(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波を送信する送信用圧電振動子と、当該基本波に基づく高調波を受信する受信用圧電振動子とを有する圧電振動子エレメントを備えるアレイ型超音波トランスデューサにおいて、
前記圧電振動子エレメントは、前記送信用圧電振動子及び前記受信用圧電振動子とがほぼ同一面上に分割配置され、前記送信用圧電振動子によって形成される音場の中心軸と、前記受信用圧電振動子によって形成される音場の中心軸が一致するように配置され、
さらに、前記受信用圧電振動子から出力される高調波パルス信号の中心周波数を第１の周波数とした際に、当該第１の周波数に対して僅かに異なる第２の周波数を中心周波数とする並列共振回路を備えた
ことを特徴とするアレイ型超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記第２の周波数は、前記受信用圧電振動子から出力される高調波パルス信号を広帯域化するよう前記第１の周波数に対して異ならしめた周波数であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記音場の中心軸が一致するように配置された前記圧電振動子エレメントが、前記送信用圧電振動子では２以上の偶数個、前記受信用圧電振動子では１以上の奇数個からなる
ことを特徴とした請求項１または２に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記送信用圧電振動子と前記受信用圧電振動子の超音波送受信側の電極を同電位にする手段が音響整合層あるいは音響レンズを兼ねている
ことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハーモニックイメージング超音波診断に用いられるアレイ型超音波トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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が分かり、標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００３】
ハーモニックイメージングは基本波に比較して、
（１）サイドローブレベルが小さいことにより、Ｓ／Ｎが良くコントラスト分解能が良くなること、
（２）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、
（３）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、
（４）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
という多くの利点を持っている。
【０００４】
ハーモニックイメージング用アレイ型超音波トランスデューサの具体的な構造として、アレイを構成する各振動子エレメントが広帯域一体型の圧電振動子が用いられている。
【０００５】
そして、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。この場合、基本波送信超音波のスペクトルと高調波受信超音波のスペクトルがなるべく重ならないように狭帯域超音波が用いられる。狭帯域超音波は一般に尾曳の長い超音波パルス信号なので、深さ方向分解能に悪影響を及ぼすことになる。
【０００６】
他のハーモニツクイメージング用アレイ型超音波トランスデューサの具体的な構造として、例えば特開平８−１８７２４５号公報や特開平１１−２７６４７８号公報等に、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を別体とした送受信分離型トランスデューサが提案されている。
【０００７】
例えば特開平１１−２７６４７８号公報では、図１０に示すように、基本波を送信し、高調波を含む超音波を受信するのに好適な超音波探触子及び超音波診断装置を提供することを目的とし、第１の音響インピーダンスＺ1を有する配列された複数の第１の圧電振動子２１２１からなる、中心周波数ｆ1の超音波の送受信を担う第１の圧電層２１２と、第２の音響インピーダンスＺ2（Ｚ2＜Ｚ1）を有する配列された複数の第２の圧電素子２１３１からなり、第１の圧電層２１２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２ １ ３を備えていることを特徴としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来より基本波送信用圧電振動子と高調波受信用圧電振動子を積層したアレイ型超音波振動子が提案されているが、これらの構造において問題になるのは、基本波送信時に送信超音波が受信用圧電振動子を通過するときに発生する圧電ノイズと、受信時に受信用圧電振動子の背面に配置した送信用圧電振動子による圧電ノイズの影響である。これらのノイズはハーモニックイメージングの特徴とされた高コントラスト分解能に悪影響を与えるものであり、ハーモニックイメージングの地歩を損なうものである。
【０００９】
また、通常設けるダンピング層や音響整合層、あるいは音響レンズの付加材料においても処理周波数に応じた構造、寸法設計が行われる。しかしながら層状構造に配置した従来構造では送信用と受信用に個別の構造、材質の設計をすることは不可能である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基本波送信周波数ｆ0、高調波受信周波数ｎｆ0（ｎは２以上の整数）のそれぞれの周波数に対応したダンピング層等の付加部材を構成し、高感度、高空間分解能、高コントラスト分解能のハーモニックイメージングを行うことのできるアレイ型超音波トランスデューサを提供することを目的としている。
【００１１】
さらに他の付随した技術課題として、前記したように広帯域特性を示す一体型超音波トランスデューサを用いる時の技術課題、すなわち狭帯域超音波を送受信することによる深さ方向分解能の劣化があるが、本発明による超音波トランスデューサにおいても受信感度を上げ、受信超音波中に混在した基本波成分の抑圧を図るために、以下の式（１）及び（２）にもとづいたダンピング層設計をすることになる。
【００１２】
【数１】
0004004845.tif 000002
【００１３】
【数２】
ＱmR＞ＱmT        （２）
ここで、ｄ33：圧電定数、Ｓ：開口、Ｑm：共振尖鋭度、Ｖr：縦波音速、ｎ：高調波の次数、ｆr：:基本波周波数、Ｆ：音場パラメータ、添え字Ｔ：送信用トランスデューサ、添え字Ｒ：受信用トランスデューサである。
【００１４】
このように超音波の共振尖鋭度Ｑを大きく設計することは感度向上や、受信信号の内の基本波成分の抑圧に効果的だが、一方で超音波の尾曳きを長くし、深さ方向分解能を劣化させることにつながる場合がある。
【００１５】
従って、本発明による送受信分離型超音波トランスデューサにおいて、付随的に発生する技術課題に受信感度を大きく保ちながら、超音波の尾曳きを長くさせないという技術課題がある。
【００１６】
上記課題を解決するために本発明においては次の様な手段を用いている。すなわち、基本波を送信し、高調波を受信するアレイ型超音波トランスデューサにおいて、アレイを構成する各圧電振動子エレメントが送信用圧電振動子と受信用圧電振動子からなり、これらがほぼ同一面上に、送信用振動子による音場の中心軸と、受信用振動子による音場の中心軸が一致するように分割配置され、なおかつ、複数対の送信用圧電振動子が対称性よく１以上の記数個の受信用圧電振動子を挟むように配置させる。
【００１７】
この配置の最小単位は一対の送信用圧電振動子に１個の受信用圧電振動子が挟まれた構造であるが、それぞれの中心軸が一致する配置であれば、複数対と１以上の記数個の組み合わせでも良い。
【００１８】
さらに前記圧電振動子の背面に形成するダンピング層の構造、材質は、それぞれの圧電振動子ごとに差異を設け、超音波送受面側に配置させる音響整合層の厚さも変化させ、音響レンズは凹面状とし、音速が生体の音速より大きい音速を有した材質を用いる。
【００１９】
前記したような本発明に付随的に発生する技術課題、すなわち、深さ方向分解能低下の解決手段として、アレイを構成する各振動子エレメントの受信用圧電振動子エレメントに接続する同軸ケーブルの端部で、同軸ケーブルの静電容量Ｃsと受信用圧電振動子の制動容量Ｃoとの合成容量Ｃxとその端部で付加する付加コンデンサＣaや付加インダクタＬaとで共振回路を構成する。
【００２０】
受信用圧電振動子を挟むように配置した一対の圧電振動子から基本波超音波を送信し、一対の送信用圧電振動子に挟まれた受信用圧電振動子で高調波信号を受信する。本発明によるアレイ型超音波トランスデューサはアレイを構成する各エレメントが基本波送信用圧電振動子と高調波受信用圧電振動子が同一面内で分割配置されているので、それぞれの圧電振動子の背面には異なる特性のダンピング層、前面には適した厚みの音響整合層を別々に形成することが可能である。
【００２１】
送受信分離型超音波トランスデューサの受信感度が式（１）に基づいて感度Ｓensが大きくなるように圧電振動子材料の組み合わせが最適化される。
【００２２】
また基本波成分と高調波成分が混在する受信信その内、基本波成分を出来るだけ抑圧するために、式（２）の条件も満たしている。従って大きな受信感度と効率的な基本波成分の抑圧が可能である。
【００２３】
さらに、音響整合層も送信基本波超音波の周波数ｆ0に対する最適整合層厚みはＶ／４ ｆ 0で、高調波、例えば第２高調波２ｆ0に対する最適整合層厚みＶ／８ ｆ 0となる。音響整合層は１／４λの厚さで最適の音響整合状態、１／２λの厚さで最悪の音響整合状態となる。すなわち、均一な厚みの音響整合層では基本波送信用振動子に適合させると、高調波受信用振動子に不適合、高調波受信用振動子に適合させると、基本波送信用振動子に不適合となってしまう。
【００２４】
本発明による超音波トランスデューサでは片面凹面状で音速が生体の音速より大きい材質を用いるので音響整合層は平行平板ではないが、基本波送信用振動子前面と高調波受信用振動子前面のそれぞれの音響レンズの平均厚みを１／４λの厚みに適合させることができる。
【００２５】
一方、式（１）に基づいて共振尖鋭度Ｑを大きくすると、感度は高くなるものの、超音波信号の尾曳きが長くなり、深さ方向分解能が悪化する問題があった。
【００２６】
この技術課題に対し、本発明による超音波トランスデューサは、ほぼ同一面内の異なる位置に送信用圧電振動子と受信用圧電振動子を配置しているので、それぞれの背面に式（２）を満たすダンピング層を形成することが出来、前面には異なる厚さの音響整合層を配置出来る様になり送受信分離型構造の特徴を十分に発揮させることが出来るようになる。
【００２７】
本発明では音響レンズとして生体より音速の速い材質の凹面レンズを利用しているので、中心位置に配置した共振周波数ｎｆ0受信用圧電振動子前面の音響レンズの平均厚さを１／４λに設定でき、その両側に配置した共振周波数ｆ0の送信用圧電振動子前面の音響レンズの平均厚さをも１／４λに設定できる。
【００２８】
なお、この考えに立てば、凸レンズを用い中心に配置した圧電振動子で送信、その両側に配置した圧電振動子で受信という構成が考えられるが、この場合、前者の場合に比較して音圧の変動が大きく、好ましい音場が得られなくなる。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアレイ型超音波トランスデューサは、基本波を送信する送信用圧電振動子と、当該基本波に基づく高調波を受信する受信用圧電振動子とを有する圧電振動子エレメントを備えるアレイ型超音波トランスデューサにおいて、前記圧電振動子エレメントは、前記送信用圧電振動子及び前記受信用圧電振動子とがほぼ同一面上に分割配置され、前記送信用圧電振動子によって形成される音場の中心軸と、前記受信用圧電振動子によって形成される音場の中心軸が一致するように配置され、さらに、前記受信用圧電振動子から出力される高調波パルス信号の中心周波数を第１の周波数とした際に、当該第１の周波数に対して僅かに異なる第２の周波数を中心周波数とする並列共振回路を備えたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００３１】
第１の実施の形態：
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１はアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図、図２は図１の圧電素子と電極配置の様子を示す図、図３は図１のアレイ型超音波トランスデューサをアレイ方向から見た断面図、図４は図１のアレイ型超音波トランスデューサをエレベーション方向から見た断面図、図５は図１のアレイ型超音波トランスデューサを構成する各エレメントの制御装置側の同軸ケーブル端子へ接続する接続回路の構成を示す図である。
【００３２】
（構成）
本発明によるアレイ型超音波トランスデューサの外観は図１に示すように、圧電振動子、ダンピング層、音響整合層、内部配線、等を内容するハウジング５０、音響レンズ４、同軸ケーブル束１２、同軸ケーブル束１２をハウジングに固定する為の同軸ケーブル固定樹脂からなる。
【００３３】
また、ハウジング５０に内容された内部構造は図３に示すように、１対の基本波の周波数にほぼ等しい共振周波数を持った例えばＰＺＴからなり、両面に電極１４ａ、１４ｂが形成された圧電素子１３（図２参照）からなる基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂと、１対の配線用基板７ａ，７ｂを隔てて、他の圧電材質、例えばチタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、あるいはニオブ酸リチウム等の圧電材料からなり、両面に電極が形成され、高調波の周波数にほぼ等しい共振周波数を持った高調波受信用圧電振動子２と、基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂの背面（超音波を送受信しない側）に、例えば柔軟性を持つエポキシ樹脂に酸化タングステンや酸化アルミウムを適量混合した材料からなり、その形成により送信振動子の共振尖鋭度Ｑrが好ましくは２〜４になる送信振動子用ダンピング層５と、高調波受信用圧電振動子２の背面に例えば柔軟性を持つエポキシ樹脂に酸化タングステンや酸化アルミウムを送信振動子用とは異なる適量混合した材料からなり、その形成により受信振動子の共振尖鋭度ＱEが好ましくは４〜８になる送信振動子用ダンピング層６と、基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂ、高調波受信用圧電振動子２の前面に基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂ、高調波受信用圧電振動子２の各電極を同電位とする機能を兼ね備えた音響整合層３と、さらにその前面にシリコーンゴム等からなる音響レンズ４とが配設されている。
【００３４】
基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂと高調波受信用圧電振動子２を隔離する機能を兼持しだ衝立て状プリント基板７ａ，７ｂにはアレイを構成するエレメントの数のストライプ電極８ａ，８ｂ，８ｃが形成され、圧電振動子の各電極から微小配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃで電気的に接続されている。
【００３５】
なお、本実施の形態では前記音響整合層３は素材そのものが導電性を有するものを用いているが、さらに導電性を確実に低下させるために、その基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂ、高調波受信用圧電振動子２の電極に接する側の面を金等の金属膜を形成する構造も有効である。
【００３６】
そして前記ストライプ電極８ａ，８ｂ，８ｃは、各エレメント８０（１）〜８０（ｎ）毎（図４参照）に細径同軸ケーブル２５（１）〜２５（ｎ）（図４参照）を接続し、細径同軸ケーブル２５（１）〜２５（ｎ）は束ねられ、同軸ケーブル束１２として図１に示すように衝立て状配線プリント基板７ａ，７ｂの周囲に絶縁性樹脂で固定され、さらに密閉封止用樹脂１０で完全に固定される。
【００３７】
ハウジング側板９ａ，９ｂはこれらの部材を側面から固定すると同時に、外側面に配置した金等の金属からなる導電膜を接地電位として接地用配線１６ａ，１６ｂを経て微細同軸ケーブルの図示していないシールド線へ接続されている。
【００３８】
アレイを構成する各エレメントはエレベーション方向から見ると図４のように構成されている。すなわち、一対の基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂと、それらに挟まれるともにその音響中心軸が一致するように配置された高調波受信用圧電振動子２からなる振動子エレメント２１（１）〜２１（ｎ）がダイシング溝２０（１）〜２０（ｎ−１）を挟んで配置している。ダイシング溝２０（１）〜２０（ｎ−１）は、音響整合層全厚と高調波受信用圧電振動子の途中までが切り込まれ、ダイシングされない残部２３を有している。
【００３９】
一方、高調波受信用圧電振動子２は、基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂの１／２〜１／３の厚さであり、全厚にわたりダイシングされている。高調波受信用圧電振動子２は音響整合層３及び衝立て状配線用プリント基板７ａ，７ｂに図示されていない接着剤で固定されている。
【００４０】
送信駆動用同軸ケーブル３４（図５参照）の信号線の一方の端子は基本波送信用圧電振動子２７（図５参照）の電極２９に配線用プリント基板７ａ，７ｂを中推して接続され、他方の端子３８は制御装置のパルサー部に接続される。一方、受信用同軸ケーブル３５（図５参照）の信号線の一方の端子は高調波受信用圧電振動子２８（図５参照）の電極30に配線用プリント基板７ｂを中推して接続され、他方の端子はコンデンサ３６、コイル３７からなる接続回路４０を経て制御装置のレシーバ部に接続される。コンデンサ３６は信号線３４に直列に、コイル３７は同軸ケーブルの信号線とグランド３１１の間に接続する。唇超音波トランスデューサの共通接地電極３１、同軸ケーブルのシールド線部は接地３１１に接続される。
【００４１】
（作用）
パルサーから基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂに、基本波送信超音波パルスの中心周波数をその中心周波数とするスペクトルを持つ駆動パルス信号が印加されると一対の基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂから基本波超音波が送信され合成され音響レンズ４で集束された送信超音波音場が形成される。
【００４２】
この合成超音波音場内に存在する生体組織の音響インピーダンス界面で超音波は反射される。この反射超音波は、送信超音波が生体組織を伝播する内に生体組織の持つ非線形性や、音響インピーダンス界面が体内に注入された造影剤バブルだとすると、造影剤バブルの送信超音波による共振や破裂によって発生する高調波成分を基本波成分と共に含んだ信号となる。
【００４３】
この内の高調波成分の中心周波数とほぼ等しい共振周波数を持つ高調波受信用圧電振動子２で受信すると、基本波成分は抑圧され、基本波成分に比べ、高い信号レベルの高調波成分を有する受信信号が得られる。この時の受信感度Ｓensは式（１）及び（２）で表される。
【００４４】
式（１）から分かるように大きな感度を得るには、式（１）にしたがって、基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂに関しては、圧電定数ｄ33の大きな圧電材料、受信用にはｇ33Ｖlの大きな圧電材料、例えばチタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウムを用いいることが好ましい。
【００４５】
また共振尖鋭度Ｑも送信用、受信用とも大きいほど受信感度が大きくなるが、大きすぎると超音波振動の尾曳きが長くなる深さ方向分解能を悪化させる原因となる。また式（２）に示したように送信用、受信用のＱに差異を設けると、より基本波成分を抑圧し易くなる。そこで、送信用ＱをＱT＝２〜４、受信用ＱをＱR＝４〜８になるように、それぞれの背面に形成するダンピング層の材質設計を行う。
【００４６】
本実施の形態では導電性を全く持たせないようにするため、柔軟性エポキシ樹脂に酸化タングステンを分散する組成を用い、酸化タングステンの混合率に差異を設けて混合し、送信用ＱをＱT＝２〜４、受信用ＱをＱR＝４〜８になるように調整している。
【００４７】
このような構造でも基本波成分は残っている場合がある。高調波成分は焦点より近い領域での音圧はトランスデューサとの距離が小さくなればなるほど急激に音圧レベルが小さくなる。このことは近距離において発生しがちな多重反射が現れないという好ましい作用があるが、高調波成分のみの超音波像はトランスデューサ近傍で何も写らないことになり、診断機能がなくなることを意味する。
【００４８】
そこで、基本波成分の残存を或程度残す使い方があり、その場合は高調波受信用圧電振動子２からの出力信号に基本波成分が或程度混在するほうを好ましいとするので、そのまま制御装置のレシーバ回路に入力すれば良い。
【００４９】
しかし、基本波混在は超音波画像の分解能を劣化させるのｆで出来るだけ抑圧するというのが、一般的な考え方であり、これに従うと図５に示すようにコンデンサ３６とコイル３７からなる接続回路４０を通すことが必要になる。コンデンサ３６とコイル３７をこの位置で付加することにより新たに高調波受信用圧電振動子２の制動容量Ｃ0、同軸ケーブルの静電容量Ｃs、付加コンデンサ３６、及び付加コイル３７とからなる並列共振回路を形成し、この並列共振回路の共振周波数が高調波信号の中心周波数の近傍になるようにＣa、Ｌaを調整する。殆ど一致するように調整すると、高調波受信用圧電振動子２からの出力信号は感度は向上するが、信号のＱが大きくなり、尾曳きが大きくなることにより深さ方向分解能が低下する。そこで、両周波数を少しずらし、Ｑの増加分を高調波信号の高帯域化を図る調整を行う。
【００５０】
このようにして得られる殆ど高調波成分だけからなる各エレメントからの信号をリニア的に電子走査したり、セクタ的に電子走査し、これらの信号をスキャンコンバータ等で信号処理及び画像処理して最終的にモニタに画像表示したり、記憶媒体に保存する。
【００５１】
（効果）
以上のように、アレイを構成する各エレメントを分割型構造とし、一対の基本波送信用圧電振動子と、それらに挟まれるように配置する高調波受信用圧電振動子を双方の振動子が形成する超音波音場の中心軸が合致するように配置し、かつ各圧電振動子やダンピング層の特性を、式（１）及び（２）に従うように寸法、材質設計をし、かつ以上説明したような衝立て状配線用プリント基板で、両圧電振動子を隔離固定し、更に受信電圧信号を付加コンデンサや付加コイルで処理することにより、一つのエレメントからは高調波信号成分が強調された信号が得られ、リニア走査或いはセクタ走査して各エレメントからの信号を画像処理することにより、高調波信号を用いた特徴的な診断画像、即ち、空間分解能やコントラスト分解能に優れた超音波診断画像が得られることになる。
【００５２】
第２の実施の形態：
図６は本発明の第２の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図である。
【００５３】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５４】
（構成）
図６に示すように、本実施の形態の第１の実施の形態と異なる部分は音響レンズ４の形状、材質が異なることである。この音響レンズ材料は導電率が高く、快削性に富むグラファイトコンパウンド゛材料で超音波出射側の面が曲率半径Ｒ（４１）でシリンドリカルに研削加工されている。
【００５５】
圧電振動子の電極側に接する面は圧電振動子の電極を共通接地電位に、より効果的にするために、図示していない電極が形成されることもある。
【００５６】
なお、このように導電性が良く、熱伝導性が良い材料を配置させると放熱が超音波送受信側のみで良くなる。このため圧電振動子内の温度分布に傾斜がつき、それにより、基本波送信超音波に最初から圧電高次振動成分が含まれることになる。そこで、基本波送信用圧電振動子１ａ，１ｂ、高調波受信用圧電振動子２の双方に固着させている配線用プリント基板の材料に誘電率、誘電ロスが小さく且つ熱伝導率が大きく放熱性が良いチッ化アルミニウムセラミックスを用いる。
【００５７】
（作用・効果）
このように音響レンズを凹面にすることによって、基本波送信用圧電振動子前面の平均厚みをその基本波周波数での１／４λ程度に厚く、高調波受信用圧電振動子前面の平均厚みをその周波数での１／４λ程度に薄くすることが可能となる。
【００５８】
すなわち、音響レンズの効果と、音響整合層の効果、特に位相条件を満たす効果を兼ねさせることが可能となり、送信超音波音圧を高調波がより発生しやすい音圧に増加させることができるようになる。
【００５９】
また、配線用プリント基板７ａ，７ｂを上記のような材質構造にすることによって、圧電振動子内の温度分布の傾斜を抑圧し、基本波送信超音波に最初から圧電高次振動成分が含まれ、高調波検出の効率を低下することを抑えることが可能になる。
【００６０】
以上、本実施の形態により高感度で高調波イメージングが出来るようになる。なお、本実施の形態でば凹面加工する音響レンズ材料として導電性の良好なグラファイト系素材を用いるとしたが、必ずしもこのような素材に限定されるものではなく、例えばエポキシ製樹脂の片面を凹面加工し、圧電振動子電極に接する側に面に金等の導電性膜を形成した構造でも良い。この場合は熱放散はおこりにくくなり、圧電振動子内に温度傾斜は殆ど起こらなくなる。アレイ型超音波トランスデューサの用途が発熱し易いセクタ電子スキャンでなければこのような構造、材質で構わない。
【００６１】
第３の実施の形態：
図７及び図８は本発明の第３の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図、図８は図７の音響整合層の構成を示す断面図である。
【００６２】
第３の実施の形態は、第１及び第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６３】
（構成・作用）
図７に示すように、本実施の形態の第１及び第２の実施の形態と異なる部分は音響レンズ４と基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂ、高調波受信用圧電振動子２の間に音響整合層３を設け、かつ、圧電振動子前面の音響整合層の厚みが基本波、高調波それぞれの周波数に対して１／４λの厚さになるように、図８に示すように、音響整合層３の圧電振動子に接する側の面に窪地１８を形成し、この窪地１８に高調波受信用圧電振動子２と一対の衝立て状配線用プリント基板７ａ，７ｂを固着配置させていることである。
【００６４】
該窪地１８を有した音響整合層３がエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂に無機微粉末を混合した材質のように節煙性材料の場合はＣＶＤ等の方法で段切れの無い電極膜１９を形成する必要がある。音響整合層３が導電性を有する場合は、特に電極膜１９を形成する必要はないが、この場合でも電極膜１９を形成しても構わない。
【００６５】
なお、本実施の形態における音響レンズ４の材質は純粋なエポキシ樹脂やポリスチレン樹脂のように音響整合層３と生体や水のそれぞれの音響インピーダンスの中間的な音響インピーダンスを持つ材料が好ましい。
【００６６】
（効果）
本実施の形態によれば、音響整合層３の厚みは基本波送信用圧電振動子１ａ、１ｂ前面では基本渡周渡散での１／４λに、また高調波受信用圧電振動子２前面では高調波周波数に対し、１／４λの厚さに平行平板として設定されるので音響整合効果を最大に引き出すことが可能で、大きな送信超音波音圧が得られ、高調波成分が発生し易くなる。
【００６７】
また、音響レンズ４の材質として音響整合層３の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの中間的な値の音響インピーダンスを有する材質を用いているので、この音響レンズは第２の音響整合層の役割を果たすことが可能で、さらに高調波成分が発生し易くなる。
【００６８】
さらに、本実施の形態によれば、音響整合層３に窪地１８が形成されていて、一対の衝立て状配線用プリント基板７ａ，７ｂも窪地１８に勘合するように固定配置させるので、一対の基本波送信用圧電振動子１ａ，１ｂが形成する送信音場の中心軸と、高調波受信用圧電振動子２が形成する受信音場の中心軸を正確に合致させ易くなり、きれいな送受信音場が形成できるようになる。
【００６９】
これにより音響整合層３の効果で良好な高調波受信感度が得られるだけでなく、中心軸まわりの音場の対称性が改善され、空間分解能、コントラスト分解能に優れた超音波像が得られるようになる。また組み立て精度が向上し、歩留まりが良くなることによるコストダウンも可能となる。
【００７０】
第４の実施の形態：
図９は本発明の第４の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図である。
【００７１】
第２の実施の形態は、第３の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００７２】
本実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、図８に示すように、音響整合層３に平行平板構造の第２の層３０１を設け、その前面に音響レンズ４を配置したということである。これによってさらに送受信感度は大きくなり、Ｓ／Ｎ改善につながることになる。
【００７３】
以上述べた実施の形態によるハーモニックイメージング用アレイ型電子スキャン用超音波トランスデューサを用いることによって、空間分解能、コントラスト分解能、時間分解能、及び感度に優れた超音波診断画像を構築できるようになる。
【００７４】
なお、本実施の形態で説明したアレイ型超音波トランスデューサは、リニア型、セクタ型に限定されるものではなく、中央部分を凸状に膨らませて表示範囲が略扇状になるようにしたコンベックス型や、細長棒状の軸の周囲に配置して軸に垂直方向の断面情報を表示するようにした、いわゆる電子ラジアル型（表示範囲：１８０°〜３６０°）に適用できるのはもちろんである。
【００７５】
さらに凹面状の音響レンズを付けたタイプにおいて、体表から走査するときには、生体との間の空気層を除去する手段として、粘度の高いゲル状または半固形状の超音波伝達媒体を間に入れるのがよい。
【００７６】
また体腔内から走査する超音波内視鏡や可撓性細長の超音波プローブに本発明のアレイ型超音波トランスデューサを組み込んで、消化管壁等の病変の診断ができるようにすることももちろん可能であり、このときの超音波伝達媒体としては、脱気水あるいは脱気水を内部に注入したバルーンを周囲に付けるのがよい。
【００７７】
［付記］
（付記項１）  前記音響整合層の前記受信用振動子上の位置において、前記音響整合層の超音波受波面側が前記圧電振動子エレメントの長手方向に凹面加工されている
ことを特徴とした請求項３に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００７８】
（付記項２）  前記音響整合層が２層で、第１の音響整合層が導電性材料からなり、第２の音響整合層が樹脂材料からなる
ことを特徴とした請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００７９】
（付記項３）  前記送信用振動子と前記受信用振動子の分割溝にエレメントピッチに相当する数の微細配線がプリントされたプリント基板を衝立て状に配置させ、衡立て状プリント基板は送信振動子用ダンピング材と受信振動子用ダンピング材によって固定された構造を有している
ことを特徴とした請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８０】
（付記項４）  前記衡立て状プリント基板の基材が低誘電率材料からなる
ことを特徴とした付記項３に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８１】
（付記項５）  前記衝立て状プリント基板の基材が高熱伝導率材料からなる
ことを特徴とした付記項３に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８２】
（付記項６）  前記衡立て状プリント基板の基材が窒化アルミニウムからなる
ことを特徴とした付記項３に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８３】
（付記項７）  前記音響レンズが凹面である
ことを特徴とした請求項３に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８４】
（付記項８）  前記受信用圧電振動子から出力される高調波パルス信号の中心周波数ｎｆ0を僅かに異なる周波数を中心周波数とする並列共振回路を備えている
ことを特徴とした請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサ。
【００８５】
（付記項９）請求項１ないし３に記載のアレイ型超音波トランスデューサを挿入部先端付近に配置した
ことを特徴とする体腔内検査用超音波プローブあるいは超音波内視鏡。
【００８６】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基本波送信周波数ｆ0、高調波受信周波数ｎｆ0（ｎは２以上の整数）のそれぞれの周波数に対応したダンピング層等の付加部材を構成し、高感度、高空間分解能、高コントラスト分解能のハーモニックイメージングを行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図
【図２】図１の圧電素子と電極配置の様子を示す図
【図３】図１のアレイ型超音波トランスデューサをアレイ方向から見た断面図
【図４】図１のアレイ型超音波トランスデューサをエレベーション方向から見た断面図
【図５】図１のアレイ型超音波トランスデューサを構成する各エレメントの制御装置側の同軸ケーブル端子へ接続する接続回路の構成を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図
【図８】図７の音響整合層の構成を示す断面図
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るアレイ型超音波トランスデューサの外観を示す外観図
【図１０】従来の送受信分離型トランスデューサを示す図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…基本波送信用圧電振動子
２…高調波受信用圧電振動子
３…音響整合層
４…音響レンズ
５，６…送信振動子用ダンピング層
７ａ，７ｂ…配線用基板
８ａ，８ｂ，８ｃ…ストライプ電極
９ａ，９ｂ…ハウジング側板
１０…密閉封止用樹脂
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…微小配線
１２…同軸ケーブル束
１３…圧電素子
１４ａ、１４ｂ…電極
１６ａ，１６ｂ…接地用配線
２０（１）〜２０（ｎ−１）…ダイシング溝
２１（１）〜２１（ｎ）…振動子エレメント
２５（１）〜２５（ｎ）…細径同軸ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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