JPH0730998A - 超音波プローブ - Google Patents
超音波プローブInfo
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- JPH0730998A JPH0730998A JP6156583A JP15658394A JPH0730998A JP H0730998 A JPH0730998 A JP H0730998A JP 6156583 A JP6156583 A JP 6156583A JP 15658394 A JP15658394 A JP 15658394A JP H0730998 A JPH0730998 A JP H0730998A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 所定媒体との音響結合を高効率に行うことが
でき、動作性能がよく、画像システムの構成要素との効
率のよい電気結合を確実に行うことができる超音波プロ
ーブを提供することを目的とする。 【構成】 超音波プローブ４００はアレイの方位寸法Ａ
に沿って間隔Ｆをもって設置された圧電セラミック素子
４０１のアレイから構成され、各圧電セラミック素子４
０１は溝の深さ寸法Ｄにより規定される厚さを有する圧
電セラミック層４０２とバルク残存部分４０３を有し、
溝の寸法を選定することにより、バルク残存部分４０３
の音響インピーダンスを媒体の音響インピーダンスと実
質的に整合するように圧電セラミック層４０２の音響イ
ンピーダンスを整合することにより、圧電セラミック素
子４０１と媒体との間で効率よく音響結合を行う。
でき、動作性能がよく、画像システムの構成要素との効
率のよい電気結合を確実に行うことができる超音波プロ
ーブを提供することを目的とする。 【構成】 超音波プローブ４００はアレイの方位寸法Ａ
に沿って間隔Ｆをもって設置された圧電セラミック素子
４０１のアレイから構成され、各圧電セラミック素子４
０１は溝の深さ寸法Ｄにより規定される厚さを有する圧
電セラミック層４０２とバルク残存部分４０３を有し、
溝の寸法を選定することにより、バルク残存部分４０３
の音響インピーダンスを媒体の音響インピーダンスと実
質的に整合するように圧電セラミック層４０２の音響イ
ンピーダンスを整合することにより、圧電セラミック素
子４０１と媒体との間で効率よく音響結合を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に超音波プローブに
関し、更に詳細には音響画像用の超音波プローブに関す
る。
関し、更に詳細には音響画像用の超音波プローブに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超音波プローブは分析されている身体の
内部の注目する各種構造についての情報を集める便利で
正確な方法を提供する。一般に、注目する各種構造は構
造を取り巻く身体の媒体の音響インピーダンスとは異な
る音響インピーダンスを備えている。動作中、このよう
な超音波プローブは、次にプローブから身体の媒体に音
響的に結合されて音響信号を身体内に伝えるようにする
音波の広帯域信号を発生する。音響信号が身体を通して
伝播するにつれて、信号の一部は身体内の各種構造によ
り反射され、次いで超音波プローブにより受信される。
超音波プローブで受信された反射音波の相対的一時遲延
および強さを分析することにより、身体内の各種構造の
位置関係および構造の音響インピーダンスに関連する性
質を反射信号から補外することができる。
内部の注目する各種構造についての情報を集める便利で
正確な方法を提供する。一般に、注目する各種構造は構
造を取り巻く身体の媒体の音響インピーダンスとは異な
る音響インピーダンスを備えている。動作中、このよう
な超音波プローブは、次にプローブから身体の媒体に音
響的に結合されて音響信号を身体内に伝えるようにする
音波の広帯域信号を発生する。音響信号が身体を通して
伝播するにつれて、信号の一部は身体内の各種構造によ
り反射され、次いで超音波プローブにより受信される。
超音波プローブで受信された反射音波の相対的一時遲延
および強さを分析することにより、身体内の各種構造の
位置関係および構造の音響インピーダンスに関連する性
質を反射信号から補外することができる。
【０００３】たとえば、医療用超音波プローブは、患者
の身体の中の心臓の組織または胎児の組織構造のよう
な、各種解剖学的部分の画像データを集めるのに便利で
正確な方法を医師に提供する。一般に、注目する心臓ま
たは胎児の組織は組織構造を取り巻く身体の流体媒体の
音響インピーダンスとは異なる音響インピーダンスを備
えている。動作中、このような医学用プローブは、次に
プローブの全部から患者の身体の媒体内に音響的に結合
される音波の広帯域信号を発生するので、信号が患者の
身体に伝えられる。典型的には、この音響結合はプロー
ブの前部を押して患者の腹部の表面に接触させることに
より行われる。代わりに、プローブの前部を患者の身体
内にカテーテルを通して挿入するというような、更に侵
入的な手段が使用される。
の身体の中の心臓の組織または胎児の組織構造のよう
な、各種解剖学的部分の画像データを集めるのに便利で
正確な方法を医師に提供する。一般に、注目する心臓ま
たは胎児の組織は組織構造を取り巻く身体の流体媒体の
音響インピーダンスとは異なる音響インピーダンスを備
えている。動作中、このような医学用プローブは、次に
プローブの全部から患者の身体の媒体内に音響的に結合
される音波の広帯域信号を発生するので、信号が患者の
身体に伝えられる。典型的には、この音響結合はプロー
ブの前部を押して患者の腹部の表面に接触させることに
より行われる。代わりに、プローブの前部を患者の身体
内にカテーテルを通して挿入するというような、更に侵
入的な手段が使用される。
【０００４】音響信号が患者の身体を通して伝播するに
つれて、信号の部分が身体内の各種組織により弱く反射
され、超音波医療プローブの前部により受信される。弱
く反射された音波がプローブを通して伝播するにつれ
て、それらはそれに結合されている電極により電気的に
検出される。医療プローブにより受信された弱く反射さ
れた波の相対的一時遲延および強さを分析することによ
り、電極に電気的に結合されている画像システムの構成
要素が弱く反射された音波からの像を補外して患者の身
体の内部の各種組織の距離関係および組織構造の音響イ
ンピーダンスに関係する性質を示す。医師は画像システ
ムに結合されている表示装置上の補外された画像を見
る。
つれて、信号の部分が身体内の各種組織により弱く反射
され、超音波医療プローブの前部により受信される。弱
く反射された音波がプローブを通して伝播するにつれ
て、それらはそれに結合されている電極により電気的に
検出される。医療プローブにより受信された弱く反射さ
れた波の相対的一時遲延および強さを分析することによ
り、電極に電気的に結合されている画像システムの構成
要素が弱く反射された音波からの像を補外して患者の身
体の内部の各種組織の距離関係および組織構造の音響イ
ンピーダンスに関係する性質を示す。医師は画像システ
ムに結合されている表示装置上の補外された画像を見
る。
【０００５】音響信号は注目する組織構造から弱く反射
されるだけであるから、超音波プローブの前部と患者の
身体の媒体との間に効率の良い音響結合を設けようとす
ることは重要である。このような効率的は音響結合は、
プローブにより発生された音響が、音響信号がプローブ
の前部から身体の媒体の中に伝えられるとき確実に、減
少し過ぎないようにする。その他、このような効率の良
い音響結合は、弱く反射された反射信号がプローブの前
部により身体の媒体から受信されるとき確実に、減少し
過ぎないようにする。更に、このような効率の良い音響
結合は、プローブ内の反射音響信号の望ましくない反響
を減らすことによりプローブの動作性能を高めることに
なる。
されるだけであるから、超音波プローブの前部と患者の
身体の媒体との間に効率の良い音響結合を設けようとす
ることは重要である。このような効率的は音響結合は、
プローブにより発生された音響が、音響信号がプローブ
の前部から身体の媒体の中に伝えられるとき確実に、減
少し過ぎないようにする。その他、このような効率の良
い音響結合は、弱く反射された反射信号がプローブの前
部により身体の媒体から受信されるとき確実に、減少し
過ぎないようにする。更に、このような効率の良い音響
結合は、プローブ内の反射音響信号の望ましくない反響
を減らすことによりプローブの動作性能を高めることに
なる。
【０００６】効率的な音響結合に対する障害はプローブ
の圧電材料の音響インピーダンスとプローブにより検査
されている媒体の音響インピーダンスとの間の音響イン
ピーダンスの不整合である。たとえば、超音波プローブ
に典型的に使用されている一つの圧電材料はジルコン酸
チタン酸鉛であり、その音響インピーダンスは約３３＊
１０6kg ／m2s である。ジルコン酸チタン酸鉛の音響イ
ンピーダンスは、約１．５＊１０6k／m2s の値を有する
人間の組織の音響インピーダンスと正しく整合してい
る。
の圧電材料の音響インピーダンスとプローブにより検査
されている媒体の音響インピーダンスとの間の音響イン
ピーダンスの不整合である。たとえば、超音波プローブ
に典型的に使用されている一つの圧電材料はジルコン酸
チタン酸鉛であり、その音響インピーダンスは約３３＊
１０6kg ／m2s である。ジルコン酸チタン酸鉛の音響イ
ンピーダンスは、約１．５＊１０6k／m2s の値を有する
人間の組織の音響インピーダンスと正しく整合してい
る。
【０００７】これまで知られている音響結合改善機構で
は得られる成果が限られており、製造、信頼性、および
性能上の問題が新たに生じていた。たとえば、これまで
知られている一つの機構は高重合体圧電素子の超音波プ
ローブを備えている。各高重合体圧電素子は圧電材料と
重合体材料との複合ブロックから構成されている。たと
えば、図１５は典型的な圧電複合変換器の断面図であ
る。図示のように、一つの圧電セラミック板が網目状に
切断されて細かく分割され、多数の棒状圧電セラミック
極１が２次元に配列されるようになっている。マイクロ
バルーン（中空部材）６を含む樹脂７が圧電セラミック
極１の間の隙間を埋めるように鋳込まれている。樹脂は
圧電セラミック極１を保持するように硬化されている。
電極４は圧電セラミック極１および樹脂７の両端面に設
けられて圧電セラミック変換器を形成するようになって
いる。図１５に示す圧電複合変換器は「Piezoelectric
Composite Transducer For Use in Ultrasonic Probe
（超音波プローブ用圧電複合変換器）」と題する、Sait
o(サイトー) 等に対して発行された米国特許第５，１４
２，１８７号に記されているものと同様である。この特
許は圧電複合体に関連する役立つ背景情報を与えてくれ
るので、ここに引用して取り入れてある。
は得られる成果が限られており、製造、信頼性、および
性能上の問題が新たに生じていた。たとえば、これまで
知られている一つの機構は高重合体圧電素子の超音波プ
ローブを備えている。各高重合体圧電素子は圧電材料と
重合体材料との複合ブロックから構成されている。たと
えば、図１５は典型的な圧電複合変換器の断面図であ
る。図示のように、一つの圧電セラミック板が網目状に
切断されて細かく分割され、多数の棒状圧電セラミック
極１が２次元に配列されるようになっている。マイクロ
バルーン（中空部材）６を含む樹脂７が圧電セラミック
極１の間の隙間を埋めるように鋳込まれている。樹脂は
圧電セラミック極１を保持するように硬化されている。
電極４は圧電セラミック極１および樹脂７の両端面に設
けられて圧電セラミック変換器を形成するようになって
いる。図１５に示す圧電複合変換器は「Piezoelectric
Composite Transducer For Use in Ultrasonic Probe
（超音波プローブ用圧電複合変換器）」と題する、Sait
o(サイトー) 等に対して発行された米国特許第５，１４
２，１８７号に記されているものと同様である。この特
許は圧電複合体に関連する役立つ背景情報を与えてくれ
るので、ここに引用して取り入れてある。
【０００８】複合材料は各種所要媒体との音響結合を幾
らか改善はするが、このような複合体により受信される
反射音波を検出する際に困難がある。各高重合体素子の
誘電率は比較的小さい。たとえば、重合体５０％と圧電
セラミック５０％との複合体では、高重合体素子の電極
間で測定し得る誘電率は、圧電セラミックに固有である
もののほぼ半分である。したがって、高重合体素子の電
極間で測定し得る誘電率は、わずかに約１７００であ
る。更に高い容量性電荷が反射音波に応じて電極により
検出されるようにはるかに高い誘電率が望ましい。誘電
率が高ければ、超音波プローブと超音波プローブに電気
的に結合されている画像システムの構成要素との間の電
気的インピーダンス整合も向上する。
らか改善はするが、このような複合体により受信される
反射音波を検出する際に困難がある。各高重合体素子の
誘電率は比較的小さい。たとえば、重合体５０％と圧電
セラミック５０％との複合体では、高重合体素子の電極
間で測定し得る誘電率は、圧電セラミックに固有である
もののほぼ半分である。したがって、高重合体素子の電
極間で測定し得る誘電率は、わずかに約１７００であ
る。更に高い容量性電荷が反射音波に応じて電極により
検出されるようにはるかに高い誘電率が望ましい。誘電
率が高ければ、超音波プローブと超音波プローブに電気
的に結合されている画像システムの構成要素との間の電
気的インピーダンス整合も向上する。
【０００９】これまで知られている他の音響結合改善機
構は圧電振動器本体の前部に結合された異なる整合材料
の一つ以上の層から成る超音波プローブを備えている。
セメント接着剤の薄層が各層を結合するのに適用され、
これにより異なる材料の層と圧電本体との間に不要な接
着剤結合線が生じている。
構は圧電振動器本体の前部に結合された異なる整合材料
の一つ以上の層から成る超音波プローブを備えている。
セメント接着剤の薄層が各層を結合するのに適用され、
これにより異なる材料の層と圧電本体との間に不要な接
着剤結合線が生じている。
【００１０】たとえば、図１６は、音響インピーダンス
が３＊１０6kg ／m2s のエポキシ樹脂の音響的に減衰す
る支持体２０４、音響インピーダンスが３３＊１０kg／
m2sのジルコン酸チタン酸鉛のような圧電セラミックの
圧電振動器本体２０６、音響インピーダンスが１９．５
＊１０6kg ／m2S のシリコン層２０８、および音響イン
ピーダンスが４＊１０6kg ／m2s のポリ弗化ビニリデン
層２１０から成る超音波変換器２０２を示す。シリコン
層およびポリ弗化ビニリデン層は振動器本体の圧電材料
の比較的高い音響インピーダンスを音響インピーダンス
が１．５＊１０6kg ／ｍ2sである人間の組織の比較的低
い音響インピーダンスと整合させるのに使用される。図
１６に示す振動器本体２０６の共振周波数は２０ＭＨz
であり、シリコン層およびポリ弗化ビニリデン層のそれ
ぞれの厚さは圧電振動器本体の共振周波数の四分の一波
長である。
が３＊１０6kg ／m2s のエポキシ樹脂の音響的に減衰す
る支持体２０４、音響インピーダンスが３３＊１０kg／
m2sのジルコン酸チタン酸鉛のような圧電セラミックの
圧電振動器本体２０６、音響インピーダンスが１９．５
＊１０6kg ／m2S のシリコン層２０８、および音響イン
ピーダンスが４＊１０6kg ／m2s のポリ弗化ビニリデン
層２１０から成る超音波変換器２０２を示す。シリコン
層およびポリ弗化ビニリデン層は振動器本体の圧電材料
の比較的高い音響インピーダンスを音響インピーダンス
が１．５＊１０6kg ／ｍ2sである人間の組織の比較的低
い音響インピーダンスと整合させるのに使用される。図
１６に示す振動器本体２０６の共振周波数は２０ＭＨz
であり、シリコン層およびポリ弗化ビニリデン層のそれ
ぞれの厚さは圧電振動器本体の共振周波数の四分の一波
長である。
【００１１】電極（図１６には示してない）は圧電振動
器本体２０６と結合して超音波変換器により受信される
音響信号を電気的に検出する。先に説明した圧電複合体
とは異なり、圧電振動器本体２０６の圧電材料の誘電率
は比較的高く、これは重合体により低下させられること
はない。たとえば、ジルコン酸チタン酸鉛は約３４００
という比較的高い固有誘電率を備えている。
器本体２０６と結合して超音波変換器により受信される
音響信号を電気的に検出する。先に説明した圧電複合体
とは異なり、圧電振動器本体２０６の圧電材料の誘電率
は比較的高く、これは重合体により低下させられること
はない。たとえば、ジルコン酸チタン酸鉛は約３４００
という比較的高い固有誘電率を備えている。
【００１２】図１６に示す圧電振動器本体２０６は一端
で大面積にわたる接着剤層により音響的減衰支持体２０
４に接続され、反対側で少くとも間接的に他の接着剤層
によりシリコン層２０８に取り付けられている。同様
に、ポリ弗化ビニリデン層２１０は更に他の接着剤層に
よりシリコン層に接続されている。各接着剤層の厚さは
典型的には２ミクロンである。図１６に示す超音波変換
器２０２は「UltrasonicTransducer （超音波変換
器）」と題する、Briesmesser （ブリースメッサ）等に
与えられた米国特許第４，６７２，５９１、号に記され
ているものと同じである。この特許は圧電体に結合され
たことなる整合材料に関する有用な背景情報を提供する
ので、ここに引用により取り入れてある。
で大面積にわたる接着剤層により音響的減衰支持体２０
４に接続され、反対側で少くとも間接的に他の接着剤層
によりシリコン層２０８に取り付けられている。同様
に、ポリ弗化ビニリデン層２１０は更に他の接着剤層に
よりシリコン層に接続されている。各接着剤層の厚さは
典型的には２ミクロンである。図１６に示す超音波変換
器２０２は「UltrasonicTransducer （超音波変換
器）」と題する、Briesmesser （ブリースメッサ）等に
与えられた米国特許第４，６７２，５９１、号に記され
ているものと同じである。この特許は圧電体に結合され
たことなる整合材料に関する有用な背景情報を提供する
ので、ここに引用により取り入れてある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】これまでに知られてい
る機構に採用されている異種層はインピーダンス整合を
行うには役立つが、これらその接着剤結合からは他の多
数の問題が生ずる。このような機構を実施するのに必要
な複数の結合プロセスは製造上の困難を生ずる。たとえ
ば、製造中ボイドまたはエアポケットが接着剤層に入り
込んで超音波プローブの動作を損うことがないようにす
ることは困難である。更に、この既知の超音波変換器の
信頼性は、異種材料の層と圧電ブロックとの熱膨脹係数
が異なることから悪影響を受ける。始終、たとえば５年
の使用期間にわたり、接着剤結合の或るものは完全性を
損い、音響信号を有効に伝達または受信しない「死ん
だ」変換器素子となることがある。その他、動作性能
が、２０ＭＨz を超える周波数のような高い音響信号周
波数において、圧電本体と異種材料との間の結合線によ
って制限されている。
る機構に採用されている異種層はインピーダンス整合を
行うには役立つが、これらその接着剤結合からは他の多
数の問題が生ずる。このような機構を実施するのに必要
な複数の結合プロセスは製造上の困難を生ずる。たとえ
ば、製造中ボイドまたはエアポケットが接着剤層に入り
込んで超音波プローブの動作を損うことがないようにす
ることは困難である。更に、この既知の超音波変換器の
信頼性は、異種材料の層と圧電ブロックとの熱膨脹係数
が異なることから悪影響を受ける。始終、たとえば５年
の使用期間にわたり、接着剤結合の或るものは完全性を
損い、音響信号を有効に伝達または受信しない「死ん
だ」変換器素子となることがある。その他、動作性能
が、２０ＭＨz を超える周波数のような高い音響信号周
波数において、圧電本体と異種材料との間の結合線によ
って制限されている。
【００１４】このような動作性能の制限の一つの措置は
図１６の超音波変換器のインパルス応答におけるリング
・ダウン・タイムが長くなっていることである。このよ
うなインパルス応答は、G.S.Kino（ジー・エス・キノ）
著（「Acoustic Waves（音波）」の４１〜４５ページに
説明されているようにディジタル・コンピュータおよび
ＫＬＭモデルを使用してシュミレートすることができ
る。この著書の内容をここに引用により取り入れてあ
る。図１７は、共振周波数２０ＭＨz を有し、水中に放
射する、Biesmesserが教示する原理に従って構成され
た、図１５の超音波変換器のインパルス応答のシュミレ
ーション結果を示す図である。図１７に示すインパルス
応答の図によれば、シュミレーションは８８．６３７ns
ecの６dbリングダウンタイム、２７０．４１１nsecの２
０dbリング・ダウン・タイム、および４５２．３５０ns
の４０dbリング・ダウン・タイムを示している。
図１６の超音波変換器のインパルス応答におけるリング
・ダウン・タイムが長くなっていることである。このよ
うなインパルス応答は、G.S.Kino（ジー・エス・キノ）
著（「Acoustic Waves（音波）」の４１〜４５ページに
説明されているようにディジタル・コンピュータおよび
ＫＬＭモデルを使用してシュミレートすることができ
る。この著書の内容をここに引用により取り入れてあ
る。図１７は、共振周波数２０ＭＨz を有し、水中に放
射する、Biesmesserが教示する原理に従って構成され
た、図１５の超音波変換器のインパルス応答のシュミレ
ーション結果を示す図である。図１７に示すインパルス
応答の図によれば、シュミレーションは８８．６３７ns
ecの６dbリングダウンタイム、２７０．４１１nsecの２
０dbリング・ダウン・タイム、および４５２．３５０ns
の４０dbリング・ダウン・タイムを示している。
【００１５】必要なのは、超音波プローブにより検査さ
れている所要媒体との一層効率の良い音響結合を行いな
がら、動作性能が良く、画像システムの構成要素との効
率の良い電気結合を行う確実な超音波プローブである。
れている所要媒体との一層効率の良い音響結合を行いな
がら、動作性能が良く、画像システムの構成要素との効
率の良い電気結合を行う確実な超音波プローブである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波プローブ
は、超音波プローブにより検査されている所要媒体との
効率の良い、制御された音響結合を行うと共に、更にプ
ローブにより送受信される音響信号を電気的に励起し検
出する電極との効率の良い電気的結合を行う。更に、本
発明は、異種の音響材料の層を圧電セラミック素子に結
合するのに接着セメントを使用する従来既知の音響結合
改善機構に関連する製造、信頼性、および性能上の問題
点によって制限されることがない。
は、超音波プローブにより検査されている所要媒体との
効率の良い、制御された音響結合を行うと共に、更にプ
ローブにより送受信される音響信号を電気的に励起し検
出する電極との効率の良い電気的結合を行う。更に、本
発明は、異種の音響材料の層を圧電セラミック素子に結
合するのに接着セメントを使用する従来既知の音響結合
改善機構に関連する製造、信頼性、および性能上の問題
点によって制限されることがない。
【００１７】簡潔に且つ一般的に述べれば、本発明の超
音波プローブは各々がそれぞれのバルク音響インピーダ
ンスを有する一つ以上の圧電セラミック素子を使用して
いる。それぞれの電極対が各圧電セラミック素子に結合
されている。好適に、圧電セラミック素子は１次元また
は２次元の整相列として配置されている。各圧電セラミ
ック素子にはそれぞれの前面、およびそれと一体を成し
て実質上圧電セラミック素子のバルク音響インピーダン
スと検査中の媒体の音響インピーダンスとの間の所要音
響インピーダンス整合を行うそれぞれの圧電セラミック
層がある。それぞれの電極対間で測定し得る電位につい
ては、それぞれの圧電セラミック層のそれぞれの厚さに
沿って比較的小さい電位差が存在する。したがって、そ
れぞれの圧電層は実質上電気機械的に不活性である。各
素子は更に、電気機械的に活性で所要バルク共振周波数
で共振するそれぞれのバルク残存部分を備えている。音
響インピーダンス整合を行うことにより、不活性圧電層
はプローブとプローブにより検査されている媒体との間
の効率の良い音響結合を行うのに役立つ。
音波プローブは各々がそれぞれのバルク音響インピーダ
ンスを有する一つ以上の圧電セラミック素子を使用して
いる。それぞれの電極対が各圧電セラミック素子に結合
されている。好適に、圧電セラミック素子は１次元また
は２次元の整相列として配置されている。各圧電セラミ
ック素子にはそれぞれの前面、およびそれと一体を成し
て実質上圧電セラミック素子のバルク音響インピーダン
スと検査中の媒体の音響インピーダンスとの間の所要音
響インピーダンス整合を行うそれぞれの圧電セラミック
層がある。それぞれの電極対間で測定し得る電位につい
ては、それぞれの圧電セラミック層のそれぞれの厚さに
沿って比較的小さい電位差が存在する。したがって、そ
れぞれの圧電層は実質上電気機械的に不活性である。各
素子は更に、電気機械的に活性で所要バルク共振周波数
で共振するそれぞれのバルク残存部分を備えている。音
響インピーダンス整合を行うことにより、不活性圧電層
はプローブとプローブにより検査されている媒体との間
の効率の良い音響結合を行うのに役立つ。
【００１８】各圧電セラミック素子のそれぞれの不活性
圧電層は各圧電セラミック素子のそれぞれの前面に設け
られ不活性圧電層の厚さに亘り延在する浅い溝を備えて
いる。更に詳細に述べれば、浅い溝は、典型的には各圧
電セラミック素子のそれぞれの面内に１０００ミクロン
未満突入する微小溝である。一般に、溝の深さ寸法は音
響信号の波長のほぼ二乗であるように選定される。不活
性の圧電セラミック層の溝容積率し、所要音響インピー
ダンス整合を行うように不活性の圧電セラミック層の音
響インピーダンスを制御するよう選択されている。図解
した医療用結像用途では、各溝は不活性の圧電セラミッ
ク層が実質上圧電素子のバルク音響インピーダンスと患
者の身体の媒体の音響インピーダンスとの間の所要音響
インピーダンス整合を行うように選定されたそれぞれの
体積を備えている。
圧電層は各圧電セラミック素子のそれぞれの前面に設け
られ不活性圧電層の厚さに亘り延在する浅い溝を備えて
いる。更に詳細に述べれば、浅い溝は、典型的には各圧
電セラミック素子のそれぞれの面内に１０００ミクロン
未満突入する微小溝である。一般に、溝の深さ寸法は音
響信号の波長のほぼ二乗であるように選定される。不活
性の圧電セラミック層の溝容積率し、所要音響インピー
ダンス整合を行うように不活性の圧電セラミック層の音
響インピーダンスを制御するよう選択されている。図解
した医療用結像用途では、各溝は不活性の圧電セラミッ
ク層が実質上圧電素子のバルク音響インピーダンスと患
者の身体の媒体の音響インピーダンスとの間の所要音響
インピーダンス整合を行うように選定されたそれぞれの
体積を備えている。
【００１９】各圧電セラミック素子の圧電セラミック材
料に電気的に結合されているそれぞれの電極対は各圧電
セラミック素子のそれぞれの背面に結合されたそれぞれ
の背面電極、および各素子のそれぞれの前面に結合され
たそれぞれの前面電極を備えている。前面電極は溝の中
に突入してそれと接触しており、圧電セラミック素子内
に所要電界分布を支持するという電気的境界条件を負っ
ている。溝の幅およびピッチの寸法のような設計パラメ
ータは必要に応じて、各アレイの圧電セラミック素子の
それぞれの電極対の間で測定し得る電位について、各圧
電セラミック素子のそれぞれの不活性圧電層の厚さに沿
って比較的小さい電位差が存在するように調節される。
たとえば、溝の幅およびピッチの寸法は、不活性の圧電
セラミック層の厚さに沿って電極対間で測定し得る電位
の約５％より少い比較的小さい電位差が存在するように
選択される。不活性圧電セラミック層の厚さに沿う電位
は比較的小さいので、圧電セラミック素子の電極の間で
測定し得る誘電率は比較的高く、実質上素子のセラミッ
ク材料に固有のものと同じである。
料に電気的に結合されているそれぞれの電極対は各圧電
セラミック素子のそれぞれの背面に結合されたそれぞれ
の背面電極、および各素子のそれぞれの前面に結合され
たそれぞれの前面電極を備えている。前面電極は溝の中
に突入してそれと接触しており、圧電セラミック素子内
に所要電界分布を支持するという電気的境界条件を負っ
ている。溝の幅およびピッチの寸法のような設計パラメ
ータは必要に応じて、各アレイの圧電セラミック素子の
それぞれの電極対の間で測定し得る電位について、各圧
電セラミック素子のそれぞれの不活性圧電層の厚さに沿
って比較的小さい電位差が存在するように調節される。
たとえば、溝の幅およびピッチの寸法は、不活性の圧電
セラミック層の厚さに沿って電極対間で測定し得る電位
の約５％より少い比較的小さい電位差が存在するように
選択される。不活性圧電セラミック層の厚さに沿う電位
は比較的小さいので、圧電セラミック素子の電極の間で
測定し得る誘電率は比較的高く、実質上素子のセラミッ
ク材料に固有のものと同じである。
【００２０】後に本明細書で更に詳細に説明するよう
に、本発明の超音波プローブの圧電セラミック素子によ
り受信される反射音波に応答して高い容量性電荷が検出
されるように比較的高い誘電率が望ましい。誘電率が比
較的高ければプローブとプローブに電気的に結合されて
いる音響画像システムの構成要素との間の電気的インピ
ーダンス整合も改善される。したがって、本発明は、誘
電率が比較的低い従来知られている高重合体複合体によ
り電気的に検出される、音波に関連する障害によって拘
束されることはない。
に、本発明の超音波プローブの圧電セラミック素子によ
り受信される反射音波に応答して高い容量性電荷が検出
されるように比較的高い誘電率が望ましい。誘電率が比
較的高ければプローブとプローブに電気的に結合されて
いる音響画像システムの構成要素との間の電気的インピ
ーダンス整合も改善される。したがって、本発明は、誘
電率が比較的低い従来知られている高重合体複合体によ
り電気的に検出される、音波に関連する障害によって拘
束されることはない。
【００２１】本発明に関連する製造上の長所は、溝を圧
電材料の広い範囲に容易にエッチしまたは切り込むこと
ができるということである。更に、不活性の圧電セラミ
ック層は圧電セラミック素子と一体になっているので、
本発明は圧電セラミックに異なる層を接着結合すること
に関連する製造上および信頼性の問題を負うことなく音
響インピーダンス整合を行う。本発明の教示に従って構
成される超音波プローブの高周波性能は従来既知のある
超音波プローブに存在する接着合線によって制限されな
い。
電材料の広い範囲に容易にエッチしまたは切り込むこと
ができるということである。更に、不活性の圧電セラミ
ック層は圧電セラミック素子と一体になっているので、
本発明は圧電セラミックに異なる層を接着結合すること
に関連する製造上および信頼性の問題を負うことなく音
響インピーダンス整合を行う。本発明の教示に従って構
成される超音波プローブの高周波性能は従来既知のある
超音波プローブに存在する接着合線によって制限されな
い。
【００２２】本発明の他の局面および長所は本発明の原
理を例を用いて図解する添付図を参照して行う以下の詳
細の説明から明らかになるであろう。
理を例を用いて図解する添付図を参照して行う以下の詳
細の説明から明らかになるであろう。
【００２３】
【実施例】本発明の超音波プローブはプローブと検査中
の所要媒体との間で音響信号の効率の良い、制御された
結合を行い、更に製造、信頼性、および性能上の長所を
示す。図１は超音波プローブ４００の好適実施例を図解
する簡略等角投影図である。図示のとおり、超音波プロ
ーブの好適実施例は、各々がバルク音響インピーダンス
Zpztを有し、各々が長手方向の寸法Ｌを有する圧電セラ
ミック素子４０１のアレイを備えている。各圧電セラミ
ック素子は、それと一体を成す層に亘って存在する溝の
深さ寸法Ｄにより規定される厚さを有するそれぞれの圧
電セラミック層４０２を備えている。各圧電セラミック
素子のそれぞれの圧電セラミック層は実質上電気機械的
に不活性である。各圧電セラミック素子は更にそれぞれ
のバルク残存部分４０３を備えているが、これは電気機
械的に活性で、図１に示すバルク残存寸法Ｒに沿って所
定バルク共振周波数で共振する。バルク残存寸法Ｒは所
要バルク共振周波数の１／２波長になるように選定され
るのが望ましい。
の所要媒体との間で音響信号の効率の良い、制御された
結合を行い、更に製造、信頼性、および性能上の長所を
示す。図１は超音波プローブ４００の好適実施例を図解
する簡略等角投影図である。図示のとおり、超音波プロ
ーブの好適実施例は、各々がバルク音響インピーダンス
Zpztを有し、各々が長手方向の寸法Ｌを有する圧電セラ
ミック素子４０１のアレイを備えている。各圧電セラミ
ック素子は、それと一体を成す層に亘って存在する溝の
深さ寸法Ｄにより規定される厚さを有するそれぞれの圧
電セラミック層４０２を備えている。各圧電セラミック
素子のそれぞれの圧電セラミック層は実質上電気機械的
に不活性である。各圧電セラミック素子は更にそれぞれ
のバルク残存部分４０３を備えているが、これは電気機
械的に活性で、図１に示すバルク残存寸法Ｒに沿って所
定バルク共振周波数で共振する。バルク残存寸法Ｒは所
要バルク共振周波数の１／２波長になるように選定され
るのが望ましい。
【００２４】各アレイの圧電セラミック素子は、超音波
はプローブの仰角アパーチャに対応する仰角寸法Ｅを備
えている。各素子の仰角アパーチャおよび共振音響周波
数は所要画像用途に基いて選定される。典型的には、仰
角寸法Ｅはプローブの共振音響周波数の７波長と１５波
長との間にあるように選定される。図示のとおり、圧電
セラミック素子はアレイの方位寸法Ａに沿って適切な間
隔Ｆでも設置されている。図示のとおり、各圧電セラミ
ック素子は適切に選定された横寸法Ｇを備えている。更
に、アレイ内の多数の圧電セラミック素子が画像用途の
所要条件に基いて選択されている。たとえば、医療用画
像用途の超音波腹部プローブは典型的には１００個を超
える圧電セラミック素子および１０波長の仰角アパーチ
ャを備えている。簡単にするため、図１の超音波プロー
ブでははるかに少い圧電セラミック素子を図示してあ
る。
はプローブの仰角アパーチャに対応する仰角寸法Ｅを備
えている。各素子の仰角アパーチャおよび共振音響周波
数は所要画像用途に基いて選定される。典型的には、仰
角寸法Ｅはプローブの共振音響周波数の７波長と１５波
長との間にあるように選定される。図示のとおり、圧電
セラミック素子はアレイの方位寸法Ａに沿って適切な間
隔Ｆでも設置されている。図示のとおり、各圧電セラミ
ック素子は適切に選定された横寸法Ｇを備えている。更
に、アレイ内の多数の圧電セラミック素子が画像用途の
所要条件に基いて選択されている。たとえば、医療用画
像用途の超音波腹部プローブは典型的には１００個を超
える圧電セラミック素子および１０波長の仰角アパーチ
ャを備えている。簡単にするため、図１の超音波プロー
ブでははるかに少い圧電セラミック素子を図示してあ
る。
【００２５】好適実施例では、圧電セラミック素子は本
質的に、ジルコン酸チタン酸鉛、ＰＺＴ、のような圧電
セラミック材料の特殊な輪廓のブロックで具体化されて
おり、各ブロックは、互いにほぼ平行な向きを有し且つ
各圧電セラミック素子のそれぞれの長手寸法Ｌにほぼ垂
直な向きのそれぞれの前面および背面を備えている。Ｐ
ＺＴが好適であるが、当業者に既知の圧電セラミック材
料を本発明の原理に従って代りに使用し、有利な結果を
得ることができることを理解すべきである。
質的に、ジルコン酸チタン酸鉛、ＰＺＴ、のような圧電
セラミック材料の特殊な輪廓のブロックで具体化されて
おり、各ブロックは、互いにほぼ平行な向きを有し且つ
各圧電セラミック素子のそれぞれの長手寸法Ｌにほぼ垂
直な向きのそれぞれの前面および背面を備えている。Ｐ
ＺＴが好適であるが、当業者に既知の圧電セラミック材
料を本発明の原理に従って代りに使用し、有利な結果を
得ることができることを理解すべきである。
【００２６】各圧電セラミック素子のそれぞれの前面と
一体になっているそれぞれの不活性の圧電セラミック層
４０２は実質上、各圧電セラミック素子のバルク音響イ
ンピーダンスと検査中の所要媒体との間の音響インピー
ダンス整合を行う。たとえば、医療用画像用途では、そ
れぞれの不活性の圧電セラミック層は各圧電セラミック
素子のバルク音響インピーダンスと検査中の患者の身体
の媒体の音響インピーダンスとの間の音響インピーダン
ス整合を行う。詳細図２に示したとおり、アレイの各圧
電素子４０１と一体のそれぞれの不活性圧電層４０２は
溝４０５を備えセラミックれは各圧電セラミック素子の
それぞれの前面に設けられて圧電セラミック層の音響イ
ンピーダンスを制御する。好適実施例では、溝は各圧電
セラミック素子のそれぞれの仰角寸法Ｅに沿って互いに
実質上平行に設けられている。
一体になっているそれぞれの不活性の圧電セラミック層
４０２は実質上、各圧電セラミック素子のバルク音響イ
ンピーダンスと検査中の所要媒体との間の音響インピー
ダンス整合を行う。たとえば、医療用画像用途では、そ
れぞれの不活性の圧電セラミック層は各圧電セラミック
素子のバルク音響インピーダンスと検査中の患者の身体
の媒体の音響インピーダンスとの間の音響インピーダン
ス整合を行う。詳細図２に示したとおり、アレイの各圧
電素子４０１と一体のそれぞれの不活性圧電層４０２は
溝４０５を備えセラミックれは各圧電セラミック素子の
それぞれの前面に設けられて圧電セラミック層の音響イ
ンピーダンスを制御する。好適実施例では、溝は各圧電
セラミック素子のそれぞれの仰角寸法Ｅに沿って互いに
実質上平行に設けられている。
【００２７】図１および図２に示したとおり、それぞれ
の金属電極対は各圧電セラミック素子の圧電セラミック
材料に電気的に結合されている。各圧電セラミック素子
のそれぞれの電極対は各圧電セラミック素子のそれぞれ
の背面に結合されたそれぞれの背面電極４０６を備え、
更に各圧電セラミック素子のそれぞれの前面に設置され
た溝の中に突出してこれと接触しているそれぞれの前面
電極４０７を備えている。背面電極４０６、前面電極４
０７のこの構成は圧電層が実質上確実に電気機械的に不
活性にしておくのに役立つ。適合材料、好適には空気、
が各電極に隣接する溝の中に設けられている。本明細書
で後に更に詳しく説明するように、適切な代りの適合材
料、たとえばポリエチレン、を空気の代りに使用するこ
とができる。所定の適合材料はそれと関連する音響イン
ピーダンスZconformalを備えている。
の金属電極対は各圧電セラミック素子の圧電セラミック
材料に電気的に結合されている。各圧電セラミック素子
のそれぞれの電極対は各圧電セラミック素子のそれぞれ
の背面に結合されたそれぞれの背面電極４０６を備え、
更に各圧電セラミック素子のそれぞれの前面に設置され
た溝の中に突出してこれと接触しているそれぞれの前面
電極４０７を備えている。背面電極４０６、前面電極４
０７のこの構成は圧電層が実質上確実に電気機械的に不
活性にしておくのに役立つ。適合材料、好適には空気、
が各電極に隣接する溝の中に設けられている。本明細書
で後に更に詳しく説明するように、適切な代りの適合材
料、たとえばポリエチレン、を空気の代りに使用するこ
とができる。所定の適合材料はそれと関連する音響イン
ピーダンスZconformalを備えている。
【００２８】それぞれの電圧信号を各圧電セラミック素
子に結合されているそれぞれの電極対に加えることによ
り、各圧電セラミック素子のバルク残存部分は励起され
て所要共振周波数を有する音響信号を発生する。それぞ
れの導体４０８は各電極に結合されて電圧信号を加え
る。音響信号は各圧電セラミック素子のそれぞれの長手
寸法に沿う伝播時に圧電セラミック素子の長手方向共振
モードにより支持される。アレイの各圧電セラミック素
子により発生されるそれぞれの音響信号はそれぞれの不
活性の圧電セラミック層から共に、検査中の身体の媒体
に伝えられる音響ビームとして発生する。たとえば、医
療用画像用途では、音響ビームは患者の身体内に伝えら
れる。アレイの各圧電セラミック素子に加えられるそれ
ぞれの電圧信号の位相は、音響ビームが身体を通して掃
引するとき音響ビームの方位角操舵および長手方向焦点
合せを行うように制御される。図１に分解図で示してあ
る音響レンズは圧電セラミック素子に音響的に結合して
音響ビームの高さ方向の焦点合せを行う。
子に結合されているそれぞれの電極対に加えることによ
り、各圧電セラミック素子のバルク残存部分は励起され
て所要共振周波数を有する音響信号を発生する。それぞ
れの導体４０８は各電極に結合されて電圧信号を加え
る。音響信号は各圧電セラミック素子のそれぞれの長手
寸法に沿う伝播時に圧電セラミック素子の長手方向共振
モードにより支持される。アレイの各圧電セラミック素
子により発生されるそれぞれの音響信号はそれぞれの不
活性の圧電セラミック層から共に、検査中の身体の媒体
に伝えられる音響ビームとして発生する。たとえば、医
療用画像用途では、音響ビームは患者の身体内に伝えら
れる。アレイの各圧電セラミック素子に加えられるそれ
ぞれの電圧信号の位相は、音響ビームが身体を通して掃
引するとき音響ビームの方位角操舵および長手方向焦点
合せを行うように制御される。図１に分解図で示してあ
る音響レンズは圧電セラミック素子に音響的に結合して
音響ビームの高さ方向の焦点合せを行う。
【００２９】音響信号が患者の身体を通して伝播するに
つれて信号の一部は身体内の各種組織構造により弱く反
射され、圧電セラミック素子により受信され、各圧電セ
ラミック素子に結合されているそれぞれの電極対により
電気的に検出される。反射された音響信号は最初、各圧
電素子と一体を成すそれぞれの不活性の圧電セラミック
層により受信され、次いで各圧電セラミック素子のそれ
ぞれの長手寸法に沿って伝播する。したがって、音響信
号は不活性の圧電セラミック層を通して第１の速度で伝
播し、次に圧電セラミック素子のバルク残存部分を通し
て第２の速度で伝播する。不活性の圧電セラミック層の
溝の深さ寸法Ｄは不活性の圧電セラミック層を通して進
行する音響信号の１／４波長になるように選定するのが
望ましい。
つれて信号の一部は身体内の各種組織構造により弱く反
射され、圧電セラミック素子により受信され、各圧電セ
ラミック素子に結合されているそれぞれの電極対により
電気的に検出される。反射された音響信号は最初、各圧
電素子と一体を成すそれぞれの不活性の圧電セラミック
層により受信され、次いで各圧電セラミック素子のそれ
ぞれの長手寸法に沿って伝播する。したがって、音響信
号は不活性の圧電セラミック層を通して第１の速度で伝
播し、次に圧電セラミック素子のバルク残存部分を通し
て第２の速度で伝播する。不活性の圧電セラミック層の
溝の深さ寸法Ｄは不活性の圧電セラミック層を通して進
行する音響信号の１／４波長になるように選定するのが
望ましい。
【００３０】溝の寸法Ｄは各圧電セラミック素子と一体
のそれぞれの不活性の圧電セラミック層の厚さを規定す
る。各溝の深さ寸法Ｄおよびそれぞれの溝のピッチ寸法
Ｐは不活性の圧電セラミック層の横共振モードおよび剪
断共振モードを圧電セラミック素子の長手方向共振モー
ドとの不必要な相互作用から分離するように選択され
る。更に、溝の深さおよびピッチは音響エネルギを不活
性の圧電セラミック層を通して効率良く伝えるように選
定される。その他、溝の深さおよびピッチは不活性の圧
電セラミック層が音波にとって均質に見えるように選定
される。一般に、有利な結果は、後に更に詳しく説明す
る本発明の教示に従って、ピッチ対深さ比Ｐ／Ｄを約
０．５以下に選定することにより得られる。溝の幅寸法
およびピッチ寸法は更に、必要ならば、各アレイの圧電
セラミック素子のそれぞれの電極対の間で測定し得る電
位差について、不活性の圧電セラミック層の厚さに沿っ
て比較的小さい電位差が存在するように調節される。た
とえば、溝の幅寸法およびピッチ寸法は不活性の圧電セ
ラミック層の厚さに沿って各圧電セラミック素子のそれ
ぞれの電極対の間で測定し得る電位の約５％未満の電位
差が存在するように選定される。
のそれぞれの不活性の圧電セラミック層の厚さを規定す
る。各溝の深さ寸法Ｄおよびそれぞれの溝のピッチ寸法
Ｐは不活性の圧電セラミック層の横共振モードおよび剪
断共振モードを圧電セラミック素子の長手方向共振モー
ドとの不必要な相互作用から分離するように選択され
る。更に、溝の深さおよびピッチは音響エネルギを不活
性の圧電セラミック層を通して効率良く伝えるように選
定される。その他、溝の深さおよびピッチは不活性の圧
電セラミック層が音波にとって均質に見えるように選定
される。一般に、有利な結果は、後に更に詳しく説明す
る本発明の教示に従って、ピッチ対深さ比Ｐ／Ｄを約
０．５以下に選定することにより得られる。溝の幅寸法
およびピッチ寸法は更に、必要ならば、各アレイの圧電
セラミック素子のそれぞれの電極対の間で測定し得る電
位差について、不活性の圧電セラミック層の厚さに沿っ
て比較的小さい電位差が存在するように調節される。た
とえば、溝の幅寸法およびピッチ寸法は不活性の圧電セ
ラミック層の厚さに沿って各圧電セラミック素子のそれ
ぞれの電極対の間で測定し得る電位の約５％未満の電位
差が存在するように選定される。
【００３１】不活性の圧電セラミック層の音響インピー
ダンスは各圧電セラミック素子のバルク音響インピーダ
ンスとプロープによって検査されている媒体の音響イン
ピーダンスとの間に音響インピーダンス整合が得られる
ように制御される。したがって、不活性の圧電セラミッ
ク層は圧電セラミック素子と検査中の媒体との間で効率
の良い音響結合を行う。不活性の圧電セラミック層の音
響インピーダンスは実質上圧電セラミック層の溝容積率
によって決まる。溝容積率は、各圧電セラミック素子４
０３のそれぞれの前面に設けられた溝４０５の幅および
ピッチの寸法に基づいている。
ダンスは各圧電セラミック素子のバルク音響インピーダ
ンスとプロープによって検査されている媒体の音響イン
ピーダンスとの間に音響インピーダンス整合が得られる
ように制御される。したがって、不活性の圧電セラミッ
ク層は圧電セラミック素子と検査中の媒体との間で効率
の良い音響結合を行う。不活性の圧電セラミック層の音
響インピーダンスは実質上圧電セラミック層の溝容積率
によって決まる。溝容積率は、各圧電セラミック素子４
０３のそれぞれの前面に設けられた溝４０５の幅および
ピッチの寸法に基づいている。
【００３２】不活性の圧電セラミック層の所要音響イン
ピーダンス、Ｚlayer は、圧電セラミック素子のセラミ
ック材料のバルク音響インピーダンスＺpzt と、所要媒
体の音響インピーダンスＺtissueとの間にインピーダン
ス整合が行われるように次の（１）式を用いて計算され
る。
ピーダンス、Ｚlayer は、圧電セラミック素子のセラミ
ック材料のバルク音響インピーダンスＺpzt と、所要媒
体の音響インピーダンスＺtissueとの間にインピーダン
ス整合が行われるように次の（１）式を用いて計算され
る。
【００３３】
【数１】
【００３４】たとえば、組織の音響インピーダンス、Ｚ
tissue、を１．５＊１０6kg ／m2sとし、ジルコン酸チ
タン酸鉛のバルク音響インピーダンス、Ｚpzt 、を３３
＊１０6kg ／m2s とすれば、不活性の圧電セラミック層
の所要音響インピーダンス、Ｚlayer 、は約７＊１０8k
g ／m2s と計算される。
tissue、を１．５＊１０6kg ／m2sとし、ジルコン酸チ
タン酸鉛のバルク音響インピーダンス、Ｚpzt 、を３３
＊１０6kg ／m2s とすれば、不活性の圧電セラミック層
の所要音響インピーダンス、Ｚlayer 、は約７＊１０8k
g ／m2s と計算される。
【００３５】不活性の圧電セラミック層の音響インピー
ダンスは実質上不活性の圧電セラミック層の溝容積率に
より制御される。圧電セラミック層の溝容積率は圧電セ
ラミック層に亘って存在する溝の容積を溝の容積と溝に
隣接する残りの圧電セラミック層セラミックの体積との
和で割ることにより規定される。所要溝容積率ｖは圧電
セラミック層の所要音響インピーダンスおよび圧電セラ
ミック材料および適合材料のそれぞれの音響インピーダ
ンスから計算される。所要容積率ｖはほぼ次の（２）式
に等しい。
ダンスは実質上不活性の圧電セラミック層の溝容積率に
より制御される。圧電セラミック層の溝容積率は圧電セ
ラミック層に亘って存在する溝の容積を溝の容積と溝に
隣接する残りの圧電セラミック層セラミックの体積との
和で割ることにより規定される。所要溝容積率ｖは圧電
セラミック層の所要音響インピーダンスおよび圧電セラ
ミック材料および適合材料のそれぞれの音響インピーダ
ンスから計算される。所要容積率ｖはほぼ次の（２）式
に等しい。
【００３６】
【数２】
【００３７】たとえば、適合材料としての空気の音響イ
ンピーダンスＺconformal が４１１kg／m2s であると
し、不活性の圧電セラミック材料の音響インピーダンス
Ｚlayer および圧電セラミック素子のセラミック材料の
バルク音響インピーダンスを先に明示したとおりである
とすれば、不活性の圧電セラミック層の所要溝容積率ｖ
は約７８．７％である。圧電セラクック層のセラミック
の体積率は溝容積率の補数である。したがって、この例
では、圧電セラミック層のセラミック体積率は２１．３
％である。
ンピーダンスＺconformal が４１１kg／m2s であると
し、不活性の圧電セラミック材料の音響インピーダンス
Ｚlayer および圧電セラミック素子のセラミック材料の
バルク音響インピーダンスを先に明示したとおりである
とすれば、不活性の圧電セラミック層の所要溝容積率ｖ
は約７８．７％である。圧電セラクック層のセラミック
の体積率は溝容積率の補数である。したがって、この例
では、圧電セラミック層のセラミック体積率は２１．３
％である。
【００３８】溝の所要深さＤは、不活性の圧電セラミッ
ク層内の音速Ｃlayer 、および、圧電セラミック素子の
共振音響周波数ｆの四分の一波長から、次の（３）式を
使用して計算される。
ク層内の音速Ｃlayer 、および、圧電セラミック素子の
共振音響周波数ｆの四分の一波長から、次の（３）式を
使用して計算される。
【００３９】
【数３】
【００４０】不活性の圧電セラミック層の所要溝容積率
を約７８．７％であるとすれば、不活性の圧電セラミッ
ク層内の音速Ｃlayer をほぼ３．５＊１０5cm ／ｓであ
ると推定することができる。代りに不活性の圧電セラミ
ック層内の音速を不活性の圧電セラミック層のテンソル
解析モデルに基づくもののような更に複雑な方法を使用
して推定することができる。たとえば、IEEE Transact
ions on Ultrasonic,Ferroelectrics,and Freguency Co
ntrol,Vol.38,No.1,January 1991. （超音波、強誘電体
および周波数制御に関するIEEE会報、１９９１年１月、
第３８巻第１号）の４０〜４７ページにあるSmith （ス
ミス）等の「Modeling 1-3 Composite Piezoelectrics:
Thickness-Mode Ossillations （１−３合成電圧材料の
モデリング：厚みモード振動）」に説明されているテン
ソル解析モデルを不活性の圧電セラミック層内の音速を
推定するのに適合させることができる。現在の例で不活
性の圧電セラミック層内の音速Ｃlayer を３．５＊１０
5 cm／s と推定すれば、所要バルク共振周波数ｆは２Ｍ
Ｈz であり、溝の深さＤは約４３７．５ミクロンであ
る。したがって、溝は素子の前面に１０００ミクロン未
満突入する微小溝であるように図示されている。
を約７８．７％であるとすれば、不活性の圧電セラミッ
ク層内の音速Ｃlayer をほぼ３．５＊１０5cm ／ｓであ
ると推定することができる。代りに不活性の圧電セラミ
ック層内の音速を不活性の圧電セラミック層のテンソル
解析モデルに基づくもののような更に複雑な方法を使用
して推定することができる。たとえば、IEEE Transact
ions on Ultrasonic,Ferroelectrics,and Freguency Co
ntrol,Vol.38,No.1,January 1991. （超音波、強誘電体
および周波数制御に関するIEEE会報、１９９１年１月、
第３８巻第１号）の４０〜４７ページにあるSmith （ス
ミス）等の「Modeling 1-3 Composite Piezoelectrics:
Thickness-Mode Ossillations （１−３合成電圧材料の
モデリング：厚みモード振動）」に説明されているテン
ソル解析モデルを不活性の圧電セラミック層内の音速を
推定するのに適合させることができる。現在の例で不活
性の圧電セラミック層内の音速Ｃlayer を３．５＊１０
5 cm／s と推定すれば、所要バルク共振周波数ｆは２Ｍ
Ｈz であり、溝の深さＤは約４３７．５ミクロンであ
る。したがって、溝は素子の前面に１０００ミクロン未
満突入する微小溝であるように図示されている。
【００４１】溝のピッチＰは、ピッチが溝の深さの０．
４倍より小さいように次の（４）式のように計算され
る。
４倍より小さいように次の（４）式のように計算され
る。
【００４２】
【数４】
【００４３】たとえば、溝の深さＤを約４３７．５ミク
ロンとすれば、溝のピッチは１７５ミクロン以下になる
はずである。
ロンとすれば、溝のピッチは１７５ミクロン以下になる
はずである。
【００４４】溝の幅Ｗは、ピッチＰ、溝容積率ｖ、およ
び補正係数ｋに基づいて次の（５）式を使用して計算さ
れる。
び補正係数ｋに基づいて次の（５）式を使用して計算さ
れる。
【００４５】
【数５】
【００４６】補正係数ｋの望ましい値は不活性の圧電セ
ラミック層のセラミックと適合材料との結合性に基づい
て選定される。図１および図２に示すように設けられて
いる溝を有する不活性の圧電セラミック層では、圧電セ
ラミック層の結合性は２−２であり、補正係数ｋは、簡
単に１である。代りの実施例では、溝は、圧電セラミッ
ク層が異なる結合性を有するように交互に設けられてお
り、異なる補正係数を生ずる。たとえば、代りの実施例
では、溝は、圧電セラミック層の結合性が１−３であ
り、１．２５という異なる補正係数を生ずる。補正係数
ｋが１であるように結合性を２−２とし、ピッチを１７
５ミクロンとし、不活性の圧電セラミック層の溝容積率
を７８．７％とすれば、溝の幅Ｗは約１３７．７ミクロ
ンである。
ラミック層のセラミックと適合材料との結合性に基づい
て選定される。図１および図２に示すように設けられて
いる溝を有する不活性の圧電セラミック層では、圧電セ
ラミック層の結合性は２−２であり、補正係数ｋは、簡
単に１である。代りの実施例では、溝は、圧電セラミッ
ク層が異なる結合性を有するように交互に設けられてお
り、異なる補正係数を生ずる。たとえば、代りの実施例
では、溝は、圧電セラミック層の結合性が１−３であ
り、１．２５という異なる補正係数を生ずる。補正係数
ｋが１であるように結合性を２−２とし、ピッチを１７
５ミクロンとし、不活性の圧電セラミック層の溝容積率
を７８．７％とすれば、溝の幅Ｗは約１３７．７ミクロ
ンである。
【００４７】更に高い共振周波数で作動するための実施
例では、関連する溝寸法がそれに従って変る。たとえ
ば、２０ＭＨz の共振音響周波数で動作するような大き
さのプローブの実施例では、先に説明した２ＭＨz のプ
ローブの例の関連溝寸法は１０倍だけ変る。それ故、各
々のバルク共振周波数が２０ＭＨz で且つ溝を有するそ
れぞれの圧電セラミック層の結合性が２−２であるよう
に配列されている圧電セラミック素子のアレイについて
は、溝の関連寸法は、ピッチが１７．５ミクロン、幅が
１３．７７ミクロン、および深さが約４３．７５ミクロ
ンになるように１０分の１に、比例的に小さくなってい
る。したがって、溝は圧電セラミック素子の前面に１０
００ミクロン未満突入するマイクロ溝のように今回も図
示される。
例では、関連する溝寸法がそれに従って変る。たとえ
ば、２０ＭＨz の共振音響周波数で動作するような大き
さのプローブの実施例では、先に説明した２ＭＨz のプ
ローブの例の関連溝寸法は１０倍だけ変る。それ故、各
々のバルク共振周波数が２０ＭＨz で且つ溝を有するそ
れぞれの圧電セラミック層の結合性が２−２であるよう
に配列されている圧電セラミック素子のアレイについて
は、溝の関連寸法は、ピッチが１７．５ミクロン、幅が
１３．７７ミクロン、および深さが約４３．７５ミクロ
ンになるように１０分の１に、比例的に小さくなってい
る。したがって、溝は圧電セラミック素子の前面に１０
００ミクロン未満突入するマイクロ溝のように今回も図
示される。
【００４８】アレイの各圧電セラミック素子の正面寸法
Ｅに沿う溝のそれぞれの数は溝のピッチおよびアレイの
正面アパーチャに関係している。典型的には、正面寸法
Ｅに沿う溝のそれぞれの数はほぼ５０と２００との間に
あって有利なインピーダンス整合を得ている。一例とし
て、音響信号の１０波長という所定の好適正面寸法Ｅの
場合には、正面寸法に沿う溝の好適なそれぞれの数は約
１００である。簡単にするため、図１には１００より少
い数の溝を図示してある。
Ｅに沿う溝のそれぞれの数は溝のピッチおよびアレイの
正面アパーチャに関係している。典型的には、正面寸法
Ｅに沿う溝のそれぞれの数はほぼ５０と２００との間に
あって有利なインピーダンス整合を得ている。一例とし
て、音響信号の１０波長という所定の好適正面寸法Ｅの
場合には、正面寸法に沿う溝の好適なそれぞれの数は約
１００である。簡単にするため、図１には１００より少
い数の溝を図示してある。
【００４９】溝に突入してこれと接触している前面金属
電極は圧電セラミック素子内部に所要電界分布を支持す
るという電気的境界条件を課している。溝の幅寸法およ
びピッチ寸法のような設計パラメータらは必要に応じ
て、各アレイの圧電セラミック素子のそれぞれの電極対
の間で測定し得る電位に対して、各圧電セラミック素子
のそれぞれの圧電セラミック層の厚さに沿って比較的小
さい電位差が確実に存在するように調節される。たとえ
ば、溝の幅寸法およびピッチ寸法は、不活性の圧電セラ
ミック層の厚さに沿ってそれぞれの電極対の間で測定す
ることができる電位の約５％より小さい比較的小さい電
位差が存在するように選定される。超音波プローブに
は、それぞれの電極対間で測定し得る電位差の複数の関
連する源が存在することを理解すべきである。たとえ
ば、それぞれの電極対間で測定し得る電位差の関連する
源の一つは各圧電セラミック素子で音響信号を励起する
ために電極に加えられる電圧である。それぞれの電極対
間で測定し得る電位差の他の関連する源は各圧電セラミ
ック素子により受信される弱く反射された音響信号によ
り各圧電セラミック素子に誘起される電圧である。
電極は圧電セラミック素子内部に所要電界分布を支持す
るという電気的境界条件を課している。溝の幅寸法およ
びピッチ寸法のような設計パラメータらは必要に応じ
て、各アレイの圧電セラミック素子のそれぞれの電極対
の間で測定し得る電位に対して、各圧電セラミック素子
のそれぞれの圧電セラミック層の厚さに沿って比較的小
さい電位差が確実に存在するように調節される。たとえ
ば、溝の幅寸法およびピッチ寸法は、不活性の圧電セラ
ミック層の厚さに沿ってそれぞれの電極対の間で測定す
ることができる電位の約５％より小さい比較的小さい電
位差が存在するように選定される。超音波プローブに
は、それぞれの電極対間で測定し得る電位差の複数の関
連する源が存在することを理解すべきである。たとえ
ば、それぞれの電極対間で測定し得る電位差の関連する
源の一つは各圧電セラミック素子で音響信号を励起する
ために電極に加えられる電圧である。それぞれの電極対
間で測定し得る電位差の他の関連する源は各圧電セラミ
ック素子により受信される弱く反射された音響信号によ
り各圧電セラミック素子に誘起される電圧である。
【００５０】圧電セラミック層の厚さに沿う比較的小さ
い電位差を図３にグラフで示す。図３は図１の圧電セラ
ミック素子の一つの詳細破断断面図で、先に説明した溝
の幅およびピッチの例について圧電セラミック素子の長
手寸法Ｌに沿って分布する等電位線を示す例示図を示し
ている。等電位線は目に見えないが、図解の目的で、代
表的な線を図３の図に書き込んである。断面で示したよ
うに、ピッチＰ、幅Ｗ、および深さＤを有する溝が、圧
電セラミック層４０２の厚さに亘って圧電セラミック素
子の前面に突入している。背面電極４０６、前面電極４
０７の電極対の間で測定し得る電位を模範的に１ボルト
とすれば、図３に示す等電位線は電位の０．０１ボルト
の増加に相当する。電気的境界条件は導体の境界に電界
の切線成分が実質上存在しないことを示すから、および
電界分布はゆるやかに変化するから、前面金属電極、す
なわち、前面電極４０７は溝に突入してこれと接触し、
圧電セラミック素子内部に所要電界分布を支持するとい
う境界条件を課す。図３に示すように不活性の圧電セラ
ミック層の厚さＤに沿って、アレイの圧電セラミック素
子の電極対に加えられる。電位のわずかに約３％の比較
的小さい電位差が存在する。不活性の圧電セラミック層
の厚さに沿う電位差は図３に示すように比較的小さいの
で、圧電セラミック素子の背面電極４０６、前面電極４
０７の間で測定し得る誘電率は実質上、圧電セラミック
素子のジルコン酸チタン酸鉛材料に特有であるものと同
じであり、したがって高い。更に、圧電セラミック層の
厚さに沿う電位差が比較的低いことは圧電セラミック層
を確実に実質上電気機械的に不活性にするのに更に役立
つ。
い電位差を図３にグラフで示す。図３は図１の圧電セラ
ミック素子の一つの詳細破断断面図で、先に説明した溝
の幅およびピッチの例について圧電セラミック素子の長
手寸法Ｌに沿って分布する等電位線を示す例示図を示し
ている。等電位線は目に見えないが、図解の目的で、代
表的な線を図３の図に書き込んである。断面で示したよ
うに、ピッチＰ、幅Ｗ、および深さＤを有する溝が、圧
電セラミック層４０２の厚さに亘って圧電セラミック素
子の前面に突入している。背面電極４０６、前面電極４
０７の電極対の間で測定し得る電位を模範的に１ボルト
とすれば、図３に示す等電位線は電位の０．０１ボルト
の増加に相当する。電気的境界条件は導体の境界に電界
の切線成分が実質上存在しないことを示すから、および
電界分布はゆるやかに変化するから、前面金属電極、す
なわち、前面電極４０７は溝に突入してこれと接触し、
圧電セラミック素子内部に所要電界分布を支持するとい
う境界条件を課す。図３に示すように不活性の圧電セラ
ミック層の厚さＤに沿って、アレイの圧電セラミック素
子の電極対に加えられる。電位のわずかに約３％の比較
的小さい電位差が存在する。不活性の圧電セラミック層
の厚さに沿う電位差は図３に示すように比較的小さいの
で、圧電セラミック素子の背面電極４０６、前面電極４
０７の間で測定し得る誘電率は実質上、圧電セラミック
素子のジルコン酸チタン酸鉛材料に特有であるものと同
じであり、したがって高い。更に、圧電セラミック層の
厚さに沿う電位差が比較的低いことは圧電セラミック層
を確実に実質上電気機械的に不活性にするのに更に役立
つ。
【００５１】先に説明したように、圧電セラミック素子
が弱く反射された音響信号を受信すると、電極の容量性
電荷が変位電流により動かされる。変位電流はそれぞれ
の電極対間で測定し得る電位と誘電率との積に正比例す
る。したがって、誘電率が比較的高ければ、比較的高い
容量性電荷が生ずる。高い容量性電荷は、電極をプロー
ブにより受信され、電極により電気的に検出される弱反
射音響信号の相対的一時遲延および強さを分析する音響
画像システムの構成要素に電気的に結合するケーブルを
効率良く駆動するのに望ましい。分析から、画像システ
ムは身体内の各種構造の空間的関係および構造の音響イ
ンピーダンスに関係する性質を補外して、身体内の構造
の画像を作る。
が弱く反射された音響信号を受信すると、電極の容量性
電荷が変位電流により動かされる。変位電流はそれぞれ
の電極対間で測定し得る電位と誘電率との積に正比例す
る。したがって、誘電率が比較的高ければ、比較的高い
容量性電荷が生ずる。高い容量性電荷は、電極をプロー
ブにより受信され、電極により電気的に検出される弱反
射音響信号の相対的一時遲延および強さを分析する音響
画像システムの構成要素に電気的に結合するケーブルを
効率良く駆動するのに望ましい。分析から、画像システ
ムは身体内の各種構造の空間的関係および構造の音響イ
ンピーダンスに関係する性質を補外して、身体内の構造
の画像を作る。
【００５２】同様に、各圧電セラミック素子の電気的イ
ンピーダンスは各圧電セラミック素子の誘電率に反比例
する。比較的誘電率が高ければ比較的低い電気的インピ
ーダンスが生ずる。各圧電セラミック素子の低い電気的
インピーダンスはケーブルの低い電気的インピーダンス
とおよび画像システムの構成要素の低い電気的インピー
ダンスとのインピーダンス整合を改善するのに望まし
い。
ンピーダンスは各圧電セラミック素子の誘電率に反比例
する。比較的誘電率が高ければ比較的低い電気的インピ
ーダンスが生ずる。各圧電セラミック素子の低い電気的
インピーダンスはケーブルの低い電気的インピーダンス
とおよび画像システムの構成要素の低い電気的インピー
ダンスとのインピーダンス整合を改善するのに望まし
い。
【００５３】アレイの圧電セラミック素子の製作、極
化、およびダイシングを簡略図４〜図７を参照して例示
し、説明する。最初の工程は図４に示すような未加工圧
電セラミック材料のスラブを準備することである。未加
工材料はまだ極化が行われていないから、材料内にはラ
ンダムに整列した個々の強誘電領域だけしか存在せず、
したがって材料は電気機械的に不活性である。図５に示
すように、スラブはスラブと一体を成す不活性の圧電セ
ラミック層６０２、およびスラブのバルク残存部分６０
３を備えている。不活性の圧電セラミック層の特徴はス
ラブの前面に切り込まれ、圧電セラミック層の厚さに亘
って延在する深さＤの溝６０５である。溝はダイシング
機の刄を用いてスラブに切り込まれている。刄の幅は溝
が所要幅寸法Ｗを有するように選定される。ダイシング
機の制御は溝を所要ピッチＰおよび深さＤで切り込むよ
うに設定される。代りに、化学エッチングを利用するフ
ォトリソグラフィ・プロセスを使用して溝を所要のピッ
チ、深さ、および幅でスラブの前面にエッチすることが
できる。他の代案として、溝を適切なレーザを用いてス
ラブの前面に削摩することができる。
化、およびダイシングを簡略図４〜図７を参照して例示
し、説明する。最初の工程は図４に示すような未加工圧
電セラミック材料のスラブを準備することである。未加
工材料はまだ極化が行われていないから、材料内にはラ
ンダムに整列した個々の強誘電領域だけしか存在せず、
したがって材料は電気機械的に不活性である。図５に示
すように、スラブはスラブと一体を成す不活性の圧電セ
ラミック層６０２、およびスラブのバルク残存部分６０
３を備えている。不活性の圧電セラミック層の特徴はス
ラブの前面に切り込まれ、圧電セラミック層の厚さに亘
って延在する深さＤの溝６０５である。溝はダイシング
機の刄を用いてスラブに切り込まれている。刄の幅は溝
が所要幅寸法Ｗを有するように選定される。ダイシング
機の制御は溝を所要ピッチＰおよび深さＤで切り込むよ
うに設定される。代りに、化学エッチングを利用するフ
ォトリソグラフィ・プロセスを使用して溝を所要のピッ
チ、深さ、および幅でスラブの前面にエッチすることが
できる。他の代案として、溝を適切なレーザを用いてス
ラブの前面に削摩することができる。
【００５４】金属電極はスパッタリングによりスラブ上
に堆積される。図６に示すように、約１０００から３０
００オングストロームまでの間の所定の厚さを有する薄
い金属膜を背面電極６０６を作り、他の同様の薄い金属
膜を前面にスパッタして前面電極６０７を作る。前面電
極６０７の金属膜はスラブの前面の溝に突入してこれと
接触している。
に堆積される。図６に示すように、約１０００から３０
００オングストロームまでの間の所定の厚さを有する薄
い金属膜を背面電極６０６を作り、他の同様の薄い金属
膜を前面にスパッタして前面電極６０７を作る。前面電
極６０７の金属膜はスラブの前面の溝に突入してこれと
接触している。
【００５５】極化のプロセスは、スラブを適切な炉の中
に設置すること、スラブの温度を未加工圧電セラミック
材料のキューリー点近くにまで上げること、およびそう
してからスラブの温度をゆっくり下げながら前面電極と
背面電極とを横断して約２０kV／cmの非常に強い直流、
ＤＣ、電界を加えることから成る。溝を含む不活性の圧
電セラミック層の厚さに沿う電位差は電極間の全電位の
小さな分数に過ぎないから、不活性の圧電セラミック層
６０２は未加工圧電材料に存在する個々の強誘電領域の
ランダムな整列を保持している。したがって、不活性の
圧電セラミック層６０２は非常に弱く極化されるだけで
あり、電気機械的に不活性のままになっている。圧電セ
ラミック層の弱い極化は、更に層を確実に電気機械的に
不活性にするのに役立つ。対照的に、極化プロセスは、
圧電スラブのバルク残存部分６０３の個々の強誘電領域
の大部分を整列させる。したがって、スラブのバルク残
存部分６０３は、非常に強く極化され、電気機械的に活
性である。
に設置すること、スラブの温度を未加工圧電セラミック
材料のキューリー点近くにまで上げること、およびそう
してからスラブの温度をゆっくり下げながら前面電極と
背面電極とを横断して約２０kV／cmの非常に強い直流、
ＤＣ、電界を加えることから成る。溝を含む不活性の圧
電セラミック層の厚さに沿う電位差は電極間の全電位の
小さな分数に過ぎないから、不活性の圧電セラミック層
６０２は未加工圧電材料に存在する個々の強誘電領域の
ランダムな整列を保持している。したがって、不活性の
圧電セラミック層６０２は非常に弱く極化されるだけで
あり、電気機械的に不活性のままになっている。圧電セ
ラミック層の弱い極化は、更に層を確実に電気機械的に
不活性にするのに役立つ。対照的に、極化プロセスは、
圧電スラブのバルク残存部分６０３の個々の強誘電領域
の大部分を整列させる。したがって、スラブのバルク残
存部分６０３は、非常に強く極化され、電気機械的に活
性である。
【００５６】適合材料を溝に設置する。先に説明したと
おり、好適実施例では適合材料は空気のような気体であ
る。他の好適実施例では、適合材料はポリエチレンのよ
うな低密度適合固体である。導電リード６０８はワイヤ
ボンディング技法により、図６Ｄに示すように、金属膜
に電気的に結合される。代りに、導電リードをエポキシ
の非常に薄い層によりまたははんだ付けにより金属膜に
電気的に結合することができる。エポキシ裏打ち材６０
４を図７に示すようにスラブの背面に鋳込んでスラブを
支持する。ダイシング機は規則正しく離れている位置で
圧電スラブを通して全体を切断し、アレイの別個の圧電
セラミック素子６１０を分離する。図７に破断図で示し
た音響レンズは圧電セラミック素子の前面に適切な樹脂
から鋳込まれる。
おり、好適実施例では適合材料は空気のような気体であ
る。他の好適実施例では、適合材料はポリエチレンのよ
うな低密度適合固体である。導電リード６０８はワイヤ
ボンディング技法により、図６Ｄに示すように、金属膜
に電気的に結合される。代りに、導電リードをエポキシ
の非常に薄い層によりまたははんだ付けにより金属膜に
電気的に結合することができる。エポキシ裏打ち材６０
４を図７に示すようにスラブの背面に鋳込んでスラブを
支持する。ダイシング機は規則正しく離れている位置で
圧電スラブを通して全体を切断し、アレイの別個の圧電
セラミック素子６１０を分離する。図７に破断図で示し
た音響レンズは圧電セラミック素子の前面に適切な樹脂
から鋳込まれる。
【００５７】本発明の原理に従って音響インピーダンス
整合を行う不活性の圧電セラミック層は、圧電セラミッ
ク層が圧電セラミック素子と一体になっているので高音
響周波数での動作性能をも高める。これまで既知の超音
波変換器では、異種のインピーダンス整合層が圧電セラ
ミック素子とは別に作られて接着セメントの典型的に２
ミクロン層を用いて変換器に結合され、先に本明細書で
説明したように性能限界を生じていた。本発明の動作性
能が高められていることを示す一つの規準は超音波プロ
ーブの圧電セラミック素子のインパルス応答でのリング
・ダウン・タイムの減少である。このようなインパルス
応答は先に説明したようにディジタル・コンピュータお
よびＫＬＭモデルを使用してシミュレートすることがで
きる。
整合を行う不活性の圧電セラミック層は、圧電セラミッ
ク層が圧電セラミック素子と一体になっているので高音
響周波数での動作性能をも高める。これまで既知の超音
波変換器では、異種のインピーダンス整合層が圧電セラ
ミック素子とは別に作られて接着セメントの典型的に２
ミクロン層を用いて変換器に結合され、先に本明細書で
説明したように性能限界を生じていた。本発明の動作性
能が高められていることを示す一つの規準は超音波プロ
ーブの圧電セラミック素子のインパルス応答でのリング
・ダウン・タイムの減少である。このようなインパルス
応答は先に説明したようにディジタル・コンピュータお
よびＫＬＭモデルを使用してシミュレートすることがで
きる。
【００５８】図８は、図１に示すものと同様ではあるが
共振周波数が２０ＭＨz であって、且つ水中に放射す
る、圧電素子のインパルス応答シミュレーション図であ
る。図８に示のインパルス応答図によれば、シミュレー
ションは８６，３３１nsecの減少した６dbリング・ダウ
ン・タイム、２５６，５６６nsecの減少した２０dbリン
グ・ダウン・タイムおよび４３１，３５５nsecの減少し
た４０dbリング・ダウン・タイムを予測している。対照
的に、図１７に図示し且つ本明細書で先に説明した従来
既知の変換器のインパルス応答は長いリング・ダウン・
タイムを示している。
共振周波数が２０ＭＨz であって、且つ水中に放射す
る、圧電素子のインパルス応答シミュレーション図であ
る。図８に示のインパルス応答図によれば、シミュレー
ションは８６，３３１nsecの減少した６dbリング・ダウ
ン・タイム、２５６，５６６nsecの減少した２０dbリン
グ・ダウン・タイムおよび４３１，３５５nsecの減少し
た４０dbリング・ダウン・タイムを予測している。対照
的に、図１７に図示し且つ本明細書で先に説明した従来
既知の変換器のインパルス応答は長いリング・ダウン・
タイムを示している。
【００５９】圧電セラミック素子の表面に設けた溝の配
列および寸法を選択することにより、不活性の圧電セラ
ミック層の所要の音響的性質が種々の音響周波数の必要
条件を満足するように仕立てられる。或る代りの実施例
では、溝は、圧電セラミック素子の音響的インパルス周
波数応答を高めるために、各圧電セラミック素子に複数
組の溝を備えている。溝の各組は音響信号のそれぞれの
波長に関係するそれぞれの溝深さを有する部材を備えて
いる。このような代りの実施例は先に図４〜図７に関し
て説明したと同様の仕方で作られる。
列および寸法を選択することにより、不活性の圧電セラ
ミック層の所要の音響的性質が種々の音響周波数の必要
条件を満足するように仕立てられる。或る代りの実施例
では、溝は、圧電セラミック素子の音響的インパルス周
波数応答を高めるために、各圧電セラミック素子に複数
組の溝を備えている。溝の各組は音響信号のそれぞれの
波長に関係するそれぞれの溝深さを有する部材を備えて
いる。このような代りの実施例は先に図４〜図７に関し
て説明したと同様の仕方で作られる。
【００６０】たとえば、本発明の不活性の圧電セラミッ
ク層の第１の代りの実施例を図９に示す。先に説明した
図５の場合のように、図９はスラブと一体の不活性の圧
電セラミック層８０２、圧電セラミック層に亘って延在
する溝、およびスラブのバルク残存部分８０３を有する
圧電材料のスラブを示している。先に説明した図３とは
対照的に、図９の溝は互いに隣接して設けられた第１の
組の溝８０５、第２の組の溝８０６、および第３の組の
溝８０７、から成っている。図示したように、溝は溝が
ピッチＰ、および幅Ｗを備えるようにスラブに切り込ま
れている。第１の組の溝の各部在は音響信号の第１の波
長の四分の一の整数倍にほぼ等しいそれぞれの深さＤで
圧電素子の前面に切り込まれている。同様に、第２の組
の溝の各部材は音響信号の第２の波長の四分の一の整数
倍にほぼ等しいそれぞれの深さ寸法Ｄ１を備えている。
第３の組の溝の各部材は音響信号の第３の波長の四分の
一の整数倍にほぼ等しいそれぞれの深さ寸法Ｄ２を備え
ている。第１、第２、および第３の組の溝のそれぞれの
部材は図８に示すように「階段」状に設けられている。
一つの適合材料を各組の溝の中に堆積することができ
る。代りに、異なる適合材料を各組の溝に堆積して所要
周波数応答を得ることができる。次にスパッタリング、
極化、およびダイシングの各プロセスを、周波数応答が
向上した超音波プローブの代りの実施例を完成するため
に、先に図６および図７に関して説明したと同様の仕方
で行う。
ク層の第１の代りの実施例を図９に示す。先に説明した
図５の場合のように、図９はスラブと一体の不活性の圧
電セラミック層８０２、圧電セラミック層に亘って延在
する溝、およびスラブのバルク残存部分８０３を有する
圧電材料のスラブを示している。先に説明した図３とは
対照的に、図９の溝は互いに隣接して設けられた第１の
組の溝８０５、第２の組の溝８０６、および第３の組の
溝８０７、から成っている。図示したように、溝は溝が
ピッチＰ、および幅Ｗを備えるようにスラブに切り込ま
れている。第１の組の溝の各部在は音響信号の第１の波
長の四分の一の整数倍にほぼ等しいそれぞれの深さＤで
圧電素子の前面に切り込まれている。同様に、第２の組
の溝の各部材は音響信号の第２の波長の四分の一の整数
倍にほぼ等しいそれぞれの深さ寸法Ｄ１を備えている。
第３の組の溝の各部材は音響信号の第３の波長の四分の
一の整数倍にほぼ等しいそれぞれの深さ寸法Ｄ２を備え
ている。第１、第２、および第３の組の溝のそれぞれの
部材は図８に示すように「階段」状に設けられている。
一つの適合材料を各組の溝の中に堆積することができ
る。代りに、異なる適合材料を各組の溝に堆積して所要
周波数応答を得ることができる。次にスパッタリング、
極化、およびダイシングの各プロセスを、周波数応答が
向上した超音波プローブの代りの実施例を完成するため
に、先に図６および図７に関して説明したと同様の仕方
で行う。
【００６１】他の代わりの実施例では、急変する「階
段」パターンの代りに、滑らかな溝輪廓をエッチして、
圧電セラミック素子に、広い周波数応答または改善され
た音響感度のような、高揚した音響性能を与えている。
たとえば、このような代りの実施例は、各々が滑らかな
「Ｖ」輪廓を有して圧電セラミック素子の前面に突入し
ている溝を備えている。このような代りの実施例は先に
図４〜図７に関して説明したと同様の仕方で作られる。
たとえば、本発明の不活性の圧電セラミック層の他の代
りの実施例を図１０に示す。先に説明した図５の場合の
ように、図１０はスラブと一体を成す不活性の圧電セラ
ミック層９０２、層に亘って延在する溝、およびスラブ
のバルク残存部分９０３を有する圧電材料のスラブを示
している。先に説明した図５と対照的に、図１０の溝は
滑らかな「Ｖ」輪廓を有する溝９０５を備えている。図
示のように、溝は、ピッチＰ、幅Ｗ、および深さＤを有
するようにスラブにエッチされる。
段」パターンの代りに、滑らかな溝輪廓をエッチして、
圧電セラミック素子に、広い周波数応答または改善され
た音響感度のような、高揚した音響性能を与えている。
たとえば、このような代りの実施例は、各々が滑らかな
「Ｖ」輪廓を有して圧電セラミック素子の前面に突入し
ている溝を備えている。このような代りの実施例は先に
図４〜図７に関して説明したと同様の仕方で作られる。
たとえば、本発明の不活性の圧電セラミック層の他の代
りの実施例を図１０に示す。先に説明した図５の場合の
ように、図１０はスラブと一体を成す不活性の圧電セラ
ミック層９０２、層に亘って延在する溝、およびスラブ
のバルク残存部分９０３を有する圧電材料のスラブを示
している。先に説明した図５と対照的に、図１０の溝は
滑らかな「Ｖ」輪廓を有する溝９０５を備えている。図
示のように、溝は、ピッチＰ、幅Ｗ、および深さＤを有
するようにスラブにエッチされる。
【００６２】更に他の実施例は各圧電セラミック素子の
それぞれの前面の代りの配列の溝を備えている。たとえ
ば、各圧電セラミック素子に設けられた溝が実質上互い
に平行に配列されている図２に詳細に示した好適実施例
と対照的に、更に他の好適実施例を図１１に示すが、こ
れでは各圧電セラミック素子１００１は各圧電セラミッ
ク素子のそれぞれの前面に実質上互いに垂直に設置され
た第１および第２の組の溝１００５、１００６を有する
それぞれの不活性の圧電セラミック層１００２を備えて
いる。金属膜が各素子の前面にスパッタされて溝に突入
し且つそれと接触するそれぞれの前面電極１００７を形
成している。溝に設けられる適合材料として空気が使用
されている。図１１に示すように溝が配列されているの
で、圧電セラミック層の結合性は１−３である。先に説
明したように、溝は深さＤ、幅Ｗ、およびピッチＰを有
するようにダイシング機を使用して圧電セラミック素子
に切り込まれる。代りに、溝をフォトリソグラフィおよ
び化学的エッチング材を使用して圧電セラミック素子に
選択的にエッチするか、またはレーザを使用して削摩す
る。
それぞれの前面の代りの配列の溝を備えている。たとえ
ば、各圧電セラミック素子に設けられた溝が実質上互い
に平行に配列されている図２に詳細に示した好適実施例
と対照的に、更に他の好適実施例を図１１に示すが、こ
れでは各圧電セラミック素子１００１は各圧電セラミッ
ク素子のそれぞれの前面に実質上互いに垂直に設置され
た第１および第２の組の溝１００５、１００６を有する
それぞれの不活性の圧電セラミック層１００２を備えて
いる。金属膜が各素子の前面にスパッタされて溝に突入
し且つそれと接触するそれぞれの前面電極１００７を形
成している。溝に設けられる適合材料として空気が使用
されている。図１１に示すように溝が配列されているの
で、圧電セラミック層の結合性は１−３である。先に説
明したように、溝は深さＤ、幅Ｗ、およびピッチＰを有
するようにダイシング機を使用して圧電セラミック素子
に切り込まれる。代りに、溝をフォトリソグラフィおよ
び化学的エッチング材を使用して圧電セラミック素子に
選択的にエッチするか、またはレーザを使用して削摩す
る。
【００６３】各圧電セラミック素子のそれぞれの前面の
溝の他の代りの配列を図１２に詳細に示すが、これでは
各圧電セラミック素子１１０１は層内にエッチされた特
別な輪廓の溝１１０５を有するそれぞれの不活性の圧電
セラミック層１００２を備えている。特別な輪廓の溝は
圧電セラミック層の菱形の残余セラミック部を形成す
る。溝に突入してこれと接触しているそれぞれの前面電
極１１０７はスパッタリングにより金属膜として堆積さ
れる。金属膜は層の溝を覆っている。更に詳細な切断図
１３では電極の金属膜が切払われて不活性の圧電セラミ
ック層の弱く極化された圧電セラミック材料を示してい
る。適合材料として使用される空気は溝の中に設けられ
る。図１２に示す特別の輪廓の溝のため、圧電セラミッ
ク層の結合性は１−１である。
溝の他の代りの配列を図１２に詳細に示すが、これでは
各圧電セラミック素子１１０１は層内にエッチされた特
別な輪廓の溝１１０５を有するそれぞれの不活性の圧電
セラミック層１００２を備えている。特別な輪廓の溝は
圧電セラミック層の菱形の残余セラミック部を形成す
る。溝に突入してこれと接触しているそれぞれの前面電
極１１０７はスパッタリングにより金属膜として堆積さ
れる。金属膜は層の溝を覆っている。更に詳細な切断図
１３では電極の金属膜が切払われて不活性の圧電セラミ
ック層の弱く極化された圧電セラミック材料を示してい
る。適合材料として使用される空気は溝の中に設けられ
る。図１２に示す特別の輪廓の溝のため、圧電セラミッ
ク層の結合性は１−１である。
【００６４】図１に関して先に説明したものと同様の、
本発明の更に他の代りの実施例の非常に簡略化した断面
図を図１４に示す。図示のとおり、正面寸法を有する圧
電セラミック素子１２０１は素子の前面に深さＤだけ突
入する溝１２０５を有する一体の不活性の圧電セラミッ
ク層１２０２を備えている。しかし、図１４に示す代り
の実施例は溝に設けられる適合材料として、図１に関し
て説明した空気の代りに、ポリエチレンを備えている。
その他、代わりの実施例は、圧電セラミック層に結合さ
れた第２のインピーダンス整合層１２０６、厚さＸの第
２の層、および圧電セラミック素子１２０１のバルク音
響インピーダンスとプローブにより検査されている所要
媒体の音響インピーダンスとの間のインピーダンス整合
を更に改善するように選定された音響インピーダンスを
備えている。
本発明の更に他の代りの実施例の非常に簡略化した断面
図を図１４に示す。図示のとおり、正面寸法を有する圧
電セラミック素子１２０１は素子の前面に深さＤだけ突
入する溝１２０５を有する一体の不活性の圧電セラミッ
ク層１２０２を備えている。しかし、図１４に示す代り
の実施例は溝に設けられる適合材料として、図１に関し
て説明した空気の代りに、ポリエチレンを備えている。
その他、代わりの実施例は、圧電セラミック層に結合さ
れた第２のインピーダンス整合層１２０６、厚さＸの第
２の層、および圧電セラミック素子１２０１のバルク音
響インピーダンスとプローブにより検査されている所要
媒体の音響インピーダンスとの間のインピーダンス整合
を更に改善するように選定された音響インピーダンスを
備えている。
【００６５】本発明の特定の実施例を説明し、図解して
きたが、本発明はそのように説明され、図解された形定
の形態または部品の配列に限定されるものではなく、種
々の修正および変更を本発明の範囲および精神から逸脱
することなく行うことができる。したがって、「特許請
求の範囲」の範囲内で、本発明を特別に説明し、図解し
たとは別に実用化することができる。
きたが、本発明はそのように説明され、図解された形定
の形態または部品の配列に限定されるものではなく、種
々の修正および変更を本発明の範囲および精神から逸脱
することなく行うことができる。したがって、「特許請
求の範囲」の範囲内で、本発明を特別に説明し、図解し
たとは別に実用化することができる。
【００６６】以上本発明の各実施例について詳述した
が、各実施例の理解を容易にするために、ここで各実施
例を要約して、以下に列挙する。
が、各実施例の理解を容易にするために、ここで各実施
例を要約して、以下に列挙する。
【００６７】１． 音響信号をプローブと音響インピー
ダンスを有する媒体との間で結合する超音波プローブに
おいて、圧電セラミック材料のバルク残存部分（４０
３）と隣接する圧電セラミック層部分（４０２）を有す
る圧電セラミック材料の本体（４０１）であって、圧電
セラミック層部分およびバルク残存部分は各々それぞれ
の音響インピーダンスを備えている本体（４０１）と、
バルク残存部分の音響インピーダンスを媒体の音響イン
ピーダンスと実質上整合させるように圧電セラミック層
部分の音響インピーダンスを制御するように選択された
寸法を有する複数の溝であって、この溝は本体の表面に
設けられ、本体の圧電セラミック層部分に亘ってのみ延
在するように充分狭い複数の溝（４０５；８０５；９０
５；１００５；１１０５；１２０５）と、を備えている
超音波プローブである。
ダンスを有する媒体との間で結合する超音波プローブに
おいて、圧電セラミック材料のバルク残存部分（４０
３）と隣接する圧電セラミック層部分（４０２）を有す
る圧電セラミック材料の本体（４０１）であって、圧電
セラミック層部分およびバルク残存部分は各々それぞれ
の音響インピーダンスを備えている本体（４０１）と、
バルク残存部分の音響インピーダンスを媒体の音響イン
ピーダンスと実質上整合させるように圧電セラミック層
部分の音響インピーダンスを制御するように選択された
寸法を有する複数の溝であって、この溝は本体の表面に
設けられ、本体の圧電セラミック層部分に亘ってのみ延
在するように充分狭い複数の溝（４０５；８０５；９０
５；１００５；１１０５；１２０５）と、を備えている
超音波プローブである。
【００６８】２． 溝（４０５）は各々圧電セラミック
層部分（４０２）の中に延在するそれぞれの深さ寸法を
有しており、それぞれの深さ寸法は音響信号の１／４波
長にほぼ等しい前記１の超音波プローブである。
層部分（４０２）の中に延在するそれぞれの深さ寸法を
有しており、それぞれの深さ寸法は音響信号の１／４波
長にほぼ等しい前記１の超音波プローブである。
【００６９】３． 本体（４０１）は前面および背面を
備え、圧電セラミック層部分（４０２）は前面に一体化
されており、超音波プローブは更に、本体に電気的に結
合された１対の電極を備えており、１対の電極は本体の
背面に電気的に結合された背面電極（４０６）および本
体の前面に電気的に結合された前面電極（４０７）から
構成されている、前記１の超音波プローブである。
備え、圧電セラミック層部分（４０２）は前面に一体化
されており、超音波プローブは更に、本体に電気的に結
合された１対の電極を備えており、１対の電極は本体の
背面に電気的に結合された背面電極（４０６）および本
体の前面に電気的に結合された前面電極（４０７）から
構成されている、前記１の超音波プローブである。
【００７０】４． 前面電極（４０７）は溝（４０５；
８０５；９０５；１００５；１１０５；１２０５）の中
に突入してそれと接触している前記３の超音波プローブ
である。
８０５；９０５；１００５；１１０５；１２０５）の中
に突入してそれと接触している前記３の超音波プローブ
である。
【００７１】５． それぞれの１対の電極の間で測定し
得る誘電率は、実質上、本体（４０１）の圧電セラミッ
ク材料に固有のものと同じである前記３の超音波プロー
ブである。
得る誘電率は、実質上、本体（４０１）の圧電セラミッ
ク材料に固有のものと同じである前記３の超音波プロー
ブである。
【００７２】６． 圧電セラミック層部分（４０２）は
圧電セラミック材料のバルク残存部分（４０３）に対し
て弱く極化されている前記１の超音波プローブである。
圧電セラミック材料のバルク残存部分（４０３）に対し
て弱く極化されている前記１の超音波プローブである。
【００７３】７． 圧電セラミック材料のバルク残存部
分（４０３）は実質上電気機械的に活性になるように充
分極化されており、弱く極化されている圧電セラミック
層部分（４０２）は実質上電気機械的に不活性である前
記６の超音波プローブである。
分（４０３）は実質上電気機械的に活性になるように充
分極化されており、弱く極化されている圧電セラミック
層部分（４０２）は実質上電気機械的に不活性である前
記６の超音波プローブである。
【００７４】８． 複数の溝（４０５；８０５；９０
５；１００５；１１０５；１２０５）は約５０乃至２０
０個の範囲内の多数の溝から成る前記１の超音波プロー
ブである。
５；１００５；１１０５；１２０５）は約５０乃至２０
０個の範囲内の多数の溝から成る前記１の超音波プロー
ブである。
【００７５】９． 多数の溝（４０５；８０５；９０
５；１００５；１１０５；１２０５）の個数は約１００
である前記８の超音波プローブである。
５；１００５；１１０５；１２０５）の個数は約１００
である前記８の超音波プローブである。
【００７６】１０． 更に圧電素子（４００）のアレイ
を備えており、アレイの各圧電素子は圧電セラミック材
料のそれぞれのバルク残余部分（４０３）に隣接するそ
れぞれの圧電セラミック層部分（４０２）を有する圧電
セラミック材料のそれぞれの本体（４０１）と、それぞ
れの圧電セラミック層部分層の音響インピーダンスを制
御するためのそれぞれの厚手トンセラミック層部分を通
じて延在する溝と、を備えている前記１の超音波プロー
ブである。
を備えており、アレイの各圧電素子は圧電セラミック材
料のそれぞれのバルク残余部分（４０３）に隣接するそ
れぞれの圧電セラミック層部分（４０２）を有する圧電
セラミック材料のそれぞれの本体（４０１）と、それぞ
れの圧電セラミック層部分層の音響インピーダンスを制
御するためのそれぞれの厚手トンセラミック層部分を通
じて延在する溝と、を備えている前記１の超音波プロー
ブである。
【００７７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧電セ
ラミック材料の本体のバルク残存部分の音響インピーダ
ンスを媒体の音響インピーダンスと実質的に整合するよ
うにバルク残存部分に隣接する圧電セラミック層の音響
インピーダンスを制御するように選択した寸法の溝を圧
電セラミック材料の本体の表面に圧電セラミック層を介
して延在するように形成したので、所定の媒体との効率
のよい音響結合を行いながら、動作性能がよく、画像シ
ステムの構成要素との効率のよい電気的結合を確実に行
うことができる。また、異種の音響材料の層を圧電セラ
ミック素子に結合するのに接着セメントを使用する従来
既知の音響結合改善機構に関連する製造、信頼性および
性能上の問題点によって制限されることもなくなる。
ラミック材料の本体のバルク残存部分の音響インピーダ
ンスを媒体の音響インピーダンスと実質的に整合するよ
うにバルク残存部分に隣接する圧電セラミック層の音響
インピーダンスを制御するように選択した寸法の溝を圧
電セラミック材料の本体の表面に圧電セラミック層を介
して延在するように形成したので、所定の媒体との効率
のよい音響結合を行いながら、動作性能がよく、画像シ
ステムの構成要素との効率のよい電気的結合を確実に行
うことができる。また、異種の音響材料の層を圧電セラ
ミック素子に結合するのに接着セメントを使用する従来
既知の音響結合改善機構に関連する製造、信頼性および
性能上の問題点によって制限されることもなくなる。
【図１】本発明の好適実施例の超音波プローブの斜視図
である。
である。
【図２】図１の超音波プローブの詳細部等角投影図であ
る。
る。
【図３】図１の超音波プローブの圧電セラミック素子の
長手寸法に沿って分布する等電位線を示す説明図であ
る。
長手寸法に沿って分布する等電位線を示す説明図であ
る。
【図４】図１の超音波プローブを作る際の工程を示す簡
略等角投影図である。
略等角投影図である。
【図５】図１の超音波プローブを作る際の工程を示す簡
略等角投影図である。
略等角投影図である。
【図６】図１の超音波プローブを作る際の工程を示す簡
略等角投影図である。
略等角投影図である。
【図７】図１の超音波プローブを作る際の工程を示す簡
略等角投影図である。
略等角投影図である。
【図８】図１に示すものと同様の超音波プローブのシミ
ュレートされたインパルス応答を示すグラフである。
ュレートされたインパルス応答を示すグラフである。
【図９】本発明の圧電セラミック層を貫く溝の代りの実
施例を示す等角投影図である。
施例を示す等角投影図である。
【図１０】本発明の圧電セラミック層を貫く溝の他の代
りの実施例を示す等角投影図である。
りの実施例を示す等角投影図である。
【図１１】本発明の更に他の代りの実施例の詳細等角投
影図である。
影図である。
【図１２】本発明の更に他の代りの実施例の詳細等角投
影図である。
影図である。
【図１３】図１２に示す圧電セラミック層の更に詳細の
部分断面等角投影図である。
部分断面等角投影図である。
【図１４】本発明の更に他の代りの実施例の詳細断面図
である。
である。
【図１５】従来既知の超音波変換器の部分断面図であ
る。
る。
【図１６】従来既知、他の超音波変換器の断面図であ
る。
る。
【図１７】図１６の超音波変換器のシミュレートされた
インパルス応答を示すグラフである。
インパルス応答を示すグラフである。
４００ プローブ ４０１ 圧電セラミック素子 ４０２，１００１，１１０１，１２０１ 圧電セラミッ
ク層 ４０３，６０３，８０３，９０３ バルク残存部分 ４０５，６０５，９０５，１２０５ 溝 ４０６，６０６ 背面電極 ４０７，６０７，１００７，１１０７ 前面電極 ４０８ 導体 ６０２，８０２，９０２，１１０２，１２０２ 不活性
の圧電セラミック層 ６０４ エポキシ裏打ち材 ６０８ 導伝リード ６１０ アレイ ８０５ 第１の組の溝 ８０６ 第２の組の溝 ８０７ 第３の組の溝 １００５ 第１の溝 １００６ 第２の溝 １２０６ インピーダンス整合層
ク層 ４０３，６０３，８０３，９０３ バルク残存部分 ４０５，６０５，９０５，１２０５ 溝 ４０６，６０６ 背面電極 ４０７，６０７，１００７，１１０７ 前面電極 ４０８ 導体 ６０２，８０２，９０２，１１０２，１２０２ 不活性
の圧電セラミック層 ６０４ エポキシ裏打ち材 ６０８ 導伝リード ６１０ アレイ ８０５ 第１の組の溝 ８０６ 第２の組の溝 ８０７ 第３の組の溝 １００５ 第１の溝 １００６ 第２の溝 １２０６ インピーダンス整合層
Claims (1)
- 【請求項１】音響信号をプローブと音響インピーダンス
を有する媒体との間で結合する超音波プローブにおい
て、 圧電セラミック材料のバルク残存部分（４０３）と隣接
する圧電セラミック層部分（４０２）を有する圧電セラ
ミック材料の本体（４０１）であって、圧電セラミック
層部分およびバルク残存部分は各々それぞれの音響イン
ピーダンスを備えている本体（４０１）と、 バルク残存部分の音響インピーダンスを媒体の音響イン
ピーダンスと実質上整合させるように圧電セラミック層
部分の音響インピーダンスを制御するように選択された
寸法を有する複数の溝であって、この溝は本体の表面に
設けられ、本体の圧電セラミック層部分に亘ってのみ延
在するように充分狭い複数の溝（４０５；８０５；９０
５；１００５；１１０５；１２０５）と、 を備えている超音波プローブ。
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