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光超音波リアルタイム3Dイメージングを実現する超音波センサの開発に成功ジャパンプローブ(株) 研究グループ

 内閣府 総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)「イノベーティブな可視化技術による新成長産業の創出」の一環として,ジャパンプローブ(株)の研究グループは,1024個の超音波受信用の圧電振動子を球面形状に配置した超音波センサーを開発し,光超音波イメージング法によるリアルタイム3Dイメージングを実現したと発表した。
 光超音波イメージングを用いてリアルタイムに3D画像を得るためには,乗り越えるべき3つの技術課題がある。第1に,3D画像を得るには超音波センサーの受信面を計測対象に向けて取り囲むような球面形状とすること,第2に,リアルタイム計測を実現するには微弱な超音波をできるだけ多くの位置で受信できるように超音波センサーの球面に多くの圧電振動子を並べる,いわゆる多チャンネル化すること,第3に,検出される超音波は観察対象サイズに応じて音響周波数が変化しているため,低周波数から高周波数までの広い超音波を受信することができるよう広帯域化すること,が必要であるが,従来の圧電振動子は,圧電効果を持つセラミックス製圧電振動子でできており,固いため,球面形状に成形することが困難だった。
 ジャパンプローブでは,曲げたりたわみを持たせることが可能な「可撓性」を有する,独自の超音波フレキシブルアレイプローブを開発してきた製造技術にモールド法を導入することで,半球フィルム上に,保護層,コンポジット振動子,ダンパー材の3層構造からなる圧電振動子を形成するとともに,半球形状のフィルム状の圧電振動子に複数の電極を配列し多チャンネル化する電極形成技術の開発に成功した。この技術と微細はんだ付け技術を用いてリード線を実装することにより,球面状の多チャンネル超音波センサー(直径110 mmの半球に1024チャンネルの圧電振動子を配置)のモジュールを完成することができた。
 今回開発に成功した超音波センサーでは,モールド法を用いて,薄くフィルム状の圧電振動子のシートを作製することにより,球面形状に多数の素子を配置することが可能となった。また,圧電振動子をコンポジット振動子にすることで,周波数帯域1~4MHz以上の広帯域な受信感度を実現した。今後,これら要素技術を組み合わせ,多チャンネル超音波センサーの性能を向上させることが期待される。

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