CN1682663A - 超声波探头和超声波诊断装置 - Google Patents

超声波探头和超声波诊断装置 Download PDF

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Abstract

一种超声波探头，具有对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；所述各超声波压电元件在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有与所述第一方向平行并且不贯通的多个沟，通过所述多个沟各自的形状或配置，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收，并且在所述各超声波压电元件的具有沟的端面上，沿着所述第三方向接合导电性构件。

Description

超声波探头和超声波诊断装置
技术领域
本发明涉及对所收发的超声波的发送强度和接收强度进行加权，并减少了旁瓣(sidelobe)的超声波探头和超声波诊断装置。
背景技术
超声波探头是以对象物内部的图象化为目的、用于向对象物照射超声波并接收来自对象物内的声音阻抗不同的界面的反射波的装置。作为采用这种超声波探头的超声波图象装置，有用于检查人体内部的医用诊断装置等。
在超声波探头中存在称作1维阵列超声波探头的。该1维阵列超声波探头具有承担超声波的发送接收的压电元件部件。压电元件部件由对于阵列方向以一定间隔并列设置的多个压电元件构成。在压电体部件的人体一测覆盖全部压电元件依次层叠声音匹配层和声透镜。另外，在压电体部件的与人体一侧相反的一侧设置背面材料。
当使用1维阵列超声波探头时，从驱动电路对各压电元件外加驱动信号。此时同时，通过延迟电路使外加在各压电元件上的驱动信号的相位错开，在阵列方向对超声波的照射位置扫描。
从各压电元件产生的超声波通过声音匹配层和声透镜发送到人体。然后通过用压电元件部件接收在人体内由于声音阻抗的不匹配而产生的反射波，把人体的内部构造图象化，反映到显示器上。
在制造压电元件部件时，首先在矩形的压电材料块上接合声音匹配层。接着接合背面材料，以给定间隔把压电材料块切片(dicing)，使压电材料块阵列化，即分割为多个压电材料。
接着在声音匹配层上接合声透镜。然后最后进行驱动电路和各压电元件的电连接，超声波探头就完成。
但是，在1维阵列超声波探头中，当对各压电元件外加矩形波形的驱动信号时，有时透镜方向的声场的旁瓣成为问题，或透镜方向的声场变为不均匀。
因此，近年来，为了实现该旁瓣的减少或声场的均匀化，提出了对从压电元件部件发送的超声波强度加权的技术。
例如提出对于透镜方向一边改变间隔，一边分割各压电元件，在对于透镜方向的压电元件的面积密度上进行加权的超声波探头(例如参照特开2003-9288号公报)。
另外，提出对于透镜方向以一定间隔分割各压电元件，对外加在分割的各压电元件上的驱动信号进行加权的超声波探头(例如参照特开平5-38335号公报)。
还提出对于透镜方向一边改变间隔，一边分割声音匹配层，在对于透镜方向的压电元件的面积密度上进行加权的超声波探头(例如参照特开平11-146492号公报)。
但是，在特开2003-9288号公报、特开平5-28331号公报、特开平11-146492号公报中存在以下的问题。
(特开2003-9288号公报)
在制造压电元件部件时，对于透镜方向把各压电元件完全分割，所以把各压电元件的切片彼此间定位的工夫成为必要，导致制造步骤的增加、制造成本的上升。
另外，在各压电元件的切片之间填充树脂时，形成在各压电元件的端面上的电极局部搭载在树脂上，所以对于压电元件的电极的紧贴性下降，使装置的可靠性下降。
即使对各压电元件形成用于加权的沟，从压电元件放射的超声波在声音匹配层中引起声音的串扰，所以难以取得所需的声压分布。
(特开平5-38335号公报)
装置和电路的构造复杂化，引起超声波探头的可靠性的恶化、制造工艺的高价格化。
(特开平11-146492号公报)
即使在各声音匹配层中形成用于加权的沟，从压电元件放射的超声波已经在压电元件内引起的声音串扰，所以难以取得所需的声压分布。
发明内容
本发明是鉴于所述事实而提出的，其第一目的在于：提供不使装置结构和制造步骤复杂化，能减少旁瓣，并且具有高可靠性的超声波探头和超声波诊断装置。此外本发明的第二目的在于：提供能使声场均匀化，并且具有高可靠性的超声波探头和超声波诊断装置。
为了实现上述目的，本发明的超声波探头和超声波诊断装置构成如下。
(1)具有对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；所述各超声波压电元件在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有与所述第一方向平行并且不贯通的多个沟，通过所述多个沟各自的形状或配置，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收，并且在所述各超声波压电元件的具有沟的端面上，沿着所述第三方向接合导电性构件。
(2)具有：对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；接合在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面上的电极；所述各超声波压电元件在与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有用于对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收的与所述第一方向平行的多个沟；接合在所述各超声波压电元件的2端面中具有所述多个沟的端面上的所述电极由所述多个沟截断为多个，被截断为所述多个的所述电极由导电性构件连接。
(3)根据(1)所述的超声波探头，其中：所述多个沟形成大致相同的深度，以随着接近所述第三方向的两侧而逐渐变小的间隔排列。
(4)根据(2)所述的超声波探头，其中：所述多个沟形成大致相同的深度，以随着接近所述第三方向的两侧而逐渐变小的间隔排列。
(5)根据(1)所述的超声波探头，其中：所述多个沟对所述第三方向以大致相同的间隔形成，其深度随着接近所述第三方向的两侧而逐渐增大。
(6)根据(2)所述的超声波探头，其中：所述多个沟对所述第三方向以大致相同的间隔形成，其深度随着接近所述第三方向的两侧而逐渐增大。
(7)根据(1)所述的超声波探头，其中：所述各沟形成圆的底部。
(8)根据(2)所述的超声波探头，其中：所述各沟形成圆的底部。
(9)根据(1)所述的超声波探头，其中：所述导电性构件由填充在所述多个沟内的非导电性粘合剂接合。
(10)根据(2)所述的超声波探头，其中：所述导电性构件由填充在所述多个沟内的非导电性粘合剂接合。
(11)具有：在第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的多个超声波压电元件；设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述超声波压电元件的另一方端面到达所述声音匹配层的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
(12)具有：在第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的多个超声波压电元件；设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述声音匹配层的与所述超声波压电元件的相反一侧的端面到达所述超声波压电元件的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
(13)根据(11)所述的超声波探头，其中：通过所述声音匹配层对所述超声波压电元件外加驱动电压。
(14)根据(12)所述的超声波探头，其中：通过所述声音匹配层对所述超声波压电元件外加驱动电压。
(15)具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；所述超声波探头具备对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；所述各超声波压电元件在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有与所述第一方向平行并且不贯通的多个沟，通过所述多个沟各自的形状或配置，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收，并且在所述各超声波压电元件的具有沟的端面上，沿着所述第三方向接合导电性构件。
(16)具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；所述超声波探头具备对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；接合在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面上的电极；所述各超声波压电元件在与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有用于对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收的与所述第一方向平行的多个沟；接合在所述各超声波压电元件的2端面中具有所述多个沟的端面上的所述电极由所述多个沟截断为多个，被截断为所述多个的所述电极由导电性构件连接。
(17)具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；所述超声波探头具备对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述超声波压电元件的另一方端面到达所述声音匹配层的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
(18)具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；所述超声波探头具备对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述声音匹配层的与所述超声波压电元件的相反一侧的端面到达所述超声波压电元件的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
根据本发明，不使装置结构和制造步骤复杂化，就能减少旁瓣。另外，不使装置结构和制造步骤复杂化，就能使声场均匀化。
通过以下结合附图所描述的具体实施例将会进一步地明确本发明的其他的目的和优点。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于描述本发明的实施例，与以上所进行的概述和以下所描述的优选实施例一起来说明本发明的原理。
图1是表示本发明实施例1的超声波探头的概略结构的立体图。
图2是沿着透镜方向切断同一实施例的超声波探头而表示的剖视图。
图3是沿着阵列方向切断同一实施例的超声波探头而表示的剖视图。
图4是表示决定同一实施例的沟部的间隔的的正弦函数的概略图。
图5A～图5H是表示同一实施例的超声波探头的制造步骤的概略图。
图6是表示同一实施例的超声波探头的发送声压分布的分布图。
图7是沿着透镜方向切断本发明实施例2的超声波探头而表示的剖视图。
图8是表示本发明实施例3的压电元件的剖视图。
图9是表示本发明实施例4的压电元件的剖视图。
图10是表示本发明实施例5的压电元件的剖视图。
图11是表示本发明实施例6的压电元件的剖视图。
图12是表示本发明实施例7的超声波探头的概略结构的立体图。
图13是沿着透镜方向切断同一实施例的超声波探头而表示的剖视图。
图14是沿着阵列方向切断同一实施例的超声波探头而表示的剖视图。
图15A～图15G是表示同一实施例的超声波探头的制造步骤的概略图。
图16是表示同一实施例的超声波探头的发送声压分布的分布图。
图17是沿着透镜方向切断本发明实施例8的超声波探头而表示的剖视图。
图18是沿着透镜方向切断本发明实施例9的超声波探头而表示的剖视图。
图19是表示本发明实施例10的超声波诊断装置的结构的概略图。
图20是表示以往的超声波探头的发送声压分布的分布图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明实施例1～实施例10。须指出的是，在以下的说明中，关于具有大致相同的功能和结构的构成要素，付与相同的符号，只在必要的时候进行重复说明。
(实施例1)
下面，参照图1～图6说明本发明实施例1。
[超声波探头10A的结构]
首先，参照图1～图4说明本实施例的超声波探头10A的结构。图1是表示本发明实施例1的超声波探头10A的概略结构的立体图，图2是沿着透镜方向切断同一实施例的超声波探头10A而表示的剖视图，图3是沿着阵列方向切断同一实施例的超声波探头10A而表示的剖视图。
如图1～3所示，该超声波探头10A是所谓的1维阵列超声波探头，包括具有吸音作用的背面材料11。该背面材料11形成矩形块状，在其一个侧面通过柔性印刷电路板31设置有压电元件部件12A。
压电元件部件12A由形成短长方形的多个压电元件15A(超声波压电元件)构成。这些压电元件15A对于第一方向以一定间隔排列，各压电元件15A形成发送接收超声波的所谓的通道。下面，把第一方向称作阵列方向。
作为压电元件15A的材料，使用压电陶瓷或压电单晶体。须指出的是，各压电元件15A在其制造步骤中，在与阵列方向正交的第二方向极化。以下把第二方向称作上下方向。
在各压电元件15A的上端面和下端面上分别设置接地电极23a(电极)和信号电极23b(电极)。接地电极23a和信号电极23b由铜箔等金属箔形成，从这些电极23a、23b对压电元件15A外加驱动电压。
在各压电元件15A的上端面上形成多个沟部20A(沟)。这些沟部20A沿着上下方向形成，根据正弦函数S决定对于与阵列方向以及上下方向正交的第三方向的间隔。下面把第三方向称作透镜方向。
图4是表示决定沟部20A的间隔的正弦函数S的概略图。须指出的是，在图4中，横轴表示压电元件15A对于透镜方向的位置(透镜方向的中心部为0)，S表示正弦函数的函数曲线。
如图4所示，决定沟部20A对于透镜方向的间隔，从而按照正弦函数S的函数值，随着到达透镜方向的中心而增大，随着到达透镜方向的外侧而减小。
须指出的是，在本实施例中，根据正弦函数S决定沟部20A对于透镜方向的间隔，但是并不局限于此，例如可以是高斯函数(Gaussian)等。
各压电元件15A的信号电极23b分别与柔性印刷电路板31内的多个信号用布线31b(后面描述)电连接。这些信号用布线31b对于阵列方向以一定间隔排列，对于排列在阵列方向上的多个压电元件15A，能分别外加驱动信号。
在压电元件部件12A的上侧面设置有声音匹配部件25A。该声音匹配部件25A由形成短长方形的多个声音匹配层17A构成，各声音匹配层17A与所述各压电元件15A对应配置。
该声音匹配层17A是使压电元件15A和人体的声音阻抗匹配，在本实施例中，由材料不同的第一声音匹配层18A(导电性构件)和第二声音匹配层19A构成，从而声音阻抗从压电元件15A向着人体按阶段性变化。
第一声音匹配层18A由导电性材料形成，其下端面与压电元件15A上的接地电极23a电连接。而第二声音匹配层19A由绝缘性材料形成，其下端面接合在第一声音匹配层18A的上端面上。
须指出的是，在所述实施例中，用第一声音匹配层18A和第二声音匹配层19A构成声音匹配层17A，但是并不局限于此，例如可以只由第一声音匹配层18A的一层构成。
在第二声音匹配层19A的上方覆盖第二声音匹配层19A而设置声透镜22。该声透镜22由具有接近生物的声音阻抗的硅树脂橡胶形成，利用声音的折射使超声波束收敛，提高分辨率。
在排列在阵列方向的压电元件15A间的间隙和形成在各压电元件15A上的沟部20A的内部填充有环氧等非导电性树脂材料(非导电性粘合剂)。该非导电性树脂材料使压电元件部件12A和声音匹配部件25A具有机械强度，此外把第一声音匹配层18A接合到接地电极23a上。
在各第一声音匹配层18A的侧面设置接地取出电极24。这些接地取出电极24分别与由导电性材料构成的第一声音匹配层18A电连接。其下端部与柔性印刷电路板31一体化。而且，也可以用导电性材料形成第二声音匹配层19A，把第二声音匹配层19A与接地取出电极24电连接。
柔性印刷电路板31为二层构造。在第一层的内部设置接地用布线31a，在第二层的内部设置对于阵列方向以给定间隔排列的多个信号用布线31b(所述)。
第一层的顶端部配置在接地取出电极24的下端部侧方，与信号用布线31a和接地取出电极24电连接。另外，第二层的端部如上所述，配置在背面材料11和压电元件部件12A之间，与信号用布线31b和信号电极23b电连接。
[超声波探头10A的制造步骤]
下面参照图5A～图5H说明所述结构的超声波探头10A的制造步骤。图5A～图5H是表示同一实施例的超声波探头10A的制造步骤概略图。
如图5A所示，最初准备具有第一电极51和第二电极52的压电体块53。通过通常的压电体制造方法制造压电陶瓷和压电体结晶等压电材料后，对于压电材料的两侧面实施Au等的电镀或溅射(sputter)，把所述压电材料极化，从而取得压电体块53。
接着，如图5B所示，从第一电极51一侧沿着阵列方向把压电体块53切片。该切片是用于所谓的加权，根据正弦函数S的函数值，伴随着到达透镜方向的中心，间隔增大，并且执行到压电体块53的中途部。据此，压电体块53的第一电极51一侧分割为多个切端27，在这些切端27之间形成沟列21。
接着，如图5C所示，在压电体块53上用环氧粘合剂接合第一声音匹配材料54，电连接第一电极51和第一声音匹配材料54。然后如图5D所示，在第一声音匹配材料54上接合第二声音匹配材料55。
接着，如图5E所示，在第二电极52上接合柔性印刷电路板31，电连接信号用布线31b和第二电极52。
接着，如图5F所示，在接合在压电体块53上的柔性印刷电路板31上接合背面材料11，如图5G所示，沿着透镜方向从第二声音匹配材料55一侧把压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55、柔性印刷电路板31切片。
该切片用于所谓的阵列化，执行它，直到对于阵列方向以一定间隔把柔性印刷电路板31完全截断。据此，压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55、第一电极51、第二电极52、柔性印刷电路板31在阵列方向完全分离，在它们之间形成间隙。
通过这2次切片，压电体块53成为所述多个压电元件15A，第一声音匹配材料54成为所述多个第一声音匹配层18A，第二声音匹配材料55成为所述多个第二声音匹配层19A，第一电极51成为所述多个接地电极23a，第二电极52成为所述多个信号电极23b，沟列21成为所述多个沟部20A。
须指出的是，即使压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55、第一电极51、第二电极52、柔性印刷电路板31完全分离，在压电体块53上通过柔性印刷电路板31接合有背面材料11，所以各部不会散开分离。
接着，如图5H所示，在第二声音匹配层19A上接合声透镜22，在第一声音匹配层18A的侧方用导电性粘合剂接合接地取出电极24。然后最后电连接接地取出电极24和柔性印刷电路板31的接地用布线31a。据此，超声波探头10A完成。
[基于本实施例的作用]
根据所述结构的超声波探头10A，使形成在各压电元件15A上的多个沟部20A停留到压电元件15A的中途部。
因此，当对压电体块53进行用于加权的切片时，不完全把压电体块53分离，能使超声波探头10A的制造步骤简单化。
此外形成压电体块53后，即在压电材料上形成第一电极51和第二电极52后，对压电体块53进行用于加权的切片。
因此，在超声波探头10A的制造步骤中，在非导电性树脂材料上没必要接合第一电极51，所以能防止第一电极51对于压电材料的紧贴强度的下降。据此能提高超声波探头10A的可靠性。
但是，通过采用这种结构，接地电极23a在压电元件15A的各切端27分离，在以往的连接法中，接地电极23a和接地用布线31a的连接成为困难。
但是，在本实施例中，通过用导电性材料形成第一声音匹配层18A，据此而使接地电极23a通用化，并通过该第一声音匹配层18A连接接地电极23a和接地用布线31a。
因此，接地用布线31a的连接结构和配置结构不会复杂化。从而使超声波探头10A的结构简单化，其结果是能简化制造步骤(工序)。
在此，观察从本实施例的超声波探头10A发送的超声波的对透镜方向的声场。
图6是表示同一实施例的超声波探头10A的发送声压分布的分布图，图20是表示以往的超声波探头10A的发送声压分布的分布图。须指出的是，在这些图中，横轴表示从声透镜22测定的超声波探头10A的对于轴心线方向的距离，纵轴表示从超声波探头10A的轴心线测定的对透镜方向的距离，a～e表示等声压线(声压的大小关系为a＞b＞c＞d＞e)。
如果比较图6和图20，则使用本实施例的超声波探头10A时，各声压线a～e接近超声波探头10A的轴心线一侧。特别是知道越是象等声压线d、e那样位于远离超声波探头10A的轴心线位置上的等声压线就越是接近超声波探头10A的轴心线一侧。该事实代表从超声波探头10A发送的超声波的对透镜方向的旁瓣减少。
通过使用本实施例的超声波探头10A能确认各声压线a～e变为平滑的曲线。该事实代表从超声波探头10A发送的超声波的透镜方向的声场均匀化。
从以上结果可知，即使象本实施例那样，沟部只形成到压电体块53的中途部时，从超声波探头10A发送的超声波的对透镜方向的旁瓣也能减少，并且能使透镜方向的声场均匀化。
另外，在超声波探头10A的附近，与以往相比，可知等声压线接近超声波探头10A的轴心线一侧。这代表从超声波探头10A发送的超声波的分辨率上升。
(实施例2)
下面参照图7说明本发明实施例2。图7是沿着透镜方向切断本发明实施例2的超声波探头10B而表示的剖视图。如图7所示，在本实施例的超声波探头10B中，在压电元件15B的下端面形成多个沟部20B。
即使采用这种结构，也能取得与实施例1同样的效果，即超声波探头10B的制造步骤的简单化、超声波探头10B的可靠性提高、超声波对于透镜方向的旁瓣的减少、超声波对于透镜方向的声场的均匀化、超声波的分辨率的提高等。
在该结构中，不分割接地电极23a，所以没必要使第一声音匹配层18A为导电性材料。因此，能扩大第一声音匹配层18A的材料选定宽度。
须指出的是，在该结构中，虽然信号电极23b分割为多个，但是这些信号电极23b通过柔性印刷电路板31的信号用布线31b，电公共化。即在本实施例中，信号用布线31b作为本发明的导电性构件起作用。
(实施例3)
下面，参照图8说明本发明实施例3。图8是表示本发明实施例3的压电元件15C的剖视图。如图8所示，在本实施例的压电元件15C的沟部20C中什么都不填充。通过在沟部20C中什么都不填充，能防止在压电元件15C内传播的超声波在压电元件15C内引起声音上的串扰。
(实施例4)
下面参照图9说明本发明实施例4。图9是表示本发明实施例4的压电元件15D的剖视图。如图9所示，本实施例的压电元件15D的沟部20D，底面26a(底部)形成圆形，平滑地连接着底面26a和侧面26b。这样，使底面26a为圆形，而且平滑地连接沟部20D的底面26a和侧面26b，据此对于非导电性树脂材料和压电元件15D之间的热膨胀率的差或来自外部的冲击所引起的断裂等能增加机械强度。
须指出的是，在本实施例中，使沟部20D的底面26a为圆形，但是并不局限于此，如果能平滑地连接底面26a和侧面26b，则底面26a的大部分可以是单面。
(实施例5)
下面，参照图10说明本发明实施例5。图10是表示本发明实施例5的压电元件15E的剖视图。如图10所示，形成本实施例的压电元件15E的沟部20E，从而对于透镜方向以一定间隔排列，并且随着到达透镜方向的两侧，渐渐变深。须指出的是，根据正弦函数S的函数值决定沟部20E的深度。
但是，从压电元件15E发送的超声波的强度在沟部20E存在减弱的倾向。因此象本实施例那样，随着到达透镜方向的两侧，沟部20E渐渐变深，从而能减少透镜方向的声场的旁瓣。
须指出的是，在本实施例中，根据正弦函数的函数值决定沟部20E对于透镜方向的深度，但是并不局限于此，可以使用高斯函数。
(实施例6)
下面参照图11说明本发明实施例6。图11是表示本发明实施例6的压电元件15F的剖视图。如图11所示，在压电元件15F的上端面和下端面双方彼此相对形成本实施例的压电元件15F的沟部20F。通过这样在压电元件15F的上端面和下端面双方形成沟部20F，能进一步抑制压电元件15F内的声音上的串扰。
此外压电元件15F的形状对于上下方向的中心线对称，所以即使与压电元件15F在非导电性树脂材料的热膨胀率上存在差距，根据该差，也能抑制压电元件15F中产生的翘曲。
(实施例7)
下面参照图12～图16说明本发明实施例7。
[超声波探头10C的结构]
首先参照图12～图14说明本实施例的超声波探头10C的结构。图12是表示本发明实施例7的超声波探头10C的概略结构的立体图，图13是沿着透镜方向切断同一实施例的超声波探头10C而表示的剖视图，图14是沿着阵列方向切断同一实施例的超声波探头10C而表示的剖视图。
如图12～图14所示，超声波探头10C是所谓的1维阵列超声波探头，包括具有吸音作用的背面材料11。该背面材料11形成矩形块状，在其一个侧面通过柔性印刷电路板31设置有压电元件部件12B。
压电元件部件12B由形成矩形细棒状的多个压电元件15a构成。这些压电元件15a对于彼此正交的第一方向和第三方向，分别以给定间隔排列，作为全体，排列为矩阵状。下面把第一方向称作阵列方向，把第二方向称作透镜方向。
对于透镜方向排列的一系列压电元件15a用全体构成一个压电元件层15G(超声波压电元件)。因此，排列在透镜方向的多个压电元件15a之间的间隙能视为形成在压电元件层15G上的多个沟部41。须指出的是，各压电元件层15G相当于实施例1～6中的压电元件15A～15F。
作为压电元件15a的材料，使用压电陶瓷和压电单晶体。须指出的是，各压电元件15a在其制造步骤中，在与阵列方向和透镜方向大致正交的第二方向极化。下面把第二方向称作上下方向。
这些压电元件15a的与上下方向大致正交的截面积按照图4所示的正弦函数S的函数值，伴随着到达透镜方向外侧而增大，此外伴随着到达透镜方向中央部而减小。即配置在透镜方向外侧的压电元件15a的截面积比配置在透镜方向中央部的压电元件15a的截面积还小。
在各压电元件15a的上端面和下端面分别设置接地电极23a和信号电极23b。接地电极23a和信号电极23b由铜箔等金属箔形成，从这些电极23a、23b对压电元件15a外加驱动信号。
排列在透镜方向的一系列信号电极23b分别通过柔性印刷电路板31的信号用布线31b(后面描述)电连接。这些信号用布线31b对于阵列方向以一定间隔排列，对排列在透镜方向的全部压电元件15a能外加相同的驱动信号。
各压电元件15a中产生的超声波中前进到背面材料11的超声波由于背面材料11的吸收作用而消失。因此，压电元件15a中产生的超声波只前进到背面材料11的相反一侧。
另外，当对各信号用布线31b外加矩形电压作为驱动信号时，对连接在该信号用布线31b上的全部压电元件15a外加相同的矩形电压。但是，在本实施例中，在压电元件层15G的面积中，对于透镜方向提供疏密，所以换言之，通过在透镜方向中心部使压电元件15a的与上下方向大致正交的截面积增大，在透镜方向外侧部减小，调整从各压电元件15a产生的超声波强度，所以能取得旁瓣低的声场。
在压电元件部件12B的上侧面设置有声音匹配部件25B。该声音匹配部件25B由形成短长方形的多个声音匹配层17B构成。各声音匹配层17B与所述各声音匹配层15G对应配置。
这些声音匹配层17B是使压电元件15a和被检测者的声音阻抗匹配，由材料不同的第一声音匹配层18B(声音匹配层)和第二声音匹配层19B构成，从而从压电元件15a向着人体按阶段性变化。
第一声音匹配层18B由导电性材料形成，在其下侧面，与压电元件层15G的沟部41的位置对应，形成多个沟部42。另外，在第一声音匹配层18B的下侧面形成所述沟部42，从而形成向压电元件部件12B一侧突出的多个矩形细棒部28。矩形细棒部28的下端面分别电连接在压电元件15a上的接地电极23a上。
第二声音匹配层19B形成短长方形，分别接合在第一声音匹配层18B的上侧面上，作为第二声音匹配层19B的材料，使用绝缘性材料。
在第二声音匹配层19B的上侧面上覆盖全部第二声音匹配层19B设置声透镜22。该声透镜22是以具有接近生物的声音阻抗的硅树脂橡胶等作为材料的透镜，利用声音的折射，使超声波束收敛，提高分辨率。
在第一声音匹配层18B的侧面设置接地取出电极24。该接地取出电极24对于由导电性材料构成的第一声音匹配层18B，电连接，下端部与配置在背面材料11的侧面一侧的柔性印刷电路板31连接(后面描述)。
该柔性印刷电路板31为二层构造，在第一层的内部设置接地用布线31a，在第二层的内部设置对于阵列方向以给定间隔排列的多个所述信号用布线31b。
第一层的顶端部配置在接地取出电极24的下端部侧方，与接地用布线31a和接地取出电极24电连接。另外，第二层的顶端部如上所述，配置在背面材料11和压电元件部件12B之间，与信号用布线31b和排列在透镜方向的一系列信号电极23b电连接。
[超声波探头10C的制造步骤]
下面参照图15A～图5G说明所述结构的超声波探头10C的制造步骤。图15A～图15G是表示同一实施例的超声波探头10C的制造步骤概略图。
如图15A所示，最初准备具有第一电极51和第二电极52的压电体块53。通过通常的压电体制造方法制造压电陶瓷和压电体结晶等压电材料后，对于压电材料的两侧面，作为第一、第二电极51、52，实施Au等的电镀或溅射，最后把所述压电材料极化，从而取得该压电体块53。
接着，如图15B所示，在第一电极51上接合第一声音匹配材料54，沿着阵列方向从第二电极52一侧把压电体块53和第一声音匹配材料54切片。
该切片是用于所谓的加权，根据正弦函数S的函数值，伴随着到达透镜方向中心部，间隔增大，并且执行到第一声音匹配材料54的中途部。
据此，如图15C所示，在压电体块53和第一声音匹配材料54上形成用于加权的沟部38。须指出的是，该沟部38通过以后的用于阵列化的切片，变为沟部41、42。
接着，如图15D所示，在第一电极51上用环氧树脂等非导电性粘合剂接合柔性印刷电路板31，通过信号用布线31b电连接在透镜方向分割的第二电极52。
接着，如图15E所示，在接合在压电体块53上的柔性印刷电路板31和第一声音匹配材料54上分别接合背面材料11和第二声音匹配材料55，沿着透镜方向从第二声音匹配材料55一侧把压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55切片。
该切片用于所谓的阵列化，执行它，直到对于阵列方向以一定间隔把柔性印刷电路板31完全截断。据此，压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55、第一电极51、第二电极52、柔性印刷电路板31在阵列方向完全分离。
通过这2次切片，如图15F所示，压电体块53成为所述多个压电元件15，第一声音匹配材料54成为所述多个第一声音匹配层18B，第二声音匹配材料55成为所述多个第二声音匹配层19B，第一电极51成为所述多个接地电极23a，第二电极52成为所述多个信号电极23b，沟部38成为所述多个沟部41、42。
须指出的是，即使压电体块53、第一声音匹配材料54、第二声音匹配材料55、第一电极51、第二电极52、柔性印刷电路板31完全分离，在压电体块53上通过柔性印刷电路板31接合有背面材料11，所以各部不会散开分离。
接着，如图15G所示，在第二声音匹配层19B上接合声透镜22，并且在第一声音匹配层18B的侧方用环氧树脂等非导电性粘合剂接合接地取出电极24，电连接接地取出电极24和柔性印刷电路板31的接地用布线31a。据此，超声波探头10C完成。
须指出的是，当在第一声音匹配层18B上用环氧树脂等非导电性粘合剂接合接地取出电极24时，可以把它们一起放入真空炉中，用非导电性粘合剂填充沟部41、42内或压电元件层15G之间。另外，可以使用薄膜状粘合剂等把沟部41、42内或压电元件层15G之间保持中空。
[基于本实施例的作用]
所述结构的超声波探头10C，在进行用于加权的切片时，不仅导电体块53，沟部38一直形成到第一声音匹配材料54。因此，从压电元件15产生的超声波在第一声音匹配层18B内不发生声音串扰，所以能减少透镜方向的声场的旁瓣。并且使以往进行的用于加权的切片只比此前稍微加深，即只执行到第一声音匹配材料54的中途部，所以没必要使装置和制造步骤复杂化。
图16是表示同一实施例的超声波探头10C的发送声压分布的分布图，图20是表示以往超声波探头的发送声压分布的分布图。须指出的是，在这些图中，横轴表示超声波探头10C对于轴心线方向的离声透镜22的距离，纵轴表示对于透镜方向的超声波探头10C离轴心线的距离，a～e表示等声压线(声压的大小关系为a＞b＞c＞d＞e)。
如果比较图16和图20，则使用本实施例的超声波探头10C时，由超声波的发射而产生的各声压线a～e接近超声波探头10C的轴心线一侧。
特别是知道越是象等声压线d、e那样位于远离超声波探头10C的轴心线的等声压线，越接近超声波探头10C的轴心线一侧。该事实代表从超声波探头10C发送的超声波的对透镜方向的旁瓣减少。
在超声波探头10C的附近，与以往相比，等声压线相当接近超声波探头10C的轴心线一侧。该事实代表从超声波探头10C发送的超声波的分辨率上升。
另外，通过采用这种结构，接地电极23a分离到各压电元件15，在以往的连接法中，接地电极23a和接地用布线31a的连接变的困难。但是，在本实施例中，由导电性材料形成第一声音匹配层18B。并且在进行加权的切片时，通过剩下第一声音匹配层18B的一部分，使接地电极23a公共化，通过第一声音匹配层18B连接接地电极23a和接地用布线31a。
因此，接地用布线31a的连接构造和配置构造不复杂化，能使超声波探头10C的结构单纯化，使制造步骤简单化。
(实施例8)
下面参照图17说明本发明实施例8。在本实施例的超声波探头10D中，在对压电体决53和第一声音匹配材料54进行用于加权的切片时，不是从第二电极52一侧，而从第一声音匹配材料54执行到压电体块53的中途部。
即使采用这种结构，压电体块53和第一声音匹配材料54剩下压电体块53的背面材料11一侧的一部分，分离，所以与实施例7同样能减少透镜方向的声场的旁瓣。
但是在本实施例中，完全分离第一声音匹配材料54。因此，从各压电元件层15G的全部接地电极23a取得接地连接，所以如图17所示，在第一声音匹配层18B和第二声音匹配层19B之间配置公共化电极60，通过该公共化电极60，使多个接地电极23a公共化。通过这样，能简单地进行分割的多个接地电极23a和柔性印刷电路板31的接地用电极31a的电连接。
(实施例9)
下面，参照图18说明本发明实施例9。图18是沿着透镜方向切断本发明实施例9的超声波探头10E而表示的剖视图。在本实施例的超声波探头10E中，不仅对压电体块53和第一声音匹配材料54，对于第二声音匹配材料55也进行切片。该切片从第二声音匹配材料55执行到压电体块53的中部。
根据这种结构，能防止从压电元件层15G发送的超声波在第二声音匹配层19B内引起声音串扰，所以能进一步减少透镜方向的声场的旁瓣。
但是，在本实施例中，第一声音匹配材料54和、第二声音匹配材料55完全分割。因此，从各压电元件层15G的全部电极23a取得接地连接，如图18所示，用导电性材料形成第二声音匹配材料55，在第二声音匹配材料55和声透镜22之间配置公共化电极60。通过这样，能简单地进行分割的多个接地电极23a和柔性印刷电路板31的接地用电极31a的电连接。
(实施例10)
下面参照图19说明本发明实施例10。
[超声波诊断装置的结构]
首先参照图19说明本实施例的超声波装置的结构。图19是表示本发明实施例10的超声波诊断装置的结构的概略图。
如图19所示，该超声波诊断装置具有实施例1的超声波探头10A、收发部110、图象处理部120、显示部130、控制部140、操作部150。
收发部110对超声波探头10A输出驱动信号，并且输入与超声波探头10A接收的反射波相应的接收信号。图象处理部120从收发部110输入接收信号，根据该接收信号构成图象信号。显示部130从图象处理部120输入图象信号，根据该图象信号显示图象。控制部140从操作部150输入操作信息，根据该操作信息，控制收发部110、图象处理部120、显示部130。
[超声波诊断装置的使用方法]
当使用所述结构的超声波诊断装置时，医疗从业者拿着超声波探头10，把设置在其顶端部的声透镜22接触被检测者h的检查部位。接着从超声波探头10对被检测者h发送超声波，接收在被检测者h体内反射的超声波。然后根据接收的超声波，生成表示被检测者h的内部构造的超声波图象，显示到显示部130。诊断者一边观察显示部130上显示的图象，一边进行被检测者h的诊断。
根据所述结构的超声波诊断装置，使用能减少透镜方向的旁瓣，能使透镜方向的声场均匀化，并且透镜方向的的分辨率提高的超声波探头10A。因此，能取得被检测者h的体内的鲜明的内部图象，所以与使用以往的超声波诊断装置时相比，能进行更精密的诊断。
须指出的是，在本实施例中，把实施例1的超声波探头10A应用于超声波诊断装置，但是并不局限于此，使用各实施例中描述的超声波探头10B～10E，也能取得很好的效果。
另外，把实施例1、2的超声波探头10A、10B应用于超声波诊断装置中时，代替压电元件15A、15B，也可以使用实施例3～6的压电元件15B～15F。
须指出的是，本发明并不局限于所述实施例，在实施阶段中，在不脱离其宗旨的范围中，能把构成要素变形，具体化。此外通过所述实施例中描述的多个构成要素的适宜的组合，也能形成各种发明。例如可以从实施例中表示的全部构成要素删除几个构成要素。可以适宜组合跨不同实施例的构成要素。
本发明并不局限于在此所表示和描述的特殊细节和代表性实施例，对本领域技术人员来说，通过上述描述和实施例而取得附加利益以及对其进行各种修改是很容易的。因此，在不脱离本发明精神和宗旨的前提下所进行的各种修改和变形都应属于本发明的保护范围。
本申请基于2004年4月16日提出的在先日本专利申请No.2004-122060和No.2004-122061，并从中要求优先权的利益，通过参照而将它们的全部内容并入于此。

Claims (18)

1.一种超声波探头，具有对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；
所述各超声波压电元件在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有与所述第一方向平行并且不贯通的多个沟，通过所述多个沟各自的形状或配置，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收，并且在所述各超声波压电元件的具有沟的端面上，沿着所述第三方向接合导电性构件。
2.一种超声波探头，具有：对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；和接合在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面上的电极；
所述各超声波压电元件，在与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上，具有用于对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收的与所述第一方向平行的多个沟；
接合在所述各超声波压电元件的2端面中的具有所述多个沟的端面上的所述电极由所述多个沟截断为多个，被截断为所述多个的所述电极由导电性构件连接。
3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述多个沟形成大致相同的深度，以随着接近所述第三方向的两侧而逐渐变小的间隔排列。
4.根据权利要求2所述的超声波探头，其特征在于，
所述多个沟形成大致相同的深度，以随着接近所述第三方向的两侧而逐渐变小的间隔排列。
5.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述多个沟对所述第三方向以大致相同的间隔形成，其深度随着接近所述第三方向的两侧而逐渐增大。
6.根据权利要求2所述的超声波探头，其特征在于，
所述多个沟对所述第三方向以大致相同的间隔形成，其深度随着接近所述第三方向的两侧而逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述各沟形成圆的底部。
8.根据权利要求2所述的超声波探头，其特征在于，
所述各沟形成圆的底部。
9.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述导电性构件由填充在所述多个沟内的非导电性粘合剂接合。
10.根据权利要求2所述的超声波探头，其特征在于，
所述导电性构件由填充在所述多个沟内的非导电性粘合剂接合。
11.一种超声波探头，具有：在第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的多个超声波压电元件；和设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；
所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述超声波压电元件的另一方端面到达所述声音匹配层的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
12.一种超声波探头，具有：在第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的多个超声波压电元件；
设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；
所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述声音匹配层的与所述超声波压电元件的相反一侧的端面到达所述超声波压电元件的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
13.根据权利要求11所述的超声波探头，其特征在于，
通过所述声音匹配层对所述超声波压电元件外加驱动电压。
14.根据权利要求12所述的超声波探头，其特征在于，通过所述声音匹配层对所述超声波压电元件外加驱动电压。
15.一种超声波诊断装置，具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；
所述超声波探头具备对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；
所述各超声波压电元件在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上具有与所述第一方向平行并且不贯通的多个沟，通过所述多个沟各自的形状或配置，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收，并且在所述各超声波压电元件的具有沟的端面上沿着所述第三方向接合导电性构件。
16.一种超声波诊断装置，具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；
所述超声波探头具备：
对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；和
接合在所述各超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面上的电极；
所述各超声波压电元件，在与所述第二方向大致正交的2端面中的至少一方端面上，具有用于对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收的与所述第一方向平行的多个沟；
接合在所述各超声波压电元件的2端面中具有所述多个沟的端面上的所述电极由所述多个沟截断为多个，被截断为所述多个的所述电极由导电性构件连接。
17.一种超声波诊断装置，具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；
所述超声波探头具备：
对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；和
设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；
所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述超声波压电元件的另一方端面到达所述声音匹配层的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
18.一种超声波诊断装置，具有：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；和根据所述超声波探头接收到的超声波来生成所述被检测体的超声波图象的图象生成装置；
所述超声波探头具备：
对第一方向以给定间隔排列，对与所述第一方向大致正交的第二方向发送接收超声波的超声波压电元件；和
设置在所述超声波压电元件的与所述第二方向大致正交的2端面中的一方端面上的具有导电性的声音匹配层；
所述超声波压电元件和声音匹配层具有与所述第一方向大致平行，并且从所述声音匹配层的与所述超声波压电元件的相反一侧的端面到达所述超声波压电元件的中途部的多个沟，对与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向加权来进行所述超声波的发送接收。
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