JP2013229829A - Electromechanical conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型超音波変換素子などの電気機械変換装置、及びそれを用いた被検体診断装置などの装置に関する。 The present invention relates to an electromechanical transducer such as a capacitive ultrasonic transducer and a device such as a subject diagnostic apparatus using the electromechanical transducer.
近年、マイクロマシンニング工程を用いて作製される静電容量型電気機械変換装置が盛んに研究されていて、これに関しての提案がある(特許文献1参照)。通常の容量型電気機械変換装置は、下部電極と所定の間隔を保って支持された振動膜と振動膜の表面に配設される上部電極とを含むセルを複数有する電気機械変換エレメントを備えている。これは、例えば、容量型超音波変換素子(CMUT:Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer)などとして用いられる。こうしたCMUTは、軽量の振動膜を用いて音響波を送信または受信し、液中及び空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。このCMUTを利用すると、従来の医療診断より高精度な診断が可能となるため、有望な技術として注目されつつある。なお、本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含む。例えば、測定対象内部に可視光線や赤外線等の光(電磁波)を照射して測定対象内部で発生する音響波や、測定対象内部に音響波を送信して測定対象内部で反射する反射音響波などを含む。以下の説明では、音響波を代表して超音波と言う場合もある。 In recent years, a capacitive electromechanical transducer manufactured using a micromachining process has been actively researched, and there is a proposal regarding this (see Patent Document 1). An ordinary capacitive electromechanical transducer includes an electromechanical transducer element having a plurality of cells including a lower electrode, a vibrating membrane supported at a predetermined interval, and an upper electrode disposed on the surface of the vibrating membrane. Yes. This is used, for example, as a capacitive ultrasonic transducer (CMUT: Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer). Such a CMUT transmits or receives an acoustic wave using a lightweight vibrating membrane, and can easily obtain a CMUT having excellent broadband characteristics in liquid and air. When this CMUT is used, diagnosis with higher accuracy than conventional medical diagnosis is possible, and therefore, it is attracting attention as a promising technology. In addition, in this specification, an acoustic wave includes what is called a sound wave, an ultrasonic wave, and a photoacoustic wave. For example, an acoustic wave generated inside the measurement target by irradiating the measurement target with light (electromagnetic wave) such as visible light or infrared, or a reflected acoustic wave transmitted inside the measurement target and reflected inside the measurement target including. In the following description, an acoustic wave may be referred to as an ultrasonic wave.
また、超音波画像の取得を目的としてCMUT、IC、配線等を実装した装置の例として非特許文献1に記載された例がある。さらに、一度に多くの情報を得るために電気機械変換エレメントを2次元に配列した装置の提案がある(特許文献2参照)。 In addition, there is an example described in Non-Patent Document 1 as an example of an apparatus in which CMUT, IC, wiring, etc. are mounted for the purpose of acquiring an ultrasonic image. Furthermore, there is a proposal of an apparatus in which electromechanical conversion elements are arranged two-dimensionally in order to obtain a large amount of information at once (see Patent Document 2).
以上の様な測定装置の使用において、超音波の到達する方向にあるセンサと音源の間に、音響インピーダンスが不連続に変化する面である界面が存在すると、そこで超音波の反射が発生することがある。特にセンサ面と界面の間で超音波が減衰しにくい場合、センサ面と界面との間での多重反射が発生してこの反射波がセンサに遅延を伴った偽信号として入射してしまいノイズとなることがある。 In the use of the measurement device as described above, if there is an interface between the sensor and the sound source in the direction in which the ultrasonic waves reach, the surface where the acoustic impedance changes discontinuously, the ultrasonic waves are reflected there. There is. In particular, when the ultrasonic wave is difficult to attenuate between the sensor surface and the interface, multiple reflections occur between the sensor surface and the interface, and this reflected wave enters the sensor as a false signal with a delay. May be.
一般にCMUTの電気機械変換エレメントはシリコンウェハ上に作成される。そのエレメントの上には、保護層を設ける場合がある。また、超音波診断として測定対象内部に可視光線や赤外線等の光を照射して、測定対象内部で発生する光音響波を受信する場合は、音源とCMUTのエレメントの間に光反射体を設ける場合がある。このような保護層や光反射体は、センサ面と音源との間に界面を形成する。従って、それに起因する多重反射による遅延を伴った超音波信号を発生させ、これは、測定装置で画像再構成を行う際の解像度を低下させ、尾引きと呼ばれる偽映像を発生させる要因となる。 In general, the electromechanical conversion element of CMUT is formed on a silicon wafer. A protective layer may be provided on the element. In addition, in the case of receiving a photoacoustic wave generated inside a measurement target by irradiating the measurement target with light such as visible light or infrared as an ultrasonic diagnosis, a light reflector is provided between the sound source and the CMUT element. There is a case. Such a protective layer or light reflector forms an interface between the sensor surface and the sound source. Therefore, an ultrasonic signal with a delay due to multiple reflection caused by it is generated, which lowers the resolution when image reconstruction is performed by the measuring apparatus, and causes a false image called tailing.
また、被検体などから生じた超音波は、センサ面の振動膜以外の部分で反射されることがある。センサ面には、エレメントに接続される配線が設置されていて、実際には振動膜でない部分がセンサ面の30%程度存在する。そのため、入射した超音波の30%程度が音源方向に戻り、界面で反射してその何割かが再び振動膜を振動させることになり得る。こうした配線は通常金属からなり、配線による超音波の反射はシリコン基板面より高くなる。 In addition, ultrasonic waves generated from the subject or the like may be reflected by portions other than the vibration film on the sensor surface. On the sensor surface, wiring connected to the element is installed, and there is actually about 30% of the sensor surface that is not a vibration film. For this reason, about 30% of the incident ultrasonic waves return to the sound source direction, and are reflected at the interface, and some of them can vibrate the vibrating membrane again. Such wiring is usually made of metal, and the reflection of ultrasonic waves by the wiring is higher than the surface of the silicon substrate.
上述の様に、センサとして機能する振動膜に入射する信号波はできるだけ減衰させず且つ反射波は極力小さくすることが求められている。そのために振動膜以外での音響波の反射を抑制することが課題となっていた。 As described above, it is required that the signal wave incident on the vibration film functioning as a sensor is not attenuated as much as possible and the reflected wave is made as small as possible. Therefore, it has been a problem to suppress reflection of acoustic waves from other than the vibrating membrane.
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は、基板上に、電気機械変換エレメントと、該電気機械変換エレメントに接続され少なくとも受信した音響波による電気信号を伝送する配線とが設けられた電気機械変換装置であって、前記配線上に、音響波を減衰する減衰層が設けられていることを特徴とする。 In view of the above-described problems, an electromechanical transducer according to the present invention is an electrical machine in which an electromechanical transducer element and a wiring that is connected to the electromechanical transducer element and transmits at least received electrical signals based on acoustic waves are provided on a substrate. In the mechanical conversion device, an attenuation layer that attenuates an acoustic wave is provided on the wiring.
本発明によれば、配線上に上記の如き減衰層が設けられるので、静電容量型超音波プローブなどで用いられる電気機械変換装置が受信する信号の不要信号、ノイズを低減することができる。このことにより、画像診断装置等のプローブに本発明の電気機械変換装置を使用した場合に、画像のコントラストや解像度の向上、偽画像の排除などの効果が期待できる。 According to the present invention, since the attenuation layer as described above is provided on the wiring, it is possible to reduce unnecessary signals and noise of the signal received by the electromechanical transducer used in the capacitive ultrasonic probe and the like. As a result, when the electromechanical transducer of the present invention is used for a probe such as an image diagnostic apparatus, effects such as an improvement in image contrast and resolution and elimination of false images can be expected.
本発明は、電気機械変換エレメントに接続され少なくとも受信した音響波による電気信号を伝送する配線上に、音響波を減衰する減衰層が設けられることを特徴とする。減衰層は、音源側に戻ろうとする音響波を減衰すればよいので、減衰のプロセスは問わず、音響波を吸収したり、散乱ないし拡散させたりすればよい。その音響波減衰率は大きいほど好ましいが、保護層が設けられる場合においては、保護層よりは大きい音響波減衰率を有すればよい。例えば、減衰層が音響波吸収層である場合、吸収層は、例えば、接する物質との音響インピーダンスの差が20%程度以内であり、音響波減衰率が3[dB/cm]程度以上である。また、本発明は、後述の実施形態で説明する静電容量型電気機械変換装置に限られず、圧電型電気機械変換装置などに適用することもできる。通常、エレメントを複数配列するために基板上に配線を設ける必要があるが、そこでの音響波の反射波が遅延を伴ってセンサ面に再入射してノイズ等となってしまいやすい。しかし、本発明の様に配線上に音響波を減衰する減衰層を配置し音響波の戻りを低減させることで、再びセンサ面に入射することが軽減される。 The present invention is characterized in that an attenuation layer for attenuating an acoustic wave is provided on a wiring that is connected to the electromechanical conversion element and transmits at least the electrical signal of the received acoustic wave. Since the attenuation layer only needs to attenuate the acoustic wave that is going to return to the sound source side, the acoustic wave may be absorbed, scattered, or diffused regardless of the attenuation process. The larger the acoustic wave attenuation rate, the better. However, in the case where a protective layer is provided, the acoustic wave attenuation rate may be larger than that of the protective layer. For example, when the attenuation layer is an acoustic wave absorption layer, the absorption layer has, for example, a difference in acoustic impedance with a substance in contact thereof within about 20% and an acoustic wave attenuation rate of about 3 [dB / cm] or more. . Further, the present invention is not limited to the capacitance type electromechanical transducer described in the embodiments described later, and can also be applied to a piezoelectric electromechanical transducer. Usually, it is necessary to provide wiring on the substrate in order to arrange a plurality of elements, but the reflected wave of the acoustic wave there is likely to be incident on the sensor surface with a delay and become noise or the like. However, by arranging an attenuation layer for attenuating the acoustic wave on the wiring as in the present invention to reduce the return of the acoustic wave, the incidence on the sensor surface again can be reduced.
以下、本発明の実施形態を説明する。図1(a)は静電容量型超音波変換素子等の電気機械変換装置の一実施形態の半導体基板を示している。本実施形態では、基板100上に、センサにあたる容量型超音波振動子等のセルが少なくも一つ以上集まって構成されたエレメント101が2次元アレイ状に複数並び、それぞれのエレメントからの配線102が基板周辺に配置された電極103に接続されている。配線102は、隣接する電気機械変換エレメント101の間に位置している。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1A shows a semiconductor substrate of an embodiment of an electromechanical transducer such as a capacitive ultrasonic transducer. In the present embodiment, a plurality of
図1(b)に示すように通常はエレメント101を保護する保護層201を設ける。保護層201は、入射してくる超音波を通過させる必要があるので、超音波に対して減衰の少ない材料を用いるのが好ましい。また、音源からの超音波の伝搬媒質(不図示)を用いる場合、伝搬媒質と保護膜201との音響インピーダンスの差から生じる超音波の反射を少なくするため、保護膜201の音響インピーダンスは、保護膜201が接する伝搬媒質と近いのが望ましい。例えば、被検体が生体組織であるとき、その音響インピーダンスは水(音響インピーダンスが1.5MRayls)に近い。そのため、伝搬媒質は、音響インピーダンスが水に近いものとして、水やシリコンゲルなどが利用される。従って、伝搬媒質に接する保護膜201は、伝搬媒質に近い音響特性であることが好ましく、音響インピーダンスがおよそ1〜3MRaylsの範囲にあるものがよい。例えば、シリコーンやフロロシリコーン、クロロプレン、ウレタン等を使用することができる。
As shown in FIG. 1B, a
上記構成を基本構成として有する実施形態1の断面構造を図2(a)に示す。静電容量型超音波振動子であるセルを複数含むエレメント101の上面には保護膜201が形成され、配線102はあるがエレメント101は無い半導体基板100の部分の上面には反射波吸収層などである減衰層301が形成される。ここでは、保護膜201は、エレメント101及び減衰層301上に全体的に形成されている。また、減衰層301は、減衰層301と保護膜201との界面で超音波を反射しにくいことが好ましい。すなわち、減衰層301は、音響インピーダンスが保護膜201に近く、かつ超音波を吸収しやすいことが好まし。そのような材料は、保護膜201で用いられる樹脂に金属などの微粒子を分散させることにより実現することができる。微粒子としてはタングステン、アルミニウム、鉄、銅、白金やその化合物などが適している。微粒子の濃度を変えることにより音響波の反射の抑制と吸収を調整することができる。本実施形態において、減衰層301の表面を、入射する音響波を散乱したり拡散したりするために、凹凸の粗面などにすることもできる。
FIG. 2A shows a cross-sectional structure of the first embodiment having the above configuration as a basic configuration. A
実施形態1とは基板上の層構成が異なる実施形態2の断面構造を図2(b)に示す。本実施形態では、配線102上の減衰層301と保護膜201との上に光反射体401が配置されている。減衰層301の上面と保護膜201の上面とは同レベルで平坦になっていて、その平坦面上に光反射体401が形成されている。光反射体401は、測定対象からの散乱光や測定対象を励起する光源からの光を反射するものであり、こうした光の波長における反射率が高いことが好ましい。通常は可視光から赤外線領域の光が用いられることが多く、光反射体401の反射膜としては、Au膜やAu合金膜、Ag膜等が適している。この様な光反射体では、典型的には反射膜は樹脂フィルム等の上に形成される。この樹脂フィルムとしては、ポリメチルペンテン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、エチルビニルアセテート、アクリル樹脂等のフィルムを用いることができる。光反射体は、図2(a)の構成の保護層上に配置することもできる。この様に、減衰層と保護層のうちの少なくとも一方に、光反射体を設けることができる。
FIG. 2B shows a cross-sectional structure of the second embodiment that is different from the first embodiment in the layer configuration on the substrate. In the present embodiment, the
反射波吸収層などの減衰層301としては、超音波を吸収しやすい材料が好ましい。また減衰層301は、減衰層301と保護膜201との界面及び減衰層301と伝搬媒質との界面で超音波を反射しにくいことが好ましい。すなわち、音響インピーダンスが伝搬媒質や保護膜201に近く、かつ超音波を吸収しやすいことが好ましく、そのような材料として、実施形態1のところで挙げたものがある。
The
減衰層301は、実施形態1の様に保護膜201に被覆されてもよいし、図2(c)に示す様に保護膜201には被覆されずに配置されてもよい。エレメント101上にある保護膜201の厚みは超音波の減衰を少なくするために薄いほうが好ましく、減衰層301は超音波を減衰するためには厚いほうが好ましい。この様に、減衰層301の厚さは厚い方が音響波の反射の減衰量が大きくなり好ましいが、反面、あまり厚くするとエレメント101に入射する信号自体を遮ってしまったり送信時の信号を遮ぎってしまったりするため、アスペクト比を考慮する必要がある。
The
係る状況を図2(c)を用いて説明する。ただし、図2(c)の実施形態3は、保護膜201と反射体401が無く、配線102上に減衰層301が設けられた形態である。この様な形態も本発明に含まれる。
Such a situation will be described with reference to FIG. However, Embodiment 3 in FIG. 2C is a form in which the
図2(c)に示す様に、電気機械変換エレメント101の静電容量型超音波振動子(セル)の音響波ビームの指向角をβ(rad)とする。指向角とは、エレメントのセルから発生する音響波のメインローブを囲む角度の半分をいう。指向角は、音響波の周波数、セルサイズ、伝搬媒質の音速から求めることができる。また、基板上でセルの無い無効領域の面積の基板面積に対する無効領域比率をαとする。無効領域は、配線のある領域を含む領域である。エレメント領域(エレメントとその周りの配線部分を含む領域)の形状が一辺Lの正方形の場合(つまり電気機械変換エレメント間の長さ(ピッチ)がLの場合)、無効となる領域の幅の長さをaとすると、2a=√α*Lとなる。このとき、エレメント101の中心から端までの距離bはb=(L-2a)/2となり、減衰層301の厚さをdとすると、d<b*tan(π/2-β)となるように膜厚を制限することが好ましい。
As shown in FIG. 2C, the directivity angle of the acoustic wave beam of the capacitive ultrasonic transducer (cell) of the
以上のことをまとめると、基板上でセルの無い無効領域の面積の基板面積に対する無効領域比率をα、電気機械変換エレメント間の長さ(ピッチ)をL(m)、電気機械変換エレメントのセルの音響波ビームの指向角をβ(rad)とするとき、減衰層の厚みd(m)は次の条件を満たすのが良い。
d<(L/2)*(1-√α)*tan(π/2-β)
Summarizing the above, the ratio of the invalid area to the substrate area of the invalid area without cells on the substrate is α, the length (pitch) between the electromechanical conversion elements is L (m), and the cells of the electromechanical conversion element When the directivity angle of the acoustic wave beam is β (rad), the thickness d (m) of the attenuation layer should satisfy the following condition.
d <(L / 2) * (1-√α) * tan (π / 2-β)
エレメントの形状は必ずしも正方形である必要はない。長方形の場合は、各々の辺に関して、同様のことが言えるので、そのうちの小さい膜厚を選択することが好ましい。また、円形の場合は、その直径をもって同様に上限の膜厚を求め、多角形の場合は、その面積に相当する円の直径をもって同様に上限の膜厚を求めることができる。 The shape of the element is not necessarily square. In the case of a rectangle, the same can be said for each side, so it is preferable to select a small film thickness. In the case of a circle, the upper limit film thickness can be similarly determined from the diameter, and in the case of a polygon, the upper limit film thickness can be similarly determined from the diameter of a circle corresponding to the area.
例えば、セルを含む各エレメント101あたりの大きさが約1mmであり、扱う超音波の周波数を1MHz付近、伝搬速度を約1000m/sとすると、セルの指向性が決まり、βは、セルの鉛直方向に対して±30°となる。有効領域を70%(無効領域は30%)とし、一辺1mmのエレメント101ならば、上記条件式に従って減衰層301の厚さは720μm以下にする必要がある。減衰層301を形成する超音波減衰材は、伝搬媒質と略同一の音響インピーダンスを持つことが適している。超音波減衰材の厚さは、前述したものより厚くすることには限りがあるため、単位厚さあたりの減衰率が大きなポリウレタン(14〜36dB/cm/MHz)やシリコンゴム(5MHzにおいて15〜27dB/cm)など15dB/cm以上の減衰率のものを用いることが好ましい。しかし、これには限定されない。また、金属微粒子としてタングステンなどの微粒子を分散させることにより、減衰率を大きくすることもできる。
For example, if the size of each
実際のプローブの構成例を図3に示す。この構成では、基板上のエレメントの保護膜201上に、光音響波の励起源であるレーザ光に対する反射膜601を設置し、レーザ光による偽信号の発生の抑制を施した電気機械変換装置としている。これを、初段増幅基板格納部603である筐体と機械的に結合する保持部602の端部に設置している。保持部602の内部の配線を通して、上記電気機械変換装置を格納部603内の初段増幅部と電気的に接続し、初段増幅部に信号を伝達している。
A configuration example of an actual probe is shown in FIG. In this configuration, as an electromechanical transducer in which a reflection film 601 for laser light, which is a photoacoustic wave excitation source, is installed on the
以下、図を用いてより具体的な実施例を説明する。
(実施例1)
図4に示す様に、実施例1の容量型超音波変換素子のエレメント705では、基板701上の第一電極702とメンブレン707上の第二電極703とがキャビティ704を隔てて対向して設けられている。基板701はシリコンウェハを用いている。第一電極702、第二電極703はTi膜を用いたが、他の電極材料であっても構わない。第一と第二の電極の間には絶縁膜706であるシリコン酸化膜が配置されている。第二電極703はメンブレン707の上に配置され、配線102を介して第二電極703の電極パッド709に接続される。第一電極702は第一電極の電極パッド708に接続される。容量型電気機械変換装置の最小単位であるセルが、第二電極703により4個接続されていて、一つのエレメント705となっている。勿論、エレメント705の構成はこれに限らず、適宜構成することができる。ここでは、メンブレン707はシリコン窒化膜を用いている。
Hereinafter, more specific examples will be described with reference to the drawings.
Example 1
As shown in FIG. 4, in the
このような容量型電気機械変換装置の基板上のエレメント705間の配線102上に、市販の熱硬化性ウレタンをスクリーン印刷にて塗布して硬化させ減衰層を形成した。ウレタン樹脂には、予めタングステンの微粒子を分散させた。濃度は10〜30wt%の範囲で微粒子を入れた。次に、タングステンを分散していないウレタン樹脂をスクリーン印刷にて塗布して保護層を形成し、前述のタングステン分散ウレタン樹脂の減衰層を保護層で被覆し、図2(a)に示すような断面構成の容量型電気機械変換装置を得た。このように配線102の部分に減衰層301を設けた容量型電気機械変換装置にて、水中で超音波の受信を行ったところ、ノイズの少ない良好な受信信号が得られた。
On the
(実施例2)
実施例2も、実施例1と同様に容量型電気機械変換装置を形成した。次に、基板701上に市販の厚膜レジストを塗布しパター二ングを行って、エレメント部の上に開口部分を作成した。そして、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を前記開口部分に充填して熱硬化し保護層を形成した。
(Example 2)
In Example 2, a capacitive electromechanical transducer was formed as in Example 1. Next, a commercially available thick film resist was applied onto the substrate 701, and patterning was performed to create an opening on the element portion. Then, polydimethylsiloxane (PDMS) was filled in the opening and thermally cured to form a protective layer.
次に、レジストを剥離し、シリカ粒子を分散させたポリジメチルシロキサンを残った部分に充填して熱硬化し減衰層を形成した。続いて、Au膜を蒸着したPETフィルムを、前記ポリジメチルシロキサンを硬化したシリコーン表面に接着剤を用いて接着し、光反射体を形成した。このようにして図2(b)に示すような断面構成をした容量型電気機械変換装置を得た。このように配線102の部分に減衰層301を設けた容量型電気機械変換装置にて、水中で超音波ファントムに光照射し光音響波を発生させて、その受信を行ったところ、ノイズの少ない良好な受信信号が得られた。
Next, the resist was peeled off, and the remaining portion was filled with polydimethylsiloxane in which silica particles were dispersed, followed by thermosetting to form an attenuation layer. Subsequently, the PET film on which the Au film was vapor-deposited was adhered to the silicone surface cured with the polydimethylsiloxane using an adhesive to form a light reflector. In this way, a capacitive electromechanical transducer having a cross-sectional configuration as shown in FIG. 2B was obtained. In this way, in the capacitive electromechanical transducer having the
(実施例3)
実施例3も、実施例1と同様に容量型電気機械変換装置を形成した。次に、基板上に、厚膜レジスト(例えば東京応化工業 TMMR S2000,JSR THB-430H)を用いて保護膜に相当する膜厚の層を塗布し、パター二ングし、エレメント部の上に開口部分を形成した。ポリジメチルシロキサンを前記開口部分に充填して、熱硬化することより保護膜を作成した。その上に更にレジストを塗布してパター二ングし、配線102の部分上のレジストを残し、これを減衰層とした。減衰層の厚さはレジストの塗布厚により制御することができる。このようにして、図2(c)に示すような断面構成(ただし本実施例ではエレメント101上に保護層がある)の電気機械変換装置を形成した。
(Example 3)
In Example 3, a capacitive electromechanical transducer was formed in the same manner as in Example 1. Next, a thick film resist (for example, Tokyo Ohka Kogyo TMMR S2000, JSR THB-430H) is applied on the substrate, and a layer corresponding to the protective film is applied, patterned, and opened on the element portion. Part was formed. A protective film was prepared by filling the opening with polydimethylsiloxane and thermosetting. A resist was further applied thereon and patterned to leave a resist on the portion of the
ここでは、エレメントピッチを1mmとして、膜厚700μmの減衰層を形成した。この静電容量型電気機械変換装置にて、水中で超音波の受信を行ったところ、ノイズの少ない良好な信号が得られた。また、超音波の送信を行っても、出力が減少することなく、減衰層が送信ビームを妨げていないことが確認できた。 Here, an attenuation layer having a film thickness of 700 μm was formed with an element pitch of 1 mm. With this capacitive electromechanical transducer, when an ultrasonic wave was received in water, a good signal with little noise was obtained. Further, even when ultrasonic waves were transmitted, it was confirmed that the output did not decrease and the attenuation layer did not block the transmission beam.
(実施例4)
図5に、本発明の実施例4である被検体診断装置ないし光音響測定装置を示す。光源50は、例えば、レーザ光を発生する光源であり、光24は例えばパルス状のレーザ光である。
Example 4
FIG. 5 shows a subject diagnostic apparatus or photoacoustic measurement apparatus that is Embodiment 4 of the present invention. The
この装置において、被検体17に向かって光源50から発せられた照射光24が被検体内部の光吸収体51にあたることによって、光音響効果により光音響波とよばれる音響波52が発せられる。この音響波52の周波数は、光吸収体51を構成する物質や個体の大きさによって異なるが300kHz乃至10MHz程度である。音響波52は、その伝搬の良好な音響インピーダンスマッチング材25を通り、本発明の電気機械変換装置53で検出される。電流電圧増幅された信号は、信号線54を介して信号処理部55に送られる。検出された信号は、信号処理部55で信号処理され、被検体の物理情報が抽出される。信号処理部55は主に計算機であるが、一部は集積回路になっていてもよく、2次元や3次元のイメージの再構成が可能なものである。本発明の電気機械変換装置53を用いることで、ノイズの少ない良好な信号が得られ、画像のコントラストや解像度の向上、偽画像の排除が達成された。勿論、本発明の電気機械変換装置は、音響波があてられた被検体からの音響波を検出する被検体診断装置で用いることもできる。ここでも、被検体からの音響波を電気機械変換装置で検出し、変換された信号を信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得する。
In this apparatus, the
本発明の電気機械変換装置は、生体などの測定対象内の情報を得る光イメージング装置や、従来の超音波診断装置などに適用することができる。更に、超音波探傷機など、他の用途にも適応することもできる。 The electromechanical transducer of the present invention can be applied to an optical imaging apparatus that obtains information in a measurement target such as a living body, a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, and the like. Furthermore, it can be applied to other applications such as an ultrasonic flaw detector.
100・・基板、101・・エレメント(静電容量型超音波変換素子)、102・・配線、201・・保護膜、301・・減衰層、401・・光反射体
100 ... Board, 101 ... Element (capacitive ultrasonic transducer), 102 ... Wiring 201 ...
Claims (10)
前記配線上に、音響波を減衰する減衰層が設けられていることを特徴とする電気機械変換装置。 An electromechanical conversion device provided on a substrate with an electromechanical conversion element including a cell, and a wiring connected to the electromechanical conversion element and transmitting an electric signal by at least received acoustic waves,
An electromechanical conversion device, wherein an attenuation layer for attenuating acoustic waves is provided on the wiring.
前記配線は、隣接する前記電気機械変換エレメントの間に位置していて、少なくとも該配線上に前記減衰層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置。 A plurality of the electromechanical transducer elements are provided on the substrate;
2. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the wiring is located between the adjacent electromechanical transducer elements, and the attenuation layer is provided on at least the wiring.
d<(L/2)*(1-√α)*tan(π/2-β)
であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電気機械変換装置。 The thickness d (m) of the attenuation layer is such that the invalid area ratio of the area of the invalid area without cells on the substrate to the area of the substrate is α, the length between the electromechanical conversion elements is L (m), and When the directivity angle of the acoustic beam of the electromechanical transducer element cell is β (rad),
d <(L / 2) * (1-√α) * tan (π / 2-β)
The electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記電気機械変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有し、
被検体からの音響波を前記電気機械変換装置で検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得することを特徴とする被検体診断装置。 The electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 8,
A signal processing unit for processing a signal output from the electromechanical transducer;
Have
An object diagnostic apparatus characterized in that an acoustic wave from a subject is detected by the electromechanical conversion device, and information inside the subject is acquired by processing the converted signal by the signal processing unit.
パルス状に光を発生する光源と、
前記電気機械変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有し、
該光源から発せられて被検体にあてられた前記光によって生じる光音響波を前記電気機械変換装置で検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得することを特徴とする被検体診断装置。 The electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 8,
A light source that generates light in pulses;
A signal processing unit for processing a signal output from the electromechanical transducer;
Have
A photoacoustic wave generated by the light emitted from the light source and applied to the subject is detected by the electromechanical conversion device, and the converted signal is processed by the signal processing unit to acquire information inside the subject. An object diagnostic apparatus characterized by:
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- 2012-04-26 JP JP2012101892A patent/JP2013229829A/en active Pending
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