JP2006110140A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波トランスデューサの接続ピンの構成に依存することなく集積回路等の信号処理手段に効率的に接続することができ、且つ小型の超音波プローブを提供する。
【解決手段】 マトリックス状に配列された複数の超音波振動素子１６と、超音波振動素子１６からの電気信号を伝達するために超音波振動素子１６の各々から突出させて設けられた複数の接続リード２２を挿入して電気的に接続するためのスルーホール３１１が少なくとも一部の接続リード２２に対応して複数形成された中央部３１と、この中央部３１におけるスルーホール３１１を介した接続リード２２と前記電気信号に関する処理を行う集積回路４５とを接続するための中央部３１に対して屈曲可能な端部３２とからなる基板３０とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波診断装置や超音波探傷装置等に用いられる超音波プローブに関するものである。

従来より、超音波診断装置に使用する超音波プローブは超音波の送受信を行う超音波センサー（超音波トランスデューサ）と超音波トランスデューサと超音波診断装置本体との間で電気信号を授受するために機能するケーブルアセンブリ、更に必要に応じて電気信号を制御する集積回路等モジュールから構成される。

近年、超音波ビームの偏向、集束を全方位に渡って行い、超音波による３次元走査が可能な超音波プローブ、及びこの超音波プローブにより収集された被検体からの超音波情報に基づいて立体（３次元）超音波画像を生成し表示する超音波診断装置の検討が行われている。

この超音波の全方位的なフォーカシングや高速な３次元走査を実現する超音波プローブとしては、図１５に示すように、超音波トランスデューサを構成する超音波振動素子をマトリックス状に多数配列した２次元アレイ超音波プローブがある。ここで、図１５は、２次元アレイ超音波プローブを構成する２次元アレイ超音波トランスデューサ従来の構成を示す概略図であり、図１５（ａ）は、２次元アレイ超音波トランスデューサ１０の斜視図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）において矢印方向から見たＡ−Ａ断面図である。

図１５（ａ），（ｂ）に示すように、２次元アレイ超音波トランスデューサ１０は、音響整合層１２、アース電極１４、超音波振動素子（圧電体）１６、信号電極１８、バッキング材２０（負荷材相）及び接続リード２２を具備する構成となっている。

音響整合層１２は、被検体（図示せず）と超音波振動素子１２との間に位置するように設けられており、被検体と超音波振動素子１６との音響インピーダンスの整合をとるものである。

アース電極１４は、各超音波振動素子１６の一端に設けられている。アース電極１４はアース接続されている。

超音波振動素子（圧電体）１６は、２成分系或いは３成分系の圧電セラミックス等から成る圧電素子であり、２次元マトリックス状に配列されている。この超音波振動素子１６の２次元的配列により、超音波の全方位的なフォーカシングと高速な３次元走査が可能である。

信号電極１８は、各超音波振動素子１６の他端（すなわち、アース電極１４とは異なる一端）に設けられており、圧電効果のための電力印加や被検体から受波した超音波に基づく電気信号を入力する電極である。

バッキング材２０は、超音波振動素子１６の背面に設けられており、当該超音波振動素子１６を機械的に支持する。

また、バッキング材２０は、超音波パルスを短くするために、超音波振動素子１６の動きを制動している。

このバッキング材２０は、後述する接続リード２２の端部２２１が２次元配列されるように、信号電極１８から超音波振動素子１６の配列面と垂直な方向に接続リード２２を引き出し可能な経路が形成されている。

接続リード２２は、その一端において接続リード２２の端部２２１を有している。また、他端においては各超音波振動素子１６の信号電極１８と接続されており、超音波振動素子１６の配列面と垂直な方向に、信号電極１８から伸延して、バッキング材２０中の経路を通し接続リード２２の端部２２１が引き出されている。従って、接続リード２２の端部２２１は、超音波振動素子１６と反対側のバッキング材２０の面において、２次元アレイ状に並んだ構成となっている。

このように、超音波振動素子の実装密度をあげてくると、超音波振動素子を駆動したり、超音波振動素子からのデータを処理する集積回路等との接続関係が問題になってくる。

この問題を解決する２次元アレイ超音波プローブについては、以前から多数の提案が検討されている。（例えば、特許文献１〜特許文献３）。

特許文献１によれば、バッキング材に穴構造を設け、信号を引き出す構造が提案されており、特許文献２によれば、超音波振動素子の配列に対応する基板を積層して信号引き出し部を構成する構造が提案されている。

これらに開示されている２次元アレイ超音波プローブの構造は、１素子の音響特性を良好に保つことを可能としている。

また、特許文献３によれば、信号取り出しのための積層基板８０を超音波振動素子直下に配した構造等が提案されており、素子ピッチを小さくしても比較的容易に信号引き出し可能な構造が開示されている。

米国特許第５２６７２２１号明細書 特開昭６２−２７９９号公報 米国特許第５３１１０９５号明細書

しかしながら、超音波プローブは超音波トランスデューサと超音波診断装置本体とをケーブルアセンブリで連結することを基本構成としているので、微細な超音波振動素子を有する２次元アレイ超音波プローブにおいては、超音波トランスデューサからの超音波信号を効率良く取り出すための集積回路等が超音波トランスデューサ近傍に必要である。

また一方、２次元アレイ超音波プローブでは、超音波振動素子からの信号を超音波診断装置本体に伝達する構成では、超音波振動素子数が膨大であるため、ケーブルアセンブリのケーブル芯数が膨大となり、通常の超音波診断装置の使用方法に合致しない。

このため、超音波トランスデューサからの超音波信号を制御し、且つ信号数を減ずる操作を行った上で超音波診断装置に伝達するために機能する集積回路等が必要である。

すなわち、信号線を引き出すのみならず、超音波振動素子群から信号線によって導かれた電気信号を制御するための集積回路等を超音波トランスデューサ近傍に高密度で実装することが求められる。

この要求に応じる技術として、本発明者らによる特開２００１−２９２４９６号公報に開示されているように、２種類の基板を、接続リードを用いて略直交して電気的且つ機械的に連結する構成が提案されている。

しかしながら、この構成においても、形成する接続リードのピッチを十分小さくすることが不可能であるので、超音波トランスデューサと集積回路等との連結部分を高密度で実装することに限界が生じていた。この結果、超音波プローブの外形が非常に大きくなってしまう問題があった。また、この構成において複数の基板を立体的に組み立てることは非常に困難であった。

超音波トランスデューサに対して集積回路４５を高密度で実装することに限界が生じていた原因としては、図１６に示す超音波プローブの従来の構成のように、接続リード２２と集積回路４５との接続がスルーホール（図示せず）のみを有した中継基板３００によってなされ、中継基板３００に形成された前記スルーホールに集積回路４５を搭載した基板４０を直接設置していたこと、すなわち、基板４０に形成された接続リードのピッチと中継基板３００に形成された前記スルーホールのピッチに制限されることにあった。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、超音波トランスデューサの接続リードの構成に依存することなく集積回路等に効率的に接続することができ、且つ小型の超音波プローブを提供することにある。また、超音波振動素子群から信号線によって導かれた電気信号を制御するための集積回路等を超音波トランスデューサ近傍に高密度で実装した超音波プローブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、請求項１記載の発明に係る超音波プローブは、マトリックス状に配列された複数の超音波振動素子と、係る超音波振動素子からの電気信号を伝達するために前記超音波振動素子の各々から突出させて設けられた複数の接続リードを挿入して電気的に接続するためのスルーホールが少なくとも一部の前記接続リードに対応して複数形成された中央部と、この中央部における前記スルーホールを介した接続リードと前記電気信号に関する処理を行う集積回路とを接続するための前記中央部に対して屈曲可能な端部とからなる基板とを有することを特徴とする。

かかる構成のように、超音波トランスデューサの接続リードの少なくとも一部に対応して複数のスルーホールが形成された中央部と、前記各スルーホールから伸延された信号線及びその信号線の一端に集積回路等に接続するための電極パッドが形成された端部とを有する基板を設けたので、前記接続リードの構成に依存することなく集積回路等を効率的に接続することができ、且つ小型の超音波プローブを提供することができる。

上記課題を解決するための、請求項２記載の発明に係る超音波プローブは、マトリックス状に配列された複数の超音波振動素子と、係る超音波振動素子からの電気信号を伝達するために前記超音波振動素子の各々から突出させて設けられた複数の接続リードを挿入して電気的に接続するための電極が少なくとも一部の前記接続リードに対応して複数形成された第１の面とその第１の面に対向し、前記電極に電気的に接続された第２の接続リードが配設された第２の面とから構成される中継基板と、前記第２の接続リードを挿入して電気的に接続するためのスルーホールが少なくとも一部の前記第２の接続リードに対応して複数形成された中央部と、この中央部における前記スルーホールを介した接続リードと前記電気信号に関する処理を行う集積回路とを接続するための前記中央部に対して屈曲可能な端部とからなる基板とを有することを特徴とする。

かかる構成のように、少なくとも一部の前記接続リードに対応して電極が複数形成された第１の面とその第１の面に対向し、前記電極に電気的に接続された第２の接続リードが配設された第２の面とから構成される中継基板を設けると共に、前記第２の接続リードの少なくとも一部に対応して複数のスルーホールが形成された中央部と、前記各スルーホールから伸延された信号線及びその信号線の一端に集積回路等に接続するための電極パッドが形成された端部とを有する基板を設けたので、前記接続リードの構成に依存することなく集積回路等を効率的に接続することができ、且つ小型の超音波プローブを提供することができる。特に、前記中継基板の第１の面と第２の面とにおける接続態様によって前記スルーホールと前記電極パッドとの接続の自由度を担保することができるので、集積回路４５の高密度実装化を実現することができる。

上記課題を解決するための、請求項３記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１又は２に記載の超音波プローブにおいて、前記基板が複数設けられたことを特徴とする。

かかる構成とすることにより、複数の前記基板が前記接続リードの構成に依存することなく集積回路を接続することができ、前記集積回路の配置を自由にできるので、小型の超音波プローブを提供することができる。

本発明は、例えば、各基板に形成されたスルーホールの全てが、前記超音波振動素子に設けられた接続リードの全てに接続され、スルーホールからの信号引き出しを基板毎に異ならせた構成としたものである。従って、基板毎に異なる領域に区分されたスルーホール群から信号線の引き出しをなすことが、基板毎に異なる領域に区分された接続リード群から信号線の引き出しをなすことを意味する。このように、一部の接続リード群によって構成された領域から引き出される信号線を基板毎に選択的に引き出すことができるので、集積回路等を超音波トランスデューサ近傍に高密度で実装することが可能となる。

上記課題を解決するための、請求項４記載の発明に係る超音波プローブは、請求項３に記載の超音波プローブにおいて、前記複数の基板は、各基板の中央部を相互に重ね合わせて設けられたことを特徴とする。

かかる構成のように、接続リードの少なくとも一部に対応して電気的に接続されるスルーホールが形成された複数の基板を重ね合わせることにより、集積回路又は集積回路を搭載した基板を高密度で接続することができるので、小型の超音波プローブを提供することができる。

上記課題を解決するための、請求項５記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜４の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記端部には、集積回路が搭載されることを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項６記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜４の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記端部には、集積回路を搭載した他の基板が接続されることを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項７記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜６の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする。

本発明によれば、超音波トランスデューサに電気的に接続されたスルーホールから信号線を引き出して前記超音波トランスデューサの超音波振動素子を制御する集積回路等に接続する構成を採用したので、前記超音波振動素子の配列に依存することなく集積回路等を設置することが容易となり、小型の超音波プローブを提供することができる。

また、スルーホールが形成された中央部及び集積回路等に接続するための端部よりなる基板を超音波トランスデューサと集積回路等との間に介在させたので、当該基板に形成される信号線の形成の自由度が増し、集積回路等を超音波トランスデューサの近傍に高密度で実装した超音波プローブを提供することができる。

本発明では信号電極と集積回路等との接続を、マトリックス状に配列（２次元配列）した接続リードを用い、フレキシブル基板に形成されたスルーホールに接続リードを挿入・接続することによって実現する。さらには、フレキシブル基板を重ねて使用して、多くの集積回路等に信号線を接続できる構成とした。

このように、接続ピッチを小さくすることができるので、接続部分の小型化を図ることができる。さらに、基板３０を屈曲させて集積回路等が搭載された基板を収容するため、集積回路等を搭載した基板の収容の自由度が増し、集積回路等の実装密度が向上する。従って、超音波プローブ全体の小型化が可能となる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態における２次元アレイ超音波プローブが有する２次元アレイ超音波トランスデューサ１０の概略図である。図１（ａ）は、２次元アレイ超音波トランスデューサ１０の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）において矢印方向から見たＡ−Ａ断面図である。

図１（ａ）に示すように、２次元アレイ超音波トランスデューサ１０は、音響整合層１２、アース電極１４、超音波振動素子（圧電体）１６、信号電極１８、バッキング材２０（負荷材相）及び接続リード２２を具備する構成となっている。

音響整合層１２は、被検体（図示せず）と超音波振動素子１６との間に位置するように設けられており、被検体と超音波振動素子１６との音響インピーダンスの整合をとるものである。

アース電極１４は、各超音波振動素子１６の一端に設けられている。アース電極１４はアース接続されている。

超音波振動素子（圧電体）１６は、２成分系或いは３成分系の圧電セラミックス等から成る圧電素子であり、２次元マトリックス状に配列されている。この超音波振動素子１６の２次元的配列により、超音波の全方位的なフォーカシングと高速な３次元走査が可能である。

信号電極１８は、各超音波振動素子１６の他端（すなわち、アース電極１４とは異なる一端）に設けられており、圧電効果のための電力印加や被検体から受波した超音波に基づく電気信号を入力する電極である。

バッキング材２０は、超音波振動素子１６の背面に設けられており、当該超音波振動素子１６を機械的に支持する。

また、バッキング材２０は、超音波パルスを短くするために、超音波振動素子１６の動きを制動している。

このバッキング材２０は、後述する接続リード２２の端部２２１が超音波振動素子１６と同じ配列ピッチとなるように、信号電極１８から超音波振動素子１６の配列面と垂直な方向に接続リード２２を引き出し可能な経路が形成されている。

このようなバッキング材２０は、板状のバッキング材を、その板厚みが配列ピッチと同じになるような薄いバッキング材を積み重ねる等により作成することが可能である。

また、このバッキング材２０の厚さは、超音波トランスデューサの音響的特性を良好に保つため、使用する超音波周波数の波長に対して十分な厚さ（十分減衰される厚さ）にとるものとする。

接続リード２２は、その一端において接続リード２２の端部２２１を有している。また、他端においては各超音波振動素子１６の信号電極１８と接続されており、超音波振動素子１６の配列面と垂直な方向に、信号電極１８から伸延して、バッキング材２０中の経路を通し接続リード２２の端部２２１が引き出されている。従って、接続リード２２の端部２２１は、超音波振動素子１６と反対側のバッキング材２０の面において、２次元アレイ状に並んだ構成となっている。

なお、本実施形態において接続リード２２の端部２２１の配列は、超音波振動素子１６と同じ配列ピッチのまま、すなわち電極配列と同様に並んだ例を示しているが、接続リード２２の端部２２１の配線ピッチを素子ピッチより大きくとることも可能である。例えば、上述した板状バッキング材と信号線パターンとを張り合わせて接続リード２２の２次元配列を作る場合等では、張り合わせる接続リード２２のパターンを接続リード２２の端部２２１方向に進むに従って広がるようなパターンにすることで実現できる。

図２は本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における構成を示す斜視図であり、図２（ａ）は超音波トランスデューサ１０の斜視図、図２（ｂ）は、超音波トランスデューサ１０と基板３０とを接続するにあたっての位置関係を示す斜視図である。図２（ａ）に示すように、２次元配列された接続リード２２はそれぞれ２次元アレイの超音波トランスデューサの超音波振動素子から引き出された接続リード２２に電気的に接続されている。接続リード２２は導電性の金属で形成され、後述する基板３０に対して半田付けで接続される。

また、図２（ｂ）に示すように、基板３０は、接続リード２２が挿入可能なように、接続リード２２に対応して形成されたスルーホール３１１を有する中央部３１と、スルーホール３１１の各々から伸延され、端部に設けられた電極パッド３２１に接続された信号線３３が形成された端部３２とからなる。

また、端部３２は、中央部３１との境界線（図中「屈曲部分」で示す）において中央部３１に対して屈曲するように構成される。従って、本発明の基板３０にフレキシブル基板を適用して、中央部３１と端部３２とを有し、中央部３１に対して端部３２が屈曲可能な材料（可撓性材料を含む）によりなるものとしてもよいし、中央部３１に対して端部３２が屈曲するような構造を採用してもよい。

なお、前記境界線（屈曲部分）は必ずしも明確に設けられるものである必要はない。すなわち、基板の材料として可撓性でもよいと前述したように、スルーホール３１１によって接続基板２２との電気的な接続を確実にする領域（中央部３１）と、前記領域に対して屈曲又は撓み、電極パッド３２１が形成された領域（端部３２）と、スルーホール３１１と電極パッド３２１とを導通させる信号線３３とを有する基板であればよい。

ここで、電極パッド３２１は、超音波トランスデューサ１０を制御する集積回路４５に直接的又は間接的に接続されるために設けられたものである。

このようにして構成された本発明の基板３０に超音波トランスデューサ１０を接続した形態が図３に示す斜視図である。また、本実施形態において超音波トランスデューサ１０と、ＩＣ等の集積回路を実装したＩＣ基板４０と、前記基板３０との接続位置関係を示す前面図及び下面図を図４に示す。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の基板３０は、超音波トランスデューサ１０に設けられた接続リード２２の配列に対応して形成されたスルーホール３１１を有し、超音波トランスデューサ１０上の表面（接続リード２２が配列された面）と略同じ大きさの面をなす中央部３１と、その中央部３１の両端に設けられ、中央部３１の端部近傍の３列のスルーホール３１１の各々から延設された信号線３３の一端として電極パッド３２１が複数形成された２つの端部３２とからなる。

また、図４（ｂ）に示すように、各電極パッド３２１には、受信した信号を処理（増幅、切り替え等）するＩＣ等の集積回路４５を実装したリジット基板等のＩＣ基板４０（本請求項にいう「他の基板」）が接続される。ここで、本発明の超音波プローブの構成としては、中央部３１に対して端部３２を、中央部３１と端部３２との境界部分（図中「屈曲部分」として示す。）において屈曲させてＩＣ基板４０を接続する。例えば、中央部３１の両端部に２つの端部３２が設けられた態様の基板３０を採用した場合、図５のように、中央部３１を超音波トランスデューサ１０に固定した状態で２つの端部３２を屈曲させて、２つの端部３２の端辺近傍に形成された電極パッド３２１に対してＩＣ基板４０をそれぞれ接続するのである。

なお、図２（ｂ）、図３及び図４では、中央部３１に形成されたスルーホール３１１のうち、両端３列ずつからのみ信号線３３を引き出し、それぞれが各電極パッド３２１に結線されるような構成を示しているが、中央部３１に形成されたスルーホール３１１の全てから信号線３３を引きだし、それらに対応する電極パッド３２１を形成してもよい。また、スルーホール３１１と電極パッド３２１とが必ずしも１対１で結線される必要はなく、複数のスルーホール３１１から引き出された信号線３３が１つの電極パッド３２１に結線されてもよいし、１つのスルーホール３１１から引き出された信号線３３が複数の電極パッド３２１に結線されてもよい。

また、本実施形態では、集積回路４５を搭載したＩＣ基板４０が電極パッド（多極コネクタ）３２１に接続される構成としたが、必ずしもＩＣ基板４０が電極パッド３２１に接続される必要はなく、電極パッド３２１に集積回路４５が直接接続されてもよい。すなわち、端部３２上に集積回路４５が搭載されてもよく、端部３２にＩＣ基板４０と集積回路４５とが混在して接続されてもよい。このような構成とすることで端部３２に搭載される部材の搭載スペースを縮小できるので、超音波プローブの小型化を実現することができる。

さらに、本実施形態では、基板３０の構成を、１つの中央部３１と、その両側端部に設けられた２つの端部３２とからなることとしたが、１つの中央部３１に対して３つ以上の端部３２が中央部３１の側端部に設けられてもよい。このような構成により、接続リード２２が増えた場合にも、中央部３１に形成されたスルーホール３１１を介して接続リード２２からの信号線引き出しを分配できるので、超音波プローブ内の空間を有効に利用して集積回路４５の設置を効率的に行うことができ、結果として超音波プローブの小型化を実現することができる。

加えて、本実施形態では、基板３０の構成を、１つの中央部３１と、その両側端部に設けられた２つの端部３２とからなることとしたが、１つの中央部３１に対して１つの端部３２が中央部３１の側端部に設けられてもよい。このような構成により、接続リード２２の配列に依存することなく、スルーホール３１１を介して接続リード２２から微細化された信号線３３を引き出すことができるので、超音波プローブ内の空間を有効に利用して集積回路４５の設置を効率的に行うことができ、結果として超音波プローブの小型化を実現することができる。

図６は、本発明の第１の実施形態における超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル６０と、ＩＣ基板４０とを接続する機構を説明するための図である。

図６に示すように、ケーブル６０は、超音波診断装置本体とＩＣ基板４０等との電気的接続を取るケーブルである。このケーブル６０は、ケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１（フレキシブルプリント基板）と、当該ケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１を覆うカバー６０３とによって構成されており、柔軟性を備えている。

ケーブル接続基板５０は、上述したＩＣ基板４０とケーブル６０とを接続するための基板である。当該ケーブル接続基板５０は、柔軟性を備えたＦＰＣでできており、その一端は、ＩＣ基板４０における接続ピン（図示せず）が設けられた一端とは反対側の一端に電気的に接続されている。

コネクタ６２は、ケーブル接続基板５０の他端及びケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１の一端にそれぞれ設けられている。このコネクタ６２によって、ケーブル接続基板５０とケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１とは電気的に接続される。

かかる構成とすることで、図１６に示した従来例のような中継基板３００及び接続ピン４０１を用いた構成に比べ、基板３０をフレキシブル基板とし、その撓みを利用することから接続部分（接続リード２２）の配列を小さくでき、したがって超音波プローブの小型化を実現することができる。

また、スルーホール３１１が形成された中央部３１及び集積回路等に接続するための端部３２よりなる基板３０を超音波トランスデューサ１０と集積回路４５との間に介在させたので、基板３０に形成される信号線３３の形成の自由度が増し、集積回路４５を超音波トランスデューサ１０の近傍に高密度で実装した超音波プローブを提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、前述の第１の実施形態に対し、基板３０が複数設けられていることが特徴である。本実施形態の説明では、複数の基板３０の構成を中心に説明し、第１の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。

図７は、本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における構成を示す斜視図である。図７に示すように、超音波トランスデューサ１０の接続リード２２側に重ねられるようにして設けられた複数の基板（第１の基板３０ａ，第２の基板３０ｂ，第３の基板３０ｃ）は、それぞれ中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの大きさ及び形成されるスルーホール３１１の配列と端部３２ａ，３２ｂ，３２ｃの形状を略同様にしている。

一方、第１の基板３０ａ，第２の基板３０ｂ，第３の基板３０ｃにおいて異なるのは、各中央部３１に形成されたスルーホール３１１の態様である。具体的には、中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの少なくとも何れかには接続リード２２に対して電気的に接続しない貫通孔としてのスルーホール３１１も形成され、各基板３０が少なくとも一部の接続リード２２と導通し、必要に応じて、所定の領域に分けられた（例えば３分割）全ての接続リード２２に対して各基板３０が導通している。なお、重ねあわされた全ての基板３０に設けられたスルーホールがそれぞれ全ての接続リード２２と導通してもよい。

例えば図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、１２行×１２列のマトリックスで構成された接続リード２２（図示せず）に対応して、１２行×１２列のマトリックスで構成された各中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃのスルーホール３１１のうち、一部のスルーホール３１１のみ信号線３３によって引き出されるようにしたとする。具体的には、図８（ａ）に示すように、第１の基板３０ａは、中央部３１ａの屈曲部分に近い３列ずつのスルーホール３１１から引きだし、図８（ｂ）に示すように、第２の基板３０ｂは、中央部３１ｂの屈曲部分から４列目と５列目の２列ずつのスルーホール３１１から引きだし、図８（ｃ）に示すように、第３の基板３０ｃは、中央部３１ｃの屈曲部分から６列目の１列ずつのスルーホールから引き出した場合である。この場合、中央部３１ａに形成される貫通孔としてのスルーホール３１１は、屈曲部分から４〜６列目のスルーホール３１１が該当する（「非導通領域」として図中ハッチングで表示）。また、中央部３１ｂに形成される貫通孔としてのスルーホール３１１は、屈曲部分から１〜３列目のスルーホール３１１と６列目のスルーホール３１１が該当する（「非導通領域」として図中ハッチングで表示）。また、中央部３１ｃに形成される貫通孔としてのスルーホール３１１は、屈曲部分から１〜５列目のスルーホール３１１が該当する（「非導通領域」として図中ハッチングで表示）。

なお、各中央部３１において前記「非導通領域」に属するスルーホール３１１は、単なる貫通孔として接続リード２２に電気的に接続しない構造にしてもよいし、中央部３１において前記「非導通領域」に属するスルーホール３１１を各端部３２に形成された電極パッド３２１と信号線３３で結線しないようにしてもよい。

本実施形態によれば、超音波トランスデューサ１０の各接続リード２２の導通を、重ねあわされた基板３０それぞれに形成されたスルーホール３１１、信号線３３、電極パッド３２１によって分散させることができるので、信号線３３の形成の仕方によって電極パッド３２１、すなわちＩＣ基板４０の配置を接続リード２２の配置に依存することなく行うことができる。

そして、各基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃに形成されたスルーホール３１１に信号線３３によって接続されることにより各接続リード２２に電気的に接続された各電極パッド３２１には、図９に示すように、受信した信号を処理（増幅、切り替え等）するＩＣ等の集積回路４５を実装したリジット基板等のＩＣ基板４０（本請求項にいう「他の基板」）が接続される。ここで、本発明の超音波プローブの構成としては、中央部３１に対して端部３２を屈曲させてＩＣ基板４０を接続する。例えば、中央部３１の両端部に２つの端部３２が設けられた態様の基板３０を採用した場合、中央部３１を超音波トランスデューサ１０に固定した状態で２つの端部３２を略９０°屈曲させて、２つの端部３２の端辺近傍に形成された電極パッド３２１に対してＩＣ基板４０をそれぞれ接続するのである。

なお、基板３０にフレキシブル基板を採用した場合には、中央部３１及び端部３２の屈曲部分を敢えて設けることなく撓ませればよい。このとき、フレキシブル基板としての基板４０は、スルーホール３１１が形成された中央部３１と電極パッド３２１が形成された端部３２とからなり、中央部３１と端部３２との境界部分（前記「屈曲部分」）で撓ませればよい。

また、本実施形態では、集積回路４５を搭載したＩＣ基板４０が電極パッド３２１に接続される構成としたが、必ずしもＩＣ基板４０が電極パッド３２１に接続される必要はなく、電極パッド３２１に集積回路４５が直接接続されてもよい。すなわち、端部３２上に集積回路４５が搭載されてもよく、端部３２にＩＣ基板４０と集積回路４５とが混在して接続されてもよい。このような構成とすることで端部３２に搭載される部材の搭載スペースを縮小できるので、超音波プローブの小型化を実現することができる。

さらに、本実施形態では、基板３０の構成を、１つの中央部３１と、その両端部に設けられた２つの端部３２とからなることとしたが、１つの中央部３１に対して３つ以上の端部３２が設けられてもよい。このような構成により、接続リード２２が増えた場合にも、中央部３１に形成されたスルーホール３１１を介して接続リード２２からの信号線引き出しをさらに分配できるので、超音波プローブ内の空間を有効に利用して集積回路４５の設置を効率的に行うことができ、結果として超音波プローブのさらなる小型化を実現することができる。

図１０は、本発明の第２の実施形態における超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル６０と、ＩＣ基板４０とを接続する機構を説明するための図である。

図１０に示すように、ケーブル６０は、超音波診断装置本体とＩＣ基板４０等との電気的接続を取るケーブルである。このケーブル６０は、ケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１（フレキシブルプリント基板）と、当該ケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１を覆うカバー６０３とによって構成されており、柔軟性を備えている。

ケーブル接続基板５０は、上述したＩＣ基板４０とケーブル６０とを接続するための基板である。当該ケーブル接続基板５０は、柔軟性を備えたＦＰＣでできており、その一端は、ＩＣ基板４０における接続ピン４０１が設けられた一端とは反対側の一端に電気的に接続されている。

コネクタ６２は、ケーブル接続基板５０の他端及びケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１の一端にそれぞれ設けられている。このコネクタ６２によって、ケーブル接続基板５０とケーブルアセンブリ用ＦＰＣ６０１とは電気的に接続される。

以上説明したように、本実施形態によれば、重ね合わせた複数の基板によってそれぞれ導通する接続リードを担当することにより、超音波トランスデューサを制御する集積回路等を搭載する基板の機能を分散させ、配置の自由度が増し、実装密度を上げることが可能である。

また、基板３０にフレキシブル基板を採用することによって、予めフレキシブル基板と集積回路等搭載した基板を接続後、接続リードと連結する場合、あるいは接続リードとフレキシブル基板とを連結後に集積回路等搭載基板と接続する場合のいずれであっても２つの接続を容易に行うことが可能であって、高密度で接続可能である。

また一方、接続リードと電極パッド（ＩＣ基板）とを電気的に接続するために伸延された信号線及びスルーホールを形成した基板を採用したことによって、スルーホール内に接続リードを挿入する作業のみで電気的な接続が可能であって接続時の位置あわせが必要なく、接続作業が容易となるため、結果として接続に要する実装サイズを低減することが可能である。

さらに、接続リードを用いて複数のフレキシブル基板を同時に且つ同様に連結することが可能であるため、すべてのフレキシブル基板を同じ作業で接続可能であって、作業性が増す。また、接続リードと集積回路等との接続が接続リードの配列ピッチとフレキシブル基板の配線ピッチのみで決まるため、高密度接続が可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、前述の第１の実施形態及び第２の実施形態に対し、複数設けられた基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが、それぞれの中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃで重ねられるのではなく、各基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが接続リード２２の一部にのみスルーホールが設けられた中央部３１と、その一側端に１つの端部３２とからなることが特徴である。本実施形態の説明では、複数の基板３０の構成を中心に説明し、第１の実施形態及び第２の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。

図１１は、本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態における構成を示す斜視図である。図１１に示すように、各基板（第１の基板３０ａ，第２の基板３０ｂ，第３の基板３０ｃ）の中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの大きさは、導通する接続リード２２の配列に応じた大きさに設定され、各中央部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの一側端には、１つの端部３２ａ，３２ｂ，３２ｃが設けられている。

例えば、図１２（ａ）に示すように、１２行×１２列のマトリックスで構成された接続リード２２（図示せず）に対して、２枚の第１の基板３０ａはそれぞれ、接続リード２２の両端側から３列ずつに対応するスルーホール３１１のみを有した中央部３１ａと、中央部３１ａに形成された各スルーホールから引きだされた信号線３３と、電極パッド３２１が形成された端部３２ａとを有する。

また、図１２（ｂ）に示すように、１２行×１２列のマトリックスで構成された接続リード２２（図示せず）に対して、２枚の第２の基板３０ｂはそれぞれ、接続リード２２の両端側から４列目と５列目に対応するスルーホール３１１から信号線３３を引き出すために、１２行×６列のマトリックスでスルーホール３１１が形成された中央部３１ｂと、中央部３１ｂに形成された各スルーホールのうち、接続リード２２の両端側から４列目と５列目に対応するスルーホール３１１から引きだされた信号線３３と、電極パッド３２１が形成された端部３２ｂとを有する。

また、図１２（ｃ）に示すように、１２行×１２列のマトリックスで構成された接続リード２２（図示せず）に対して、２枚の第３の基板３０ｃはそれぞれ、接続リード２２の両端側から６列目に対応するスルーホール３１１から信号線３３を引き出すために、１２行×６列のマトリックスでスルーホール３１１が形成された中央部３１ｃと、中央部３１ｃに形成された各スルーホールのうち、接続リード２２の両端側から６列目に対応するスルーホール３１１から引きだされた信号線３３と、電極パッド３２１が形成された端部３２ｃとを有する。

なお、各中央部３１において接続リード２２に導通させないスルーホール３１１は、単なる貫通孔として接続リード２２に電気的に接続しない構造にしてもよいし、中央部３１において接続リード２２に導通させないスルーホール３１１を各端部３２に形成された電極パッド３２１と信号線３３で結線しないようにしてもよい。

本実施形態によれば、各中央部３１の大きさを、超音波トランスデューサ１０の接続リード２２側の面の大きさに依存させずに、導通させたい接続リード２２側の配列に応じて変えたので、基板３０の製造コストを軽減し、部分的な接続リード２２からの信号引出しを有効に実現することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明に係る超音波プローブの第４の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、前述の第１の実施形態〜第３の実施形態のように、超音波トランスデューサ１０に形成された接続リード２２が基板３０に対して接続されるのではなく、超音波トランスデューサ１０と基板３０との間に接続リード２２の配列間隔（ピッチ）及び／又は配列順序を変化させた中継基板７０を介在させたことが特徴である。なお、本実施形態の説明では、中継基板７０の構成を中心に説明し、第１の実施形態〜第３の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。

図１３（ａ），（ｂ）は本実施形態における中継基板７０の構成を示す斜視図である。図１３（ａ），（ｂ）に示すように、中継基板７０は、超音波トランスデューサ１０の接続リード２２と接続される電極７１が形成される第１の面と、その第１の面に対向し、第２の接続リード７２が配置された第２の面とから構成される。

図１３（ａ）に示すように、中継基板７０の第１の面には、超音波トランスデューサ１０に設けられた接続リード２２の配列に対応して、各接続リード２２を挿入するための穴７１１が形成されており、各穴７１１の底部には挿入された接続リード２２と電気的に接続するための電極（図示せず）が設けられている。なお、本実施形態においては、穴７１１及び前記電極を総称して電極７１として説明する。

図１３（ｂ）に示すように、中継基板７０の第２の面には、電極７１に電気的に接続された第２の接続リード７２が２次元配列されている。これら第２の接続リード７２は導電性の金属で形成され、中継基板７０の第２の面上に鑞付けで接続されている。

そして、図１４に示すように、超音波トランスデューサ１０の接続リード２２に、中継基板７０の電極７１を接続すると共に、中継基板の第２の接続リード７２を基板３０のスルーホール３１１に挿入・接続することによって、基板３０の電極パッド３２１に接続された基板４０に搭載された集積回路４５と、超音波トランスデューサ１０との電気的な接続がなされる。

本実施形態にいうＩＣ基板４０も、前述の実施形態と同様に送受信信号を処理する（増幅、切り替え等）集積回路４５を実装しているリジッド基板である。このＩＣ基板４０は、その一端に、中継基板７０を介して接続された基板３０の電極パッド３２１の配列間隔（ピッチ）に対応した接続ピン４０１を有している。

ここで、図１４では図示していないが、前述の実施形態と同様、超音波プローブと超音波診断装置本体とを電気的に接続するためのケーブル及びそのケーブルとＩＣ基板４０とを接続するためのケーブル接続基板も本実施形態において設けられる。

このような構成をなす中継基板７０によれば、第２の面に配置される第２の接続リード７２の配列間隔（ピッチ）や配列順序を、接続リード２２の配列間隔や配列順序に影響されることなく（接続リード２２の配列間隔（ピッチ）や配列順序と同じにする必要がなく）、電極７１と第２の接続リード７２との配線を自由に選択することが可能である。

例えば、中継基板７０を多層基板で構成し、その中間層において配列間隔（ピッチ）や配線順序を変更するパターン（接続リード２２とＩＣ基板４０の接続ピン４０１との接続を１対１の接続や、多対１や、１対多とする接続パターン）を設けることで、前述の実施形態における基板３０に形成されたスルーホール３１１と電極パッド３２１との接続態様を担保することができる。

従って、集積回路４５を搭載したＩＣ基板４０の収容の自由度を向上させるべく設けられた本発明の基板３０の機能に加え、接続リード２２と集積回路４５との接続に自由度を持たせたので、集積回路４５の高密度実装化を実現することができる。

上述の各実施形態は、本発明の一例であり、本発明は各実施の形態に限定されることはない。また、上述の各実施の形態では、超音波プローブに用いられる基板について説明したが、マトリックス状に突出させた接続リードに対して基板を介し、集積回路や集積回路を搭載した他の基板を接続する構成であれば同様に適用でき、本発明によって得られる効果と同様な効果を得ることができる。また、この他であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図及び断面図。 本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサに接続される基板の構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサと基板とを接続した構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態において超音波トランスデューサ及びＩＣ基板と基板との位置関係を示す前面図及び下面図。 本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサに接続される基板の構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における各基板上の構成を示す平面図。 本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態における超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサに接続される基板の構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態における各基板上の構成を示す平面図。 本発明に係る超音波プローブの第４の実施形態における中継基板の構成を示す斜視図。 本発明に係る超音波プローブの第４の実施形態における構成を示す斜視図。 従来における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。 従来における超音波プローブの構成を示す斜視図。

符号の説明

１０ 超音波トランスデューサ
１２ 音響整合層
１４ アース電極
１６ 超音波振動素子
１８ 信号電極
２２ 接続リード
３０ 基板
３１ 中央部
３２ 端部
３３ 信号線
３１１ スルーホール
３２１ 電極パッド
４０ ＩＣ基板
４５ 集積回路
５０ ケーブル接続基板
６０ ケーブル
６２ コネクタ
７０ 中継基板

Claims (7)

1. マトリックス状に配列された複数の超音波振動素子と、
   係る超音波振動素子からの電気信号を伝達するために前記超音波振動素子の各々から突出させて設けられた複数の接続リードを挿入して電気的に接続するためのスルーホールが少なくとも一部の前記接続リードに対応して複数形成された中央部と、この中央部における前記スルーホールを介した接続リードと前記電気信号に関する処理を行う集積回路とを接続するための前記中央部に対して屈曲可能な端部とからなる基板と
   を有することを特徴とする超音波プローブ。
2. マトリックス状に配列された複数の超音波振動素子と、
   係る超音波振動素子からの電気信号を伝達するために前記超音波振動素子の各々から突出させて設けられた複数の接続リードを挿入して電気的に接続するための電極が少なくとも一部の前記接続リードに対応して複数形成された第１の面とその第１の面に対向し、前記電極に電気的に接続された第２の接続リードが配設された第２の面とから構成される中継基板と、
   前記第２の接続リードを挿入して電気的に接続するためのスルーホールが少なくとも一部の前記第２の接続リードに対応して複数形成された中央部と、この中央部における前記スルーホールを介した接続リードと前記電気信号に関する処理を行う集積回路とを接続するための前記中央部に対して屈曲可能な端部とからなる基板と
   を有することを特徴とする超音波プローブ。
3. 前記基板が複数設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
4. 前記複数の基板は、各基板の中央部を相互に重ね合わせて設けられたことを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
5. 前記端部には、集積回路が搭載されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の超音波プローブ。
6. 前記端部には、集積回路を搭載した他の基板が接続されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の超音波プローブ。
7. 前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の超音波プローブ。
   

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