(57)【要約】【課題】本発明は、有機圧電層の厚さモードの振動が効率よく励起され、高い受信感度が得られる超音波探触子及び超音波診断装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の超音波探触子における超音波送受信部５は、アレイ状に配列された複数のシート状の振動部６ａ〜６ｄを有する。各振動部６ａ〜６ｄは、基板８の前面側に、凹部８１ａによって厚さが基板８における他の領域より薄くなるように形成されたメンブレン８２と、無機圧電材料を有する無機圧電層６２と、有機圧電材料を有する有機圧電層７２とを備える。無機圧電層６２は、メンブレン８２の前面に形成され、有機圧電層７２は、無機圧電層６２の前面に形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列され超音波を送受信する複数のシート状の振動部を有する超音波探触子であって、
前記各振動部は、基板における音軸方向に沿う厚さ方向の一方面側に形成されたメンブレンと、無機圧電材料を有する無機圧電層と、有機圧電材料を有する有機圧電層とを備え、
前記メンブレンは、前記基板の厚さ方向の他方面から一方面側に凹設された凹部によって前記基板における厚さが他の領域より薄くなるように形成された薄肉領域から構成され、
前記メンブレンと無機圧電層と有機圧電層とは、前記基板の一方面側に、前記音軸方向に沿って、前記メンブレン、無機圧電層、有機圧電層の順に配設されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記無機圧電層は、電圧の印加に伴い前記振動部を撓み変形させて第１超音波信号を被検体に送信するように構成され、
前記有機圧電層は、前記第１超音波信号に基いて前記被検体から戻ってきた第２超音波信号を受信するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記無機圧電層は、電圧の印加に伴い前記振動部を撓み変形させて第１超音波信号を前記基板の厚さ方向における前記他方面から一方面の方向に送信するように構成され、
前記有機圧電層は、前記無機圧電層に対して前記第１超音波信号の送信方向の前方側になるように配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記無機圧電層は、前記無機圧電材料からなるシート状の無機圧電本体と、前記無機圧電本体の厚さ方向の一方面側に配設された第１電極と、前記無機圧電本体の厚さ方向の他方面と前記メンブレンとの間に配設され前記第１電極とで一対を成す第２電極とを備え、
前記有機圧電層は、前記有機圧電材料からなるシート状の有機圧電本体と、前記有機圧電本体の厚さ方向の一方面側に配設された第３電極と、前記有機圧電本体の厚さ方向の他方面と前記前記無機圧電層の前記第１電極との間に配設され前記第３電極とで一対を成す第４電極とを備え、
前記第１電極と第４電極とは、共通電極とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記第１電極と第４電極とは、導電性接着剤により通電可能に接着されていることを特徴とする請求項４記載の超音波探触子。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波探触子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、超音波を送受信することができる超音波探触子およびこの超音波探触子を備えた超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲で得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有し、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ＰＺＴと呼ばれる無機圧電素子が一般的に使用される。この場合、送信用圧電素子としては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２次元配置したアレイ型探触子がよく使用される。アレイ型は精細な画像を得ることができるので、診断検査のための医療用画像として広く普及している。
【０００３】
一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００４】
ハーモニックイメージングは基本波に比較して、サイドローブレベルが小さいことにより、Ｓ／Ｎ比が良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることによって、ビーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること、近距離では音圧が小さく、音圧の変動が少ないため、多重反射が起こらないこと（アーチファクトがでにくい、スペックルのノイズが低減される。）、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の周波数を基本波とする超音波に比べ深速度を大きく取れること等の多くの利点を持っている。
【０００５】
ハーモニックイメージング用アレイ型超音波探触子の具体的な構造として、アレイを構成する各振動部エレメントが広帯域一体型の圧電振動部が用いられている。その広帯域特性の低周波側の周波数領域で基本波送信を行い、高周波側の周波数領域で高調波受信を行う方法が一般的に利用されている。
【０００６】
ハーモニックイメージング用アレイ型超音波探触子の具体的な構造として、例えば特許文献１に、送信用圧電振動部と受信用圧電振動部を別体配置とした送受信分離型探触子が提案されている。特許文献１では、基本波を送信し、高調波を含む超音波を受信するのに、第１の音響インピーダンスを有する複数の圧電素子からなる、中心周波数ｆ１の超音波の送受信を担う圧電層と、第２の音響インピーダンスを有する複数の第２の圧電素子からなり、第１の圧電層に重ねられ、中心周波数ｆ２＝２ｆ１の超音波の受信を担う第２の圧電層を設けたものである。
【０００７】
又、より高感度なものとして、特許文献２に提案されたものがある。この特許文献２に記載のものは、送信用圧電素子に無機圧電材料を有するものを用い、受信用圧電素子に有機圧電材料を有するものを用いるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２７６４７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１や２に記載のものは、バルクの振動部を用いたものであり、このようなバルクの振動部を用いた場合、アレイ化するためのスリットを機械的に加工する必要があり、又、アレイ状に配置された各々の素子からの信号を送受信回路に伝えるための配線が大きなスペースを占めるため、微細化することが困難であるという問題点を有する。
【００１０】
ところで、探触子の超音波トランスデューサとして、例えば基板に形成したメンブレンにＰＺＴなどの圧電層を形成したユニモルフ構造の振動部を太鼓状に撓み変形させるようにして振動させて超音波の送受信を行なうｐＭＵＴ（Piezoelectric  Micromachined  Ultrasonic  Transducer）が知られている。このｐＭＵＴは、半導体製造技術を用いたＭＥＭＳ（micro  Electro  Mechanical  System）により製造される。
【００１１】
このようなｐＭＵＴの超音波探触子は、バルクＰＺＴをダイシングにより分割したものに比し、周波数帯域を広くすることができ、微細化して高解像度とすることができるとともに、３次元画像を取得するための振動部の２次元配列化に適しており、また、小型薄型化が可能であるために超音波内視鏡への応用に適している等の利点を有する。このようなｐＭＵＴの超音波探触子において、１次元配列の振動部では、取得できる画像が断層画像であるため、操作による偽陰性の危険性があることから、操作者（医師、超音波診断技師）の熟練度が要求される。このような課題を軽減するため、３次元画像を取得できる２次元配列の超音波探触子のニーズは高い。
【００１２】
そこで、このｐＭＵＴ、即ち、メンブレンに圧電層を形成することで振動部を構成するタイプの探触子において、有機圧電材料を有する有機圧電層で受信層を構成することが考えられる。
【００１３】
例えば図９に示すように基板１００の厚さ方向の一方面に形成されたメンブレン１０１ａと、メンブレン１０１ａを挟んでその両側に無機圧電材料を有する無機圧電層１０２と有機圧電材料を有する有機圧電層１０３とをそれぞれ形成し、そして、無機圧電層１０２への電圧印加によって超音波を前方側（図示のＸ方向）に送信できるようにする。
【００１４】
しかし、図９に示すようにメンブレン１０１ａを挟んでその両側に無機圧電層１０２と有機圧電層１０３とを形成すると、メンブレン１０１ａを形成するために基板１００に設けられた凹部１０１ｂが有機圧電層１０３の後面側に隣接するように配設されて空間が形成されてしまう。このような空間が有機圧電層１０３の後面側に形成されると、有機圧電層１０３の厚さモードの振動（厚さの変化に基づく振動）が励起され難くなり、その結果、受信感度が劣化してしまう。
【００１５】
本発明は、有機圧電層の振動が効率よく励起され、高い受信感度が得られる超音波探触子及び超音波診断装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様に係る超音波探触子は、アレイ状に配列され超音波を送受信する複数のシート状の振動部を有する超音波探触子であって、前記各振動部は、基板における音軸方向に沿う厚さ方向の一方面側に形成されたメンブレンと、無機圧電材料を有する無機圧電層と、有機圧電材料を有する有機圧電層とを備え、前記メンブレンは、前記基板の厚さ方向の他方面から一方面側に凹設された凹部によって前記基板における厚さが他の領域より薄くなるように形成された薄肉領域から構成され、前記メンブレンと無機圧電層と有機圧電層とは、前記基板の一方面側に、前記音軸方向に沿って、前記メンブレン、無機圧電層、有機圧電層の順に配設されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、メンブレンと無機圧電層と有機圧電層とは、音軸方向に沿って、メンブレン、無機圧電層、有機圧電層の順に配設されているため、有機圧電層の厚さ方向側に隣接して基板の凹部による空間が形成されるようなことを防止でき、有機圧電層の厚さモードの振動が効率よく励起され、高い受信感度が得られるものにできる。
【００１８】
他の一態様では、前記超音波探触子において、前記無機圧電層は、電圧の印加に伴い前記振動部を撓み変形させて第１超音波信号を被検体に送信し、前記有機圧電層は、前記第１超音波信号に基いて前記被検体から戻ってきた第２超音波信号を受信することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電層によって第１超音波信号が送信されるので、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となる。従って、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波の超音波を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００２０】
また、超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電層によって第２超音波信号が受信されるので、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となる。従って、高調波の超音波を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００２１】
他の一態様では、前記超音波探触子において、前記無機圧電層は、電圧の印加に伴い前記振動部を撓み変形させて第１超音波信号を前記基板の厚さ方向における前記他方面から一方面の方向に送信し、前記有機圧電層は、前記無機圧電層に対して前記第１超音波信号の送信方向の前方側になるように配設されている、即ち、メンブレンから超音波の送受信面に向けて無機圧電層、有機圧電層の順に配設されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、第１超音波信号に基いて被検体から戻ってくる高調波を、無機圧電層に邪魔されることなく効率的に受信でき、高調波の超音波を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に、より一層、好適なものにできる。
【００２３】
他の一態様では、前記超音波探触子において、前記無機圧電層は、前記無機圧電材料からなるシート状の無機圧電本体と、前記無機圧電本体の厚さ方向の一方面側に配設された第１電極と、前記無機圧電本体の厚さ方向の他方面と前記メンブレンとの間に配設され前記第１電極とで一対を成す第２電極とを備え、前記有機圧電層は、前記有機圧電材料からなるシート状の有機圧電本体と、前記有機圧電本体の厚さ方向の一方面側に配設された第３電極と、前記有機圧電本体の厚さ方向の他方面と前記前記無機圧電層の前記第１電極との間に配設され前記第３電極とで一対を成す第４電極とを備え、前記第１電極と第４電極とは、共通電極とされていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、無機圧電層の第１電極と有機圧電層の第４電極とを共通化して共通電極にでき、共通電極から信号線を引き出せばよく、引き出す信号線を減少でき、超音波探触子を簡素化できる。
【００２５】
他の一態様では、前記超音波探触子において、前記第１電極と第４電極とは、導電性接着剤により通電可能に接着されていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、例えば第１電極と第２電極とを備えた無機圧電層と、第３電極と第４電極とを備えた無機圧電層とを別途に形成し、導電性接着剤により第１電極と第４電極とを接着すればよく、形成を容易なものにできる。
【００２７】
本発明の一態様に係る超音波診断装置は、上述の何れかに記載の超音波探触子を備えていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、有機圧電層の厚さモードの振動が効率よく励起され、高い受信感度が得られるものにでき、ハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の超音波探触子及び超音波診断装置は、有機圧電層の厚さモードの振動が効率よく励起され、高い受信感度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】超音波探触子を有する超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】超音波探触子を有する超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図４】超音波探触子における超音波送受信部の背面図である。
【図５】超音波探触子における超音波送受信部の要部の拡大断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】（ａ）は、振動部のベントモードの振動の説明図、（ｂ）は、振動部の厚みモードの振動の説明図である。
【図９】メンブレンを挟んでその両側に無機圧電層と有機圧電層とを形成した場合の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の超音波探触子を有する超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、超音波探触子を有する超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、図１の超音波探触子の構成を示す断面図である。
【００３２】
この実施形態における超音波診断装置Ｓは、図１に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信すると共に、この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波（第２超音波信号）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内から来た第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基いて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００３３】
この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不整合によって被検体内で第１超音波信号が反射した反射波（エコー）だけでなく、例えば微小気泡（マイクロバブル）等の超音波造影剤（コントラスト剤）が用いられている場合には、第１超音波信号に基いて超音波造影剤の微小気泡で生成される超音波もある。超音波造影剤では、超音波の照射を受けると、超音波造影剤の微小気泡は、共振もしくは共鳴し、さらに一定の閾値以上の音圧では崩壊、消失する。超音波造影剤では、微小気泡の共振によって、あるいは微小気泡の崩壊、消失によって、超音波が生じている。
【００３４】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像処理部１４と、表示部１５と、制御部１６とを備えて構成されている。
【００３５】
操作入力部１１は、例えば、診断開始等を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００３６】
送信部１２は、例えば制御部１６からの制御信号を超音波探触子２に送信する。受信部１３は、例えば超音波探触子２から送られてくる受信信号を受信して画像処理部１４へ出力する。
【００３７】
画像処理部１４は、制御部１６の制御に従って、受信部１３で受信された、第１超音波信号に基づく被検体内から来た第２超音波信号における所定の周波数成分に基いて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。前記所定の周波数成分は、例えば、基本波成分、ならびに、例えば２次高調波成分、３次高調波成分および４次高調波成分等の高調波成分を挙げることができる。画像処理部１４は、複数の周波数成分を用いて超音波画像を形成するように構成されてもよい。画像処理部１４は、例えば、受信部１３の出力に基いて被検体の超音波画像を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）、および、表示部１５に超音波画像を表示すべく、前記ＤＳＰで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）等を備えて構成される。前記ＤＳＰは、例えば、Ｂモード処理回路、ドプラ処理回路およびカラーモード処理回路等を備え、いわゆるＢモード画像、ドプラ画像およびカラーモード画像の生成が可能とされている。
【００３８】
表示部１５は、制御部１６の制御に従って、画像処理部１４で生成された被検体の超音波画像を表示する装置である。表示部１５は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３９】
制御部１６は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら超音波探触子２、操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４および表示部１５を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００４０】
超音波探触子（超音波プローブ、トランスデューサ）２は、図３に示すように探触子本体４と、探触子本体４に設けられ超音波の送受信を行なう超音波送受信部５（圧電デバイス）とを備えている。尚、図３のＸ方向を前方側、Ｙ方向を後方側として説明する。後述の図５、図８、図９において同じである。
【００４１】
探触子本体４は、前端に設けられた被覆層４１と、後端側に設けられた信号処理回路部４２と、被覆層４１と信号処理回路部４２との間に配設されたバッキング材層４３とを備えている。
【００４２】
被覆層４１は、診断に際して、例えば被検体としての生体と当接し、その当接に際し不快感を与えることがないものであって、人体との音響整合をとるために音響インピーダンスが人体に近いシリコーンゴム等から形成されている。
【００４３】
バッキング材層４３は、超音波送受信部５に発生する不要振動を減衰する等の役割を果たす。
【００４４】
信号処理回路部４２は、ケーブル３を介して超音波診断装置Ｓと接続されているとともに、超音波送信用のパルス信号の生成、或いは、受信パルス信号の処理などを行なう。
【００４５】
詳しくは、制御部１６の制御に従って、上記送信部１２から送られてくる電気信号の送信信号を供給して超音波送受信部５に第１超音波信号を発生させる。例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。この信号処理回路部４２で生成された駆動信号は、後述の複数の素子６６（図４参照）それぞれに対し適宜に遅延時間を個別に設定した、パルス状の複数の信号であり、素子６６のそれぞれに供給される。この複数の駆動信号によって、各振動部６ａ〜６ｄから放射された超音波の位相が特定方向（特定方位）（あるいは、特定の送信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームを形成した送信ビームの第１超音波信号を発生する。
【００４６】
又、信号処理回路部４２は、制御部１６の制御に従って、超音波送受信部５から電気信号の受信信号を受信し処理する。そして、送信時の送信ビームの形成と同様に、受信時もいわゆる整相加算することによって受信ビームが形成されてよい。すなわち、振動部６ａ〜６ｄそれぞれから出力される複数の出力信号に対し適宜に遅延時間を個別に設定し、これら遅延された複数の出力信号を加算することによって、各出力信号の位相が特定方向（特定方位、あるいは、特定の受信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームが形成される。このような場合において、例えば、前記増幅器で増幅された各出力信号が入力される受信ビームフォーマ等も備えてよい。尚、この信号処理回路部４２は、超音波診断装置本体１に設けるようにしてもよく、適宜変更できる。
【００４７】
超音波送受信部５は、探触子本体４の被覆層４１とバッキング材層４３との間に配設されている。この実施形態の超音波送受信部５は、図４に示すようにアレイ状に配列された複数の振動部６ａ〜６ｄを備えている。
【００４８】
前記各振動部６ａ〜６ｄは、図５に示すように基板８の前面（厚さ方向の一方面）に形成されたメンブレン８２と、無機圧電材料を有する無機圧電層６２と、有機圧電材料を有する有機圧電層７２とを備え、音軸方向（基板８の厚さ方向、図のＸ−Ｙ方向）に沿って、メンブレン、無機圧電層、有機圧電層の順、即ち、メンブレン８２から超音波の送受信面に向けて無機圧電層６２、有機圧電層７２の順に配設されている。
【００４９】
基板８は、この実施形態では、シリコン製の板状体から構成されている。この基板８には、図４に示すように、左右方向及び上下方向に配列された複数の円形状の凹部８１ａが設けられている。各凹部８１ａは、図５に示すように基板８の後面から前面側に所定の深さで形成されており、基板８における凹部８１ａに対応する部分の前面側に、他の部分よりも厚さが薄い薄肉領域が形成されている。
【００５０】
メンブレン８２は、上記基板８の各薄肉領域から構成されている。この実施形態では、後述のＰＺＴに良好な電位分布を得るために絶縁性の物質、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）或いは窒化シリコン（ＳｉＮ）から構成され、シート状（この実施形態では、２μｍ程度の厚さ）に形成されている。
【００５１】
無機圧電層６２は、メンブレン８２と同じ個数の複数のものから構成されており、それぞれは、無機圧電材料から構成された無機圧電本体６１と、一対の無機圧電層用グランド電極（第１電極）６３及び無機圧電層用プラス電極（第２電極）６４とを備えている。
【００５２】
無機圧電本体６１を構成する無機圧電材料として、例えばＰＺＴを例示できる。また、無機圧電材料として、例えば水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、ＰＺＮ−ＰＴおよびＰＭＮ−ＰＴ等をあげることができ、適宜変更できる。
【００５３】
又、この実施形態の無機圧電本体６１は、メンブレン８２と略同じ大きさで、厚さが２μｍ程度の円板状のものから構成されている。
【００５４】
無機圧電層用グランド電極６３は、金又は白金等から構成されている。そして、無機圧電層用グランド電極６３は、無機圧電本体６１の前面（厚さ方向の一方面）の全体に配設されて円板状を呈している。又、この無機圧電層用グランド電極６３は、後述する有機圧電層用グランド電極７４及び貫通配線７５を介して信号処理回路部４２に接続される。
【００５５】
無機圧電層用プラス電極６４は、金又は白金等から構成されている。そして、無機圧電層用プラス電極６４は、図７に示すように無機圧電本体６１の後面（厚さ方向の他方面）の全体に配設されて円板状を呈している。尚、図７は、無機圧電層用プラス電極６４の前面に配設される後述の導電性接着剤９を断面にして前方側から見た状態の断面図である。
【００５６】
又、この無機圧電層用プラス電極６４は、貫通配線６５を介して信号処理回路部４２に接続される。
【００５７】
そして、このように構成された各無機圧電層６２は、各メンブレン８２の前面（一方面）に、無機圧電層用プラス電極６４が接合されるようにして配設されている。
【００５８】
有機圧電層７２は、有機圧電材料から構成された有機圧電本体７１と、一対の有機圧電層用プラス電極（第３電極）７３及び有機圧電層用グランド電極（第４電極）７４とを備えている。
【００５９】
有機圧電本体７１を構成する有機圧電材料として、例えば高分子強誘電体であるフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン／３フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が６０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％であることが好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が８５ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％であることがより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電本体を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２構造を挙げることができる。ここで、Ｒは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。
【００６０】
なお、「強誘電体」とは、自発分極が存在し、その分極方向を電界によって人為的に変化させることが可能であり、電界をゼロにした時に人工的に変化させた分極が残る（残留分極）物質と定義することができる。
【００６１】
強誘電体の原料ポリマーの分子量に関しては、一般に、高分子では分子量の増加にともなって高分子特有の柔軟性やしなやかさを持った圧電膜となる。ＶＤＦ−ＴｒＦＥおよび／またはＶＤＦ−ＴｅＦＥにおいて、２３０℃における溶融流動速度（ＭｅｌｔＦｌｏｗ Ｒａｔｅ）が０．０３ｇ／ｍｉｎ以下、より好ましくは、０．０２ｇ／ｍｉｎ以下、更に好ましくは、０．０１ｇ／ｍｉｎである高分子圧電本体を使用すると高感度な圧電層用の薄膜が得られる。
【００６２】
尚、上記のＶＤＦは、フッ化ビニリデンを、ＴｒＦＥは３フッ化エチレンを、ＴｅＦＥはテトラフルオロエチレンを表す。又、高分子強誘電体の分野はさまざまなアプローチで高性能化が図られており、例えば分子として大きなダイポールモーメントを示すペプチド分子をダイポールモーメントを強め合うように配向を規制することで焦電性や圧電性を得ることができるとされている。
【００６３】
又、この実施形態の有機圧電本体７１は、基板８の前面と略同じ大きさで、厚さが２μｍ程度の円板状のものから構成されている。
【００６４】
有機圧電層用プラス電極７３は、金又は白金等から構成されている。そして、有機圧電層用プラス電極７３は、有機圧電本体７１の前面（厚さ方向の一方面）の全体に配設されている。又、有機圧電層用プラス電極７３は、図示しないが、貫通配線を介して信号処理回路部４２に接続される。
【００６５】
有機圧電層用グランド電極７４は、金又は白金等から構成されている。そして、有機圧電層用グランド電極７４は、図６に示すように有機圧電本体７１の後面（厚さ方向の他方面）における各無機圧電層用グランド電極６３と対応する位置に、無機圧電層用グランド電極６３と略同じ大きさの円板状を呈し、無機圧電層用グランド電極６３と同じ数の複数個から構成されている。尚、図６は、有機圧電層用グランド電極７４の後面に配設される後述の導電性接着剤９を断面にして後方側から見た状態の断面図である。
【００６６】
そして、このように構成された有機圧電層７２は、各無機圧電層６２の無機圧電層用グランド電極６３と有機圧電層用グランド電極７４とを導電性接着剤９によって通電可能に接着させるようにして、無機圧電層６２の前方に配設されている。この導電性接着剤は、例えば銀粉、銅粉，あるいは、カーボンファイヤー等の導電性材料を混合した接着剤である。
【００６７】
また、この状態で、無機圧電層用グランド電極６３と有機圧電層用グランド電極７４とは共通電極とされている。又、有機圧電層用グランド電極７４は、貫通配線７５を介して信号処理回路部４２に接続される。
【００６８】
又、この実施形態では、上述のように形成された複数の振動部６ａ〜６ｄは、図４に示すように、４つの振動部６ａ〜６ｄを１素子６６（図４の二点鎖線で囲んだ４つ）として共通接続されて同調して動作するように構成され、複数の素子６６が左右上下に２次元的に配列されている。
【００６９】
より詳しくは、有機圧電層用グランド電極７４（及び無機圧電層用グランド電極６３）は、４つの振動部６ａ〜６ｄごとに配設されたもの同士が互いに通電可能に接続されている。
【００７０】
又、有機圧電層用プラス電極７３は、４つの振動部６ａ〜６ｄごとに配設されたもの同士が互いに通電可能に接続されているとともに、その４つの振動部６ａ〜６ｄからなる１素子６６夫々から延設された素子接続配線（図示せず）によって複数の素子６６同士が接続されている。
【００７１】
このように構成される超音波送受信部５は、この実施形態では、次のようにして形成されている。
【００７２】
基板８として、ＳｉＯ２酸化膜（厚さ２μm）が両面に付いたＳｉ基板（厚さ２００μm）を用いる。
【００７３】
後面のＳｉＯ２上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、凹部８１ａ用のレジストパターンを得る。そして、レジストをマスクパターンとして、ＳｉＯ２層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置でドライエッチング（ＣＨＦ３ガス）し、レジストで保護されていないＳｉＯ２層を除去しておく。
【００７４】
次に、ＳｉＯ２酸化膜が付いている前面にチタン（厚さ２０ｎｍ）、白金（厚さ１００ｎｍ）をスパッタで成膜する。チタンは密着層で、白金が無機圧電層用プラス電極６４となるものである。
【００７５】
その後、その白金上にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる無機圧電本体６１をスパッタで６００度の温度で成膜する（厚さ２μm）。成膜した膜は圧電特性が得られるペロブスカイト層の（１１１）に配向している。
【００７６】
そして、その無機圧電本体６１の前面にウェットエッチングでパターニングするためのレジストパターンを形成する。そして、フッ硝酸で無機圧電本体６１をウェットエッチングして、パターンを形成する。
【００７７】
その後、レジストを塗布し、露光、現像を行い、チタン、白金のエッチングを、上記レジストをマスクにして行うようにして、無機圧電層用プラス電極６４のパターニングを行う。
【００７８】
次に、絶縁部材としての樹脂材をスプレーコーターにより凹凸面とならないよう均一に充填塗布する。そして、アッシング装置により無機圧電本体６１の表面が出るまで樹脂材９１の表面を除去、もしくは無機圧電本体６１の表面が出るようマスク、露光、現像する。
【００７９】
次に、その無機圧電本体６１の前面上にスパッタでクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）を０．２μｍの厚さで成膜する。クロムは密着層で、金が無機圧電層用グランド電極６３となるものである。そして、その表面上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、クロムと金のエッチングを上記レジストをマスクにして行うようにして、無機圧電層用グランド電極６３のパターニングを行う。
【００８０】
次に、基板８の後面のＳｉＯ２酸化膜のパターンをマスクにＩＣＰエッチング装置のボッシュプロセスで深堀加工して直径５０μmの凹部８１ａを左右上下に形成する。
【００８１】
次に、無機圧電層用グランド電極６３上に導電性接着剤９をスクリーン印刷法を用いて厚さ１μｍで塗布する。
【００８２】
そして、あらかじめＶＤＦ−ＴｒＦＥからなる有機圧電本体７１の後面に、無機圧電層用グランド電極６３と同形状に形成した有機圧電層用グランド電極７４を形成するとともに、有機圧電本体７１の前面の全体に、有機圧電層用プラス電極７３を蒸着により形成した有機圧電層７２を位置決めして無機圧電層用グランド電極６３に有機圧電層用グランド電極７４を重ね合わせる。そして、１４０℃に加熱して導電性接着剤９を硬化させる。
【００８３】
なお、本実施例ではあらかじめ用意したＶＤＦ−ＴｒＦＥからなる有機圧電本体７１を有する有機圧電層７２を用いたが、これに限ることなく、例えば無機圧電層用グランド電極６３上にＶＤＦ−ＴｒＦＥからなる有機圧電本体７１をスピンコーティング法で形成した後に１５０℃程度で１．５時間加熱して結晶化し、その後、有機圧電本体７１の前面全体にＡｕを蒸着するようにして有機圧電層用プラス電極７３を形成しても良い。この場合の無機圧電層用グランド電極６３は、有機圧電層用グランド電極を兼用することになる。
【００８４】
以上により、直径５０μmのダイヤフラムからなる４つの振動部６ａ〜６ｄで構成された単素子６６が複数、左右上下に２次元的に配列したものを得ることができる。
【００８５】
又、無機圧電層用プラス電極６４と無機圧電層用グランド電極６３と間に、数Ｖ／ｕｍ以上の電界がかかるように電圧を印加することにより分極処理を行う。同様に、有機圧電層用プラス電極７３と有機圧電層用グランド電極７４と間に、数Ｖ／ｕｍ以上の電界がかかるように電圧を印加することにより分極処理を行う。
【００８６】
以上のように構成された超音波探触子を有する超音波診断装置Ｓで診断する場合、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１６の制御に従い、信号処理回路部４２で超音波送信用のパルス信号（第１超音波信号）が生成される。
【００８７】
この生成されたパルス信号は、超音波送受信部５の複数の素子６６ごとに、例えば位相を順次ずらすように所定の遅延時間でパルス電圧を、無機圧電層用プラス電極６４と無機圧電層用グランド電極６３と間に印加して、無機圧電本体６１の厚さ方向に電界を生じさせる。
【００８８】
この電界により、無機圧電本体６１が撓み変形し、それに伴って、図８（ａ）に示すように振動部６ａ〜６ｄがその共振特性（共振周波数ｆｃと減衰特性）に応じて太鼓状に撓み変形するベントモードの振動が加振され、パルス状の超音波が基板８の厚さ方向の後面（他方面）から前面（一方面）の方向（Ｘ方向）に送信されて生体内へ発信される。アレイの各素子６６の位相を所定量ずらすことで、超音波ビームをフォーカシング、ステアリング（方向制御）し、必要領域を３次元状に走査する。生体内では、超音波は減衰しながら伝わり、音響インピーダンスの差が生じている部位で反射が起こり、超音波探触子２へ帰還する。
【００８９】
戻った超音波（第２超音波信号）により各振動部６ａ〜６ｄは、上述の図８（ａ）に示すベントモードで振動し、それに伴う無機圧電層６２の歪みに応じて電荷が発生し、その発生した電荷は、信号処理回路部４２で処理され、画像処理部１４へ出力される。そして、画像処理部１４は、制御部１６の制御によって、受信された受信信号に基いて、送信から受信までの時間により被検体までの距離が、素子間の時間差により被検体の方向が、夫々検出される。
【００９０】
又、第１超音波が組織を伝搬するときに超音波波形が歪むことで発生する高調波（基本波の周波数の整数倍）も同様に第２超音波信号としてトランスデューサへ帰還する。戻った高調波により有機圧電層７２は、図８（ｂ）に示すように自身の厚みの増減による厚さモードで振動し自身の歪みに応じて有機圧電層７２の有機圧電層用プラス電極７３に電荷が発生する。なお、この厚みモードの中心周波数は材料のヤング率、密度、および層厚によって決まり、一般的な有機圧電材料を用いれば層厚を数μｍにすることで中心周波数を２．５ｆｃ程度に設定することが可能である。
【００９１】
そして、画像処理部１４で、有機圧電層７２の有機圧電層用プラス電極７３に発生した高調波成分に基いてハーモニックイメージング技術を用いて被検体内部の内部状態の超音波画像が生成される。
【００９２】
尚、上記実施形態では、有機圧電本体７１は１つから構成されているが、この形態のものに限らず、例えば有機圧電本体７１を、無機圧電層６２と略同じ大きさからなる複数個から構成し、各無機圧電層６２の前面側に配設するようにしても良く、適宜変更できる。
【００９３】
又、上記実施形態では、無機圧電層用グランド電極６３（第１電極）と有機圧電層用グランド電極７４（第４電極）とは共通電極とされているが、例えばそれらの間に誘電体を介在させて無機圧電層用グランド電極６３と有機圧電層用グランド電極７４とのそれぞれから貫通電極を介して信号処理回路部４２に接続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１    超音波診断装置本体
２    超音波探触子
５    超音波送受信部
６    振動部
８    基板
６１    無機圧電本体
６２    無機圧電層
６３    無機圧電層用グランド電極（第１電極）
６４    無機圧電層用プラス電極（第２電極）
７１    有機圧電本体
７２    有機圧電層
７３    有機圧電層用プラス電極（第３電極）
７４    無機圧電層用グランド電極（第４電極）
８２    メンブレン
Ｓ    超音波診断装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013146478.tif 000009
【図８】
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【図９】
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