JP2017080132A - 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、超音波素子１０の第２面側で、超音波素子１０に対応した位置に配置されたマイクロレンズ２００と、マイクロレンズ２００を透過した超音波を通過させるスリット孔２１１を有するバッキング部材２１０と、を備えている。また、超音波素子１０はアレイ状に配置され、マイクロレンズ２００は超音波素子１０に対応してアレイ状に配置されている。
【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、超音波素子の第２面側で、超音波素子に対応した位置に配置されたマイクロレンズと、マイクロレンズを透過した超音波を通過させるスリット孔を有するバッキング部材と、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、マイクロレンズとバッキング部材とを備えている。そして、マイクロレンズは、超音波素子の第２面側で、超音波素子に対応した位置に配置される。バッキング部材は、マイクロレンズを透過した超音波を通過させ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、バッキング部のマイクロレンズに入射した場合、超音波は、マイクロレンズを透過して集束する状態で射出される。マイクロレンズから射出され、集束された超音波は、バッキング部材のスリット孔を通過する。そして、スリット孔を通過した超音波は、バッキング部の端面まで進行する。ここで、例えば、バッキング部の端面が空気層に接している場合などには、超音波は、バッキング部の端面で反射して、今までの進行方向とは逆方向（スリット孔の方向）に戻ることになる。しかし、反射して戻る場合、超音波は拡散される。そのため、再びスリット孔を通過する超音波は減衰される。以上の動作により、バッキング部から超音波素子に戻る超音波（いわゆる不要な超音波）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（バッキング部材）は、従来のバッキング部（バッキング部材）の厚さに対して、マイクロレンズを含めた超音波素子の構造的な強度と、マイクロレンズから射出された超音波を通過させるスリット孔が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、マイクロレンズは超音波素子に対応して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、マイクロレンズが超音波素子に対応してアレイ状に配置される場合にも、超音波をそれぞれのマイクロレンズで集束させ、対応するスリット孔を通過させることで、バッキング部の端面で反射して再びスリット孔を通過する超音波を減衰できるため、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（バッキング部材）は、従来のバッキング部（バッキング部材）の厚さに対して、アレイ状に配置されるマイクロレンズを含め、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、マイクロレンズから射出された超音波を通過させるスリット孔が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マイクロレンズ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マイクロレンズ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、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、マイクロレンズとバッキング部材とは、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、バッキング部の内部での空気層を防止できるため、マイクロレンズから射出された超音波をバッキング部材のスリット孔の内部に効率的に通過（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、バッキング部材を通過した超音波を吸収する吸音部を備え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、バッキング部材を通過した超音波を吸収する吸音部を備えることにより、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。

本実施形態では、超音波デバイス１、超音波デバイス１を備えた超音波プローブ１００、および超音波プローブ１００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集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よい。

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２５０によりコーティングされたバッキング部材２１０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、マイクロレンズアレイ２００Ａとバッキング部材２１０とで構成される。また、マイクロレンズアレイ２００Ａとバッキング部材２１０とはコーティング材２５０によりコーティングされている。

マイクロレンズアレイ２００Ａは音響整合を取ったレンズとして機能する。マイクロレンズアレイ２００Ａは、外形が矩形状に形成されている。マイクロレンズアレイ２００Ａは、凸状のレンズ（マイクロレンズ２００）がアレイ状に配置されて形成されている。また、各マイクロレンズ２００は、超音波素子アレイ１０Ａの各超音波素子１０に対応して相対する位置に配置されている。なお、マイクロレンズアレイ２００Ａ（マイクロレンズ２００）は、超音波素子１０と音響インピーダンスが近いシリコーン樹脂で形成される。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。

バッキング部材２１０は、本実施形態では、外形が矩形状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２１０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２１０は、厚み方向に貫通するスリット孔２１１を有している。スリット孔２１１は、本実施形態では、マイクロレンズ２００に対応して形成されている。なお、マイクロレンズ２００は超音波素子アレイ１０Ａの超音波素子１０に対応しているため、スリット孔２１１は超音波素子１０に対応して形成されている。

スリット孔２１１は、アレイ状に配置されるマイクロレンズ２００の配列間隔と同等の間隔（ピッチ）で、本実施形態では、スライス方向Ｄ１に並ぶマイクロレンズ２００の数に対応させた形状で、複数形成されている。図７、図８では、スリット孔２１１の長手方向は、スライス方向Ｄ１に並ぶ５つのマイクロレンズ２００に対応させた長さで形成されている。また、スリット孔２１１は、スキャン方向Ｄ２に、マイクロレンズ２００の配列間隔と同等の間隔（ピッチ）で、合計で１０本形成されている。スリット孔２１１の短手方向の幅は、マイクロレンズ２００により集束されて射出される超音波が通過できるように、超音波のビーム径より若干大きく設定している。

スリット孔２１１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２１１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、マイクロレンズアレイ２００Ａとバッキング部材２１０とは、上述したように、コーティング材２５０により全体がコーティングされる。コーティング材２５０として、本実施形態では、シリコーン樹脂を用いている。

なお、マイクロレンズアレイ２００Ａを形成するシリコーン樹脂は、コーティング材２５０に用いるシリコーン樹脂に比べて架橋剤の量が少なく配合されている。従って、マイクロレンズアレイ２００Ａは、コーティング材２５０よりも軟らかく構成されている。

コーティング方法として、本実施形態では、最初に、コーティング用の治具となる容器内に、マイクロレンズアレイ２００Ａを載置する。この時、マイクロレンズ２００が上方に向くように載置する。次に、マイクロレンズアレイ２００Ａの上部にバッキング部材２１０をセットする。この時、マイクロレンズ２００の中心にスリット孔２１１が位置するように位置合わせを行いセットする。

次に、シリコーン樹脂を容器内に流し込み、マイクロレンズアレイ２００Ａとバッキング部材２１０と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、マイクロレンズアレイ２００Ａの各マイクロレンズ２００および外周部、バッキング部材２１０のスリット孔２１１内部および外周部がコーティングされ、バッキング部２０が完成する。

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。
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のマイクロレンズアレイ２００Ａに入射する。

バッキング部２０のマイクロレンズアレイ２００Ａ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、マイクロレンズアレイ２００Ａの境界面での反射を抑えて、マイクロレンズアレイ２００Ａの内部に入射する。

図７に示すように、マイクロレンズアレイ２００Ａに入射した超音波は、対応するマイクロレンズ２００内を進み、レンズ効果により集束する状態で射出される。なお、マイクロレンズ２００から射出された超音波は、マイクロレンズ２００より硬いシリコーン樹脂で形成されるコーティング材２５０により、マイクロレンズ２００の境界面での反射を抑えて射出される。

レンズとしての機能を有するマイクロレンズ２００から集束する状態で射出された超音波は、コーティング材２５０を透過して、バッキング部材２１０の対応するスリット孔２１１に入射する。なお、スリット孔２１１は内部がコーティング材２５０により充填されているため、超音波はスリット孔２１１内部を通過（充填されたコーティング材２５０を透過）する。スリット孔２１１を通過した超音波は、バッキング部材２１０から射出された状態となり、バッキング部２０の端面に向かって進行する。

なお、バッキング部２０の先が空気層である場合、バッキング部２０の端面に達した超音波は、境界面となる端面で略全反射する。そして、反射した超音波は、バッキング部材２１０に向かって拡散しながら進行する。拡散して進行した超音波の一部は、スリット孔２１１に入射し、上述したと逆の経路で、マイクロレンズ２００内部を透過して超音波素子１０に戻ることになる。しかし、スリット孔２１１を通過する超音波は、端面で拡散された超音波であり、また、スリット孔２１１の幅も集束された超音波が通過できる幅であり広くはないため、十分に減衰される。これにより、超音波素子に戻る不要な超音波は抑制される。

バッキング部材２１０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２１１以外は、外周部で接続されている。そして、バッキング部材２１０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２１１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）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２１１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２１０は、厚さが３ｍｍ〜５ｍｍ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）側から射出された超音波が、バッキング部２０のマイクロレンズ２００に入射した場合、超音波は、マイクロレンズ２００を透過して集束する状態で射出される。マイクロレンズ２００から射出され、集束された超音波は、バッキング部材２１０のスリット孔２１１を通過する。そして、スリット孔２１１を通過した超音波は、バッキング部２０の端面まで進行する。ここで、例えば、バッキング部２０の端面が空気層に接している場合などには、超音波は、バッキング部２０の端面で反射して、今までの進行方向とは逆方向（スリット孔２１１の方向）に戻ることになる。しかし、反射して戻る場合、超音波は拡散される。そのため、再びスリット孔２１１を通過する超音波は減衰される。以上の動作により、バッキング部２０から超音波素子１０に戻る超音波（いわゆる不要な超音波）を抑制することができる。そして、バッキング部２０（バッキング部材２１０）は、従来のバッキング部（バッキング部材）の厚さに対して、マイクロレンズ２００を含めた超音波素子１０の構造的な強度と、マイクロレンズ２００から射出された超音波を通過させるスリット孔２１１が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によると、超音波素子１０がアレイ状に配置され、マイクロレンズ２００が超音波素子１０に対応してアレイ状に配置される場合にも、超音波をそれぞれのマイクロレンズ２００で集束させ、対応するスリット孔２１１を通過させることで、バッキング部２０の端面で反射して再びスリット孔２１１を通過する超音波を減衰できるため、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（バッキング部材２１０）は、従来のバッキング部（バッキング部材）の厚さに対して、アレイ状に配置されるマイクロレンズ２００を含め、アレイ状に配置される超音波素子１０（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、マイクロレンズ２００から射出された超音波を通過させるスリット孔２１１が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によると、スリット孔２１１が、アレイ状に配置されるマイクロレンズ２００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、対応するスリット孔２１１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２１１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によると、バッキング部２０を構成するマイクロレンズ２００（マイクロレンズアレイ２００Ａ）とバッキング部材２１０とは、コーティング材２５０によりコーティングされている。これにより、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２５０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（マイクロレンズアレイ２００Ａ）に効率的に入射させることができる。また、バッキング部２０の内部での空気層を防止できるため、マイクロレンズ２００から射出された集束する超音波を、反射を抑制させてバッキング部材２１０のスリット孔２１１の内部に効率的に入射させ、超音波をバッキング部材２１０の裏面側（超音波素子１０側とは反対面側）に通過させることができる。従って、バッキング部材２１０を通過した超音波は、バッキング部２０の端面での反射により拡散することで、スリット孔２１１を通過してマイクロレンズ２００を透過することでバッキング部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に、吸音部２２０を追加した構成となっている。詳細には、バッキング部２０Ａは、マイクロレンズ２００がアレイ状に配置されたマイクロレンズアレイ２００Ａと、スリット孔２１１を有するバッキング部材２１０と、吸音部２２０とで構成される。なお、マイクロレンズアレイ２００Ａとバッキング部材２１０とは、第１実施形態と同様に、コーティング材２５０でコーティングされる。バッキング部２０Ａは、第１実施形態のバッキング部２０と平面サイズは略同様としている。

吸音部２２０は、超音波を吸収する目的で設置される。吸音部２２０は、本実施形態では、矩形の板状に形成されるゴムシートで構成されている。ゴムシートとして、本実施形態ではウレタンゴムを用いている。吸音部２２０は、第１実施形態のバッキング部２０の厚さ方向に重ね合わせた状態で設置される。詳細には、吸音部２２０は、硬化したコーティング材２５０の端面となるバッキング部２０の外面に、接着層２３０を介して接着される。接着層２３０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２０Ａでの超音波に対する動作について説明する。なお、超音波の動作説明は、超音波がマイクロレンズ２００を透過してバッキング部材２１０のスリット孔２１１に入射して通過した時点から説明する。

バッキング部材２１０のスリット孔２１１を通過した超音波は、コーティング材２５０の端面に進行する。端面に進行した超音波は、コーティング材２５０の端面からある程度は反射するが、残りの超音波は、接着層２３０を介して吸音部２２０に入射する。吸音部２２０に入射した超音波は、吸音部２２０の特性により超音波を内部に吸収する状態となり、超音波は減衰する。なお、吸音部２２０で吸収されなかった超音波は、その端面で反射し、コーティング材２５０側に戻ってくる。

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、バッキング部材２１０（スリット孔２１１）を通過した超音波を吸収する吸音部２２０を備えている。この構成により、第１実施形態でのバッキング部２０に比べて超音波を更に減衰させることができ、バッキング部２０Ａから超音波素子１０に戻る不要な超音波を更に抑制することができる。

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（本実施形態では第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２１０）のスリット孔２１１は、スライス方向Ｄ１に形成される超音波素子１０の全体に渡って１つ形成されている。しかし、これに限られず、スリット孔２１１は、スライス方向Ｄ１に形成される超音波素子１０を数個に別けた状態で複数形成されていてもよい。これは第２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２１０）のスリット孔２１１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２１１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２１０）のスリット孔２１１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２１１は、１つのバッキング部材２１０の中で、スキャン方向Ｄ２やスライス方向Ｄ１に延びて形成されたものが混在していてもよい。これは第２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に対応してマイクロレンズ２００やスリット孔２１１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に対してはマイクロレンズ２００やスリット孔２１１を設置しない構成とすることでよい。これは第２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において、吸音部２２０は、ウレタンゴムを用いている。しかし、これに限られず、樹脂系ゴム等を用いることでもよい。また、フェライト粉末を充填したゴム、あるいはタングステン粉末を分散させたエポキシ樹脂あるいはポリ塩化ビニール等であってもよい。また、フェルトやグラスウール等と樹脂を合せたもの等を用いてもよい。

前記第１実施形態の超音波デバイス１において、マイクロレンズアレイ２００Ａとコーティング材２５０とは、同じシリコーン樹脂を用いて形成されている。しかし、これに限られず、マイクロレンズアレイ２００Ａはシリコーン樹脂を用いて形成し、コーティング材２５０としてＡＢＳ樹脂などの合成樹脂を用いることでもよい。これは第２実施形態においても同様となる。

１，１Ａ…超音波デバイス、１０…超音波素子、１０Ａ…超音波素子アレイ、２０，２０Ａ…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、１１０…超音波画像装置、２００…マイクロレンズ、２００Ａ…マイクロレンズアレイ、２１０…バッキング部材、２１１…スリット孔、２２０…吸音部、２５０…コーティング材。

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、
   前記超音波素子の前記第２面側で、前記超音波素子に対応した位置に配置されたマイクロレンズと、
   前記マイクロレンズを透過した前記超音波を通過させるスリット孔を有するバッキング部材と、を備えてい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、
   前記マイクロレンズは前記超音波素子に対応して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マイクロレンズ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、
   前記マイクロレンズと前記バッキング部材とは、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。
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、前記バッキング部材を通過した前記超音波を吸収する吸音部を備え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。

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