JP2005342337A

JP2005342337A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2005342337A
Application number: JP2004167643A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shintani; 啓司新谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】超音波探触子を構成する音響素子の周波数特性を場所に応じて設定でき、さらには場所に応じて異なるようにすることで、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げる。
【解決手段】個々の音響素子を、例えばセラミックのチップ状に、また、同じ周波数特性になるように又は周波数特性が異なるように形状、大きさ（表面積、体積）が異なる圧電素子１で形成して、複数の圧電素子１を基板２上に格子状、千鳥状、ランダムな２次元に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の音響素子を２次元マトリクス状に配列した超音波探触子に関する。

複数の音響素子を２次元マトリクス状に配列した従来の超音波探触子としては、例えば下記の特許文献１、２などに開示されているものがある。このような超音波探触子を作成する場合には、まず、１枚の圧電セラミック層の表面全体に駆動電極層（及び音響整合層）を形成するとともに、裏面全体にＧＮＤ層を形成する。次いで、図１１に示すような駆動電極層（及び音響整合層）及び圧電セラミック層の表面の一部（及び側面）を縦横の２次元方向にダイシングして分割溝を形成することにより、複数の音響素子に分割して作成する。ＧＮＤ層はダイシングすることなく、そのまま複数の音響素子の共通のＧＮＤ電極となる。
特開２００４−４０２５０号公報（要約書）特開２００３−３２５５０７号公報（要約書）

しかしながら、上記従来例では、１枚の圧電セラミック層をダイシングして複数の音響素子に分割して作成するので、縦横の２次元方向にダイシングすると、個々の音響素子の周波数特性が同じとなり、このため、超音波探触子全体の縦方向、横方向の周波数特性が同じとなり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができない。また、２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なるようにするためには、圧電セラミック層の厚さを場所によって変えたり、個々の音響素子の表面積が異なるようにダイシングする必要があり、このため、圧電セラミック形成工程及びダイシング工程が複雑になる。

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性を場所に応じて設定でき、さらには場所に応じて異なるようにすることで、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、基板と、各々がチップ状に形成されて前記基板上に２次元に配置された複数の圧電素子とを有する構成とした。
この構成により、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子として機能する圧電素子の周波数特性を場所に応じて設定でき、さらには場所に応じて異なるようにすることで、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる。

また、前記複数の圧電素子は、各々又はグループごとの表面積及び／又は形状が異なるように形成されている構成とした。
この構成により、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる。

また、前記複数の圧電素子は、ランダムな２次元に配置されている構成とした。
この構成により、音響素子ごとの解像度がモアレ状になることを防止することができる。

また、前記複数の圧電素子は、前記基板の中央部に配置される圧電素子の厚みが前記基板の端部に配置される圧電素子の厚みより薄く形成されている構成とした。
この構成により、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる。

また、前記複数の圧電素子は、前記基板の中央部に配置される圧電素子の表面積が前記基板の端部に配置される圧電素子の表面積より小さく形成されている構成とした。
この構成により、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる。

本発明によれば、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る超音波探触子の一実施の形態を示す概略構成図、図２は図１の超音波探触子を組み立てた状態を示す側面図である。本発明では、図１、図２に示すように、個々の音響素子を、例えばセラミックのチップ状に、また、同じ周波数特性になるように又は周波数特性が異なるように形状、大きさ（表面積、体積）が異なる圧電素子１で形成し、複数の圧電素子１をフレキシブル基板２上に２次元に配置する。

このような超音波探触子を組み立てる場合には図２に示すように、まず、個々のチップ状の圧電素子１の上面に音響整合板３ａ、３ｂを形成するとともに、超音波送受信（ＴＸ・ＲＸ）用の回路部品が実装されるＴＸ・ＲＸフレキシブル基板（単に基板とも言う）２の上面に、圧電素子１の配置位置に応じて駆動電極の配線パターン（不図示）を形成する。また、基板２の下面にはあらかじめ振動吸収体４を接着剤などにより設ける。次いで、チップ・マウンタなどにより、この圧電素子１を基板２の上面の駆動電極の配線パターンにマウントし、半田や導電性接着剤により基板２の配線パターンに接続、固定する。次いで、音響整合板３ａ、３ｂの上面と、ＧＮＤフレキシブル基板５に形成されているＧＮＤパターンを半田や導電性接着剤により接続、固定する。このような超音波探触子は、超音波診断装置の超音波プローブ内に配置されて使用される。

図３は図１の圧電素子１の第１の具体的配置例として、同じ形状、大きさ、すなわち同じ周波数特性の６×６個の圧電素子１を基板２上に格子状の２次元に配置した平面図を示す。

図４（ａ）は図３に示す構成の側面図を示し、６×６個の圧電素子１の形状、大きさが同じである。図４（ｂ）は図４（ａ）に示す構成の変形例の側面図を示し、６×６個の圧電素子１の内、中央部の圧電素子１の厚みが薄く、外側に向かって厚みが徐々に厚くなるように構成されている。この構成によれば、１種類の周波数で走査するのでなく、高周波に加えて低周波の超音波も送受信できることから、被検体の深い位置での解像度を向上させることができる。

図５は図１の圧電素子の他の配置例を示し、ＴＸ・ＲＸフレキシブル基板２の取付部の端部、特に角部（４隅）の圧電素子１１の表面積が中央部の圧電素子１の略２×２倍になるように形成した２４素子の超音波探触子を示している。この構成によれば、４隅以外の領域の解像度を向上させることができる。図６は図１の圧電素子のさらに他の配置例を示し、端部（外周側）の圧電素子１２の表面積が中央部の圧電素子１の略２×１倍、又は１×２倍になるように形成した２６素子の超音波探触子を示している。この構成により、内側の領域の解像度を向上させることができる。図７は図１の圧電素子１のさらに他の配置例を示し、角部（４隅）の圧電素子１１の表面積が中央部の圧電素子１の略２×２倍になるように形成するとともに、４隅以外の外周側の圧電素子１２の表面積が中央部の圧電素子１の略２×１倍、又は１×２倍になるように形成した２０素子の超音波探触子を示している。この構成によれば、内側の領域の解像度を向上させることができる。

また図８は、図１の圧電素子のさらに他の配置例として、圧電素子１を格子状に整列させて配置した場合の圧電素子１間の、干渉などの理由による解像度がモアレ状になる可能性を低減させるために、圧電素子１を千鳥状に配置した１８素子の超音波探触子を示している。また、図９は図１の圧電素子のさらに他の配置例として、圧電素子１、１３をランダムに配置した１８素子の超音波探触子を示している。また、図９では、隣接する圧電素子１、１３の表面積が相互に異なるように形成されている。

なお、本発明では、個々の圧電素子１は、ダイシング工法ではなく基板２上に配置する前に個々に作成するので、その表面形状は、正方形や長方形に限定されず、例えば図１０に示すような８角形（多角形）でもよく、また、円形などの任意の形状にすることができる。

本発明は、簡単な構成で２次元マトリクス状に配列した個々の音響素子の周波数特性が場所に応じて異なり、被検体の深度方向の任意の位置の解像度を上げることができるので、超音波診断装置の超音波プローブなどに利用することができる。

本発明に係る超音波探触子の一実施の形態を示す概略構成図図１の超音波探触子を組み立てた状態を示す側面図図１の圧電素子の配置例を示す平面図（ａ）は、図３の圧電素子の一例を示す側面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す構成の変形例図１の圧電素子の他の配置例を示す平面図図１の圧電素子のさらに他の配置例を示す平面図図１の圧電素子のさらに他の配置例を示す平面図図１の圧電素子のさらに他の配置例を示す平面図図１の圧電素子のさらに他の配置例を示す平面図図１の圧電素子のさらに他の配置例を示す平面図従来の超音波探触子を示す概略構成図

符号の説明

１、１１、１２、１３圧電素子
２ＴＸ・ＲＸフレキシブル基板
３ａ、３ｂ音響整合板
４振動吸収体
５ＧＮＤフレキシブル基板

Claims

基板と、
各々がチップ状に形成されて前記基板上に２次元に配置された複数の圧電素子とを、
有する超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、各々又はグループごとの表面積及び／又は形状が異なるように形成されている請求項１に記載の超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、格子状の２次元に配置されている請求項１又は２に記載の超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、千鳥状の２次元に配置されている請求項１又は２に記載の超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、ランダムな２次元に配置されている請求項１又は２に記載の超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、前記基板の中央部に配置される圧電素子の厚みが前記基板の端部に配置される圧電素子の厚みより薄く形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
前記複数の圧電素子は、前記基板の中央部に配置される圧電素子の表面積が前記基板の端部に配置される圧電素子の表面積より小さく形成されている請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子。