JP2000504274A - 共通のアース電極を含む複数要素音響プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、圧電変換器（Ｔｉｊ）、信号を制御および処理する電子装置に音響変換器を接続する接着網を含む複数の要素を有する音響プローブに関する。このプローブは、変換器と圧電変換器に対向する音響整合要素との間に統合された連続アース電極（Ｐ）をさらに含み、この音響整合要素は機械的に互いに完全に分離される。本発明は医用または水中イメージングに適用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 共通のアース電極を含む複数要素音響プローブ 本発明の分野は、特に医用または水中のイメージングに使用することができる 音響変換器の分野である。 一般に、音響プローブは、相互接続アレイによって電子制御装置に接続された 一組の圧電変換器を含む。 これらの圧電変換器は、所与の媒体中で反射された後で前記媒体についての情 報を提供する音響波を発する。一般に、前記媒体中の音響エネルギーの伝達を改 善するために、例えば四分の一波長タイプの一つまたは複数の音響整合板が、圧 電変換器の表面に取り付けられる。 これらの整合板は、所望の音響特性が得られるようにその割合が調節された鉱 物粒子が加えられたポリマータイプ材料から作成することができる。一般に、こ れらの板はモールディングまたは機械加工によって成形され、次いで圧電変換器 の一面に接着されることで接合される。 さらに詳細には、プローブが一組の基本変換器を有する場合には、圧電変換器 は、例えばＰＺＴタイプセラミックなどの圧 電材料のモノリシック板を切断することによって機械的に分離される。この場合 には、関連する一つまたは複数の音響整合層も同様に切断し、これらの一つまた は複数の整合層を介した基本変換器間のあらゆる音響結合を回避することも必要 である。したがって、これらの整合層および圧電層の切断は一般に、例えばダイ アモンドチップ付きのソーなどによって同時に行われる。 各基本圧電変換器は、一方でアースに接続され、もう一方で正の接点（熱点と も呼ばれる）に接続しなければならない。 一般に、アースは伝搬媒体（例えば音響エコーグラフィプローブの場合には患 者）に向かって位置決めされる、すなわち音響整合要素が位置決めされている側 に存在しなければならない。 音響整合層および圧電材料を同時に切断すると、アース電極が音響整合材料と 圧電材料との間に挿入された金属層から構成される場合には、この電極もまた切 断される。一次元配列プローブの場合には、アース電極の連続性は一方向に保護 される。要素が両方向に切断される二次元配列プローブの場合には、基本圧電変 換器のマトリックスアセンブリの周囲でアースを回復することができるように、 アース電極の連続性は少なくとも一 方向には保護されなければならない。 従来技術では、二次元プローブの場合にアースの連続性を保護するために、以 下の手続きをとることが提案されている。 相互接続アレイ１上に、導電層を堆積させ、次いで圧電材料板を接着によって 堆積させる。 変換器Ｔｉｊのマトリックス上で第１図に示す方向Ｄｙに向かって、連続した 切断動作を実行する。一つまたは複数の音響整合板が同様にして接着される。第 一音響整合板の下側面を金属化し、マトリックスの縁部にアースをもたらすこと ができるようにする。 最後に、Ｄｙに垂直な方向Ｄｘにユニット全体（音響整合板および圧電材料板 ）を切断する。 このようにして、音響整合要素Ａｉで覆われ、アース電極Ｐｉが変換器Ｔｉｊ と要素Ａｉとの間に挿入された、基本圧電変換器Ｔｉｊのマトリックスが得られ る。 ただしこの方法には、全く同一の行ｉの基本変換器を方向Ｄｘに機械的に接続 するという欠点があり、したがってこの方法は、それにより得られる音響プロー ブの性能特性に不利である。 これが、本発明が、従来技術の問題を解決するために、互い に分離した基本圧電変換器と同様に互いに分離した音響整合要素との間に挿入さ れた連続アース電極を含む音響プローブを提案する理由である。 さらに詳細には、本発明の目的は、音響整合要素と、基本圧電変換器と、音響 変換器を電子信号処理／制御装置に接続する相互接続のアレイとを含む音響プロ ーブであって、基本音響変換器と音響整合要素との間に挿入された連続アース電 極を含むことを特徴とする音響プローブである。 アース電極は通常は、銅や銀で作成された金属箔である。 また、銅めっきまたは金めっきポリエステルまたはポリイミドタイプの金属化 ポリマーフィルム、あるいはやはり導電粒子が加えられたポリマーフィルムにす ることもできる。 音響整合要素は、有利にはタングステンおよび／またはアルミニウム酸化物の 粒子が加えられたエポキシ樹脂から作成することができ、基本圧電変換器は、Ｐ ＺＴタイプセラミックから作成することができる。 本発明の一つの変形によれば、音響プローブは、アース電極の上に位置する、 音響プローブの伝搬媒体のインピーダンスに近いインピーダンスを有する音響整 合要素Ａｉｊ₁、およびア ース電極と圧電変換器との間に位置する、圧電変換器のインピーダンスに近いイ ンピーダンスを有する音響整合要素Ａｉｊ₂を含む。 通常は、本発明による音響プローブが水成媒体中で作動するように設計され、 圧電変換器がセラミツクから作成される場合には、要素Ａｉｊ₁は約２から３メ ガレイリー（ＭｅｇａＲａｙｌｅｉｇｈ）のインピーダンスを有し、要素Ａｉｊ₂ は約８から９メガレイリーのインピーダンスを有する。 本発明の目的は、本発明による音響プローブを製造する方法でもある。この方 法は、音響変換器を電子信号処理／制御装置に接続する相互接続のアレイの表面 上に、基本圧電変換器（Ｔｉｊ）を作成することを含む方法であって、 アース電極(P)となる導電層を基本変換器（Ｔｉｊ）の表面上に堆積させる段 階と、 少なくとも一つの音響整合材料の層を堆積させる段階と、 音響整合要素（Ａｉｊ）を構成するように、導電層上に腐食バリヤがある状態 で一つまたは複数の音響整合材料の層を選択的にエッチングする段階と をさらに含むことを特徴とする方法である。 有利には、選択的なエッチングを、炭酸ガスレーザ、エキシマ紫外レーザ、ま たはＹＡＧレーザによって行うことができる。 本発明の音響プローブを製造する一つの方法によれば、アース電極は金属化し た銅被覆ポリイミドフィルムにすることができ、次に、（金属被覆を腐食しない ように）ｃｍ²あたり数ジュールの範囲のエネルギー密度で炭酸ガスレーザを使 用して、タングステン粒子が加えられたエポキシ樹脂層をエッチングすることに より、音響整合要素Ａｉｊを画定することができる。 本発明の方法の一つの変形によれば、二つの音響整合材料の層、すなわち圧電 変換器のインピーダンスに近いインピーダンスを有する第一層と、音響プローブ がその中で機能するよう設計された媒体のインピーダンスに近いインピーダンス を有する第二層とを堆積させる。二つの層のセットは、導電層上に腐食バリヤが ある状態でエッチングされる。 本発明の別の変形によれば、変換器のインピーダンスに近いインピーダンスを 有する導電性の層を圧電材料の層の表面上に堆積させ、圧電変換器Ｔｉｊおよび 第一の一連の高インピーダンス音響整合要素を画定するようにユニットを切断す る。導電性アース電極層は、要素Ａｉｊ₁で覆われた変換器Ｔｉｊのセ ットの上に堆積させる。第二音響整合層をアース電極Ｐの表面上に配置し、次い で、アース電極上にエッチングバリヤがある状態で低インピーダンス層を選択的 に切断することによって、要素Ａｉｊ₂を画定する。 添付の図面に関連して非限定的なものとして与えた以下の説明から、本発明は より明白に理解され、その他の利点も明らかになるであろう。 第１図は、従来技術による音響プローブを示す図である。 第２図は、本発明による第一の音響プローブの例を示す図である。 第３図は、本発明による音響プローブで使用する例示的な相互接続のアレイの 製造における第一段階を示す図である。 第４図は、本発明による音響プローブで使用する例示的な相互接続のアレイの 製造における第二段階を示す図である。 第５図は、従来の方法および本発明の方法に共通な音響プローブの製造方法の 一段階を示す図である。 第６図は、基本変換器Ｔｉｊの表面上に導電層を堆積させる段階を含む、本発 明による音響プローブの製造方法の一段階を示す図である。 第７図は、音響整合板を堆積させる段階を含む、本発明による音響プローブの 製造方法の一段階を示す図である。 第８図は、要素Ａｉｊを画定するように音響整合板を選択的に切断する段階を 含む、本発明による音響プローブの製造方法の一段階を示す図である。 第９図は、本発明による第二の音響プローブの例を示す図である。 本発明による音響プローブは、対向する相互接続ピンのマトリックスに取り付 けられた基本圧電変換器Ｔｉｊ（線形マトリックス、または好ましくは二次元に 構成される）を含む。相互接続のマトリックスは、基材と呼ばれ、以下では基材 と記述する相互接続のアレイの一面に現れる金属トラックの端部から構成される 。金属トラックの反対側端部は、一般に電子制御／分析装置に接続される。 第２図は、プローブ全体の一部を切断して表す、本発明による第一の音響プロ ーブの例を示す図である。基材１は、基本圧電変換器Ｔｉｊを支持する。連続ア ース電極Ｐは、変換器Ｔｉｊの表面に取り付けられ、一つまたは複数の音響整合 材料の層を堆積させることによって得られる分離した音響整合要素Ａｉｊ のセットを支持する（第２図の例では二つの層を示し、要素Ａｉｊ₁およびＡｉ ｊ₂が得られている）。 Ｍ×Ｎ個の圧電変換器のマトリックスの場合には、相互接続のアレイは例えば 以下のように作成することができる。 Ｍ個の誘電体基板を使用する。これらの基板上に、Ｎ個の導電性トラックを軸 Ｄｘに沿って作成する。各基板は、導電性トラックを局所的に露出したままにす る窓を含んでいてもよい。Ｍ個の基板は全て整列され、Ｄｙの方向に積み重ねら れる。このようにしてＭ個の誘電体基板のスタックが得られ、前記スタックは、 Ｍ×Ｎ個の導電性トラックを含む空洞を有する。第３図はこのスタックの構成を 示す図である。 こうして形成された空洞には、電気を絶縁する、所望の音響減衰特性を有する 硬化樹脂が充填される。樹脂が硬化した後で、第４図に示すように、事前に形成 された空洞の高さで、トラックの軸に対して垂直な平面Ｐｃに沿ってスタックを 切断し、基材１の高さで垂直方向に樹脂と同一平面となるＭ×Ｎ個のトラックセ クションからなる表面を得る。 これらのＭ×Ｎ個のトラックセクションと圧電変換器Ｔｉｊとの間の接続を提 供するために、有利には以下の手続きをとる ことが可能である。 Ｍ×Ｎ個のトラックセクションから構成される基材１の表面全体を層Ｍｅで金 属化する。ＰＺＴセラミック型圧電材料の層をその上に置く。次いで、層Ｍｅお よびセラミック層を例えばのこ引きによって切断し、互いに独立した変換器Ｔｉ ｊを画定する。切断動作に対するバリヤを樹脂表面上に作成することができ、こ のエッチングの制御は、それほど高い精度は必要とされない。第５図は、本明細 書上記で参照した「熱点」接点に対応する、基本金属被覆Ｍｅｉｊ上に画定され た変換器Ｔｉｊのマトリックスを示す図であり、したがってこのアセンブリは基 材１に電気的に接続される。 こうして構成されたユニットは、第６図に示すように、金属箔または金属化ポ リマーのフィルムのいずれかであり、その上に載せられ、次いで接着される導電 性アース電極Ｐで覆われる。 次いで、第８図に示すように、二つの音響整合材料の板Ｌ１およびＬ２を接着 する。第一の板Ｌ１は、変換器を構成する材料のインピーダンスに近い高いイン ピーダンスを有し、第二の板Ｌ２は、その中で音響プローブを使用することが想 定される媒体のインピーダンスに近い低いインピーダンスを有する。切 断動作は、アース電極Ｐを切断せずにこれらの整合板を機械的に分離しなければ ならない。 このようにして、基本変換器Ｔｉｊの音響的分離が得られ、同時に電気的連続 性も保たれてプローブの周囲でアース接触を回復することができる。 特に、この切断動作は、レーザによって行うことができる。使用するレーザは 、例えば、炭酸ガス赤外レーザ、エキシマＵＶレーザ、あるいは三重または四重 ＹＡＧレーザにすることができる。 アース電極および音響整合要素の様々な構成要素、ならびにレーザビームのパ ラメータ、すなわち波長およびエネルギー密度を適当に選択することにより、ア ース電極に影響を及ぼすことなく音響整合板の選択的な機械加工を実行すること が可能になる。切断動作は、必要な切断線を描くように集束させ、誘導したレー ザビームによって、または切断経路上に整列したマスクを通して走査することに よって行うことができる。 本発明の別の変形によれば、音響プローブは、連続アース電極によって分離さ れた二つの一連の音響整合要素Ａｉｊ₁およびＡｉｊ₂を有する。 このプローブは、相互接続アレイの一部分を形成する対向する相互接続ピンの マトリックスに取り付けられた基本変換器Ｔｉｊを含む。第９図は、この構成を 示す図である。第一の一連の高インピーダンス音響整合要素は、上述の金属被覆 層Ｍｅ、セラミック層（基本変換器となる）、および導電性でなければならない 第一音響整合板Ｌ１の例えばのこ引きによる切断動作によって、圧電要素と同時 に画定することができる。 電極Ｍｅｉｊ、変換器Ｔｉｊ、要素Ａｉｊ₁から形成された、このように構成 されたユニットは、その上に載せられ、次いで接着される導電性アース電極Ｐで 覆われる。 次いで、低インピーダンス要素Ａｉｊ₂を画定するように、エッチングバリヤ がある状態でエッチングすることによって切断した第二の低インピーダンス板Ｌ ２を、アース電極上に接着することができる。本発明のこの変形の便利な態様の 一つは、選択的なエッチングによって切断する厚さが薄く、同時に、高インピー ダンス要素および低インピーダンス要素を有利に有するプローブが利用可能であ ることにある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．音響整合要素（Ａｉｊ）と、基本圧電変換器（Ｔｉｊ）と、音響変換器を電 子信号処理／制御装置に接続する相互接続のアレイとを含む音響プローブであっ て、基本音響変換器（Ｔｉｊ）と音響整合要素（Ａｉｊ）との間に挿入された連 続アース電極（Ｐ）を含むことを特徴とする音響プローブ。 ２．アース電極が銅または銀タイプの金属箔であることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の音響プローブ。 ３．アース電極が、銅被覆または金被覆ポリエステルまたはポリイミドタイプの 金属化ポリマーフィルムであることことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 音響プローブ。 ４．アース電極が、導電性粒子が加えられたポリマーフィルムであることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の音響プローブ。 ５．音響整合要素が、有利にはタングステンおよび／またはアルミニウム酸化物 の粒子が加えられたエポキシ樹脂から作成されることを特徴とする請求の範囲第 １項から第４項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ６．基本圧電変換器（Ｔｉｊ）が、ＰＺＴタイプセラミックから作成されること を特徴とする請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の音響プローブ 。 ７．アース電極（Ｐ）の表面上に位置し、変換器（Ｔｉｊ）のインピーダンスに 近いインピーダンスを有する音響整合要素（Ａｉｊ₁）、および要素（Ａｉｊ₁） の表面上に位置し、プローブの伝搬媒体のインピーダンスに近いインピーダンス を有する音響整合要素（Ａｉｊ₂）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項か ら第６項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ８．圧電変換器とアース電極（Ｐ）との間に位置する音響整合要素（Ａｉｊ₁） 、およびアース電極（Ｐ）の表面上に位置し、プローブの伝搬媒体のインピーダ ンスに近いインピーダンスを有する要素（Ａｉｊ₂）を含むことを特徴とする請 求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ９．請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に記載の音響プローブを製造す る方法であって、音響変換器を電子信号処理／制御装置に接続する相互接続のア レイの表面上に、基本圧電変換器（Ｔｉｊ）を作成する段階を含んでおり、 アース電極（Ｐ）となる導電層を基本変換器（Ｔｉｊ）の表 面上に堆積させる段階と、 少なくとも一つの音響整合材料の層を導電性表面上に堆積させる段階と、 音響整合要素（Ａｉｊ、Ａｉｊ₁、Ａｉｊ₂）となるように、 導電層上に腐食バリヤがある状態で一つまたは複数の音響整合材料の層を選択的 にエッチングする段階と をさらに含むことを特徴とする方法。 １０．選択的なエッチングがレーザによって行われることを特徴とする請求の範 囲第９項に記載の音響プローブを製造する方法。 １１．音響整合材料が、タングステンおよび／またはアルミニウム酸化物の粒子 が加えられたエポキシ樹脂であり、アース電極が銅めっきされたポリイミドフィ ルムであり、レーザが赤外領域で放射する炭酸ガスレーザであることを特徴とす る請求の範囲第１０項に記載の音響プローブを製造する方法。 １２．レーザービームのエネルギー密度がｃｍ²あたり数ジュールであることを 特徴とする請求の範囲第１０項に記載の音響プローブを製造する方法。 １３．圧電変換器（Ｔｉｊ）のインピーダンスに近いインピー ダンスを有する要素（Ａｉｊ₁）、およびプローブの伝搬媒体のインピーダンス に近いインピーダンスを有する要素（Ａｉｊ₂）を画定するように、異なるイン ピーダンス値を有する二つの層の音響整合材料を堆積させる段階を含むことを特 徴とする請求の範囲第９項から第１２項のいずれか一項に記載の音響プローブを 製造する方法。