特許 7275808 超音波探触子及び超音波診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】超音波探触子及び超音波診断装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20230511BHJP

   H04R 17/00 20060101ALN20230511BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

H04R17/00 330J

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019081539

(22)【出願日】2019-04-23

(65)【公開番号】P2020175048

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】峯本 尚

【審査官】森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１５１９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３００６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－００４３９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の背面側に設けられたバッキング部と、
前記圧電部と前記バッキング部との間に配置され、前記圧電部の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する反射部と、を備え、
前記反射部の厚みは、前記超音波の波長λに対して、０を除く０．０５λ未満であり、
前記反射部と前記バッキング部との間に配置され、前記反射部の音響インピーダンス及び前記バッキング部の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する中間部を備え、
前記反射部の前記超音波の波長に対する厚みｔｄと、前記中間部の音響インピーダンスＺｍと、前記中間部の前記超音波の波長に対する厚みｔｍとは、ｔｄ、Ｚｍ及びｔｍを変数とする直交座標（ｔｄ，Ｚｍ，ｔｍ）において、下記点Ａ１から点Ａ１８を頂点とする多面体で囲まれる領域に含まれる超音波探触子。
点Ａ１（０．０１，４，０．０２）
点Ａ２（０．０１，４，０．１２）
点Ａ３（０．０１，１６，０．０２）
点Ａ４（０．０１，１６，０．３４）
点Ａ５（０．０１，２８，０．０２）
点Ａ６（０．０１，２８，０．０８）
点Ａ７（０．０３，４，０．０２）
点Ａ８（０．０３，４，０．１２）
点Ａ９（０．０３，１６，０．０２）
点Ａ１０（０．０３，１６，０．４２）
点Ａ１１（０．０３，２８，０．４）
点Ａ１２（０．０３，２８，０．５）
点Ａ１３（０．０４９，４，０．０２）
点Ａ１４（０．０４９，４，０．１２）
点Ａ１５（０．０４９，１６，０．１８）
点Ａ１６（０．０４９，１６，０．４２）
点Ａ１７（０．０４９，２８，０．４２）
点Ａ１８（０．０４９，２８，０．５）

【請求項2】

前記反射部の厚みは、前記超音波の波長に対して、０．０１λ以上０．０５λ未満である請求項１に記載の超音波探触子。

【請求項3】

前記反射部は、均一又は不均一の厚みを有する請求項１又は２に記載の超音波探触子。

【請求項4】

前記反射部の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている請求項３に記載の超音波探触子。

【請求項5】

前記不均一の厚みを有する反射部は、前記圧電部側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する請求項３又は４に記載の超音波探触子。

【請求項6】

前記中間部は、前記バッキング部の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波探触子。

【請求項7】

前記中間部は、複数の中間層部を有し、
前記反射部側の中間層部の音響インピーダンスは、前記バッキング部側の中間層部の音響インピーダンスより小さい請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探触子。

【請求項8】

前記中間部の材料は、導体である請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探触子。

【請求項9】

前記中間部は、絶縁体材料又は半導体材料と、当該絶縁体材料又は半導体材料の周辺又は内部を貫通された導体と、を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探触子。

【請求項10】

前記中間部は、不均一の厚みを有し、
前記中間部の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波探触子。

【請求項11】

前記不均一の厚みを有する中間部は、前記反射部側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する請求項１０に記載の超音波探触子。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力する送信部と、
前記超音波探触子から入力された受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波診断装置は、当該超音波診断装置に接続され、又は超音波診断装置と通信可能に構成された超音波探触子を、人体や動物などを含む被検体の体表に当てるか又は体内へ挿入するという簡単な操作で、被検体内の形状および動きなどを超音波診断画像として得ることを可能とする。超音波診断装置は、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができるという利点を有する。

【0003】

超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子などを内蔵する。圧電素子は、超音波診断装置からの送信信号を超音波信号に変換して送波し、被検体内で反射された超音波を受信して電気信号に変換し、電気信号に変換された受信信号を超音波診断装置に送信する。

【0004】

図１７は、従来の超音波探触子４０の斜視図である。図１７において、超音波探触子４０は、圧電素子４１と、音響マッチング層４６と、バッキング４４と、音響レンズ４８と、を備える。なお、図１７に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとるものとする。

【0005】

圧電素子４１は、被検体（図示略）との間で超音波を送受信するための、配列された複数個の振動子である。音響マッチング層４６は、圧電素子４１の被検体側の前面（＋Ｚ方向）に設けられる１層以上からなる層である。ここでは、音響マッチング層４６は、音響マッチング層４６ａ，４６ｂ，４６ｃからなるものとする。バッキング４４は、圧電素子４１に対して音響マッチング層４６の反対側となる背面に設けられる。音響レンズ４８は、音響マッチング層４６の被検体側（＋Ｚ方向側）表面に設けられている。

【0006】

圧電素子４１の前面と背面とには、それぞれ図示しない電極が配置され、当該電極に電圧を印加して圧電素子４１を振動させて超音波の送信及び受信を行い、それを電気信号で送受信する。

【0007】

圧電素子４１は、超音波診断装置の本体部から送信される電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、あるいは被検体内で反射した反射超音波（エコー）を電気信号に変換して受信する。図１７では、Ｘ方向に複数の圧電素子４１が配列されている。このような圧電素子４１の複数個の配列は、電子的に超音波を走査する電子走査型といわれるタイプであり、位相制御することにより超音波ビームを偏向あるいは集束することができ、さらに電子的に複数の圧電素子４１を順次切換えて走査して実時間で超音波断層を画像化する。また、この他に、単一の圧電素子を機械的に走査させて、超音波断層を画像化する方法もある。

【0008】

また、図１７では、圧電素子４１とバッキング４４の間に反射層４５を有した構成にすることにより、周波数の広帯域化と感度の性能を改善できる。これは、圧電素子４１の背面側に圧電素子４１の音響インピーダンスより大きく、厚みを約４分の１波長にした反射層４５を設けることにより、効率よく被検体側に超音波を放射することが可能となるという特徴を有している（例えば、特許文献１参照）。

【0009】

しかし、ここで課題になるのは、圧電素子４１の音響インピーダンスに対して、音響インピーダンスとの差があまり大きくない反射層４５を設けた場合に、反射層４５も一部振動するため、反射層４５とバッキング４４の境界面で反射する。この境界面から反射した超音波は、再び被検体側に放射することになり、多重反射として超音波診断画像に虚像として表示されることになる。このような多重反射を低減する方法として、圧電素子４１を設けた反対側の反射層４５の面に凹凸を設けるという構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０００－１３１２９８号公報

【文献】特開２０１１－０３００６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

超音波診断装置は、高分解能化の要望が高く、超音波診断装置に接続する超音波探触子としては、高分解能化のために、周波数の広帯域化や高感度化などの性能を向上させることが重要である。

【0012】

高分解能化の要望に対しては、超音波探触子は、高感度化、周波数の広帯域化があるが、その一手段として、圧電素子の背面に、圧電素子より大きい音響インピーダンスの反射層を設ける方法がある。しかしながら、反射層の端面からの反射が大きく多重反射となり超音波画像に虚像として表示され、誤診になる可能性があるという課題がある。特許文献１には、多重反射を低減するという構成、方法は開示されていない。

【0013】

一方、特許文献２には、多重反射を低減する構成として、反射層の端面に凹凸の形状を設ける。その凹凸は、反射層の厚みに対して、約１０％の深さという構成を開示しているが、このような構成は、多重反射を十分低減できないおそれがある。

【0014】

本発明の目的は、多重反射を低減し、超音波探触子の高感度化、周波数の広帯域化を実現する超音波探触子及び超音波診断装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の背面側に設けられたバッキング部と、
前記圧電部と前記バッキング部との間に配置され、前記圧電部の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する反射部と、を備え、
前記反射部の厚みは、前記超音波の波長λに対して、０を除く０．０５λ未満であり、
前記反射部と前記バッキング部との間に配置され、前記反射部の音響インピーダンス及び前記バッキング部の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する中間部を備え、
前記反射部の前記超音波の波長に対する厚みｔｄと、前記中間部の音響インピーダンスＺｍと、前記中間部の前記超音波の波長に対する厚みｔｍとは、ｔｄ、Ｚｍ及びｔｍを変数とする直交座標（ｔｄ，Ｚｍ，ｔｍ）において、下記点Ａ１から点Ａ１８を頂点とする多面体で囲まれる領域に含まれる。
点Ａ１（０．０１，４，０．０２）
点Ａ２（０．０１，４，０．１２）
点Ａ３（０．０１，１６，０．０２）
点Ａ４（０．０１，１６，０．３４）
点Ａ５（０．０１，２８，０．０２）
点Ａ６（０．０１，２８，０．０８）
点Ａ７（０．０３，４，０．０２）
点Ａ８（０．０３，４，０．１２）
点Ａ９（０．０３，１６，０．０２）
点Ａ１０（０．０３，１６，０．４２）
点Ａ１１（０．０３，２８，０．４）
点Ａ１２（０．０３，２８，０．５）
点Ａ１３（０．０４９，４，０．０２）
点Ａ１４（０．０４９，４，０．１２）
点Ａ１５（０．０４９，１６，０．１８）
点Ａ１６（０．０４９，１６，０．４２）
点Ａ１７（０．０４９，２８，０．４２）
点Ａ１８（０．０４９，２８，０．５）

【0016】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記反射部の厚みは、前記超音波の波長に対して、０．０１λ以上０．０５λ未満である。

【0017】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波探触子において、
前記反射部は、均一又は不均一の厚みを有する。

【0018】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波探触子において、
前記反射部の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている。

【0019】

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の超音波探触子において、
前記不均一の厚みを有する反射部は、前記圧電部側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する。

【0021】

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記中間部は、前記バッキング部の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する。

【0023】

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記中間部は、複数の中間層部を有し、
前記反射部側の中間層部の音響インピーダンスは、前記バッキング部側の中間層部の音響インピーダンスより小さい。

【0024】

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記中間部の材料は、導体である。

【0025】

請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記中間部は、絶縁体材料又は半導体材料と、当該絶縁体材料又は半導体材料の周辺又は内部を貫通された導体と、を有する。

【0026】

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記中間部は、不均一の厚みを有し、
前記中間部の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている。

【0027】

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の超音波探触子において、
前記不均一の厚みを有する中間部は、前記反射部側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する。

【0028】

請求項１２に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力する送信部と、
前記超音波探触子から入力された受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、多重反射を低減でき、超音波探触子の高感度化、周波数の広帯域化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施の形態の超音波診断装置の外観図である。

【図2】超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施の形態の超音波探触子の一部断面図である。

【図4】（ａ）は、反射波及び多重反射波が発生する第１の実施の形態の超音波探触子の概略模式図である。（ｂ）は、第１の実施の形態の超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。

【図5】第１の実施の形態の超音波探触子の反射層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図6】（ａ）は、圧電素子と反射層との一例を示す断面図である。（ｂ）は、圧電素子と反射層との一例を示す断面図である。（ｃ）は、圧電素子と反射層との一例を示す断面図である。

【図7】第３の実施の形態の超音波探触子の一部断面図である。

【図8】第３の実施の形態の超音波探触子における反射層の厚みと中間層の音響インピーダンスと中間層の厚みの範囲とを概略的に示す図である。

【図9】（ａ）は、圧電素子と反射層と中間層との一例を示す断面図である。（ｂ）は、圧電素子と反射層と中間層との一例を示す断面図である。（ｃ）は、圧電素子と反射層と中間層との一例を示す断面図である。

【図10】第４の実施の形態の超音波探触子の一部断面図である。

【図11】第４の実施の形態の超音波探触子の第１の中間層の厚みがない場合の第２の中間層の厚みと反射層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図12】第４の実施の形態の超音波探触子の所定の第２の中間層の場合の反射層の厚みと第１の中間層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図13】第４の実施の形態の超音波探触子の所定の第１の中間層の場合の第２の中間層の厚みと反射層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図14】第４の実施の形態の超音波探触子の所定の反射層の場合の第２の中間層の厚みと第１の中間層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図15】第４の実施の形態の超音波探触子の所定の反射層の場合の第２の中間層の厚みと第１の中間層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図16】第４の実施の形態の超音波探触子の所定の反射層の場合の第２の中間層の厚みと第１の中間層の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【図17】従来の超音波探触子の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

添付図面を参照して本発明に係る第１～第４の実施の形態を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

【0032】

（第１の実施の形態）
図１～図５を参照して、本発明に係る第１の実施の形態を説明する。先ず、図１を参照して、本実施の形態の超音波診断装置１００の全体構成を説明する。図１は、本実施の形態の超音波診断装置１００を示す模式図である。

【0033】

図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波探触子１０、本体部１１及びコネクター部１２を備える。超音波探触子１０は、コネクター部１２に接続されたケーブル１４を介して本体部１１と接続される。本体部１１からの電気信号としての送信信号（駆動信号）は、ケーブル１４を介して超音波探触子１０の圧電部としての圧電素子１（図２参照）に送信される。この送信信号は、圧電素子１において超音波に変換され、被検体の生体内に送波される。送波された超音波は被検体の生体内の組織などで反射され、当該反射超音波の一部がまた圧電素子１に受波され電気信号としての受信信号に変換され、本体部１１に送信される。受信信号は、本体部１１において被検体内の内部状態を画像化した超音波画像データに変換され表示部１３に表示される。

【0034】

超音波探触子１０は、振動子としての圧電素子１を備えており、この圧電素子１は、例えば、方位方向（走査方向）に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、１９２個の圧電素子１を備えた超音波探触子１０を用いている。なお、圧電素子１は、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、圧電素子１の個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子１０としてコンベックス電子スキャンプローブを用いて、コンベックス走査方式による超音波の走査を行うものとするが、リニア走査方式又はセクタ走査方式の何れの方式を採用することもできる。本体部１１と超音波探触子１０との通信は、ケーブル１４を介する有線通信に代えて、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などの無線通信により行うこととしてもよい。

【0035】

次いで、図２を参照して、超音波診断装置１００の機能構成を説明する。図２は、超音波診断装置１００の機能構成を示すブロック図である。

【0036】

図２に示すように、本体部１１は、例えば、操作入力部１５と、送信部１６と、受信部１７と、画像生成部１８と、画像処理部１９と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）２０と、表示部１３と、制御部２１と、を備える。

【0037】

操作入力部１５は、医師、技師などの操作者の操作入力を受け付ける。操作入力部１５は、例えば、診断開始を指示するコマンド、被検体の個人情報などのデータ、超音波画像データなどを表示部１３に表示するための各種画像パラメーターの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボードなどを備えており、操作信号を制御部２１に出力する。なお、本体部１１が、表示部１３の表示パネル上に設けられ操作者のタッチ入力を受け付けるタッチパネルを備える構成としてもよい。

【0038】

送信部１６は、制御部２１の制御に従って、超音波探触子１０にケーブル１４を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子１０に送信超音波を発生させる回路である。また、送信部１６は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、パルス発生回路を備える。クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。遅延回路は、圧電素子１ごとに対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させ、送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。パルス発生回路は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。上述のように構成された送信部１６は、例えば、超音波探触子１０に配列された複数（例えば、１９２個）の圧電素子１のうちの連続する一部（例えば、６４個）を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部１６は、送信超音波を発生させる毎に駆動する圧電素子１を方位方向（走査方向）にずらすことで走査（スキャン）を行う。

【0039】

受信部１７は、制御部２１の制御に従って、超音波探触子１０からケーブル１４を介して電気信号である受信信号を受信する回路である。受信部１７は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、圧電素子１ごとに対応した個別経路ごとに、予め設定された増幅率で増幅させるための回路である。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号をアナログ－デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するための回路である。整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、圧電素子１ごとに対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データを生成するための回路である。

【0040】

画像生成部１８は、制御部２１の制御に従って、受信部１７からの音線データに対して包絡線検波処理や対数圧縮などを実施し、ダイナミックレンジやゲインの調整を行って輝度変換することにより、受信エネルギーとしての輝度値を有する画素からなるＢ（Brightness）モード画像データを生成することができる。すなわち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部１８は、画像モードがＢモードの超音波画像データとしてのＢモード画像データの他、Ａ（Amplitude）モード、Ｍ（Motion）モード、ドプラ法による画像モード（カラードプラモードなど）など、他の画像モードの超音波画像データが生成できるものであってもよい。

【0041】

画像処理部１９は、制御部２１の制御に従って、設定中の各種画像パラメーターに応じて、画像生成部１８から出力されたＢモード画像データに画像処理を施す。また、画像処理部１９は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーによって構成された画像メモリー部１９ａを備える。画像処理部１９は、制御部２１の制御に従って、画像処理を施したＢモード画像データをフレーム単位で画像メモリー部１９ａに記憶する。フレーム単位での画像データを超音波画像データあるいはフレーム画像データということがある。画像処理部１９は、制御部２１の制御に従って、上述したようにして生成された画像データを順にＤＳＣ２０に出力する。

【0042】

ＤＳＣ２０は、制御部２１の制御に従って、画像処理部１９より受信した画像データを表示用の画像信号に変換し、表示部１３に出力する。

【0043】

表示部１３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイなどの表示装置が適用可能である。表示部１３は、制御部２１の制御に従って、ＤＳＣ２０から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波画像データの静止画又は動画の表示を行う。

【0044】

制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラムなどの各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置１００の各部の動作を制御する。ＲＯＭは、半導体などの不揮発メモリーなどにより構成され、超音波診断装置１００に対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、ガンマテーブルなどの各種データなどを記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。

【0045】

超音波診断装置１００が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）であり、ＬＳＩは集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のＲＯＭなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。

【0046】

つぎに、図３を参照して、超音波探触子１０の全体構造の一例を説明する。図３は、超音波探触子１０の一部断面図である。

【0047】

図３に示すように、超音波探触子１０は、圧電素子１と、圧電素子１に電圧を印加するために前面側に配置された接地電極２及び背面側に配置された信号電極３と、信号電極３の背面側に配置された反射部としての反射層５及び信号用電気端子７と、圧電素子１から前面側にこの順で配置された音響マッチング層６及び音響レンズ８と、信号用電気端子７から背面側に配置されたバッキング部としてのバッキング（材）４と、を有する。本実施の形態において、圧電素子１に設けた信号電極３及び反射層５は、互いに接して配置される。また、図３に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとるものとする。

【0048】

圧電素子１は、電圧の印加により超音波を送波する複数個の圧電体（振動子）が図３中Ｘ方向に１次元に配列されて形成される。圧電素子１の厚さは、たとえば０.０５［ｍｍ］以上０.３［ｍｍ］以下とすることができる。それぞれの圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系などの圧電セラミック、マグネシウム酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ－ＰＴ）及び亜鉛酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ-ＰＴ）などの圧電単結晶、並びにこれらの材料と高分子材料とを複合した複合圧電体、などにより形成される。

【0049】

接地電極２は、金及び銀などを、蒸着、スパッタリング及び銀の焼き付けなどの方法で圧電素子１の前面に配置した電極である。信号電極３は、金及び銀などを、蒸着、スパッタリング及び銀の焼き付けなどの方法で、圧電素子１の背面に配置した電極である。反射層５は、圧電素子１に設けた信号電極３の背面に配置した層である。反射層５が、圧電素子１の音響インピーダンスより大きい値を有する材料により構成されることにより、圧電素子１は、圧電素子１が送受信波する超音波の波長の４分の１波長の振動をするように構成される。信号用電気端子７は、反射層５の背面側に接して配置され、信号電極３と反射層５を経由して超音波診断装置１００の本体部１１に配置された外部の電源などとを接続する。

【0050】

音響マッチング層６は、圧電素子１と音響レンズ８との間を音響的に整合させるための層であり、圧電素子１と音響レンズ８との概ね中間の音響インピーダンスを有する材料により構成される。本実施形態では、音響マッチング層６は、第１の音響マッチング層６ａ、第２の音響マッチング層６ｂ、第３の音響マッチング層６ｃ及び第４の音響マッチング層６ｄの４層からなる。

【0051】

本実施形態において、第１の音響マッチング層６ａは、音響インピーダンスが８［ＭＲａｙｌｓ（メガレールス）］以上２０［ＭＲａｙｌｓ］以下である、シリコン、水晶、快削性セラミックス、金属粉を充填したグラファイト、及び金属又は酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などの材料から形成される。第２の音響マッチング層６ｂは、音響インピーダンスが６［ＭＲａｙｌｓ］以上１２［ＭＲａｙｌｓ］以下である、グラファイト、及び金属又は酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂から形成される。第３の音響マッチング層６ｃは、音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］以上６［ＭＲａｙｌｓ］以下である、金属又は酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などの材料から形成される。第４の音響マッチング層６ｄは、１．７［ＭＲａｙｌｓ］以上２．３［ＭＲａｙｌｓ］以下である、ゴム材料を混合したプラスチック材、及びシリコーンゴム粉を充填した樹脂などから形成される。

【0052】

このように音響マッチング層６を多層化することで、超音波探触子の広帯域化を図れる。なお、音響マッチング層６を多層化するときは、音響レンズ８に近づくにつれて音響レンズ８の音響インピーダンスに段階的又は連続的に近づくように、各層の音響インピーダンスが設定されることがより好ましい。また、多層化された音響マッチング層６の各層は、エポキシ系接着剤などの、当該技術分野で通常使用される接着剤で接着されてもよい。

【0053】

なお、音響マッチング層６の材料は上記材料に限定されず、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、および、樹脂などを含む公知の材料を使用することが可能である。上記樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂などが含まれる。

【0054】

音響レンズ８は、被検体の生体に近い音響インピーダンスを有し、かつ生体とは異なる音速を有する、たとえば軟質の高分子材料などにより構成されており、生体と音響レンズ８との音速差による屈折を利用して圧電素子１から送波された超音波を集束して、分解能を向上させる。本実施の形態では、音響レンズ８は、図中Ｙ方向（圧電体の配列方向Ｘに直交する方向）に沿って延び、生体より音速が遅い音響レンズ８の場合にはＺ方向に凸状となる、シリンドリカル型の音響レンズであり、上記超音波をＹ方向に集束させて超音波探触子１０の被検体側に放射する。上記軟質の高分子材料の例には、シリコーンゴムなどが含まれる。

【0055】

反射層５は、圧電素子１（、信号電極３）と信号用電気端子７との間に配置された層であり、超音波探触子１０が使用できる周波数を広帯域化および高感度化する機能を有する。反射層５は、上記圧電素子１より大きい音響インピーダンスを有する材料から形成される。

【0056】

バッキング４は、圧電素子１及び反射層５を保持し、かつ、圧電素子１から反射層５を介して背面側に送波された超音波を減衰させる層である。バッキング４は、通常、音響インピーダンス、減衰及び放熱を調整するための材料を充填した合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂及び熱可塑性樹脂などから形成される。

【0057】

超音波探触子１０は、超音波を送受信する単体の圧電素子１を有する超音波送受波部を機械的に回転、揺動又はスライドさせる、及び圧電素子１を複数個アレイ状に配列し電子的に走査できる超音波送受波部を機械的に回転又は揺動して３次元の超音波画像を得るための保護部材であるウインドウ（不図示）を、超音波探触子１０の被検体と接触する側を被覆する位置に有してもよい。また、超音波探触子１０は、ウインドウと音響レンズ８などとの間に、ウインドウと圧電素子１の送受波面との間を音響的に整合させるための音響媒体液（不図示）を有してもよい。

【0058】

（反射層５について）
圧電素子１の厚みは、約０．２５波長に設定され、従来の一般的な０．５波長共振を用いた圧電素子より薄く設定される。電圧を印加した場合の圧電素子１に発生する電界強度は、圧電素子１の厚みに反比例するため、本実施の形態における圧電素子１は、従来の圧電素子と比較して内部の電界強度が大きくなり、大きなひずみが発生する。本実施の形態における圧電素子１の厚みは、従来の一般的な０．５波長共振型圧電素子の厚みの１／２程度になるため、圧電素子１のひずみは、従来の約２倍程度になる。

【0059】

しかし、圧電素子１の接地電極２、信号電極３を設けた両端面に負荷がかからないフリーに近い状態で振動させると、厚み方向の０．５波長共振が強く励振されてしまい、送受信周波数が上昇してしまう、これを０．２５波長共振にするために、圧電素子１より音響インピーダンスが大きい反射層５を設ける。このことにより、圧電素子１の背面側の振動を抑制し、送受信周波数の上昇を押さえた状態で、大きなひずみを発生させることが可能になる。この状態によって、音響エネルギーが反射層５側にはあまり分配されず、結果的に送信時の効率が高い超音波探触子とすることができる。また、圧電素子１の厚みを薄くしているために、電気的容量が大きくなり、感度が高く、広帯域の超音波探触子の構成にすることができる。

【0060】

反射層５に適用される材料としては、タングステンやタンタルなど、圧電素子１との音響インピーダンスの差が大きい材料であれば適用できるが、製作する観点からタングステンカーバイドが好適である。また、タングステンカーバイドと他の材料とを混合してなるものであってもよい。

【0061】

なお、上記の反射層５の材料は、電気的に導体であるので圧電素子１の信号電極３と信号用電気端子７とは電気的に接続することができるが、反射層５が電気的に絶縁体若しくは半導体のような場合には、反射層５の周囲に若しくは反射層５に貫通孔を設けて銅や金の導体をメッキや蒸着若しくはスパッタリングなどの方法で設けることにより、圧電素子１の信号電極３と信号用電気端子７とを電気的に接続してもよい。

【0062】

圧電素子１に反射層５を設けた構成は上記のような特徴を有する一方で、以下のような課題がある。この課題については、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、反射波Ｐ１及び多重反射波Ｐ２が発生する超音波探触子１０の概略模式図である。図４（ｂ）は、超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。

【0063】

図４（ａ）の超音波探触子１０は、図３に示す構成と同じである。圧電素子１に駆動電圧を印加すると、圧電素子１が振動し超音波が音響マッチング層６及び音響レンズ８を経由して被検体（図４（ａ）では反射体Ｒ）に送信され、被検体から反射した反射波（図４（ａ）ではＰ１で表示）は再び逆の経路を経由して圧電素子１で受信して、これを電気信号に変換して超音波診断装置の本体に送信され、本体で画像化される。しかしながら、受信した反射波Ｐ１は、反射層５に伝わり、反射層５と信号用電気端子７又はバッキング４との境界から、音響インピーダンスの差が大きいため反射し、この反射した超音波（多重反射波、図４（ｂ）ではＰ２で表示）が、再び音響レンズ８側に伝搬し、被検体側に送信していく。図４（ｂ）では、横軸に時間をとり、縦軸に圧電素子１の応答の電圧をとっている。

【0064】

この多重反射波Ｐ２は不要なものであり、これが多重反射となり超音波画像上に虚像として表示され誤診になる可能性が出てくる。多重反射波Ｐ２は、従来の圧電素子の０．５波長共振の構成に比べ、反射層５を設けた構成は、２～３ｄＢ大きくなっており、この差が多重反射として課題になる。この多重反射波Ｐ２を低減することが重要になる。特に頸部の診断領域で頸動脈などの画像診断において、頸動脈内に多重反射が表示されることは、存在しない虚像として表示されてしまい誤診につながる。

【0065】

本実施の形態では、この多重反射波Ｐ２を低減し、多重反射が問題にならないレベルである従来の圧電素子の０．５波長共振の構成に比べ、同等レベル又は同等以下のレベルにする構成にしたことに特徴を有している。ここで、図４（ｂ）に示すように、反射波Ｐ１のＶｐｐ（peak to peak）を電圧値Ｖ１とし、多重反射波Ｐ２のＶｐｐを電圧値Ｖ２とする。

【0066】

図５は、超音波探触子１０の反射層５の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図５に示すように、超音波探触子１０の構成において、反射層５の厚み（超音波送信周波数の波長で換算した厚み）を変えた時、図４（ａ）に示す反射体Ｒから最初に反射してきた反射波Ｐ１の電圧値Ｖ１と、再度反射した多重反射波Ｐ２の電圧値Ｖ２との比、すなわち多重反射をデシベル表示したとき、反射層５の厚みを通常の厚み（超音波の波長の０．１倍）としたときの多重反射の電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との比を基準として０ｄＢにしたときの多重反射の相対比較値の結果を示す。具体的には、デシベル表示した多重反射の電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との比＝２０ｌｏｇ（Ｖ２／Ｖ１）である。なお、図５は、次表Iに示す各構成の音響インピーダンスの値を用いて、図３に例示する構成の超音波探触子１０において、超音波の中心周波数を１０［ＭＨｚ］としたとき、圧電素子１から送受信した超音波のパルス応答特性を、ＫＬＭ（Krimholtz, Leedom and Matthaei）法によりシミュレーションして得られた結果である。

【0067】

【表1】

【0068】

なお、シミュレーションに用いた構成は、図３に示す超音波探触子１０の音響レンズ８前面に水を被検体と仮定し、その水中に反射体Ｒとしてステンレスの反射板を距離５［ｍｍ］に設置した状態から反射したパルス応答波形（反射波Ｐ１、多重反射波Ｐ２）の電圧値Ｖ１，Ｖ２を計算させている。なお、反射層５の厚みは、圧電素子１が送受信する超音波の波長で正規化している。

【0069】

反射層５を設けた構成の厚みは、圧電素子１と反射層５の厚みにより周波数が変化するが、周波数特性、中心周波数との観点から設計すると反射層５の厚みは、波長に対して約０．２５倍（約０．２５波長）ではなく、約０．１倍（約０．１波長）付近の厚みが良好である。この反射層５の厚み０．１倍における多重反射の比較値を基準にし、図５に示すように、反射層５の厚みが厚くなると、多重反射は増加し、厚みを薄くすると減少する傾向となっていることが確認できる。

【0070】

一般的に使用する反射層５の厚み約０．１波長（以降、圧電素子１が送受信する超音波の波長をλと表記する）を基準にして、多重反射を低減するには、反射層５の厚みを薄くすればよいということが図５から理解できる。

【0071】

多重反射の比較値を従来の圧電素子の０．５λ共振の構成の問題ないレベルにするには、約２ｄＢ以上低減させる必要がある。反射層５の通常の厚み約０．１λから多重反射の比較値を２ｄＢ以上向上させるというレベルになると、図５のグラフから、反射層５の厚みは、波長の０．０５λ未満となる。さらに反射層５の厚みを薄くしていくと多重反射はさらに低減できるが、反射層５がなくなる構成、つまり厚みが０になると、圧電素子１は従来の０．５λ共振の構成になるため、反射層５の特徴が出せなくなる。このため、圧電素子１は０．２５λ共振ができるように、反射層５の厚みは０を除いて０．０５λ未満の範囲が望ましい。

【0072】

また、反射層５の厚みが薄くなるに従い、反射層の効果は徐々に低下してくる傾向があるため、さらに望ましくは、反射層５の厚みは０．０１λ以上０．０５λ未満の範囲が望ましい。

【0073】

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子１０は、超音波を送受信する圧電素子１と、圧電素子１の背面側に設けられたバッキング４と、圧電素子１とバッキング４との間に配置され、圧電素子１の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する反射層５と、を備える。反射層５の厚みは、超音波の波長λに対して、０を除く（０より大きく）０．０５λ未満である。より好ましくは、反射層５の厚みは、超音波の波長λに対して、０．０１λ以上０．０５λ未満である。

【0074】

このため、超音波画像に影響しないように多重反射を低減でき、超音波探触子１０を容易に高感度化でき、周波数を容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００を高分解能化できる。

【0075】

また、反射層５は、均一の厚みを有する。このため、超音波探触子１０を容易に製造できる。

【0076】

また、超音波診断装置１００は、超音波探触子１０と、駆動信号を生成して超音波探触子１０に出力する送信部１６と、超音波探触子１０から入力された受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部１８と、を備える。このため、多重反射を低減でき、超音波探触子１０の高感度化、周波数の広帯域化、超音波診断装置１００の高分解能化を実現でき、虚像のない高画質な超音波画像データを生成できる。

【0077】

（第２の実施の形態）
図６を参照して、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。図６（ａ）は、圧電素子１と反射層５２１とを示す断面図である。図６（ｂ）は、圧電素子１と反射層５２２とを示す断面図である。図６（ｃ）は、圧電素子１と反射層５２３とを示す断面図である。

【0078】

本実施の形態では、装置構成として、第１の実施の形態の超音波診断装置１００を用いるものとするが、超音波探触子１０の反射層５を、図６（ａ）に示す反射層５２１、図６（ｂ）に示す反射層５２２、又は図６（ｃ）に示す反射層５２３に代えた構成とする。超音波診断装置１００において、第１の実施の形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0079】

圧電素子１の一方の面に設けた反射層５のもう一方の面に凹凸を設けた構成の代表的な一例の構成を図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す。図６（ａ）の反射層５２１の凹凸の形状は、規則的若しくは不規則的に設けた構成であり、凹凸を設けた反射層５の最も薄くなっている厚みｔλは、０を除いて０．０５波長未満の範囲を有している。また、図６（ｂ）において、圧電素子１の中心付近の反射層５２２は薄く、外側に行くにしたがって厚くなるような連続的な構成であり、圧電素子１の中心付近で最も薄くなっている反射層５２２の厚みｔλは、反射層５２１の構成と同じで０を除いて０．０５波長未満の範囲を有している。また、図６（ｃ）の反射層５は階段状（段階的）の規則的若しくは不規則的に設けた厚みを有した構成であり、最も薄くなっている反射層５２３の厚みｔλは、図６（ａ）の構成と同じで０を除いて０．０５λ未満の範囲を有している。
また、圧電素子１の一方の面に設けた反射層５のもう一方の面に設けた凹凸は、一次元に限定するものではなく二次元に設けてもよい。

【0080】

反射層に凹凸を設けるには、機械加工、化学的なエッチング、レーザー加工若しくはサンドブラストなどの方法が用いられる。

【0081】

このように、反射層５２１，５２２，５２３の端面に凹凸を設けたことにより超音波の反射波を散乱させ、更に反射層５２１，５２２，５２３が最も薄くなる厚みｔλは、０を除いて０．０５波長未満の範囲にすることにより、多重反射を低減でき、しかも超音波の高感度化、広帯域化を容易として、超音波診断装置１００の高分解能化を実現する。

【0082】

以上、本実施の形態によれば、反射層５２１，５２２，５２３は、不均一の厚みを有する。このため、超音波画像に影響しないように多重反射をより低減でき、超音波探触子１０をより容易に高感度化でき、周波数をより容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００をより高分解能化できる。

【0083】

また、反射層５２１，５２２，５２３の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている。このため、反射層５２１，５２２，５２３を多様に製造できる。

【0084】

また、反射層５２１，５２２，５２３は、圧電素子１側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する。このため、超音波画像に影響しないように多重反射をさらに低減でき、超音波探触子１０をさらに容易に高感度化でき、周波数をさらに容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００をさらに高分解能化できる。

【0085】

（第３の実施の形態）
図７～図９を参照して、本発明に係る第３の実施の形態を説明する。

【0086】

本実施の形態では、装置構成として、第１の実施の形態の超音波診断装置１００を用いるものとするが、超音波探触子１０を、図７に示す超音波探触子１０Ａに代えた構成とする。超音波診断装置１００において、第１、第２の実施の形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0087】

まず、図７を参照して、超音波探触子１０Ａの全体構造の一例を説明する。図７は、超音波探触子１０Ａの一部断面図である。

【0088】

超音波探触子１０Ａは、反射層５と信号用電気端子７との間に、中間部としての中間層９を設けた構成を有する。

【0089】

また、超音波探触子１０Ａに中間層９を設けた構成において、第１の実施の形態にて示した構成と同じ条件で、多重反射の比較値を計算した。反射層５の厚みｔｄ（圧電素子１が送受信波する超音波の波長に対しての厚み）、中間層９の音響インピーダンスＺｍ［ＭＲａｙｌｓ］、及び中間層９の厚みｔｍ（圧電素子１が送受信波する超音波の波長に対しての厚み）を変化させて計算した。

【0090】

図８は、超音波探触子１０Ａにおける反射層５の厚みと中間層９の音響インピーダンスと中間層９の厚みの範囲とを概略的に示す図である。その結果、図８に示すように、反射層５の厚みｔｄ、中間層９の音響インピーダンスＺｍ、及び中間層９の厚みｔｍを変数とする直交座標（ｔｄ，Ｚｍ，ｔｍ）において、下記点Ａ１から点Ａ１８を頂点とする多面体で囲まれる領域、すなわち下記条件に示す領域において、多重反射をさらに低減することを可能にすることが確認できた。
点Ａ１（０．０１，４，０．０２）
点Ａ２（０．０１，４，０．１２）
点Ａ３（０．０１，１６，０．０２）
点Ａ４（０．０１，１６，０．３４）
点Ａ５（０．０１，２８，０．０２）
点Ａ６（０．０１，２８，０．０８）
点Ａ７（０．０３，４，０．０２）
点Ａ８（０．０３，４，０．１２）
点Ａ９（０．０３，１６，０．０２）
点Ａ１０（０．０３，１６，０．４２）
点Ａ１１（０．０３，２８，０．４）
点Ａ１２（０．０３，２８，０．５）
点Ａ１３（０．０４９，４，０．０２）
点Ａ１４（０．０４９，４，０．１２）
点Ａ１５（０．０４９，１６，０．１８）
点Ａ１６（０．０４９，１６，０．４２）
点Ａ１７（０．０４９，２８，０．４２）
点Ａ１８（０．０４９，２８，０．５）

【0091】

上記領域は、多重反射の比較値を、従来の圧電素子の厚み０．５λ共振の構成の問題ないレベル以上すなわち、約２ｄＢ以上低減させることが可能な領域であり、これらから外れる領域は、多重反射が大きくなる傾向であり望ましくない。もちろんこれら領域の境界となる数値は、当然のことであるが、ばらつきがあって１０％程度の範囲で許容できるものである。

【0092】

図８の結果から、中間層９の音響インピーダンスは、４から２８［ＭＲａｙｌｓ］の範囲である。したがって、多重反射の比較値が問題ないレベルまで低減できる中間層９の音響インピーダンスは、表１に示すバッキング４の音響インピーダンスの３［ＭＲａｙｌｓ］とは、異なる値（バッキング４の音響インピーダンスより小さい値）を有することが必要であるとともに、反射層５の音響インピーダンスの９４［ＭＲａｙｌｓ］とも異なることが必要であり、しかも反射層５の音響インピーダンスより小さい値の領域が、良好な結果が得られる。

【0093】

中間層９の材料としては、導体であるグラファイト若しくはグラファイトに銅、タングステンなどの金属、若しくは炭化物を充填した材料、又は樹脂に金属粉、酸化物などを充填した複合材料などを用いるとよい。

【0094】

なお、本実施の形態では、中間層９は、１層の場合について説明したが、このほか、中間層９を複数層設ける構成にしても同様の効果を得ることができる。例えば、中間層を２層とした場合には、反射層５側に設ける中間層の音響インピーダンスは、バッキング４側つまり信号用電気端子７側に設ける中間層の音響インピーダンスより小さい値の組み合わせにすることにより、多重反射をさらに低減することが可能である。

【0095】

なお、中間層９として、圧電素子１の信号電極３と信号用電気端子７と電気的に接続するために、電気的に導体であることが望ましいが、中間層９が電気的に絶縁体、若しくは半導体のような場合には、中間層９の周囲に若しくは中間層９に複数個の貫通孔を設けて銅や金の導体をメッキや蒸着若しくは、スパッタリングなどの方法で設けることにより、圧電素子１の信号電極３と反射層５、及び信号用電気端子７とを電気的に接続してもよい。

【0096】

なお、上記では、中間層９は、ほぼ均一の厚みを有した構成の場合について説明したが、このほか、図９（ａ）～図９（ｃ）に示す構成としてもよい。図９（ａ）は、圧電素子１と反射層５と中間層９３１とを示す断面図である。図９（ｂ）は、圧電素子１と反射層５３１と中間層９３２とを示す断面図である。図９（ｃ）は、圧電素子１と反射層５と中間層９３３とを示す断面図である。

【0097】

図９（ａ）～図９（ｃ）に示すように、中間層９は、不均一の厚みを有し、連続的若しくは段階的に可変した厚みを有した構成、又は中間層９のどちらか一方の面、若しくは両面に凹凸を設けて不均一の厚みにしても同様の効果を得ることができる。中間層９の不均一の厚みの最も薄くなる厚みは、図８に示した範囲を有することが望ましい。

【0098】

図９（ａ）に示す超音波探触子１０Ａは、圧電素子１と反射層５と中間層９３１とを有する。反射層５は、０を除いて０．０５λ未満の範囲で、ほぼ均一の厚みを有する。反射層５の端面に設ける中間層９３１の面は平面で、その対抗する面は不均一の厚みになるように、規則的に、若しくは不規則的に凹凸を設けた構成にしている。このような構成にすることにより、反射層５から中間層９３１に伝搬した超音波は凹凸により散乱し、多重反射をさらに低減できる。なお、凹凸の間隙には、エポキシ樹脂などの接着剤を設けてもよい。

【0099】

また、図９（ｂ）に示す超音波探触子１０Ａは、圧電素子１と反射層５３１と中間層９３２とを有する。圧電素子１の面に設けた反射層５３１の面に対抗する面は、不均一の厚みになるように規則的に、若しくは不規則的に凹凸を設け、その端面に設ける中間層９３２の面は平面で、その対抗する面は不均一の厚みになるように、規則的に、若しくは不規則的に凹凸を設けた構成にしている。このような構成にすることにより、反射層５３１の凹凸の端面で超音波は散乱するが、すべて散乱させることができない超音波は、中間層９３２に伝搬し、中間層９３２の凹凸により散乱し、多重反射をさらに低減できる。なお、凹凸の間隙にはエポキシ樹脂などの接着剤を設けてもよい。この時、間隙に設ける材料の音響インピーダンスは、音響的に不整合になるように、中間層９３２の音響インピーダンスより小さい値を有することが望ましい。

【0100】

また、図９（ｃ）に示す超音波探触子１０Ａは、圧電素子１と反射層５と中間層９３３とを有する。反射層５は、ほぼ均一の厚みを有し、その端面に設ける中間層９３３の面は不均一の厚みになるように、規則的に、若しくは不規則的に凹凸を設け、その対抗する面は平坦な面の構成にしている。このような構成にすることにより、反射層５と中間層９３３間で超音波を散乱させることができ、多重反射をさらに低減できる。なお、凹凸の間隙にはエポキシ樹脂などの接着剤を設けてもよい。凹凸の間隙に設ける材料の音響インピーダンスは、音響的に不整合になるように、中間層９３３の音響インピーダンスより小さい値を有することが望ましい。

【0101】

なお、本実施の形態は、図８～図９（ｃ）に示すように、中間層９，９３１，９３２，９３３が反射層５，５３１に接するような構成について説明したが、このほか、中間層９，９３１，９３２，９３３を、信号用電気端子７及びバッキング４の間と、反射層５，５３１及び信号用電気端子７の間との何れか片側又は両側に設けても同様の効果が得られる。

【0102】

図９（ａ）～図９（ｃ）に示すように、中間層９の面の一方若しくは両側に不均一の厚みになるように、規則的に、若しくは不規則的に凹凸の形状を設ける構成にすることにより、多重反射はさらなる低減が可能となり、超音波の高感度化、広帯域化を容易として、超音波診断装置１００の高分解能化を実現する。また、中間層９は、図６（ａ）～図６（ｃ）に示すように、不均一の厚みになるように、連続的若しくは段階的に凹凸の形状を設ける構成としてもよい。
また、中間層９の面の一方若しくは両側に設けた凹凸は一次元に限定するものではなく、二次元に設けてもよい。

【0103】

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子１０Ａは、反射層５とバッキング４との間に配置され、反射層５の音響インピーダンス及びバッキング４の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する中間層９を備える。このため、超音波画像に影響しないように多重反射を低減でき、超音波探触子１０を容易に高感度化でき、周波数を容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００を高分解能化できる。

【0104】

また、中間層９は、バッキング４の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する。このため、超音波画像に影響しないように多重反射を確実に低減でき、超音波探触子１０を容易かつ確実に高感度化でき、周波数を容易かつ確実に広帯域化でき、超音波診断装置１００を確実に高分解能化できる。

【0105】

また、反射層５の超音波の波長に対する厚みｔｄと、中間層９の音響インピーダンスＺｍと、中間層９の超音波の波長に対する厚みｔｍとは、ｔｄ、Ｚｍ及びｔｍを変数とする直交座標（ｔｄ，Ｚｍ，ｔｍ）において、上記Ａ１から点Ａ１８を頂点とする多面体で囲まれる領域に含まれる。このため、超音波画像に影響しないように多重反射をより低減でき、超音波探触子１０をより容易に高感度化でき、周波数をより容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００をより高分解能化できる。

【0106】

また、中間層９の材料は、導体である。あるいは、中間層９は、絶縁体材料又は半導体材料と、当該絶縁体材料又は半導体材料の周辺又は内部を貫通された導体と、を有する。このため、導体により、圧電素子１の信号電極３と信号用電気端子７とを確実に電気的に接続できる。

【0107】

また、中間層９３１，９３２，９３３は、不均一の厚みを有する。このため、超音波画像に影響しないように多重反射をより低減でき、超音波探触子１０を容易に高感度化でき、周波数を容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００を高分解能化できる。

【0108】

また、中間層９３１，９３２，９３３の不均一の厚みは、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変されている。このため、中間層９３１，９３２，９３３を多様に製造できる。

【0109】

また、中間層９３１，９３２は、圧電素子１側の面の反対側の面に凹凸の形状を有する。このため、超音波画像に影響しないように多重反射をさらに低減でき、超音波探触子１０をさらに容易に高感度化でき、周波数をさらに容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００をさらに高分解能化できる。

【0110】

（第４の実施の形態）
図１０～図１６を参照して、本発明に係る第４の実施の形態を説明する。

【0111】

本実施の形態では、装置構成として、第１の実施の形態の超音波診断装置１００を用いるものとするが、超音波探触子１０を、図１０に示す超音波探触子１０Ｂに代えた構成とする。超音波診断装置１００において、第１～第３の実施の形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0112】

まず、図１０を参照して、超音波探触子１０Ｂの全体構造の一例を説明する。図１０は、超音波探触子１０Ｂの一部断面図である。

【0113】

超音波探触子１０Ｂは、反射層５と信号用電気端子７との間に、中間層部としての中間層９ａ，９ｂの２層からなる中間層９Ｂを設けた構成を有する。第１～第３の実施の形態と異なる点は、反射層５の厚みは、０を除く０．０５未満の厚みはもちろん、更に厚みが厚くなる０．０５λから０．１λの範囲においても、多重反射を低減できる構成にしていることに特徴を有している。

【0114】

ついで、図１１～図１６を参照して、超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を説明する。図１１は、超音波探触子１０Ｂの中間層９ａの厚みがない場合の中間層９ｂの厚みと反射層５の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図１２は、超音波探触子１０Ｂの所定の中間層９ｂの場合の反射層５の厚みと中間層９ａの厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図１３は、超音波探触子１０Ｂの所定の中間層９ａの場合の中間層９ｂの厚みと反射層５の厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図１４は、超音波探触子１０Ｂの所定の反射層５の場合の中間層９ｂの厚みと中間層９ａの厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図１５は、超音波探触子１０Ｂの所定の反射層５の場合の中間層９ｂの厚みと中間層９ａの厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。図１６は、超音波探触子１０Ｂの所定の反射層５の場合の中間層９ｂの厚みと中間層９ａの厚みと多重反射の相対比較値との関係を示すグラフである。

【0115】

第１の実施形態と同じ条件で、２層の中間層９ａ，９ｂを設けた超音波探触子１０Ｂの構成において、反射層５の厚み、中間層９ａ、９ｂの厚み、及び中間層９ｂの音響インピーダンスを可変して、多重反射の相対比較値を計算した。なお、この時の中間層９ａの音響インピーダンスは、３［ＭＲａｙｌｓ］とし、中間層９ｂの音響インピーダンスは、６、１０［ＭＲａｙｌｓ］に可変している。

【0116】

図１１は、中間層９ａなし、つまり中間層９ｂの音響インピーダンスを１０［ＭＲａｙｌｓ］の一層にして、反射層５の厚みと、中間層９ｂの厚みとを可変した時の多重反射の相対比較値の傾向を示している。

【0117】

図１１のグラフの縦軸は超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を示している。ただし、この多重反射の相対比較値は、図５の場合と異なり、従来の圧電素子の０．５λ共振の構成の問題ないレベルを０ｄＢとして基準にした相対比較値である。したがって、多重反射の相対比較値は０ｄＢ以下の値になると良好なレベルということになる。また、横軸は、中間層９ｂの厚みを示している。

【0118】

図１１の結果から明らかのように、中間層９ｂの厚みが変化すると、多重反射の相対比較値も変化することが確認できる。中間層９ｂの厚みが、少なくとも０．０６λから０．３１λの範囲において、多重反射の相対比較値は、ほぼ０ｄＢ以下（多重反射が問題にならないレベル）になっており、多重反射の低減化が可能となっている。また、反射層５の厚みも、０．０４５λから０．０７５λの範囲でもほぼ０ｄＢ以下の領域になっており、多重反射の低減化が可能となっている。第１の実施の形態では、反射層５の厚みが０．０５λ以上では、多重反射の相対比較値が問題となるレベルであったが、本実施の形態のように、中間層９ｂを設けることにより、反射層５の厚みが０．１λと厚くなっている構成でも、一部多重反射が０ｄＢ以上の領域があるが、中間層９ｂの厚み、約０．１６λ以上からは０ｄＢ以下に低減できる多重反射の領域があり、中間層９ｂの厚みを調整することにより十分多重反射が低減できることが可能である。なお、反射層５の厚みが０．０５λ未満（０．０４５λ）であると、多重反射の相対比較値が最も低減されている。

【0119】

図１２は、中間層９ａ，９ｂの２層設け、中間層９ａの厚みを０から０．０４１λの範囲に可変し、また、反射層５の厚みを０．０４５λから０．１λの範囲に可変した時の超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を計算した結果を示す。なお、図１２は、中間層９ａの音響インピーダンスは、３［ＭＲａｙｌｓ］、中間層９ｂの音響インピーダンスは、１０［ＭＲａｙｌｓ］の値で計算した結果である。

【0120】

図１２の結果から確認できるように、すべての条件において、多重反射の相対比較値が問題にならない０ｄＢ以下となっている。なお、反射層５の厚みが０．０５λ未満（０．０４５λ）であると、多重反射の相対比較値が最も低減されている。

【0121】

中間層９ａの音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］の材料としては、一般的なエポキシ樹脂の接着剤などを使用する。また、中間層９ｂの音響インピーダンスが１０［ＭＲａｙｌｓ］の材料としては、エポキシ樹脂にタングステンや酸化物の粒子を充填したものや、グラファイトと金属粉若しくは、炭化物などの複合材料を使用できる。

【0122】

なお、中間層９ａの音響インピーダンスは３［ＭＲａｙｌｓ］、中間層９ｂの音響インピーダンスは１０［ＭＲａｙｌｓ］の場合について説明したが、このほか、中間層９ａの音響インピーダンスは、中間層９ｂの音響インピーダンスより小さい他の組み合わせにおいても同様の効果が得られる。

【0123】

また、図１３は、中間層９ａ，９ｂの２層設け、中間層９ａの音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］で、厚み０．０２５λの時、反射層５の厚みを０．０４５λから０．１λの範囲に可変し、中間層９ｂの音響インピーダンスが１０［ＭＲａｙｌｓ］で、厚みを０．０６λから０．３１λの範囲に可変した時の、超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を計算した結果を示す。

【0124】

図１３から、これらいずれの条件においても多重反射の相対比較値は、問題ないレベルの０ｄＢ以下となっていることがわかる。反射層５の厚みが０．１λの条件では中間層９ｂの厚みが０．０６λと０．３１λで若干０ｄＢ以上となっているが、＋０．３ｄＢ程度であり、多重反射が問題ないレベルの許容範囲といえる。なお、反射層５の厚みが０．０５λ未満（０．０４５λ）であると、多重反射の相対比較値が最も低減されている。

【0125】

また、図１４は、中間層９ａ，９ｂの２層設け、反射層５の厚みを０．０７５λに固定し、中間層９ａの音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］で、厚みを０から０．１２４λの範囲に可変し、そして中間層９ｂの音響インピーダンスが１０［ＭＲａｙｌｓ］で厚みを０．０６λから０．３１λの範囲に可変した時の、超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を計算した結果を示す。

【0126】

図１４から、これらいずれの条件下においても、多重反射の相対比較値は、問題ないレベルの０ｄＢ以下となっていることがわかる。中間層９ａの厚みが０．１λと０．１２４λの条件で中間層９ｂの厚みが０．２５λから０．３１λで若干０ｄＢ以上となっているが、＋０．１ｄＢ以下であり、多重反射が問題ないレベルの許容範囲といえる。

【0127】

また、図１５は、中間層９ａ，９ｂの２層設け、反射層５の厚みを０．０７５λに固定し、中間層９ａの音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］で、厚みを０から０．１２４λの範囲に可変し、そして中間層９ｂの音響インピーダンスが６［ＭＲａｙｌｓ］で厚みを０．０６λから０．３１λの範囲に可変した時の、超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を計算した結果を示す。これらいずれの条件下においても多重反射の相対比較値は、問題ないレベルの０ｄＢ以下となっていることがわかる。

【0128】

また、図１６は、中間層９ａ，９ｂの２層設け、反射層５の厚みを０．０７５λに固定し、中間層９ａの音響インピーダンスが３［ＭＲａｙｌｓ］で、厚みを０から０．１２４λの範囲に可変し、そして中間層９ｂの音響インピーダンスが１４［ＭＲａｙｌｓ］で厚みを０．０６λから０．３１λの範囲に可変した時の、超音波探触子１０Ｂの多重反射の相対比較値を計算した結果を示す。これらいずれの条件下においても多重反射の相対比較値は、問題ないレベルのほぼ０ｄＢ以下となっていることがわかる。

【0129】

以上のように、中間層９ａの音響インピーダンスは、中間層９ｂの音響インピーダンスより小さい値の組み合わせと、それぞれの厚みを選択することにより、反射層５の厚みが０．０５λ以上の厚みを有している場合においても、多重反射は、問題ないレベルまで低減できることを明らかにした。

【0130】

したがって、超音波探触子１０Ｂは、多重反射を低減でき、しかも超音波探触子１０Ｂの高感度化、広帯域化を容易として、超音波診断装置１００の高分解能化を実現する。

【0131】

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子１０Ｂは、中間層９Ｂを備える。中間層９Ｂは、中間層９ａ，９ｂを有する。反射層５側の中間層９ａの音響インピーダンスは、バッキング４側の中間層９ｂの音響インピーダンスより小さい。このため、反射層５の厚みが０を除く０．０５λ未満の範囲になくても、超音波画像に影響しないように多重反射を低減でき、超音波探触子１０Ｂを容易に高感度化でき、周波数を容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００を高分解能化できる。さらに、反射層５の厚みが０を除く０．０５λ未満の範囲にあれば、超音波画像に影響しないように多重反射をさらに低減でき、超音波探触子１０Ｂをさらに容易に高感度化でき、周波数をさらに容易に広帯域化でき、超音波診断装置１００をさらに高分解能化できる。

【0132】

なお、本実施の形態の中間層９ａ，９ｂとして、圧電素子１の信号電極３と信号用電気端子７と電気的に接続するために電気的に導体であることが望ましいが、中間層９ａ，９ｂが電気的に絶縁体若しくは半導体のような場合には、反射層５の周囲に若しくは反射層５に貫通孔を設けて銅や金の導体をメッキや蒸着若しくはスパッタリングなどの方法で設けることにより、圧電素子１の信号電極３と反射層５、および信号用電気端子７を電気的に接続してもよい。

【0133】

また、本実施の形態では、反射層５、中間層９ａ，９ｂは、ほぼ均一の厚みを有した構成の場合について説明したが、このほか、第３の実施の形態で説明した、図９（ａ）～図９（ｃ）に示すように、中間層９Ｂは、不均一の厚みを有し、連続的、段階的、規則的又は不規則的に可変した厚みを有した構成、また反射層５、中間層９ａ，９ｂのどちらか一方の面、若しくは両面に凹凸を設けて不均一の厚みにしても同様の効果を得ることができる。中間層９ａ，９ｂを凹凸構成にした場合の厚みは、平均厚みとして考えるとよい。また、図９（ａ）～図９（ｃ）に示すように中間層９ｂが中間層９ａ側の面に凹凸の不均一の厚みの構成の場合は、凹凸の間隙部分を中間層９ａとすれば、中間層９ｂと反射層５が接触するため、中間層９ｂを導体構成にしている場合には、中間層９ｂと反射層５とは電気的に接続されるため、中間層９ａには絶縁体の材料を使用してもよい。

【0134】

また、本実施の形態では、中間層９Ｂが２層の場合について説明したが、このほか、３層以上の複数層にし、隣り合う層の音響インピーダンスは異なるような構成にしても同様の効果を得ることができる。

【0135】

また、本実施の形態は、図１０に示すように、複数の中間層９Ｂが、反射層５に接するような構成について説明したが、このほか、複数の中間層９Ｂを、信号用電気端子７及びバッキング４の間と、反射層５及び信号用電気端子７の間とのいずれか片方又は両側に設けても同様の効果を得ることができる。

【0136】

なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な超音波探触子及び超音波診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態の少なくとも２つを適宜組み合わせる構成としてもよい。

【0137】

また、以上の各実施の形態における超音波診断装置１００を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0138】

１００ 超音波診断装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，４０ 超音波探触子
１，４１ 圧電素子
２ 接地電極
３ 信号電極
４，４４ バッキング
５，５２１，５２２，５２３，５３１，４５ 反射層
６，４６，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 音響マッチング層
６ａ 第１の音響マッチング層
６ｂ 第２の音響マッチング層
６ｃ 第３の音響マッチング層
６ｄ 第４の音響マッチング層
７ 信号用電気端子
８，４８ 音響レンズ
９，９３１，９３２，９３３，９Ｂ，９ａ，９ｂ 中間層
１４ ケーブル
１１ 本体部
１３ 表示部
１５ 操作入力部
１６ 送信部
１７ 受信部
１８ 画像生成部
１９ 画像処理部
２０ ＤＳＣ
２１ 制御部
１２ コネクター部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】