(57)【要約】【課題】超音波の送信強度及び受信感度に対する重み付けの設計が簡単化され、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現できる超音波プローブを提供すること。【解決手段】超音波振動子ユニット１００は、圧電素子ユニット１１０と信号電極ユニット１４０との間に、誘電体層ユニット１３０を備えている。この誘電体層ユニット１３０は、スライス方向に沿って配設された複数の誘電体層１３１で構成されていて、それぞれの誘電体層１３１は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１に掛けられる電界の強度に、スライス方向に対する重み付けを行う。【選択図】図２
2007142555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、
前記超音波振動子ユニットは、
互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が、前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、
前記圧電素子ユニットの前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第１の電極及び第２の電極で構成され、それぞれの第１の電極及び第２の電極が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極ユニット及び第２の電極ユニットと、
前記圧電素子ユニットと前記第１の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第２電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、
前記超音波振動子ユニットは、
第１の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、
前記各超音波振動子部は、
前記第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極及び第２の電極と、
前記圧電部と前記第１の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第２の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体が存在する面積比率は、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて大きくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された超音波プローブ。
【請求項４】
前記誘電体は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３に記載された超音波プローブ。
【請求項５】
前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の厚みは、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて厚くなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された超音波プローブ。
【請求項６】
前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の比誘電率は、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて小さくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された超音波プローブ。
【請求項７】
被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、
前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、
前記超音波振動子ユニットは、
互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、
前記圧電素子ユニットの前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第１の電極及び第２の電極で構成され、それぞれの第１の電極及び第２の電極が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極ユニット及び第２の電極ユニットと、
前記圧電素子ユニットと前記第１の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第２の電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えていることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、
前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、
前記超音波振動子ユニットは、
第１の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、
前記各超音波振動子部は、
前記第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極及び第２の電極と、
前記圧電部と前記第１の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第２の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えてい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、送受信される超音波の送信強度及び受信感度に重み付けを行い、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現する超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、対象物内部の画像化等を目的として、対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置である。このような超音波プローブが採用される超音波画像装置として、人体の内部を検査するための医用診断装置が知られている。
【０００３】
ところで、超音波プローブには、１次元アレイ超音波プローブと呼ばれるものがある。この１次元超音波プローブは、超音波の送受信を実行する超音波振動子ユニットを備えている。超音波振動子ユニットは、超音波プローブの軸心方向に分極処理がなされた圧電セラミックスからなる直方体型の圧電素子ユニットと、圧電素子ユニットにおける、軸心方向と略直交する二端面にそれぞれ形成される信号電極及び接地電極とから構成される。
【０００４】
圧電素子ユニットは、アレイ方向に所定間隔で並設された複数の圧電素子で構成されていて、圧電素子と圧電素子との隙間部分には、圧電素子ユニットの機械的強度を向上させるための非導電性樹脂が充填されている。
【０００５】
ところで、前述の１次元超音波プローブにおいて、それぞれの圧電素子に対して同じ大きさの矩形電圧が印加されると、スライス方向に対するビーム幅が不均一になり、またスライス音場におけるサイドローブが増大することがある。
【０００６】
そのため、近年では当該ビーム幅やサイドローブの問題を解決するために、送受信される超音波の強度に、スライス方向に対する重み付けを行う技術が幾つか開発されている。
【０００７】
例えば、それぞれの圧電素子に、スライス方向に対して所定間隔で複数の溝を形成して、溝と溝に挟まれる圧電素子の部分に印加される駆動電圧に重み付けを行う技術が存在する（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００８】
また、それぞれの圧電素子に、スライス方向に対して間隔を変えながら複数の溝を形成して、圧電素子の存在比率に重み付けを行う技術が存在する（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００９】
さらに、超音波振動子として所謂コンポジット材を使用して、当該コンポジット材を構成する複数の圧電素子に印加される駆動電圧に重み付けをする技術も存在する（例えば、特許文献３を参照。）。
【特許文献１】特開平０５−２３３３１号公報
【特許文献２】特開２００３−９２８８Ａ号公報
【特許文献３】特開平０５−３８３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、［特許文献１］〜［特許文献３］には、以下のような問題がある。
【００１１】
即ち、［特許文献１］に記載された技術は、装置や回路の構成が複雑になり、超音波プローブ及び超音波診断装置の価格が上昇する。
【００１２】
［特許文献２］に記載された技術は、スライス方向に並設される複数の圧電素子に形状差が生じるため、それぞれの圧電素子の形状に応じた複数の振動モードが混在して、所望の重み付けを得るための設計が困難になる。
【００１３】
［特許文献３］に記載された技術は、コンポジット材の使用が前提となっているため、電極の形状と素子の形状との不一致から滑らかな重み付けが実現できない。また、電極がチャンネルごとに必要となるため、アレイピッチの選択が制限される。
【００１４】
本発明は、超音波の送信強度及び受信感度に対する重み付けの設計が簡単化され、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現できる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波プローブ及び超音波診断装置は、次のように構成されている。
【００１６】
（１）被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、前記超音波振動子ユニットは、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が、前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、前記圧電素子ユニットの前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第１の電極及び第２の電極で構成され、それぞれの第１の電極及び第２の電極が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極ユニット及び第２の電極ユニットと、前記圧電素子ユニットと前記第１の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第２電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えている。
【００１７】
（２）被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、前記超音波振動子ユニットは、第１の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、前記各超音波振動子部は、前記第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、前記圧電部の前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極及び第２の電極と、前記圧電部と前記第１の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第２の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えている。
【００１８】
（３） （１）または（２）に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体が存在する面積比率は、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて大きくなる。
【００１９】
（４） （３）に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体は、樹脂で形成されている。
【００２０】
（５） （１）または（２）に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の厚みは、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて厚くなる。
【００２１】
（６） （１）または（２）に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第２の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の比誘電率は、前記圧電素子ユニットの前記第２の方向と略直交する二端面に接近するにつれて小さくなる。
【００２２】
（７）超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、前記超音波振動子ユニットは、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、前記圧電素子ユニットの前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第１の電極及び第２の電極で構成され、それぞれの第１の電極及び第２の電極が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極ユニット及び第２の電極ユニットと、前記圧電素子ユニットと前記第１の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第２の電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第２の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えている。
【００２３】
（８）超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、前記超音波振動子ユニットは、第１の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、前記各超音波振動子部は、前記第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、前記圧電部の前記第３の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第１の電極及び第２の電極と、前記圧電部と前記第１の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第２の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第２の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、超音波の送信強度及び受信感度に対する重み付けの設計が簡単化され、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、第１の実施形態〜第３の実施形態について説明する。  
（第１の実施形態）  
［超音波診断装置の構成］
図１は本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の概略図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の内部を画像化するものであって、装置本体１０と超音波プローブ２０とで構成されている。
【００２７】
装置本体１０は、ベッドサイドでの診断ができるよう、キャスター１１を備えていて、内部には超音波プローブ２０に駆動信号を印加し、且つ超音波プローブ２０により取得されたエコー信号に基づいて受信信号を生成する送受信回路（送受信手段）１２と、送受信回路１２により生成された受信信号に基づいて、被検体に関する超音波画像を生成する画像生成部（画像生成手段）１３とが配設されている。また、装置本体１０の上部には、画像生成部１３により生成された超音波画像を表示するモニタ１４とが配設されている。なお、装置本体１０と超音波プローブ２０は、ケーブル１５で接続されていて、このケーブル１５によってデータ通信が行われる。
【００２８】
図２は同実施形態に係る超音波プローブ２０の斜視図である。なお、図２では、プローブケースが省略されている。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態に係る超音波プローブ２０は、いわゆる１次元アレイ型の超音波プローブであって、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニット１００と、超音波振動子ユニット１００の前面に配置され、超音波振動子ユニット１００と被検体の音響インピーダンスとを整合させる音響整合ユニット２００と、音響整合ユニット２００の前面に配設され、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅を収束させる音響レンズ３００と、超音波振動子ユニット１００の側面に対向配置され、超音波振動子ユニット１００とケーブル１５とを接続するフレキシブル基板４００と、超音波振動子ユニット１００の背面に配置され、超音波振動子ユニット１００から背面に送信される超音波を吸収するバッキング材５００とを具備している。
【００３０】
以下、これらの構成要件について詳細に説明する。
【００３１】
［超音波振動子ユニット１００］  
図３は同実施形態に係る超音波振動子ユニット１００の斜視図である。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット１００は、圧電素子ユニット１１０と、接地電極ユニット１２０と、誘電体層ユニット１３０と、信号電極ユニット１４０とで構成されている。
【００３３】
圧電素子ユニット１１０は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子１１１で構成されていて、圧電素子１１１と圧電素子１１１との隙間には、圧電素子ユニット１１０の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂１１２が充填されている。
【００３４】
これら圧電素子１１１は、圧電セラミックスで細棒型に形成されていて、事前の処理によって、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では１−３コンポジットが使用される。以下、第１の方向をアレイ方向、第２の方向をスライス方向、第３の方向を軸心方向とする。
【００３５】
接地電極ユニット１２０は、圧電素子ユニット１１０の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極１２１で構成されている。それぞれの接地電極１２１は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１を覆うように配置されていて、これらの圧電素子１１１に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極１２１の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
【００３６】
誘電体層ユニット１３０は、圧電素子ユニット１１０の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された、比誘電率が低い複数の誘電体層１３１で構成されている。それぞれの誘電体層１３１は、スライス方向に並設された複数の誘電体１３１１で構成されていて、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１を部分的に覆うように配置されている。誘電体層１３１の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、比誘電率の低い素材としてエポキシ（比誘電率：２〜５０）等の樹脂が使用されている。また、誘電体層１３１の厚さは、２μｍ程度に設定されている。
【００３７】
誘電体１３１１の存在する面積比率は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット１１０のスライス方向に略直交する二端面１１０ａに接近するにつれて大きくなるように決定される。以下、スライス方向に略直交する端面をスライス端面１１０ａとする。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
【００３８】
信号電極ユニット１４０は、圧電素子ユニット１１０の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極１４１で構成されている。信号電極１４１の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い金属として銅が使用されている。それぞれの信号電極１４１は、スライス方向に並設された信号電極片１４１１で構成されていて、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１に対して信号電圧を印加している。それぞれの信号電極片１４１１は、誘電体１３１１と誘電体１３１１との隙間に配設されていて、その厚さは誘電体１３１１と同等である。即ち、信号電極ユニット１４０と誘電体層ユニット１３０は、超音波プローブ２０の軸心方向に対して同等の位置に配設されている。
【００３９】
誘電体層ユニット１３０及び信号電極ユニット１４０の背面には、フレキシブル基板４００に含まれる複数の信号用配線（後述する）４２１がスライス方向に沿って接合されている。それぞれの信号用配線４２１は、スライス方向に並設された複数の誘電体１３１１及び信号電極片１４１１を電気的に接続している。
【００４０】
以上のように、圧電素子ユニット１１０と信号用配線４２１との間には、誘電体１３１１が存在する部位と誘電体１３１１が存在しない部位が形成されている。そして、誘電体１３１１の存在する面積比率は、圧電素子ユニット１１０のスライス端面１１０ａに接近するにつれて小さくなるように決定されている。
【００４１】
これにより、圧電素子１１１にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット１１０のスライス端面１１０ａに接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット１１０のスライス端面１１０ａから離間するにつれて、即ちスライス方向に対する中心部に接近するにつれて大きくなる。
【００４２】
なお、本実施形態では、信号用配線４２１を信号電極１４１の一部とみなすことにしている。これにより、誘電体層ユニット１３０は、圧電素子ユニット１１０と信号電極ユニット１４０との間に配設されていると捉えることができる。
【００４３】
［音響整合ユニット２００］
図２に示すように、本実施形態に係る音響整合ユニット２００は、アレイ方向に並設された複数の音響整合体２１０で構成されていて、音響整合体２１０と音響整合体２１０との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂２２０が充填されている。
【００４４】
それぞれの音響整合体２１０は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１を覆うように配置されていて、超音波振動子ユニット１００から被検体に向かって音響インピーダンスが段階的に変化するように、材料の異なる第１の音響整合体２１１と第２の音響整合体２１２で構成されている。
【００４５】
［音響レンズ３００］
図２に示すように、音響レンズ３００は、音響整合ユニット２００を構成する全ての音響整合体２１０を覆っている。音響レンズ３００の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、被検体、すなわち生体に近い音響インピーダンスを持つシリコーンゴムが使用される。
【００４６】
［フレキシブル基板４００］
フレキシブル基板４００は、二層構造をしていて、第一層４１０の内部には接地用配線４１１が配設され、第二層４２０には電気的に独立した複数の信号用配線４２１が配設されている。接地用配線４１１は、アレイ方向に並設された全ての接地電極１２１に電気的に接続されている。それぞれの信号用配線４２１は、前述のように、スライス方向に並設された複数の誘電体１３１１及び信号電極片１４１１に電気的に接続されている。接地用配線４１１及び信号用配線４２１の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い金属として銅が使用されている。
【００４７】
［バッキング材５００］
バッキング材５００は、矩形ブロック状に形成されていて、その前面には圧電素子１１１と圧電素子１１１との隙間に対応する位置にそれぞれ溝部５１０が形成されている。これらの溝部５１０は、超音波プローブ２０の製造工程で形成されるものであって、その内部にはエポキシ等の非導電性樹脂５２０が充填されている。
【００４８】
［超音波プローブ２０の製造工程］
図４は同実施形態に係る超音波プローブ２０の製造工程の説明図である。  
先ず、図４（ａ）に示すように、１−３コンポジット型の圧電体ブロック１１０Ａが用意される。１−３コンポジット型の圧電体ブロック１１０Ａは、アレイ方向及びスライス方向に対して並設された複数の圧電素子１１１で構成されていて、圧電素子１１１と圧電素子１１１との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂１１２が充填されている。なお、圧電体ブロック１１０Ａの圧電素子１１１は、事前にアレイ方向及びスライス方向と直交する軸心方向に対して分極処理がなされている。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａの軸心方向と略直交する第１の側面と第２の側面に対して、それぞれ第１の電極１２０Ａと第２の電極１４０Ａが形成される。なお、第１の電極１２０Ａ及び第２の電極１４０Ａの素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２の電極１４０Ａに対してエッチング処理が行われ、第２の電極１４０Ａの所定部位が除去される。なお、エッチング処理される所定部位は、ハミング関数等の重み関数に従って、スライス方向と略直交する二端面に接近するにつれて幅が広くなるように決定される。これにより、圧電体ブロック１１０Ａの第１の側面には、第２の電極１４０Ａが存在する凸部Ｍと第２の電極１４０Ａが存在しない凹部Ｎとが形成される。
【００５１】
次に、図４（ｄ）に示すように、第１の電極１２０Ａにエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック２００Ａが接合される。この音響整合材料ブロック２００Ａは、材質の異なる２種類の第１の音響整合材料板２１１Ａと第２の音響整合材料板２１２Ａで構成されている。
【００５２】
次に、図４（ｅ）に示すように、第２の電極１４０Ａにエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａが接合される。なお、フレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの先端部は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分４２１Ａが露出している。これにより、第２の電極１４０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの配線部分４２１Ａは、接合のために印加される圧力によって電気的に接続される。そして、第２の電極１４０Ａに塗られた非導電性接着剤は、接合のために印加される接合圧力によって、圧電体ブロック１１０Ａの第２の側面に形成された凹部Ｎに充填される。これにより、圧電体ブロック１１０Ａと第２の電極１４０Ａとの間には、非導電性接着剤層１３０Ａが形成される。なお、第２の電極１４０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａとを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第２の電極１４０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの配線部分４２１Ａの導通が妨げられることはない。
【００５３】
また、これと同時に、圧電体ブロック１１０Ａのスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板素材４００Ａの第一層４１０Ａが接合される。なお、フレキシブル基板素材４００Ａの第一層４１０Ａの先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分４１１Ａが露出している。これにより、第１の電極１２０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの配線部分４１１Ａは、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
【００５４】
次に、図４（ｆ）に示すように、フレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａに非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック５００Ａが接合される。以上の工程により、圧電体ブロック１１０Ａ、音響整合材料ブロック２００Ａ、フレキシブル基板素材４００Ａ、及びバッキング材料ブロック５００Ａで構成されるユニットＵが完成する。
【００５５】
次に、図４（ｇ）に示すように、完成したユニットＵが圧電体ブロック１１０Ａの第１の電極１２０Ａ側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットＵをアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック５００Ａに溝部５１０が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットＵに形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂１１２が充填される。
【００５６】
これにより、圧電体ブロック１１０Ａが前記圧電素子ユニット１１０に、第１の電極１２０Ａが前記接地電極ユニット１２０に、非導電性接着剤層１３０Ａが前記誘電体層ユニット１３０に、第２の電極１４０Ａが前記信号電極ユニット１４０に、凹部に充填された非導電性接着剤が前記誘電体層ユニット１３０に、音響整合材料ブロック２００Ａが前記音響整合ユニット２００に、フレキシブル基板素材４００Ａが前記フレキシブル基板４００に、バッキング材料ブロック５００Ａが前記バッキング材５００になる。以上で、超音波振動子ユニット１００と音響整合ユニット２００とバッキング材５００が完成する。
【００５７】
次に、図４（ｈ）に示すように、音響整合ユニット２００にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ３００が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット１００、音響整合ユニット２００、バッキング材５００、音響レンズ３００、及びフレキシブル基板４００がプローブケース（図示しない）に収納され、フレキシブル基板４００とケーブル１５０が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ２０が完成する。
【００５８】
なお、本実施形態における超音波プローブ２０の製造工程では、圧電体ブロック１１０Ａの第２の側面に第２の電極１４０Ａを形成して、当該第２の電極１４０Ａにエッチング処理をして前記圧電体ブロック１１０の第２の側面に凹部Ｎを形成したのち、第２の電極１４０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの配線部分４２１Ａを接合している。
【００５９】
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの配線部分４２１Ａに第２の電極１４０Ａを形成して、当該第２の電極１４０Ａにエッチング処理で凹部を形成したのち、圧電体ブロック１１０Ａとフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａの配線部分４２１Ａとを接合してもよい。
【００６０】
［本実施形態による作用］
本実施形態における超音波振動子ユニット１００は、圧電素子ユニット１１０と信号用配線４２１との間に、比誘電率の低い誘電体層１３１を備えている。そして、この誘電体層１３１は、スライス方向に対して間隔を空けて配置された複数の誘電体１３１１で構成されていて、誘電体１３１１の存在する面積比率が圧電素子ユニット１１０のスライス端面１１０ａに接近するにつれて小さくなるように決定されている。
【００６１】
そのため、信号電極１４１に信号電圧が印加されたとき、圧電素子１１１にかかる電界には、圧電素子ユニット１１０のスライス端面１１０ａに接近するにつれて強度が弱まるような重み付けがなされる。その結果、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
【００６２】
［シミュレーション結果］
次に、発明者により実施されたシミュレーション結果について説明する。
【００６３】
図５は同実施形態に係る超音波プローブ２０を使用したときのスライス方向に関する音場の特性図、図１１は従来の超音波プローブ２０を使用したときのスライス方向に関する音場の特性図である。
【００６４】
なお、この図において、横軸は超音波プローブ２０の軸心方向に対する音響レンズ３００からの距離、縦軸はスライス方向に対する超音波プローブ２０の中心からの距離、各曲線は等音圧線を示している。また、各等音圧線が示す音圧は、超音波プローブ２０の軸心から離れるにつれて低くなっている。
【００６５】
図５と図１１を見ると、本実施形態に係る超音波プローブ２０を使用したときに、等音圧線が超音波プローブ２０の軸心に接近していることがわかる。
【００６６】
特に、超音波プローブ２０の近傍では、従来の超音波プローブと比較して、等音圧線が超音波プローブ２０の軸心にかなり接近していることがわかる。このことは、超音波プローブ２０の近傍において、スライス方向に対するビーム幅が細径化されて、超音波の分解能が向上したことを示している。
【００６７】
さらに、従来の超音波プローブ２０と比較して、低い音圧の等音圧線が超音波プローブ２０の軸心にかなり接近していることがわかる。このことは、超音波のスライス音場におけるサイドローブが低減したことを示している。
【００６８】
図６は同実施形態に係る超音波プローブ２０を使用したときのスライス方向に関する送信音圧の特性図である。なお、この図において、横軸はスライス方向に対する超音波プローブ２０の軸心からの距離、縦軸は音圧を示している。また、実線は本実施形態に係る超音波プローブ２０を使用したときの音圧を示し、点線は重み関数を示している。
【００６９】
図６を見ると、本実施形態に係る超音波プローブ２０を使用したときに、スライス方向に対する送信音圧特性が概して重み関数に対応していることがわかる。このことは、重み関数の選択に応じて、スライス方向に対する所望の送信音圧特性が得られることを示している。
【００７０】
以上のように、シミュレーションによっても、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減されることが確認されている。
【００７１】
（第２実施形態）  
［超音波振動子ユニット１００´］  
図７は本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子ユニット１００´の斜視図である。
【００７２】
図７に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット１００´は、圧電素子ユニット１１０´と、接地電極ユニット１２０´と、誘電体層ユニット１３０´と、信号電極ユニット１４０´とで構成されている。
【００７３】
圧電素子ユニット１１０´は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子１１１´で構成されていて、圧電素子１１１´と圧電素子１１１´との隙間には、圧電素子ユニット１１０´の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂１１２´が充填されている。
【００７４】
これら圧電素子１１１´は、圧電セラミックスで細棒型に形成されていて、事前の処理によって、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では１−３コンポジットが使用される。以下、第１の方向をアレイ方向、第２の方向をスライス方向、第３の方向を軸心方向とする。
【００７５】
接地電極ユニット１２０´は、圧電素子ユニット１１０´の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極１２１´で構成されている。それぞれの接地電極１２１´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´を覆うように配置されていて、これらの圧電素子１１１´に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極１２１´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
【００７６】
誘電体層ユニット１３０´は、圧電素子ユニット１１０´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された、比誘電率が低い複数の誘電体層１３１´で構成されている。それぞれの誘電体層１３１´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´を覆うように配置されている。誘電体層１３１´の厚さは、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて大きくなるように決定されている。誘電体層１３１´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では比誘電率の低いエポキシ（比誘電率：２〜５０）等の樹脂が使用されている。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
【００７７】
信号電極ユニット１４０´は、誘電体層ユニット１３０´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極１４１´で構成されている。信号電極１４１´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。それぞれの信号電極１４１´は、誘電体層１３１´を覆うようにスライス方向に沿って配置されていて、当該誘電体層１３１´を挟んで、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´に対して信号電圧を印加している。
【００７８】
以上のように、圧電素子ユニット１１０´と信号電極１４１´との間には、比誘電率の低い誘電体層１３１´が配設されている。しかも、誘電体層１３１´の厚さは、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて大きくなるように決定されている。
【００７９】
これにより、圧電素子１１１´にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´から離間するにつれて、即ちスライス方向に対して中心部に接近するにつれて大きくなる。
【００８０】
［超音波プローブ２０の製造工程］
図８は同実施形態に係る超音波プローブ２０の製造工程の説明図である。  
先ず、図８（ａ）に示すように、直方体型の圧電体ブロック１１０Ａ´が用意される。この圧電体ブロック１１０Ａ´は、事前に軸心方向に対して分極処理がなされている。
【００８１】
次に、図８（ｂ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´の軸心方向と略直交する第２の側面がラッピングされ、所定の曲面が形成される。曲面の形状は、ハミング関数等の重み関数に従って、スライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて圧電体ブロック１１０Ａ´の軸心方向に対する厚さが小さくなるように決定される。
【００８２】
次に、図８（ｃ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´が軸心方向と略直交するアレイ方向に沿ってダイシングされる。このダイシングは、重み付け用のものであって、圧電体ブロック１１０Ａ´の曲面側から圧電体ブロック１１０Ａ´の中途部まで実施される。これにより、圧電体ブロック１１０Ａ´には、アレイ方向に沿って複数の溝部が形成される。
【００８３】
次に、図８（ｄ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´の曲面にエポキシ等の非導電性接着剤によって誘電体板１３０Ａ´が接合される。この誘電体板１３０Ａ´は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電体ブロック１１０Ａ´の曲面に対応するように形成されている。なお、圧電体ブロック１１０Ａ´に形成された溝部は、圧電体ブロック１１０Ａ´と誘電体板１３０Ａ´との接合に使用される非導電性樹脂で充填される。
【００８４】
次に、図８（ｅ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´がラッピングされる。このラッピングは、圧電体ブロック１１０Ａ´の第１の側面から溝部に到達するまで実施される。なお、圧電体ブロック１１０Ａの溝部には非導電性接着剤が充填されているため、圧電体ブロック１１０Ａ´がラッピングされても、当該圧電体ブロック１１０Ａ´が複数に分割されることはない。
【００８５】
次に、図８（ｆ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´の第１の側面及び誘電体板１３０Ａ´に対して、それぞれ第１の電極１２０Ａ´及び第２の電極１４０Ａ´極が形成される。なお、第１の電極１２０Ａ´と第２の電極１４０Ａ´の素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
【００８６】
次に、図８（ｇ）に示すように、第１の電極１２０Ａ´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック２００Ａ´が接合される。この音響整合材料ブロック２００Ａ´は、材質の異なる２種類の第１の音響整合材料板２１１Ａ´と第２の音響整合材料板２１２Ａ´で構成されている。
【００８７】
次に、図８（ｈ）に示すように、第２の電極１４０Ａ´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材４００Ａ´の第二層４２０Ａ´が接合される。なお、フレキシブル基板素材４００Ａ´の第二層４２０Ａ´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、配線部分４２１Ａ´が露出している。これにより、第２の電極１４０Ａ´とフレキシブル基板素材４００Ａの第二層４２０Ａ´の配線部分４２１Ａ´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。なお、第２の電極１４０Ａ´とフレキシブル基板素材４００Ａ´とを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第２の電極１４０Ａ´とフレキシブル基板素材４００の第二層４２０Ａ´の配線部分４２１Ａ´の導通が妨げられることはない。
【００８８】
また、これと同時に、圧電体ブロック１１０Ａ´のスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板素材４００Ａの第一層４１０Ａ´が接合される。なお、フレキシブル基板素材４００Ａ´の第一層４１０Ａ´の所定部分は、事前に外皮が剥かれていて、配線部分４１１Ａ´が露出している。これにより、第１の電極１２０Ａ´とフレキシブル基板素材４００Ａ´の第一層４１０Ａ´の配線部分４１１Ａ´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
【００８９】
次に、図８（Ｉ）に示すように、フレキシブル基板素材４００Ａ´の第二層４２０Ａ´に非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック５００Ａ´が接合される。以上の工程により、圧電体ブロック１１０Ａ´、音響整合材料ブロック２００Ａ´、フレキシブル基板素材４００Ａ´、及びバッキング材料ブロック５００Ａ´で構成されるユニットＵ´が完成する。
【００９０】
次に、図８（ｊ）に示すように、完成したユニットＵ´が圧電体ブロック１１０Ａ´の第１の電極１２０Ａ´側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットＵ´をアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック５００Ａ´に溝部５１０Ａ´が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットＵ´に形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂が充填される。
【００９１】
これにより、圧電体ブロック１１０Ａ´が前記圧電素子ユニット１１０´に、第１の電極１２０Ａ´が前記接地電極ユニット１２０´に、誘電体板１３０Ａ´が前記誘電体層ユニット１３０´に、第２の電極１４０Ａ´が前記信号電極ユニット１４０´に、音響整合材料ブロック２００Ａが前記音響整合ユニット２００´に、フレキシブル基板素材４００Ａ´が前記フレキシブル基板４００´に、バッキング材料ブロック５００Ａ´が前記バッキング材５００´になる。以上で、超音波振動子ユニット１００´と音響整合ユニット２００´とバッキング材５００´が完成する。
【００９２】
次に、図８（ｋ）に示すように、音響整合ユニット２００´にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ３００´が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット１００´、音響整合ユニット２００´、バッキング材５００´、音響レンズ３００´、及びフレキシブル基板４００´がプローブケース（図示しない）に収納され、フレキシブル基板４００´とケーブル１５０が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ２０´が完成する。
【００９３】
［本実施形態による作用］
本実施形態における超音波振動子ユニット１００´は、圧電素子ユニット１１０´と信号電極１４１´との間に、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて厚くなる誘電体層１３１´が配設されている。
【００９４】
そのため、信号電極１４１´に信号電圧が印加されたとき、圧電素子１１１´にかかる電界には、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて強度が小さくなるように重み付けがなされる。その結果、第１の実施形態と同様に、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
【００９５】
なお、本実施形態における誘電体層１３１´は、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて、圧電素子ユニット１１０´の前面に向かって食い込むような形態となっているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、誘電体層１３１´は、圧電素子ユニット１１０´のスライス端面１１０ａ´に接近するにつれて、圧電体ブロック１１０Ａ´の背面から離間する方向に盛り上がるような形態であっても良い。このような形態であれば、圧電体ブロック１１０Ａ´の背面を研磨する必要がなくなるため、超音波プローブ２０´の製造工程が簡略化する。
【００９６】
（第３の実施形態）  
［超音波振動子ユニット１００´´］  
図９は本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子ユニット１００´´の斜視図である。
【００９７】
図９に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット１００´´は、圧電素子ユニット１１０´´と、接地電極ユニット１２０´´と、誘電体層ユニット１３０´´と、信号電極ユニット１４０´´とで構成されている。
【００９８】
圧電素子ユニット１１０´´は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に並設された複数の圧電素子１１１´´で構成されていて、圧電素子１１１´´と圧電素子１１１´´との隙間には、圧電素子ユニット１１０´´の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂１１２´´が充填されている。
【００９９】
これら圧電素子１１１´´は、圧電セラミックスで形成されていて、事前の処理によって、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では１−３コンポジットが使用される。以下、第１の方向をアレイ方向、第２の方向をスライス方向、第３の方向を軸心方向とする。
【０１００】
接地電極ユニット１２０´´は、圧電素子ユニット１１０´´の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極１２１´´で構成されている。それぞれの接地電極１２１´´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´´を覆うように配置されていて、これらの圧電素子１１１´´に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極１２１´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
【０１０１】
誘電体層ユニット１３０´´は、圧電素子ユニット１１０´´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の誘電体層１３１´´で構成されている。それぞれの誘電体層１３１´´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´´を覆うように配置されていて、互いに比誘電率が異なる第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´で構成されている。
【０１０２】
第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれて比誘電率が小さくなるように配置されている。
【０１０３】
これにより、それぞれの誘電体層１３１´´の比誘電率は、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれてなだらかに低下する。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
【０１０４】
第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、比誘電率が高いセラミックス（比誘電率：５００〜１０００）等の素材や、比誘電率の低いエポキシ（比誘電率：２〜５０）等の素材が使用されている。また、誘電体層１３１´´の厚さは、２μｍ程度に設定されている。
【０１０５】
信号電極ユニット１４０´´は、誘電体層ユニット１３０´´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極１４１´´で構成されている。信号電極１４１´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。それぞれ信号電極１４１´´は、誘電体層１３１´´を覆うようにスライス方向に沿って配設されていて、当該誘電体層１３１´´を挟んで、スライス方向に並設された複数の圧電素子１１１´´に対して信号電圧を印加している。
【０１０６】
以上のように、圧電素子ユニット１１０´´と信号電極１４１´´との間には、第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´で構成された誘電体層１３１´´が配設されている。しかも、第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´は、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれて比誘電率が小さくなるように配置されている。
【０１０７】
これにより、圧電素子１１１´´にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´から離間するにつれて、即ちスライス方向に対して中心部に接近するにつれて大きくなる。
【０１０８】
［超音波プローブ２０´´の製造工程］
図１０は同実施形態に係る超音波プローブ２０´´の製造工程の説明図である。  
先ず、図１０（ａ）に示すように、１−３コンポジット型の圧電体ブロック１１０Ａ´´が用意される。１−３コンポジット型の圧電体ブロック１１０Ａ´´は、アレイ方向及びスライス方向に対して並設された複数の圧電素子１１１´´で構成されていて、圧電素子１１１´´と圧電素子´´との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂が充填されている。なお、圧電体ブロック１１０Ａ´´の圧電素子１１１´´は、事前にアレイ方向及びスライス方向と直交する軸心方向に対して分極処理がなされている。
【０１０９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´´の軸心方向と略直交する第２の側面に誘電体板１３０Ａ´´が形成される。この誘電体板１３０Ａ´´は、スライス方向に並設された第１〜第４の誘電体片１３１１Ａ´´〜１３１４Ａ´´で構成されている。第１〜第４の誘電体片１３１１Ａ´´〜１３１４Ａ´´は、比誘電率が互いに異なっていて、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電体ブロック１１０Ａ´´のスライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて比誘電率が低下するように配置されている。これにより、誘電体板１３０Ａ´´の比誘電率は、圧電体ブロックのスライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて概ねなだらかに低下する。
【０１１０】
次に、図１０（ｃ）に示すように、圧電体ブロック１１０Ａ´´の第１の側面及び誘電体板１３０Ａ´´に対して、それぞれ第１の電極１２０Ａ´´及び第２の電極１４０Ａ´´が形成される。なお、第１の電極１２０Ａ´´及び第２の電極１４０Ａ´´の素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
【０１１１】
次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の電極１２０Ａ´´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック２００Ａ´´が接合される。この音響整合材料ブロック２００Ａ´´は、材質の異なる２種類の第１の音響整合材料板２１１Ａ´´と第２の音響整合材料板２１２Ａ´´で構成されている。
【０１１２】
次に、図１０（ｅ）に示すように、第２の電極１４０Ａ´´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材４００´´の第二層４２０Ａ´´が接合される。なお、フレキシブル基板素材４００Ａ´´の第二層４２０Ａ´´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分４２１Ａ´´が露出している。これにより、第２の電極１４０Ａ´´とフレキシブル基板４００Ａ´´の第二層４２０Ａ´´の配線部分４２１Ａ´´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。なお、第２の電極１４０Ａ´´とフレキシブル基板４００Ａ´´とを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第２の電極１４０Ａ´´とフレキシブル基板４００Ａ´´の第二層４２０Ａ´´の配線部分４２１Ａ´´との導通が妨げられることはない。
【０１１３】
また、これと同時に、圧電体ブロック１１０Ａ´´のスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板４００Ａ´´の第一層４１０Ａ´´が接合される。なお、フレキシブル基板４００Ａ´´の第一層４１０Ａ´´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分４１１Ａ´´が露出している。これにより、第１の電極１２０Ａ´´とフレキシブル基板４００Ａ´の配線部分４１２Ａ´´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
【０１１４】
次に、図１０（ｆ）に示すように、フレキシブル基板４００Ａ´´の第二層４２０Ａ´´の背面に非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック５００Ａ´´が接合される。以上の工程により、圧電体ブロック１１０Ａ´´、音響整合材料ブロック２００Ａ´´、フレキシブル基板４００Ａ´´、及びバッキング材料ブロック５００Ａ´´で構成されるユニットＵ´´が完成する。
【０１１５】
次に、図１０（ｇ）に示すように、完成したユニットＵ´´が圧電体ブロック１１０Ａ´´の第１の電極１２０Ａ´´側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットＵ´´をアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック５００Ａ´´に溝部が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットＵ´´に形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂が充填される。
【０１１６】
これにより、圧電体ブロック１１０Ａ´´が前記圧電素子ユニット１１０´´に、第１の電極１２０Ａ´´が前記接地電極ユニット１２０´´に、誘電体板１３０Ａ´´が前記誘電体層ユニット１３０´´に、第２の電極１４０Ａ´´が前記信号電極ユニット１４０´´に、音響整合材料ブロック２００Ａ´´が前記音響整合ユニット２００´´に、フレキシブル基板素材４００Ａ´´が前記フレキシブル基板４００´´に、バッキング材料ブロック５００Ａ´´が前記バッキング材５００´´なる。以上で、超音波振動子ユニット１００´´と音響整合ユニット２００´´とバッキング材５００´´が完成する。
【０１１７】
次に、図１０（ｈ）に示すように、音響整合ユニット２００´´にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ３００´´が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット１００´´、音響整合ユニット２００´´、バッキング材５００、音響レンズ３００´´、及びフレキシブル基板４００´´がプローブケース（図示しない）に収納され、フレキシブル基板４００´´とケーブル１５０が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ２０´´が完成する。
【０１１８】
（本実施形態による作用）  
本実施形態における超音波振動子ユニット１００´´は、圧電素子ユニット１１０´´と信号電極１４１´´との間に、スライス方向に並設された第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´からなる誘電体層１３１´´を備えている。しかも、第１〜第４の誘電体１３１１´´〜１３１４´´は、互いに比誘電率が異なっていて、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれて比誘電率が低下するような配置となっている。
【０１１９】
そのため、信号電極１４１´´に駆動電圧が印加されたときに、圧電素子１１１´´にかかる電界には、圧電素子ユニット１１０´´のスライス端面１１０ａ´´に接近するにつれて強度が小さくなるように重み付けがなされる。その結果、第１の実施形態と同様に、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
【０１２０】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の概略図。
【図２】同実施形態に係る超音波プローブの斜視図。
【図３】同実施形態に係る超音波振動子ユニットの斜視図。
【図４】同実施形態に係る超音波振動子ユニットの製造工程の説明図。
【図５】同実施形態に係る超音波プローブにより得られるスライス方向に関する音場の特性図。
【図６】同実施形態に係る超音波プローブにより得られるスライス方向に関する送信音圧の特性図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子ユニットの斜視図。
【図８】同実施形態に係る超音波振動子ユニットの製造工程の説明図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子ユニットの斜視図。
【図１０】同実施形態に係る超音波振動子ユニットの製造工程の説明図。
【図１１】従来の超音波プローブを使用したときのスライス方向に関する音場の特性図。
【符号の説明】
【０１２２】
１２…送受信回路（送受信手段）、１３…画像生成部（画像生成手段）、２０…超音波プローブ、１００…超音波振動子ユニット、１１０…圧電素子ユニット、１１１…圧電素子、１２０…接地電極ユニット、１２１…接地電極、１３０…誘電体層ユニット、１３１…誘電体層、１３１１…誘電体、１４０…信号電圧ユニット、１４１…信号電極、１４１１…信号電極片。
【図１】
2007142555.tif 000003
【図２】
2007142555.tif 000004
【図３】
2007142555.tif 000005
【図４】
2007142555.tif 000006
【図５】
2007142555.tif 000007
【図６】
2007142555.tif 000008
【図７】
2007142555.tif 000009
【図８】
2007142555.tif 000010
【図９】
2007142555.tif 000011
【図１０】
2007142555.tif 000012
【図１１】
2007142555.tif 000013