JP2001292496A - 二次元アレイ型超音波プローブ - Google Patents
二次元アレイ型超音波プローブInfo
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Abstract
子の音響特性を劣化させることなく各振動素子から信号
線が引き出し可能で、IC基板を容易に接続可能な2次
元アレイ型超音波プローブを提供する。 【解決手段】 本発明は2次元アレイプローブの電極取
り出し構造に関し、バッキング材20中を通した信号線
22の一端である信号電極221を振動素子16の配列
面と平行に電極パターンとして2次元配列した二次元ト
ランスデューサと、当該信号電極221の電極パターン
と同様の電極パターンを形成した中継基板30と、当該
中継基板30と垂直に連結するIC基板40と、を接続
して構成した2次元アレイプローブ。
Description
超音波探傷装置等に用いられる超音波探触子に関し、特
に、圧電振動子をマトリックス状に配列した2次元アレ
イ型超音波プローブに関する。
プローブの一つに、図18(a)に示すように、短冊状
(細長い直方体状)の圧電素子をアレイ状に配列した1
次元のアレイプローブがある。一般に、この1次元のア
レイプローブは、電子走査法と呼ばれる超音波走査方式
によって被検体に超音波を走査し、診断する場合に使用
されている。ここで、電子走査法とは、アレイ状の超音
波振動子それぞれに遅延時間を与え、送信パルスや受信
信号のフォーカスをかける方法である。この電子走査法
によれば、送受信超音波ビームのフォーカス点を高速に
変更することが可能であり、現在の超音波走査方式の主
流となっている。
走査では、圧電素子の配列方向の面内における電子フォ
ーカスや超音波ビームの走査は可能であるが、配列方向
と直交する方向(すなわち前記超音波走査面の法線方
向)には、音響レンズのみによるフォーカスしか行うこ
とができず、フォーカス点の変更は狭い範囲に限られて
しまい、ダイナミックなフォーカスは不可能である。ま
た、アレイ素子の配列が1次元配列となっているため、
超音波ビームを2次元的にしか走査することが出来な
い。
ーカスを全方位的にダイナミックフォーカスしたり、超
音波ビームの三次元的走査が可能なアレイ超音波プロー
ブ、及びこのアレイ超音波プローブにより収集された被
検体からの超音波に基いて三次元超音波画像を生成し表
示するシステムの検討が進んできている。超音波ビーム
の三次元走査は、上述の一次元アレイプローブとメカニ
カルな走査機構を組み合わせることで実現することがで
きる。しかし、超音波の全方位的なフォーカシング、高
速な三次元走査の実現は、一次元アレイプローブでは困
難である。
高速な三次元走査を実現する超音波プローブとして、図
18(b)に示すように、一次元アレイプローブと比較
して更に多数の超音波素子をマトリックス状等に配列し
た2次元アレイ超音波プローブがある。
る手段は、以前から多数の提案が検討されている。例え
ば、USP5267221に於いては、バッキング材に
穴構造を設け、信号リードを引き出す構造が提案されて
おり、特開昭62−2799に於いては、振動子配列に
対応する基板を積層して信号引き出し部を構成する構造
が提案されている。これらに開示されている2次元アレ
イ超音波プローブの構造は、1素子の音響特性を良好に
保つことを可能としている。また、USP531109
5に於いては、信号取りだしのための積層基板80を振
動子直下に配した構造等を提案しており、素子ピッチを
小さくしても比較的容易に信号引き出し可能な構造が開
示されている。
アレイ超音波プローブに於いては、一振動素子が小さく
配列ピッチが小さいため、各素子から信号線の引き出
し、超音波素子の音響特性の維持、IC等の実装等が困
難になる。既に提案されている2次元アレイ超音波プロ
ーブでは、さらに素子ピッチを小さくした場合、電気回
路やケーブルに、取り出したリード線を接続したり、或
いは基板にIC等を実装することが困難になる。また、
素子ピッチを小さくしても比較的容易に信号引き出し可
能なUSP5311095に示されたような引き出し基
板を用いた場合でも、基板による素子への音響的な影響
(素子特性の劣化)が生じてしまう。
と、以下のようである。
から信号電極を取り出すために信号取り出しのための回
路基板を振動子直下に設ける方法では、回路基板が音響
的に悪影響を与えないようにしなくてはならない。しか
し、振動子の背面に設ける音響負荷材(バッキング材)
と振動子の間に回路基板を設けることになり、音響的な
特性劣化は避けられないため、現実的には困難である。
素子配列面と概垂直に引き出す場合、このように引き出
すことでバッキング材を従来と同様に設けることは可能
となり、信号線の影響も小さくすることが可能である
が、2次元アレイプローブの素子配列が多数になり素子
ピッチが小さくなるにつれ、信号線に付加する回路基板
の接続が困難になるという問題が生じる。すなわち、例
えば振動子の配列ピッチが0.5mmとなれば、それか
ら引き出される信号線の配列ピッチも当然0.5mm程
度となり信号線に付加する回路基板も0.5mmピッチ
で配列する必要が生じる。当然それ以下のピッチでも同
様である。
に鑑みてなされたもので、電気回路を付加した2次元ア
レイプローブに於いて、2次元状に配列された各超音波
振動素子の音響特性を維持しつつ、2次元アレイプロー
ブの素子ピッチがマトリックスの各配列方向に従来1次
元プローブの素子配列ピッチ程度に小さくなっても信号
線の引き出しが可能で、かつ信号線に電気回路を設けた
回路基板を容易に接続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。
下の特徴を具備するものである。
れた超音波振動子と、前記超音波振動子に設けられ、当
該超音波振動子からの電気信号を受信する信号電極と、
前記超音波振動子を制動する負荷材と、前記信号電極か
ら前記負荷材を通して所定のピッチで引き出される複数
の信号線と、複数の第1の電極が前記信号線の所定のピ
ッチと同ピッチで設けられた第1の面と、前記第1の電
極と電気的に接続された複数の第2の電極が前記所定の
ピッチより広いピッチで設けられた第2の面と、を有
し、前記信号線と前記第1の電極とを対応して接続する
ことで、前記第1の面から前記第2の面にかけて前記信
号線間のピッチを広げる第1の基板と、前記第2の電極
に接続され前記電気信号に関する処理を行う信号処理手
段を実装し、前記第1の基板と略垂直に設けられた第2
の基板とを具備することを特徴とする二次元アレイ型超
音波プローブである。
付加した2次元アレイプローブに於いて、超音波振動子
のピッチが小さくなった場合であっても、2次元状に配
列された各超音波振動素子の音響特性を維持しつつ、信
号線の引き出しが可能で、かつ信号線に制御手段を設け
た基板を容易に接続することができる超音波プローブを
実現することができる。
次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記複数の信号
線は、前記振動子の二次元状の配列面に対して略垂直に
引き出されていることを特徴とするものである。
載の二次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記第1
の基板は、前記第2の面に於いて前記第2の電極を有す
る複数の孔を有し、前記第2の基板は、前記孔と同一ピ
ッチで形成され、所定の接続パターンによって前記制御
手段と電気的に接続されている複数の接続ピンを有し、
前記制御手段は、前記孔に差し込まれた前記接続ピンを
を介して前記第2の電極と電気的に接続されることを特
徴とするものである。
次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記第2の基板
は、前記所定の接続パターンを変更する変更手段を有す
ることを特徴とするものである。
次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記変更手段
は、所定の接続パターンを有した前記第2の基板に脱着
可能なプレートであることを特徴とするものである。
うちいずれか一項記載の二次元アレイ型超音波プローブ
において、前記複数の第1の電極のうちの一部は、アー
ス接続されていることを特徴とするものである。
うちいずれか一項記載の二次元アレイ型超音波プローブ
において、前記第2の電極の数は、前記第1の電極の数
よりも少ない構成であることを特徴とするものである。
項記載の発明によっても、制御手段を付加した2次元ア
レイプローブに於いて、超音波振動子のピッチが小さく
なった場合であっても、2次元状に配列された各超音波
振動素子の音響特性を維持しつつ、信号線の引き出しが
可能で、かつ信号線に制御手段を設けた基板を容易に接
続することができる超音波プローブを実現することがで
きる。
次元アレイ型超音波プローブであって、前記第1の基板
は多層基板であり、前記第1の電極の前記所定ピッチを
広げるための複数の配線パターンが形成された少なくと
も一つの配線パターン層と、前記複数の第1の電極の一
つと、前記複数の配線パターンのうちの一つと、前記複
数の第2の電極の一つとを電気的に接続する複数の接続
手段と、を有し、前記信号線間のピッチは、前記配線パ
ターン層の配線パターンによって拡大されていることを
特徴とするものである。
は少なくとも一つの配線パターン層を有しており、各第
1の電極から引き出された信号線のピッチ幅は、配線パ
ターン層に形成されたパターン配線によって拡大され、
第2の電極に接続される。従って、超音波振動子が小さ
く配列ピッチが小さい二次元アレイ型超音波プローブで
あっても、各素子から信号線の引き出し、超音波素子の
音響特性の維持、IC等の制御手段の実装等を容易に実
現することができる。
次元アレイ型超音波プローブであって、前記複数の第1
の電極は、超音波送信用電極と、超音波受信用電極と、
アース電極とから成り、前記第2の電極は、複数の配線
パターンによって前記超音波送信用電極に対応する電極
毎、及び前記超音波受信用電極に対応する電極毎に整列
されていることを特徴とするものである。
極配列が送信用電極と受信用電極とを無作為に混在させ
た状態であっても、各第2の電極が送信用電極或いは受
信用電極であるのか容易に把握することができる。ま
た、前記第2の基板の電気回路を単純化することがで
き、第2の基板の種類を少なくすることができる。
第4の実施形態を図面に従って説明する。
の実施形態に係る二次元アレイ超音波プローブが有する
二次元アレイ超音波トランスデューサ10の概略図であ
る。図1(a)は、2次元アレイ超音波トランスデュー
サ1の斜視図であり、図1(b)は、図1(a)に於い
て矢印方向から見たA−A断面図である。
トランスデューサ10は、音響整合層12、アース電極
14、振動素子(圧電体)16、信号電極18、バッキ
ング材20(負荷材相)、信号線22、を具備する構成
となっている。
と振動素子12との間に位置するように設けられてお
り、被検体と振動素子12との音響インピーダンスの整
合をとるものである。
に設けられている。アース電極14は、圧電効果を得る
ために各振動素子16に電力を印加するための電極であ
り、アース接続されている。
は3成分系の圧電セラミックス等から成る圧電素子であ
り、2次元マトリックス状に配列されている。この振動
素子16の2次元的配列により、超音波の全方位的なフ
ォーカシングと高速な三次元走査が可能である。
(すなわち、アース電極14とは異なる一端)に設けら
れており、圧電効果のための電力印加や被検体から受波
した超音波に基く電気信号を入力する電極である。
に設けられており、当該振動素子16を機械的に支持す
る。また、バッキング材20は、超音波パルスを短くす
るために、振動素子16を制動している。このバッキン
グ材20は、後述する信号線端部221が振動素子16
と同じ配列ピッチとなるように、信号電極18から振動
素子16の配列面と垂直な方向に信号線22を引き出し
可能な経路が形成されている。このようなバッキング材
20は、板状のバッキング材と信号線パターンを張り合
わせ、その板厚みが配列ピッチと同じになるような薄い
バッキングを積み重ねなる等により作成することが可能
である。また、このバッキング材20の厚さは、トラン
スデューサの音響的特性を良好に保つため、使用する超
音波周波数の波長に対して十分な厚さ(十分減衰される
厚さ)にとるものとする。
部221を有している。また、他端に於いては各振動素
子12の信号電極18と接続されており、振動素子16
の配列面と垂直な方向に、信号電極18から伸延して、
バッキング材20中の経路を通し信号線端部221が引
き出されている。従って、信号線端部221は、振動子
と反対側のバッキング材20の面に於いて、2次元アレ
イ状に並んだ構成となっている。
の配列は、振動素子16と同じ配列ピッチのまま、すな
わち電極配列と同様に並んだ例を示しているが、信号線
端部221の配線ピッチを素子ピッチより大きくとるこ
とも可能である。例えば、上述した板状バッキングと信
号線パターンとを張り合わせて信号線の2次元配列を作
る場合等では、張り合わせる信号線パターンを信号線端
部221方向に進むに従って広がるようなパターンにす
ることで実現できる。
次元アレイ超音波プローブが有する、上述したトランス
デューサ10と接続される中継基板30と、中継基板3
0に略垂直に設けられる第1のIC基板40と、を示し
た概略図である。図2(a)は、中継基板30と第1の
IC基板40とをバッキング材20接続側から見た斜視
図である。また、図2(b)は、バッキング材20接続
側に対し反対側から見た中継基板30の斜視図であり、
中継基板30と第1のIC基板40との接続を説明する
ための図である。
に、一方の面に於いて信号線端部221と接続される信
号取り出し電極301を有し、図2(b)に示すよう
に、他方の面に於いて後述する第1のIC基板40の接
続ピン401を支持する穴(孔)303を有しており
(以下、信号取り出し電極301を有する面を第1の面
310、穴303を有する面を第2の面312と呼ぶこ
とにする)、トランスデューサ10とIC基板40との
電気的接続の中継を担っている。第1の面310の信号
取り出し電極301は、信号線端部221の配列ピッチ
に合わせて二次元アレイ状に形成されており、対応する
信号線端部221に接続される。第2の面312の穴3
03は、その底部に於いて、後述する接続ピン401に
接続される電極305を有している。また、穴303の
配列ピッチは、信号取り出し電極301の配列ピッチと
比較して大きなものとなっている。これは、中継基板3
0を多層基板で構成し、中間層にピッチを拡大していく
ようなパターンを設けることで実現できる。
する(増幅、切り替え等)IC45を実装しているリジ
ッド基板である。この第1のIC基板40は、第1のI
C基板40の一端の両面に、前記穴303の形状、配列
ピッチに合わせた接続ピン401を有している。第1の
IC基板40は、当該両面の接続ピン401を穴303
内に差し込む形で中継基板30に接続される。このと
き、接続穴303の底面に半田層を設け接続時に半田を
溶融することで、電気的接続(接続ピン401と電極3
05との接続)、及び機械的接続(穴303による接続
ピン401の支持)をとることが可能である。
数が増加すると、実装するIC45の数も多数となる。
本発明に係る二次元アレイ超音波プローブは二次元トラ
ンスデューサ10を有するため、多くのICを実装する
必要がある。従って、IC実装面積を広く確保しなけれ
ばならない。本発明に係る二次元アレイ超音波プローブ
では、以下に述べるように、中継基板と垂直に複数枚の
IC基板を所定のピッチで接続し、広いIC実装面積を
確保する構成となっている。
板30との接続を説明するための図である。図3は、各
IC基板45が同一の向きとなる接続方法であり、図4
は、各IC45が向き合うような接続方法を示してい
る。
IC基板40の両面に設け、例えば図3、図4に示すよ
うに、第1のIC基板40の厚さを穴303の列ピッチ
と同程度とすることで、第1のIC基板40の配列ピッ
チが穴303の2列分(すなわち、IC基板の配列ピッ
チは電極配列ピッチの2倍)となるように、複数枚の第
1のIC基板40を中継基板30に接続することができ
る。また、接続ピン401を3列分あるいは4列分設け
ることにより、第1のIC基板40の配列ピッチをさら
に大きくとることも可能である。
形態は、図3に示した一般的な形態以外に、図4に示す
ように隣接するIC基板40間でIC45の実装位置を
変えた両面実装や、更なる高密度実装にすることも可能
である。
る信号電極305のピッチ拡大、第1のIC基板40で
接続に使用する接続ピン401の複数列形成により、ト
ランスデューサ10の素子配列ピッチに対して十分大き
なピッチで複数の第1のIC基板40を配列することが
できる。その結果、IC基板厚みがある程度厚くでき
(例えば、素子ピッチは0.2〜0.5mm程度である
のに対し、IC基板配列ピッチはその2倍から4倍以上
とすることも可能である)作成を容易にするばかりでな
く、ICの実装や第1のIC基板40へのケーブル接続
等を容易にすることが可能となる。
数枚の第1のIC基板40が設けられた中継基板30と
の接続について説明する。
ーサ10と、図2に示した第1のIC基板40が設けら
れた中継基板30との接続を説明するための図である。
に形成された信号線端部221と中継基板30の信号取
り出し電極301とは、同じ配列ピッチで二次元アレイ
状に配列されているから、二次元トランスデューサ10
と中継基板30とは、各信号電極7と各信号取り出し電
極301とを対応させ、一括して異方性導電フィルムや
バンプ接続等の方法で接続することができる。
プローブは、バッキング材20を貫いて信号電極18か
らの信号線19を引き出している。バッキング材20背
面(下層)には、バッキング材相を通過した信号線と接
続する中継基板30と送受信信号に対して増幅や切り替
え等を行うICを実装するための第1のIC基板40と
が設けられている。中継基板30とIC基板40とは、
垂直に連結した構造となっている。
次元アレイ超音波プローブと超音波診断装置本体とを接
続するケーブル60と、上述した第1のIC基板40と
を接続する機構を説明するための図である。
断装置本体と第1のIC基板40等との電気的接続を取
るケーブルである。このケーブル60は、ケーブルアセ
ンブリ用FPC601(フレキシブルプリント基板)
と、当該ケーブルアセンブリ用FPC601を覆うカバ
ー603とによって構成されており、柔軟性を備えてい
る。
IC基板40とケーブル60とを接続するための基板で
ある。当該ケーブル接続基板50は、柔軟性を備えたF
PCで出来ており、その一端は、第1のIC基板40に
おける接続ピン401が設けられた一端とは反対側の一
端に電気的に接続されている。
他端及びケーブルアセンブリ用FPC601の一端にそ
れぞれ設けられている。このコネクタ62によって、ケ
ーブル接続基板50とケーブルアセンブリ用FPC60
1とは電気的に接続される。
超音波プローブの作用を説明する。
材20の厚みは、使用する超音波周波数の波長に対して
十分な厚さ(十分減衰される厚さ)にとる構成となって
いるから、超音波トランスデューサの振動素子の音響特
性を劣化させることなく信号線を引き出すことができ
る。従って、2次元アレイ素子の素子数が増大した場
合、また、素子ピッチが従来プローブ並に小さくなった
場合であっても、2次元アレイ状に配列した電極同士
を、ACF等の微細パターン接続法を用いて面接続可能
である。
2次元アレイ素子の配列面と概平行な面内に信号取り出
し電極を配列する構成になっている。その結果、従来の
アレイ素子ピッチと同程度の素子ピッチを有する2次元
アレイ素子であっても信号の取り出しが容易となる。
12に形成された穴303の配列ピッチ(すなわち、電
極305の配列ピッチ)は、第1の面310に形成され
た信号取り出し電極301の配列ピッチよりも大きくす
る構成であるから、送受信信号のためのICを実装する
第1のIC基板40と中継基板30との接続を容易に行
うことができる。この構成は、振動素子が小さい場合に
特に実益がある。
の接続のための接続ピン401を複数列設け、第1のI
C基板40の数を電極305の列数または行数よりも少
なくした構成となっている。従って、第1のIC基板4
0の配列ピッチを大きくすることができ、ICの実装や
ケーブル接続等を容易に行うことができる。さらに、製
造コストも低くすることが可能となる。
続する中継基板30と、送受信信号に対して増幅や切り
替え等を行うICを実装するための第1のIC基板40
とを個別に設け、略垂直に連結した構成となっている。
従って、従来の二次元アレイ超音波プローブと比してI
C実装面積を十分広く確保することができ、複数のIC
基板の効率的な接続が可能である。また、送受信信号に
対して増幅や切り替えを行うICの設置は、超音波振動
素子配列面とは概垂直な面内で行うことが出来るから、
当該配置を障害なく容易に行うことが出来る。
ブル接続基板50とケーブルアセンブリ用FPC601
とをコネクタ62で接続する構成となっている。また、
IC基板はICの実装を高密度に行えるようにリジット
基板を利用することで強固な構造体を形成している。従
って、ケーブル60と第1のIC基板40との接続、組
立の作業性を良くし、ケーブル接続部の柔軟性により破
損しにくい構造となっている。
ることができる。
プローブに於いて、二次元上配列の各配列方向に素子ピ
ッチが小さくなった場合であっても、各超音波振動素子
16の音響特性を劣化させず、信号線22を引き出すこ
とが可能であり、当該引き出した信号線22にIC45
を設けたIC基板40を容易に接続することができる。
したが、上記実施形態に限定されるものではなく、例え
ば以下に示すように、その要旨を変更しない範囲で種々
変形可能である。
て、信号線端部221と接続される所定ピッチの信号取
り出し電極301を有し、第2の面に於いて、信号取り
出し電極301のピッチより大きなピッチで形成され
た、接続ピン401を支持する穴303及び当該穴30
3にある電極305を有している。この信号取り出し電
極301と電極305との対応は、必要に応じて変形可
能な構成であってもよい。
電極301からの電気信号を、第2面の電極305から
取り出す必要はなく、例えば、信号線端部221のいく
つかからアース接続をとる形態、或いは信号取り出し電
極301からの電気信号を間引いて電極305から取り
出す形態とし、信号取り出し電極301と電極305と
の数を対応させない構成であってもよい。また、第1の
面310の信号取り出し電極301と第2の面312の
電極305との電気的接続の対応のさせ方は、任意であ
ってかまわない。
たように、2次元アレイ超音波プローブは、超音波素子
を2次元アレイ状に配列することで、超音波ビームの走
査を三次元的に行うことを1つの目的としている。従っ
て、従来の1次元アレイプローブと同程度の分解能を得
るためには、一方向の素子配列数や素子配列ピッチを1
次元アレイプローブと同程度であることが好ましい。例
えば、現状のセクタプローブ(1次元アレイプローブ)
は、100素子前後の素子数を利用している。従って、
二次元の各方向についてこのセクタプローブと同程度の
分解能を得るためには、100×100=10000素
子もの素子数を確保することが必要である。しかし、現
在では、10000素子もの素子を使用するシステムを
実現することは、プローブの製造性等の観点から困難と
なっている。
レイ超音波プローブの利用に於いて、スパースアレイと
いう利用方法がある。これは、多数ある2次元アレイプ
ローブ素子配列の中から、振動素子をランダムに抽出選
択し、使用する振動素子数を減少させることにより、構
造上の課題を解決する方法である。この方法の長所の一
つは、ランダムな素子を選択することで、素子配列によ
り生じるグレーティングローブやサイドローブといった
虚像の発生原因を抑制することができることである。
二次元超音波プローブに於いては、上述した第1のIC
基板40上に形成される信号線の数やパターンは、各第
1のIC基板40ごとに変わる可能性が高い。すなわち
回路パターンの異なる多数のIC基板を必要とすること
に他なり、プローブのコストを高くする要因となってし
まう。
レイ型超音波プローブをスパスーアレイに適用し、プロ
ーブのコストを低くできる例について説明する。この例
は、第1のIC基板40上に実装された各ICと接続ピ
ン401との電気的接続パターンは、第1のIC基板4
0毎に特定のパターンとなる第1の実施形態に対し、各
IC基板上の各ICと接続ピン401との電気接続パタ
ーンを必要に応じて変更可能としたものである。
レイ型超音波プローブが具備するIC基板は、基板内に
パターン変更部71を有しており、利用する素子のパタ
ーンが異なる場合であっても同一のIC基板が使用でき
るようになっている。以下、パターン変更部の具体的な
実現方法を示す。
接続パターンを変更可能な第2のIC基板70を示して
いる。
は、信号線の途中にジャンパー線74を接続するための
ジャンパー端子72、73を設け、ジャンパー端子1
2、13間を所望の接続パターンに変更可能としたパタ
ーン変更部71を具備している。ある接続パターンを別
の接続パターンに変更したければ、新たなジャンパー線
の接続設定を行えばよい。また、不必要な端子をアース
に落とすことも可能である。
接続パターンを変更可能な第3のIC基板80を示して
いる。
は、ソケット形状の端子82、83、予め接続パターン
が作成されたソケット81を具備している。そして、ソ
ケット81を端子82、83に差し込むことで、パター
ン変更を可能な構成となっている。また、必要に応じ
て、他の接続パターンを有するソケット81にすること
で、所望の接続パターンに変更することが可能である。
さらに、ソケット81の接続パターン変更により、不必
要な端子をアースに落とすことも可能である。
内に信号ラインの引き回しパターンを変更可能なパター
ン変更部71或いはソケット81を設け、IC基板内で
処理する信号線の数や接続パターンが各IC基板で異な
る場合であっても、同一のIC基板を使用することがで
きる。その結果、例えば、マトリックス状に多数の素子
が配列された2次元アレイ型超音波プローブに於いて、
選択的に素子を使用するスパースアレイ型の利用形態を
とった場合でも、IC基板の種類を少なく抑制すること
が可能となり、コスト上昇を抑制することが出来る。ま
た、信号線の数や接続パターンの変更も容易となり、作
業性の向上も期待することができる。
第2の実施形態で述べたスパースアレイ型の2次元アレ
イ超音波プローブに於いて、ランダムな素子配列ごとに
IC実装基板を多数作らず、プローブ構造を簡素化した
2次元アレイプローブを実現する例を示す。
スアレイ型2次元アレイ超音波プローブは、マトリック
ス状に2次元配列された超音波素子の全てを使用するも
のではない。従って、使用する素子のみを接続する場
合、非スパースアレイ型2次元アレイ超音波プローブと
比較して、必要な信号線数を当然少なくすることが出来
る。すなわち、第2の実施形態では、2次元アレイの各
素子を有効な素子とするか無効な素子とするかの選択を
IC基板上のパターン変更部71で行っている。これに
対し、第3の実施形態は、この選択を中継基板(図8参
照)内で行ってしまうものである。
レイ型の2次元アレイ超音波プローブの概念構成図を示
す。図8は側方断面図であるためアレイ配列を1次元に
示しているが、実際には2次元配列に適用するものであ
る。
ブは、二次元アレイ型超音波トランスデューサ10と中
継基板500と、図示していない第1のIC基板40等
を具備している。
0は、図1同様な振動素子16と音響整合層12、バッ
キング材20等から成る。また、振動子電極として共通
電極14と信号電極18とが設けられており、信号電極
18にはバッキング材内を通る信号線22が接続され信
号線端部221に引き出され、2次元アレイ状に配列さ
れた構成となっている。
応した信号線取り出し電極501を有しており、2次元
配列された信号線端部221と接続される。中継基板5
00は、多層プリント配線基板となっており、信号取り
出し電極501は有効な素子部では図示していないIC
基板と接続する側の面512面に引き回されIC基板と
接続する電極505に至っている。なお、IC基板は、
スパースアレイとして使用される素子を制御するものの
み実装される。
01は、アースライン513に落とされ共通接続されて
いる。電極505に接続するIC基板等は前述と同様で
あるが、本実施形態では信号線取り出し電極501より
もIC基板接続電極505の数が少ない構成となってい
る。
して使用する素子のみから信号線を取り出し、当該取り
出された信号線と使用する素子分のIC基板とを接続す
る構成となる。従って、IC基板を接続する接続電極5
05及び接続穴503の数を信号取り出し電極501よ
りも少なくでき、穴503の配列ピッチを広くすること
が可能となる。その結果、ICの実装がより容易とな
り、またケーブル接続など容易にすることが可能とな
る。
配置は、中継基板内で信号引き出し電極501から複数
層のプリントパターンで引き回すことで自在に配置する
ことが可能であり、スパースアレイの素子配置によらず
任意の配置が可能となる。すなわち、スパースアレイで
有効素子配置が各列毎に異なっていても、IC基板の配
線パターンを全て異なるものにする必要はなく、少ない
種類のIC基板で対応可能となる。極論すればIC基板
を1種類にすることも可能である。
IC基板を作ることなく1種類のIC基板を効率的に使
用でき、またIC基板接続部のピッチも大きくすること
が可能となる。その結果、製造し易く、安価な2次元ア
レイ超音波プローブを実現することができる。
超音波プローブは、中継基板500と第2の実施形態で
示した第2のIC基板70とを組み合わせた配線パター
ン形成も可能である。
中継基板を多層の基板によって構成することで、特に良
好な信号取り出しを実現する二次元超音波アレイプロー
ブを、図面に基づいて説明する。
レイプローブが有する中継基板30のトランスデューサ
接続面(すなわち、バッキング材接続側20)を示して
いる。
アレイプローブが有する中継基板30のIC基板接続面
(すなわち、バッキング材接続側20に対して反対側の
面)を示している。同図においては、穴303及び当該
穴303中に存する電極305(図示せず)が、図9に
示した電極301よりも大きなピッチによって配列され
ている。
に沿った中継基板30の概略断面図であり、複数のパタ
ーン層基板(本図では、n枚)から構成されていること
を示している。
ーブの重要な点の一つは、中継基板が複数のパターン層
基板によって構成された多層基板となっていることであ
る。この複数のパターン層基板のそれぞれに形成された
複数のパターン配線によって、図9に示したトランスデ
ューサ接続面の電極301から取り出される信号配線
は、図10に示すような大きなピッチで整列して取り出
される。なお、パターン層基板の数nは、使用する或い
は備え付けられる振動素子16の数に依存する。以下、
n=2の場合を例として、多層基板から成る中継基板3
0の具体例を説明する。
板(すなわち、n=2)を有する、図9或いは図10の
直線A−Aに沿った中継基板30の断面図である。
のトランスデューサ側上面図を示しており、図14は、
第2のパターン層基板72のトランスデューサ側上面図
を示している。
ンスデューサ側接続面に設けられた各電極301から取
り出された電気配線の一部は、ビアホール700によっ
て第1のパターン層70に引き出される。引き出された
各電気配線は、第1のパターン層基板70において図1
3に示すパターン配線701によってより大きなピッチ
幅に拡大され、ビアホール700によって中継基板30
のIC基板接続面へと引き出される。
れた各電極301から取り出された残余の電気配線は、
図12に示すようにビアホール702によって第2のパ
ターン層72に引き出される。引き出された各電気配線
は、第2のパターン層基板72において図14に示すパ
ターン配線720によってより大きなピッチ幅に拡大さ
れ、ビアホール702によって中継基板30のIC基板
接続面へと引き出される。
が、例えば多くの振動素子を有する二次元超音波アレイ
プローブであっても、さらに多くのパターン層基板を設
けることで対応することが可能である。
の電気配線パターンは任意である。すなわち、トランス
デューサ側接続面に設けられた電極301とIC基板接
続面に設けられた電極305とを一対一に対応させるた
めのものであり(但し、アース配線はこの限りではな
い。)、且つ中継基板30のトランスデューサ側接続面
からIC基板接続面にかけて電気配線のピッチを広げる
ものであれば、どのようなものであっても構わない。ま
た、一の信号配線を、複数のパターン層基板に渡って段
階的に電気配線のピッチを広げる構成であっても、同様
の目的を達成することができる。
との割り当て例について、図面を参照しながら説明す
る。
サ側接続面に存在する電極アレイ302を構成する電極
301の割り当て例を模式的に示した図である。同図に
おいて、斜線に塗られた矩形は送信電極、黒く塗りつぶ
された矩形は受信電極、白色の矩形はアース電極にそれ
ぞれ割り当てられた電極301を示している。
アレイ302の中心部(すなわち、二次元超音波アレイ
プローブの超音波照射面中心部)付近に集められてい
る。これは、反射波情報を増やす観点から照射ビーム口
径を小さくするためである。一方、受信電極は電極アレ
イ302全体に散りばめられている。これは、受信口径
を大きくすることでよりシャープな反射波を受信するた
めである。従って、この様な電極割り当てを行えば、よ
り精度の高い超音波送受信が可能である。
続面に存在する電極アレイ306を構成する電極305
の割り当て例を模式的に示した図である。斜線矩形が送
信電極、黒色矩形が受信電極、白色矩形がアース電極に
それぞれ対応するのは、図15と同様である。
層基板によって引き出された電気配線は、送信電極及び
受信電極ごとに整列されている。また、アース電極は4
個の送受信電極毎に配列されている。従って、本中継基
板30に接続されるIC基板40の接続ピン401(例
えば、図3又は図4参照)は、一方の面に配列されたも
のは送信信号の為のピンとなり、他方の面に接続された
ものは受信のためのピンとなる。例えばこの様な電極割
り当てを行うことよによって、IC基板70等の接続ピ
ン401と送信用電極或いは受信用電極との対応、すな
わちIC45の接続ピン401と送信用電極或いは受信
用電極との対応形態を容易に把握することができる。こ
の形態は、例えばIC基板70等やIC45の交換等に
おいて実益がある。また、IC基板70等の電気回路を
単純化することができる。さらに、IC基板70等の形
態を統一的に扱うことが可能であり、従ってIC基板7
0等の種類は少なくて済む。
を異なる電極301、305に割り当てたが、同一の電
極301、305が超音波の送受信を担う構成であって
もよい。また、一部の電極301、305が超音波の送
受信を担い、残余の電極301、305には送信電極と
受信電極とを別々に割り当てる構成であってもよい。
れており、トランスデューサから引き出された信号配線
は、そのピッチ幅が中継基板30の各層に形成されたパ
ターン配線によって拡大され、IC基板接続側に整列し
て引き出される。従って、一振動素子が小さく配列ピッ
チが小さい二次元超音波アレイプローブであっても、各
素子から信号線の引き出し、超音波素子の音響特性の維
持、IC等の実装等を容易に実現することができる。
が、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各
種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら
変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するもの
と了解される。例えば以下(1)、(2)に示すよう
に、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
波アレイプローブは、それぞれ別体であるトランスデュ
ーサ10、中継基板30、IC45を備えたIC基板7
0等を組合わせて構成される。設計によっては、トラン
スデューサ10の中継基板30接続面サイズよりも中継
基板30のトランスデューサ10接続面サイズが大きく
なる場合がある。この場合において、トランスデューサ
10と中継基板30とを接続すれば、例えば図17に示
すように、中継基板30の周縁部がトランスデューサ1
0の輪郭より大きな形態となる。
検査対象物、例えば人体の一部に当接して使用される。
従って、トランスデューサ10の輪郭からはみ出る中継
基板30の周縁部があまりに大きいと、作業性に影響を
及ぼすことがある。
ーサ10の超音波照射方向の長さxは、トランスデュー
サ10の輪郭からはみ出る中継基板30の周縁部の長さ
yよりも長ければ(すなわち、x>yであれば)、二次
元超音波アレイプローブの使用は良好である。なお、長
さxの調整は、例えばバッキング材の長さの調整によっ
て容易に実現することができる。
成されたパターン配線基板を積層して形成された中継基
板を示した。これに対し、各層を順次積み重ねて多層化
した中継基板であっても、同様の効果を得ることができ
る。
限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組合わ
せた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の
段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件
における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得
る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つか
の構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課
題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べ
られている効果の少なくとも1つが得られる場合には、
この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得
る。
た2次元アレイプローブに於いて、素子ピッチが小さく
なった場合であっても、2次元状に配列された各超音波
振動素子の音響特性を維持しつつ、信号線の引き出しが
可能で、かつ信号線に電気回路を設けた回路基板を容易
に接続することができる超音波プローブを実現すること
ができる。
ーブが有する二次元アレイ超音波トランスデューサ10
の概略図。
継基板30と中継基板30に略垂直に設けられる第1の
IC基板40とを示した概略図。
す図。
の例を示す図。
のIC基板40が設けられた中継基板30との接続を説
明するための図。
ーブが有するケーブル60と、第1のIC基板40とを
接続する機構を説明するための図。
更可能なIC基板を示す図。
型の2次元アレイ超音波プローブの概念構成を示す図。
レイプローブが有する中継基板30のトランスデューサ
接続面を示している。
波アレイプローブが有する中継基板30のIC基板接続
面を示している。
沿った中継基板30の断面図である。
図9或いは図10の直線A−Aに沿った中継基板30の
断面図である。
ンスデューサ側上面図を示している。
ンスデューサ側上面図を示している。
側接続面に存在する電極アレイ302を構成する電極3
01の割り当て例を模式的に示した図である。
する電極アレイ306を構成する電極305の割り当て
例を模式的に示した図である。
好ましいサイズ比を説明するための図である。
二次元トランスデューサの概略構成図。
Claims (9)
- 【請求項1】二次元状に配列された超音波振動子と、 前記超音波振動子に設けられ、当該超音波振動子からの
電気信号を受信する信号電極と、 前記超音波振動子を制動する負荷材と、 前記信号電極から前記負荷材を通して所定のピッチで引
き出される複数の信号線と、 複数の第1の電極が前記信号線の所定のピッチと同ピッ
チで設けられた第1の面と、前記第1の電極と電気的に
接続された複数の第2の電極が前記所定のピッチより広
いピッチで設けられた第2の面と、を有し、前記信号線
と前記第1の電極とを対応して接続することで、前記第
1の面から前記第2の面にかけて前記信号線間のピッチ
を広げる第1の基板と、 前記第2の電極に接続され前記電気信号に関する処理を
行う信号処理手段を実装し、前記第1の基板と略垂直に
設けられた第2の基板と、 を具備することを特徴とする二次元アレイ型超音波プロ
ーブ。 - 【請求項2】前記複数の信号線は、前記振動子の二次元
状の配列面に対して略垂直に引き出されていることを特
徴とする請求項1記載の二次元アレイ型超音波プロー
ブ。 - 【請求項3】前記第1の基板は、前記第2の面に於いて
前記第2の電極を有する複数の孔を有し、 前記第2の基板は、前記孔と同一ピッチで形成され、所
定の接続パターンによって前記制御手段と電気的に接続
されている複数の接続ピンを有し、 前記制御手段は、前記孔に差し込まれた前記接続ピンを
介して前記第2の電極と電気的に接続されること、 を特徴とする請求項1又は2記載の二次元アレイ型超音
波プローブ。 - 【請求項4】前記第2の基板は、前記所定の接続パター
ンを変更する変更手段を有することを特徴とする請求項
3記載の二次元アレイ型超音波プローブ。 - 【請求項5】前記変更手段は、所定の接続パターンを有
した前記第2の基板に脱着可能なプレートであること、
を特徴とする請求項4記載の二次元アレイ型超音波プロ
ーブ。 - 【請求項6】前記複数の第1の電極のうちの一部は、ア
ース接続されていることを特徴とする請求項1乃至5の
うちいずれか一項記載の二次元アレイ型超音波プロー
ブ。 - 【請求項7】前記第2の電極の数は、前記第1の電極の
数よりも少ない構成であることを特徴とする請求項1乃
至6のうちいずれか一項記載の二次元アレイ型超音波プ
ローブ。 - 【請求項8】前記第1の基板は多層基板であり、前記第
1の電極の前記所定ピッチを広げるための複数の配線パ
ターンが形成された少なくとも一つの配線パターン層
と、 前記複数の第1の電極の一つと、前記複数の配線パター
ンのうちの一つと、前記複数の第2の電極の一つとを電
気的に接続する複数の接続手段と、 を有し、 前記信号線間のピッチは、前記配線パターン層の配線パ
ターンによって拡大されていること、 を特徴とする請求項1記載の二次元アレイ型超音波プロ
ーブ。 - 【請求項9】前記複数の第1の電極は、超音波送信用電
極と、超音波受信用電極と、アース電極とから成り、 前記第2の電極は、複数の配線パターンによって前記超
音波送信用電極に対応する電極毎、及び前記超音波受信
用電極に対応する電極毎に整列されていること、 を特徴とする請求項8記載の二次元アレイ型超音波プロ
ーブ。
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