JPH05244691A

JPH05244691A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH05244691A
Application number: JP4040939A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Masuzawa; 裕鱒沢; Hiroshi Kanda; 浩神田; Hiroshi Ikeda; 宏池田; Yuichi Miwa; 祐一三和
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元超音波計測装置に必要な２次元アレイ超
音波探触子を提供する。【構成】バイアス電圧で圧電性が誘起される電歪材料の
円板の両主面に設けた第一，第二の電極をそれぞれ三つ
以上の扇形に分割し、第一，第二の一方または両方の主
面の電極を中心から同心円状に複数分割する。最小半径
以内の領域は圧電材料３の円板で構成し電極を一体の円
形とする。【効果】バイアス電圧で圧電性が誘起される領域を一対
の扇形に指定してフェイズドアレイ方式による超音波走
査を行い、断層面情報を得る動作を順次振動子内の扇形
指定領域を回転しながら行ない３次元的超音波の計測が
行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波の送受信により生
体や構造物の内部像を撮像したりドップラ効果を応用し
た流体の運動を計測する医用超音波診断装置や非破壊検
査装置等の超音波計測装置に係り、特に、超音波送受信
部である超音波探触子の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子走査型の超音波計測装置で
は、Ｂモードエコーグラフィにより被検体内部の断層像
を実時間で得るものが実用化されている。この装置を用
いた被検体内の３次元的計測では、検査者が超音波探触
子の位置や向きを手で変更するか機械的に走査して目的
とする部位の断層像情報を蓄積したのち被検体内部の立
体情報を再構成していた。しかし、機械的な走査方法で
は被検体が人体の心臓等の運動部位を含む場合に、機械
的走査時間の間に被検体が運動し実時間性が著しく低下
する。この点から３次元情報が実時間で得られる電子走
査型の超音波計測装置及びそのための超音波探触子が必
要になる。

【０００３】３次元計測のための電子走査型超音波探触
子では特開昭60−20400 号公報に見るように超音波振動
子を２次元方向に分割しているものが公知である。この
技術では多数２次元配列したそれぞれの超音波振動子に
対して独立した電極を形成し配線している。しかし、こ
の構成では従来の断層像計測装置に比べてチャネル数が
急増するので、回路規模の飛躍的拡大や実装が困難にな
るため実現困難であった。このチャネル数の急増を避け
る方法として振動子に電歪材料を用い、電極をマトリク
ス選択にした方法が特開昭56−11374 号公報に開示され
ている。

【０００４】従来から超音波振動子用の材料として広く
用いられている圧電材料は、超音波受波による機械的変
位により電圧を発生する性質を利用して超音波探触子の
電気音響変換部に用いられている。これに対し、電歪材
料はバイアス電界のもとでのみ機械的変位により電圧の
変動が生じる性質を有する。また、バイアス電界の強度
により電気機械結合係数が大きく変化するため、電歪材
料はバイアス電界により変換効率が制御できる圧電材料
とみなすこともできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭60−20400 号公
報に開示される従来技術では、微細分割した２次元振動
子を独立に配線するために、超音波振動子の分割数が増
すにつれ回路規模が急激に増大し、実装が困難になるた
め実現困難であった。

【０００６】また、矩形の２次元配列振動子を音源とし
て３次元的計測を行うと、計測領域内に放射、あるいは
領域内から受波する際の指向性が、振動子面の中心を垂
直に通る軸に関し９０度、あるいは１８０度回転に対す
る軸対称であった。この手法では３次元情報を回転表示
する場合に分解能の不均一が表示方位により異なる点に
問題があった。このため９０度回転以下の小角度の回転
に対しても軸対称の分解能を有し、４以上の多辺からな
る多角形を底面に持つ多角柱あるいは角錐台状の計測領
域が得られる超音波探触子が必要であった。

【０００７】また、円形の電極を微小角度の扇型で分割
すると中心部分が極端に微細加工になり、音源を分割す
る上で不必要に細かくなる点に問題があった。

【０００８】また、超音波探触子内の各振動子の中で常
に圧電性を利用して超音波送受信を行う部分は電歪材料
を用いてバイアス電圧で圧電性を誘起する必要は無いの
で、高感度の圧電体を用いなければならない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記小角度での回転対称
の計測を可能とするために、バイアス電圧で圧電性が誘
起される電歪材料の円板の両主面に設けた第一，第二の
電極をそれぞれ三つ以上の扇形に分割し、第一，第二の
一方または両方の主面の電極を中心から同心円状に複数
分割したものを超音波送受信のための振動子とした。

【００１０】前記超音波探触子の中心付近の分割を減少
するため各主面の電極の同心円状分割において、最小半
径以内の中心部分を一個の円形とした。

【００１１】前記超音波探触子のバイアス電圧印加部分
の面積を減少させるため、各主面の最小半径の円形電極
ではさまれる部分を圧電材料で構成した。

【００１２】前記超音波探触子を用いた超音波計測装置
を実現するため、一方の主面の電極群を送受信回路と接
続しバイアス電圧印加手段を他方の主面の電極群に接続
した。

【００１３】前記超音波探触子を作製するため、少なく
とも一方の主面の電極の角度方向の分割の一部あるいは
全てに沿って背面制動材を分割し、背面制動材の分割さ
れた断面を用いて配線した。

【００１４】

【作用】第一の主面の分割電極のそれぞれに送波回路及
び受波回路を接続する。第二の主面の分割電極のそれぞ
れはバイアス電圧印加回路を接続するか接地する。

【００１５】第二の主面の分割電極のうちでバイアス電
圧印加回路と接続されたものと相対する第一の主面の分
割電極との間にはさまれた部位の電歪材料に圧電性を誘
起し、振動子面内で超音波送受信のために有効に作用す
る音響的開口の位置を規定する。

【００１６】第二の主面の扇型分割電極のうちから連続
して扇型分割電極を２群互いに面内で左右対称に選択す
る。この状態でフェイズドアレイ方式の超音波送受信信
号の入出力を行えば選択領域の中心線を含み振動子面に
垂直な面内で矩形あるいは扇形の断層面が計測できる。
さらに２群の選択領域の中心線が順次回転するように電
極のバイアス電圧印加回路への接続位置を移動すれば、
断層面は円形振動子の中心を通り振動子面に垂直な線を
軸として回転するので、円筒あるいは円錐台型の３次元
撮像領域が得られる。

【００１７】超音波探触子の作製において振動子の角度
方向の分割線に沿って背面制動材をも分割すれば、断面
に沿った位置でフレキシブルプリント配線板等を用いて
容易に配線できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による第一の実施例を説明す
る。本発明の超音波探触子の振動子部分を含む断面図を
図１(ｃ)に示す。振動子材料として電歪振動子２及び圧
電振動子３を用いた。図１(ａ)に示すように電歪振動子
２は円板の中心に円形の開口を設けたものを４分割した
扇形である。圧電振動子３は電歪振動子２の中心にある
円形開口に嵌合する円形である。各振動子２，３の厚み
は共振周波数が一致するように加工した。

【００１９】電歪振動子の材料はＰｂ(Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3)
Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃系固溶体セラミクスなどの緩和型強誘
電体において強誘電体への相転移温度が比較的室温の付
近にある磁器組成物や、その磁器板を縦横に多数の微細
柱に分割して間を樹脂などで充填した複合材料を用い
た。圧電振動子３は従来から広く用いられているチタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系磁器組成物又は上述の複合
材料で構成した。

【００２０】この振動子の各主面にそれぞれ電極（皮
膜）を形成する。振動子材料が磁器の場合には電極は銀
の焼き付けで形成し、複合材料の場合には銅，ニッケル
などの無電解鍍金により形成した。

【００２１】振動子２，３の第一の主面の電極は図１
(ａ)に示すように分割した。中心の電極１１０ｅは圧電
振動子３と同径である。電極１１１ａ〜１１１ｄ，１１
２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１
４ｄは１１０ｅと同心円状に分割したものをさらに中心
角で４等分したものである。

【００２２】振動子の第二の主面の電極は図１(ｂ)に示
すように分割した。中心にある電極１２０は圧電振動子
３と同径である。電極１２１及び１２２は、電極１２０
と、電極１２０の中心を共有する円環状の領域をさらに
中心角で等角度で微小分割したものである。但し、この
等角度での微小分割のいずれかは図１(ａ)に示す等角度
の４分割と表裏で一致させた。図１(ｃ)断面を示してお
り、１１１は１１１ａ〜１１１ｄのいずれかを示してお
り、１１２，１１３，１１４についても同様である。

【００２３】このように両主面に電極形成された電歪振
動子２だけを図１(ａ)に示す等角度の電極の４分割の位
置にそって４片に切断した。この振動子への配線方法及
び超音波探触子の組立て方法を図５に示す。

【００２４】図５(ａ)(ｂ)は図１(ａ)に示す電歪振動子
の４分割片の一つへの配線を示すものである。電極１１
１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａを備えた電歪振動
子２を背面制動材（バッキング）４１に接着する。背面
制動材４１の断面形状は扇形の電歪振動子２と同形状で
ある。電歪振動子２に設けられた各電極に対してフレキ
シブルプリント配線板５１ａ，５１ｂ，５１ｃを用いて
配線した。５１ａ，５１ｃは電歪振動子２に圧電性を誘
起するためのバイアス電圧印加回路へ接続され、５１ｂ
は超音波送受信回路に接続される。図５(ａ)(ｂ)ではフ
レキシブルプリント配線板の導体部を電極の断面部に接
続しているが、はんだ付け等による接続が困難な場合に
は振動子の各主面側まで導体部を延長した形で接続して
も良い。

【００２５】このように配線，接着した電歪振動子を他
の３個の電歪振動子についても作製し、図５(ｃ)に示す
様に超音波探触子として組み立てた。円筒形の背面制動
材４０は圧電振動子３と同じ外径とした。リード５２を
電極１１０ｅ，１２０に接続し、圧電振動子３は背面制
動材４０に接着した。電歪振動子２を配線，接着した背
面制動材４１の４個を円筒形の背面制動材４０を囲むよ
うに接着した。これにより形成される円形の振動子面の
全面を覆う様に音響整合層５３及び音響レンズ５４を接
着した。背面制動材４１の側面にはフレキシブルプリン
ト配線板が接着されるが、その厚みが図５(ｃ)に示す組
立てにおいて４個の振動子間のギャップを拡大して不都
合を生じる場合には、背面制動材４１の側面に窪みを設
けて配線板の厚みが影響しにくくすることもできる。

【００２６】音響整合層５３はエポキシ樹脂に酸化タン
グステンの微粒子を混ぜたもので形成した。その厚みは
超音波探触子の中心周波数の１／４波長に相当させた。
また、電歪振動子２に接着される部分と圧電振動子３に
接着される部分の音響整合層の音響インピーダンスを変
えてもよい。即ち，音響整合層５３の中心部分に圧電振
動子３と同径で音響インピーダンスの異なる領域を形成
する。このとき各部の音速は等しくなるように材料の音
響インピーダンスを選択すると厚みを等しくできる。

【００２７】音響整合層５３の振動子面と接しない主面
には無電解鍍金により図示しない銅の電極膜を形成して
接地し、感電防止のためのシールドとした。

【００２８】音響レンズ５４は球の一部を平面で切り取
った形状をしており、底面は音響整合層５３と同じ円形
である。音響レンズ材料はシリコンゴムに微細なシリカ
粉末を混合したもので形成した。この材料中の音速は水
中の音速より遅く約９００ｍ／ｓである。

【００２９】図５(ｃ)の組立て手順による超音波探触子
の断面を模式的に示すとその層構造は図６(ａ)のように
なる。電歪振動子２，圧電振動子３を可撓性の複合材料
で構成し、これらを背面制動材４０，４１で支持する場
合には、振動子面を凹面にできる。これにより、音響レ
ンズ５４を省いて保護膜６１を用いた図６(ｂ)のような
構成にできる。この構成では図６(ａ)の音響レンズ５４
を省いた構成とすることができるため音響レンズ材料に
よる減衰がもとで起こる感度低下を防ぐことができる。
図６において、１１０〜１１５，１２１〜１２４は図１
あるいは図２で説明したのと同様である。

【００３０】次にこのような構成の超音波探触子の動作
について説明する。図３(ａ)(ｂ)は図１(ａ)(ｂ)に示す
電極の動作時における選択方法の一例を示すものであ
る。まず、図３(ａ)において斜線をつけた領域の電極を
超音波送受信回路に接続する。これらは図１(ａ)の電極
１１１ａ，１１１ｃ，１１２ａ，112c，１１３ａ，１１
３ｃ，１１４ａ，１１４ｃ，１１０ｅに相当する。また
図３(ｂ)の電極のうち斜線をつけた領域の電極をバイア
ス電圧印加回路に接続し、(ｂ)のその他の電極は接地す
る。

【００３１】この接続状態では、バイアス電界により圧
電性が誘起され、かつ超音波送受信回路に接続される振
動子面内の領域は図３(ｃ)のようになる。超音波探触子
内には送受信に有効なエレメント３０，３１ａ〜３５
ａ，３１ｂ〜３５ｂが形成される。超音波の送受信に有
効な領域は図３(ｂ)の電極選択位置を円の中心を通る軸
のまわりの回転対称位置に移動できる。

【００３２】移動した領域が図３(ａ)の４分割線を内部
に含む場合には、図３(ａ)の全電極が超音波送受信回路
に接続される。例えば、図１(ａ)において図３(ｂ)で選
択される２個の領域が１１１ａ〜１１４ａと１１１ｄ〜
１１４ｄの間の分割線、および１１１ｂ〜１１４ｂとの
１１１ｃ〜１１４ｃの間の分割線を覆う場合、111ａ〜
１１４ａと１１１ｄ〜１１４ｄの電極は同じ送信信号群
が送信され、また受信信号も同一半径位置の電極ごとに
加算される。

【００３３】同様に１１１ｂ〜１１４ｂと１１１ｃ〜１
１４ｃの電極の信号も処理される。この方法では図３
(ｂ)の電極選択領域が順次移動して図１(ａ)のような位
置に１／４回転毎に達し、超音波送受信回路からの信号
の送受に係る電極数が約半分になる。

【００３４】図３(ａ)の全電極を常に用いて送受信信号
を送受するように構成しても同じ動作を行うことができ
る。この場合には図３(ａ)を縦または横に２分したそれ
ぞれは同じ送信信号群が送信され、また受信信号も同一
半径位置の電極ごとに加算され、その２分する分割位置
は図３(ｂ)の電極選択領域が１／４回転に達する毎に１
／４回転する。これらいずれの場合にも互いに１８０度
対称な位置にある中心角９０度の二つの扇形の内部か
ら、図３(ｂ)で選択される電極１２１と１２２の一群を
選ばなければならない。

【００３５】図３(ａ)の領域を等角度で分割する数をＮ
とすると図３(ｂ)で電極の選択が許される扇形領域の中
心角は、（１８０−３６０÷Ｎ）度となる。

【００３６】もし電歪振動子２の材料特性等からバイア
ス電圧による圧電性の誘起領域と非誘起領域のアイソレ
ーションが不充分である場合には、図３(ａ)の分割数Ｎ
を増加させて図３(ｂ)の選択領域が重畳しない部位の電
極（チャネル）を介する送受信は行なわないように構成
することができる。

【００３７】このようにして形成されるエレメント３
０，３１ａ〜３５ａ，３１ｂ〜３５ｂを用いて従来のセ
クタースキャン用超音波探触子と同様の方法でフェイズ
ドアレイ方式による断層像撮像を行なうこともできる。

【００３８】図４(ａ)に示すようにエレメント群Ｒを用
いて走査用の超音波ビームＢを被検体内に形成し、これ
をＲからの距離方向に焦点移動したりエレメント群の配
列方向（長手方向）に偏向したりしながら超音波パルス
の送受信を行なう。反射エコーの強度分布やドプラー情
報をもとに断層面Ｓ内の情報を得ることができる。

【００３９】エレメント群Ｒを図３の選択法によって順
次回転させながら移動させると、形成される超音波ビー
ムＢ及び断層面Ｓも回転軸Ｃの回りに回転するので、図
４(ｂ)に示すような立体的撮像領域Ｖ内の情報が得られ
る。この場合の断層面Ｓの走査では回転軸Ｃから離れる
に従って密に超音波走査を行なうようにすると領域内の
走査密度を均一にできる。

【００４０】撮像方法としては断層面Ｓを順次回転する
だけで無く、直交する２断面のみを撮像したり、一部の
立体領域を走査するのに必要なだけのエレメント群Ｒの
回転位置や超音波送受を行なうことも可能である。

【００４１】本発明の超音波探触子を用いて撮像する場
合の装置構成の一例を図７に示す。Ｘ及びＹはそれぞれ
図１(ａ)及び(ｂ)に相当する電極群で、図示の便のため
Ｙは(ｂ)における角度方向の分割数を減らしてある。

【００４２】電極群Ｘは可変遅延線７１ａ〜７１ｅに接
続される。これらは例えば、多数のタップ付きのＬＣ遅
延線群の終端を、マルチプレクサ回路に接続し外部入力
に従ってマルチプレクサ回路を選択するように構成すれ
ば実現できる。制御回路７７によりフェイズドアレイ方
式に沿った遅延時間が順次セットされる。可変遅延線７
１ａ〜７１ｅは、それぞれがその時点で持つエレメント
からの受波信号を加算する機能も備える。

【００４３】これらの可変遅延線７１ａ〜７１ｅは何れ
もが超音波送波のためのドライバ７３、及び加算器７４
にカプラ７２を介して接続される。加算器７４は増幅器
を備えていてもよい。加算器７４の出力はＡ／Ｄ変換器
８１によりディジタル信号に変換され記憶回路７８に保
持される。記憶回路７８は高速でＡ／Ｄ変換された一回
の超音波パルス受信信号に相当する信号データを保持す
るバッファメモリと、それらを逐次指定した記憶領域に
保持できるＤＲＡＭなどで構成できる。

【００４４】電極群Ｙは中心の電極を除き全てマトリク
ススイッチ７６に接続されている。マトリクススイッチ
７６はバイアス電圧を印加する直流アンプ７５と接地点
とにつながっている。制御回路７７は各電極のバイアス
電位を直流アンプ７５の出力か接地点に指定する。演算
装置７９は記憶回路７８に保持された信号をもとに断層
像情報や立体像情報を表示のためのデータに変換し表示
装置８０に出力する。これらの動作は制御回路７７によ
り規定される。

【００４５】演算装置７９と表示装置８０は、例えば、
マイクロプロセッサを備えたマイクロコンピュータとそ
の端末出力のためのＣＲＴでもよい。また制御回路７７
もマイクロプロセッサとＲＯＭから構成することが可能
である。

【００４６】このような構成で撮像を行なうには例とし
て次のような動作が可能となる。

【００４７】まず制御回路７７の出力により記憶回路７
８のバッファメモリのリフレッシュやＤＲＡＭの先頭格
納アドレスの初期化等の処理を行なう。制御回路７７は
超音波送受信を行なう超音波探触子内の音響的開口を指
定するために、選択制御信号をマトリクススイッチ７６
に出力する。これにより図３(ｂ)に示したような電極群
Ｙの一部の領域がバイアス電圧を印加され、その他は接
地に指定される。

【００４８】制御回路７７は直流アンプ７５に信号電圧
を出力し、所定の直流バイアス電圧がマトリクススイッ
チ７６の接続点に出力される。マトリクススイッチ７６
の接続状態に従い、電歪振動子２の一部にバイアス電圧
に誘起された圧電性が誘起される。中心の円形電極部は
常に接地点に接続され選択されたままであり、対面の電
極との間に圧電振動子３を挾むのでこの部分は常に振動
子として動作する。

【００４９】超音波パルスを被検体内の一点に収束する
よう送波するために、制御回路７７は電極群Ｘに接続さ
れている可変遅延線７１ａ〜７１ｅにフェイズドアレイ
方式に沿った遅延時間を設定する。これらは上述の構成
でマルチプレクサ回路による所定のタップの選択を指定
すればこの動作は実現できる。また、遅延時間の設定は
多くの場合、中心の円部分を除く電極群Ｘを縦または横
に分割する２個のそれぞれに同じ遅延時間群が設定され
る。

【００５０】ドライバ７３は制御回路７７からのトリガ
入力に従い、送波パルス信号をカプラ７２及び可変遅延
線７１ａ〜７１ｅを介して電歪振動子２に出力する。カ
プラ７２は送波パルス信号を可変遅延線７１ａ〜７１ｅ
側にのみ接続し、加算器７４へは接続しない。図３(ｃ)
のようなエレメント群が送波パルス信号電圧によって励
振され超音波を被検体内の収束点に向け送波する。これ
により被検体内の音響インピーダンスの界面よりエコー
が反射される。

【００５１】超音波送波信号が送波された直後に制御回
路７７は可変遅延線７１ａ〜７１ｅの遅延時間を受波の
ための設定に変更する。送波直後は被検体内の近距離か
らの受信信号を整相加算するための小さな焦点距離に相
当する遅延時間分布を設定し、以降時間の経過に従っ
て、順次、大きな焦点距離に変更して行く。これらは被
検体内の音波の伝搬速度に応じて設定される。送波直後
カプラ７２はドライバ７３と可変遅延線７１ａ〜７１ｅ
間のみを接続する。

【００５２】各可変遅延線は接続されたエレメントから
の受信信号を加算し、その出力は信号全体の加算器７４
の入力となる。近距離から遠距離まで、順次、加算器７
４から出力される受波エコー信号は、Ａ／Ｄ変換器８１
を介してディジタル信号となり、記憶装置７８へ出力さ
れる。

【００５３】記憶回路７８ではＡ／Ｄ変換された一回の
超音波パルス受信信号に相当する信号データをバッファ
メモリに保持したあと、それらを逐次指定したアドレス
のＤＲＡＭなどの記憶領域に格納する。受信信号を格納
する動作は被検体内の最深部に相当する部分からのエコ
ーの受信まで続けられる。

【００５４】次に超音波パルスを被検体内の別の一点に
収束するよう送波するために、再び一連の送受信動作を
行なう。この場合には遅延時間の設定は先の送受信の偏
向方向と異なる方向で行なわれ、再び、受信信号データ
が記憶回路７８に保持される。

【００５５】このような走査を多数繰り返すと、送波時
に設定した超音波探触子内のエレメント配置をもとにし
た図４(ａ)の断層面Ｓに相当するＢモード像全体の受信
信号データが記憶回路７８に保持される。

【００５６】超音波探触子内のエレメント配置を回転す
るために制御回路７７は新たな選択制御信号をマトリク
ススイッチ７６に出力する。これに従い図３(ｂ)に示し
たような、電極群Ｙの一部の圧電性が誘起された領域が
回転する。エレメント位置における超音波送受信走査が
行なわれ、新たな回転した位置のＢモード像全体の受信
信号データが記憶回路７８に保持される。

【００５７】このＢモード像全体の受信信号データを記
憶回路７８に保持する動作を、マトリクススイッチ７６
の選択による超音波探触子内のエレメント配置の回転に
合わせて繰返す。回転が１８０度に達すると図４(ｂ)の
Ｖに示すような円錐台形の撮像領域内全体の情報が記憶
回路７８に保持される。

【００５８】一連の超音波の走査が終了すると制御回路
７７の出力により演算装置７９は、記憶回路７８に保持
された受信データをもとに各種計測量の画像化のための
演算処理を行う。各種計測量とはエコーの反射強度やド
プラ情報等が考えられる。演算処理とは、例えば、記憶
回路７８に蓄積されたＲＦ信号の検波処理，フィルタ処
理，ゲイン補正処理，座標変換処理，輪郭抽出処理等を
指す。輝度変調等で可視化された計測量は表示装置８０
によって検査者に対して表示される。

【００５９】本発明の第二の実施例を図２を用いて説明
する。振動子材料として円板の電歪振動子２１を用い
た。電歪材料及び電極の形成法は第一の実施例と同じで
ある。第一の主面の電極は図２(ａ)に示すように分割し
た。電極１１０ａ〜１１０ｄ，１１１ａ〜１１１ｄ，１
１２ａ〜１１２ｄ，113a〜１１３ｄ，１１４ａ〜１１４
ｄ，１１５ａ〜１１５ｄは同心円状に分割したものをさ
らに中心角で４等分したものである。図２(ｃ)は断面図
を示しており、１１０は１１０ａ〜１１０ｄのいずれか
を示しており、１１１，１１２，１１３，１１４，１１
５についても同様である。振動子の第二の主面の電極は
図２(ｂ)に示すように分割した。電極１２２及び１２３
は同心円で分割したのち中心角で等角度で微小分割した
ものである。但し、この等角度での微小分割のいずれか
は図２(ａ)に示す等角度の４分割と表裏で一致させた。

【００６０】このように両主面に電極形成された電歪振
動子２１を、図１(ａ)に示す等角度の電極の４分割の位
置にそって４片に切断した。この振動子への配線方法及
び超音波探触子の組立て方法は第一の実施例における組
立てを示した図５と類似の手順となる。図５の中心部分
の圧電振動子３及びそのための背面制動材４０が無く、
背面制動材４２は通常の円柱を４分割した扇型を底面に
持つ形状にする。電歪振動子２１と背面制動材４２の間
に極薄いフレキシブルプリント配線板を接着して図２に
おける電極１２３，１２４へ配線し、扇の半径方向の側
面に沿うように延設した。これは図５において、フレキ
シブルプリント配線板５１ａによる電極１２１への配線
の代わりとなる。

【００６１】この構成の超音波探触子を用いて撮像ある
いは計測を行う場合の動作は第一の実施例における中心
の圧電振動子３の部分が構成上無い以外は同じである。
撮像あるいは計測を行う場合の装置構成の例はやはり図
７の一部を変更しただけのものが考えられる。図７にお
いて電極群Ｘの中心の円形電極は構成上省かれ、可変遅
延線７１ｅも省かれる。中心の円形電極が４個に分割さ
れたのに従って７１ａ〜７１ｄに接続される電極数はそ
れぞれ一つ増加する。電極群Ｙの中心の電極も省かれ
る。この変更点以外は撮像あるいは計測を行う場合の動
作も第一の実施例に同じである。

【００６２】以上の本発明による第一，第二の実施例に
おける、図１(ａ)(ｂ)，図３(ａ)(ｂ)における主面の電
極の半径方向、及び角度方向の分割数は本実施例の数に
限られることなくさらに多数とすることも可能である。
また図５，図６の音響レンズの形状は本実施例のような
球の一部分である必要もない。また本発明の超音波探触
子を用いて立体的情報を得るための計測装置構成は、本
実施例の場合に限らず数多く考えられる。

【００６３】

【発明の効果】本発明により従来３次元撮像のために必
要だった２次元アレイ超音波探触子が比較的少ないチャ
ネル数で実現出来る。本発明により従来１０００〜４０
００チャネル程度必要だったものが２００チャネル程度
に減少し、付帯する回路規模を著しく縮小化でき、低価
格化が図れる。

【００６４】本発明の超音波探触子を超音波計測装置に
用いることにより、従来断層像が主体だった計測情報を
容易に立体領域まで広げることができる。これにより被
検体内の構造やドプラ情報が３次元的に把握できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第一の実施例である超音波探触子
の電極構造を示す(ａ)，(ｂ)は平面図、(ｃ)は断面図。

【図２】本発明による第二の実施例である超音波探触子
の電極構造を示す(ａ)，(ｂ)は平面図、(ｃ)は断面図。

【図３】本発明による超音波探触子の口径位置の選択方
法を示す平面図。

【図４】本発明による超音波探触子による立体的な撮像
方法を示す説明図。

【図５】本発明による超音波探触子の組立てを示す斜視
図。

【図６】本発明による超音波探触子の断面図。

【図７】本発明による超音波探触子を用いて計測を行う
装置の回路構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１１０〜１１５…信号側電極、１２０〜１２２…バイア
ス側電極、２…電歪振動子、３…圧電振動子、４０〜４
１…背面制動材。

フロントページの続き (72)発明者三和祐一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波と電気エネルギの変換手段としての
振動子と、前記振動子を保持する背面制動材とを含む超
音波探触子において、バイアス電圧で圧電性が誘起され
る電歪材料の円板の両主面に設けた第一，第二の電極を
それぞれ三つ以上の扇形に分割し、前記第一，第二の電
極の一方または両方を中心から同心円状に複数に分割し
て振動子としたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】請求項１において、前記両主面の前記電極
の分割において、同心円状分割の最小半径以内の領域の
前記第１，第２の電極を円形電極とした超音波探触子。
【請求項３】請求項２において、前記円形電極ではさま
れる前記振動子の部分を圧電材料で構成した超音波探触
子。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記第
１，第２の電極のいずれか一方を、角度方向において４
以上の偶数に分割した超音波探触子。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
超音波探触子のいずれかを備え、前記超音波探触子の前
記振動子の一方の主面の電極群を送受信回路と接続し、
他方の主面の電極群に各電極の選択が可能なバイアス電
圧誘起手段を接続した超音波計測装置。
【請求項６】請求項１，２，３または４において、前記
振動子の少なくとも一方の主面の電極の角度方向の分割
の一部あるいは全てにほぼ同形状に背面制動材を分割
し、分割された前記背面制動材の断面を用いてバイアス
電圧供給線または信号線を配線した超音波探触子の作製
方法。