JP2002165793A - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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JP2002165793A
JP2002165793A JP2000363641A JP2000363641A JP2002165793A JP 2002165793 A JP2002165793 A JP 2002165793A JP 2000363641 A JP2000363641 A JP 2000363641A JP 2000363641 A JP2000363641 A JP 2000363641A JP 2002165793 A JP2002165793 A JP 2002165793A
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JP
Japan
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piezoelectric element
ultrasonic probe
acoustic
piezoelectric elements
piezoelectric
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Application number
JP2000363641A
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Japanese (ja)
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Katsuhiro Wakabayashi
勝裕 若林
Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Takuya Imahashi
拓也 今橋
Akiko Mizunuma
明子 水沼
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe capable of enhancing image resolution by having high electromechanical conversion efficiency and a piezoelectric element with such an optimum shape as to suppress the occurrence of an unnecessary vibrational mode. SOLUTION: The ultrasonic probe 1 is provided with the plurality of piezoelectric elements 2 for generating ultrasonic waves and transmitting/receiving the ultrasonic waves, an acoustic matched layer 3, which is located on the side of the acoustic radiation surfaces of the piezoelectric elements 2 in order to radiate the ultrasonic waves generated by the piezoelectric elements 2, and a backing material 5 serving as a back-surface load material, which is located on the side of the back surfaces of the piezoelectric elements 2 so as to absorb the necessary ultrasonic waves. The ultrasonic probe 1 is constituted by one- dimensionally arranging at least the piezoelectric elements 2. The ratio (w/t) between a thickness t in the direction of the acoustic radiation axis of the piezoelectric element 2 and a width w in the direction of the arrangement of the piezoelectric element 2 is taken constitutionally as 0.3-0.5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用もしくは被
破壊検査用の超音波診断に用いられる超音波探触子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used for ultrasonic diagnosis for medical or destructive inspection.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、超音波探触子は、『改訂 医
用超音波器ハンドブック』((社)日本電子機械工業会
編、コロナ社、1997.1.20,P68〜P74)に示されるような
構造となっている。このような超音波探触子は、一般的
に例えば図7に示すような構成となっている。図7は、
従来の配列型超音波探触子を示す構成図であり、図7
(a)は従来の配列型超音波探触子の構成を示す概略斜
視図、図7(b)は同図(a)の側面断面図、図7
(c)は同図(a)の圧電素子のみを示した斜視図であ
る。
2. Description of the Related Art Generally, an ultrasonic probe is disclosed in "Revised Medical Ultrasonic Device Handbook" (edited by The Japan Electronics Machinery Association, Corona, 1997.1.20, pp. 68-74). It has a simple structure. Such an ultrasonic probe generally has, for example, a configuration as shown in FIG. FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional array type ultrasonic probe, and FIG.
7A is a schematic perspective view showing a configuration of a conventional array type ultrasonic probe, FIG. 7B is a side sectional view of FIG.
FIG. 3C is a perspective view showing only the piezoelectric element of FIG.

【0003】図7に示すように、従来の配列型超音波探
触子50は、両面に電極を形成した圧電セラミックス板
から形成される複数の圧電素子51と、前記複数の圧電
素子51の超音波を送受する側の面に形成された音響整
合層52a,52b及び音響レンズ53、ならびに前記
複数の圧電素子51の背面側に形成された背面負荷材5
4とが一体化され、前記複数の圧電素子51を1次元に
配列した構造となっている。
As shown in FIG. 7, a conventional array-type ultrasonic probe 50 includes a plurality of piezoelectric elements 51 formed of a piezoelectric ceramic plate having electrodes formed on both surfaces, and a plurality of piezoelectric elements 51 of the plurality of piezoelectric elements 51. Acoustic matching layers 52a, 52b and acoustic lens 53 formed on the surface on the side that transmits and receives sound waves, and back load member 5 formed on the back side of the plurality of piezoelectric elements 51
4 are integrated to form a structure in which the plurality of piezoelectric elements 51 are one-dimensionally arranged.

【0004】前記圧電素子51は、銅箔55aとポリイ
ミド等の絶縁樹脂55bから形成されるフレキシブルプ
リント基板55により信号線側が結線され、前記音響整
合層52a,52b側のグランドは共通電極として導電
性のワイヤ56や箔を用いて半田付けや導電性樹脂によ
り結線し、保護樹脂57で覆われている。
The piezoelectric element 51 is connected on the signal line side by a flexible printed board 55 formed of a copper foil 55a and an insulating resin 55b such as polyimide, and the ground on the acoustic matching layers 52a and 52b is a common electrode as a conductive electrode. Are connected by soldering or conductive resin using the wire 56 or foil, and are covered with a protective resin 57.

【0005】前記圧電素子51は、図示しない観測装置
から印加される電圧パルスにより振動し、音響整合層5
2a,52b及び音響レンズ53を介して超音波を放射
するようになっている。この放射される超音波を効率よ
く被検体に伝搬させるために圧電素子51には、音響整
合層52a,52bが必要である。一方、これら音響整
合層52a,52bとは反対の面には形成された背面負
荷材54は、不要な振動を抑制する働きを持っている。
The piezoelectric element 51 is vibrated by a voltage pulse applied from an observation device (not shown), and
Ultrasonic waves are radiated through 2a and 52b and the acoustic lens 53. The acoustic matching layers 52a and 52b are required for the piezoelectric element 51 in order to efficiently propagate the emitted ultrasonic waves to the subject. On the other hand, the back load member 54 formed on the surface opposite to the acoustic matching layers 52a and 52b has a function of suppressing unnecessary vibration.

【0006】上述した配列型超音波探触子50は、例え
ば特公昭62−2813号公報に記載されているよう
に、1個の圧電素子51の音響放射軸方向となる厚みt
と、前記圧電素子の配列方向となる幅Wとの比(w/
t)を0.8以下とし、特にw/t=0.66(w=
0.4mm、t=0.6mm)とした実施例を示したも
のが提案されている。
The above-mentioned array type ultrasonic probe 50 has a thickness t of one piezoelectric element 51 in the acoustic radiation axis direction, as described in, for example, Japanese Patent Publication No. 62-2813.
And the width (w /
t) is 0.8 or less, and particularly w / t = 0.66 (w =
0.4 mm, t = 0.6 mm) has been proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公昭62−2813号公報に記載の配列型超音波探触子
は、1個の圧電素子51の音響放射軸方向となる厚みt
と、前記圧電素子51の配列方向となる幅Wとの比(w
/t)を0.8よりも極端に小さくした場合、以下に記
載するような不具合が生じる。
However, the array-type ultrasonic probe described in Japanese Patent Publication No. 2813/1987 has a thickness t of one piezoelectric element 51 in the direction of the acoustic radiation axis.
And the width (w) of the width W in the direction in which the piezoelectric elements 51 are arranged.
If (/ t) is extremely smaller than 0.8, the following problems occur.

【0008】前記圧電素子51は幅W対厚さT(w/
t)をw/t<0.3とした場合、横方向の振動モード
は小さくなるが、厚み方向の高次の振動が大きくなる。
この圧電素子51を少なくとも1列に並べて構成した配
列型超音波探触子50は、高調波の振動が発生する(図
2参照)。この高調波の発生により、配列型超音波探触
子50は高調波成分にもエネルギが配分されるため、基
本周波数成分のエネルギロスを招き、感度が低下する。
また、配列型超音波探触子50は、この高調波成分が乗
っていることにより、超音波を電子的にフォーカスする
ための電子フォーカスで形成される送信音場に乱れが生
じてアーチファクト(虚像)を発生したり、受信時にお
ける超音波のビーム合成結果の精度が低下したりする。
このため、超音波診断画像は、分解能が低下してしまう
ことになる。
The piezoelectric element 51 has a width W and a thickness T (w /
When t) is set to w / t <0.3, the vibration mode in the lateral direction is small, but the higher-order vibration in the thickness direction is large.
The array-type ultrasonic probe 50 in which the piezoelectric elements 51 are arranged in at least one row generates harmonic vibration (see FIG. 2). Due to the generation of the harmonics, energy is also distributed to the harmonic components of the array-type ultrasonic probe 50, so that energy loss of the fundamental frequency component is caused and the sensitivity is reduced.
Further, in the array-type ultrasonic probe 50, the transmission of the harmonic component causes disturbance in a transmission sound field formed by electronic focusing for electronically focusing the ultrasonic waves, thereby causing an artifact (virtual image). ), Or the accuracy of the ultrasonic beam synthesis result at the time of reception is reduced.
For this reason, the resolution of the ultrasonic diagnostic image is reduced.

【0009】一方、前記圧電素子51は、幅W対厚さT
(w/t)を0.6〜0.8とした場合、電気機械変換
効率は向上するが、横方向の振動モードが発生する。こ
のため、上述した高調波成分と同様な不具合が発生する
と共に、径方向の振動に起因するクロストークやパルス
幅の増大が生じ、画像化した際に超音波診断画像の分解
能が低下する(図3参照)。従って、圧電素子51は、
電気機械変換効率が高く、不要な振動モードの発生を抑
える形状であることが必要である。
On the other hand, the piezoelectric element 51 has a width W versus a thickness T.
When (w / t) is 0.6 to 0.8, the electromechanical conversion efficiency is improved, but a lateral vibration mode is generated. For this reason, the same trouble as the above-described harmonic component occurs, and at the same time, the crosstalk and the pulse width increase due to the radial vibration, and the resolution of the ultrasonic diagnostic image decreases when the image is formed. 3). Therefore, the piezoelectric element 51
It is necessary that the shape has a high electromechanical conversion efficiency and suppresses generation of unnecessary vibration modes.

【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、電気機械変換効率が高く、不要な振動モードの
発生を抑えた最適な形状の圧電素子を有し、画像分解能
が向上可能な超音波探触子を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, has a high efficiency of electromechanical conversion, has a piezoelectric element having an optimal shape which suppresses generation of unnecessary vibration modes, and can improve image resolution. It is an object to provide an ultrasonic probe.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、超音波を発生し、この超音波を送受信す
る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を1列に配列し
た超音波探触子において、前記圧電素子の音響放射軸方
向となる厚みtと、前記圧電素子の配列方向となる幅W
との比を0.3〜0.5としたことを特徴としている。
この構成により、電気機械変換効率が高く、不要な振動
モードの発生を抑えた最適な形状の圧電素子を有して、
画像分解能が向上可能な超音波探触子を実現する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of piezoelectric elements for generating ultrasonic waves and transmitting and receiving the ultrasonic waves, and a plurality of piezoelectric elements located on an acoustic radiation surface side of the plurality of piezoelectric elements. And, an acoustic matching layer for radiating ultrasonic waves generated from the plurality of piezoelectric elements, and a back load member that is located on the back side of the plurality of piezoelectric elements and absorbs unnecessary ultrasonic waves,
In an ultrasonic probe in which at least the plurality of piezoelectric elements are arranged in one row, a thickness t of the piezoelectric element in the acoustic radiation axis direction and a width W of the piezoelectric element in the arrangement direction are provided.
Is set to 0.3 to 0.5.
With this configuration, the electromechanical conversion efficiency is high, and the piezoelectric element has an optimal shape that suppresses the occurrence of unnecessary vibration modes.
An ultrasonic probe capable of improving image resolution is realized.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。 (第1の実施の形態)図1ないし図4は本発明の第1の
実施の形態に係り、図1は本発明の第1の実施の形態の
超音波探触子を示す構成図であり、図1(a)は超音波
探触子の構成を示す概略斜視図、図1(b)は同図
(a)の側面断面図、図1(c)は同図(a)の圧電素
子のみを示した斜視図、図2は本発明の第1の実施の形
態の作用を示し、圧電素子の厚みtと、幅Wとの比(w
/t)を変えてインピーダンス特性を表した第1のグラ
フであり、図2(a)はw/t=0.2におけるインピ
ーダンス特性を示すグラフ、図2(b)はw/t=0.
3におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図2
(c)はw/t=0.5におけるインピーダンス特性を
示すグラフ、図2(d)はw/t=0.6におけるイン
ピーダンス特性を示すグラフ、図3は本発明の第1の実
施の形態の作用を示し、圧電素子の厚みtと、幅Wとの
比(w/t)を変えてインピーダンス特性を表した第2
のグラフであり、図3(a)はw/t=0.5における
基本共振点付近を示すグラフ、図3(b)はw/t=
0.6における基本共振点付近を示すグラフ、図3
(c)はw/t=0.8における基本共振点付近を示す
グラフ、図4は本発明の第1の実施の形態の作用を示
し、圧電素子の厚みtと、幅Wとの比(w/t)を変え
て超音波探触子のエコー波形を示すグラフであり、図4
(a)はw/t=0.2における超音波探触子のエコー
波形を示すグラフ、図4(b)はw/t=0.25にお
ける超音波探触子のエコー波形を示すグラフ、図4
(c)はw/t=0.3における超音波探触子のエコー
波形を示すグラフ、図4(d)はw/t=0.5におけ
る超音波探触子のエコー波形を示すグラフである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1 to 4 relate to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a configuration diagram showing an ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic perspective view showing the configuration of the ultrasonic probe, FIG. 1B is a side sectional view of FIG. 1A, and FIG. 1C is the piezoelectric element of FIG. FIG. 2 shows the operation of the first embodiment of the present invention, and shows the ratio (w) between the thickness t of the piezoelectric element and the width W.
FIG. 2A is a first graph showing impedance characteristics when w / t = 0.2, and FIG. 2B is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.2.
3 is a graph showing impedance characteristics in FIG.
FIG. 2C is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.6, FIG. 2D is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.6, and FIG. 3 is a first embodiment of the present invention. And the impedance characteristic is expressed by changing the ratio (w / t) of the thickness t of the piezoelectric element to the width W.
3A is a graph showing the vicinity of a fundamental resonance point at w / t = 0.5, and FIG. 3B is a graph showing w / t =
FIG. 3 is a graph showing the vicinity of the fundamental resonance point at 0.6, and FIG.
(C) is a graph showing the vicinity of the fundamental resonance point at w / t = 0.8, and FIG. 4 shows the operation of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the echo waveform of the ultrasonic probe while changing w / t).
4A is a graph showing an echo waveform of the ultrasonic probe at w / t = 0.2, FIG. 4B is a graph showing an echo waveform of the ultrasonic probe at w / t = 0.25, FIG.
4C is a graph showing an echo waveform of the ultrasonic probe at w / t = 0.3, and FIG. 4D is a graph showing an echo waveform of the ultrasonic probe at w / t = 0.5. is there.

【0013】図1に示すように本発明の第1の実施の形
態の超音波探触子1は、超音波を発生し、この超音波を
送受信する複数の圧電素子2と、前記複数の圧電素子2
の音響放射面側に位置し、前記複数の圧電素子2から発
生した超音波を放射するための音響整合層3と、前記音
響整合層3よりも音響放射面側に位置する音響レンズ4
と、前記複数の圧電素子2の背面側に位置し、不要な超
音波を吸収する背面負荷材としてのバッキング材5と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子2を1次元に配
列して構成される配列型超音波探触子である。
As shown in FIG. 1, an ultrasonic probe 1 according to a first embodiment of the present invention generates a plurality of piezoelectric elements 2 for generating ultrasonic waves and transmitting and receiving the ultrasonic waves, Element 2
An acoustic matching layer 3 for emitting ultrasonic waves generated from the plurality of piezoelectric elements 2 and an acoustic lens 4 located on the acoustic emitting surface side of the acoustic matching layer 3.
A backing material 5 located on the back side of the plurality of piezoelectric elements 2 and serving as a back load material for absorbing unnecessary ultrasonic waves;
And an array type ultrasonic probe configured by arranging at least the plurality of piezoelectric elements 2 in one dimension.

【0014】前記圧電素子2は、両面に電極を形成した
例えばソフト系のジルコン酸チタン酸鉛Pb(Zr,T
i)O3等のPZT系圧電セラミックスで形成してい
る。前記音響レンズ4は、シリコーン樹脂から形成され
ている。前記音響整合層3は、例えば、圧電素子2の音
響放射面側にアルミナをフィラとしたエポキシ樹脂から
形成される第1音響整合層3a及びこの第1音響整合層
3aよりも音響放射面側にエポキシ樹脂単体から形成さ
れる第2音響整合層3bで構成される。前記バッキング
材5は、アルミナをフィラとしたウレタンで形成され
る。尚、前記圧電素子2は、パターン6aを形成したフ
レキシブルプリント基板6により信号線側が結線され、
前記第1、第2音響整合層3a,3b側のグランドは共
通電極として導電性のワイヤ7や箔を用いて半田付けや
導電性樹脂により結線し、保護樹脂8で覆われている。
The piezoelectric element 2 is made of, for example, soft lead zirconate titanate Pb (Zr, T
i) It is made of PZT piezoelectric ceramics such as O3. The acoustic lens 4 is formed from a silicone resin. The acoustic matching layer 3 is, for example, a first acoustic matching layer 3a formed of an epoxy resin using alumina as a filler on the acoustic radiation surface side of the piezoelectric element 2 and on the acoustic radiation surface side of the first acoustic matching layer 3a. The second acoustic matching layer 3b is made of an epoxy resin alone. The backing material 5 is formed of urethane using alumina as a filler. The signal line side of the piezoelectric element 2 is connected to the flexible printed circuit board 6 on which the pattern 6a is formed.
The grounds on the first and second acoustic matching layers 3a and 3b are connected by soldering or conductive resin using a conductive wire 7 or foil as a common electrode, and are covered with a protective resin 8.

【0015】そして、本発明の3MHzの配列型(リニ
アアレイ)探触子は以下のような方法にて作製される。
前記第1音響整合層3a(音響インピーダンスは7.5
MRayl程度)の250μmの薄板を研削加工する。
次に、前記第1音響整合層3aの片面をテープ等でマス
キングし、マスキングしていない方の面に第2音響整合
層3bを190μm形成する。次に、約500μmの圧
電素子2を接着剤により前記第1音響整合層3aに固着
し、フレキシブルプリント基板6を半田により前記圧電
素子2に接合する。その後、前記複数の圧電素子2の背
面側にバッキング材5を注型接合した後、ワックスによ
り基台に固定もしくはテープにより固定する。そして、
この状態で前記圧電素子2側から裁断し、配列型振動子
を形成する。
The 3 MHz array type (linear array) probe of the present invention is manufactured by the following method.
The first acoustic matching layer 3a (the acoustic impedance is 7.5
A thin plate having a thickness of about 250 μm (about MRayl) is ground.
Next, one side of the first acoustic matching layer 3a is masked with a tape or the like, and a second acoustic matching layer 3b is formed to a thickness of 190 μm on the unmasked side. Next, the piezoelectric element 2 of about 500 μm is fixed to the first acoustic matching layer 3a with an adhesive, and the flexible printed board 6 is joined to the piezoelectric element 2 by soldering. Thereafter, the backing material 5 is cast-bonded to the back side of the plurality of piezoelectric elements 2 and then fixed to the base with wax or fixed with tape. And
In this state, cutting is performed from the piezoelectric element 2 side to form an array type vibrator.

【0016】裁断の方法は、精密裁断機を使用して60
μm厚さのブレードを使用し、0.3mmピッチで裁断
する。尚、このとき、1個の圧電素子2の音響放射軸方
向となる厚みtと、前記圧電素子2の配列方向となる幅
Wとの比(w/t)は、w/t=0.48である。
The cutting method is performed by using a precision cutting machine.
Cutting is performed at a pitch of 0.3 mm using a blade having a thickness of μm. At this time, the ratio (w / t) of the thickness t of one piezoelectric element 2 in the acoustic radiation axis direction to the width W of the piezoelectric element 2 in the arrangement direction is w / t = 0.48. It is.

【0017】裁断後、リード線と半田とを用いて圧電素
子2の音響整合層3側の表面電極に接合して共通GND
電極とする。最後に、音響レンズ4をシリコーン樹脂に
て形成してトランスデューサ部分を作製する。
After cutting, a common GND is connected to the surface electrode on the acoustic matching layer 3 side of the piezoelectric element 2 using a lead wire and solder.
Electrodes. Finally, the acoustic lens 4 is formed of a silicone resin to form a transducer portion.

【0018】このように構成した超音波探触子1は、図
示しない駆動回路から例えば数十〜数百ボルト程度の電
圧の駆動パルスが前記圧電素子2に印加される。そし
て、駆動パルスが印加された圧電素子2は、逆圧電効果
により急速に変形される。前記超音波探触子1は、前記
圧電素子2の変形により励起された超音波パルスを前記
音響整合層3及び前記音響レンズ4を経て放射すること
で、超音波パルスを送波するようになっている。
In the ultrasonic probe 1 configured as described above, a drive pulse having a voltage of, for example, several tens to several hundreds of volts is applied to the piezoelectric element 2 from a drive circuit (not shown). Then, the piezoelectric element 2 to which the driving pulse is applied is rapidly deformed by the inverse piezoelectric effect. The ultrasonic probe 1 transmits an ultrasonic pulse by radiating an ultrasonic pulse excited by deformation of the piezoelectric element 2 through the acoustic matching layer 3 and the acoustic lens 4. ing.

【0019】前記超音波探触子1から送波される超音波
パルスは、対象物から反射された後に、前記音響レンズ
4及び前記第1、第2音響整合層3a,3bを経て前記
圧電素子2に再入射し、この圧電素子2を機械的に振動
させる。尚、超音波パルスを反射する対象物としては、
医療用に関しては体内の各組織の界面であり、また、被
破壊検査用に関しては被測定物内部の傷等の非連続部で
ある。
The ultrasonic pulse transmitted from the ultrasonic probe 1 is reflected from an object, and then passes through the acoustic lens 4 and the first and second acoustic matching layers 3a and 3b to form the piezoelectric element. 2, and the piezoelectric element 2 is mechanically vibrated. In addition, as an object reflecting the ultrasonic pulse,
For medical use, it is an interface between tissues in the body, and for destructive inspection, it is a discontinuous portion such as a scratch inside the measured object.

【0020】再入射した超音波パルスにより機械的に振
動した圧電素子2は、圧電効果により機械的振動を電気
信号に変換した後、この電気信号を図示しない観測装置
に送信する。観測装置は、前記電気信号を信号処理し、
超音波診断画像としてモニタに表示させるようになって
いる。
The piezoelectric element 2 mechanically vibrated by the re-entered ultrasonic pulse converts the mechanical vibration into an electric signal by the piezoelectric effect, and then transmits the electric signal to an observation device (not shown). The observation device processes the electric signal,
The image is displayed on the monitor as an ultrasonic diagnostic image.

【0021】ここで、圧電素子2の音響放射軸方向とな
る厚みtと、前記圧電素子2の配列方向となる幅Wとの
比(w/t)を変化させると、図2及び図3に示すよう
なインピーダンス特性が得られる。
Here, when the ratio (w / t) of the thickness t of the piezoelectric element 2 in the acoustic radiation axis direction to the width W of the piezoelectric element 2 in the arrangement direction is changed, FIG. 2 and FIG. The impedance characteristic as shown is obtained.

【0022】図2及び図3は圧電素子2の厚みtと、幅
Wとの比(w/t)を変えてインピーダンス特性(周波
数に対する音響インピーダンス及び位相)を表したグラ
フである。図2(a)はw/t=0.2におけるインピ
ーダンス特性を示すグラフ、図2(b)はw/t=0.
3におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図2
(c)はw/t=0.5におけるインピーダンス特性を
示すグラフ、図2(d)はw/t=0.6におけるイン
ピーダンス特性を示すグラフである。また、図3(a)
はw/t=0.5における基本共振点付近を示すグラ
フ、図3(b)はw/t=0.6における基本共振点付
近を示すグラフ、図3(c)はw/t=0.8における
基本共振点付近を示すグラフである。尚、位相とは、圧
電素子2を駆動する駆動信号の電流信号及び電圧信号の
位相差である。この位相差がゼロとなるポイントで音響
インピーダンスの大きさが最低となり、圧電素子2に供
給される電気エネルギは全て振動エネルギに変換される
ようになっている。
FIGS. 2 and 3 are graphs showing impedance characteristics (acoustic impedance and phase with respect to frequency) by changing the ratio (w / t) between the thickness t of the piezoelectric element 2 and the width W. FIG. FIG. 2A is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.2, and FIG. 2B is a graph showing w / t = 0.
3 is a graph showing impedance characteristics in FIG.
FIG. 2C is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.5, and FIG. 2D is a graph showing impedance characteristics at w / t = 0.6. FIG. 3 (a)
Is a graph showing the vicinity of the basic resonance point at w / t = 0.5, FIG. 3B is a graph showing the vicinity of the basic resonance point at w / t = 0.6, and FIG. 3C is w / t = 0. 8 is a graph showing the vicinity of the fundamental resonance point at 0.8. The phase is a phase difference between a current signal and a voltage signal of a drive signal for driving the piezoelectric element 2. At the point where the phase difference becomes zero, the magnitude of the acoustic impedance becomes minimum, and all the electric energy supplied to the piezoelectric element 2 is converted into vibration energy.

【0023】w/t<0.3とした場合、横方向の振動
モードは小さくなるが、厚み方向の高次の振動が大きく
なる。より具体的には、w/t=0.2では3次をはじ
めとする高調波が大きくなり、w/t比が大きくなるに
従い、高次モードの振動は小さくなる。
When w / t <0.3, the vibration mode in the horizontal direction is small, but the higher-order vibration in the thickness direction is large. More specifically, when w / t = 0.2, the third and other higher harmonics increase, and as the w / t ratio increases, the vibration of the higher-order mode decreases.

【0024】一方、w/t>0.6とした場合、圧電素
子2の分極軸に垂直な横方向の振動成分が生じる。この
ため、w/t>0.6とした圧電素子2を用いて超音波
探触子を構成した際に、不要振動モードが発生する。従
って、前述した高調波成分と同様な不具合が発生すると
共に、クロストークやパルス幅の増大が起こり、画像化
した際に画像精度が低下してしまう。
On the other hand, when w / t> 0.6, a horizontal vibration component perpendicular to the polarization axis of the piezoelectric element 2 occurs. Therefore, when an ultrasonic probe is configured using the piezoelectric element 2 with w / t> 0.6, an unnecessary vibration mode is generated. Therefore, the same problems as those of the above-described harmonic components occur, and at the same time, crosstalk and an increase in pulse width occur.

【0025】図4は同様にして作製した5MHzの圧電
素子2を用い、この圧電素子2の厚みtと、幅Wとの比
(w/t)を変えて、ステンレスの平面反射体を利用し
て測定した超音波探触子のエコー波形を示すグラフであ
る。図4(a)はw/t=0.2におけるエコー波形を
示し、図4(b)はw/t=0.25におけるエコー波
形を示し、図4(c)はw/t=0.3におけるエコー
波形を示し、図4(d)はw/t=0.5におけるエコ
ー波形を示している。
FIG. 4 uses a 5 MHz piezoelectric element 2 produced in the same manner, and uses a stainless steel flat reflector by changing the ratio (w / t) of the thickness t of the piezoelectric element 2 to the width W. 6 is a graph showing an echo waveform of the ultrasonic probe measured by the above method. 4A shows an echo waveform at w / t = 0.2, FIG. 4B shows an echo waveform at w / t = 0.25, and FIG. 4C shows w / t = 0. 3 shows an echo waveform, and FIG. 4D shows an echo waveform at w / t = 0.5.

【0026】例えば、図4(a)及び図4(b)に示す
ようにw/t<0.25とした場合、エコー波に大きな
高調波成分が現れて、波形が乱れる。この高調波成分
は、バンドパスフィルタを用いても完全に除去すること
が困難である。一方、図4(c)及び図4(d)に示す
ように、w/t=0.3及びw/t=0.5とした場
合、エコー波に現れる高調波成分は非常に小さくなり、
波形が乱れることはない。
For example, when w / t <0.25 as shown in FIGS. 4A and 4B, a large harmonic component appears in the echo wave, and the waveform is disturbed. It is difficult to completely remove the harmonic components even by using a band-pass filter. On the other hand, as shown in FIGS. 4C and 4D, when w / t = 0.3 and w / t = 0.5, the harmonic component appearing in the echo wave becomes very small,
The waveform is not disturbed.

【0027】この結果により、圧電素子2を効率よく振
動し、かつ高次モード及び横方向振動の抑制のために
は、圧電素子2の音響放射軸方向となる厚みtと、前記
圧電素子2の配列方向となる幅Wとの比(w/t)を
0.3≦w/t≦0.5とする必要があることが分か
る。
As a result, in order to efficiently vibrate the piezoelectric element 2 and to suppress the higher-order mode and the lateral vibration, the thickness t of the piezoelectric element 2 in the acoustic radiation axis direction and the thickness t of the piezoelectric element 2 It can be seen that the ratio (w / t) to the width W in the arrangement direction needs to be 0.3 ≦ w / t ≦ 0.5.

【0028】本実施の形態では、圧電素子2の音響放射
軸方向となる厚みtと、前記圧電素子2の配列方向とな
る幅Wとの比(w/t)を0.3〜0.5、更に、ソフ
ト系のPZT系材料の場合、高次モードの振動をより抑
えるため、望ましくは(w/t)を0.4〜0.5とし
て構成している。
In the present embodiment, the ratio (w / t) of the thickness t of the piezoelectric element 2 in the acoustic radiation axis direction to the width W of the piezoelectric element 2 in the arrangement direction is 0.3 to 0.5. Furthermore, in the case of a soft PZT-based material, (w / t) is desirably set to 0.4 to 0.5 in order to further suppress higher-order mode vibration.

【0029】これにより、圧電素子2のw/t比を0.
3〜0.5、更に、望ましくは0.4〜0.5の最適値
とすることで、高次の振動モードや横方向の振動モード
等不要な振動モードの発生を抑え、画像化する際にフィ
ルタが簡易なもので良く、エネルギロスも少ないため
に、高感度の圧電素子2を安価に実現することが可能で
ある。
Thus, the w / t ratio of the piezoelectric element 2 is set to 0.1.
By setting the optimum value to 3 to 0.5, and more preferably to 0.4 to 0.5, the generation of unnecessary vibration modes such as a higher-order vibration mode and a lateral vibration mode is suppressed, and imaging is performed. In addition, since a simple filter may be used, and the energy loss is small, the high-sensitivity piezoelectric element 2 can be realized at low cost.

【0030】尚、本実施の形態では直線状に配列した配
列型超音波探触子(リニアアレイ)について説明した
が、複数の圧電素子2を分断した状態で湾曲させた、コ
ンベックス型の超音波探触子に本発明を適用しても構わ
ない。
In this embodiment, an array type ultrasonic probe (linear array) arranged linearly has been described. However, a convex type ultrasonic probe in which a plurality of piezoelectric elements 2 are curved in a divided state. The present invention may be applied to a probe.

【0031】(第2の実施の形態)図5及び図6は本発
明の第2の実施の形態に係り、図5は本発明の第2の実
施の形態の超音波探触子を示す概略断面図、図6は図5
の変形例を示す超音波探触子を示す概略断面図である。
上記第1の実施の形態では、アルミナをフィラとしたエ
ポキシ樹脂で第1音響整合層3aを形成して超音波探触
子を構成しているが、本第2の実施の形態では第1音響
整合層3aをカーボンで形成して超音波探触子を構成す
る。それ以外の構成は、上記第1の実施の形態とほぼ同
様な構成なので説明を省略し、同じ構成には同じ符号を
付して説明する。
(Second Embodiment) FIGS. 5 and 6 relate to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram showing an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view and FIG.
It is a schematic sectional drawing which shows the ultrasonic probe which shows the modification of.
In the first embodiment, the ultrasonic probe is formed by forming the first acoustic matching layer 3a with an epoxy resin using alumina as a filler. In the second embodiment, however, the first acoustic matching layer 3a is formed of the first acoustic matching layer 3a. The matching layer 3a is formed of carbon to form an ultrasonic probe. The other configuration is substantially the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted, and the same configuration is denoted by the same reference numeral.

【0032】図5に示すように本第2の実施の形態の超
音波探触子10は、圧電素子2の音響放射面側に炭化珪
素SiC及び炭化ホウ素B4Cの超微粒子を含有複合化
したカーボンから形成される第1音響整合層11を有し
て構成される。
As shown in FIG. 5, the ultrasonic probe 10 according to the second embodiment has a composite carbon material containing ultrafine particles of silicon carbide SiC and boron carbide B4C on the acoustic emission surface side of the piezoelectric element 2. It has the 1st acoustic matching layer 11 formed from.

【0033】尚、本発明の5MHzの配列型(リニアア
レイ)探触子は以下のような方法にて作製される。先
ず、第1音響整合層11となる炭化珪素SiC及び炭化
ホウ素B4Cの超微粒子を含有複合化する炭素複合材料
を200μmに研削加工する。ここで、炭素複合材料と
は、黒鉛(カーボン)にSiC及びB4Cの微粒子を含
有したものである。この炭素複合材料は、前記黒鉛(カ
ーボン)の粒子間にクサビ状に混在するセラミック微細
粉がマイクロクラックの成長を抑制し、黒鉛と比較し大
幅に強度を向上させたものである。このため、この炭素
の複合材料は、更に高周波化した10MHz以上(10
0μm以下)の薄物加工の際も、両面ラップ盤の使用や
ワックス、水溶性接着剤等を用いて基材に貼り付けて研
削、研磨することにより比較的容易に加工可能である。
The 5 MHz array type (linear array) probe of the present invention is manufactured by the following method. First, a carbon composite material containing ultrafine particles of silicon carbide SiC and boron carbide B4C to be the first acoustic matching layer 11 is ground to a thickness of 200 μm. Here, the carbon composite material includes graphite (carbon) containing fine particles of SiC and B4C. In this carbon composite material, the ceramic fine powder mixed in a wedge-like manner between the graphite (carbon) particles suppresses the growth of microcracks, and has significantly improved strength as compared with graphite. For this reason, this carbon composite material has a higher frequency of 10 MHz or more (10 MHz or more).
Even when processing a thin material (0 μm or less), it can be processed relatively easily by using a double-sided lapping machine, or by attaching and grinding and polishing a base material using wax, a water-soluble adhesive, or the like.

【0034】本実施の形態で用いた炭素複合材料は、平
均粒径0.5μmのSiCを重量比で6wt%及び平均
粒径5μのB4Cを重量比で9wt%づつ配合、その他
にホウ化ジルコニウムを4wt%配合した物である。こ
の炭素複合材料の音響インピーダンスは、8.5MRa
yl程度のものである。
The carbon composite material used in the present embodiment is composed of 6 wt% of SiC having an average particle size of 0.5 μm and 9 wt% of B4C having an average particle size of 5 μm, and zirconium boride. Is blended at 4 wt%. The acoustic impedance of this carbon composite material is 8.5 MRa
yl.

【0035】次に、この炭素複合材料で形成された第1
音響整合層11の片側をテープ等でマスキングし、マス
キングしていない方の面にエポキシ樹脂で形成される1
00μmの樹脂層を形成して第2音響整合層3bを形成
する。次に、約300μmの圧電素子2を接着剤を用い
て前記第1音響整合層11に固着し、パターンを設けた
フレキシブルプリント基板6を半田により圧電素子2に
接合する。
Next, the first carbon composite material is used.
One side of the acoustic matching layer 11 is masked with a tape or the like, and an unmasked surface is formed of an epoxy resin.
A second acoustic matching layer 3b is formed by forming a 00 μm resin layer. Next, the piezoelectric element 2 of about 300 μm is fixed to the first acoustic matching layer 11 using an adhesive, and the flexible printed circuit board 6 provided with the pattern is joined to the piezoelectric element 2 by soldering.

【0036】その後、ワックスにより基台に固定もしく
はテープにより固定する。そして、この状態で前記圧電
素子2側から第2音響整合層3bの途中まで裁断し、配
列型振動子を形成する。裁断の方法は、精密裁断機を使
用して30μm厚さのブレードを使用し、130μmピ
ッチで裁断する。尚、このとき、1個の圧電素子2の音
響放射軸方向となる厚みtと、前記圧電素子2の配列方
向となる幅Wとの比(w/t)は、w/t=0.33で
ある。尚、本実施の形態の配列振動子は、2つの素子が
一つのパターンにつながったもので、いわゆるサブダイ
スをした構成である。
Thereafter, it is fixed to the base with wax or fixed with tape. Then, in this state, cutting is performed from the piezoelectric element 2 side to the middle of the second acoustic matching layer 3b to form an arrayed vibrator. As for the cutting method, a blade having a thickness of 30 μm is used at a pitch of 130 μm using a precision cutting machine. At this time, the ratio (w / t) of the thickness t of one piezoelectric element 2 in the acoustic radiation axis direction to the width W of the piezoelectric element 2 in the arrangement direction is w / t = 0.33. It is. Note that the arrayed vibrator of the present embodiment has two elements connected to one pattern, and has a so-called sub dice configuration.

【0037】次に、圧電素子2の裏面側に背面負荷材と
してアルミナをフィラとしたエポキシ樹脂から形成され
るバッキング材5を注型接合した後、前記第1音響整合
層11の側面を清浄化する。そして、ベタ電極を有する
フレキシブルプリント基板12を導電性接着剤により圧
電素子2の音響整合層3側の表面電極に接合して共通G
ND電極とする。最後に、音響レンズ4をシリコーン樹
脂にて形成してトランスデューサ部分を作製する。
Next, a backing material 5 formed of an epoxy resin using alumina as a back surface load material is cast-bonded to the back surface of the piezoelectric element 2, and the side surface of the first acoustic matching layer 11 is cleaned. I do. Then, the flexible printed circuit board 12 having the solid electrode is joined to the surface electrode on the acoustic matching layer 3 side of the piezoelectric element 2 by a conductive adhesive to form a common G board.
ND electrode. Finally, the acoustic lens 4 is formed of a silicone resin to form a transducer portion.

【0038】このように構成した超音波探触子10は、
第1、第2音響整合層11,3bを含め、トランスデュ
ーサの構成を変えても、上記第1の実施の形態と同様
に、w/t=0.25以下では3次をはじめとする高調
波が大きく、w/t比が大きくなるに従い、高次モード
の振動が小さくなる。
The ultrasonic probe 10 configured as above is
Even if the configuration of the transducer is changed, including the first and second acoustic matching layers 11 and 3b, as in the first embodiment, when w / t = 0.25 or less, harmonics including the third order are obtained. And the higher the w / t ratio, the smaller the vibration of the higher-order mode.

【0039】そして、作製した超音波探触子10は、w
/t=0.25以下ではエコー波に大きな高調波成分が
現れ、バンドパスフィルタを用いても完全に除去するこ
とは困難である。また、図2及び図3で説明したよう
に、w/t比が0.6以上では、分極軸と垂直な横方向
の振動成分が入ってくるため、超音波探触子とした際
に、不要な振動モードが出てくる。このため、、前述し
た高調波成分と同様場不具合が発生するとともに、クロ
ストークやパルス幅の増大が起こり、画像化した際に画
像精度が低下してしまう。
The manufactured ultrasonic probe 10 has w
When /t=0.25 or less, a large harmonic component appears in the echo wave, and it is difficult to completely remove even a bandpass filter. Further, as described with reference to FIGS. 2 and 3, when the w / t ratio is 0.6 or more, a vibration component in a horizontal direction perpendicular to the polarization axis enters, so that when the ultrasonic probe is used, Unnecessary vibration modes appear. For this reason, a field failure occurs as in the case of the above-described harmonic components, and crosstalk and an increase in pulse width occur, so that image accuracy is reduced when an image is formed.

【0040】この結果により、上記第1の実施の形態と
同様に圧電素子2を効率よく振動し、かつ高次モード及
び横方向振動の抑制のためには、圧電素子2の音響放射
軸方向となる厚みtと、前記圧電素子2の配列方向とな
る幅Wとの比(w/t)を0.3≦w/t≦0.5とす
る必要があることが分かる。
As a result, as in the first embodiment, in order to vibrate the piezoelectric element 2 efficiently and suppress higher-order modes and lateral vibrations, the direction of the acoustic radiation axis of the piezoelectric element 2 must be adjusted. It can be seen that the ratio (w / t) between the thickness t and the width W in the arrangement direction of the piezoelectric elements 2 needs to be 0.3 ≦ w / t ≦ 0.5.

【0041】本実施の形態では、上記第1の実施の形態
と同様に圧電素子2の音響放射軸方向となる厚みtと、
前記圧電素子2の配列方向となる幅Wとの比(w/t)
を0.3〜0.5、更に、ソフト系のPZT系材料の場
合、高次モードの振動をより抑えるため、望ましくは
(w/t)を0.4〜0.5として構成している。これ
により、本第2の実施の形態の超音波探触子10は、上
記第1の実施の形態の超音波探触子1と同様な効果を得
ることができる。
In this embodiment, similarly to the first embodiment, the thickness t of the piezoelectric element 2 in the direction of the acoustic radiation axis,
Ratio (w / t) with the width W in the arrangement direction of the piezoelectric elements 2
In the case of a soft PZT material, (w / t) is desirably set to 0.4 to 0.5 in order to further suppress higher-order mode vibration. . Thus, the ultrasonic probe 10 according to the second embodiment can obtain the same effect as the ultrasonic probe 1 according to the first embodiment.

【0042】尚、前記炭素複合材料で形成されている第
1音響整合層11は、導電性を有しているため、音響整
合層としての機能の他に圧電素子2からの電極としても
使用することができる。本実施の形態においては、圧電
素子2と第1音響整合層11とは薄い接着層を介して導
通しており、この第1音響整合層11を結線すること
で、裁断後の圧電素子2の共通電極を形成している。ま
た、前記第1音響整合層11の側面は、圧電素子2の露
出した側面電極と比較し、結線可能な面積が大きく、結
線の信頼性が向上する。更に、第1音響整合層11の側
面から結線している構成では、トランスデューサ部分の
大きさに対して音響放射面積を大きくとることが可能と
なり、小型化が容易となる。
Since the first acoustic matching layer 11 made of the carbon composite material has conductivity, it is used not only as an acoustic matching layer but also as an electrode from the piezoelectric element 2. be able to. In the present embodiment, the piezoelectric element 2 and the first acoustic matching layer 11 are electrically connected via a thin adhesive layer, and by connecting the first acoustic matching layer 11, the piezoelectric element 2 after cutting is cut off. A common electrode is formed. Further, the side surface of the first acoustic matching layer 11 has a larger area that can be connected than the exposed side electrode of the piezoelectric element 2, and the reliability of the connection is improved. Further, in the configuration in which the connection is made from the side surface of the first acoustic matching layer 11, it is possible to increase the acoustic radiation area with respect to the size of the transducer portion, and it is easy to reduce the size.

【0043】尚、図5では図示していないが、圧電素子
2の信号電極側と共通GND電極となるフレキシブルプ
リント基板12とは絶縁する必要がある。その方法とし
ては、フレキシブルプリント基板12自体の圧電素子2
と隣接する部分に絶縁体であるポリイミドを配置する方
法を用いる。その他の方法としては、圧電素子2の電極
を全面電極ではなくフレキシブルプリント基板12と隣
接する領域に予め電極のない部分を設けておく方法や、
圧電素子2の露出している信号電極を樹脂で封止する等
の方法でも同様に絶縁することが可能である。
Although not shown in FIG. 5, it is necessary to insulate the signal electrode side of the piezoelectric element 2 from the flexible printed circuit board 12 serving as a common GND electrode. As the method, the piezoelectric element 2 of the flexible printed board 12 itself is used.
And a method of arranging polyimide which is an insulator in a portion adjacent to the above. As other methods, there is a method in which an electrode of the piezoelectric element 2 is provided not with a full-surface electrode but in a region adjacent to the flexible printed board 12 in advance without an electrode,
It is also possible to insulate in a similar manner by sealing the exposed signal electrode of the piezoelectric element 2 with resin.

【0044】また、超音波探触子は、図6に示すように
構成しても良い。図6は図5の変形例を示す超音波探触
子を示す概略断面図である。超音波探触子20は、図5
で説明したように第1、第2音響整合層11,3bを積
層され、これら第1、第2音響整合層11,3bより若
干小さい圧電素子21を接合されて構成される。
The ultrasonic probe may be configured as shown in FIG. FIG. 6 is a schematic sectional view showing an ultrasonic probe showing a modification of FIG. The ultrasonic probe 20 is shown in FIG.
As described above, the first and second acoustic matching layers 11 and 3b are stacked, and the piezoelectric element 21 slightly smaller than the first and second acoustic matching layers 11 and 3b is joined.

【0045】その後、ワックスにより基台に固定もしく
はテープにより固定する。そして、この状態で前記圧電
素子21側から第2音響整合層3bの途中まで裁断し、
圧電素子21のw/t比を0.3〜0.5、更に、望ま
しくは0.4〜0.5の最適値とした配列型振動子を形
成する。
Thereafter, it is fixed to the base with wax or fixed with tape. Then, in this state, cutting is performed from the piezoelectric element 21 side to the middle of the second acoustic matching layer 3b,
An array type vibrator is formed in which the w / t ratio of the piezoelectric element 21 is set to an optimum value of 0.3 to 0.5, more preferably 0.4 to 0.5.

【0046】裁断後、分割された第1音響整合層11を
銅製のワイヤ7と導電性樹脂22により結線し、信号線
側は両面にパターン形成したガラスエポキシ基板23の
ほぼ先端から細いワイヤ24により各圧電素子2へ半田
付けにより結線する。
After the cutting, the divided first acoustic matching layer 11 is connected with the copper wire 7 and the conductive resin 22, and the signal line side is formed by a thin wire 24 from a substantially distal end of a glass epoxy substrate 23 having a pattern formed on both sides. Each piezoelectric element 2 is connected by soldering.

【0047】そして、図示しない枠を前記第1音響整合
層11の両端に設けて形成した溝部にバッキング材5を
充填して背面負荷材を形成すると共に、音響レンズ4を
シリコーン樹脂にて形成してトランスデューサ部分を作
製する。
Then, a backing material 5 is filled in grooves formed by providing frames (not shown) at both ends of the first acoustic matching layer 11 to form a back load material, and the acoustic lens 4 is formed of silicone resin. To produce a transducer portion.

【0048】このようにして構成した超音波探触子20
は、上記第1、第2の実施の形態と同様な効果を得るこ
とに加え、高周波化して薄くなった第1音響整合層11
の側面から結線が困難な場合に、作業性がよく、歩留ま
り向上が可能である。
The ultrasonic probe 20 constructed as described above
Can obtain the same effects as those of the first and second embodiments, and can reduce the thickness of the first acoustic matching layer 11 by increasing the frequency.
When connection is difficult from the side of the above, workability is good and yield can be improved.

【0049】尚、本変形例では、第1、第2音響整合層
11,3bを積層し、これら第1、第2音響整合層1
1,3bより若干小さい圧電素子21を接合した積層体
を作成後、裁断する際に一部が第1音響整合層11に到
達する程度の深さまで切り込みを入れることで、グラン
ド配線するための領域を形成する。その後、ダイシング
して配列型素子を形成し、ワイヤ9を導電性樹脂22に
て結線することで共通電極を形成し、超音波探触子を作
製することが可能である。接着後、カーボン材料に切り
込みを入れた部分で配線を行うため、接着剤等による導
通不良がなく、歩留まり、信頼性が向上する。
In this modification, the first and second acoustic matching layers 11 and 3b are laminated, and the first and second acoustic matching layers 1 and 3b are stacked.
After forming a laminate in which the piezoelectric elements 21 slightly smaller than 1, 3b are joined, when cutting, a cut is made to a depth such that a part thereof reaches the first acoustic matching layer 11, so that an area for ground wiring is formed. To form Thereafter, dicing is performed to form an array-type element, and a common electrode is formed by connecting the wires 9 with the conductive resin 22, so that an ultrasonic probe can be manufactured. After bonding, wiring is performed at the cut portions in the carbon material, so that there is no conduction failure due to the adhesive or the like, and the yield and reliability are improved.

【0050】また、本実施の形態では、第1音響整合層
11を完全に裁断したが、深さ方向でわずかに切り残す
か、端部で切り残し部分を設けることにより、各裁断し
た圧電素子の共通GNDを接続する必要がなく安価で信
頼性の高いものが作製できる。更に、第1音響整合層1
1の付与に関係なく、圧電素子21を厚さ方向で80%
以上裁断することにより、高い電気機械変換効率の圧電
素子21を作製可能である。
Further, in the present embodiment, the first acoustic matching layer 11 is completely cut. However, each cut piezoelectric element can be cut off slightly in the depth direction or by providing an uncut portion at the end. It is not necessary to connect the common GND, and an inexpensive and highly reliable device can be manufactured. Further, the first acoustic matching layer 1
80% in the thickness direction regardless of the application of 1
By cutting as described above, the piezoelectric element 21 having high electromechanical conversion efficiency can be manufactured.

【0051】尚、裁断された圧電素子21は、隣接素子
とつながっているため、クロストークの問題点は出てく
る。しかしながら、共通GND電極側を切り残すことで
配線する必要がなくなり、トランスデューサを安価に作
製できる。また、サブダイスの部分のみを、圧電素子2
1の途中、もしくは導電性の音響整合層である第1音響
整合層11の途中まで切り込むことにより、クロストー
クを抑え配線の信頼性を向上させることができる。
Since the cut piezoelectric element 21 is connected to an adjacent element, there is a problem of crosstalk. However, since the common GND electrode side is left uncut, no wiring is required, and the transducer can be manufactured at low cost. In addition, only the sub-die portion is
By cutting in the middle of 1 or the middle of the first acoustic matching layer 11 which is a conductive acoustic matching layer, crosstalk can be suppressed and the reliability of wiring can be improved.

【0052】尚、第1の実施の形態と同様に、複数の圧
電素子21に分断した状態で湾曲させることで、コンベ
ックス型の超音波探触子を作製可能である。
As in the first embodiment, a convex ultrasonic probe can be manufactured by bending the piezoelectric element 21 while being divided into a plurality of piezoelectric elements 21.

【0053】また、上述した第1、第2の実施の形態及
び変形例における各構成には変形例が幾つも考えられる
が、代表的なものについて以下に示す。圧電素子2は、
一般的な焼結により得られるPZT系の圧電セラミック
スをはじめPMN系の圧電セラミックスの他、圧電単結
晶のような圧電素子でも同様な効果が得られる。
The configuration in each of the first and second embodiments and the modifications described above may have various modifications. Representative examples are shown below. The piezoelectric element 2
A similar effect can be obtained with a piezoelectric element such as a piezoelectric single crystal in addition to a PMN-based piezoelectric ceramic, such as a PZT-based piezoelectric ceramic obtained by general sintering.

【0054】探触子の製法は、上述した実施の形態にの
み限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂にて第
2音響整合層3bを所定の厚さに研削・形成し、第1音
響整合層3aをアルミナフィラ入りのエポキシ樹脂で注
型、研削、形成し、圧電素子2を接着剤により固着後、
圧電素子2側から第2音響整合層3bの途中までダイシ
ングして、w/t比を0.3〜0.5にしても良い。
The method of manufacturing the probe is not limited to the above embodiment. For example, the second acoustic matching layer 3b is ground and formed to a predetermined thickness with an epoxy resin, and the first acoustic matching layer is formed. The layer 3a is cast, ground, and formed with an epoxy resin containing alumina filler, and after fixing the piezoelectric element 2 with an adhesive,
The w / t ratio may be set to 0.3 to 0.5 by dicing from the piezoelectric element 2 side to the middle of the second acoustic matching layer 3b.

【0055】このように背面負荷材であるバッキング材
5と比較し、硬い音響整合層3を形成後、圧電素子2側
から裁断することで、深さ方向の精度を上げると共に、
裁断中に圧電素子2のぶれが小さく、かけ等が発生しに
くく溝幅が安定する。このため、高周波化して圧電素子
2幅の小さいものや小型化したトランスデューサも歩留
まり良く作製可能である。
As described above, after forming the acoustic matching layer 3 which is harder than the backing material 5 which is the back load material, the acoustic matching layer 3 is cut from the piezoelectric element 2 side, thereby increasing the accuracy in the depth direction,
During the cutting, the displacement of the piezoelectric element 2 is small, and it is unlikely that the piezoelectric element 2 is broken and the groove width is stabilized. For this reason, a high-frequency transducer having a small width of the piezoelectric element 2 or a downsized transducer can be manufactured with high yield.

【0056】また、図6で説明したように信号側の配線
後に図示しない枠を設け、硬化後も柔軟性を有するエポ
キシ樹脂にアルミナやジルコニア等の絶縁性の粉末を混
ぜたものを枠内に注型し、背面負荷材としてバッキング
材5を形成すると、接着層を必要とせず、界面の反射の
バラツキが小さな安定した探触子を形成可能である。
As described with reference to FIG. 6, a frame (not shown) is provided after wiring on the signal side, and a mixture of an epoxy resin having flexibility after curing and an insulating powder such as alumina or zirconia is provided in the frame. By casting and forming the backing material 5 as a back load material, a stable probe can be formed without the need for an adhesive layer and with a small variation in reflection at the interface.

【0057】尚、ここで説明した本発明の実施の形態の
各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。ま
た、本発明は、上記した実施の形態にのみ限定されるも
のではなく、前記圧電素子2の配列方向となる幅Wを前
記圧電素子2の音響放射軸と直交する幅Wとして、前記
圧電素子2の音響放射軸方向となる厚みtと、前記圧電
素子2の音響放射軸と直交する幅Wとの比を0.3〜
0.5、更に望ましくは0.4〜0.5として超音波探
触子を構成しても良い。
It is to be noted that each configuration of the embodiment of the present invention described here can be variously modified and changed. Further, the present invention is not limited to only the above-described embodiment, and the width W of the piezoelectric element 2 in the arrangement direction is defined as the width W orthogonal to the acoustic radiation axis of the piezoelectric element 2. 2, the ratio of the thickness t in the direction of the acoustic radiation axis to the width W orthogonal to the acoustic radiation axis of the piezoelectric element 2 is 0.3 to 0.3.
The ultrasonic probe may be configured as 0.5, more preferably 0.4 to 0.5.

【0058】尚、本発明は、上記した実施の形態にのみ
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0059】[付記] (付記項1) 超音波を発生し、この超音波を送受信す
る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を1列に配列し
た超音波探触子において、前記圧電素子の音響放射軸方
向となる厚みtと、前記圧電素子の配列方向となる幅W
との比を0.3〜0.5としたことを特徴とする超音波
探触子。
[Supplementary Notes] (Supplementary note 1) A plurality of piezoelectric elements that generate ultrasonic waves and transmit and receive the ultrasonic waves, and are located on the sound radiation surface side of the plurality of piezoelectric elements and are generated from the plurality of piezoelectric elements. Acoustic matching layer for emitting ultrasonic waves, and a back load material that is located on the back side of the plurality of piezoelectric elements and absorbs unnecessary ultrasonic waves,
In an ultrasonic probe in which at least the plurality of piezoelectric elements are arranged in one row, a thickness t of the piezoelectric element in the acoustic radiation axis direction and a width W of the piezoelectric element in the arrangement direction are provided.
The ultrasonic probe characterized in that the ratio of 0.3 to 0.5.

【0060】(付記項2) 前記圧電素子をジルコン酸
チタン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3系の材料から形成し
たことを特徴とする付記項1に記載の超音波探触子。
(Additional Item 2) The ultrasonic probe according to Additional Item 1, wherein the piezoelectric element is formed from a lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O3 material.

【0061】(付記項3) 前記圧電素子又はこの圧電
素子に接合している少なくとも一層の音響整合層を、こ
れら圧電素子又は音響整合層の音響放射軸方向の一部分
を残して分割したことを特徴とする付記項1又は2に記
載の超音波探触子。
(Additional Item 3) The piezoelectric element or at least one acoustic matching layer joined to the piezoelectric element is divided while leaving a part of the piezoelectric element or the acoustic matching layer in the acoustic radiation axis direction. 3. The ultrasonic probe according to claim 1 or 2, wherein

【0062】(付記項4) 超音波を発生し、この超音
波を送受信する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子
の音響放射面側に位置し、前記複数の圧電素子から発生
した超音波を放射するための音響整合層と、前記複数の
圧電素子の背面側に位置し、不要な超音波を吸収する背
面負荷材と、を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を
1列に配列した超音波探触子において、前記圧電素子の
音響放射軸方向となる厚みtと、前記圧電素子の音響放
射軸方向と直交する幅Wとの比を0.3〜0.5とした
ことを特徴とする超音波探触子。
(Additional Item 4) A plurality of piezoelectric elements for generating ultrasonic waves and transmitting and receiving the ultrasonic waves, and the ultrasonic waves generated from the plurality of piezoelectric elements, which are located on the acoustic radiation surface side of the plurality of piezoelectric elements. An acoustic matching layer for radiating light, and a back load member located on the back side of the plurality of piezoelectric elements and absorbing unnecessary ultrasonic waves, wherein at least the plurality of piezoelectric elements are arranged in one row. In the acoustic probe, a ratio of a thickness t of the piezoelectric element in the acoustic radiation axis direction to a width W orthogonal to the acoustic radiation axis direction of the piezoelectric element is 0.3 to 0.5. Ultrasonic probe.

【0063】(付記項5) 前記圧電素子をジルコン酸
チタン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3系の材料から形成し
たことを特徴とする付記項4に記載の超音波探触子。
(Additional Item 5) The ultrasonic probe according to additional item 4, wherein the piezoelectric element is formed from a lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O3 material.

【0064】(付記項6) 前記圧電素子又はこの圧電
素子に接合している少なくとも一層の音響整合層を、こ
れら圧電素子又は音響整合層の音響放射軸方向の一部分
を残して分割したことを特徴とする付記項4又は5に記
載の超音波探触子。
(Supplementary Note 6) The piezoelectric element or at least one acoustic matching layer joined to the piezoelectric element is divided while leaving a part of the piezoelectric element or the acoustic matching layer in the acoustic radiation axis direction. 6. The ultrasonic probe according to claim 4 or 5, wherein

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気機械変換効率が高く、不要な振動モードの発生を抑え
た最適な形状の圧電素子を有して、画像分解能が向上可
能な超音波探触子を実現することができる。
As described above, according to the present invention, an electromechanical conversion efficiency is high, a piezoelectric element having an optimal shape which suppresses generation of unnecessary vibration modes is provided, and an image resolution can be improved. An acoustic probe can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の超音波探触子を示
す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みtと、幅Wとの比(w/t)を変えてインピ
ーダンス特性を表した第1のグラフ
FIG. 2 is a first graph showing the operation of the first embodiment of the present invention and showing impedance characteristics by changing the ratio (w / t) between the thickness t and the width W of the piezoelectric element.

【図3】本発明の第1の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みtと、幅Wとの比(w/t)を変えてインピ
ーダンス特性を表した第2のグラフ
FIG. 3 is a second graph showing the operation of the first embodiment of the present invention and showing impedance characteristics by changing the ratio (w / t) between the thickness t of the piezoelectric element and the width W.

【図4】本発明の第1の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みtと、幅Wとの比(w/t)を変えて超音波
探触子のエコー波形を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing the operation of the first embodiment of the present invention, and showing the echo waveform of the ultrasonic probe by changing the ratio (w / t) between the thickness t of the piezoelectric element and the width W.

【図5】本発明の第2の実施の形態の超音波探触子を示
す概略断面図
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5の変形例を示す超音波探触子を示す概略断
面図
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an ultrasonic probe showing a modification of FIG. 5;

【図7】従来の配列型超音波探触子を示す構成図FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional array type ultrasonic probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …超音波探触子(配列型超音波探触子) 2 …圧電素子 3 …音響整合層 3a …第1音響整合層 3b …第2音響整合層 4 …音響レンズ 5 …バッキング材(背面負荷材) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic probe (array type ultrasonic probe) 2 ... Piezoelectric element 3 ... Acoustic matching layer 3a ... 1st acoustic matching layer 3b ... 2nd acoustic matching layer 4 ... Acoustic lens 5 ... Backing material (back load) Material)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04R 1/34 330 H04R 1/34 330Z 17/00 332A 17/00 332 H01L 41/08 J (72)発明者 今橋 拓也 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 水沼 明子 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2G047 EA05 GB02 GB12 4C301 EE06 GB03 5D019 AA11 AA21 BB02 BB18 FF04 FF05 GG01 GG03 GG05 GG06 5D107 AA03 AA16 BB07 BB09 CC01 CC12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04R 1/34 330 H04R 1/34 330Z 17/00 332A 17/00 332 H01L 41/08 J (72) Invention Takuya Imahashi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Akiko Mizunuma 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo F-term inside Olympus Optical Co., Ltd. ) 2G047 EA05 GB02 GB12 4C301 EE06 GB03 5D019 AA11 AA21 BB02 BB18 FF04 FF05 GG01 GG03 GG05 GG06 5D107 AA03 AA16 BB07 BB09 CC01 CC12

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波を発生し、この超音波を送受信す
る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を1列に配列し
た超音波探触子において、 前記圧電素子の音響放射軸方向となる厚みtと、前記圧
電素子の配列方向となる幅Wとの比を0.3〜0.5と
したことを特徴とする超音波探触子。
1. A plurality of piezoelectric elements for generating ultrasonic waves and transmitting and receiving the ultrasonic waves, and radiating the ultrasonic waves generated from the plurality of piezoelectric elements, the ultrasonic elements being located on an acoustic emission surface side of the plurality of piezoelectric elements. An acoustic matching layer for, and a back load member located on the back side of the plurality of piezoelectric elements and absorbing unnecessary ultrasonic waves,
In an ultrasonic probe in which at least the plurality of piezoelectric elements are arranged in one row, a ratio of a thickness t of the piezoelectric element in an acoustic radiation axis direction to a width W of the piezoelectric element in an arrangement direction is defined as: An ultrasonic probe characterized by being 0.3 to 0.5.
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