超音波プローブ
【課題】本発明は、広帯域化を実現することができる超音波プローブに関する。
【解決手段】本発明の超音波プローブは、整合層１１上に設けられた第１の電極１２ａと、第１の電極１２ａ上に設けられた圧電体１３と、圧電体１３上に設けられた第２の電極１２ｂと、第２の電極１２ｂ上に設けられた共振体１５と、共振体１５上に設けられたバッキング材１６とを具備する超音波プローブである。
【解決手段】本発明の超音波プローブは、整合層１１上に設けられた第１の電極１２ａと、第１の電極１２ａ上に設けられた圧電体１３と、圧電体１３上に設けられた第２の電極１２ｂと、第２の電極１２ｂ上に設けられた共振体１５と、共振体１５上に設けられたバッキング材１６とを具備する超音波プローブである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々の超音波プローブ（探触子）がその用途に合わせて開発されている。このような種々の超音波プローブのうち、例えば、医療分野においては、広帯域の超音波プローブが必要とされ、開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような広帯域の超音波プローブのうち、単一のパルスによって広帯域の超音波を送受信する超音波プローブは、図１８に示すように、整合層１上に電極２ａが設けられ、当該電極２ａ上には圧電体３が設けられ、この圧電体３上には電極２ｂが設けられる。
【０００４】
整合層１は、圧電体３の共振周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）を効率良く通過させるような厚さに設計されている。電極２ａ、２ｂは、パルサー・レシーバ５に接続されており、圧電体３にパルス信号を与える。電極の厚さは、数μｍである。圧電体３は、電極２ａ、２ｂ間に配置され、共振周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）で共振し、超音波を整合層１を介して送信するものである。
【０００５】
電極２ｂ上には、バッキング材（吸収材）４が設けられている。このバッキング材４は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに比重の大きい粉体（セラミクス、金属）を混入して形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７４４６３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Panametrics社製VIDEOSCAN用Ｖ３８１カタログ（平成２１年４月８日検索）＜www.pts.cz/download/parametrics/en_transducer_catalog.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、このような超音波プローブの広帯域化は、圧電体３の材料（Ｑ値）を調整することによって、広帯域化を図っている。しかしながら、一般に、図１８に示した構造の超音波プローブでは、ダンピングにより、共振を抑制して広帯域化するが、広帯域化には限界があり、また、ダンピングにより感度が低下する。
【０００９】
一方、複数の振動子のそれぞれに印加し、各振動子に印加されるパルスのタイミングを制御することにより、広帯域化を図る技術も存在するが(特許文献１参照。）、各振動子に対してパルスを印加するための電極を複数用意しなければならず、また、パルス発生回路側の制御も複雑になる。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、パルス発生回路側で複雑なタイミング制御を行なう必要がなく、広帯域化を実現する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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、整合層と、前記整合層上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた共振体と、前記共振体上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１２】
本発明の第２の発明によれば、整合層と、前記整合層上に設けられた共振体と、前記共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１３】
本発明の第３の発明によれば、第１の整合層と、前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第３の共振周波数＜第１の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１４】
本発明の第４の発明によれば、第１の整合層と、前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第１の共振周波数＜第３の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ、である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に厚い共振体）。
【図２】本発明の実施の形態に係る超音波プローブのターゲットとなる低域周波数ｆＬ及び高域周波数ｆＨを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、前面に厚い共振体）。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、背面に薄い共振体）。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、前面に薄い共振体）。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に厚い共振体及び整合層）。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、前面に厚い共振体、背面に整合層）。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体及び整合層）。
【図９】本発明の第８の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、背面に整合層、前面に薄い共振体）。
【図１０】本発明の第９の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に整合層及び厚い共振体、前面に中間厚さの共振体）。
【図１１】超音波プローブの超音波を測定するための環境を説明するための図。
【図１２】従来の超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。
【図１３】従来の超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【図１４】効果測定の実験で使用された本発明の実施の形態に係る超音波プローブを示す図である。
【図１５】図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。
【図１６】図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【図１７】従来の超音波プローブと、図１４に示す本実施の形態に係る超音波プローブとの特性を比較するための図である。
【図１８】従来の超音波プローブの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る超音波プローブについて説明する。
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に厚い共振体を備えるものである。
【００１８】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられている。この薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上にはバッキング材１６が設けられる。
【００１９】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る超音波プローブのターゲット周波数を、図２に示すように、低帯域周波数をｆＬ、高帯域周波数をｆＨとする（ｆＬ＜ｆＨ）。
【００２１】
整合層１１は、例えば、エポキシ樹脂で形成され、その厚さは高帯域周波数ｆＨの波長の１／４波長の長さである。これにより、整合層１１は、高帯域周波数ｆＨを通過させ易くなる。
【００２２】
薄い圧電体１３は、共振周波数ｆＨを有し、厚さをｔＨ（＝λH／２＝ｖ／（２ｆＨ））とする。ここで、ｖpは圧電体内の軸方向の音速である。
【００２３】
厚い共振体１５は、共振体として利用され、共振周波数ｆＬを有し、厚さをｔＬ（＝λＬ／２＝ｖR／（２ｆＬ））とする。ここで，ｖRは共振体内の軸方向の音速である．
バッキング材１６は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに、比重の大きい粉体（セラミクス、金属）を混入して形成され、超音波の吸収とダンピングを行なうものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００２５】
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、前面に厚い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００２６】
同図に示すように、整合層１１上には厚い共振体１５が設けられ、この厚い共振体１５上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上にはバッキング材１６が設けられる。
【００２７】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００２８】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００２９】
＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３０】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられている。この厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられる。電極１２ｂ上には薄い共振体２１が設けられ、薄い共振体２１上にはバッキング材１６が設けられる。
【００３１】
厚い圧電体１３は、共振周波数ｆLを有し、厚さをｔL（＝λL／２＝ｖP／（２ｆL））とする。ここで、ｖPは圧電体内の軸方向の音速である。
【００３２】
薄い共振体１５は、共振体として利用され、共振周波数ｆHを有し、厚さをｔH（＝λH／２＝ｖR／（２ｆH））とする。ここで，ｖRは共振体内の軸方向の音速である．
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００３３】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆLの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００３４】
＜第４の実施の形態＞
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、前面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３５】
同図に示すように、整合層１１上には薄い共振体２１が設けられ、この薄い共振体２１上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられる。厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上にはバッキング材１６が設けられる。
【００３６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００３７】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００３８】
＜第５の実施の形態＞
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に厚い共振体及び整合層を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３９】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられている。この薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００４０】
整合層１７は、例えば、エポキシ樹脂で形成され、その厚さは低帯域周波数をｆＬの波長の１／４波長の長さである。これにより、整合層１７は、低帯域周波数ｆＬを通過させ易くなる。
【００４１】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００４２】
本実施の形態によれば、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００４３】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００４４】
＜第６の実施の形態＞
図７は、本発明の第６の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、前面に厚い共振体、背面に整合層を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００４５】
同図に示すように、整合層１１上には厚い共振体１５が設けられ、この厚い共振体１５上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００４６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００４７】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００４８】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００４９】
＜第７の実施の形態＞
図８は、本発明の第７の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体及び整合層を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５０】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられている。この厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には薄い共振体２１が設けられる。薄い共振体２１上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００５１】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００５２】
本実施の形態によれば、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００５３】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００５４】
＜第８の実施の形態＞
図９は、本発明の第８の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に整合層、前面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５５】
同図に示すように、整合層１１上には薄い共振体２１が設けられ、この薄い共振体２１上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられる。厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には整合層１７が設けられる。整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００５６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００５７】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００５８】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００５９】
＜第９の実施の形態＞
図１０は、本発明の第９の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に整合層及び厚い共振体、前面に中間厚さの共振体を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００６０】
同図に示すように、整合層１１上には中間厚さの共振体２３が設けられ、この中間厚さの共振体２３上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上には、整合層１７が設けられる。整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００６１】
中間厚さの共振体２３は、共振周波数ｆＭを有し、厚さをｔＭ（＝λＭ／２＝ｖR／（２ｆＭ））とする（ｆＬ＜ｆＭ＜ｆＨ）。共振周波数ｆＭは、（（ｆＬ＋ｆＨ）／２）である。
【００６２】
なお、図１０において、厚い厚さの共振体１５と、中間厚さの共振体２３との位置を入れ替えても良い。
【００６３】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、厚い共振体１５の一端側、中間厚さの共振体２３の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬ、ｆＭの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００６４】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００６５】
＜実施の形態の効果＞
次に、本発明の実施の形態に係る超音波プローブの効果について説明する。
【００６６】
図１１は、超音波プローブの超音波を測定するための環境を説明するための図である。同図に示すように、パルサー・レシーバのパルサーから超音波プローブにパルス信号が印加されると、水中の超音波プローブから超音波が送信され、この送信された超音波をハイドロホンによって受信し、パルサー・レシーバのレシーバで受信する。
【００６７】
なお、この実験では、超音波プローブは送信用だけに用い、レシーバはハイドロフォンによる受信波の増幅に使用した。
【００６８】
図１２は、図１８に示した従来の超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。また、図１３は、従来の超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。なお、図１８において、圧電体３は、共振周波数を３．５ＭＨｚとし、整合層１は、共振周波数３．５ＭＨｚを通過させるものとした。
【００６９】
図１４は、効果測定の実験で使用された本発明の実施の形態に係る超音波プローブを示す図である。なお、図１４に示した超音波プローブの構造は、図６に示した超音波プローブの構造に相当する。
【００７０】
同図に示すように、整合層１１には、エポキシで形成された音響インピーダンスＺ＝３ＭＲａｙｌ（音速２５００ｍ／ｓ、密度１．２ｇ／ｃｍ３）、共振周波数ｆＨの波長の１／４の厚さ０．０９ｍｍのものを使用した。
【００７１】
薄い圧電体１３には、音響インピーダンスＺ＝１０ＭＲａｙｌ、厚さｔＨ＝０．２ｍｍ、共振周波数ｆＨ＝７．０ＭＨｚのものを使用した。
【００７２】
厚い共振体１５には、音響インピーダンスＺ＝１０ＭＲａｙｌ、厚さｔＬ＝１．４ｍｍ、共振周波数ｆＬ＝１．０ＭＨｚのものを使用した。
【００７３】
整合層１７には、エポキシで形成された音響インピーダンスＺ＝３ＭＲａｙｌ（音速２５００ｍ／ｓ、密度１．２ｇ／ｃｍ３）、共振周波数ｆＬの波長の１／４の厚さ０．６３ｍｍのものを使用した。
【００７４】
図１５は、図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図であり、図１６は、図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【００７５】
図１７は、従来の超音波プローブと、図１４に示す本実施の形態に係る超音波プローブとの特性を比較するための図である。同図に示すように、本実施の形態に係る超音波プローブによれば、広帯域化を図ることができるとともに、感度も向上させることができることがわかる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１１…整合層、１２ａ…電極、１３…（薄い）圧電体、１４…パルサー・レシーバ、１５…（厚い）共振体、１６…バッキング材、１７…整合層、２１…（薄い）共振体、２２…（厚い）圧電体、２３…（中間の厚さ）共振体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々の超音波プローブ（探触子）がその用途に合わせて開発されている。このような種々の超音波プローブのうち、例えば、医療分野においては、広帯域の超音波プローブが必要とされ、開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような広帯域の超音波プローブのうち、単一のパルスによって広帯域の超音波を送受信する超音波プローブは、図１８に示すように、整合層１上に電極２ａが設けられ、当該電極２ａ上には圧電体３が設けられ、この圧電体３上には電極２ｂが設けられる。
【０００４】
整合層１は、圧電体３の共振周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）を効率良く通過させるような厚さに設計されている。電極２ａ、２ｂは、パルサー・レシーバ５に接続されており、圧電体３にパルス信号を与える。電極の厚さは、数μｍである。圧電体３は、電極２ａ、２ｂ間に配置され、共振周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）で共振し、超音波を整合層１を介して送信するものである。
【０００５】
電極２ｂ上には、バッキング材（吸収材）４が設けられている。このバッキング材４は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに比重の大きい粉体（セラミクス、金属）を混入して形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７４４６３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Panametrics社製VIDEOSCAN用Ｖ３８１カタログ（平成２１年４月８日検索）＜www.pts.cz/download/parametrics/en_transducer_catalog.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、このような超音波プローブの広帯域化は、圧電体３の材料（Ｑ値）を調整することによって、広帯域化を図っている。しかしながら、一般に、図１８に示した構造の超音波プローブでは、ダンピングにより、共振を抑制して広帯域化するが、広帯域化には限界があり、また、ダンピングにより感度が低下する。
【０００９】
一方、複数の振動子のそれぞれに印加し、各振動子に印加されるパルスのタイミングを制御することにより、広帯域化を図る技術も存在するが(特許文献１参照。）、各振動子に対してパルスを印加するための電極を複数用意しなければならず、また、パルス発生回路側の制御も複雑になる。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、パルス発生回路側で複雑なタイミング制御を行なう必要がなく、広帯域化を実現する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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、整合層と、前記整合層上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた共振体と、前記共振体上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１２】
本発明の第２の発明によれば、整合層と、前記整合層上に設けられた共振体と、前記共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１３】
本発明の第３の発明によれば、第１の整合層と、前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第３の共振周波数＜第１の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ、である。
【００１４】
本発明の第４の発明によれば、第１の整合層と、前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第１の共振周波数＜第３の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ、である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に厚い共振体）。
【図２】本発明の実施の形態に係る超音波プローブのターゲットとなる低域周波数ｆＬ及び高域周波数ｆＨを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、前面に厚い共振体）。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、背面に薄い共振体）。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、前面に薄い共振体）。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に厚い共振体及び整合層）。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、前面に厚い共振体、背面に整合層）。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体及び整合層）。
【図９】本発明の第８の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（厚い圧電体を駆動、背面に整合層、前面に薄い共振体）。
【図１０】本発明の第９の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である（薄い圧電体を駆動、背面に整合層及び厚い共振体、前面に中間厚さの共振体）。
【図１１】超音波プローブの超音波を測定するための環境を説明するための図。
【図１２】従来の超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。
【図１３】従来の超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【図１４】効果測定の実験で使用された本発明の実施の形態に係る超音波プローブを示す図である。
【図１５】図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。
【図１６】図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【図１７】従来の超音波プローブと、図１４に示す本実施の形態に係る超音波プローブとの特性を比較するための図である。
【図１８】従来の超音波プローブの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る超音波プローブについて説明する。
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に厚い共振体を備えるものである。
【００１８】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられている。この薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上にはバッキング材１６が設けられる。
【００１９】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る超音波プローブのターゲット周波数を、図２に示すように、低帯域周波数をｆＬ、高帯域周波数をｆＨとする（ｆＬ＜ｆＨ）。
【００２１】
整合層１１は、例えば、エポキシ樹脂で形成され、その厚さは高帯域周波数ｆＨの波長の１／４波長の長さである。これにより、整合層１１は、高帯域周波数ｆＨを通過させ易くなる。
【００２２】
薄い圧電体１３は、共振周波数ｆＨを有し、厚さをｔＨ（＝λH／２＝ｖ／（２ｆＨ））とする。ここで、ｖpは圧電体内の軸方向の音速である。
【００２３】
厚い共振体１５は、共振体として利用され、共振周波数ｆＬを有し、厚さをｔＬ（＝λＬ／２＝ｖR／（２ｆＬ））とする。ここで，ｖRは共振体内の軸方向の音速である．
バッキング材１６は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに、比重の大きい粉体（セラミクス、金属）を混入して形成され、超音波の吸収とダンピングを行なうものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００２５】
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、前面に厚い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００２６】
同図に示すように、整合層１１上には厚い共振体１５が設けられ、この厚い共振体１５上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上にはバッキング材１６が設けられる。
【００２７】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００２８】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００２９】
＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３０】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられている。この厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられる。電極１２ｂ上には薄い共振体２１が設けられ、薄い共振体２１上にはバッキング材１６が設けられる。
【００３１】
厚い圧電体１３は、共振周波数ｆLを有し、厚さをｔL（＝λL／２＝ｖP／（２ｆL））とする。ここで、ｖPは圧電体内の軸方向の音速である。
【００３２】
薄い共振体１５は、共振体として利用され、共振周波数ｆHを有し、厚さをｔH（＝λH／２＝ｖR／（２ｆH））とする。ここで，ｖRは共振体内の軸方向の音速である．
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００３３】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆLの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００３４】
＜第４の実施の形態＞
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、前面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３５】
同図に示すように、整合層１１上には薄い共振体２１が設けられ、この薄い共振体２１上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられる。厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上にはバッキング材１６が設けられる。
【００３６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００３７】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００３８】
＜第５の実施の形態＞
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に厚い共振体及び整合層を備えるものである。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００３９】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられている。この薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００４０】
整合層１７は、例えば、エポキシ樹脂で形成され、その厚さは低帯域周波数をｆＬの波長の１／４波長の長さである。これにより、整合層１７は、低帯域周波数ｆＬを通過させ易くなる。
【００４１】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００４２】
本実施の形態によれば、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００４３】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００４４】
＜第６の実施の形態＞
図７は、本発明の第６の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、前面に厚い共振体、背面に整合層を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００４５】
同図に示すように、整合層１１上には厚い共振体１５が設けられ、この厚い共振体１５上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００４６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、薄い圧電体１３を両端側から共振させるとともに、厚い共振体１５を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、薄い圧電体１３で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００４７】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、及び厚い共振体１５の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００４８】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００４９】
＜第７の実施の形態＞
図８は、本発明の第７の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に薄い共振体及び整合層を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５０】
同図に示すように、整合層１１上には電極１２ａが設けられ、この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられている。この厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には薄い共振体２１が設けられる。薄い共振体２１上には整合層１７が設けられ、この整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００５１】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００５２】
本実施の形態によれば、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００５３】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００５４】
＜第８の実施の形態＞
図９は、本発明の第８の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、厚い圧電体を駆動し、背面に整合層、前面に薄い共振体を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５５】
同図に示すように、整合層１１上には薄い共振体２１が設けられ、この薄い共振体２１上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には厚い圧電体２２が設けられる。厚い圧電体２２上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には整合層１７が設けられる。整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００５６】
電極１２ａ、１２ｂには、パルサー・レシーバ１４が接続されている。パルサーレシーバ１４は、電極１２ａ、１２ｂにパルス信号を印加することにより、本実施の形態においては、厚い圧電体２２を両端側から共振させるとともに、薄い共振体２１を一端側から共振させる。また、パルサー・レシーバ１４は、厚い圧電体２２で受信された超音波反射信号を増幅するなどのレシーバ（図示せず）を有する。
【００５７】
本実施の形態においては、厚い圧電体２２の両端側をパルス信号により、及び薄い共振体２１の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００５８】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００５９】
＜第９の実施の形態＞
図１０は、本発明の第９の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の超音波プローブは、薄い圧電体を駆動し、背面に整合層及び厚い共振体、前面に中間厚さの共振体を備えるものである。なお、図１及び図６と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００６０】
同図に示すように、整合層１１上には中間厚さの共振体２３が設けられ、この中間厚さの共振体２３上には電極１２ａが設けられている。この電極１２ａ上には薄い圧電体１３が設けられる。薄い圧電体１３上には電極１２ｂが設けられ、この電極１２ｂ上には厚い共振体１５が設けられる。厚い共振体１５上には、整合層１７が設けられる。整合層１７上にはバッキング材１６が設けられる。
【００６１】
中間厚さの共振体２３は、共振周波数ｆＭを有し、厚さをｔＭ（＝λＭ／２＝ｖR／（２ｆＭ））とする（ｆＬ＜ｆＭ＜ｆＨ）。共振周波数ｆＭは、（（ｆＬ＋ｆＨ）／２）である。
【００６２】
なお、図１０において、厚い厚さの共振体１５と、中間厚さの共振体２３との位置を入れ替えても良い。
【００６３】
本実施の形態においては、薄い圧電体１３の両端側をパルス信号により、厚い共振体１５の一端側、中間厚さの共振体２３の一端側からパルス超音波により駆動して共振させることにより、共振周波数ｆＬ、ｆＭの整数倍の超音波を発生させることができ、超音波プローブの広帯域化を図ることができる。
【００６４】
また、整合層１７を設けることにより、共振周波数ｆＬ近傍の周波数成分をある程度除去することができ、その結果、広帯域かつ平坦な周波数特性を実現することができる。
【００６５】
＜実施の形態の効果＞
次に、本発明の実施の形態に係る超音波プローブの効果について説明する。
【００６６】
図１１は、超音波プローブの超音波を測定するための環境を説明するための図である。同図に示すように、パルサー・レシーバのパルサーから超音波プローブにパルス信号が印加されると、水中の超音波プローブから超音波が送信され、この送信された超音波をハイドロホンによって受信し、パルサー・レシーバのレシーバで受信する。
【００６７】
なお、この実験では、超音波プローブは送信用だけに用い、レシーバはハイドロフォンによる受信波の増幅に使用した。
【００６８】
図１２は、図１８に示した従来の超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図である。また、図１３は、従来の超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。なお、図１８において、圧電体３は、共振周波数を３．５ＭＨｚとし、整合層１は、共振周波数３．５ＭＨｚを通過させるものとした。
【００６９】
図１４は、効果測定の実験で使用された本発明の実施の形態に係る超音波プローブを示す図である。なお、図１４に示した超音波プローブの構造は、図６に示した超音波プローブの構造に相当する。
【００７０】
同図に示すように、整合層１１には、エポキシで形成された音響インピーダンスＺ＝３ＭＲａｙｌ（音速２５００ｍ／ｓ、密度１．２ｇ／ｃｍ３）、共振周波数ｆＨの波長の１／４の厚さ０．０９ｍｍのものを使用した。
【００７１】
薄い圧電体１３には、音響インピーダンスＺ＝１０ＭＲａｙｌ、厚さｔＨ＝０．２ｍｍ、共振周波数ｆＨ＝７．０ＭＨｚのものを使用した。
【００７２】
厚い共振体１５には、音響インピーダンスＺ＝１０ＭＲａｙｌ、厚さｔＬ＝１．４ｍｍ、共振周波数ｆＬ＝１．０ＭＨｚのものを使用した。
【００７３】
整合層１７には、エポキシで形成された音響インピーダンスＺ＝３ＭＲａｙｌ（音速２５００ｍ／ｓ、密度１．２ｇ／ｃｍ３）、共振周波数ｆＬの波長の１／４の厚さ０．６３ｍｍのものを使用した。
【００７４】
図１５は、図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の時間波形を示す図であり、図１６は、図１４に示す超音波プローブから送信される超音波の周波数スペクトルを示す図である。
【００７５】
図１７は、従来の超音波プローブと、図１４に示す本実施の形態に係る超音波プローブとの特性を比較するための図である。同図に示すように、本実施の形態に係る超音波プローブによれば、広帯域化を図ることができるとともに、感度も向上させることができることがわかる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１１…整合層、１２ａ…電極、１３…（薄い）圧電体、１４…パルサー・レシーバ、１５…（厚い）共振体、１６…バッキング材、１７…整合層、２１…（薄い）共振体、２２…（厚い）圧電体、２３…（中間の厚さ）共振体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整合層と、
前記整合層上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた共振体と、
前記共振体上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記圧電体の共振周波数は、前記共振体の共振周波数よりも高く、
前記整合層の厚さは、前記圧電体の共振周波数の波長の１／４である請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記圧電体の共振周波数は、前記共振体の共振周波数よりも低く、
前記整合層の厚さは、前記共振体の共振周波数の波長の１／４である請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記共振体と前記バッキング材との間に設けられ、前記共振体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記共振体と前記バッキング材との間に設けられ、前記圧電体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ。
【請求項６】
整合層と、
前記整合層上に設けられた共振体と、
前記共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
前記共振体の共振周波数は、前記圧電体の共振周波数よりも低く、
前記整合層の厚さは、前記圧電体の共振周波数の波長の１／４であることを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記共振体の共振周波数は、前記圧電体の共振周波数よりも高く、
前記整合層の厚さは、前記共振体の共振周波数の波長の１／４であることを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記圧電体と前記バッキング材との間に設けられ、前記共振体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記圧電体と前記バッキング材との間に設けられ、前記圧電体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項８記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
第１の整合層と、
前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、
前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、
前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、
前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、
前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第３の共振周波数＜第１の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１２】
第１の整合層と、
前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、
前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、
前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、
前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、
前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第１の共振周波数＜第３の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１３】
前記第１の電極及び前記第２の電極には、パルス信号を発生するためのパルス発生器が接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項１】
整合層と、
前記整合層上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた共振体と、
前記共振体上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記圧電体の共振周波数は、前記共振体の共振周波数よりも高く、
前記整合層の厚さは、前記圧電体の共振周波数の波長の１／４である請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記圧電体の共振周波数は、前記共振体の共振周波数よりも低く、
前記整合層の厚さは、前記共振体の共振周波数の波長の１／４である請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記共振体と前記バッキング材との間に設けられ、前記共振体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記共振体と前記バッキング材との間に設けられ、前記圧電体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ。
【請求項６】
整合層と、
前記整合層上に設けられた共振体と、
前記共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられたバッキング材とを具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
前記共振体の共振周波数は、前記圧電体の共振周波数よりも低く、
前記整合層の厚さは、前記圧電体の共振周波数の波長の１／４であることを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記共振体の共振周波数は、前記圧電体の共振周波数よりも高く、
前記整合層の厚さは、前記共振体の共振周波数の波長の１／４であることを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記圧電体と前記バッキング材との間に設けられ、前記共振体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記圧電体と前記バッキング材との間に設けられ、前記圧電体の共振周波数を通過させるための整合層をさらに具備することを特徴とする請求項８記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
第１の整合層と、
前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、
前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、
前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、
前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、
前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第３の共振周波数＜第１の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１２】
第１の整合層と、
前記第１の整合層上に設けられた第１の共振体と、
前記第１の共振体上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられた第２の共振体と、
前記第２の共振体上に設けられた第２の整合層と、
前記第２の整合層上に設けられたバッキング材とを具備し、
前記第１の共振体の第１の共振周波数、前記圧電体の第２の共振周波数及び前記第２の共振体の第３の共振周波数は、
第１の共振周波数＜第３の共振周波数＜第２の共振周波数
の関係にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１３】
前記第１の電極及び前記第２の電極には、パルス信号を発生するためのパルス発生器が接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２７３０９７（Ｐ２０１０−２７３０９７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３１５０（Ｐ２００９−１２３１５０）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０１１４２２６１）
【出願人】（５９１０４１４１７）ジャパンプローブ株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０１１４２２６１）
【出願人】（５９１０４１４１７）ジャパンプローブ株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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