JPH09299370A

JPH09299370A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH09299370A
Application number: JP8118981A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林; Akiko Mizunuma; 明子水沼; Yukihiko Sawada; 之彦沢田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な電気回路を使用できる高分解能
で良質の画像を得ることができ、細径化の要請にも対応
可能な超音波探触子を提供する。【解決手段】駆動電圧及びエコー信号を伝達するケー
ブルと、圧電素子５と、圧電素子５の音響放射面側音響
整合層と、その反対側の背面負荷層とを有し、超音波を
送受信する超音波探触子において、１枚の圧電素子５内
で位置によって自発分極の強さに差を持つ圧電素子５を
用い、前記圧電素子５の両主面に設けた電極２、３と前
記ケーブルとを電気的に導通させ、前記圧電素子５の自
発分極の強さの分布は、第０次のベッセル関数に従い、
その位置より放射される音圧の向きと大きさに対応させ
るように分布させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用等で用いる
超音波内視鏡用等において利用される超音波探触子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波探触子の一般的な構造は、
「医用超音波機器ハンドブック」、（社）日本電子機械
工業会、コロナ社、Ｐ１８６等に示される様に、背面負
荷材の両面に一対の電極を形成したＰＺＴで代表される
ような圧電セラミックス板からなる圧電素子を接着し、
更に音響整合層及び音響レンズを接着して作製される。

【０００３】この超音波探触子は、上記圧電素子にパル
サから百乃至数百ボルト程度の送信パルスを印加し、圧
電素子の逆圧電効果により急速に変形を起こさせ、この
振動を音響整合層及び音響レンズを通して効率よく被測
定物の方ヘ放射パルスを放射させる。放射された超音波
パルスは、医療用途に関しては体内の各組織の界面にお
いて、また、非破壊検査用に関しては被測定物内部の欠
陥等の非連続部から反射された後に、再び音響レンズ及
び音響整合層を通り圧電素子に機械的振動を加える。こ
の機械的振動は圧電素子の圧電効果により電気的な信号
に変換され、観測装置によって観測される。

【０００４】画像化した際の分解能を向上させるための
方法としては、放射する超音波ビームを細くするため
に、前記音響レンズや圧電素子の電極パターンを工夫し
たり、圧電素子自体を凹面化する方法が多々ある。ま
た、電極を数分割し、印加する送信パルスの電圧に差を
持たせたアニュラアレイによる音場整形が試みられてい
る。

【０００５】また、超音波探触子として、例えば特開平
２−１１１１９８号公報記載の発明がある。この発明
は、図３６、図３７に示すように、例えば、圧電セラミ
ックス１５１の一方の面側に全面電極１５２を、他方の
面側に分割電極１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃを付与し
たものである。これは、分極強度の分布を中心の分割電
極１５３ａに大きな自発分極を持たせ、外周の分割電極
１５３ｃに至るほど自発分極を弱くした圧電素子１５４
であり、また、この圧電素子１５４を使用した超音波探
触子である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波探触子による超音波画像の分解能の向上方法には
それぞれ一長一短があった。具体的には、現在公知技術
である音響レンズや凹型圧電素子を使用した超音波探触
子は、焦点近傍では超音波ビームが絞られて分解能の高
い画像を得ることが出来るが、焦点から外れるに従いビ
ーム幅は広くなり画像精度も悪くなる。そのため、実際
に観察可能な至適観察距離は狭くなってしまうという課
題があった。ここで、超音波探触子から放射される超音
波ビームの音場を測定し、この半値幅を測定してみる
と、図３８に示すように、ビーム幅の狭い領域が非常に
短くなっており、実際に観測可能な至適観察距離（焦点
深度）が狭いことがわかる（図３８の横軸は超音波ビー
ムを放射する面と測定位置との距離Ｘ［ｍｍ］、縦軸は
測定位置でのビーム幅［ｍｍ］を示す）。尚、ビーム幅
とは、ビーム軸上に直交する平面上でその面内における
最大音圧５０％（−６ｄＢ）以上の部分を意味する。

【０００７】また、アニュラアレイタイプの超音波探触
子を使用すると、パルサを数系統用意するか、回路を工
夫する等して、リング状の各電極にかかる電圧の位相を
制御することで、超音波ビームの集束点を変化させる
（焦点深度を長くする）ことが可能なことが知られてい
る。すなわち、観察したい位置に焦点を合わせて超音波
を収束させ、その部分を鮮明に観察する事ができる。ま
た、焦点を合わせる距離を変えながら数回超音波を送受
信して、受信信号を合成し、広い範囲に亘って鮮明な画
像を得ることも可能である。しかし、この方法では、圧
電素子に複数のリード線を結線する必要が生じる。複数
のリード線間でノイズが入らないようにするには、シー
ルドを確実にする必要があり、医療用等で使用する超音
波探触子においては細径化という点では不向きである。
また、前記のように位相を制御するための複雑な電気回
路が必要で観測装置のコストが大幅に上がってしまうと
いう課題がある。さらに、焦点距離を変えながら送受信
した数回分の受信信号を合成する手法では、１枚の画像
を取得するのに必要な時間が増大するために、フレーム
レート（単位時間当たりの画像数）が低下する。従っ
て、被検者の体動や呼吸、心拍等があると画像がぶれて
診断に差し支えるという課題が生じる。

【０００８】更に、アニュラアレイタイプの別な使用法
として、凹型振動子の場合は、送信時には全ての部分を
同時に駆動させて超音波を送信し、受信時は観測距離に
応じて受信する部分の面積を増やして分解能を上げると
いう方法がある。しかし、この方法も前記の場合と同様
で、配線が複雑になり製造が困難になるとともに、加算
回路をはじめとする電気回路が複雑になり、コスト的に
も高くなるとともに、信頼性の面でも低下を招くという
課題があった。

【０００９】超音波振動子から放射する超音波を、中央
部は強く、辺縁部は弱くなるように分布させると、サイ
ドローブ、つまり、本来意図しない方向への超音波の放
射を低減できる。特に正規分布（ガウス分布）のグラフ
形状の音圧分布を与えると、サイドローブ低減の効果が
高い事が知られている。特開平２−１１１１９８号の発
明はこの効果を狙ったものであるが、超音波を集束させ
る効果は無く、至適観察距離も短いという課題があっ
た。超音波振動子から放射する超音波を、第０次のべッ
セル関数の形状に分布させると、その超音波は非回折型
超音波ビーム、すなわち、拡散せずに伝搬する波となる
事が知られている。このようにして得た非回折超音波ビ
ームを用いると、超音波振動子の近傍から遠方まで均一
な太さの超音波ビームニよる画像を得る事ができる。つ
まり、近傍から遠方まで鮮明に焦点が合ったラインフォ
ーカスの画像を得る事ができる。

【００１０】このような超音波ビームを実現するために
は、同心多重リング状の電極を付けた圧電素子を用い、
各同心リング状電極にケーブルを介して駆動回路を接続
して、各電極リングに印加する駆動電圧をベッセル関数
状に分布させる方式が従来報告されている。しかし、こ
の様な方法では、圧電素子に複数のケーブルを結線する
必要がある。複数のケーブル間でノイズが入らないよう
にするには、シールドを確実にする必要があり、医療
用、特に、体腔内等で使用する超音波探触子には細径化
という点で不向きである。また、電圧と位相を制御する
ための複雑な電気回路が必要で観測装置のコストが大幅
に上がってしまうという課題がある。

【００１１】また、下記の文献には、本願発明と同様な
べッセル分極型の圧電素子を得る方法が示されている。題名：Ｂｅｓｓｅｌｂｅａｍｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｍ
ｅｔｈｏｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓ
ｕｌｔｓ著者：Ｄ．Ｋ，ＨｓｕＦ．Ｊ．Ｍａｒｇｅｔａｎ
Ｄ．Ｏ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ出典：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５５（２０），
１３Ｎｏｖ．１９８９．Ｐ２０６６〜２０６８

【００１２】上記文献では以下の方法を用いている。・２本の同心円状で深さの異なる溝と、中心の穴とを持
つ圧電素子を制作する。・溝と、反対側の面との間で、極性の異なる分極電圧を
加えて分極する。この際、隣り合う溝及び穴には極性の
異なる電圧を印加する。・溝の部分を研磨して除去し、平板の圧電素子を得る。

【００１３】しかし、この文献の方法で得られる圧電素
子では以下の欠点がある。・圧電素子を挟んで向かい合う電極間のみでなく、隣り
合う電極間でも分極電圧が印加される為、図３９に示し
た様に圧電素子１５４の主面に平行に分極される部分１
５５が発生してしまう。そのため、電圧を与えて駆動す
る際に不要な振動が発生し易く、所望の周波数以外の超
音波を、所望以外の方向に放射してしまう。それによっ
て超音波画像上にアーティファクトが発生し、超音波画
像の画質の低下をもたらす。・分極後に圧電素子の大半を研磨除去するため、制作時
間がかかる上、分極後の研磨工程や溝入れ工程を必要と
し、歩留まりも悪くなる。

【００１４】さらに、円形の圧電素子を使用する場合で
は、圧電素子の直径により圧電素子全体の大きさが決定
されてしまう。また、体腔内走査用の超音波探触子で
は、被検者の苦痛低減や、適用部位の拡大の為に挿入部
の細径化は最優先事項である。挿入部の細径化は使用す
る円形圧電素子の直径を小さくすることにつながる。し
かし、圧電素子の直径を小さくし、有効面積を減少させ
ると、電気的特性インピーダンスの不整合や送受信感度
の低下を招き、得られる超音波画像の質が悪化してしま
う。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ベッセル関数を基に部分的に分極強度を異なら
せた圧電素子を使用するとともに、部品点数、とりわけ
ケーブル数を少なくし、超音波振動子でベッセル型の非
回折音場を得るように構成し、超音波ビームのラインフ
ォーカス化を図り、比較的簡単な電気回路を使用して高
分解能で良質の画像を得ることができ、細径化の要請に
も対応可能な超音波探触子を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波探触子
は、駆動電圧及びエコー信号を伝達するケーブルと、圧
電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合層と、その
反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受信する超音
波探触子において、１枚の圧電素子内で位置によって自
発分極の強さに差を持つ圧電素子を用い、前記圧電素子
の両主面に設けた電極と前記ケーブルとを電気的に導通
させ、前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波
探触子からの音圧分布が以下の様に分布する様に定めた
ことを特徴とするものである。前記圧電素子の面上に、
幾何学的対称軸と直交する直線を選び、この直線をｘ軸
とし、このｘ軸の原点を、ｘ軸と圧電素子の幾何学的対
称軸との交点とするとき、前記ｘ軸に対してａを任意の
定数として第０次のベッセル関数ｙ＝Ｊ₀（ｘ／ａ）を
描き、ｘ軸上の各位置でのＪ₀（ｘ／ａ）の値を、ある
電圧パルスを印加した際に、Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対値が
大きい位置では自発分極を強く、Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対
値が小さい位置では自発分極を弱くするようにその位置
より放射される音圧の向きと大きさに対応させる。Ｊ₀
（ｘ／ａ）が正の位置と負の位置とで自発分極の向きを
逆にする。対称軸に沿って軸対称や線対称に圧電素子の
自発分極の強さを分布させる。前記圧電素子の自発分極
の向きは、圧電素子の全面で、両主面とほぼ垂直とす
る。

【００１７】以下に本発明についてさらに詳述する。本
発明によれば、１枚の圧電素子内で位置によって自発分
極の強さに差を持つ圧電素子を用い、前記圧電素子の両
主面に設けた電極と前記ケーブルとを電気的に導通さ
せ、前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探
触子からの音圧分布が上記の様に分布する様に定めたの
で、部品点数、とりわけケーブル数を少なくし、比較的
簡単な電気回路で使用できる高分解能な超音波探触子を
提供できる。また、超音波ビームを一様にして、超音波
画像の焦点深度を深くすることができ、これにより、超
音波プローブ近傍から遠方まで鮮明な画像を得る事がで
き、速やかに正確な診断を行うことが可能となる。ま
た、本発明は、ベッセル関数を基に部分的に分極強度を
弱めた圧電素子を使用することで、音場を整形しライン
フォーカス化（焦点深度を長くする）を図り、高分解能
な超音波画像を得ることができる。

【００１８】ここで、ベッセル関数を基に決定すると
は、以下の事を意味する。圧電素子の幾何学的対称軸と
直交する直線を選ぶ。この直線をＸ軸と呼ぶことにす
る。ｘ軸の原点は、ｘ軸と圧電素子の幾何学的対象軸と
の交点とする。この様に定義したｘ軸に対して第０次の
ベッセル関数ｙ＝Ｊ₀（ｘ／ａ）を描く。ここでａは任
意の定数である。ｘ軸上の各位置でのＪ₀（ｘ／ａ）の
値を、ある電圧パルスを印加した際に、その位置より放
射される音圧の向きと大きさに対応させる。すなわち、
Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対値が大きい位置では圧電素子の自
発分極を強く、Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対値が小さい位置で
は自発分極を弱くする。また、Ｊ₀（ｘ／ａ）が正の位
置と負の位置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に
沿って軸対称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分
布させる。自発分極の向きと大小は、図２に示す圧電素
子５を構成する圧電セラミックス１の矢印の向きとその
大小とで示している。

【００１９】また、本発明は、前記分極時に圧電素子の
少なくとも一方の表面電極を分割し、分極後に同一面の
分割された電極を結線する。さらに、本発明は、前記ベ
ッセル関数を基にした自発分極強度分布の値がゼロ及び
その近傍の表面電極が少なくとも一方に無い圧電素子を
用いる。

【００２０】本発明の超音波探触子を構成する圧電素子
５の自発分極の向き及び大小と、放射される音との関係
を以下に説明する。一定の直流電圧を印加した時の圧電
素子５の変形量は自発分極の強さに対応して定まる。ま
た、圧電素子５の変形方向は自発分極の向きによって定
まる。従って、自発分極の強さに分布を持つ圧電素子５
の全面に同一の駆動電圧を印加すると、自発分極の強度
分布に応じた形状の超音波の波面を得る事ができる。超
音波探触子用の圧電素子５の分極強度を、部分的に分極
電圧を変化させることにより、ベッセル関数的に分極の
重み付けを行う。この圧電振動子５を使用した超音波探
触子は、音響整合層を透過して疑似的なベッセルビーム
を観察物へ放射することが可能である。ベッセルビーム
は、伝搬によって拡散しない非回折波であり、超音波探
触子から放射された放射パルスもほとんど拡がること無
く伝搬していく。

【００２１】前述の様に想定したベッセル関数を基にし
た自発分極強度分布に沿って少なくとも一方の電極を分
割する。その後、各電極に分極電圧を加え、ベッセル関
数に対応した自発分極強度を持つように分極する。この
ような本発明によれば、上述した作用に加えて、圧電素
子５の分極時に圧電素子５の少なくとも一方の表面電極
が分割され、この分割された電極にそれぞれ異なった電
圧を印加し、各電極間毎に分極強度を変えた後電極を結
線若しくは形成して、一本の同軸ケーブルで駆動可能な
圧電素子５を用いて超音波探触子を構成できる。

【００２２】また、本発明の圧電素子５においては、圧
電素子５のベッセル関数の値がゼロに相当する部分及び
その近傍の表面電極が少なくとも一方に無いため、この
近傍は基本的に振動しない状態となるように電極パター
ンを設計したものである。

【００２３】また、圧電素子５として、非円形の圧電素
子５を使用することで、挿入部の細径化を図り必要な感
度や電気的インピーダンス整合を確保し、実用的な超音
波画像の画質を確保できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下に本発明の実施の形態１を説明す
る。図１は圧電素子である圧電セラミックス１の平面図
と断面図、図２はベッセル関数と圧電セラミックス１の
分割電極の位置関係を表した断面図、図３はベッセル関
数及び圧電セラミックス１の分割電極の位置そして分極
の方向と強度を表した図、図４は超音波探触子のトラン
スデューサ部の断面図、図５は圧電セラミックス１とそ
の分割電極の位置そして分極の方向と強度を表した図、
図６は超音波探触子の音響放射面近傍での音圧分布のグ
ラフ、図７は図３８と同様なビーム幅のグラフである。
また、図８は圧電セラミックス１の分割電極３を導電性
樹脂６で結線した図、図９は、実施の形態１の超音波探
触子を用いた超音波内視鏡を示す図である。

【００２５】まず、図１に示すように、圧電素子である
圧電セラミックス１としてＰＺＴ系の材料で直径１０ｍ
ｍ、厚さ１６０μｍのラッピングした素体を用意し、こ
の素体の一方の面に銀ペーストを全面に塗布した全面電
極２を、そして他方の面に同心多重リング状の分割電極
３を印刷、焼付けする。この多重リング状の分割電極３
は、図２に示すように、第０次のべッセル関数を基にパ
ターン化されたもので、ｘ−ｙ座標系のｙ＝０の近傍に
分割電極３がないような構成になっている。この片側が
多重リング状に分割された分割電極３を持つ圧電素子５
を下記の様な条件にて分極した。まず、図３に示すよう
に、ベッセル関数の電極部に相当する部分の値の平均値
を計算し、図２のベッセル関数と同じグラフに示したよ
うな音圧を放射するように分極の割合を決定する。

【００２６】そして、前記計算値と等しくなるような圧
電定数ｄ₃₃となるように、各分割電極３により分極電圧
を変えて分極していく。分極は８０℃のシリコンバス中
で実施し、予め材料毎に求めておいた圧電定数ｄ₃₃と分
極電圧を基に分極した。尚、これも事前に実験して確認
済の結合係数Ｋ₃₃と圧電定数ｄ₃₃との関係から、容易に
測定可能な結合係数Ｋ₃₃から分極の状態を確認した。
尚、ベッセル関数が負の値を持つ領域は分極方向を反転
して分極を行う。

【００２７】このようにして得られた圧電素子５側の電
極３を図８に示した導電性樹脂６にて結線した後、図４
に示す絶縁筒１３を介してＳＵＳ製のハウジング１２に
分割電極３が内側にくるようにして固定する。表面側の
全面電極２からハウジング１２へは導電性樹脂６を使用
して結線する。その後、表面側の全面電極２の表面に音
響整合層７として６０μｍの厚さにエポキシ樹脂を形成
する。そして、リング状に分割した分割電極３の一箇所
とハウジング１２とに同軸ケーブル１１の芯線９、周線
１０をそれぞれ半田１４等で結線する。

【００２８】そして、エポキシ樹脂とタングステンを混
合した背面負荷材８をリング状に分割した分割電極３側
に注型して硬化させ、図４に示すような超音波探触子の
トランスデューサ部１６を作製する。このトランスデュ
ーサ部１６を使用した超音波内視鏡を図９に示す。この
超音波内視鏡は、操作者が保持する操作部３１に軟性の
挿入部３２が結合されており、操作部３１と、図示して
ないが超音波診断装置や光源とはコード３５で接続され
ている。前記挿入部３２の先端部を拡大した状態を図１
０に示す。この挿入部３２の先端部には、音響窓３３が
設けられている。音響窓３３は、約０．２ｍｍの薄い硬
質ポリエチレンで形成している。音響窓３３は水密に封
止され、内部に前記トランスデューサー部１６が回動可
能に配置されている。また、音響窓３３の内部は音響伝
達媒体３４で満たされている。音響伝達媒体３４として
は、水を用いる。

【００２９】操作者は既存の超音波内視鏡と同様に挿入
部３２を被検者の体腔内に挿入し、光学的な観察及び超
音波診断を行う。超音波診断を行う際には、操作部３１
又は図示しない超音波診断装置に設けられたスイッチを
操作して、トランスデューサ部１６を回転させるととも
に、観測装置内の図示しないパルサーにより送信パルス
を印加する。送信パルスは前記同軸ケーブル１１を介し
て圧電素子１に印加される。

【００３０】上記構成の様な方法で作製した圧電セラミ
ックス１の断面は、図２の下欄に示すような分極方向と
強さを持つものとなっている。具体的には、分割電極３
の中心付近の自発分極４の強さは大きく、外周に至るに
つれて分割電極３間の自発分極４の強さは小さくなって
いく。この様な圧電素子である圧電セラミックス１の全
面に一様な電圧を印加すると、分極強度の大きい部分は
変形量も多くなり、また、分極方向と印加する電圧の極
性とにより変形の方向が決定される。

【００３１】本実施の形態１のように、ベッセル関数に
基づいて圧電素子５を構成する圧電セラミックス１の分
割電極３の配置を決定し、分極強度に差を持たせた圧電
セラミックス１を用いて、図４に示すような超音波探触
子のトランスデューサ部１６を作製し、図示しないパル
サーより送信パルスを圧電素子５に印加すると、放射さ
れる超音波ビームはベッセル関数に近似したものとな
る。

【００３２】以上に述べた原理により、圧電素子５を構
成する圧電セラミックス１に送信パルスを印加すると、
ベッセル関数状の音圧分布の超音波パルスが放射され
る。先にも述べたように、ベッセル関数の音圧分布の超
音波は非回折型超音波ビーム、すなわち、拡散せずに伝
搬する波となる。放射された超音波ビームは音響伝達媒
体３４と音響窓３３を透過して、ほぼ一様な太さで被検
者の体内へ向けて伝搬していく。この時、音響伝達媒体
３４としては、生体とほぼ均しい音速を持つ水を使用し
ており、音響窓３３には超音波ビームの透過性を高める
ため、薄い硬質ポリエチレンを使用しているため、これ
らを透過する際の超音波ビームの減衰や音場の乱れは無
視できるレベルである。

【００３３】また、受信時の指向性特性は、送信時の指
向性特性と相似となるため、送信音場と同様にほぼ一様
な太さの領域からの反射エコーを効率良く受信する。こ
のようにして得た超音波ビームを用いると、超音波振動
子の近傍から遠方までほぼ均一な太さの超音波を送受信
して超音波画像を得る事ができる。つまり、近傍から遠
方まで鮮明に焦点が合ったラインフォーカスの画像を得
る事が可能となる。

【００３４】尚、図５に示した圧電セラミックス１を用
いた超音波トランスデューサ部１６にパルサーによる送
信パルスを印加すると、音響整合層７の近傍では放射さ
れる超音波パルスの音圧分布は、ベッセル関数に近似し
たものとなる。

【００３５】上記音響整合層７の近傍（距離約１ｍｍ）
の超音波の音圧分布を、ハイドロフォンで測定した測定
結果を図６に示す。この図６は、ベッセル関数の絶対値
Ｊ₀（ｘ）と、このベッセル関数系の音圧分布をハイド
ロフォンで測定した場合の計算値Ｊ₀（ｘ）の面積につ
いて平均化した理論値（Ｊ₀（ｘ）ａｖｅｒａｇｅ及び
音圧の測定結果（Ｙ，Ｚ）を直交する２軸で表したもの
であり、実際の放射音圧が理論値（Ｊ₀（ｘ）ａｖｅｒ
ａｇｅ）に非常に近似していることが分かる。ここに、
ｘは、トランスデューサ部１６の対称軸からの距離であ
る。

【００３６】ここで、Ｊ₀とＪ₀（ｘ）ａｖｅｒａｇｅ
との関係について説明する。ハイドロホンの受音部は、
直径０．６ｍｍ程度の寸法を持っている。従って、ハイ
ドロホンが実際に測定するのは、ある１点の音圧では無
く、受音部の音圧の平均値である。そのため、複雑な音
場分布をハイドロホンで測定すると、実際の分布よりも
なだらかな分布として測定される。理論的なベッセル分
布音場を、直径０．６ｍｍ毎に平均化して測定した場合
の分布を計算したのが図６中のＪ₀（ｘ）ａｖｅｒａｇ
ｅである。

【００３７】ベッセルビームは非回折ビームとして知ら
れているが、本実施の形態１によるトランスデューサ部
１６の音場を測定し、ビーム幅を測定してみると、図７
（横軸は超音波ビームが放射する面と測定位置との距離
Ｘｍｍ、縦軸は測定位置でのビーム幅ｍｍ）に示すよう
に超音波ビームが一様の太さで、従来には見られない至
適観察距離（焦点深度）の長い超音波探触子を作製する
ことが可能となる。そのため、同軸ケーブルが１本でパ
ルサーが１系統の超音波探触子という、電気回路及びト
ランスデューサ部１６の構成が簡易で安価な、高分解能
の超音波探触子を作製できる。また、超音波観測装置は
従来公知の物を流用可能であるため、既存の設備を有効
利用できる。

【００３８】図１１に、本実施の形態１の超音波探触子
のトランスデューサ部１６より放射される音圧の実測値
を示す。図１１の左端にトランスデューサ部１６を設置
して送信パルスを印加して放射して形成した超音波音場
を、有効径の０．６ｍｍのハイドロホンによって実測し
た。音圧データは、音軸に垂直な各ライン毎に、音軸上
の音圧で無次元化して、等高線で表示した。中央の高音
圧部が、ほぼ一定の幅で継続していることが分かる。

【００３９】図１２に、本実施の形態１の効果の概念図
を示す。図１２は、超音波探触子のトランスデューサ部
１６を含み、超音波内視鏡の挿入部３２の軸と垂直な面
をとった場合の断面図である。図１２中に、本実施の形
態１を適用した超音波内視鏡、及び従来の超音波内視鏡
の音響窓３３より放射される音場の概略パターンが示さ
れている。従来の場合としては、圧電セラミックスの音
響放射面側に音響レンズを付けて、超音波を収束させた
場合と、音響レンズを付けない場合の両方について示し
た。最も音場が絞られた位置における超音波ビームは従
来の音響レンズを使用した場合の方が細くできる。しか
し、本実施の形態１を適用した場合の方が、広い範囲に
亘って細い音場を得る事ができる。

【００４０】尚、本実施の形態１では、音響整合層７は
エポキシ樹脂の一層構造であるが、例えば、アルミナ等
をフィラーとして混入させたエポキシ樹脂とエポキシ樹
脂との２層構造の音響整合層や、マシナブルセラミック
スフィラーの入ったエポキシ樹脂、そして、ポリエチレ
ンといったような３層構造の音響整合層を持つもので
も、当然ながら同様な効果が得られる。

【００４１】なお、本実施の形態１では導電性樹脂を用
いて多重リングの分割電極間を結線しているが、この結
線方法は圧電素子５の分極が消極しない温度範囲であれ
ばよく、導通さえ得られれば、図１３に示すように導電
性を有する細線２１を半田２２により接続したり、熱圧
着等の他の手法を用いても同様な動作をする。

【００４２】また、圧電セラミックス１上で結線を行う
代わりに、背面負荷材８に導電性の材料を用いて背面負
荷材８を介して各分割電極３を電気的に接続しても良
い。この場合、背面負荷材８としてはエポキシ樹脂に金
属の細線又は粒子を高濃度で混ぜこんだものを使用す
る。そして、分割電極３側の面に背面負荷材８を配置す
る。

【００４３】さらに、別の変形例として図１４に示すよ
うに、圧電セラミックス１の分割電極３側の面全面にス
パッタリング等の方法で金属膜２３を形成しても良い。
この方法を用いると、分割電極３を線状に接続する場合
よりも確実な電気的接続が得られ、信頼性が向上する。
また、図１５に示すように、ベッセル関数の１つの山あ
るいは谷を２本以上に分割して、各々の分割電極３の部
分の自発分極強度を変えても良い。この様にすると、よ
り正確にべッセル関数状の音圧分布を得る事ができるの
で、ラインフォーカスを得られる範囲が広くなる。

【００４４】また、本実施の形態１は第０次のベッセル
関数で、中心を除く＋側の山が片側２個、−側の谷が２
個の物を示したが、中心を除く＋側の山が片側１個、−
側の谷がｌ個以上であれば非回折ビームを実現でき、本
実施の形態１と同様な効果が得られる。既述した図５
は、中心を除く＋側の山が片側１個、−側の谷が１個の
圧電素子５の分割電極３の位置、そして分極の方向と強
度４とを表した図である。ただし、この山谷の数が多い
方が精度良くベッセル方音圧分布を近似しており、音場
が非回折ビームとして拡散せずに伝搬する距離が長くな
る。

【００４５】また、本実施の形態１では、リング状電極
を付与後分極したが、先に本願出願人が提案したよう
に、少なくとも圧電セラミックス１の片側に電極を設け
ず、導電ゴムや導電体と絶縁体からなる電極を圧電セラ
ミックス１に接触させた状態で分極を施し、その後スパ
ッタリングや蒸着といった消極しない温度範囲で成膜で
きる方法で、全面に電極を付与しても同様な効果を得る
事ができる。

【００４６】図１６、図１７に実施の形態１のトランス
デューサ部１６を経直腸プローブ４０に適用した例を示
す。経直腸用の為、光学観察系は無く、挿入部４１は硬
性である。また、先端部４２の直径は約２５ｍｍで音響
窓４３が形成されている。図１６、図１７に示す経直腸
プローブ４０では、比較的太いものも使用可能であるた
め、トランスデューサ部１６及び圧電セラミックス１も
大きい物を用いることができる。そのため、ベッセル関
数の山谷の数を図２よりも増加させ、より正確なベッセ
ル型音圧分布の超音波ビームを放射する事ができる。こ
れにより、超音波ビームが拡散せず、鮮明な超音波画像
を得られる領域が拡大する。また、直腸壁のみでなく、
周辺のりンパ節や、前立腺等周辺臓器の観察、診断に有
用である。また、強力な連続波超音波を放射できる図示
しない治療用振動子をプローブに内蔵し、超音波治療と
超音波診断とを行う治療用プローブとすることもでき
る。

【００４７】図１８乃至図２０に実施の形態１のトラン
スデューサ部１６を、経鉗子チャンネル用細径プローブ
５０に適用した例を示す。これは、直径２ｍｍ程度の細
くて柔軟な、光学系を持たない超音波プローブである。
図１８に示すように、通常の内視鏡の鉗子チャンネル入
口５１を介して目的部位に誘導し超音波診断を行う。図
１８では、矩形の圧電素子上に実施の形態１と同様に同
心円状の分極分布を与えた最外周の円形の分極分布の外
側は分極強度を０にしたものを用いた。

【００４８】前記トランスデューサ部１６を用いると、
超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出力の経鉗子
チャンネル用細径プローブ５０でも遠方まで超音波が届
き、観察、診断が可能である。

【００４９】（実施の形態２）図２１に本発明の実施の
形態２を示す。実施の形態２では、矩形の圧電素子５に
適用した例を示す。矩形の辺の長さをｓ、ｔとする。矩
形の中心、すなわち対角線の交点にｘ，ｙ座標の原点を
一致させる。点（Ｘ、Ｙ）が原点と長さｓの辺からなる
三角形に含まれる場合に、Ｊ₀（Ｘ＊ｓ＊ａ）、原点と
厚さｔの辺からなる三角形に含まれる場合にＪ₀（Ｙ＊
ｔ＊ａ）に比例する、すなわち、幾何学的中心が同一で
相似形状の方形状の図２１の下段に示すような等高線を
持つ音圧を放射する様に自発分極の強さを定める。この
様にして定めた自発分極分布を持つ圧電素子を利用し
て、実施の形態１と同様にトランスデューサ部１６を作
成し、超音波内視鏡等に使用する。尚、図２１の上段
は、放射音圧分布の目標とするベッセル関数の分布を示
すものである。ここでは、かけ算を示す。

【００５０】図２２に示すように、このトランスデュー
サ部１６によれば、超音波ビームの各断面においては、
図１２に示す場合と同様、ベッセル関数状に音圧が分布
して拡散しない非回折音場（実線で示す）が得られる。

【００５１】実施の形態２によれば、円形の超音波振動
子と同様の超音波放射面積を確保しながら、超音波内視
鏡等のより細い挿入部３２を実現することができる。こ
れは、挿入性向上や被検者の苦痛低減に有効である。と
りわけ、図１８に示す様な細径の超音波プローブに適用
すると有効である。

【００５２】（実施の形態３）図２３に実施の形態３の
楕円形の分極強度分布を持ったトランスデューサ部１６
を示す。楕円の長径、短径の長さをｓ、ｔとする。楕円
形の中心、すなわち２つの焦点の中点にｘ，ｙ座標の原
点を一致させる。楕円の長径、短径をｘ軸、ｙ軸に一致
させる、実施の形態１の図２に示した円形上でのべッセ
ル分布をｙ座標方向にｓ／ｔ倍にした形状の音圧分布を
放射するように自発分極分布を定める。

【００５３】実施の形態３によれば、図２３に示すよう
に、超音波ビームの各断面においては、ベッセル関数状
に音圧が分布しているため、本実施の形態３に示した構
成のトランスデューサ部１６を使用しても、伝搬によっ
て拡散しない非回折音場が得られる。すなわち、円形の
トランスデューサ部１６と同様の超音波放射面積を確保
しながら、超音波内視鏡等のより細い挿入部３２を実現
する事ができる。これは、挿入性向上や被検者の苦痛低
減に有効である。また、実施の形態２と異なり、自発分
極の分布及びそれに伴う放射音圧の分布に角部が無いた
め、エッジによる音場の乱れが無い。このため、より長
い範囲に亘ってベッセル型非回折音場が保たれ、拡散せ
ずに超音波が伝搬し、鮮明な超音波画像を得る事ができ
る。尚、図２３では圧電素子５は矩形としたが、圧電素
子５自体を楕円形、長円形にしても実施可能である。

【００５４】（実施の形態４）図２４乃至図２６に、リ
ニアアレイ型超音波探触子をラパ用超音波プローブ６０
（ウルトラソニックラパロプローブ）に適用した例
を示す。ラパ用超音波プローブ６０では、超音波探触子
が硬性の挿入部６１の先端に設置されている。挿入部６
１の後端には、操作者が把持するための把持部６２があ
り、把持部６２はコード６３を介してコネクタ６４に接
続されている。コネクタ６４は図示しない超音波観測装
置に接続可能である。

【００５５】リニアアレイ型超音波探触子の基本的な構
成は、公知のものと同一なので、概略のみ説明する。リ
ニアアレイ型超音波探触子は、小さな矩形の圧電セラミ
ックス１からなる小素子が横一列に並んでおり、各小素
子に駆動電圧の印加と信号送受信の為の図示しないケー
ブルが接続された構成になっている。また、音響整合層
７および背面負荷材８が、圧電セラミックス１の表面及
び裏面に各々設置されている。圧電素子５の各小素子
は、図２４に示すように、ベッセル関数型の音場を放射
するように分極されている。具体的には各小素子の長辺
に平行な軸上に、この長辺の中点を原点としてｘ軸を想
定した場合に、Ｊ₀（ｘ／ａ）（ａは定数）のベッセル
関数を置き、そのベッセル関数を短辺に沿って平行移動
した形の分布音圧が得られるような自発分極分布を持た
せる。圧電素子５の各小素子は、これら小素子の短軸方
向に沿って直線状に並んでいる。

【００５６】この小素子の並んでいる方向が、超音波探
触子の長軸方向になる。超音波探触子の長軸方向につい
ては、公知の電子フォーカス技術により焦点一を制御
し、必要な位置で鮮明な画像を得られる様に制御する。
一方、超音波探触子の短軸方向については、圧電素子５
の自発分極分布により、図２４に示すようなベッセル関
数型の音圧分布の超音波が放射されるため、非回折音場
が形成される。

【００５７】従来公知の電子走査型リニアアレイ超音波
探触子では、超音波探触子の長軸方向、すなわち、走査
面内方向では電子フォーカスにより、超音波ビームの焦
点位置を制御し、必要な部位を鮮明に描出できた。しか
し、超音波探触子の短軸方向、すなわち、走査面の厚さ
方向については圧電素子５の上に設置した音響レンズの
みで超音波ビームを制御していた。したがって、音響レ
ンズの焦点付近では、図２８に示すように、超音波ビー
ムが細くなり鮮明な画像が得られるが、それ以外の位置
では超音波ビームが拡がり、画像がぼやけてしまってい
た。

【００５８】本実施の形態４の構成では、図２８に示す
ように、走査面の厚さ方向にほぼ一様な太さの超音波ビ
ームが得られる為、超音波画像全域にわたって鮮明な画
像を得る事ができる。特に、従来の音響レンズ方式では
超音波ビームが拡散してしまう様な、遠方領域の描出に
効果的である。

【００５９】尚、本実施の形態４の圧電素子５の形状は
正方形であっても良い。また、本実施の形態４は、電子
リニア走査式超音波プローブのみでなく、図２７に示す
ような電子コンベックス走査式の超音波ブローブ７０に
も適用可能である。図２７の電子コンベックス走査式の
超音波ブローブ７０を用いた図２９に示す内視鏡は、基
本的には図２５に示す実施の形態４と同様の構成の圧電
素子５を構成する圧電セラミックス１の配列を、凸形状
に曲げた形状になっている。尚、この場合には、超音波
プローブ７０の表面形状に合わせて駆動電圧の印加タイ
ミングを選択し、放射される超音波の波面が音軸と垂直
な平面となるようにする。

【００６０】本実施の形態４によれば、画角が広いコン
ベックス走査式超音波探触子に上述した技術を適用する
事で、より広汎な適用部位を鮮明に描出可能となる。

【００６１】本実施の形態４は電子リニア走査式超音波
プローブのみでなく、図３１に示すような電子ラジアル
走査式の超音波プローブ７１にも適用可能である。尚、
図３０に示す電子コンベックス走査式超音波内視鏡は、
基本的には実施の形態４と同様の構成の圧電素子５の配
列を、図３１に示すように凸形状にしている。この場合
には、超音波ブローブ７１の表面形状に合わせて駆動電
圧の印加タイミングを選択し、放射される超音波の波面
が音軸と垂直な平面となるようにする。

【００６２】本実施の形態４によれば、管腔内部からの
走査を行う際に有利な電子ラジアル走査式の超音波プロ
ーブ７１に上述した技術を適用する事で、より広汎な適
用部位を鮮明に描出可能となる。ラジアル走査では、遠
方に行くほど音線間隔が広がり、超音波が減衰していく
が、本実施の形態４の構成のトランスデューサ部１６を
用いると、超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出
力の細径プローブを使用しても遠方まで超音波が届き、
観察、診断が可能となる。また、電子ラジアル走査式超
音波プローブを組み込む超音波観測装置は従来公知の物
を流用可能である。

【００６３】（実施の形態５）図３３乃至３５に本発明
の実施の形態５を示す。超音波探触子の部分の構造は、
実施の形態４と同様である。本実施の形態５は、圧電素
子５の駆動方法が実施の形態４と異なる。既述した実施
の形態４では、公知の電子フォーカス方式を用いて、圧
電素子５の各小素子の駆動タイミングのずれによって焦
点位置を制御している。本実施の形態５では、各小素子
の駆動タイミングを同一にして、送信パルスの極性と大
きさを第０次のベッセル関数に基づいて定める。送信パ
ルスの極性と大きさの定め方は以下の通りである。

【００６４】１本の音線を生成するのに用いる圧電素子
５を構成する小素子列を１ブロックとする。小素子の配
列方向にｙ軸を定め、１ブロックの幾何学的中心をｙ軸
の原点とする。ｙ軸に沿って第０次のベッセル関数Ｊ₀
（ｙ／ｂ）を想定する。ここで、ｂは定数である。図３
に示し場合と同様に、この第０次のベッセル関数の値を
各小素子の長さ毎に平均化する。その値を各素子の放射
すべき目標音圧とする。

【００６５】圧電素子５の圧電セラミックス１を駆動す
る際に、高い電圧で駆動すると、高い音圧が、低い電圧
で駆動すると低い音圧が放射される事、及び送信パルス
の極性を逆にすると、放射される音圧の極性も反転する
事を利用し、駆動電圧とその極性を先に得た目標音圧を
放射するように制御する。

【００６６】既述した実施の形態４では、小素子の配列
方向に関しては従来公知の電子フォーカスを用いてい
る。従って、フォーカス位置以外では図３５に示すよう
に超音波ビームが広がってしまう。尚、図３４は、図３
３のＡ方向から見た既述した図２８と同様な音場の概略
を、図３５は、図３３のＢ方向から見た音場の概略を示
すものである。

【００６７】本実施の形態５の構成によれば、小素子の
配列方向に関してもベッセル型の非回折超音波ビームが
得られる。従って、各音線につき１回の超音波送受信で
全体が鮮明な画像が得られるので、フレームレートの向
上が可能である。

【００６８】本実施の形態５の変形例を以下に説明す
る。１ブロックの素子の幅（小素子の長さ）をｓ、１ブ
ロックの長さをｔとする。このとき、ｂ＝ｔａ／ｓの関
係が成立する様に定数ａ、ｂの値を定めた実施の形態５
の超音波プローブを変形例として挙げることができる。
この超音波プローブの１ブロックを駆動する際に、前記
小素子の配列方向と走査面厚方向とで、ベッセル関数の
山谷の数が一致する。そのため、超音波ビームの音軸を
含む任意の断面内の音圧分布がベッセル関数状に分布す
る。従って、より正確な非回折超音波ビームを放射可能
である。

【００６９】図３５に示すように、走査面の厚さ方向に
ほぼ一様な太さの超音波ビームが得られる為、超音波画
像全域にわたって鮮明な画像を得る事ができる。前記挿
入部６１が軟性のタイプの超音波プローブにも本実施の
形態５は適用できる。また、適用部位は既述したラパ用
超音波プローブに限定されず、体外からの腹部超音波診
断用、体肢内走査の為の超音波内視鏡にも応用可能であ
る。

【００７０】さらに、本実施の形態５は、電子リニア走
査式超音波プローブのみでなく、電子コンベックス走査
式超音波プローブにも適用可能である。このように、画
角が広いコンベックス走査式超音波探触子に本実施の形
態５の技術を適用する事で、より広汎な適用部位を鮮明
に描出可能である。

【００７１】また、本実施の形態５は、電子リニア走査
式超音波プローブのみでなく、電子ラジアル走査式超音
波プローブにも適用可能である。このように、管控内部
からの走査を行う際に有利なラジアル走査式超音波プロ
ーブに上述した技術を適用する事で、より広汎な適用部
位を鮮明に描出可能である。ラジアル走査では、遠方に
行くほど音線間隔が広がり、超音波が減衰していくが、
本実施の形態５の構成のトランスデューサ部１６を用い
ると、超音波ビームの拡散が少ない為、小型で低出力の
細径プローブでも遠方まで超音波が届き、観察、診断が
可能である。

【００７２】以上説明した本発明によれば以下の構成を
付記することができる。（１）駆動電圧及びエコー信号を伝達するケーブルと、
圧電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合層と、そ
の反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受信する超
音波探触子において、１枚の圧電素子内で位置によって
自発分極の強さに差を持つ圧電素子を用いた事を特徴と
する超音波探触子。前記圧電素子は、少なくとも１本の
幾何学的対称軸を持つ。前記圧電素子の自発分極の向き
は、圧電素子の全面で、両主面とほぼ垂直である。前記
圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探触子から
の音圧分布が以下の様に分布する様に定める。圧電素子
の面上に、幾何学的対称軸に任意の１本と直交する直線
を選ぶ。この直線をｘ軸と呼ぶことにする。ｘ軸の原点
は、ｘ軸と選択された圧電素子の幾何学的対称軸との交
点とする。この様に定義したｘ軸に対して第０次のベッ
セル関数ｙ＝Ｊ₀（ｘ／ａ）を描く。ここでａは任意の
定数である。さらに、定義したベッセル関数を階段状に
近似する。ｘ軸上の各位置での、階段状近似したＪ
₀（ｘ／ａ）の値を、ある電圧パルスを印加した際に、
その位置より放射される音圧の向きと大きさに対応させ
る。すなわち、階段状近似したＪ₀（ｘ／ａ）の値が大
きい位置では自発分極を強く、階段状近似したＪ₀（ｘ
／ａ）の値が小さい位置では自発分極を弱くする。ま
た、階段状近似したＪ₀（ｘ／ａ）が正の位置と負の位
置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に沿って軸対
称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分布させる。

【００７３】（２）前記圧電素子の自発分極強度は同心
円状に分布してしいる付記（１）記載の超音波探触子。

【００７４】（３）（楕円を追加）前記圧電素子の自発分極強度は、幾何学的中心を同一と
し、かつ、両焦点が同一直線上に配列された相似形の楕
円状に分布している付記（１）又は（２）記載の超音波
探触子。

【００７５】（４）（方形分布の拡張）前記圧電素子の自発分極強度は、幾何学的中心を同一と
し、かつ、対応する各辺が平行である相似形状の方形に
分布している付記（１）又は（２）記載の超音波探触
子。

【００７６】（５）（直線状分布の拡張）前記圧電素子の自発分極強度は、ｘ軸と直交する軸の方
向に関しては一定に分布している付記（１）又は（２）
記載の超音波探触子。

【００７７】（６）（アレイの不均一強度パルス駆動）駆動電圧及びエコー信号を伝達する複数のケーブルと、
複数の圧電素子と、各圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、同時に複数の
圧電素子を駆動する事により超音波を送受信する、配列
型超音波探触子において、各々の圧電素子に印加される
駆動電圧パルスの強さの分布は、超音波探触子からの音
圧分布が以下の様に分布する様に定めた超音波システ
ム。超音波振動素子列の面上に、配列方向に平行な直線
を選ぶ。この直線をｘ軸と呼ぶことにする。ｘ軸の原点
は、同時に駆動される複数の超音波振動子内の１振動子
の幾何学的対称軸とｘ軸との交点とする。この様に定義
したｘ紬に対して第０次のベッセル関数Ｙ＝Ｊ₀（ｘ／
ａ）を描く。ここでａは任意の定数である。さらに、定
義したベッセル関数を階段状に近似する。ｘ軸上の各超
音波振動子の幾何学的対称軸に関して、階段状近似した
Ｊ₀（ｘ／ａ）の値を、ある電圧パルスを印加した際
に、その位置より放射される音圧の向きと大きさに対応
させる。すなわち、階段状近似したＪ₀（ｘ／ａ）の値
が大きい位置に相当する超音波振動子には電圧の絶対値
が大であるパルスを印加し、階段状近似したＪ₀（ｘ／
ａ）の値が小さい位置には電圧の絶対値が小であるパル
スを印加する。また、階段状近似したＪ₀（ｘ／ａ）が
正の位置と負の位置とでは、印加するパルス電圧の極性
を逆とする。

【００７８】（７）（アレイへの自発分布適用への単純
拡張）駆動電圧及びエコー信号を伝達する複数のケーブルと、
複数の圧電素子と、各圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、複数の圧電素
子を駆動する事により超音波を送受信する音線を形成す
る、配列型超音波探触子において、個々の超音波振動子
内の自発分極の分布を、付記２においてｘ軸を該超音波
振動子の配列方向と直交する軸として示した場合の分極
分布にせしめた超音波システム。

【００７９】（８）複数の圧電素子を駆動する際に、駆
動パルスを与えるタイミングをずらして超音波の収束位
置を制御する付記（７）記載の超音波システム。

【００８０】（９）（不均一強度駆動型アレイヘの自発
分極分布適用への単純拡張）個々の超音波振動子内の自発分極の分布を、付記（２）
においてｘ軸を該超音波振動子の配列方向と直交する軸
とした示した場合の分極分布にせしめた付記（６）記載
の超音波システム。

【００８１】（１０）（コンベックスアレイヘの拡張）超音波トランスデューサ群を、ｙ軸に平行な配列方向で
あり、かつ、立体的にはコンベックス曲面（円筒の一部
分よりなる凸面）上に配列せしめた付記（６）又は
（７）又は（９）記載の超音波システム。

【００８２】（１１）（ラジアルアレイヘの拡張）超音波トランスデューサ群を、ｙ軸に平行な配列方向で
あり、かつ、立体的には円筒面上に整列せしめた付記
（６）又は（７）又は（９）記載の超音波システム。

【００８３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、超音波ビ
ームのラインフォーカス化を図り、比較的簡単な電気回
路を使用できる高分解能で良質の画像を得ることがで
き、細径化の要請にも対応可能な超音波探触子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の圧電素子の平面および
断面を示す図である。

【図２】実施の形態１のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置関係を示す図である。

【図３】実施の形態１のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置、分極の方向、強度を示す図である。

【図４】実施の形態１のトランスデューサ部を示す断面
図である。

【図５】実施の形態１のベッセル関数および圧電素子の
電極の位置、分極の方向、強度を示す図である。

【図６】実施の形態１の超音波探触子の音圧分布を示す
グラフである。

【図７】実施の形態１のビーム幅を示すグラフである。

【図８】実施の形態１の分割電極の結線状態を示す図で
ある。

【図９】実施の形態１の超音波探触子を用いた超音波内
視鏡を示す図である。

【図１０】超音波内視鏡に組み込んだトランスデューサ
部を示す部分拡大図である。

【図１１】実施の形態１の超音波探触子の音圧分布の実
測値を示す説明図である。

【図１２】実施の形態１及び従来例の超音波探触子の音
場を示す説明図である。

【図１３】実施の形態１の圧電素子の結線状態の変形例
を示す図である。

【図１４】実施の形態１の圧電素子の結線状態のさらに
別の変形例を示す図である。

【図１５】実施の形態１の圧電素子の超音波の音圧分布
およびベッセル関数を示す図である。

【図１６】実施の形態１における経直腸プローブを示す
図である。

【図１７】実施の形態１における経直腸プローブに組み
込んだトランスデューサ部を示す部分拡大図である。

【図１８】実施の形態１における経鉗子チャンネル用細
径プローブを示す図である。

【図１９】実施の形態１における経鉗子チャンネル用細
径プローブを示す拡大図である。

【図２０】実施の形態１における経鉗子チャンネル用細
径プローブに組み込んだトランスデューサ部を示す部分
拡大図である。

【図２１】実施の形態２における矩形のトランスデュー
サ部および放射音圧分布を示す説明図である。

【図２２】実施の形態２及び従来例の音場を示す概略図
である。

【図２３】実施の形態３における矩形のトランスデュー
サ部および放射音圧分布を示す説明図である。

【図２４】実施の形態４における圧電素子を示す斜視図
である。

【図２５】実施の形態４のラパ用超音波プローブを組み
込んだ超音波内視鏡を示す図である。

【図２６】実施の形態４における圧電素子及び従来の音
場を示す概略図である。

【図２７】実施の形態４における電子コンベックス走査
式の超音波プローブを示す概略図である。

【図２８】実施の形態４における圧電素子および従来例
の音場を示す概略図である。

【図２９】電子コンベックス走査式の超音波プローブを
組み込んだ内視鏡を示す図である。

【図３０】電子走査式の超音波プローブを組み込んだ内
視鏡を示す図である。

【図３１】電子走査式の超音波プローブの拡大図であ
る。

【図３２】実施の形態４及び従来例の音場を示す概略図
である。

【図３３】実施の形態５の圧電素子および駆動電圧、音
場を示す図である。

【図３４】図３３のＡ方向から見た音場の概略図であ
る。

【図３５】図３３のＢ方向から見た音場の概略図であ
る。

【図３６】従来の圧電素子を示す平面図である。

【図３７】従来の圧電素子を示す平面図である。

【図３８】従来の圧電素子のビーム幅を示すグラフであ
る。

【図３９】従来の圧電素子の分極状態を示す図である。

【符号の説明】

１圧電セラミックス２全面電極３分割電極５圧電素子６導電性樹脂７音響整合層８背面負荷材１０周線１１同軸ケーブル１２ハウジング１３絶縁筒１４半田１６トランスデューサ部３１操作部３２挿入部３３音響窓３４音響伝達媒体３５コード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動電圧及びエコー信号を伝達するケー
ブルと、圧電素子と、圧電素子の音響放射面側音響整合
層と、その反対側の背面負荷層とを有し、超音波を送受
信する超音波探触子において、１枚の圧電素子内で位置によって自発分極の強さに差を
持つ圧電素子を用い、前記圧電素子の両主面に設けた電極と前記ケーブルとを
電気的に導通させ、前記圧電素子の自発分極の強さの分布は、超音波探触子
からの音圧分布が以下の様に分布する様に定めたことを
特徴とする超音波探触子。前記圧電素子の面上に、幾何
学的対称軸と直交する直線を選び、この直線をｘ軸と
し、このｘ軸の原点を、ｘ軸と圧電素子の幾何学的対称
軸との交点とするとき、前記ｘ軸に対してａを任意の定数として第０次のベッセ
ル関数ｙ＝Ｊ₀（ｘ／ａ）を描き、ｘ軸上の各位置での
Ｊ₀（ｘ／ａ）の値を、ある電圧パルスを印加した際
に、Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対値が大きい位置では自発分極
を強く、Ｊ₀（ｘ／ａ）の絶対値が小さい位置では自発
分極を弱くするようにその位置より放射される音圧の向
きと大きさに対応させる。Ｊ₀（ｘ／ａ）が正の位置と
負の位置とで自発分極の向きを逆にする。対称軸に沿っ
て軸対称や線対称に圧電素子の自発分極の強さを分布さ
せる。前記圧電素子の自発分極の向きは、圧電素子の全
面で、両主面とほぼ垂直とする。