JPH11285496A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ビーム幅が細く、焦域の長い遠方での感度低下
を抑えたビームを形成して、分解能を改善した超音波探
触子を提供すること。 【解決手段】組合せレンズ５は、出射端側のレンズを音
速をｖ1 、音響インピーダンスをＺ1 に設定する第１レ
ンズ部材で中心側先端が周辺面より凸出する曲面形状に
形成した第１音響レンズ５ａと、超音波入射側になる音
速をｖ2 、音響インピーダンスをＺ2 に設定する第２レ
ンズ部材で周辺部に対して中央部を凹ました曲面形状で
形成した第２音響レンズ５ｂとを組み合わせている。音
速ｖ1 と音速ｖ2 との間に ｖ2 ＞ｖ1 の関係があり、
第１レンズ材の音響インピーダンスＺ1 と第２レンズ材
の音響インピーダンスＺ2 との間にＺ1 ≒Ｚ2 ≒Ｚｂ
（生体の有する音響インピーダンス）の関係を設定し、
圧電素子から放射された超音波を第２レンズと第１レン
ズとを通過させて、中心軸ＯＯ′に沿って生体の深部ま
で感度を低下することなく到達する焦域の長い細いビー
ムを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波のエコーを
利用して生体内の断層を画像化する超音波診断装置に用
いられる超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波探触子或いは超音波振動子
から超音波を生体に照射し、生体における音響インピー
ダンスの変化部分で反射された反射超音波を受信して電
気信号に変換し、画像化することにより、超音波断層像
を得る超音波診断装置が広く用いられるようになった。

【０００３】従来の超音波探触子は、中心軸上に幾何学
的焦点をもつように振動子の放射面を凹状若しくは凸状
の曲面としたものや振動子の中心軸上に幾何学的焦点を
もつ集束型音響レンズを設けたものであった。

【０００４】しかし、このような超音波探触子において
は、超音波ビームの焦点近傍ではビーム幅が細く絞られ
ているが、焦点から外れた位置では超音波ビームは広が
るため、広範囲にわたって分解能の高い画像を得ること
ができなかった。

【０００５】この問題点を解決するため、特開昭５１−
６０４９１号公報には超音波探触子の前方又は後方にそ
れぞれ実効的・仮想的円環状音源を形成する超音波探触
子が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この仮想円環
状音源を形成する超音波探触子は、広範囲にわたってビ
ーム幅の細い主ビームを得ることができるが、到達点が
遠方に行くほどすなわち測定深度が深くなるほど感度が
低下する。このため、このビームでは測定深度によって
は診断に十分な分解能を有する超音波診断画像を得るこ
とができなかった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、ビーム幅が細く、焦域の長い遠方での感度低下を
抑えたビームを形成して、分解能を改善した超音波探触
子を提供することを目的にしている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波探触子
は、前方又は後方にそれぞれ少なくとも１つの実効的・
仮想的円環状音源を形成する超音波探触子であって、音
源部は、平板形状又は曲面形状の圧電素子と、音速の異
なるレンズ部材で形成した複数の音響レンズとを具備し
ている。

【０００９】この構成によれば、圧電素子から放射され
た超音波は、複数の音響レンズを通過して、超音波探触
子の実効面中心軸に沿うように収束して焦域の長い超音
波ビームとして出射していく。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１及び図２は本発明の第１実施
形態に係り、図１は超音波探触子の概略構成を示す斜視
図、図２は図１のＡ−Ａ面での断面図である。

【００１１】図１に示すように本実施形態の超音波探触
子（超音波振動子ともいう）１は、超音波変換素子とし
て圧電特性を有する平板で略円形状の圧電素子２と、超
音波を放射する或いは超音波を送受する超音波放射面或
いは超音波送受面（単に前面とも記す）に設けた前面電
極３ａ及びこの圧電素子２の超音波放射面とは反対側の
面（前面に対して後面と記す）に形成した後面電極３ｂ
と、前記圧電素子２の前面電極３ａを介して積層された
圧電素子２の音響インピーダンスと生体の音響インピー
ダンスとの間の隔たりをなくすように音の効率を上げる
音響整合層４及び前記圧電素子２から放射された超音波
を超音波探触子１の中心軸ＯＯ′に集束させて焦域の長
い細い超音波ビームを出射させる集束手段となる仮想リ
ング型組合せレンズ（以下組合せレンズと略記する）５
と、前記圧電素子２の後面電極３ｂを介して設けること
によって後方側への超音波を減衰させるフェライト入り
ゴムなどで形成したバッキング材６と、前記圧電素子
２，前面電極３ａ，後面電極３ｂ，音響整合層４，組合
せレンズ５及びバッキング材６の一部のそれぞれ表面を
覆う耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ポリパラキシ
リレン）等で形成された保護膜７とで主に構成されてい
る。なお、前記中心軸ＯＯ′は圧電素子２の実効面中心
軸すなわち超音波の音軸になっている。

【００１２】図２に示すように前記組合せレンズ５は、
２つの音響レンズ５ａ，５ｂを組み合わせて構成される
ものであり、先端側に配置されて出射端側のレンズを構
成するシリコンゴム、ポリエーテルブロックアミド等を
用いて音速をｖ1 、音響インピーダンスをＺ1 に設定す
る第１レンズ部材で中心側先端が周辺面より凸出する曲
面形状に形成した第１音響レンズ５ａと、この第１音響
レンズ５ａの下層側に配置されて超音波入射側になるポ
リメチルペンテン等を用いて音速をｖ2 、音響インピー
ダンスをＺ2 に設定する第２レンズ部材で周辺部に対し
て中央部を凹ました曲面形状で形成した第２音響レンズ
５ｂとを組み合わせている。

【００１３】そして、前記音速ｖ1 と音速ｖ2 との間に ｖ2 ＞ｖ1 の関係を設定している。また、前記第１レンズ材の音響
インピーダンスＺ1 と第２レンズ材の音響インピーダン
スＺ2 との間には Ｚ1 ≒Ｚ2 ≒Ｚｂ（生体の有する音響インピーダンス）
の関係を設定して２つのレンズを介して生体に出射され
ていく超音波の感度が低下することを防止している。

【００１４】なお、前記音響整合層４は、前記圧電素子
２の超音波放射面側に配置された厚み寸法がλ／４（λ
は超音波の動作周波数の波長、以下同様）で円板形状の
ガラスで形成された第１整合層４ａと、この第１整合層
４ａに積層される厚み寸法がλ／４で円板形状のエポキ
シ樹脂製の第２整合層４ｂとで構成されている。また、
前記前面電極３ａにはアース線８が前記後面電極３ｂに
は信号線９がそれぞれ接続されており、これら電線８，
９をひとまとめにしたリード線１０を介して図示しない
観測装置の信号端子及びアース端子に接続されている。

【００１５】このように、圧電素子の前面電極側に音の
効率を上げる音響整合層及び音速が異なる２種類のレン
ズ部材を組み合わせて構成した仮想リング型組合せレン
ズを配置したことにより、この圧電素子から放射された
超音波のビームパターンを第２レンズと第１レンズとを
通過させることによって絞って、圧電素子の中心軸であ
る図中中心軸ＯＯ′に沿って生体の深部まで感度を低下
することなく到達することが可能な焦域の長い細いビー
ムを得ることができる。このことによって、超音波探触
子の配置されている部分から遠方まで感度低下が少なく
焦域の長い分解能の改善された超音波ビームを放射して
精度の良い超音波画像が得られる。

【００１６】図３及び図４は本発明の第２実施形態に係
り、図３は超音波探触子の他の構成を示す斜視図、図４
は図３のＢ−Ｂ面での断面図である。図３及び図４に示
すように本実施形態の超音波探触子１Ａにおいては前記
第１実施形態で２種類の音速の異なる音響レンズ５ａ，
５ｂを組み合わせることによって組合せレンズ５を構成
した代わりに、３種類の音速の異なる音響レンズ５ｃ，
５ｄ，５ｅを組み合わせることによって組合せレンズ５
Ａを構成している。

【００１７】図４に示すように構成されている前記組合
せレンズ５Ａは、先端側に配置されて出射端側のレンズ
を構成するシリコンゴム、ポリエーテルブロックアミド
等を用いて音速をｖ1 、音響インピーダンスをＺ1 に設
定する第１レンズ部材で中心側先端が周辺面より凸出す
る曲面形状に形成した第１音響レンズ５ｃと、この第１
音響レンズ５ｃの下層に配置される前記第１音響レンズ
５ｃと同様にシリコンゴム、ポリエーテルブロックアミ
ド等を用いて音速をｖ2 、音響インピーダンスをＺ2 に
設定する第２レンズ部材で形成した第２音響レンズ５ｄ
と、超音波入射側を構成するポリメチルペンテン等を用
いて音速をｖ3 、音響インピーダンスをＺ3 に設定する
第３レンズ部材で周辺部に対して中央部を凹ました曲面
形状に形成した第３音響レンズ５ｅとを組み合わせてい
る。すなわち、この第３音響レンズ５ｅの中央凹部に前
記第２音響レンズ５ｄが充填されたようになっている。

【００１８】そして、前記音速ｖ1 と音速ｖ2 と音速ｖ
3 との間に ｖ3 ＞ｖ2 ＞ｖ1 又は ｖ3 ＞ｖ1 ＞ｖ2 の関係を設定している。また、前記第１レンズ材の音響
インピーダンスＺ1 と第２レンズ材の音響インピーダン
スＺ2 と第３レンズ材の音響インピーダンスＺ3 との間
には Ｚ1 ≒Ｚ2 ≒Ｚ3 ≒Ｚｂ（生体の有する音響インピーダ
ンス）の関係を設定して３つのレンズを介して生体に出
射されていく超音波の感度が低下することを防止してい
る。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同
部材には同符号を付して説明を省略する。

【００１９】このように、圧電素子の前面電極側に音の
効率を上げる音響整合層及び音速が異なる３種類のレン
ズ部材を組み合わせて構成した仮想リング型組合せレン
ズを配置したことにより、この圧電素子から放射される
超音波のビームパターンを第３レンズ，第２レンズ及び
第１レンズを通過させて絞ることにより、圧電素子の中
心軸である図中中心軸ＯＯ′に沿って生体の深部まで感
度を低下することなく到達することが可能な焦域の長い
細いビームを得ることができる。このことによって、超
音波探触子の配置されている部分から遠方まで感度低下
が少なく焦域の長い分解能の改善された超音波ビームを
放射して精度の良い超音波画像が得られる。その他の作
用及び効果は前記第１実施形態と同様である。

【００２０】なお、上述した第１実施形態及び第２実施
形態の超音波探触子を構成する圧電素子に送信信号を印
加した場合に分極強度が大きい中央部側での超音波強度
（振幅あるいは音圧）を大きく、周辺部側で小さくなる
振幅重み付け機能あるいは手段を形成することによっ
て、さらに効果的にサイドローブをおさえてこの圧電素
子から放射される超音波ビームを超音波探触子の中心軸
ＯＯ′に沿って生体の深部まで焦域の長い細いビームを
放射することができる。

【００２１】また、出射端側のレンズの形状を例えば周
辺部に対して中央部を凹ました曲面形状に形成し、その
レンズから出射する超音波ビームを焦域の長い細いビー
ムにする場合には、レンズ同士の音速の関係を上述の関
係とは異なる。

【００２２】図５及び図６は本発明の第３実施形態に係
り、図５は超音波探触子の別の構成を示す斜視図、図６
は図５のＣ−Ｃ面での断面図である。図５に示すように
本実施形態の超音波探触子１Ｂにおいては、前記第１実
施形態及び第２実施形態で用いた平板円形状の圧電素子
の代わりに、中央付近の厚みが薄く周辺部にいくにした
がって厚みを厚く形成して重み付けを行った圧電素子２
Ｂを使用している。このことにより、中央部から周波数
成分の高い超音波が出力されて、周辺部から周波数成分
の低い超音波が出力される。

【００２３】また、上述のように圧電素子２Ｂを形成し
たことによって、図６に示すように超音波探触子１Ｂの
圧電素子２Ｂの前面電極３ａを介して積層される音の効
率を上げる音響整合層４Ｂを、重み付けを行った前記圧
電素子２Ｂから出力される周波数成分に合わせて図に示
すように中央付近の厚みが薄く周辺部にいくにしたがっ
て厚みが厚くなるように厚みに変化をつけて形成してい
る。そして、この厚みを変化させた音響整合層４Ｂに対
して前記圧電素子２から放射される超音波を超音波探触
子１Ｂの中心軸ＯＯ′に集束して焦域の長い細い超音波
ビームを出射するように組み合わせレンズ５Ｂを配置し
ている。

【００２４】前記組合せレンズ５Ｂは、２つの音速の異
なるレンズ部材によってそれぞれ形成された第１音響レ
ンズ５ｆと第２音響レンズ５ｇとを組み合わせて構成さ
れるものであり、先端側に配置される出射端側を形成す
る第１音響レンズ５ｆを音速をｖ1 、音響インピーダン
スをＺ1 に設定する第１レンズ部材であるシリコンゴ
ム、ポリエーテルブロックアミド等を用いて中心側先端
が周辺面より凸出する曲面形状に形成している。この第
１音響レンズ５ｆの下層側の超音波入射側には前記圧電
素子２Ｂ及び音響整合層４Ｂの特性に合わせて音速をｖ
2 、音響インピーダンスをＺ2 に設定する第２レンズ部
材であるポリメチルペンテン等を用いて周辺部に凸状の
曲面を形成し中央部を凹ました周辺の面に対して中心が
低くなるように形成した連続的曲面形状の第２音響レン
ズ５ｇとの組み合わせになっている。

【００２５】そして、前記音速ｖ1 と音速ｖ2 との間に
は ｖ2 ＞ｖ1 の関係を設定している。また、前記第１レンズ材の音響
インピーダンスＺ1 と第２レンズ材の音響インピーダン
スＺ2 との間には Ｚ1 ≒Ｚ2 ≒Ｚｂ（生体の有する音響インピーダンス）
の関係を設定して２つのレンズを介して生体に出射され
ていく超音波の感度が低下することを防止している。そ
の他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同部材に
は同符号を付して説明を省略する。

【００２６】このように、圧電素子に中央付近の厚みが
薄く周辺部にいくにしたがって厚みを厚く形成する重み
付けを行って、圧電素子から出力される超音波の主成分
を遠距離での生体減衰の少ない低周波成分にするととも
に、この圧電素子の前面電極側に周波数特性に合わせて
音の効率を上げる音響整合層及び音速が異なる２種類の
レンズ部材を組み合わせて構成した仮想リング型組合せ
レンズを配置したことにより、この圧電素子から放射さ
れる低周波成分が主成分の超音波ビームパターンを第２
レンズと第１レンズとを通過させて絞って圧電素子の中
心軸である図中中心軸ＯＯ′に沿って生体の深部まで感
度を低下することなく到達することが可能な焦域の長い
細いビームを得ることができる。その他の作用及び効果
は第１実施形態と同様である。

【００２７】図７及び図８は本発明の第４実施形態に係
り、図７は超音波探触子のまた他の構成を示す斜視図、
図８は図７のＤ−Ｄ面での断面図である。図７及び図８
に示すように本実施形態の超音波探触子１Ｃにおいては
前記第３実施形態で２種類の音速の異なる音響レンズ５
ｆ，５ｇを組み合わせて組合せレンズ５Ｂを構成した代
わりに、３種類の音速の異なる音響レンズ５ｈ，５ｊ，
５ｋを組み合わせることによって組合せレンズ５Ｃを構
成している。

【００２８】図８に示すように本実施形態の組合せレン
ズ５Ｃは、先端側に配置されて出射端側のレンズを構成
する音速をｖ1 、音響インピーダンスをＺ1 に設定する
第１レンズ部材であるシリコンゴム、ポリエーテルブロ
ックアミド等を用いて中心側先端が周辺面より凸出する
曲面形状に形成した第１音響レンズ５ｈと、この第１音
響レンズ５ｈの下層に配置される前記第１音響レンズ５
ｈと同様にシリコンゴム、ポリエーテルブロックアミド
等を用いて音速をｖ2 、音響インピーダンスをＺ2 に設
定する第２レンズ部材で形成した第２音響レンズ５ｊ
と、超音波入射側を構成する音速をｖ3 、音響インピー
ダンスをＺ3 に設定する第３レンズ部材であるポリメチ
ルペンテン等を用いて周辺部に凸状の曲面を形成し中央
部を凹ました周辺の面に対して中心が低くなるように形
成した連続的曲面形状の第３音響レンズ５ｋとの組み合
わせになっている。すなわち、この第３音響レンズ５ｋ
の中央凹部に前記第２音響レンズ５ｊが充填されたよう
になっている。

【００２９】そして、前記音速ｖ1 と音速ｖ2 と音速ｖ
3 との間には ｖ3 ＞ｖ2 ＞ｖ1 又は ｖ3 ＞ｖ1 ＞ｖ2 の関係を設定している。また、前記第１レンズ材の音響
インピーダンスＺ1 と第２レンズ材の音響インピーダン
スＺ2 と第３レンズ材の音響インピーダンスＺ3 との間
には Ｚ1 ≒Ｚ2 ≒Ｚ3 ≒Ｚｂ（生体の有する音響インピーダ
ンス）の関係を設定して３つのレンズを介して生体に出
射されていく超音波の感度が低下することを防止してい
る。その他の構成は前記第３実施形態と同様であり、同
部材には同符号を付して説明を省略する。

【００３０】このように、圧電素子の前面電極側に音の
効率を上げる音響整合層及び音速が異なる３種類のレン
ズ部材を組み合わせて構成した仮想リング型組合せレン
ズを配置したことにより、この圧電素子から放射される
超音波のビームパターンを第３レンズ，第２レンズ及び
第１レンズを通過させることによって絞って圧電素子の
中心軸である図中中心軸ＯＯ′に沿って生体の深部まで
感度を低下することなく到達することが可能な焦域の長
い細いビームを得ることができる。その他の作用及び効
果は前記第３実施形態と同様である。

【００３１】ところで、超音波内視鏡の先端部に配置さ
れる超音波探触子は、一般的に前面が凹面形状の凹面形
音響レンズ付き振動子であり、生体の音響インピーダン
スに近いポリエチレンなどで形成された先端キャップに
覆われ、この先端キャップの中には音響媒体として水な
どが注入されている。この凹面形音響レンズ付き振動子
では超音波焦点が固定されていたので、遠方での感度低
下を抑えられて焦域が長く細い超音波ビームを放射する
分解能の改善された超音波内視鏡が望まれていた。

【００３２】図９及び図１０は凸面音響レンズ付き振動
子を有する超音波内視鏡に係り、図９は仮想リング型レ
ンズを配置した超音波探触子の概略構成を示す図、図１
０は図９のＥ−Ｅ面での断面図である。図９及び図１０
に示すように本実施形態の凸面音響レンズ付き振動子で
ある超音波探触子１１は、中央付近の厚みが薄く周辺部
にいくにしたがって厚みを厚くして前面を凹面形状に形
成した中央部の分極が大きく、周辺部の分極が小さくな
るように重み付けした圧電素子１２と、この圧電素子１
２の前面電極１３側に配置され音響整合層を兼ね生体と
同じ音響インピーダンスを有する音響媒体である水の音
速ｖ5 よりレンズ音速ｖ4 が高速になるように設定可能
なレンズ部材であるエポキシ樹脂でレンズ面を凸状曲面
にして中心軸近傍がこれらレンズ周辺面より低くなるよ
うに形成した仮想リング型レンズ（以下仮想レンズと略
記する）１４とで主に構成されており、この圧電素子１
２の後面電極１５側には超音波を減衰させるフェライト
入りゴム製のバッキング材１６が設けられている。ま
た、前面電極１３及び後面電極１５にはアース線１７及
び信号線１８が接続され、これら電線１７，１８をひと
まとめにしたリード線１９を介して図示しない観測装置
の信号端子及びアース端子に接続されている。そして、
この超音波探触子１１の周囲には音響媒体として音速ｖ
5 の水が充満している。

【００３３】前記仮想レンズ１４は、表面に複数の凸状
曲面を形成してレンズ中央部１４ａが凹んで形成されて
おり、このレンズ中央部１４ａに当たる中心軸上の仮想
レンズ１４の厚み寸法をλ／４に設定し、複数のレンズ
曲面の曲率半径がそれぞれＲ1 で一律に形成している。

【００３４】このように、圧電素子に振幅重み付けを行
い、この圧電素子の凹面形状の前面に超音波媒体の音速
より高速なレンズ部材を用いて表面に複数の凸状曲面を
形成した仮想リング型レンズを配置することによって、
遠方での感度低下を抑え焦域の長い細い超音波ビームを
出射する超音波探触子を提供することができる。

【００３５】図１１及び図１２は凹面音響レンズ付き振
動子を有する超音波内視鏡に係り、図１１は仮想リング
型レンズを配置した超音波探触子の概略構成を示す図、
図１２は図１１のＦ−Ｆ面での断面図である。図１１及
び図１２に示すように本実施形態の凹面音響レンズ付き
振動子である超音波探触子１１Ａは、前面を凹面形状に
形成した中央部の分極が大きく、周辺部の分極が小さく
なるように重み付けした圧電素子１２と、この圧電素子
１２の前面電極１３側に配置された厚み寸法がλ／４の
ガラスで形成された第１整合層２０ａと、この第１整合
層２０ａに積層される厚み寸法がλ／４のエポキシ樹脂
製の第２整合層２０ｂとからなる音響整合層２０と、音
響媒体である水の音速ｖ5 よりレンズ音速ｖ6 が低速に
なるように設定可能なレンズ部材であるシリコンゴムで
レンズ面を凹状曲面にして中心軸近傍がこれらレンズ周
辺面より高くなるように形成した仮想レンズ１４Ａと、
この仮想レンズ１４Ａの表面を覆う耐水性、耐薬品性に
優れたパリレン（ポリパラキシリレン）等で形成された
保護膜２１とで構成されている。そして、この超音波探
触子１１の周囲には音響媒体として音速ｖ5 の水が充満
している。

【００３６】前記仮想レンズ１４Ａは、表面に複数の凹
状曲面を設けてレンズ中央部１４ａが凸出した形状に形
成されており、複数のレンズ曲面の曲率半径をそれぞれ
Ｒ2で一律に形成している。その他の構成は前記図９及
び図１０に示した凸面音響レンズ付き振動子と同様であ
る。

【００３７】このように、圧電素子に振幅重み付けを行
い、この圧電素子の凹面形状の前面に超音波媒体の音速
より低速なレンズ部材を用いて表面に複数の凹状曲面を
形成した仮想リング型レンズを配置することによって、
遠方での感度低下をさらに抑え焦域の長い細い超音波ビ
ームを出射する超音波探触子を提供することができる。

【００３８】なお、上述したような形状の音響レンズ
は、所望のレンズ形状に対応した凸型（若しくは凹型）
のテフロン型を圧電素子又は音響整合層に対して配置
し、型内にエポキシ樹脂やシリコンゴム等の音響レンズ
用部材を注入して硬化させることによって所望の形状に
形成されるものである。

【００３９】ところで、遠方での感度低下を抑えて焦域
が長く細い超音波ビームを放射して超音波内視鏡の分解
能を改善するため、先端キャップに対して音響レンズ効
果を持たせることが考えられる。

【００４０】図１３及び図１４は凸面音響レンズを設け
た先端キャップを有する超音波内視鏡に係り、図１３は
超音波内視鏡の先端部の概略構成を示す説明図、図１４
は超音波振動子部の構成を示す説明図である。図１３に
示すように超音波内視鏡先端部３０は、挿入部３１と、
この挿入部３１の先端に設けられた先端キャップ３２
と、前記挿入部３１内を挿通して先端キャップ３２内の
所定の位置に配置される超音波振動子部３３とで主に構
成されており、前記挿入部３１及び先端キャップ３２内
には音響媒体として音速がｖ5 の水が３４が注入されて
いる。なお、図中矢印Ｇは超音波内視鏡先端部３０の挿
入方向を示している。

【００４１】前記先端キャップ３２は、略パイプ形状
で、音響媒体である水の音速ｖ5 より音速ｖ4 が高速に
なるように設定可能なキャップ部材であるポリエチレ
ン、ポリメチルペンテン等の樹脂で、挿入方向又はその
直交する方向の外表面側に所望の曲率で凸状曲面のレン
ズ面３２ａを複数設け中心軸近傍がこれらレンズ周辺面
より低くなるように形成した、いわゆる凸型仮想レンズ
付き先端キャップとして構成されている。このことによ
り、前記超音波振動子部３３から放射された超音波を、
レンズ中央部３２ｂを通過する中心軸ＯＯ′に集束して
焦域の長い細い超音波ビームを出射するようにしてい
る。

【００４２】図１４に示すように前記超音波振動子部３
３は、中央の分極を周辺部より大きくなるように振幅重
み付けした平板形状の圧電素子３５と、超音波を放射す
る或いは超音波を送受する超音波放射面或いは超音波送
受面（単に前面とも記す）に設けた前面電極３６及びこ
の圧電素子３５の超音波放射面とは反対側の面に形成し
た後面電極３７と、前記圧電素子３５の前面電極３６を
介して前面に積層されて音の効率を上げる厚み寸法がλ
／４で平板形状のエポキシ樹脂製の音響整合層３８と、
前記圧電素子３５の後面電極３７を介して設けられて後
方側への超音波を減衰させるフェライト入りゴム製のバ
ッキング材３９と、前記前面電極３６に接続されるアー
ス線４０と、前記後面電極３７に接続される信号線４１
と、これら電線４０，４１をひとまとめにしたリード線
４２とで構成されている。なお、前記リード線４２を介
して前記アース線４０，信号線４１が図示しない観測装
置のアース端子及び信号端子に接続されている。

【００４３】このように、先端キャップに音響媒体であ
る水の音速ｖ5 より音速ｖ4 が高速になる樹脂で形成し
た凸状曲面のレンズ面を複数設けた凸型仮想レンズを、
中央の分極を周辺部より大きくなるように振幅重み付け
した平板形状の圧電素子に対して設けることによって、
遠方での感度低下をさらに抑え焦域の長い細い超音波ビ
ームを出射する超音波内視鏡を提供することができる。

【００４４】また、圧電素子から放射された超音波が先
端キャップの内周面に入射した段階から先端キャップに
設けた凸型仮想レンズがレンズ効果を始まるので、先端
キャップ内径寸法の半分だけ焦点が移動した状態になっ
て遠方での感度低下を改善することができる。

【００４５】図１５及び図１６は凹面音響レンズを設け
た先端キャップを有する超音波内視鏡に係り、図１５は
超音波内視鏡の先端部の概略構成を示す説明図仮想リン
グ型レンズを配置した超音波探触子の概略構成を示す
図、図１６は超音波振動子部の構成を示す説明図であ
る。図１５に示すように超音波内視鏡先端部３０は、挿
入部３１と、この挿入部３１の先端に設けられた先端キ
ャップ４３と、前記挿入部３１内を挿通して先端キャッ
プ４３内の所定の位置に配置される超音波振動子部４４
とで主に構成されており、前記挿入部３１及び先端キャ
ップ４３内には音響媒体として音速がｖ5 の水が３４が
注入されている。

【００４６】前記先端キャップ４３は、略パイプ形状
で、音響媒体である水の音速ｖ5 より音速ｖ6 が低速に
なるように設定可能なキャップ部材であるシリコンゴム
で、挿入方向又はその直交する方向の外表面側に所望の
曲率で凹状曲面のレンズ面４３ａを複数設け中心軸近傍
がこれらレンズ周辺面より高くなるように形成した、い
わゆる凹型仮想レンズ付き先端キャップとして構成され
ている。このことにより、前記超音波振動子部４４から
放射された超音波を、レンズ中央部４３ｂを通過する中
心軸ＯＯ′に集束して焦域の長い細い超音波ビームを出
射するようにしている。

【００４７】図１６に示すように前記超音波振動子部４
４は、中央の分極を周辺部より大きくなるように振幅重
み付けした凸型曲面形状の圧電素子４５と、この圧電素
子４５の前面に設けた前面電極４６及びこの圧電素子４
５の後面に形成した後面電極４７と、前記圧電素子４５
の前面電極４６を介して前面に積層されて音の効率を上
げる厚み寸法がλ／４で平板形状のエポキシ樹脂製の音
響整合層４８と、前記圧電素子４５の後面電極４７を介
して設けられて後方側への超音波を減衰させるフェライ
ト入りゴム製のバッキング材４９と、前記前面電極４６
に接続されるアース線５０と、前記後面電極４７に接続
される信号線５１と、これら電線５０，５１をひとまと
めにしたリード線５２とで構成されている。なお、前記
リード線５２を介して前記アース線５０，信号線５１が
図示しない観測装置のアース端子及び信号端子に接続さ
れている。

【００４８】このように、先端キャップに音響媒体であ
る水の音速ｖ5 より音速ｖ4 が低速になるシリコンゴム
で形成した凹状曲面のレンズ面を複数設けた凹型仮想レ
ンズを、中央の分極を周辺部より大きくなるように振幅
重み付けした凸型曲面形状の圧電素子に対して設けるこ
とによって、見かけ上の振動子部の開口を大きくして遠
方での感度低下をさらに抑え焦域の長い細い超音波ビー
ムを出射する超音波内視鏡を提供することができる。

【００４９】なお、上述した先端キャップを超音波内視
鏡の先端部に対して着脱自在に構成するとともに、前記
先端キャップの直径あるいは内径寸法やレンズ曲面の曲
率半径を変化させて形成した複数種類の先端キャップを
用意しておくことにより、先端キャップを適宜交換する
だけの簡単な作業で焦域の異なる超音波内視鏡を提供す
ることが可能になる。

【００５０】ところで、従来の音響レンズ集束型探触子
では焦点位置におけるビーム幅を細くすることができて
も焦点以外の位置ではビーム幅が太くなっていた。ま
た、上述したような仮想リング型音響レンズを配置した
仮想リング型探触子では近場から離れた場まで略均一な
ビーム幅の超音波ビームを得ることができるが仮想リン
グ型音響レンズのレンズ曲面の曲率半径と仮想リング半
径との間の関係によっては近場から離れた場まで略均一
なビーム幅になるが、このビーム幅が幅広な状態で近場
から離れた場まで放射されるだけのものもあった。この
ため、ビーム幅を確実に細く絞って、超音波ビームを近
場から離れた場まで分解能の高いビームを放射すること
を可能にする超音波探触子の仮想リング型音響レンズの
構成が望まれていた。

【００５１】図１７及び図１８は仮想リング型音響レン
ズを設けた超音波探触子の構成に係り、図１７は凸型の
仮想リング型音響レンズを備えた超音波探触子の概略構
成を示す説明図、図１８は図１７のＨ−Ｈ面での断面図
で、仮想リング型音響レンズの曲率半径Ｒと圧電素子実
効面中心軸からレンズの曲面を形成する中心までの距離
ｒとの関係を説明する図である。図１７及び図１８に示
すように本実施形態の超音波探触子６１は、中央の分極
を周辺部より大きくなるようにＢｅｓｓｅｌ型の分極重
み付けを行った平板形状の圧電素子６２と、この圧電素
子６２の前面電極６３側に配置された厚み寸法がλ／４
のエポキシ樹脂製の音響整合層６４と、生体の有する音
速ｖ7 よりレンズ音速ｖ8 が高速なエポキシ樹脂等で凸
型に形成したレンズ面を有する仮想リング型音響レンズ
６５と、この圧電素子６２の後面電極６６側に設けられ
て超音波を減衰させるフェライト入りゴム製のバッキン
グ材６７と、前面電極６３に接続されたアース線６８
と、後面電極６６に接続された信号線６９と、これら電
線６８，６９をひとまとめにしたリード線７０とで構成
されている。なお、前記電線６８，６９はリード線７０
を介して図示しない観測装置の信号端子及びアース端子
に接続されている。

【００５２】図１８に示すように前記仮想リング型音響
レンズ６５の中心軸は前記圧電素子６２の実効面中心軸
に一致しており、この仮想リング型音響レンズ６５の表
面には一律な曲率半径の複数の凸状曲面のレンズ面が形
成され、中心軸近傍がこれらレンズ周辺面より低くなる
ように、レンズ中央部６５ａが凹んだ形状に形成されて
いる。そして、この表面形状において、レンズ曲面の曲
率半径をＲ、中心軸からレンズの曲面を形成する中心ま
での距離をｒとしたとき、Ｒとｒとの間に以下の関係を
設定している。

【００５３】２＜Ｒ／ｒ＜４ このことにより、図の実線及び一点鎖線、二点鎖線に示
すようにＢｅｓｓｅｌ型の分極重み付けを行った平板形
状の圧電素子６２から放射される超音波を、中心軸Ｏ
Ｏ′に集束して焦域の長い細い超音波ビームを出射する
ことができる。なお、Ｒ／ｒの値が例えば６のときには
ビーム幅が幅広な状態で近場から離れた場まで放射され
る。

【００５４】図１９及び図２０は仮想リング型音響レン
ズを設けた超音波探触子の構成に係り、図１９は凹型の
仮想リング型音響レンズを備えた超音波探触子の概略構
成を示す説明図、図２０は図１９のＩ−Ｉ面での断面図
で、仮想リング型音響レンズの曲率半径Ｒと圧電素子実
効面中心軸からレンズの曲面を形成する中心までの距離
ｒとの関係を説明する図である。図１９及び図２０に示
すように本実施形態の超音波探触子６１Ａは、中央の分
極を周辺部より大きくなるようにＢｅｓｓｅｌ型の分極
重み付けを行った平板形状の圧電素子６２と、この圧電
素子６２の前面電極６３側に配置された厚み寸法がλ／
４のエポキシ樹脂製の音響整合層６４と、生体の有する
音速ｖ7 よりレンズ音速ｖ9 が低速なシリコンゴム等で
凹型に形成したレンズ面を有する仮想リング型音響レン
ズ６５Ａとで構成されている。その他の構成は前記図１
７及び図１８に示した仮想リング型音響レンズを設けた
超音波探触子の構成と同様であり同部材には同符号を付
して説明を省略する。

【００５５】図２０に示すように前記仮想リング型音響
レンズ６５Ａの中心軸は前記圧電素子６２の実効面中心
軸に一致しており、この仮想リング型音響レンズ６５Ａ
の表面には一律な曲率半径の複数の凹状曲面のレンズ面
が形成され、中心軸近傍がこれらレンズ周辺面より高く
なるように、レンズ中央部６５ａが凸出した形状に形成
されている。そして、この表面形状において、レンズ曲
面の曲率半径をＲ、中心軸からレンズの曲面を形成する
中心までの距離をｒとしたとき、Ｒとｒとの間に以下の
関係を設定している。

【００５６】２＜Ｒ／ｒ＜４ このことにより、図の実線及び一点鎖線、二点鎖線に示
すようにＢｅｓｓｅｌ型の分極重み付けを行った平板形
状の圧電素子６２から放射される超音波を、中心軸Ｏ
Ｏ′に集束して焦域の長い細い超音波ビームを出射する
ことができる。なお、Ｒ／ｒの値が例えば６のときには
ビーム幅が幅広な状態で近場から離れた場まで放射され
る。

【００５７】なお、本発明は、以上述べた実施形態のみ
に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能である。

【００５８】［付記］以上詳述したような本発明の上記
実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができ
る。

【００５９】（１）前方又は後方にそれぞれ少なくとも
１つの実効的・仮想的円環状音源を形成する超音波探触
子において、音源部は、平板形状又は曲面形状の圧電素
子と、音速の異なるレンズ部材で形成した複数の音響レ
ンズと、を具備することを特徴とする超音波探触子。

【００６０】（２）前記曲面形状の圧電素子の厚み寸法
は、音軸から周囲にいくにしたがって変化する付記１記
載の超音波探触子。

【００６１】（３）前記複数の音響レンズの１つを超音
波内視鏡を構成する先端キャップに形成した付記１又は
付記２記載の超音波探触子。

【００６２】（４）前記圧電素子から放射された超音波
の出射端側を構成するレンズ表面に所望の曲率半径のレ
ンズ面を複数設け、このレンズ面の曲面を形成する曲率
半径（Ｒと記載）と、レンズ中心軸からレンズ面の曲面
を形成する中心までの距離（ｒと記載）との間に ２＜Ｒ／ｒ＜４ の関係を設定した付記１ないし付記３の１つに記載の超
音波探触子。

【００６３】（５）前記圧電素子に音軸の中心から周辺
にいくにしたがって分極強度を小さくする重み付けを行
った付記１ないし付記４の１つに記載の超音波探触子。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ビ
ーム幅が細く、焦域の長い遠方での感度低下を抑えたビ
ームを形成して、分解能を改善した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】図１及び図２は本発明の第１実施形態に係り、
図１は超音波探触子の概略構成を示す斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ面での断面図

【図３】図３及び図４は本発明の第２実施形態に係り、
図３は超音波探触子の他の構成を示す斜視図

【図４】図３のＢ−Ｂ面での断面図

【図５】図５及び図６は本発明の第３実施形態に係り、
図５は超音波探触子の別の構成を示す斜視図

【図６】図５のＣ−Ｃ面での断面図

【図７】図７及び図８は本発明の第４実施形態に係り、
図７は超音波探触子のまた他の構成を示す斜視図

【図８】図７のＤ−Ｄ面での断面図

【図９】図９及び図１０は凸面音響レンズ付き振動子を
有する超音波内視鏡に係り、図９は仮想リング型レンズ
を配置した超音波探触子の概略構成を示す図

【図１０】図９のＥ−Ｅ面での断面図

【図１１】図１１及び図１２は凹面音響レンズ付き振動
子を有する超音波内視鏡に係り、図１１は仮想リング型
レンズを配置した超音波探触子の概略構成を示す図

【図１２】図１１のＦ−Ｆ面での断面図

【図１３】図１３及び図１４は凸面音響レンズを設けた
先端キャップを有する超音波内視鏡に係り、図１３は超
音波内視鏡の先端部の概略構成を示す説明図

【図１４】超音波振動子部の構成を示す説明図

【図１５】図１５及び図１６は凹面音響レンズを設けた
先端キャップを有する超音波内視鏡に係り、図１５は超
音波内視鏡の先端部の概略構成を示す説明図仮想リング
型レンズを配置した超音波探触子の概略構成を示す図

【図１６】超音波振動子部の構成を示す説明図

【図１７】図１７及び図１８は仮想リング型音響レンズ
を設けた超音波探触子の構成に係り、図１７は凸型の仮
想リング型音響レンズを備えた超音波探触子の概略構成
を示す説明図

【図１８】図１７のＨ−Ｈ面での断面図で、仮想リング
型音響レンズの曲率半径Ｒと圧電素子実効面中心軸から
レンズの曲面を形成する中心までの距離ｒとの関係を説
明する図

【図１９】図１９及び図２０は仮想リング型音響レンズ
を設けた超音波探触子の構成に係り、図１９は凹型の仮
想リング型音響レンズを備えた超音波探触子の概略構成
を示す説明図

【図２０】図１９のＩ−Ｉ面での断面図で、仮想リング
型音響レンズの曲率半径Ｒと圧電素子実効面中心軸から
レンズの曲面を形成する中心までの距離ｒとの関係を説
明する図

【符号の説明】

１…超音波探触子 ２…圧電素子 ５ａ…第１音響レンズ ５ｂ…第２音響レンズ ＯＯ′…中心軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方又は後方にそれぞれ少なくとも１つ
   の実効的・仮想的円環状音源を形成する超音波探触子に
   おいて、 音源部は、平板形状又は曲面形状の圧電素子と、 音速の異なるレンズ部材で形成した複数の音響レンズ
   と、 を具備することを特徴とする超音波探触子。