JP2007142555A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送受信される超音波の送信強度及び受信感度に重み付けを行い、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現する超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus that weights transmission intensity and reception sensitivity of transmitted / received ultrasonic waves, realizes a uniform beam width in the slice direction, and reduces side lobes in a slice sound field. .
超音波プローブは、対象物内部の画像化等を目的として、対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置である。このような超音波プローブが採用される超音波画像装置として、人体の内部を検査するための医用診断装置が知られている。 An ultrasonic probe is an apparatus for irradiating ultrasonic waves toward an object and receiving reflected waves from interfaces having different acoustic impedances inside the object for the purpose of imaging the inside of the object. As an ultrasonic imaging apparatus employing such an ultrasonic probe, a medical diagnostic apparatus for inspecting the inside of a human body is known.
ところで、超音波プローブには、1次元アレイ超音波プローブと呼ばれるものがある。この1次元超音波プローブは、超音波の送受信を実行する超音波振動子ユニットを備えている。超音波振動子ユニットは、超音波プローブの軸心方向に分極処理がなされた圧電セラミックスからなる直方体型の圧電素子ユニットと、圧電素子ユニットにおける、軸心方向と略直交する二端面にそれぞれ形成される信号電極及び接地電極とから構成される。 Incidentally, there is an ultrasonic probe called a one-dimensional array ultrasonic probe. This one-dimensional ultrasonic probe includes an ultrasonic transducer unit that transmits and receives ultrasonic waves. The ultrasonic transducer unit is formed on a rectangular parallelepiped piezoelectric element unit made of piezoelectric ceramic that is polarized in the axial direction of the ultrasonic probe, and on two end faces of the piezoelectric element unit that are substantially orthogonal to the axial direction. A signal electrode and a ground electrode.
圧電素子ユニットは、アレイ方向に所定間隔で並設された複数の圧電素子で構成されていて、圧電素子と圧電素子との隙間部分には、圧電素子ユニットの機械的強度を向上させるための非導電性樹脂が充填されている。 The piezoelectric element unit is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the array direction at a predetermined interval, and a gap between the piezoelectric elements is not provided to improve the mechanical strength of the piezoelectric element unit. Filled with conductive resin.
ところで、前述の1次元超音波プローブにおいて、それぞれの圧電素子に対して同じ大きさの矩形電圧が印加されると、スライス方向に対するビーム幅が不均一になり、またスライス音場におけるサイドローブが増大することがある。 By the way, in the above-described one-dimensional ultrasonic probe, when the same rectangular voltage is applied to each piezoelectric element, the beam width in the slice direction becomes non-uniform, and the side lobe in the slice sound field increases. There are things to do.
そのため、近年では当該ビーム幅やサイドローブの問題を解決するために、送受信される超音波の強度に、スライス方向に対する重み付けを行う技術が幾つか開発されている。 Therefore, in recent years, in order to solve the problems of the beam width and side lobe, several techniques for weighting the intensity of ultrasonic waves to be transmitted and received in the slice direction have been developed.
例えば、それぞれの圧電素子に、スライス方向に対して所定間隔で複数の溝を形成して、溝と溝に挟まれる圧電素子の部分に印加される駆動電圧に重み付けを行う技術が存在する(例えば、特許文献3を参照。)。 For example, there is a technique in which a plurality of grooves are formed in each piezoelectric element at predetermined intervals in the slicing direction, and the driving voltage applied to the part of the piezoelectric element sandwiched between the grooves is weighted (for example, , See Patent Document 3).
また、それぞれの圧電素子に、スライス方向に対して間隔を変えながら複数の溝を形成して、圧電素子の存在比率に重み付けを行う技術が存在する(例えば、特許文献2を参照。)。 In addition, there is a technique in which a plurality of grooves are formed in each piezoelectric element while changing the interval with respect to the slice direction, and the existence ratio of the piezoelectric elements is weighted (see, for example, Patent Document 2).
さらに、超音波振動子として所謂コンポジット材を使用して、当該コンポジット材を構成する複数の圧電素子に印加される駆動電圧に重み付けをする技術も存在する(例えば、特許文献3を参照。)。
しかしながら、[特許文献1]〜[特許文献3]には、以下のような問題がある。 However, [Patent Document 1] to [Patent Document 3] have the following problems.
即ち、[特許文献1]に記載された技術は、装置や回路の構成が複雑になり、超音波プローブ及び超音波診断装置の価格が上昇する。 That is, the technique described in [Patent Document 1] complicates the configuration of the device and the circuit, and increases the price of the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus.
[特許文献2]に記載された技術は、スライス方向に並設される複数の圧電素子に形状差が生じるため、それぞれの圧電素子の形状に応じた複数の振動モードが混在して、所望の重み付けを得るための設計が困難になる。 Since the technique described in [Patent Document 2] causes a difference in shape between a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the slice direction, a plurality of vibration modes corresponding to the shape of each piezoelectric element are mixed and desired. Design to obtain weighting becomes difficult.
[特許文献3]に記載された技術は、コンポジット材の使用が前提となっているため、電極の形状と素子の形状との不一致から滑らかな重み付けが実現できない。また、電極がチャンネルごとに必要となるため、アレイピッチの選択が制限される。 Since the technique described in [Patent Document 3] is premised on the use of a composite material, smooth weighting cannot be realized due to a mismatch between the electrode shape and the element shape. In addition, since an electrode is required for each channel, selection of the array pitch is limited.
本発明は、超音波の送信強度及び受信感度に対する重み付けの設計が簡単化され、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現できる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的としている。 The present invention simplifies the design of weighting for ultrasonic transmission intensity and reception sensitivity, and makes it possible to realize a uniform beam width in the slice direction and a reduction in side lobes in the slice sound field. The purpose is to provide.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波プローブ及び超音波診断装置は、次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention are configured as follows.
(1)被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、前記超音波振動子ユニットは、互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が、前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、前記圧電素子ユニットの前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第1の電極及び第2の電極で構成され、それぞれの第1の電極及び第2の電極が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極ユニット及び第2の電極ユニットと、前記圧電素子ユニットと前記第1の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第2電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えている。 (1) In an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits / receives ultrasonic waves to / from a subject, the ultrasonic transducer units are arranged in parallel in a first direction and a second direction orthogonal to each other. A plurality of piezoelectric elements, each of the piezoelectric elements transmitting and receiving ultrasonic waves in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction; and A plurality of first electrodes and second electrodes respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction, each of the first electrode and the second electrode being in the second direction A first electrode unit and a second electrode unit for applying an electric field to a plurality of piezoelectric elements arranged side by side, between the piezoelectric element unit and the first electrode unit, or between the piezoelectric element unit and the second electrode unit. Electrode unit And each of the dielectric layers has an electric field strength applied to a plurality of piezoelectric elements juxtaposed in the second direction. And a dielectric layer unit for weighting the direction.
(2)被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブにおいて、前記超音波振動子ユニットは、第1の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、前記各超音波振動子部は、前記第1の方向と直交する第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、前記圧電部の前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極及び第2の電極と、前記圧電部と前記第1の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第2の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えている。 (2) In an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits / receives ultrasonic waves to / from a subject, the ultrasonic transducer unit includes a plurality of ultrasonic transducer units arranged in parallel in a first direction. Each of the ultrasonic transducer sections is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a second direction orthogonal to the first direction, and each piezoelectric element is in the first direction. And a piezoelectric part that transmits and receives ultrasonic waves in a third direction orthogonal to the second direction, and two end faces that are substantially orthogonal to the third direction of the piezoelectric part, respectively, are arranged opposite to each other to constitute the piezoelectric part A first electrode and a second electrode for applying an electric field to a plurality of piezoelectric elements, and between the piezoelectric portion and the first electrode, or between the piezoelectric portion and the second electrode, The strength of the electric field applied to the plurality of piezoelectric elements constituting the piezoelectric part And a dielectric layer for weighting relative to the second direction.
(3) (1)または(2)に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第2の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体が存在する面積比率は、前記圧電素子ユニットの前記第2の方向と略直交する二端面に接近するにつれて大きくなる。 (3) In the ultrasonic probe described in (1) or (2), the dielectric layer is composed of a dielectric disposed along the second direction, and an area where the dielectric exists. The ratio increases as approaching the two end faces that are substantially orthogonal to the second direction of the piezoelectric element unit.
(4) (3)に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体は、樹脂で形成されている。 (4) In the ultrasonic probe described in (3), the dielectric is made of resin.
(5) (1)または(2)に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第2の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の厚みは、前記圧電素子ユニットの前記第2の方向と略直交する二端面に接近するにつれて厚くなる。 (5) In the ultrasonic probe described in (1) or (2), the dielectric layer is composed of a dielectric disposed along the second direction, and the thickness of the dielectric is The thickness of the piezoelectric element unit increases as it approaches the two end faces substantially orthogonal to the second direction.
(6) (1)または(2)に記載された超音波プローブにおいて、前記誘電体層は、前記第2の方向に沿って配設された誘電体で構成され、前記誘電体の比誘電率は、前記圧電素子ユニットの前記第2の方向と略直交する二端面に接近するにつれて小さくなる。 (6) In the ultrasonic probe described in (1) or (2), the dielectric layer is composed of a dielectric disposed along the second direction, and a relative dielectric constant of the dielectric. Becomes smaller as approaching the two end faces substantially orthogonal to the second direction of the piezoelectric element unit.
(7)超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、前記超音波振動子ユニットは、互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、前記圧電素子ユニットの前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第1の電極及び第2の電極で構成され、それぞれの第1の電極及び第2の電極が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極ユニット及び第2の電極ユニットと、前記圧電素子ユニットと前記第1の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第2の電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えている。 (7) In the ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits / receives ultrasonic waves to / from a subject, an electric signal is applied to the ultrasonic transducer unit, and the ultrasonic A transmission / reception unit that generates a reception signal corresponding to the reflected wave based on the reflected wave received by the sound wave transducer unit, and an image that generates an image related to the subject based on the reception signal generated by the transmission / reception unit The ultrasonic transducer unit includes a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a first direction and a second direction orthogonal to each other, and each piezoelectric element is in the first direction and A piezoelectric element unit that transmits and receives ultrasonic waves with respect to a third direction orthogonal to the second direction, and two opposite end faces that are substantially orthogonal to the third direction of the piezoelectric element unit are disposed opposite to each other. A plurality of first electrodes and second electrodes, and each of the first electrodes and the second electrodes applies an electric field to the plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction. A plurality of dielectric layers disposed between the electrode unit and the second electrode unit, and between the piezoelectric element unit and the first electrode unit, or between the piezoelectric element unit and the second electrode unit And each dielectric layer includes a dielectric layer unit that weights the electric field strength applied to the plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction with respect to the second direction. Yes.
(8)超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニットを備えた超音波プローブと、前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、前記超音波振動子ユニットは、第1の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、前記各超音波振動子部は、前記第1の方向と直交する第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、前記圧電部の前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極及び第2の電極と、前記圧電部と前記第1の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第2の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えている。 (8) In the ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits / receives ultrasonic waves to / from a subject, an electric signal is applied to the ultrasonic transducer unit, and the ultrasonic A transmission / reception unit that generates a reception signal corresponding to the reflected wave based on the reflected wave received by the sound wave transducer unit, and an image that generates an image related to the subject based on the reception signal generated by the transmission / reception unit And the ultrasonic transducer unit includes a plurality of ultrasonic transducer units arranged in parallel in the first direction, and each of the ultrasonic transducer units includes the first direction. A plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a second direction orthogonal to each other, and each piezoelectric element transmits and receives ultrasonic waves in the first direction and a third direction orthogonal to the second direction. A piezoelectric portion; A first electrode and a second electrode, which are respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction of the electric part and apply an electric field to a plurality of piezoelectric elements constituting the piezoelectric part; the piezoelectric part; Weighting with respect to the second direction to the strength of the electric field applied to the plurality of piezoelectric elements that are arranged between the first electrode or between the piezoelectric part and the second electrode and that constitute the piezoelectric part A dielectric layer.
本発明によれば、超音波の送信強度及び受信感度に対する重み付けの設計が簡単化され、スライス方向に対するビーム幅の均一化、及びスライス音場におけるサイドローブの低減を実現することができる。 According to the present invention, weighting design for ultrasonic transmission intensity and reception sensitivity is simplified, and it is possible to realize uniform beam width in the slice direction and reduction of side lobes in the slice sound field.
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態〜第3の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
[超音波診断装置の構成]
図1は本発明の第1の実施形態に係る超音波診断装置の概略図である。
Hereinafter, the first to third embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
[Configuration of ultrasonic diagnostic equipment]
FIG. 1 is a schematic view of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の内部を画像化するものであって、装置本体10と超音波プローブ20とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment images an inside of a subject using ultrasonic waves, and includes an apparatus
装置本体10は、ベッドサイドでの診断ができるよう、キャスター11を備えていて、内部には超音波プローブ20に駆動信号を印加し、且つ超音波プローブ20により取得されたエコー信号に基づいて受信信号を生成する送受信回路(送受信手段)12と、送受信回路12により生成された受信信号に基づいて、被検体に関する超音波画像を生成する画像生成部(画像生成手段)13とが配設されている。また、装置本体10の上部には、画像生成部13により生成された超音波画像を表示するモニタ14とが配設されている。なお、装置本体10と超音波プローブ20は、ケーブル15で接続されていて、このケーブル15によってデータ通信が行われる。
The apparatus
図2は同実施形態に係る超音波プローブ20の斜視図である。なお、図2では、プローブケースが省略されている。
FIG. 2 is a perspective view of the
図2に示すように、本実施形態に係る超音波プローブ20は、いわゆる1次元アレイ型の超音波プローブであって、被検体に対して超音波を送受信する超音波振動子ユニット100と、超音波振動子ユニット100の前面に配置され、超音波振動子ユニット100と被検体の音響インピーダンスとを整合させる音響整合ユニット200と、音響整合ユニット200の前面に配設され、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅を収束させる音響レンズ300と、超音波振動子ユニット100の側面に対向配置され、超音波振動子ユニット100とケーブル15とを接続するフレキシブル基板400と、超音波振動子ユニット100の背面に配置され、超音波振動子ユニット100から背面に送信される超音波を吸収するバッキング材500とを具備している。
As shown in FIG. 2, the
以下、これらの構成要件について詳細に説明する。 Hereinafter, these constituent requirements will be described in detail.
[超音波振動子ユニット100]
図3は同実施形態に係る超音波振動子ユニット100の斜視図である。
[Ultrasonic transducer unit 100]
FIG. 3 is a perspective view of the
図3に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット100は、圧電素子ユニット110と、接地電極ユニット120と、誘電体層ユニット130と、信号電極ユニット140とで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
圧電素子ユニット110は、互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子111で構成されていて、圧電素子111と圧電素子111との隙間には、圧電素子ユニット110の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂112が充填されている。
The
これら圧電素子111は、圧電セラミックスで細棒型に形成されていて、事前の処理によって、第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では1−3コンポジットが使用される。以下、第1の方向をアレイ方向、第2の方向をスライス方向、第3の方向を軸心方向とする。
These
接地電極ユニット120は、圧電素子ユニット110の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極121で構成されている。それぞれの接地電極121は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111を覆うように配置されていて、これらの圧電素子111に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極121の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
The
誘電体層ユニット130は、圧電素子ユニット110の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された、比誘電率が低い複数の誘電体層131で構成されている。それぞれの誘電体層131は、スライス方向に並設された複数の誘電体1311で構成されていて、スライス方向に並設された複数の圧電素子111を部分的に覆うように配置されている。誘電体層131の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、比誘電率の低い素材としてエポキシ(比誘電率:2〜50)等の樹脂が使用されている。また、誘電体層131の厚さは、2μm程度に設定されている。
The
誘電体1311の存在する面積比率は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット110のスライス方向に略直交する二端面110aに接近するにつれて大きくなるように決定される。以下、スライス方向に略直交する端面をスライス端面110aとする。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
The area ratio in which the dielectric 1311 exists is determined so as to increase as it approaches the two
信号電極ユニット140は、圧電素子ユニット110の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極141で構成されている。信号電極141の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い金属として銅が使用されている。それぞれの信号電極141は、スライス方向に並設された信号電極片1411で構成されていて、スライス方向に並設された複数の圧電素子111に対して信号電圧を印加している。それぞれの信号電極片1411は、誘電体1311と誘電体1311との隙間に配設されていて、その厚さは誘電体1311と同等である。即ち、信号電極ユニット140と誘電体層ユニット130は、超音波プローブ20の軸心方向に対して同等の位置に配設されている。
The
誘電体層ユニット130及び信号電極ユニット140の背面には、フレキシブル基板400に含まれる複数の信号用配線(後述する)421がスライス方向に沿って接合されている。それぞれの信号用配線421は、スライス方向に並設された複数の誘電体1311及び信号電極片1411を電気的に接続している。
A plurality of signal wirings (described later) 421 included in the
以上のように、圧電素子ユニット110と信号用配線421との間には、誘電体1311が存在する部位と誘電体1311が存在しない部位が形成されている。そして、誘電体1311の存在する面積比率は、圧電素子ユニット110のスライス端面110aに接近するにつれて小さくなるように決定されている。
As described above, a portion where the dielectric 1311 exists and a portion where the dielectric 1311 does not exist are formed between the
これにより、圧電素子111にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット110のスライス端面110aに接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット110のスライス端面110aから離間するにつれて、即ちスライス方向に対する中心部に接近するにつれて大きくなる。
Thereby, the intensity of the electric field applied to the
なお、本実施形態では、信号用配線421を信号電極141の一部とみなすことにしている。これにより、誘電体層ユニット130は、圧電素子ユニット110と信号電極ユニット140との間に配設されていると捉えることができる。
In the present embodiment, the
[音響整合ユニット200]
図2に示すように、本実施形態に係る音響整合ユニット200は、アレイ方向に並設された複数の音響整合体210で構成されていて、音響整合体210と音響整合体210との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂220が充填されている。
[Acoustic matching unit 200]
As shown in FIG. 2, the
それぞれの音響整合体210は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111を覆うように配置されていて、超音波振動子ユニット100から被検体に向かって音響インピーダンスが段階的に変化するように、材料の異なる第1の音響整合体211と第2の音響整合体212で構成されている。
Each acoustic matching body 210 is disposed so as to cover the plurality of
[音響レンズ300]
図2に示すように、音響レンズ300は、音響整合ユニット200を構成する全ての音響整合体210を覆っている。音響レンズ300の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、被検体、すなわち生体に近い音響インピーダンスを持つシリコーンゴムが使用される。
[Acoustic lens 300]
As shown in FIG. 2, the
[フレキシブル基板400]
フレキシブル基板400は、二層構造をしていて、第一層410の内部には接地用配線411が配設され、第二層420には電気的に独立した複数の信号用配線421が配設されている。接地用配線411は、アレイ方向に並設された全ての接地電極121に電気的に接続されている。それぞれの信号用配線421は、前述のように、スライス方向に並設された複数の誘電体1311及び信号電極片1411に電気的に接続されている。接地用配線411及び信号用配線421の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い金属として銅が使用されている。
[Flexible substrate 400]
The
[バッキング材500]
バッキング材500は、矩形ブロック状に形成されていて、その前面には圧電素子111と圧電素子111との隙間に対応する位置にそれぞれ溝部510が形成されている。これらの溝部510は、超音波プローブ20の製造工程で形成されるものであって、その内部にはエポキシ等の非導電性樹脂520が充填されている。
[Backing material 500]
The
[超音波プローブ20の製造工程]
図4は同実施形態に係る超音波プローブ20の製造工程の説明図である。
先ず、図4(a)に示すように、1−3コンポジット型の圧電体ブロック110Aが用意される。1−3コンポジット型の圧電体ブロック110Aは、アレイ方向及びスライス方向に対して並設された複数の圧電素子111で構成されていて、圧電素子111と圧電素子111との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂112が充填されている。なお、圧電体ブロック110Aの圧電素子111は、事前にアレイ方向及びスライス方向と直交する軸心方向に対して分極処理がなされている。
[Manufacturing process of ultrasonic probe 20]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the
First, as shown in FIG. 4A, a 1-3 composite
次に、図4(b)に示すように、圧電体ブロック110Aの軸心方向と略直交する第1の側面と第2の側面に対して、それぞれ第1の電極120Aと第2の電極140Aが形成される。なお、第1の電極120A及び第2の電極140Aの素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、第2の電極140Aに対してエッチング処理が行われ、第2の電極140Aの所定部位が除去される。なお、エッチング処理される所定部位は、ハミング関数等の重み関数に従って、スライス方向と略直交する二端面に接近するにつれて幅が広くなるように決定される。これにより、圧電体ブロック110Aの第1の側面には、第2の電極140Aが存在する凸部Mと第2の電極140Aが存在しない凹部Nとが形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, an etching process is performed on the
次に、図4(d)に示すように、第1の電極120Aにエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック200Aが接合される。この音響整合材料ブロック200Aは、材質の異なる2種類の第1の音響整合材料板211Aと第2の音響整合材料板212Aで構成されている。
Next, as shown in FIG. 4D, a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
次に、図4(e)に示すように、第2の電極140Aにエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aが接合される。なお、フレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの先端部は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分421Aが露出している。これにより、第2の電極140Aとフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの配線部分421Aは、接合のために印加される圧力によって電気的に接続される。そして、第2の電極140Aに塗られた非導電性接着剤は、接合のために印加される接合圧力によって、圧電体ブロック110Aの第2の側面に形成された凹部Nに充填される。これにより、圧電体ブロック110Aと第2の電極140Aとの間には、非導電性接着剤層130Aが形成される。なお、第2の電極140Aとフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aとを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第2の電極140Aとフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの配線部分421Aの導通が妨げられることはない。
Next, as shown in FIG. 4E, a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
また、これと同時に、圧電体ブロック110Aのスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板素材400Aの第一層410Aが接合される。なお、フレキシブル基板素材400Aの第一層410Aの先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分411Aが露出している。これにより、第1の電極120Aとフレキシブル基板素材400Aの配線部分411Aは、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
At the same time, a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the side surface substantially orthogonal to the slice direction of the
次に、図4(f)に示すように、フレキシブル基板素材400Aの第二層420Aに非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック500Aが接合される。以上の工程により、圧電体ブロック110A、音響整合材料ブロック200A、フレキシブル基板素材400A、及びバッキング材料ブロック500Aで構成されるユニットUが完成する。
Next, as shown in FIG. 4F, a non-conductive adhesive is applied to the
次に、図4(g)に示すように、完成したユニットUが圧電体ブロック110Aの第1の電極120A側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットUをアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック500Aに溝部510が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットUに形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂112が充填される。
Next, as shown in FIG. 4G, the completed unit U is diced from the
これにより、圧電体ブロック110Aが前記圧電素子ユニット110に、第1の電極120Aが前記接地電極ユニット120に、非導電性接着剤層130Aが前記誘電体層ユニット130に、第2の電極140Aが前記信号電極ユニット140に、凹部に充填された非導電性接着剤が前記誘電体層ユニット130に、音響整合材料ブロック200Aが前記音響整合ユニット200に、フレキシブル基板素材400Aが前記フレキシブル基板400に、バッキング材料ブロック500Aが前記バッキング材500になる。以上で、超音波振動子ユニット100と音響整合ユニット200とバッキング材500が完成する。
Accordingly, the
次に、図4(h)に示すように、音響整合ユニット200にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ300が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット100、音響整合ユニット200、バッキング材500、音響レンズ300、及びフレキシブル基板400がプローブケース(図示しない)に収納され、フレキシブル基板400とケーブル150が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ20が完成する。
Next, as shown in FIG. 4 (h), a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the
なお、本実施形態における超音波プローブ20の製造工程では、圧電体ブロック110Aの第2の側面に第2の電極140Aを形成して、当該第2の電極140Aにエッチング処理をして前記圧電体ブロック110の第2の側面に凹部Nを形成したのち、第2の電極140Aとフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの配線部分421Aを接合している。
In the manufacturing process of the
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの配線部分421Aに第2の電極140Aを形成して、当該第2の電極140Aにエッチング処理で凹部を形成したのち、圧電体ブロック110Aとフレキシブル基板素材400Aの第二層420Aの配線部分421Aとを接合してもよい。
However, the present invention is not limited to this. For example, the
[本実施形態による作用]
本実施形態における超音波振動子ユニット100は、圧電素子ユニット110と信号用配線421との間に、比誘電率の低い誘電体層131を備えている。そして、この誘電体層131は、スライス方向に対して間隔を空けて配置された複数の誘電体1311で構成されていて、誘電体1311の存在する面積比率が圧電素子ユニット110のスライス端面110aに接近するにつれて小さくなるように決定されている。
[Operation according to this embodiment]
The
そのため、信号電極141に信号電圧が印加されたとき、圧電素子111にかかる電界には、圧電素子ユニット110のスライス端面110aに接近するにつれて強度が弱まるような重み付けがなされる。その結果、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
Therefore, when a signal voltage is applied to the
[シミュレーション結果]
次に、発明者により実施されたシミュレーション結果について説明する。
[simulation result]
Next, a simulation result performed by the inventor will be described.
図5は同実施形態に係る超音波プローブ20を使用したときのスライス方向に関する音場の特性図、図11は従来の超音波プローブ20を使用したときのスライス方向に関する音場の特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram of the sound field related to the slice direction when the
なお、この図において、横軸は超音波プローブ20の軸心方向に対する音響レンズ300からの距離、縦軸はスライス方向に対する超音波プローブ20の中心からの距離、各曲線は等音圧線を示している。また、各等音圧線が示す音圧は、超音波プローブ20の軸心から離れるにつれて低くなっている。
In this figure, the horizontal axis represents the distance from the
図5と図11を見ると、本実施形態に係る超音波プローブ20を使用したときに、等音圧線が超音波プローブ20の軸心に接近していることがわかる。
5 and 11, it can be seen that when the
特に、超音波プローブ20の近傍では、従来の超音波プローブと比較して、等音圧線が超音波プローブ20の軸心にかなり接近していることがわかる。このことは、超音波プローブ20の近傍において、スライス方向に対するビーム幅が細径化されて、超音波の分解能が向上したことを示している。
In particular, in the vicinity of the
さらに、従来の超音波プローブ20と比較して、低い音圧の等音圧線が超音波プローブ20の軸心にかなり接近していることがわかる。このことは、超音波のスライス音場におけるサイドローブが低減したことを示している。
Furthermore, it can be seen that, compared to the conventional
図6は同実施形態に係る超音波プローブ20を使用したときのスライス方向に関する送信音圧の特性図である。なお、この図において、横軸はスライス方向に対する超音波プローブ20の軸心からの距離、縦軸は音圧を示している。また、実線は本実施形態に係る超音波プローブ20を使用したときの音圧を示し、点線は重み関数を示している。
FIG. 6 is a characteristic diagram of transmission sound pressure with respect to the slice direction when the
図6を見ると、本実施形態に係る超音波プローブ20を使用したときに、スライス方向に対する送信音圧特性が概して重み関数に対応していることがわかる。このことは、重み関数の選択に応じて、スライス方向に対する所望の送信音圧特性が得られることを示している。
FIG. 6 shows that when the
以上のように、シミュレーションによっても、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減されることが確認されている。 As described above, it has also been confirmed by simulation that the beam width in the slice direction of the transmitted and received ultrasonic waves is made uniform and the side lobes in the slice sound field are reduced.
(第2実施形態)
[超音波振動子ユニット100´]
図7は本発明の第2の実施形態に係る超音波振動子ユニット100´の斜視図である。
(Second Embodiment)
[Ultrasonic transducer unit 100 ']
FIG. 7 is a perspective view of an
図7に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット100´は、圧電素子ユニット110´と、接地電極ユニット120´と、誘電体層ユニット130´と、信号電極ユニット140´とで構成されている。
As shown in FIG. 7, the
圧電素子ユニット110´は、互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子111´で構成されていて、圧電素子111´と圧電素子111´との隙間には、圧電素子ユニット110´の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂112´が充填されている。
The
これら圧電素子111´は、圧電セラミックスで細棒型に形成されていて、事前の処理によって、第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では1−3コンポジットが使用される。以下、第1の方向をアレイ方向、第2の方向をスライス方向、第3の方向を軸心方向とする。
These
接地電極ユニット120´は、圧電素子ユニット110´の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極121´で構成されている。それぞれの接地電極121´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´を覆うように配置されていて、これらの圧電素子111´に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極121´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
The
誘電体層ユニット130´は、圧電素子ユニット110´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された、比誘電率が低い複数の誘電体層131´で構成されている。それぞれの誘電体層131´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´を覆うように配置されている。誘電体層131´の厚さは、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて大きくなるように決定されている。誘電体層131´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では比誘電率の低いエポキシ(比誘電率:2〜50)等の樹脂が使用されている。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
The
信号電極ユニット140´は、誘電体層ユニット130´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極141´で構成されている。信号電極141´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。それぞれの信号電極141´は、誘電体層131´を覆うようにスライス方向に沿って配置されていて、当該誘電体層131´を挟んで、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´に対して信号電圧を印加している。
The
以上のように、圧電素子ユニット110´と信号電極141´との間には、比誘電率の低い誘電体層131´が配設されている。しかも、誘電体層131´の厚さは、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて大きくなるように決定されている。
As described above, the
これにより、圧電素子111´にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´から離間するにつれて、即ちスライス方向に対して中心部に接近するにつれて大きくなる。
Accordingly, the intensity of the electric field applied to the
[超音波プローブ20の製造工程]
図8は同実施形態に係る超音波プローブ20の製造工程の説明図である。
先ず、図8(a)に示すように、直方体型の圧電体ブロック110A´が用意される。この圧電体ブロック110A´は、事前に軸心方向に対して分極処理がなされている。
[Manufacturing process of ultrasonic probe 20]
FIG. 8 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the
First, as shown in FIG. 8A, a rectangular parallelepiped
次に、図8(b)に示すように、圧電体ブロック110A´の軸心方向と略直交する第2の側面がラッピングされ、所定の曲面が形成される。曲面の形状は、ハミング関数等の重み関数に従って、スライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて圧電体ブロック110A´の軸心方向に対する厚さが小さくなるように決定される。
Next, as shown in FIG. 8B, the second side surface substantially orthogonal to the axial center direction of the
次に、図8(c)に示すように、圧電体ブロック110A´が軸心方向と略直交するアレイ方向に沿ってダイシングされる。このダイシングは、重み付け用のものであって、圧電体ブロック110A´の曲面側から圧電体ブロック110A´の中途部まで実施される。これにより、圧電体ブロック110A´には、アレイ方向に沿って複数の溝部が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, the
次に、図8(d)に示すように、圧電体ブロック110A´の曲面にエポキシ等の非導電性接着剤によって誘電体板130A´が接合される。この誘電体板130A´は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電体ブロック110A´の曲面に対応するように形成されている。なお、圧電体ブロック110A´に形成された溝部は、圧電体ブロック110A´と誘電体板130A´との接合に使用される非導電性樹脂で充填される。
Next, as shown in FIG. 8D, the
次に、図8(e)に示すように、圧電体ブロック110A´がラッピングされる。このラッピングは、圧電体ブロック110A´の第1の側面から溝部に到達するまで実施される。なお、圧電体ブロック110Aの溝部には非導電性接着剤が充填されているため、圧電体ブロック110A´がラッピングされても、当該圧電体ブロック110A´が複数に分割されることはない。
Next, as shown in FIG. 8E, the
次に、図8(f)に示すように、圧電体ブロック110A´の第1の側面及び誘電体板130A´に対して、それぞれ第1の電極120A´及び第2の電極140A´極が形成される。なお、第1の電極120A´と第2の電極140A´の素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
Next, as shown in FIG. 8F, the
次に、図8(g)に示すように、第1の電極120A´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック200A´が接合される。この音響整合材料ブロック200A´は、材質の異なる2種類の第1の音響整合材料板211A´と第2の音響整合材料板212A´で構成されている。
Next, as shown in FIG. 8G, a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
次に、図8(h)に示すように、第2の電極140A´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材400A´の第二層420A´が接合される。なお、フレキシブル基板素材400A´の第二層420A´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、配線部分421A´が露出している。これにより、第2の電極140A´とフレキシブル基板素材400Aの第二層420A´の配線部分421A´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。なお、第2の電極140A´とフレキシブル基板素材400A´とを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第2の電極140A´とフレキシブル基板素材400の第二層420A´の配線部分421A´の導通が妨げられることはない。
Next, as shown in FIG. 8 (h), a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
また、これと同時に、圧電体ブロック110A´のスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板素材400Aの第一層410A´が接合される。なお、フレキシブル基板素材400A´の第一層410A´の所定部分は、事前に外皮が剥かれていて、配線部分411A´が露出している。これにより、第1の電極120A´とフレキシブル基板素材400A´の第一層410A´の配線部分411A´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
At the same time, a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the side surface substantially orthogonal to the slice direction of the
次に、図8(I)に示すように、フレキシブル基板素材400A´の第二層420A´に非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック500A´が接合される。以上の工程により、圧電体ブロック110A´、音響整合材料ブロック200A´、フレキシブル基板素材400A´、及びバッキング材料ブロック500A´で構成されるユニットU´が完成する。
Next, as shown in FIG. 8 (I), a non-conductive adhesive is applied to the
次に、図8(j)に示すように、完成したユニットU´が圧電体ブロック110A´の第1の電極120A´側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットU´をアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック500A´に溝部510A´が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットU´に形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂が充填される。
Next, as shown in FIG. 8J, the completed unit U ′ is diced from the
これにより、圧電体ブロック110A´が前記圧電素子ユニット110´に、第1の電極120A´が前記接地電極ユニット120´に、誘電体板130A´が前記誘電体層ユニット130´に、第2の電極140A´が前記信号電極ユニット140´に、音響整合材料ブロック200Aが前記音響整合ユニット200´に、フレキシブル基板素材400A´が前記フレキシブル基板400´に、バッキング材料ブロック500A´が前記バッキング材500´になる。以上で、超音波振動子ユニット100´と音響整合ユニット200´とバッキング材500´が完成する。
Accordingly, the
次に、図8(k)に示すように、音響整合ユニット200´にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ300´が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット100´、音響整合ユニット200´、バッキング材500´、音響レンズ300´、及びフレキシブル基板400´がプローブケース(図示しない)に収納され、フレキシブル基板400´とケーブル150が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ20´が完成する。
Next, as shown in FIG. 8 (k), a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the
[本実施形態による作用]
本実施形態における超音波振動子ユニット100´は、圧電素子ユニット110´と信号電極141´との間に、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて厚くなる誘電体層131´が配設されている。
[Operation according to this embodiment]
In the
そのため、信号電極141´に信号電圧が印加されたとき、圧電素子111´にかかる電界には、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて強度が小さくなるように重み付けがなされる。その結果、第1の実施形態と同様に、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
Therefore, when a signal voltage is applied to the
なお、本実施形態における誘電体層131´は、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて、圧電素子ユニット110´の前面に向かって食い込むような形態となっているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、誘電体層131´は、圧電素子ユニット110´のスライス端面110a´に接近するにつれて、圧電体ブロック110A´の背面から離間する方向に盛り上がるような形態であっても良い。このような形態であれば、圧電体ブロック110A´の背面を研磨する必要がなくなるため、超音波プローブ20´の製造工程が簡略化する。
The
(第3の実施形態)
[超音波振動子ユニット100´´]
図9は本発明の第3の実施形態に係る超音波振動子ユニット100´´の斜視図である。
(Third embodiment)
[
FIG. 9 is a perspective view of an
図9に示すように、本実施形態に係る超音波振動子ユニット100´´は、圧電素子ユニット110´´と、接地電極ユニット120´´と、誘電体層ユニット130´´と、信号電極ユニット140´´とで構成されている。
As shown in FIG. 9, the
圧電素子ユニット110´´は、互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子111´´で構成されていて、圧電素子111´´と圧電素子111´´との隙間には、圧電素子ユニット110´´の機械的強度を向上させるために、エポキシ等の非導電性樹脂112´´が充填されている。
The
これら圧電素子111´´は、圧電セラミックスで形成されていて、事前の処理によって、第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して分極されている。なお、圧電セラミックスの素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では1−3コンポジットが使用される。以下、第1の方向をアレイ方向、第2の方向をスライス方向、第3の方向を軸心方向とする。
These
接地電極ユニット120´´は、圧電素子ユニット110´´の前面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の接地電極121´´で構成されている。それぞれの接地電極121´´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´´を覆うように配置されていて、これらの圧電素子111´´に対して共通の接地電圧を印加している。なお、接地電極121´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。
The
誘電体層ユニット130´´は、圧電素子ユニット110´´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の誘電体層131´´で構成されている。それぞれの誘電体層131´´は、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´´を覆うように配置されていて、互いに比誘電率が異なる第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´で構成されている。
The
第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´は、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれて比誘電率が小さくなるように配置されている。
The first to
これにより、それぞれの誘電体層131´´の比誘電率は、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれてなだらかに低下する。なお、本実施形態では、重み関数としてハミング関数が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば調和関数であってもよい。
As a result, the relative dielectric constant of each
第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、比誘電率が高いセラミックス(比誘電率:500〜1000)等の素材や、比誘電率の低いエポキシ(比誘電率:2〜50)等の素材が使用されている。また、誘電体層131´´の厚さは、2μm程度に設定されている。
The material of the first to
信号電極ユニット140´´は、誘電体層ユニット130´´の背面に配設されていて、アレイ方向に並設された複数の信号電極141´´で構成されている。信号電極141´´の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導電性の良い銅等の金属が使用されている。それぞれ信号電極141´´は、誘電体層131´´を覆うようにスライス方向に沿って配設されていて、当該誘電体層131´´を挟んで、スライス方向に並設された複数の圧電素子111´´に対して信号電圧を印加している。
The
以上のように、圧電素子ユニット110´´と信号電極141´´との間には、第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´で構成された誘電体層131´´が配設されている。しかも、第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´は、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれて比誘電率が小さくなるように配置されている。
As described above, the
これにより、圧電素子111´´にかかる電界の強度は、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれて小さくなり、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´から離間するにつれて、即ちスライス方向に対して中心部に接近するにつれて大きくなる。
Accordingly, the intensity of the electric field applied to the
[超音波プローブ20´´の製造工程]
図10は同実施形態に係る超音波プローブ20´´の製造工程の説明図である。
先ず、図10(a)に示すように、1−3コンポジット型の圧電体ブロック110A´´が用意される。1−3コンポジット型の圧電体ブロック110A´´は、アレイ方向及びスライス方向に対して並設された複数の圧電素子111´´で構成されていて、圧電素子111´´と圧電素子´´との隙間にはエポキシ等の非導電性樹脂が充填されている。なお、圧電体ブロック110A´´の圧電素子111´´は、事前にアレイ方向及びスライス方向と直交する軸心方向に対して分極処理がなされている。
[Manufacturing process of ultrasonic probe 20 '']
FIG. 10 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the
First, as shown in FIG. 10A, a 1-3 composite type
次に、図10(b)に示すように、圧電体ブロック110A´´の軸心方向と略直交する第2の側面に誘電体板130A´´が形成される。この誘電体板130A´´は、スライス方向に並設された第1〜第4の誘電体片1311A´´〜1314A´´で構成されている。第1〜第4の誘電体片1311A´´〜1314A´´は、比誘電率が互いに異なっていて、ハミング関数等の重み関数に従って、圧電体ブロック110A´´のスライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて比誘電率が低下するように配置されている。これにより、誘電体板130A´´の比誘電率は、圧電体ブロックのスライス方向と略直交する二側面に接近するにつれて概ねなだらかに低下する。
Next, as illustrated in FIG. 10B, the
次に、図10(c)に示すように、圧電体ブロック110A´´の第1の側面及び誘電体板130A´´に対して、それぞれ第1の電極120A´´及び第2の電極140A´´が形成される。なお、第1の電極120A´´及び第2の電極140A´´の素材は、導電性の良い銅等の金属が使用される。
Next, as shown in FIG. 10C, the
次に、図10(d)に示すように、第1の電極120A´´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上から音響整合材料ブロック200A´´が接合される。この音響整合材料ブロック200A´´は、材質の異なる2種類の第1の音響整合材料板211A´´と第2の音響整合材料板212A´´で構成されている。
Next, as shown in FIG. 10D, a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
次に、図10(e)に示すように、第2の電極140A´´にエポキシ等の非導電性接着剤が薄く塗られ、その上からフレキシブル基板素材400´´の第二層420A´´が接合される。なお、フレキシブル基板素材400A´´の第二層420A´´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分421A´´が露出している。これにより、第2の電極140A´´とフレキシブル基板400A´´の第二層420A´´の配線部分421A´´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。なお、第2の電極140A´´とフレキシブル基板400A´´とを接合する非導電性接着剤は、極めて薄く塗られるため、第2の電極140A´´とフレキシブル基板400A´´の第二層420A´´の配線部分421A´´との導通が妨げられることはない。
Next, as shown in FIG. 10E, a non-conductive adhesive such as epoxy is thinly applied to the
また、これと同時に、圧電体ブロック110A´´のスライス方向と略直交する側面にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上からフレキシブル基板400A´´の第一層410A´´が接合される。なお、フレキシブル基板400A´´の第一層410A´´の先端部分は、事前に外皮が剥かれていて、その配線部分411A´´が露出している。これにより、第1の電極120A´´とフレキシブル基板400A´の配線部分412A´´は、接合のために印加される接合圧力によって電気的に接続される。
At the same time, a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the side surface substantially orthogonal to the slicing direction of the
次に、図10(f)に示すように、フレキシブル基板400A´´の第二層420A´´の背面に非導電性接着剤が塗られ、その上からバッキング材料ブロック500A´´が接合される。以上の工程により、圧電体ブロック110A´´、音響整合材料ブロック200A´´、フレキシブル基板400A´´、及びバッキング材料ブロック500A´´で構成されるユニットU´´が完成する。
Next, as shown in FIG. 10F, a non-conductive adhesive is applied to the back surface of the
次に、図10(g)に示すように、完成したユニットU´´が圧電体ブロック110A´´の第1の電極120A´´側からダイシングされる。このダイシングは、ユニットU´´をアレイ化するためのものであって、バッキング材料ブロック500A´´に溝部が形成されるまで実施される。そして、ダイシングによってユニットU´´に形成された溝部にエポキシ等の非導電性樹脂が充填される。
Next, as shown in FIG. 10G, the completed unit U ″ is diced from the
これにより、圧電体ブロック110A´´が前記圧電素子ユニット110´´に、第1の電極120A´´が前記接地電極ユニット120´´に、誘電体板130A´´が前記誘電体層ユニット130´´に、第2の電極140A´´が前記信号電極ユニット140´´に、音響整合材料ブロック200A´´が前記音響整合ユニット200´´に、フレキシブル基板素材400A´´が前記フレキシブル基板400´´に、バッキング材料ブロック500A´´が前記バッキング材500´´なる。以上で、超音波振動子ユニット100´´と音響整合ユニット200´´とバッキング材500´´が完成する。
Accordingly, the
次に、図10(h)に示すように、音響整合ユニット200´´にエポキシ等の非導電性接着剤が塗られ、その上から音響レンズ300´´が接合される。そして、最後に、超音波振動子ユニット100´´、音響整合ユニット200´´、バッキング材500、音響レンズ300´´、及びフレキシブル基板400´´がプローブケース(図示しない)に収納され、フレキシブル基板400´´とケーブル150が電気的に接続される。以上で、超音波プローブ20´´が完成する。
Next, as shown in FIG. 10H, a non-conductive adhesive such as epoxy is applied to the
(本実施形態による作用)
本実施形態における超音波振動子ユニット100´´は、圧電素子ユニット110´´と信号電極141´´との間に、スライス方向に並設された第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´からなる誘電体層131´´を備えている。しかも、第1〜第4の誘電体1311´´〜1314´´は、互いに比誘電率が異なっていて、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれて比誘電率が低下するような配置となっている。
(Operation by this embodiment)
The
そのため、信号電極141´´に駆動電圧が印加されたときに、圧電素子111´´にかかる電界には、圧電素子ユニット110´´のスライス端面110a´´に接近するにつれて強度が小さくなるように重み付けがなされる。その結果、第1の実施形態と同様に、送受信される超音波のスライス方向に対するビーム幅が均一化され、且つスライス音場におけるサイドローブが低減される。しかも、装置や回路を複雑化することがない。
Therefore, when a driving voltage is applied to the
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
12…送受信回路(送受信手段)、13…画像生成部(画像生成手段)、20…超音波プローブ、100…超音波振動子ユニット、110…圧電素子ユニット、111…圧電素子、120…接地電極ユニット、121…接地電極、130…誘電体層ユニット、131…誘電体層、1311…誘電体、140…信号電圧ユニット、141…信号電極、1411…信号電極片。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記超音波振動子ユニットは、
互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が、前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、
前記圧電素子ユニットの前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第1の電極及び第2の電極で構成され、それぞれの第1の電極及び第2の電極が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極ユニット及び第2の電極ユニットと、
前記圧電素子ユニットと前記第1の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第2電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えていることを特徴とする超音波プローブ。 In an ultrasound probe equipped with an ultrasound transducer unit that transmits and receives ultrasound to and from a subject,
The ultrasonic transducer unit is
It is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a first direction and a second direction orthogonal to each other, and each piezoelectric element is in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. A piezoelectric element unit for transmitting and receiving ultrasonic waves,
The piezoelectric element unit is composed of a plurality of first electrodes and second electrodes respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction, and the first electrodes and the second electrodes are respectively A first electrode unit and a second electrode unit for applying an electric field to a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction;
It is composed of a plurality of dielectric layers disposed between the piezoelectric element unit and the first electrode unit, or between the piezoelectric element unit and the second electrode unit. An ultrasonic probe comprising: a dielectric layer unit that weights the electric field strength applied to a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction with respect to the second direction.
前記超音波振動子ユニットは、
第1の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、
前記各超音波振動子部は、
前記第1の方向と直交する第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極及び第2の電極と、
前記圧電部と前記第1の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第2の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えていることを特徴とする超音波プローブ。 In an ultrasound probe equipped with an ultrasound transducer unit that transmits and receives ultrasound to and from a subject,
The ultrasonic transducer unit is
It is composed of a plurality of ultrasonic transducer parts arranged in parallel in the first direction,
Each of the ultrasonic transducer parts is
It is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a second direction orthogonal to the first direction, and each piezoelectric element is in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. A piezoelectric part for transmitting and receiving ultrasonic waves;
A first electrode and a second electrode, which are respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction of the piezoelectric portion, and which applies an electric field to a plurality of piezoelectric elements constituting the piezoelectric portion;
The strength of the electric field applied to a plurality of piezoelectric elements disposed between the piezoelectric portion and the first electrode or between the piezoelectric portion and the second electrode is applied to the first and second electrodes. An ultrasonic probe comprising: a dielectric layer that performs weighting with respect to two directions.
前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、
前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、
前記超音波振動子ユニットは、
互いに直交する第1の方向及び第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電素子ユニットと、
前記圧電素子ユニットの前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置された複数の第1の電極及び第2の電極で構成され、それぞれの第1の電極及び第2の電極が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極ユニット及び第2の電極ユニットと、
前記圧電素子ユニットと前記第1の電極ユニットとの間、もしくは前記圧電素子ユニットと前記第2の電極ユニットとの間に配設された複数の誘電体層で構成され、それぞれの誘電体層が、前記第2の方向に並設された複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層ユニットとを備えていることを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject;
Transmitting and receiving means for applying an electric signal to the ultrasonic transducer unit and generating a reception signal corresponding to the reflected wave based on the reflected wave received by the ultrasonic transducer unit;
Image generating means for generating an image relating to the subject based on the received signal generated by the transmitting / receiving means,
The ultrasonic transducer unit is
It is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a first direction and a second direction orthogonal to each other, and each piezoelectric element is in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. A piezoelectric element unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
The piezoelectric element unit is composed of a plurality of first electrodes and second electrodes respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction, and the first electrodes and the second electrodes are respectively A first electrode unit and a second electrode unit for applying an electric field to a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction;
A plurality of dielectric layers disposed between the piezoelectric element unit and the first electrode unit or between the piezoelectric element unit and the second electrode unit, each dielectric layer being An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a dielectric layer unit that weights the electric field strength applied to the plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the second direction with respect to the second direction. .
前記超音波振動子ユニットに対して電気信号を印加するとともに、前記超音波振動子ユニットが受信した反射波に基づいて、当該反射波に応じた受信信号を生成する送受信手段と、
前記送受信手段により生成された受信信号に基づいて、前記被検体に関する画像を生成する画像生成手段とを備え、
前記超音波振動子ユニットは、
第1の方向に並設された複数の超音波振動子部で構成されていて、
前記各超音波振動子部は、
前記第1の方向と直交する第2の方向に並設された複数の圧電素子で構成され、それぞれの圧電素子が前記第1の方向及び第2の方向と直交する第3の方向に対して超音波を送受信する圧電部と、
前記圧電部の前記第3の方向と略直交する二端面にそれぞれ対向配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に電界を掛ける第1の電極及び第2の電極と、
前記圧電部と前記第1の電極との間、もしくは前記圧電部と前記第2の電極との間に配置され、前記圧電部を構成する複数の圧電素子に掛けられる電界の強度に、前記第2の方向に対する重み付けを行う誘電体層とを備えていることを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe including an ultrasonic transducer unit that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject;
Transmitting and receiving means for applying an electrical signal to the ultrasonic transducer unit and generating a received signal corresponding to the reflected wave based on the reflected wave received by the ultrasonic transducer unit;
Image generating means for generating an image relating to the subject based on the received signal generated by the transmitting / receiving means,
The ultrasonic transducer unit is
It is composed of a plurality of ultrasonic transducer parts arranged in parallel in the first direction,
Each of the ultrasonic transducer parts is
It is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in a second direction orthogonal to the first direction, and each piezoelectric element is in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. A piezoelectric part for transmitting and receiving ultrasonic waves;
A first electrode and a second electrode, which are respectively arranged opposite to two end faces substantially orthogonal to the third direction of the piezoelectric portion, and which applies an electric field to a plurality of piezoelectric elements constituting the piezoelectric portion;
The strength of the electric field applied to a plurality of piezoelectric elements disposed between the piezoelectric portion and the first electrode or between the piezoelectric portion and the second electrode is applied to the first and second electrodes. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a dielectric layer that performs weighting in two directions.
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-
2005
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