(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動素子からなるアレイ振動子を有する超音波探触子において、
前記各振動素子は、積層された複数の圧電体を有し、圧電体間、最上圧電体と整合層との間、及び、最下圧電体とバッキング層との間のうちで複数の位置に複数のリード薄板が介在され、
前記各リード薄板は、前記各圧電体よりも薄く、
前記各リード薄板は、前記複数の圧電体から引き出された引き出し部分を有し、
前記各リード薄板は、前記圧電体の音響インピーダンスと同等の音響インピーダンスを有する材料によって構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各圧電体は複合圧電材料で構成され、
前記各リード薄板は導電性樹脂材料によって構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子、特に各部材間における音響インピーダンス整合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探触子において、ＰＺＴなどの圧電体の上面及び下面に形成された電極面から電極（リード）を引き出す手法として、リード薄板を用いたものがある。すなわち、圧電体と整合層との間や、圧電体とバッキング層との間に、銅などで構成されたリード薄板を挟み込むものである。リード薄板は圧電体よりも大きな形状を有し、圧電体を含む積層体から引き出されたリード薄板の端部を利用して送波信号が印加され、受波信号が出力される。複数の圧電体を積層させたタイプの超音波振動子においても、各圧電体の間にリード薄板が介在される場合もある。なお、特開平７−１２３４９７号公報には関連する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電体がセラミックスである場合の音響インピーダンスは例えば２５〜３５（ＭＲａｙｌｓ）であるが、一方、従来において銅などで構成されるリード薄板の音響インピーダンスは例えば６０（ＭＲａｙｌｓ）である。このため、圧電体とその近傍のリード薄板とではそれらの音響インピーダンスが著しく異なり、超音波振動子の周波数特性が悪化するという問題がある。この問題は特に高周波型の超音波振動子で顕著である。超音波画像の画質を少しでも向上させて、疾病診断精度を向上させるためには、超音波探触子における周波数特性の劣化や音響パワーのロスをできる限り排除することが望まれる。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、リード薄板と圧電体との音響インピーダンス不整合を解消して、周波数特性の劣化を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子からなるアレイ振動子を有する超音波探触子において、前記各振動素子は、積層された複数の圧電体を有し、圧電体間、最上圧電体と整合層との間、及び、最下圧電体とバッキング層との間のうちで複数の位置に複数のリード薄板が介在され、前記各リード薄板は、前記各圧電体よりも薄く、前記各リード薄板は、前記複数の圧電体から引き出された引き出し部分を有し、前記各リード薄板は、前記圧電体の音響インピーダンスと同等の音響インピーダンスを有する材料によって構成されたことを特徴とする。望ましくは、前記各圧電体は複合圧電材料で構成され、前記各リード薄板は導電性樹脂材料によって構成される。
【０００８】
上記の構成によれば、圧電体の一方側又は両側に介在配置されるリード薄板の音響インピーダンスが圧電体の音響インピーダンスと同等に設定されるため、音響インピーダンス不整合に起因する問題を改善でき、特に、周波数特性を向上できる。よって、超音波画像の画質向上を図ることができるという利点がある。
【０００９】
ここで、圧電体とリード薄板の音響インピーダンスは必ずしも完全に一致させる必要はないが、音響的に見て実質的に等価といえる範囲内で、両者の音響インピーダンスが同じであればよい。両者の音響インピーダンスの比で、例えば、およそ０．７〜１．３の範囲であれば同等と言える。もちろん、できる限り両者の音響インピーダンスが一致していることが望ましく、このような条件を満たす１又は複数の物質がリード薄板の材料として選定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１には、本発明に係る超音波探触子の要部構成が示されている。圧電体１０の下面側には電極１２が形成され、圧電体１０の上面側には電極１４が形成され、これらによって超音波振動子が構成されている。この超音波振動子は単一の振動子又は複数の振動素子からなるアレイ振動子である。
【００１２】
圧電体１０の下側には超音波を吸収するバッキング層１６が設けられている。また、圧電体１０の上部には２つの整合層１８及び２０が設けられている。電極１２にはシグナルＦＰＣ（フレキシブル基板）２２が例えば半田付けなどによって接続されている。
【００１３】
一方、整合層１８と圧電体１０との間にはグランドリード薄板２４が介在配置されている。このグランドリード薄板２４は圧電体１０と同等の音響インピーダンスを有する金属材料で構成される。なお、このグランドリード薄板２４は例えば導電性接着剤や熱硬化性接着剤で接着される。圧電体１０とバッキング層１６との間及び２つの整合層１８及び２０の間にも接着剤が導入され、それによって接着される。
【００１４】
図１に示されるように、グランドリード薄板２４は、圧電体１０の両端から引き出された長さを持っており、その引き出し部分をリード線として利用することができる。ちなみに、グランドリード薄板２４の少なくとも重合部分が圧電体１０と同等の音響インピーダンスを有することが必要であるが、この実施形態ではグランドリード薄板２４はそれ全体が均一の材料によって構成されている。
【００１５】
例えば、圧電体１０の音響インピーダンスは例えば３０ＭＲａｙｌｓであり、整合層１８の音響インピーダンスは例えば７〜１５ＭＲａｙｌｓであり、整合層２０の音響インピーダンスは例えば２〜３ＭＲａｙｌｓである。グランドリード薄板２４の音響インピーダンスは圧電体１０と同等の音響インピーダンス、すなわち２１〜３９ＭＲａｙｌｓをもった金属材料で構成される。
【００１６】
そのような金属材料としては例えば図４に示したようなものが挙げられる。これらの材料は単体あるいは合金として使用することによって圧電体１０と同一又はそれに近い音響インピーダンスをグランドリード薄板２４にもたせることができる。このような構成によれば、超音波振動子の周波数特性の劣化を防止して音響パワー面での損失を軽減でき、超音波画像の画質向上を図れるという利点がある。グランドリード薄板２４の厚みは例えば１０μｍであるが、その厚みは圧電体１０の厚みなどに応じて適宜設定すればよい。
【００１７】
上記の実施形態ではグランド側にリード薄板が設けられていたが、図２に示される実施形態ではシグナル側にもリード薄板２６が利用されている。図２において、圧電体１０の下側にはシグナルリード薄板２６が設けられており、一方、圧電体１０の上側にもグランドリード薄板２４が設けられている。これらのリード薄板２４及び２６の両者とも圧電体１０の音響インピーダンスと同等の音響インピーダンスをもった物質で構成されており、図１に示した実施形態よりも、より周波数特性を向上できるという利点がある。すなわち、この実施形態では図１に示した実施形態に加えて、更に圧電体１０とバッキング層１６との間にも、圧電体１０と同等の音響インピーダンスをもったリード薄板２６が設けられているので、周波数特性の劣化を改善して精度の良い超音波の計測を行える。
【００１８】
図３にはさらに他の実施形態が示されている。この図３に示される実施形態では２つの圧電体３０及び３６が積層されており、いわゆる積層型の超音波振動子が構成されている。圧電体３０には電極３４及び３２が形成され、圧電体３６には電極３８及び４０が形成されている。圧電体３０と整合層１８との間、２つの圧電体３０，３６の間、及び圧電体３６とバッキング層１６との間には、それぞれリード薄板４２，４４，４６が介在配置されている。これらのリード薄板４２，４４，４６はそれぞれ圧電体３０，３６と同等の音響インピーダンスをもった物質で構成されており、このような実施形態においても上述した利点をそのまま得ることができる。この図３に示す実施形態では２つの圧電体が設けられる場合が示されていたが、もちろん３つ以上の圧電体が設けられる場合においても本発明を適用できる。
【００１９】
また、超音波振動子としては例えば円盤形の超音波振動子や二次元配列型の超音波振動子などに本発明を適用できる。
【００２０】
また、上記図１，２，３の実施形態は、圧電体がセラミックスの場合であるが、音響インピーダンスが９ＭＲａｙｌｓ程度である複合圧電材料にも本発明を適用できる。この場合には、グランドリード薄板や、シグナルリード薄板として、導電性をもたせかつ音響インピーダンス値を調整するために、金属粉を混入した樹脂薄板が使用される。また、上記図１，２，３の実施形態は圧電セラミックスとしては完成したものを使用した場合であるが、グランドリード薄板やシグナルリード薄板を、あらかじめ銀ペーストなどで圧電セラミックスに焼き付けておくこともできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リード薄板と圧電体との音響インピーダンス不整合を解消して周波数特性の劣化を改善し、これによって超音波画像の画質向上を図ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波振動子の実施形態を示す図である。
【図２】  本発明に係る超音波振動子の他の実施形態を示す図である。
【図３】  本発明に係る超音波振動子の他の実施形態を示す図である。
【図４】  リード薄板に利用できる物質とその音響インピーダンスを示す説明図である。
【符号の説明】
１０  圧電体、１２，１４  電極、１６  バッキング層、１８，２０  整合層、２２  シグナルＦＰＣ、２４  グランドリード薄板。
【図１】
0003934200.tif 000002
【図２】
0003934200.tif 000003
【図３】
0003934200.tif 000004
【図４】
0003934200.tif 000005