JP2013150198A - 超音波エレメントおよび超音波プローブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】特性が安定したエレメント２０を提供する。
【解決手段】エレメント２０は、シリコン基板１１と、複数の下部電極部１２Ａと複数の下部電極部１２Ａを接続する複数の下部配線部１２Ｂとを有する直流電圧が印加される下部電極層１２と、それぞれのキャビティ１４を介して、それぞれの下部電極部１２Ａと対向配置している複数の上部電極部１６Ａと複数の上部電極部１６Ａを接続する複数の上部配線部１６Ｂとを有する接地電位となる上部電極層１６と、下部電極層１２または上部電極層１６の少なくともいずれかと直列接続されたコンデンサ６０と、を具備する。
【選択図】図６

Description

本発明は、静電容量型の超音波エレメント、および、静電容量型の超音波エレメントを具備する超音波プローブシステムに関する。

体内に超音波を照射し、エコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。超音波診断法に用いられる超音波診断装置の１つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体内へ導入される挿入部の先端硬性部に超音波振動子ユニットが配設されている。超音波振動子ユニットは電気信号を超音波に変換し体内へ送信し、また体内で反射した超音波を受信して電気信号に変換する機能を有する。

超音波ユニットを構成する複数の超音波エレメント（以下、単に「エレメント」という）には、圧電セラミックス材料（例えばＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いたセル、またはＭＥＭＳ技術を用いて製造される静電容量型超音波振動子（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer、以下「ｃ−ＭＵＴ」という）からなるセルが使用されている。ｃ−ＭＵＴは鉛等を使用しないため、圧電セラミックスを用いた超音波振動子よりも環境負荷が小さい。

＜セルの構造＞
図１に示すように、エレメント２０のセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、下部電極層１２と、下部絶縁層１３と、キャビティ１４が形成された上部絶縁層１５と、上部電極層１６と、保護層１７と、を有する。なお、図１は１個のセル１０の断面構造で示しているが、一般的には数十個〜数千個のセル１０が１個のエレメント２０を構成している。

下部電極層１２は、複数の下部電極部１２Ａと、下部電極部１２Ａの縁辺部から延設している複数の下部配線部１２Ｂと、を有する。下部配線部１２Ｂは、同じエレメント２０の他のセル１０の下部電極部１２Ａを接続している。上部電極層１６は、複数の上部電極部１６Ａと、上部電極部１６Ａから延設している複数の上部配線部１６Ｂと、を有する。上部配線部１６Ｂは、同じエレメント２０の他のセル１０の上部電極部１６Ａを接続している。それぞれのセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している下部電極部１２Ａと上部電極部１６Ａとを有する。

同じエレメント２０に配置された複数のセル１０の全ての下部電極部１２Ａは互いに接続されており、全ての上部電極部１６Ａも互いに接続されている。そして下部電極層１２には、駆動電圧が印加され、上部電極層１６は接地電位となっている。

エレメント２０の下部電極層１２と上部電極層１６との間にパルス電圧が印加されると、静電力により上部電極部１６Ａを含むメンブレン（振動部）が振動することで、超音波が発生する。また外部から超音波が入射するとメンブレン（振動部）が変形し下部電極層１２と上部電極層１６との間隔が変化するため、静電容量の変化から超音波を電気信号に変換する。

なお、容量検出のために、下部電極層１２には常時、一定の直流電圧がバイアス電圧として印加されており、超音波発生時にはこれに重畳して大きなパルス電圧が印加される。

下部電極層１２と上部電極層１６の間には、絶縁層（下部絶縁層１３と上部絶縁層１５）が配設されているため、たとえメンブレンが大きく変形しても下部電極層１２と上部電極層１６とは短絡しない。しかし、絶縁層に欠陥があった場合等には、下部電極層１２と上部電極層１６とが短絡し、直流電圧が印加されると、電極層間に直流電流が流れる。

図２に示すように、特開２００６−３４３３１５号公報には、複数のセル１１０で構成された超音波エレメント１２０に電圧を印加する配線１８１に、ヒューズ６４を直列に接続した超音波内視鏡システム１０１が開示されている。キャビティ１４を介して対向配置されている下部電極部１１２Ａと上部電極部１１６Ａは、それぞれ下部配線部１１２Ｂ、上部配線部１１６Ｂを介して接続されている。下部電極層１２と上部電極層１６とが短絡すると、配線１８１に大きな電流が流れるため、ヒューズ６４が溶断する。

しかし、超音波内視鏡システム１０１では、ヒューズ６４が溶断する直前には大きな電流が流れる。また、短絡が発生しても流れる電流がヒューズ６４の溶断電流値よりも小さい場合には、電流が流れ続ける。このため、超音波内視鏡システム１０１では、超音波観測装置１０３が故障したり、動作が不安定になったりするおそれがあった。

特開２００６−３４３３１５号公報

本発明の実施形態は、動作が安定した超音波エレメントおよび動作が安定した超音波プローブシステムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の超音波エレメントは、基体と、複数の下部電極部と、前記複数の下部電極部を接続する複数の下部配線部と、を有する、直流電圧が印加される下部電極層と、それぞれのキャビティを介して、それぞれの前記下部電極部と対向配置している複数の上部電極部と、前記複数の上部電極部を接続する複数の上部配線部と、を有する、接地電位となる上部電極層と、前記下部電極層または前記上部電極層の少なくともいずれかと直列接続された、直流電流のみを遮断する電流遮断部と、を具備する。

また、本発明の別の実施形態の超音波プローブシステムは、基体と、複数の下部電極部と前記複数の下部電極部を接続する複数の下部配線部とを有する、直流電圧が印加される下部電極層と、それぞれのキャビティを介して、それぞれの前記下部電極部と対向配置している複数の上部電極部と、前記複数の上部電極部を接続する複数の上部配線部とを有する接地電位となる上部電極層と、を具備する複数の超音波エレメントが配列された超音波ユニットを挿入部の先端部に有する超音波プローブと、前記超音波ユニットに電力を供給する電源と、前記超音波ユニットからの信号を検出する容量検出部と、前記電源および容量検出部を選択された超音波エレメントと接続する切替スイッチと、全体の制御を行う制御部と、を有する超音波観測装置と、を具備し、前記超音波プローブまたは前記超音波観測装置が、前記下部電極層または前記上部電極層の少なくともいずれかと直列接続された直流電流のみを遮断する電流遮断部、を有する。

本発明の実施形態によれば、特性が安定した超音波エレメントおよび特性が安定した超音波プローブシステムを提供することができる。

ｃＭＵＴのセル構造を説明するための断面図である。 従来の超音波プローブシステムの構成図である。 第１実施形態の超音波内視鏡システムの斜視図である。 第１実施形態の超音波内視鏡システムの挿入部先端部の斜視図である。 第１実施形態の超音波内視鏡システムの超音波ユニットの斜視図である。 第１実施形態の超音波内視鏡システムの構成図である。 第１実施形態の超音波内視鏡システムの回路図である。 第１実施形態の変形例１の超音波内視鏡システムの回路図である。 第１実施形態の変形例２の超音波内視鏡システムの回路図である。 第２実施形態の超音波エレメントのセルの断面図である。 第２実施形態の超音波エレメントの製造方法を説明するためのセルの断面図である。 第２実施形態の変形例１の超音波エレメントのセルの断面図である。 第２実施形態の変形例２の超音波エレメントのセルの断面図である。 第２実施形態の変形例３の超音波エレメントのセルの断面図である。 第２実施形態の変形例４の超音波エレメントのセルの断面図である。 第２実施形態の変形例５の超音波エレメントのセルの断面図である。 第３実施形態の超音波内視鏡システムの回路図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して第１実施形態の超音波エレメント２０および超音波プローブシステムである超音波内視鏡システム１について説明する。なお、以下の図はいずれも説明のための模式図であり、構成要素の数、大きさ、および大きさ等の比率等は実際とは異なる。

＜超音波内視鏡システムの構成＞
図３に示すように、超音波プローブである超音波内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。超音波内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部４１と、挿入部４１の基端に配された操作部４２と、操作部４２の側部から延出したユニバーサルコード４３と、を具備する。

ユニバーサルコード４３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ４４Ａが配設されている。コネクタ４４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ４５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル４５と、超音波観測装置３にコネクタ４６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル４６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。

挿入部４１は、先端側から順に、先端部４７と、先端部４７の後端に位置する湾曲部４８と、湾曲部４８の後端に位置して操作部４２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部４９と、を連設して構成されている。そして、先端部４７の先端側には、複数の超音波ユニット３０が配設されている（図５参照）。

操作部４２には、湾曲部４８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ４２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン４２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン４２Ｃと、後述する体内に導入する穿刺針等を有する処置具の入り口となる処置具挿入口４２Ｄ等と、が配設されている。

そして、図４に示すように、超音波内視鏡２の超音波ユニット３０が配設された先端部４７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。

超音波ユニット３０は、例えば図５に示すような電子駆動式のラジアル型であり、複数の細長い矩形の超音波エレメント２０が、長辺を平行に円筒状に所定間隔で配列している。それぞれのエレメント２０の外周面には、超音波を送受信する複数のセル１０が形成されている送受信部２１と、外部電極２６Ａと、外部電極２６Ｂと、がある。

外部電極２６Ａは、ケーブル８０の導線８１Ａと接続されている。一方、外部電極２６Ｂは、外周面に表面実装されたコンデンサ６０を介して、ケーブル８０の導線８１Ｂと接続されている。例えば、コンデンサ６０は、超小型のセラミックチップコンデンサである。コンデンサ６０の耐電圧は、超音波ユニット３０の最大駆動電圧（バイアス電圧＋パルス電圧）以上であればよい。

図６は、エレメント２０を具備する超音波内視鏡システム１の構成図である。
超音波観測装置３は、電源３Ａと、切替スイッチ３Ｂと、容量検出部３Ｃと、全体の制御を行う制御部３Ｄと、を含んでいる。電圧供給源である電源３Ａは直流電圧信号を発生する。切替スイッチ３Ｂは制御部３Ｄの制御により、超音波ユニット３０の複数のエレメント２０の中から選択されたエレメント２０の導線８１Ａに直流電圧信号を印加する。容量検出部３Ｃは超音波受信時にエレメント２０の容量変化を検出する

すでに図１を用いて説明したように、エレメント２０のセル１０のメンブレンを構成する上部電極部１６Ａは、キャビティ１４を介して下部電極部１２Ａと対向配置している。

直流電圧が印加される下部電極層１２は、複数の下部電極部１２Ａと、複数の下部電極部１２Ａを接続する複数の下部配線部１２Ｂと、を有する。接地電位となる上部電極層１６は、複数の上部電極部１６Ａと、複数の上部電極部１６Ａを接続する複数の上部配線部１６Ｂと、を有する。コンデンサ６０は上部電極層１６と直列接続されている。

なお、エレメント２０は、外表面に近い上部電極層１６が接地電位であるので、上部電極層１６が駆動電位のエレメントよりも安全性が高い。

＜超音波内視鏡システムの回路＞
図７は、エレメント２０を具備する超音波内視鏡システム１の回路図である。なお、回路図には切替スイッチ３Ｂにより選択された１個のエレメントだけを図示している。そして、それぞれのエレメント２０を構成する複数のセル１０の静電容量の合計、言い換えれば、上部電極層１６と下部電極層１２との間の容量をＣ０（Ｆ）、コンデンサ６０の容量をＣ１（Ｆ）で示している。

エレメント２０では、電流遮断部であるコンデンサ６０が上部電極層１６と直列接続されている。コンデンサ６０は、直流電流を導電しないが、直流電圧は導電する。すなわち、コンデンサ６０は、直流電流のみを遮断する。このため、コンデンサ６０を介していても、上部電極層１６は接地電位電極としての機能を有する。

そして、超音波内視鏡システム１は、故障等によって下部電極層１２と上部電極層１６とが短絡しても、直流電流を遮断するコンデンサ６０が上部電極層１６と超音波診断装置３との間に直列接続されているために、上部電極層１６に直流電流が流れない。すなわち、コンデンサ６０は、両端部が直流電気的に絶縁されている短絡回避構造である。

なお、厳密には、短絡した場合、コンデンサ６０が充電状態になるまでの間は上部電極層１６に電流が流れる。しかし、その電力は小さいため、超音波観測装置３に大きな影響を及ぼすことはない。

このため、エレメント２０を具備する超音波内視鏡システム１は、超音波観測装置３が故障したり、動作が不安定になったりするおそれがない。

ここで、図７に示したコンデンサの合成容量Ｃは、（式１）で示される。
１／Ｃ ＝ １／Ｃ０ ＋ １／Ｃ１ （式１）

（式１）より明らかなように、容量Ｃ０に対して十分大きい容量Ｃ１のコンデンサ６０であれば、合成容量Ｃは容量Ｃ０とほぼ等しくなる。このため、コンデンサ６０の容量Ｃ１は、下部電極層１２と上部電極層１６との容量Ｃ０よりも大きいことが好ましく、特に好ましくは、容量Ｃ１は容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下である。前記範囲以上であれば、超音波内視鏡システム１は、超音波送受信時には、エレメント２０の容量Ｃ０が支配的に作用するため、受信感度の劣化がない。また前記範囲以下であれば受信分解能の低下、または送信可能周波数の低下が問題とはならないレベル以下である。

なお、電流遮断部は、直流電流を遮断する電子部品であれば、コンデンサに限られるものではない。

＜第１実施形態の変形例＞
図８に示す、第１実施形態の変形例１のエレメント２０Ａおよび超音波内視鏡システム１Ａでは、コンデンサ６０は、それぞれのエレメント２０の下部電極層１２と直列接続されている。

コンデンサ６０は、直流電流を遮断するが、直流電圧は導電する。すなわち、導線８１Ａに直流電圧が印加されると、コンデンサ６０を介していても下部電極層１２には直流電圧が印加される。そして、超音波内視鏡システム１Ａは、故障等によって下部電極層１２と上部電極層１６とが短絡しても、直流電流を遮断するコンデンサ６０が下部電極層１２と超音波診断装置３との間に直列接続されているために、上部電極層１６に直流電流が流れない。

すなわち、エレメント２０Ａおよび超音波内視鏡システム１Ａは、エレメント２０および超音波内視鏡システム１と同じ効果を有する。

次に、図９に示す、第１実施形態の変形例２のエレメント２０Ｂおよび超音波内視鏡システム１Ｂでは、それぞれのエレメント２０Ｂが、下部電極層１２と直列接続されている容量ＣＡのコンデンサ６０Ａと、上部電極層１６と直列接続されている容量ＣＢのコンデンサ６０Ｂと、を具備する。そして、Ｃ０＜ＣＡ、Ｃ０＜ＣＢである。

図９に示したコンデンサの合成容量Ｃは、（式２）で示される。
１／Ｃ ＝ １／Ｃ０＋１／ＣＡ＋１／ＣＢ （式２）

（式２）より明らかなように、容量Ｃ０に対して十分大きい容量のコンデンサ６０Ａ、６０Ｂであれば、合成容量Ｃは容量Ｃ０とほぼ等しくなる。このため、コンデンサ６０Ａの容量ＣＡおよびコンデンサ６０Ｂの容量ＣＢは、下部電極層１２と上部電極層１６との容量Ｃ０よりも大きいことが好ましく、特に好ましくは、容量ＣＡ、ＣＢは容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下である。前記範囲内であれば、エレメント２０Ｂおよび超音波内視鏡システム１Ｂは、性能が劣化することがない。

エレメント２０Ｂは、エレメント２０Ａと同じ効果を有し、更に直流電流を接地電位側と駆動電位側の双方で遮断しているので、より確実に、上部電極層１６に直流電流が流れることを阻止できる。

以上の説明のように、実施形態の超音波エレメントは、電流遮断部であるコンデンサが、下部電極層１２または上部電極層１６の少なくともいずれかと直列接続されていればよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態のエレメント２０Ｃについて説明する。エレメント２０Ｃは、エレメント２０およびと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。なお、以下の説明のように、エレメント２０Ｃでは、それぞれのセル１０Ｃが外部電極２６Ａ、２６Ｂを有するが、エレメント毎に外部電極２６Ａ、２６Ｂを配設したものでもよい。

図１０に示すように、エレメント２０Ｃでは、エレメント２０Ｃの下部配線部１２Ｂから延設された下側電極６１と、上部電極層１６と同時に作製される上側電極６２とを具備する。下側電極６１と上側電極６２とは、下部絶縁層１３および上部絶縁層１５を介して対向配置した平行平板型のコンデンサ６０Ｃを形成している。すなわち、コンデンサ６０Ｃはセル１０Ｃと一体形成されるエレメント内蔵コンデンサである。

コンデンサ６０Ｃは、エレメント２０Ａのコンデンサ６０Ａと同じ機能を有する。接地電位の外部電極２６Ｂは層間配線１９を介して上部電極層１６と接続されている。直流電圧が印加される外部電極２６Ａは層間配線１８を介して上側電極６２と接続されている。このため、エレメント２０Ｃの回路図は、図８に示したエレメント２０Ａの回路図とほぼ同じである。そして、エレメント２０Ｃは、エレメント２０Ａと同様の効果を有する。

エレメント２０Ｃのコンデンサ６０Ｃの容量は、コンデンサ６０等の容量と同様に、下部電極層１２と上部電極層１６との容量Ｃ０よりも大きいことが好ましく、特に好ましくは、容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下である。

なお、コンデンサ６０Ｃの容量を増加するために、下側電極６１と上側電極６２との間に、例えば、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）等からなる高誘電率層を配設してもよい。

ここで、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）を用いて、エレメント２０Ｃのセル１０Ｃの製造方法について説明する。
図１１（Ａ）に示すように、導電性のシリコン基板１１の表面に絶縁層１１Ａが形成される。絶縁層１１Ａは、酸化シリコンまたは窒化シリコン等からなり、厚さは１μｍ以上である。

次に、絶縁層１１Ａ上に、導電性材料をスパッタリング等で成膜した後、フォトリソグラフィーで下部電極層１２の形状のレジストマスクを配設し、エッチング処理後にレジストマスクを除去することにより、下部電極層１２が作製される。下部電極層１２は、モリブデン、タングステン、チタン、または、アルミニウム等からなり、厚さは０．２μｍ〜０．５μｍである。なお、下部電極層１２は、下部電極部１２Ａから下部配線部１２Ｂを介して延設された、コンデンサ６０Ｃの下側電極６１を有する。すなわち、下部電極部１２Ａおよび下部配線部１２Ｂの作製と同時に下側電極６１も作製される。

図１１（Ｂ）に示すように、絶縁層１１Ａおよび下部電極層１２の上に下部絶縁層１３が成膜される。下部絶縁層１３は、シリコン窒化物、または、シリコン酸化物等からなり、厚さは０．１μｍ〜０．２μｍである。

次に、下部絶縁層１３の上に犠牲層材料を成膜した後、フォトリソグラフィーでキャビティ１４の形状のレジストマスクを配設し、エッチング処理後にレジストマスクを除去することにより、犠牲層１４Ｘが作製される。犠牲層材料としては、エッチングにより、下部絶縁層１３および上部絶縁層１５と選択的に除去可能な材料から選択される。犠牲層１４Ｘの厚さ、すなわち、キャビティ１４の高さ、は、０．１μｍ〜０．３μｍである。

図１１（Ｃ）に示すように、犠牲層１４Ｘを覆うように上部絶縁層１５が成膜される。厚さが０．３μｍ〜０．７μｍの上部絶縁層１５は、例えば、引っ張り応力４００ＭＰａ以下の窒化シリコンからなる。

次に、上部絶縁層１５に、犠牲層１４Ｘにエッチング剤を流入するためのエッチングホール（不図示）が形成される。そして犠牲層１４Ｘが選択的にエッチングされることで、中空のキャビティ１４が形成される。

犠牲層１４Ｘの選択的エッチングには、例えば犠牲層１４Ｘとして酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用い、下部絶縁層１３および上部絶縁層１５として窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いた場合には、エッチング剤としてバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いる。また犠牲層１４Ｘとして導電性多結晶シリコンを用い、下部絶縁層１３および上部絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ化キセノンガス（ＸｅＦ_２）を用いる。

次に、下部電極層１２とほぼ同様の方法で上部電極層１６が作製される。上部電極層１６の厚さは０．３μｍ〜１μｍである。なお、上部電極層１６の上に、更に窒化チタン層を成膜してもよい。そして、上部電極部１６Ａおよび上部配線部１６Ｂの作製と同時に、コンデンサ６０Ｃの上側電極６２も作製される。

図１１（Ｄ）に示すように、上部電極層１６および上側電極６２を覆うように保護層１７が成膜される。保護層１７は、上部絶縁層１５と同様の方法および同様の材料により形成される絶縁層である。なお、保護層１７はＳｉＮ等からなる絶縁層の上に、更にポリパラキシリレン等の生体適合性のある外皮層が形成された２層構造であってもよい。保護層１７の厚さは０．２μｍ〜１．５μｍである。

最後に、図１１（Ｅ）に示すように、保護層１７に形成したビアホールに導電体を充填し層間配線１８、１９を形成する。そして、上側電極６２と層間配線１８を介して接続された外部電極２６Ａと、上部配線部１６Ｂと層間配線１９を介して接続された外部電極２６Ｂと、が配設される。外部電極２６Ａ、２６Ｂは、例えば、金パッドである。

上記工程により作製されたエレメント２０Ｃは、セル１０Ｃと一体形成されたコンデンサ６０Ｃを有する。

エレメント２０Ｃは、エレメント２０Ａと同じ効果を有し、更にコンデンサ６０を実装する必要がないので、エレメント２０Ａよりも製造が簡単である。

＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態の変形例のエレメントは、エレメント２０Ｃと同様に、絶縁層を介して対向する電極層からなるコンデンサの少なくとも一方の電極層が、下部電極層１２または上部電極層１６の作製と同時に作製される。
図１２に示す、第２実施形態の変形例１のエレメント２０Ｄのセル１０Ｄでは、下側電極６１Ｄと外部電極２６Ａとが平行平板型のコンデンサ６０Ｄを形成している。下側電極６１Ｄは、上部電極層１６と同時に作製される。

下側電極６１Ｄは、層間配線１８Ｄを介して下部電極層１２と接続されている。このため、エレメント２０Ｄの回路図は、図８に示したエレメント２０Ａの回路図とほぼ同じである。

図１３に示す、第２実施形態の変形例２のエレメント２０Ｅのセル１０Ｅでは、導電性のシリコン基板１１と、下部電極層１２と、が平行平板型のコンデンサ６０Ｅを形成している。

外部電極２６Ａは、層間配線１８Ｅを介してシリコン基板１１と接続されている。このため、エレメント２０Ｅの回路図は、図８に示したエレメント２０Ａの回路図とほぼ同じである。

図１４に示す、第２実施形態の変形例３のエレメント２０Ｆのセル１０Ｆでは、シリコン基板１１の絶縁層１１Ａ上の下側電極６５と、下側電極６５を覆う絶縁層６６と、を有し、下部電極層１２は絶縁層６６の上に作製されている。セル１０Ｆでは、下側電極６５と下部電極層１２とが平行平板型のコンデンサ６０Ｆを形成している。

下側電極６５は層間配線１８Ｆを介して外部電極２６Ａと接続されている。このため、エレメント２０Ｆの回路図は、図８に示したエレメント２０Ａの回路図とほぼ同じである。

図１５に示す、第２実施形態の変形例４のエレメント２０Ｇのセル１０Ｇでは、上部配線部１６Ｂから延設された下側電極６１Ｇと、外部電極２６Ｂと、が平行平板型のコンデンサ６０Ｇを形成している。下側電極６１Ｇは上部電極部１６Ａおよび上部配線部１６Ｂと同時に作製される。

下部電極層１２は層間配線１８Ｇを介して外部電極２６Ａと接続されている。このため、エレメント２０Ｆの回路図は、図７に示したエレメント２０の回路図とほぼ同じである。

図１６に示す、第２実施形態の変形例５のエレメント２０Ｈでは、セル１０Ｈは、上部配線部１６Ｂから延設された下側電極６１Ｇと、外部電極２６Ｂと、が平行平板型のコンデンサ６０ＨＢを形成しており、更に、上部電極層１６と同時に作製された上側電極６２Ｈと、下部配線部１２Ｂから延設された下側電極６１Ｈと、が平行平板型のコンデンサ６０ＨＡを形成している。

上側電極６２Ｈは層間配線１８Ｈを介して外部電極２６Ａと接続されている。このため、エレメント２０Ｈの回路図は、図９に示したエレメント２０Ｂの回路図とほぼ同じである。

エレメント２０Ｄ〜２０Ｈのコンデンサ６０Ｄ〜６０ＨＢは、エレメント２０Ｃのコンデンサ６０Ｃ等と同じ機能を有する。このため、エレメント２０Ｄ〜２０Ｈは、エレメント２０Ｃ等と同様の効果を有する。

なお、エレメント２０Ｄ〜２０Ｈでも、コンデンサ６０Ｄ〜６０ＨＢの容量は、コンデンサ６０等の容量と同様に、下部電極層１２と上部電極層１６との容量Ｃ０よりも大きいことが好ましく、特に好ましくは、容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の超音波内視鏡システム１Ｊについて説明する。超音波内視鏡システム１Ｊは、超音波内視鏡システム１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１７に示すように、超音波内視鏡システム１Ｊは、超音波観測装置３Ｊが、下部電極層１２と直列接続される電流遮断部であるコンデンサ６０Ｊを具備する。

すなわち、超音波観測装置３Ｊの電源３Ａと切替スイッチ３Ｂとの間に直列にコンデンサ６０Ｊが配設されている。そして超音波内視鏡２Ｊの超音波エレメント２０Ｊにはコンデンサは配設されていない。しかし、超音波内視鏡システム１Ｊの回路図は、図８に示した超音波内視鏡システム１Ａとほぼ同じである。

コンデンサ６０Ｊは、エレメント２０Ａのコンデンサ６０Ａ等と同じ機能を有する。このため、超音波内視鏡システム１Ｊは、エレメント２０Ａを具備する超音波内視鏡システム１Ａと同様の効果を有する。更に、超音波内視鏡システム１Ｊでは、１個のコンデンサ６０Ｊを超音波観測装置３Ｊに配設するだけでよいので製造が容易である。更に電流遮断部が配設されていない超音波内視鏡２Ｊを用いることができるため、超音波内視鏡システム１Ｊは汎用性が高い。

なお、切替スイッチ３Ｂと超音波エレメント２０Ｊとの間の内視鏡または超音波観測装置に、電流遮断機能を有する複数のコンデンサが、直列に配設されていてもよい。
すなわち、内視鏡または超音波観測装置が、下部電極層１２または上部電極層１６の少なくともいずれかと直列接続された直流電流を遮断するが直流電圧は遮断しない電流遮断部を有する超音波プローブシステムは、超音波内視鏡システム１Ａと同様の効果を有する。

更に、実施形態および変形例のエレメントは、図３に示した超音波内視鏡だけでなく、ＩＶＵＳ（ Intra Vascular Ultrasound ）、または、カプセル型超音波内視鏡等においても用いることができる。またラジアル型超音波ユニットのエレメントを例に説明したが、実施形態のエレメントは、コンベックス型超音波ユニットに用いることもできる。更に、実施形態のエレメントはＣＣＤ等の撮像部を有していない超音波プローブおよび超音波プローブシステムに用いることもできる。

すなわち、本発明は、上述した実施形態または変形例等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、および組み合わせ等が可能である。

１、１Ａ〜１Ｊ…超音波内視鏡システム、２、２Ｊ…超音波内視鏡、３、３Ｊ…超音波観測装置、３Ａ…電源、３Ｂ…切替スイッチ、３Ｃ…容量検出部、３Ｄ…制御部、３Ｊ…超音波観測装置、４…モニタ、１０、１０Ｃ〜１０Ｈ…セル、１１…シリコン基板、１１Ａ…絶縁層、１２…下部電極層、１３…下部絶縁層、１４…キャビティ、１４Ｘ…犠牲層、１５…上部絶縁層、１６…上部電極層、１７…保護層、１８、１９…層間配線、２０、２０Ａ〜２０Ｊ…超音波エレメント、２１…送受信部、２６Ａ、２６Ｂ…外部電極、３０…超音波ユニット、６０、６０Ａ〜６０Ｊ…コンデンサ、６１…下側電極、６２…上側電極、６４…ヒューズ、６５…下側電極、６６…絶縁層、８０…ケーブル、８１Ａ、８１Ｂ…導線

Claims (12)

1. 基体と、
   複数の下部電極部と、前記複数の下部電極部を接続する複数の下部配線部と、を有する、直流電圧が印加される下部電極層と、
   それぞれのキャビティを介して、それぞれの前記下部電極部と対向配置している複数の上部電極部と、前記複数の上部電極部を接続する複数の上部配線部と、を有する、接地電位となる上部電極層と、
   前記下部電極層または前記上部電極層の少なくともいずれかと直列接続された、直流電流のみを遮断する電流遮断部と、を具備することを特徴とする超音波エレメント。
2. 前記電流遮断部により、前記下部電極層と前記上部電極層とが短絡しても、前記上部電極層に前記直流電流が流れないことを特徴とする請求項１に記載の超音波エレメント。
3. 前記電流遮断部が、コンデンサであることを特徴とする請求項２に記載の超音波エレメント。
4. 前記コンデンサの容量Ｃ１が、前記上部電極層と前記下部電極層との間の容量Ｃ０より大きいことを特徴とする請求項３に記載の超音波エレメント。
5. 前記容量Ｃ１が、前記容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項４に記載の超音波エレメント。
6. 絶縁層を介して対向する電極層からなる前記コンデンサの少なくとも一方の電極層が、前記下部電極層または前記上部電極層の作製と同時に作製されることを特徴とする請求項５に記載の超音波エレメント。
7. 前記コンデンサが、表面実装されたコンデンサであることを特徴とする請求項５に記載の超音波エレメント。
8. 基体と、複数の下部電極部と前記複数の下部電極部を接続する複数の下部配線部とを有する、直流電圧が印加される下部電極層と、それぞれのキャビティを介して、それぞれの前記下部電極部と対向配置している複数の上部電極部と、前記複数の上部電極部を接続する複数の上部配線部とを有する接地電位となる上部電極層と、を具備する複数の超音波エレメントが配列された超音波ユニットを挿入部の先端部に有する超音波プローブと、
   前記超音波ユニットに電力を供給する電源と、前記超音波ユニットからの信号を検出する容量検出部と、前記電源および容量検出部を選択された超音波エレメントと接続する切替スイッチと、全体の制御を行う制御部と、を有する超音波観測装置と、を具備する超音波プローブシステムであって、
   前記超音波プローブまたは前記超音波観測装置が、前記下部電極層または前記上部電極層の少なくともいずれかと直列接続された直流電流のみを遮断する電流遮断部、を有することを特徴とする。
9. 前記電流遮断部により、前記下部電極層と前記上部電極層とが短絡しても、前記上部電極層に前記直流電流が流れないことを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブシステム。
10. 前記電流遮断部が、コンデンサであることを特徴とする請求項９に記載の超音波プローブシステム。
11. 前記コンデンサの容量Ｃ１が、前記上部電極層と前記下部電極層との間の容量Ｃ０より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブシステム。
12. 前記容量Ｃ１が、前記容量Ｃ０の３倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波プローブシステム。

Images