(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ方向にｉ個、ｙ方向にｊ個の振動素子で構成された振動部と、
ｊ×ｋ個の音速制御素子で構成され、各音速制御素子がｘ方向に沿って整列したｉ個の振動素子をカバーする形態を有し、ｙ方向における振動素子１個当たりｋ個ずつ音速制御素子が割り当てられた音速制御部と、
前記各振動素子ごとに設けられた振動素子電極群、
前記各音速制御素子ごとに設けられた音速制御素子電極群と、
を含む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と、
前記ｘ方向について電子遅延制御により超音波ビームを電子走査する電子走査手段と、
前記ｙ方向について電子遅延制御及び音速制御により超音波ビームを走査する複合走査手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子と、
前記ｘ方向について電子遅延制御によりビームを電子走査する電子走査手段と、
前記ｙ方向について電子遅延制御及び音速制御によりビームの絞り込みを行うフォーカス形成手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の装置において、
前記ｙ方向については電子遅延制御によって遅延量の粗調整が行われ、音速制御によって遅延量の微調整が行われることを特徴とする超音波診断装置。
【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及び超音波診断装置に関し、特に超音波ビームの走査制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次元方向に超音波ビームを走査するための二次元配列型アレイ振動子（２Ｄ振動子）が知られている。そのアレイ振動子は縦横に整列された複数の振動素子で構成され、各振動素子には個別的に電極が設けられ、また信号線が接続される。また、一次元方向に超音波ビームを走査する際に、その走査方向と直交する方向に電子フォーカスを適用して任意の深さで超音波ビームを絞ることのできる１．５Ｄ振動子も知られている。上記のようなビームの電子走査や、電子フォーカスは各振動素子へ供給する送信信号又は各振動素子からの受信信号に対し個別的に遅延時間を与えて合成することにより達成されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような２Ｄ振動子や１．５Ｄ振動子については信号線の本数が極めて多くなってしまうとともに、装置側では送受信回路やビームフォーマの数も著しく増加してしまうという問題があり、その問題が実用化の大きな妨げとなっている。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特願平９−２９０８２４号で、電子的な遅延と音速制御素子による音速制御とを併用することによって、信号線の本数を大幅に減らした超音波探触子を提案している。しかし、音速制御による遅延量の制御範囲を拡張するのは制約が大きく、例えばセクタ走査などで要求される大きな遅延時間を生成するのが難しいという面がある。アレイ振動子が０．２ｍｍピッチで９６個の振動素子で構成されている場合を想定すると、そのアレイ振動子を利用して電子セクタ走査を行う場合には、超音波ビームの偏向角が最大となった時点で信号に対する最大遅延時間として１０μｓが必要となるが、音速制御素子による遅延時間制御ではそこまでの遅延時間を確保するのは一般に困難である。
【０００５】
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、２Ｄ振動子や１．５Ｄ振動子などにおいて信号線の本数を削減し、装置の回路規模を削減することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、音速制御素子の性質を有効利用し、合理的な遅延制御を実現することにある。
【０００７】
【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、ｘ方向にｉ個、ｙ方向にｊ個の振動素子で構成された振動部と、ｊ×ｋ個の音速制御素子で構成され、各音速制御素子がｘ方向に沿って整列したｉ個の振動素子をカバーする形態を有し、ｙ方向における振動素子１個当たりｋ個ずつ音速制御素子が割り当てられた音速制御部と、前記各振動素子ごとに設けられた振動素子電極群と、前記各音速制御素子ごとに設けられた音速制御素子電極群と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、複数の振動素子群に対して複数の音速制御素子群が重ね合わされ、電子的な信号の遅延制御と音速制御による遅延制御とを併用して、各振動素子について所望の遅延時間を確保できる。よって、音速制御による遅延制御では十分な遅延時間を確保できないような場合においても、電子遅延制御との組み合わせによってその不足分を補える。
【０００９】
本発明によれば、１つの振動素子に対して複数の音速制御素子が割り当てられ、このことからも理解されるように、電子遅延制御によってすべての遅延制御を行う場合に比べて信号線の本数を削減できる。なお、上記のｉは２以上であり、ｊは１以上であり、ｋは２以上である。２Ｄ振動子においてｙ方向にセクタ走査を適用する場合、ｊが２以上であるのが望ましい。１．５Ｄ振動子においてｙ方向にフォーカスを形成する場合、ｊが１であってもよい。各音速制御素子は、ｘ方向に伸張する一体形状を有していてもよいが、そのｘ方向に沿って各振動素子ごとに分割され、音速制御素子電極によって結果として電気的に一体駆動されるものであってもよい。
【００１０】
本発明の好適な態様では、前記ｘ方向について電子遅延制御により超音波ビームを電子走査する電子走査手段と、前記ｙ方向について電子遅延制御及び音速制御により超音波ビームを走査する複合走査手段と、を含む。
【００１１】
本発明の好適な態様では、前記ｘ方向について電子遅延制御によりビームを電子走査する電子走査手段と、前記ｙ方向について電子遅延制御及び音速制御によりビームの絞り込みを行うフォーカス形成手段と、を含む。
【００１２】
本発明の好適な態様では、前記ｙ方向については電子遅延制御によって遅延量の粗調整が行われ、音速制御によって遅延量の微調整が行われる。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１には、本発明に係る超音波診断装置において用いられる超音波振動子の好適な実施形態が示されている。（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【００１５】
図１に示される超音波振動子はいわゆる２Ｄアレイ振動子に相当するものである。但し、従来の２Ｄアレイ振動子がｘ方向及びｙ方向のいずれに対しても電子遅延制御によって超音波ビームの電子的な走査がなされているのに対し、本実施形態においてはｘ方向については従来同様に電子遅延制御が適用されているが、ｙ方向については音速制御及び電子遅延制御の両者が組み合わされて適用されている。これについて以下に詳述する。
【００１６】
図１において、バッキング１０は、各振動素子１２ａから後方に放射される超音波を吸収する部材である。そのバッキング１０の上には複数の振動素子１２ａによって構成される振動部が形成されている。図１に示される実施形態において、ｘ方向にｉ個（例えば６個）、ｙ方向にｊ個（例えば２個）の振動素子１２ａが二次元配列されている。各振動素子１２ａはｙ方向に伸張した短冊状の直方体形状を有している。
【００１７】
それらの振動素子１２ａの上には複数の音速制御素子１４ａからなる音速制御部が形成されている。この実施形態において、ｙ方向にｊ×ｋ個（例えば３×２個）の音速制御素子１４ａが設けられている。
【００１８】
図示されるように、各音速制御素子１４ａはｘ方向に整列するｉ個の振動素子１２ａの全てをカバーする形態を有している。具体的には、ｘ方向に伸張した直方体形状を有している。また。ｙ方向において、１つの振動素子１２ａ当たりｋ個の音速制御素子１４ａが割り当てられており、そのような条件を満たすように各音速制御素子１４ａのｙ方向の幅が設定されている。
【００１９】
ちなみに、各振動素子１２ａは、従来の振動子同様に例えばＰＺＴなどの圧電部材で構成される。各音速制御素子１４ａは、そこを通過する音速を電気的な制御によって可変可能な部材で構成されており、具体的には例えば圧電材料によって構成されている。この場合、その圧電材料である音速制御素子１４ａに接続されているインピーダンスを可変させることによって、当該音速制御素子１４ａにおける音速を電気的に制御可能である。これに関しては、上記の特願平９−２９０８２４号においても開示されている。
【００２０】
ちなみに、各振動素子１２ａの厚みは、使用する周波数が高い程小さくなり、各音速制御素子１４ａの厚みは、必要とされる遅延量が大きい程大きくなる。
【００２１】
複数の音速制御素子１４ａの上には従来同様に整合層１６が形成されている。これは音響インピーダンスの整合を図るための部材である。
【００２２】
図１に示されるように、複数の振動素子１２ａの下面側には、各振動素子１２ａごとにシグナル側リード箔１００ａが設けられている。また、複数の振動素子１２ａと複数の音速制御素子１４ａとの間には、共通のグランドをなすグランド側リード箔１０２が設けられている。さらに、複数の音速制御素子１４ａの上側には、各音速制御素子１４ａごとに制御側リード箔１０４ａが設けられている。シグナル側リード箔１００ａとグランド側リード箔１０２との間に電圧を印加すれば振動素子１２ａを駆動でき、またそれと逆のメカニズムによって超音波を受信信号として検出可能である。音速制御素子１４ａにおいては、制御側リード箔１０４ａとグランド側リード箔１０２との間においてインピーダンスを可変制御することにより、当該音速制御素子１４ａにおける音速を制御可能である。
【００２３】
図２には、図１に示した超音波探触子を備えた超音波診断装置の要部構成が示されている。超音波探触子には音速制御部３０及び送信遅延部３１、受信遅延部３２が接続され、それらは送受信制御部３４によって制御されている。音速制御部３０は各制御側リード箔１０４ａに接続されており、これによって各音速制御素子１４ａごとに音速（送信時、受信時）を制御可能である。また、送信遅延部３１、受信遅延部３２は、各シグナル側リード箔１００ａに接続されており、これによって各振動素子１２ａごとに信号（送信信号、受信信号）の遅延制御を行うことが可能である。なお、図２においては、電子遅延に関連して設けられる増幅器や整相加算回路などは図示省略されている。送受信制御部３４は、それらの音速制御部３０及び送信遅延部３１、受信遅延部３２を統合制御することにより、所望の方向に所望のビームパターンで超音波ビームを形成するための制御を実行している。
【００２４】
以上のような構成によれば、ｘ方向については従来同様に電子遅延制御を利用して超音波ビームの電子セクタ走査を実現できる。その一方、ｙ方向については、音速制御によって電子的なセクタ走査を実現可能であるが、本実施形態においては、特に偏向角が大きい場合には、音速制御のみでは信号の遅延時間が不足することから、ｙ方向については、音速制御に加えて電子遅延制御も適用される。その組み合わせ例が図３に示されている。図３において、横軸はｙ方向における各音速制御素子１４ａのアドレスを示している。縦軸はトータルの遅延量を示している。例えばｙ方向について一方方向に超音波ビームを最大限偏向させる場合、図３に示す例では、一方側の３つの音速制御素子については電子遅延は適用されていない。符号１１２は音速制御のみによる遅延量である。他方側の３つの音速制御素子については電子遅延による遅延制御が組み合わされている。すなわち電子遅延オフセット１１０がかけられる。これにより、音速制御のみでは遅延時間が不足する場合に、電子遅延によるオフセットを利用して所望の遅延時間を確保することが可能となる。
【００２５】
図１に示した例においては、ｙ方向について振動素子１２ａが２つ設けられ、その前提の下、ｙ方向について電子遅延オフセットとしてＯＮ／ＯＦＦの二段階の切替がなされていたが、もちろんｙ方向について振動素子１２ａの個数を増加させ、三段階あるいはそれ以上の段階的な電子遅延オフセットを利用してもよい。
【００２６】
以上のように、ｙ方向について音速制御による微調整と電子遅延による粗調整を併用することにより、ｙ方向について充分なセクタ走査を実現可能である。また、その場合においても、従来の２Ｄアレイ振動子に比べて、信号線の本数を削減できるという利点がある。
【００２７】
ところで、図１には２Ｄアレイ振動子が示されていたが、その原理を１．５Ｄアレイ振動子に適用する場合にはｙ方向について１つだけ振動素子１２ａを設けてもよい。その場合には、ｙ方向についての複数の音速制御素子１４ａをフォーカス形成用として利用することが可能である。すなわち、ｙ方向についての周辺に比べて中央部の遅延量を増大させることによって、当該ｙ方向について超音波ビームの収束を図るものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２Ｄ振動子や１．５Ｄ振動子などにおいて信号線の本数を削減することができるとともに、装置側の回路規模も削減できる。また、本発明によれば、音速制御素子の性質を有効利用して合理的な遅延制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波振動子の好適な実施形態を示す図である。
【図２】  本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態における要部構成を示す図である。
【図３】  音速制御と電子遅延制御の組み合わせ例を示す図である。
【符号の説明】
１０  バッキング、１２ａ  振動素子、１４ａ  音速制御素子、１６  整合層、１００ａ  シグナル側リード箔、１０２  グランド側リード箔、１０４ａ  制御側リード箔。
【図１】
0004216953.tif 000002
【図２】
0004216953.tif 000003
【図３】
0004216953.tif 000004