JP2017080131A - 超音波デバイス、超音波プローブ、電子機器、および超音波画像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができるバッキング部を備えた超音波デバイス、超音波デバイスを備えた超音波プローブ、超音波プローブを備えた電子機器、および超音波画像装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、超音波の送受信を行う超音波デバイス１であって、超音波を射出する第１面および第２面を含む超音波素子１０と、超音波素子１０の第２面を支持し、第２面側に射出される超音波を減衰可能なバッキング部２０と、を備え、バッキング部２０は、厚さ方向に対して傾斜するスリット孔２０２を有する。また、超音波素子１０はアレイ状に配置され、スリット孔２０２は、アレイ状に配置される超音波素子１０の配列間隔と同等に配置されている。【選択図】図７

Description

本発明は、超音波デバイス、超音波デバイスを備えた超音波プローブ、超音波プローブを備えた電子機器、および超音波画像装置に関する。

従来、超音波デバイスは、圧電部材、バッキング部、音響整合層、および音響レンズ等から構成されている。そして、超音波デバイスは、圧電部材で発生させた超音波を、音響整合層、音響レンズを介して被検体に入射させる。そして、超音波デバイスは、被検体内部で反射した反射波（超音波）を受信し、反射波の強弱に対応した電圧を発生させる。また、バッキング部は、圧電部材を支持し、不要な超音波を減衰させることにより、被検体に入射させる超音波にノイズが乗ることを抑制している。

なお、圧電部材（超音波素子）が、シリコン基板上の振動膜に圧電体層をアレイ状に配置する、薄膜構成で形成される場合には、超音波素子アレイの撓みを抑える剛性力等を含めた構造的な強度を確保するために、バッキング部を構成するバッキング部材として、金属板を用いている。また、バッキング部材は、進行距離が長い（厚さが厚い）ほど超音波が減衰するという特性を利用しているため、剛性力以上の厚さを有する金属板を用いている。

特許文献１には、バッキング材上に配置された圧電振動子からなる超音波探触子において、バッキング材は繊維材と樹脂とを含む複合材から成り、繊維材の長手方向は圧電振動子の振動方向と方向が一致している超音波探触子が開示されている。なお、特許文献１では、この超音波探触子を用いることにより、軽く且つ広帯域の周波数特性を実現し、高画質の画像が得られるとしている。また、特許文献１では、圧電振動子は、いわゆるバルク型で構成されており、バッキング材として、例えば、エポキシ樹脂と炭素繊維から成る複合材にタングステン粉末をわずかに分散させること等で、軽量化を実現している。

特開２００７−１３４７６７号公報

現在、超音波プローブや超音波画像装置の利便性を向上させる目的で、薄膜構成の超音波素子（超音波素子アレイ）を用いた超音波デバイスにおいて薄型化が望まれている。具体的には、バッキング部を薄型化することが望まれている。なお、従来の、バッキング部材の厚さを単純に薄くした場合には、バッキング部材で減衰されなかった不要な超音波が超音波素子側に射出されてしまい、大きなノイズ成分となることが課題となる。そして、このノイズ成分は、Ｂモード画像化時に、Ｙ軸方向（深さ方向）にアーチファクトとして表示されることにより、検査などにおいて偽所見の原因となる。
従って、不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができるバッキング部を備えた超音波デバイス、超音波デバイスを備えた超音波プローブ、超音波プローブを備えた電子機器、および超音波画像装置が要望されている。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る超音波デバイスは、超音波の送受信を行う超音波デバイスであって、超音波を射出する第１面および第２面を含む超音波素子と、超音波素子の第２面を支持し、第２面側に射出される超音波を減衰可能なバッキング部と、を備え、バッキング部は、厚さ方向に対して傾斜するスリット孔を有することを特徴とする。

このような超音波デバイスによれば、超音波素子の第２面を支持するバッキング部は、厚さ方向に対して傾斜するスリット孔を有している。これにより、超音波素子の第２面側から射出された超音波が、傾斜するスリット孔の内部に入射した場合、スリット孔の内壁（境界面）により反射を繰り返して進行する。このように、反射を利用して進行経路（進行距離）を長くすることで超音波を減衰させることができる。そして、バッキング部を進行した超音波が、例えば全反射して超音波素子に戻る場合には、バッキング部のスリット孔を逆の経路で反射しながら進行して戻ることになる。そのため、バッキング部から超音波素子に戻る不要な超音波を抑制することができる。これにより、第１面側から射出される超音波に、第２面側から射出された超音波がノイズとして乗ることを抑制することができる。そして、バッキング部は、従来のバッキング部の厚さに対して、超音波素子の構造的な強度と、不要な超音波を抑制できるスリット孔と、を確保できる最低限の厚さまで、薄型化を図ることができる。従って、不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができる超音波デバイスを実現することができる。

［適用例２］上記適用例に係る超音波デバイスにおいて、超音波素子は、アレイ状に配置されていることが好ましい。

このような超音波デバイスによると、超音波素子がアレイ状に配置される場合にも、超音波をそれぞれのスリット孔の内壁により反射を繰り返して進行させることで、進行距離を長くすることができ、超音波を減衰させることができる。これにより、バッキング部から各超音波素子に戻る不要な超音波を抑制することができる。そして、バッキング部は、従来のバッキング部の厚さに対して、アレイ状に配置される超音波素子（超音波素子アレイ）の撓みなどを防止する構造的な強度と、不要な超音波を抑制できるスリット孔と、を確保できる最低限の厚さまで、薄型化を図ることができる。従って、不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができる超音波デバイスを実現することができる。

［適用例３］上記適用例に係る超音波デバイスにおいて、スリット孔は、アレイ状に配置される超音波素子の配列間隔と同等に配置されていることが好ましい。

このような超音波デバイスによると、スリット孔が、アレイ状に配置される超音波素子の配列間隔と同等に配置されることにより、超音波素子から射出された超音波を、それぞれ対応するスリット孔に効率的に入射させることができる。これにより、スリット孔を効率的な配置とすることができるため、バッキング部から超音波素子に戻る不要な超音波を更に抑制することができ、バッキング部を更に薄型化することができる。

［適用例４］上記適用例に係る超音波デバイスにおいて、バッキング部は、厚さ方向に重ねられていることが好ましい。

このような超音波デバイスによると、バッキング部が、厚さ方向に重ねられることにより、超音波は、重ねられたバッキング部のスリット孔に対しても反射を繰り返して進行することができるため、超音波を更に減衰させることができる。これにより、バッキング部から超音波素子に戻る不要な超音波を更に抑制することができる。

［適用例５］上記適用例に係る超音波デバイスにおいて、バッキング部は、コーティング材によりコーティングされていることが好ましい。

このような超音波デバイスによると、超音波素子とバッキング部との間に生じる空気層を防止することができる。またコーティング材として、例えば樹脂を用いた場合、超音波素子の音響インピーダンスと同程度に合わせることができる。これにより、超音波素子から射出された超音波を、バッキング部の境界面での反射を抑えてバッキング部に効率的に入射させることができる。また、スリット孔の内部において、空気層を防止し、反射される超音波を効率的に透過させることができる。従って、バッキング部から超音波素子に戻る不要な超音波を抑制することができる。

［適用例６］本適用例に係る超音波プローブは、上述したいずれかの超音波デバイスと、超音波デバイスの一部を露出させて収容する収容部材と、を備えていることを特徴とする。

このような超音波プローブによれば、薄型化を図った超音波デバイスを収容部材に収容して超音波プローブを構成することにより、超音波プローブの薄型化を図ることができる。また、不要な超音波を抑制する超音波デバイスを収容することにより、超音波デバイスから被検体に向けて射出される超音波に、不要な超音波がノイズとして乗ることを抑制することができる。従って、超音波プローブの品質を向上させることができる。

［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上述した超音波プローブと、超音波プローブを制御し、超音波プローブからの入力信号を処理する処理装置と、を備えていることを特徴とする。

このような電子機器によれば、薄型化と品質向上を図った超音波プローブと、処理装置とにより、電子機器の利便性と品質を向上させることができる。

［適用例８］本適用例に係る超音波画像装置は、上述した超音波プローブと、超音波プローブを制御し、超音波プローブからの入力信号を処理して画像を生成する処理装置と、処理装置で生成された画像を表示する表示装置と、を備えていることを特徴とする。

このような超音波画像装置によれば、薄型化を図った超音波プローブ、処理装置、および表示装置により、超音波画像装置の利便性を向上させることができる。また、不要な超音波を抑制する超音波プローブ（超音波デバイス）を備えることにより、超音波画像装置は、Ｂモード画像化時に、アーチファクトの生成を抑制することができるため、検査などにおいて偽所見の原因となることを低減することができる。従って、超音波画像装置の品質を向上させることができる。

第１実施形態に係る超音波画像装置の概略構成を示す斜視図。 超音波プローブの概略構成を示す斜視図。 超音波デバイスの概略構成を示す斜視図。 超音波素子の概略構成を示す平面図。 超音波素子の概略構成を示す断面図。 超音波素子アレイの概略構成を示す説明図。 超音波デバイスの構成を示す断面図。 超音波デバイスをバッキング部の側から見た平面図。 第２実施形態に係る超音波デバイスの構成を示す断面図。 第３実施形態に係る超音波デバイスの構成を示す断面図。

本実施形態では、超音波デバイス１、超音波デバイスを備えた超音波プローブ１００、および超音波プローブを備えた電子機器としての超音波画像装置１１０に関し、図面に基づいて説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

〔第１実施形態〕

図１は、第１実施形態に係る超音波画像装置１１０の概略構成を示す斜視図である。図１を参照して、超音波画像装置１１０の構成を説明する。
本実施形態の超音波画像装置１１０は、超音波プローブ１００を被検体の皮膚面等に密着させて保持し、超音波プローブ１００から超音波を発信し、被検体内部から反射する反射波（超音波）を受信し、受信した超音波のデータを解析して画像として表示する装置である。術者は、この画像を確認しながら穿刺動作等を行う。

電子機器としての超音波画像装置１１０は、超音波プローブ１００と処理装置１０１と表示装置１０２とを備える。超音波プローブ１００と処理装置１０１とは、可撓性を有するケーブル１０３で相互に接続され、電気信号を送受信する。処理装置１０１には表示装置１０２が備えられ、処理装置１０１で処理されて生成された画像（超音波プローブ１００で検出された超音波に基づいた画像）を表示する。

図２は、超音波プローブ１００の概略構成を示す斜視図である。詳細には、図２は、超音波プローブ１００を皮膚面に密着させる側から見た斜視図である。図３は、超音波デバイス１の概略構成を示す斜視図である。図２、図３を参照して、超音波プローブ１００、超音波デバイス１の構成を説明する。

図２に示すように、本実施形態の超音波プローブ１００は、超音波デバイス１、収容部材８０等を備えて構成される。超音波デバイス１は、図３に示すように、概ね矩形の平板状に形成されている。収容部材８０も超音波デバイス１と同様に、概ね矩形の平板状に形成されている。収容部材８０は、収容部８１を有して、超音波デバイス１の一部となる音響レンズ４０（レンズ部４１）を露出させる状態で超音波デバイス１を収容する。なお、収容部８１に超音波デバイス１を収容する際に、収容部８１の内側面と超音波デバイス１の外側面との隙間に、シリコーン系のシール部材８５を挟み込むことで、収容部８１と超音波デバイス１との隙間が封止される。収容部材８０は、本実施形態では、合成樹脂部材を用いて形成されている。しかし、これには限られず、他の部材、例えば金属部材などを用いることができる。

図３に示すように、本実施形態の超音波デバイス１は、矩形状に形成される超音波素子アレイ１０Ａ（超音波素子１０）を中心に、音響整合層３０、音響レンズ４０、およびバッキング部２０等を含んで構成される。超音波デバイス１は、超音波素子１０で発生させた超音波を、音響整合層３０、音響レンズ４０を介して被検体に入射させる。そして、超音波デバイス１は、被検体内部で反射した超音波の反射波（エコー波）を受信し、エコー波の強弱に対応した電圧を発生させる。

音響整合層３０は、超音波素子アレイ１０Ａと被検体との音響インピーダンスの差を小さくし、超音波の反射を抑えて効率よく被検体内部に入射させるための音響整合を取っている。音響レンズ４０は、図２、図３に示すように、外面となる一方の面に、厚み方向に凸状となり、部分的な円柱面形状に形成されるレンズ部４１を有している。レンズ部４１の曲率は、超音波の焦点位置に応じて設定される。そして、音響レンズ４０は、このレンズ部４１により、超音波素子アレイ１０Ａで射出された超音波の広がりを収束させて分解能を向上させる、また、バッキング部２０は、超音波素子アレイ１０Ａから射出される不要となる超音波を減衰させることにより、画像における距離分解能を向上させている。

なお、図２に示すように、音響レンズ４０の母線に平行にスキャン方向Ｄ２が規定され、音響レンズ４０の母線に直交し、収容部材８０の収容部８１が形成される面に平行にスライス方向Ｄ１が規定される。この面内でスキャン方向Ｄ２およびスライス方向Ｄ１は互いに直交する。

図４は、超音波素子１０の概略構成を示す平面図である。図５は、超音波素子１０の概略構成を示す断面図である。なお、図５は、図４のＡ-Ａ切断線に沿った断面を示している。図６は超音波素子アレイ１０Ａの概略構成を示す説明図である。図４〜図６を参照して、本実施形態の超音波素子１０および超音波素子アレイ１０Ａの構成を説明する。なお、本実施形態の超音波素子１０は、薄膜の圧電素子で構成される。

図４、図５に示すように、超音波素子１０は、ベース基板１１と、ベース基板１１に形成された振動膜１３と、振動膜１３上に設けられた圧電体部１８とを有する。そして圧電体部１８は、第１電極１４、圧電体層１５、第２電極１６を有する。

超音波素子１０は、シリコンなどのベース基板１１に開口部１２を有し、開口部１２を覆って閉塞する振動膜１３を備えている。開口部１２は、ベース基板１１の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。振動膜１３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）層との２層構造により構成される。ここで、酸化シリコン層は、ベース基板１１がシリコン基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、酸化ジルコニウム層は、酸化シリコン層上に例えばスパッタリングなどの手法により成膜される。ここで、酸化ジルコニウム層は、後述する圧電体層１５として例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合に、ＰＺＴを構成する鉛が酸化シリコン層に拡散することを防止するための層である。また、酸化ジルコニウム層は、圧電体層１５の歪みに対する撓み効率を向上させるなどの効果もある。

振動膜１３の上面には第１電極１４が形成され、第１電極１４の上面には圧電体層１５が形成され、更に圧電体層１５の上面に第２電極１６が形成されている。言い換えると、圧電体部１８は、第１電極１４と第２電極１６との間に圧電体層１５が挟まれる構造で構成されている。

第１電極１４は、金属薄膜で形成され、複数の超音波素子１０（圧電体層１５）を備える場合、図４に示すように、素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０（圧電体層１５）に接続される配線であってもよい。

圧電体層１５は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極１４の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層１５の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ₃）などを用いてもよい。

第２電極１６は、金属薄膜で形成され、圧電体層１５の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極１６は、複数の超音波素子１０（圧電体層１５）を備える場合、図４に示すように、素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０（圧電体層１５）に接続される配線であってもよい。

また、図５に示すように、超音波素子１０を覆い、外部からの透湿を防止する防湿層１９が備えられている。この防湿層１９はアルミナなどの材料で形成され、超音波素子１０の全面あるいは一部に設けられている。なお、防湿層１９は、使用する状態や環境により適宜設ければよく、防湿層１９を設けない構造であっても良い。

圧電体層１５は、第１電極１４と第２電極１６との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。従って、圧電体層１５に電圧を印加すると、例えば開口部１２側に凸となる撓みが生じ、振動膜１３を撓ませる。圧電体層１５に交流電圧を印加することで、振動膜１３が膜厚方向に対して振動し、この振動膜１３の振動により超音波が開口部１２から射出される。併せて、開口部１２とは反対側（素子形成側）にも超音波が射出される。なお、本実施形態の超音波デバイス１は、開口部１２とは反対側（素子形成側）に射出される超音波を被検体に射出する。圧電体層１５に印加される電圧（駆動電圧）は、例えばピークツーピーク値で１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

超音波素子１０は、射出された超音波が対象物で反射されて戻ってくるエコー波を受信する受信素子としても動作する。エコー波により振動膜１３が振動し、この振動によって圧電体層１５に応力が加わり、第１電極１４と第２電極１６との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。

次に、図６を参照して、上記の超音波素子１０をアレイ状に配置した超音波素子アレイ１０Ａについて説明する。超音波素子アレイ１０Ａは、アレイ状に配置された複数の超音波素子１０、駆動電極線ＤＬ、コモン電極線ＣＬを含んでいる。複数の超音波素子１０は、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配置される。図６では、一例として、スライス方向Ｄ１に沿って８行、スキャン方向Ｄ２に沿って１２列に配置される。

駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２は、それぞれスライス方向Ｄ１に沿って配線される。超音波を射出する送信期間には、処理装置１０１を構成する処理回路（図示省略）が出力する送信信号ＶＴ１〜ＶＴ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して各超音波素子１０に供給される。また、超音波のエコー信号を受信する受信期間には、超音波素子１０からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して処理回路に出力される。
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、それぞれスキャン方向Ｄ２に沿って配線される。コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖすなわちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が各超音波素子１０に印加され、所定の周波数の超音波が射出される。なお、超音波素子１０の配置は、図６に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。

図７は、超音波デバイス１の構成を示す断面図である。詳細には、超音波デバイス１をスキャン方向Ｄ２で切断した断面図である。図８は、超音波デバイス１をバッキング部２０の側から見た平面図である。なお、図８は、コーティング材２０５によりコーティングされたバッキング部材２０１を、説明の便宜上、実線で図示している。また、説明の便宜上、スキャン方向Ｄ２の超音波素子１０の個数を１０個として図示している。図３、図７、図８を参照して、超音波デバイス１の構成を説明する。

超音波デバイス１は、前述したように、矩形状に形成される超音波素子アレイ１０Ａ（超音波素子１０）を中心に、音響整合層３０、音響レンズ４０、およびバッキング部２０等を含んで構成される。本実施形態では、超音波素子アレイ１０Ａの素子形成面（第１面）に音響整合層３０が形成され、音響整合層３０の上部に音響レンズ４０が形成される。また、超音波素子アレイ１０Ａの素子形成面とは反対側の面（第２面）に、超音波素子アレイ１０Ａを支持するバッキング部２０が形成される。

音響レンズ４０は、シリコーン樹脂などの樹脂で形成される。図３に示すように、音響レンズ４０のレンズ部４１は、超音波素子アレイ１０Ａを構成する超音波素子１０に対応する範囲をカバーするように設けられている。

音響整合層３０は、超音波素子アレイ１０Ａと音響レンズ４０との間に形成される。音響整合層３０は、シリコーン系の接着剤が用いられ、接着剤が硬化することで、超音波素子アレイ１０Ａと音響レンズ４０とを固着（接着）させ、硬化した接着剤（樹脂）が音響整合層３０として機能する。音響整合層３０は、超音波素子１０と音響レンズ４０との間の音響インピーダンスの不整合を緩和する。

超音波素子アレイ１０Ａは、ベース基板１１に形成される開口部１２に対し、シリコーン樹脂を充填および硬化して、開口部１２がシリコーン樹脂により埋められた状態にする。これにより、後述するバッキング部２０と接続する場合、開口部１２において空気層の発生を防止する。

バッキング部２０は、バッキング部材２０１で構成される。また、バッキング部材２０１はコーティング材２０５によりコーティングされている。バッキング部材２０１は、本実施形態では、矩形で板状の金属部材となるステンレス部材で構成されている。なお、バッキング部材２０１は、ステンレス部材以外の金属部材やセラミック部材等を用いてもよい。

バッキング部材２０１は、厚み方向に対して傾斜するスリット孔２０２を有している。スリット孔２０２は、本実施形態では、超音波素子１０に対応して形成されている。また、スリット孔２０２は、スライス方向Ｄ１に延びて形成される。また、スリット孔２０２は、スキャン方向Ｄ２に、超音波素子１０の配列間隔と同等の間隔（ピッチ）で、スキャン方向Ｄ２に並ぶ超音波素子１０の数に対応させて複数形成されている。スリット孔２０２の平面方向における孔径（短手方向の孔径）は、超音波素子アレイ１０Ａ（ベース基板１１）の開口部１２の径に合わせている。なお、孔径は、開口部１２の径よりも大きくてもよい。

スリット孔２０２は、本実施形態では、レーザー加工により形成される。詳細には、スリット孔２０２は、いわゆるピコ秒レーザー（ショートパルスレーザー）を用いたレーザー加工により形成される。なお、ピコ秒レーザーは、レーザーの照射時間を示すパルス幅がピコ秒の領域にあるレーザーであり、照射時間が短いため、加工部周辺が熱の影響を受けにくく、溶解によるバリ等が発生しづらく、高精度で高密度な穴加工を行うことができる。

なお、スリット孔２０２が形成されたバッキング部材２０１は、コーティング材２０５により全体がコーティングされる。コーティング材２０５として、本実施形態では、シリコーン樹脂などの樹脂を用いている。コーティングは、コーティング用の治具となる容器内にバッキング部材２０１をセットし、シリコーン樹脂を容器内に流し込み、バッキング部材２０１の全体をコーティングした状態で硬化させる。これにより、バッキング部材２０１は、スリット孔２０２の内部およびバッキング部材２０１の外周部がコーティングされる。これにより、バッキング部２０が完成する。

なお、コーティング材２０５として本実施形態ではシリコーン樹脂を用いているが、超音波素子１０と音響インピーダンスが近いＡＢＳ樹脂等、他の合成樹脂を用いることでもよい。ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂を用いる場合には、例えば、射出成形機を用いたインサート成形を行い、バッキング部材２０１の全体をコーティング（モールド）することでバッキング部２０を成形することでもよい。なお、本実施形態の超音波素子１０の音響インピーダンスは、約１ＭＲａｙｌである。

このように構成されたバッキング部２０は、位置合わせされ、超音波素子アレイ１０Ａに、接着層５０を介して接着される。接着層５０は、本実施形態では、いわゆる両面テープを用いている。

次に、バッキング部２０での超音波に対する動作について説明する。なお、図７には、超音波の進行方向を模式的に矢印で示している。
超音波素子１０から射出された超音波は、開口部１２に充填された、超音波素子１０と音響インピーダンスが同程度となるシリコーン樹脂を透過し、併せて接着層５０を透過する。接着層５０を透過した超音波は、バッキング部２０に入射する。

バッキング部２０のコーティング材２０５は、上述したように、シリコーン樹脂を用いており、超音波素子１０の音響インピーダンスと同程度であるため、超音波は、コーティングの境界面での反射を抑えて、バッキング部２０（コーティング材２０５）に入射する。

図７の矢印で示すように、バッキング部２０に入射した超音波は、スリット孔２０２内部を充填するコーティング材２０５を透過して進行する。そして、超音波は、傾斜するスリット孔２０２の一方の内壁に当たる。コーティング材２０５とバッキング部材２０１とは音響インピーダンスが大きく異なるため、スリット孔２０２の一方の内壁に当たった超音波は内壁で反射（略、全反射）される。一方の内壁で反射された超音波は、スリット孔２０２内部を進行し、再びスリット孔２０２の他方の内壁に当たり、同様に反射される。このような反射を繰り返すことにより、超音波の進行経路（進行距離）が長くなり、拡散や散乱することにより、超音波は減衰する。

なお、全ての超音波素子１０に対応して各スリット孔２０２で、超音波に対する上述した動作が行われる。そして、バッキング部２０の先が空気層であり、最終的に、バッキング部２０の端面に達した超音波が全反射した場合、超音波は、上述したとは逆方向の経路でスリット孔２０２の内部を再び反射を繰り返して進行する。これらの動作により、超音波素子１０に戻る超音波は減衰する。

バッキング部材２０１は、図８に示すように、矩形状の金属部材（ステンレス部材）で構成され、スライス方向Ｄ１に延びるスリット孔２０２以外は、外周部で接続されている。そして、バッキング部材２０１は、超音波素子アレイ１０Ａの撓みなどを防止する構造的な強度を確保するのに必要な剛性力を有している。

また、スリット孔２０２は、超音波素子アレイ１０Ａの撓みなどを防止する構造的な強度（厚さ）を確保した上で、不要な超音波を抑制できる（不要な超音波が許容範囲に入る）傾斜角度と長さ（バッキング部材２０１の厚さ）に設定している。言い換えると、バッキング部２０は、超音波素子アレイ１０Ａの撓みなどを防止する構造的な強度と、不要な超音波を抑制できるスリット孔２０２と、を確保できる厚さに設定している。

従来は、バッキング部（バッキング部材）として、厚さが１０ｍｍ程度の金属部材（ステンレス部材）を用いていたが、本実施形態のバッキング部材２０１は、厚さが５ｍｍ〜８ｍｍ程度の金属部材（ステンレス部材）を用いることが可能となっている。

上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態の超音波デバイス１によれば、超音波素子１０の第２面（素子形成面とは反対側の面）を支持するバッキング部２０は、厚さ方向に対して傾斜するスリット孔２０２を有している。これにより、超音波素子１０から射出された超音波が、傾斜するスリット孔２０２の内部に入射した場合、スリット孔２０２の内壁（境界面）により反射を繰り返して進行する。このように、反射を利用して進行経路（進行距離）を長くすることで、超音波が拡散や散乱することにより超音波を減衰させることができる。そして、バッキング部２０を進行した超音波が、例えば全反射して超音波素子１０に戻る場合には、バッキング部２０のスリット孔２０２を逆の経路で反射しながら進行して戻ることになる。これにより、バッキング部２０から超音波素子１０に戻る不要な超音波を抑制することができる。そして、バッキング部２０は、バッキング部材２０１として金属部材（ステンレス部材）等を用いることを含め、従来のバッキング部の厚さに対して、超音波素子１０の構造的な強度と、不要な超音波を抑制できるスリット孔２０２と、を確保できる最低限の厚さまで、薄型化を図ることができる。従って、不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができる超音波デバイス１を実現することができる。

本実施形態の超音波デバイス１によれば、超音波素子１０がアレイ状に配置される場合にも、超音波をそれぞれのスリット孔２０２の内壁により反射を繰り返して進行させることで、進行距離を長くすることができ、超音波を減衰させることができる。これにより、バッキング部２０から各超音波素子１０に戻る不要な超音波を抑制することができる。そして、バッキング部２０は、バッキング部材２０１として金属部材（ステンレス部材）等を用いることを含め、従来のバッキング部の厚さに対して、超音波素子アレイ１０Ａの撓みなどを防止する構造的な強度と、不要な超音波を抑制できるスリット孔２０２と、を確保できる最低限の厚さまで、薄型化を図ることができる。従って、不要な超音波を抑制し、薄型化を図ることができる超音波デバイス１を実現することができる。

本実施形態の超音波デバイス１によれば、スリット孔２０２が、アレイ状に配置される超音波素子１０の配列間隔と同等に配置されることにより、超音波素子１０から射出された超音波を、それぞれ対応するスリット孔２０２に効率的に入射させることができる。これにより、スリット孔２０２を効率的な配置とすることができるため、バッキング部２０から超音波素子１０に戻る不要な超音波を抑制することができ、バッキング部２０を薄型化することができる。

本実施形態の超音波デバイス１によれば、バッキング部２０は、コーティング材２０５によりコーティングされていることにより、超音波素子１０とバッキング部２０との間に生じる空気層を防止することができる。またコーティング材２０５として、シリコーン樹脂を用いた場合、超音波素子１０の音響インピーダンスと同程度に合わせることができる。これにより、超音波素子１０から射出された超音波を、バッキング部２０の境界面での反射を抑えてバッキング部２０に効率的に入射させることができる。また、スリット孔２０２の内部において、空気層を防止し、反射される超音波を効率的に透過させることができる。従って、バッキング部２０から超音波素子１０に戻る不要な超音波を抑制することができる。

本実施形態の超音波プローブ１００は、薄型化を図った超音波デバイス１を収容部材８０に収容して構成されるため、超音波プローブ１００としての薄型化を図ることができる。また、超音波プローブ１００は、不要な超音波を抑制する超音波デバイス１を収容することにより、超音波デバイス１から被検体に向けて射出される超音波に、不要な超音波がノイズとして乗ることを抑制することができる。従って、超音波プローブ１００の品質を向上させることができる。

本実施形態の超音波画像装置１１０は、薄型化を図った超音波プローブ１００、処理装置１０１および表示装置１０２により、超音波画像装置１１０の利便性を向上させることができる。

本実施形態の超音波画像装置１１０は、不要な超音波がノイズとして乗ることを抑制できる超音波プローブ１００を備えているため、Ｂモード画像化時に、ノイズによるアーチファクトの生成および表示を抑制することができる。これにより、超音波画像装置１１０は、鮮明なＢモード画像を生成することができ、超音波画像装置１１０としての品質を向上させることができる。また、術者は、検査などにおいて、アーチファクトを抑制できる超音波画像装置１１０を用いることで、偽所見を低減でき、正確な所見を下すことができる。

〔第２実施形態〕

図９は、第２実施形態に係る超音波デバイス１Ａの構成を示す断面図である。図９を参照して、本実施形態の超音波デバイス１Ａの構成および動作について説明する。
本実施形態の超音波デバイス１Ａは、第１実施形態の超音波デバイス１と比べて、バッキング部２０Ａの構成が異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の超音波デバイス１と同様に構成されている。第１実施形態と同様の構成部には同様の符号を付記している。

本実施形態のバッキング部２０Ａは、第１実施形態のバッキング部２０を２つ用いて、厚さ方向に重ね合わせた状態に構成されている。ただし、バッキング部２０Ａは、２つのバッキング部２０を重ねた場合、互いに重なる面を基準として、バッキング部材２０１のスリット孔２０２が対称形状となるように重ねられる。

バッキング部２０Ａの組立ては、最初に、２つのバッキング部２０において、一方のバッキング部２０に対して、上下を反転させる。そして、上下反転を行わなかった他方のバッキング部２０の下面に、上下を反転させた一方のバッキング部２０を、位置合わせを行い、接着層６０を介して接着させることにより、バッキング部２０Ａが完成する。なお、接着層６０は、本実施形態では、いわゆる両面テープを用いている。

これにより、最初（前段とする）のバッキング部２０のスリット孔２０２に対して次（後段とする）のバッキング部２０のスリット孔２０２は、面対称となる位置に配置されることになる。そのため、バッキング部２０Ａは、前段のスリット孔２０２と後段のスリット孔２０２とが、接着層６０やコーティング材２０５を介しはするものの、接続した状態となる。

次に、バッキング部２０Ａでの超音波に対する動作について説明する。なお、図９には、超音波の進行方向を模式的に矢印で示している。なお、超音波の動作説明は、前段のバッキング部２０での動作は、第１実施形態で説明したと同様となるため、超音波が前段のバッキング部２０から射出された時点から説明する。

図９の矢印で示すように、前段のバッキング部２０から射出された超音波は、接着層６０を透過して、後段のバッキング部２０に入射する。そして、超音波は、後段のバッキング部２０のコーティング材２０５を透過し、前段のバッキング部２０のスリット孔２０２に接続する後段のスリット孔２０２の内部に効率的に進行する。そして、超音波は、傾斜するスリット孔２０２の内壁により、上述したと同様に反射を繰り返して進行する。

このように、本実施形態のバッキング部２０Ａでは、２つのバッキング部２０を通して、超音波がスリット孔２０２で反射を繰り返して進行することにより、超音波の進行経路（進行距離）が、１つのバッキング部２０での進行経路より長くなる。そのため、超音波は、更に拡散や散乱することにより、第１実施形態での減衰に比べて、更に減衰する。

なお、バッキング部２０Ａの先が空気層であり、最終的に、バッキング部２０Ａの端面に達した超音波が全反射した場合、超音波は、上述したとは逆方向の経路でスリット孔２０２の内部を再び反射を繰り返して進行する。これらの動作により、超音波素子１０に戻る超音波は第１実施形態に比べて更に減衰する。

上述した実施形態の超音波デバイス１Ａによれば、第１実施形態での超音波デバイス１と、同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏する。

本実施形態の超音波デバイス１Ａによれば、バッキング部２０Ａは、２つのバッキング部２０を、厚さ方向に重ねて構成されている。また、２つのバッキング部２０は、それぞれのスリット孔２０２が面対称となるように重ね合わされている。これらにより、バッキング部２０Ａによる超音波の進行経路の長さを長くすることができ、超音波を更に減衰させることができる。そして、超音波素子１０に戻る超音波を更に減衰させることができる。また、超音波デバイス１Ａに許容されるバッキング部２０Ａの厚さにもよるが、２つのバッキング部２０を重ねることにより、バッキング部２０Ａの剛性を向上させることができる。

〔第３実施形態〕

図１０は、第３実施形態に係る超音波デバイス１Ｂの構成を示す断面図である。図１０を参照して、本実施形態の超音波デバイス１Ｂの構成および動作について説明する。
本実施形態の超音波デバイスＢは、第１実施形態の超音波デバイス１と比べて、バッキング部２０Ｂの構成が異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態の超音波デバイス１と同様に構成されている。第１実施形態と同様の構成部には同様の符号を付記している。

本実施形態のバッキング部２０Ｂは、第２実施形態と同様に、２つのバッキング部を重ねた構成となっている。ただ、重ね方が第２実施形態と異なる。本実施形態のバッキング部２０Ｂは、第１実施形態でのバッキング部２０に、新たなバッキング部２１を重ねて構成されている。本実施形態のバッキング部２１は、バッキング部２０と同様に、厚み方向に傾斜するスリット孔２１２を有するバッキング部材２１１で構成されている。また、このバッキング部材２１１は、第１実施形態と同様のコーティング材２０５により、全体がコーティングされる。

バッキング部２０の下面にバッキング部２１を重ねた場合、バッキング部２１（バッキング部材２１１）のスリット孔２１２は、バッキング部２０（バッキング部材２０１）のスリット孔２０２の延長上の位置に配置されている。そのため、バッキング部２０のスリット孔２０２とバッキング部２１のスリット孔２１２とが、接着層６０やコーティング材２０５を介しはするものの、接続した状態となる。なお、バッキング部２１のスリット孔２１２は、スリット孔２０２に接続可能となるように、位置と傾斜角度とを調整して形成されている。

次に、バッキング部２０Ｂでの超音波に対する動作について説明する。なお、図１０には、超音波の進行方向を模式的に矢印で示している。なお、超音波の動作説明は、バッキング部２０での動作は、第１実施形態で説明したと同様となるため、超音波がバッキング部２０から射出された時点から説明する。

図１０の矢印で示すように、バッキング部２０から射出された超音波は、接着層６０を透過して、バッキング部２１に入射する。そして、超音波は、バッキング部２１のコーティング材２０５を透過し、バッキング部２０のスリット孔２０２に接続するスリット孔２１２の内部に効率的に進行する。そして、超音波は、傾斜するスリット孔２１２の内壁により、上述したと同様に反射を繰り返して進行する。

このように、本実施形態のバッキング部２０Ｂでは、２つのバッキング部２０，２１を通して、反射を繰り返すことにより、超音波の進行経路（進行距離）が、１つのバッキング部２０での進行経路より長くなる。そのため、超音波は、更に拡散や散乱することにより、第１実施形態での減衰に比べて、更に減衰する。

なお、バッキング部２０Ｂの先が空気層であり、最終的に、バッキング部２０Ｂの端面に達した超音波が全反射した場合、超音波は、上述したとは逆方向の経路でスリット孔２１２，２０２の内部を再び反射して進行する。これらの動作により、超音波素子１０に戻る超音波は第１実施形態に比べて更に減衰する。

上述した実施形態の超音波デバイス１Ｂによれば、第１実施形態および第２実施形態での超音波デバイス１，１Ａと、同様の効果を奏することができる。

なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等を加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、バッキング部２０は、超音波素子１０の素子形成面とは反対側の面（第２面）に形成されている。しかし、これには限定されず、バッキング部２０は、素子形成面に形成されていてもよい。この場合には、素子形成面が第２面となる。これは第２、第３実施形態においても同様となる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、バッキング部２０（バッキング部材２０１）のスリット孔２０２は、スライス方向Ｄ１に延びて形成されている。しかし、これに限られず、スリット孔２０２は、スキャン方向Ｄ２に延びて形成されていてもよい。これは第２、第３実施形態においても同様となる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、バッキング部２０（バッキング部材２０１）のスリット孔２０２は、スライス方向Ｄ１に延びて形成されている。言い換えると、スライス方向Ｄ１に形成される１列分の超音波素子１０に対応して、スリット孔２０２が形成されている。しかし、これに限られず、スリット孔２０２は、１つの超音波素子１０に対応して、１つのスリット孔２０２が形成される構成であってもよい。または、隣接する超音波素子１０を含めた複数の超音波素子１０に対して１つのスリット孔２０２が形成される構成であってもよい。これは第２、第３実施形態においても同様となる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、バッキング部２０（バッキング部材２０１）のスリット孔２０２は、スライス方向Ｄ１で、超音波素子１０の配列間隔と同等の間隔（ピッチ）で形成されている。言い換えると、スリット孔２０２は、スライス方向Ｄ１で、１列分の超音波素子１０に対応して、１つのスリット孔２０２が形成されている。しかし、これに限られず、１列分の超音波素子１０に対応して、複数のスリット孔２０２が形成されていてもよい。これはまた、１つの超音波素子１０に対応して、複数のスリット孔２０２が形成されていてもよいことにもなる。これは第２、第３実施形態においても同様となる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、超音波素子アレイ１０Ａの超音波素子１０に対応して傾斜するスリット孔２０２を設置している。しかし、超音波素子アレイ１０Ａにおいて、外周側に位置する超音波素子１０がダミー用として構成される場合には、ダミー用の超音波素子１０に対してはスリット孔２０２を設置しない構成としてもよい。これは第２、第３実施形態においても同様となる。

前記第２実施形態の超音波デバイス１Ａは、２つのバッキング部２０を重ねて貼り合わせることで構成されている。しかし、この構成に限られず、超音波デバイス１Ａは、２つのバッキング部材２０１を、最初に、スリット孔２０２が面対称となるように重ねた後、コーティング材２０５により、２つのバッキング部材２０１を合せてコーティングすることで構成されてもよい。これは、第３実施形態の超音波デバイス１Ｂにおいても同様となり、２つのバッキング部材２０１，２１１を、最初に、スリット孔２０２の延長上にスリット孔２１２が接続するように重ねた後、コーティング材２０５により、２つのバッキング部材２０１，２１１を合せてコーティングすることで構成されてもよい。

前記第２、第３実施形態の超音波デバイス１Ａ，１Ｂは、２つのバッキング部を重ねて貼り合わせることで構成されている。しかし、この構成に限られず、３つ以上のバッキング部を重ね合わせることで構成されていてもよい。ただし、バッキング部を重ね合わせる場合、スリット孔内部を反射した超音波が、次のスリット孔内部に進行できるように、傾斜するスリット孔が接続される状態で重ね合わせることが必要となる。

前記第１実施形態の超音波デバイス１は、薄膜構成の超音波素子１０（超音波素子アレイ１０Ａ）を用いた構成としている。しかし、これに限られず、バルク型で構成される超音波デバイスに対しても適用することが可能であり、厚み方向に傾斜するスリット孔を有するバッキング部を用いることで、バッキング部の薄型化を図ることができる。

１，１Ａ，１Ｂ…超音波デバイス、１０…超音波素子、１０Ａ…超音波素子アレイ、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２１…バッキング部、３０…音響整合層、４０…音響レンズ、８０…収容部材、８１…収容部、１００…超音波プローブ、１０１…処理装置、１０２…表示装置、１０３…ケーブル、１１０…超音波画像装置、２０１…バッキング部材、２０２…スリット孔、２０５…コーティング材、２１１…バッキング部材、２１２…スリット孔。

Claims (8)

1. 超音波の送受信を行う超音波デバイスであって、
   前記超音波を射出する第１面および第２面を含む超音波素子と、
   前記超音波素子の前記第２面を支持し、前記第２面側に射出される前記超音波を減衰可能なバッキング部と、を備え、
   前記バッキング部は、厚さ方向に対して傾斜するスリット孔を有することを特徴とする超音波デバイス。
2. 請求項１に記載の超音波デバイスであって、
   前記超音波素子は、アレイ状に配置されていることを特徴とする超音波デバイス。
3. 請求項２に記載の超音波デバイスであって、
   前記スリット孔は、前記アレイ状に配置される前記超音波素子の配列間隔と同等に配置されていることを特徴とする超音波デバイス。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の超音波デバイスであって、
   前記バッキング部は、厚さ方向に重ねられていることを特徴とする超音波デバイス。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の超音波デバイスであって、
   前記バッキング部は、コーティング材によりコーティングされていることを特徴とする超音波デバイス。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の超音波デバイスと、
   前記超音波デバイスの一部を露出させて収容する収容部材と、
   を備えていることを特徴とする超音波プローブ。
7. 請求項６に記載の超音波プローブと、
   前記超音波プローブを制御し、前記超音波プローブからの入力信号を処理する処理装置と、
   を備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項６に記載の超音波プローブと、
   前記超音波プローブを制御し、前記超音波プローブからの入力信号を処理して画像を生成する処理装置と、
   前記処理装置で生成された画像を表示する表示装置と、
   を備えていることを特徴とする超音波画像装置。

Images