。
【国際調査報告】
2007126069.tif 000023
2007126069.tif 000024
2007126069.tif 000025
2007126069.tif 000026