JP2013519328A - 後面音響整合層を利用した超音波プローブ - Google Patents

Abstract

超音波プローブに関し、超音波の信号強度を増加させることができると共に、超音波の波形特性を向上させることができる、圧電セラミックの両面に音響整合層が形成された超音波プローブを提供する。
後面ブロックの上部に後面音響整合層が形成される。圧電セラミックは、後面音響整合層の上部に形成される。前面音響整合層は、圧電セラミックの上部に形成される。そして、音響レンズは、前面音響整合層の上部に形成される。特に後面音響整合層は、後面ブロックに伝搬される超音波を音響レンズ側に反射させて使用することによって、超音波の信号強度を増加させ、後面音響整合層から所望しない反射を除去し、一般的に圧電セラミックと音響インピーダンスの差を大きくして反射される信号を大きくする構造とは異なって、超音波の波形特性を向上させることができる。この際、前面及び後面音響整合層は、少なくとも１層以上で形成されることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波プローブに関し、より詳細には、超音波検査装置に接続され、信号強度と波形特性が向上した超音波を送受信する超音波プローブに関する。

超音波は、人体または動物の内部を検査するか、金属またはプラスチックのような固体の厚さや内部結合を非破壊方式で測定する場合に使用され、作業者が容易に取り扱うことができるようにプローブ（以下、”超音波プローブ”という）形態で具現される。

このような超音波プローブは、後面ブロック上に圧電セラミックが形成され、圧電セラミックの上に複数層の音響整合層が形成され、音響整合層上に音響レンズが形成された構造を有する。したがって、圧電セラミックで発生する超音波のうち後面ブロック側に伝搬される超音波は、後面ブロックが吸収し、音響整合層側に伝搬される超音波は、音響整合層及び音響レンズを介して被検査体に伝達される。

このような従来の超音波プローブは、圧電セラミックで発生する超音波のうち後面ブロック側に伝搬される超音波は、後面ブロックに吸収されるので、音響レンズを介して伝搬される超音波の信号強度を増加させることに限界がある。または音響レンズを介して伝搬される超音波は、帯域幅が狭くて、波形特性が劣化する問題点を有している。

したがって、本発明の目的は、超音波の信号強度を増加させることができると共に、超音波の波形特性を向上させることができる、圧電セラミックの両面に音響整合層が形成された超音波プローブを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、後面ブロック、後面音響整合層、圧電セラミック、前面音響整合層及び音響レンズを含む超音波プローブを提供する。前記後面音響整合層は、前記後面ブロックの上部に形成される。前記圧電セラミックは、前記後面音響整合層の上部に形成される。前記前面音響整合層は、前記圧電セラミックの上部に形成される。そして、前記音響レンズは、前記前面音響整合層の上部に形成される。

本発明による超音波プローブにおいて、前記後面音響整合層及び前記前面音響整合層は、少なくとも１層で形成されることができる。

本発明による超音波プローブにおいて、前記後面音響整合層は、前記圧電セラミックの後面に形成された第１後面音響整合層と、前記第１後面音響整合層と前記後面ブロックとの間に形成された第２後面音響整合層とを含むことができる。

本発明による超音波プローブにおいて、前記前面音響整合層は、前記圧電セラミックの前面に形成された第１前面音響整合層と、前記第１前面音響整合層と前記音響レンズとの間に形成された第２前面音響整合層とを含むことができる。

本発明による超音波プローブは、前記後面音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成され、前記圧電セラミックに接続される柔軟性印刷回路基板をさらに含むことができる。

また、本発明による超音波プローブは、前記前面音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成され、前記柔軟性印刷回路基板の接地パターンに接合される接地板をさらに含むことができる。

本発明による超音波プローブは、圧電セラミックを中心にして両面に音響整合層が形成された構造を有するので、圧電セラミックの前面から伝搬される超音波と、圧電セラミックの後面に形成された音響整合層に反射されて前面に伝搬される超音波の音響整合を用いて超音波の信号強度を増加させることができると共に、超音波の波形特性を向上させることができる。

本発明の実施例による超音波プローブを示す断面図である。 図１の圧電セラミックで発生する超音波の流れを示す例示図である。 本発明の他の実施例による超音波プローブを示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例をより詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例による超音波プローブ１００を示す断面図である。図２は、図１の圧電セラミック３０で発生する超音波の流れを示す例示図である。一方、図２では、圧電セラミック３０で発生する超音波３１が伝搬される方向を示すために、柔軟性印刷回路基板６０の図示を省略した。

図１及び図２を参照すれば、本発明の実施例による超音波プローブ１００は、後面ブロック１０、後面音響整合層２０、圧電セラミック３０、前面音響整合層４０及び音響レンズ５０を含み、柔軟性印刷回路基板６０をさらに含むことができる。後面音響整合層２０は、後面ブロック１０の上部に形成される。圧電セラミック３０は、後面音響整合層２０の上部に形成される。前面音響整合層４０は、圧電セラミック３０の上部に形成される。そして、音響レンズ５０は、前面音響整合層４０の上部に形成される。この際、柔軟性印刷回路基板６０は、後面音響整合層２０と圧電セラミック３０との間に形成され、圧電セラミック３０に電気的に接続される。

このように本実施例によるプローブ１００は、圧電セラミック３０の両面に音響整合層２０、４０が形成された構造を有するので、圧電セラミック３０で発生する超音波３１のうち前面に伝搬される第１超音波３２と圧電セラミック３３の後面に伝搬される第２超音波３３は、後面音響整合層２０に反射されて前面に伝搬される第３及び第４超音波３５、３６の音響整合を用いて音響レンズ５０を介して伝搬される超音波の信号強度を増加させることができると共に、超音波の波形特性を向上させることができる。

以下、本実施例による超音波プローブ１００について詳しく説明する。

後面ブロック１０は、後面音響整合層２０の下部に形成され、後面音響整合層２０上の圧電ウェーハ３０で発生する超音波３１のうち後面音響整合層２０を通過して伝搬される超音波３４を吸収する。後面ブロック１０の素材としては、吸音性に優れたゴムまたはグラファイトが使用されることができる。

後面音響整合層２０は、圧電ウェーハ３０と後面ブロック２０との間に形成され、圧電ウェーハ３０の後面側に伝搬される第２超音波３３を圧電ウェーハ３０の前面に伝搬される第１超音波３２と音響整合させる。この際、後面音響整合層２０は、１層以上で形成されることができ、本実施例では、２層で形成された例を開示した。すなわち後面音響整合層２０は、圧電セラミック３０の後面に形成された第１後面音響整合層２１と、第１後面音響整合層２１と後面ブロック１０との間に形成された第２後面音響整合層２３とを含む。第１後面音響整合層２１は、圧電セラミック２０の後面に伝搬される第２超音波３３を圧電セラミック３０の前面に伝搬される第１超音波３２と音響整合が行われることができるように、第３超音波３５の音響インピーダンスを変化させて、最終的に音響レンズ５０を通過して出力される超音波の波形特性を向上させる。そして、第２後面音響整合層２３は、第１後面音響整合層２１を通過した第４超音波３６を圧電ウェーハ３０の前面に伝搬される第１超音波３２と音響整合が行われることができるように音響インピーダンスを変化させて、最終的に音響レンズ５０を通過して出力される超音波の信号強度を増加させる。一方、後面音響整合層２０は、メタルパウダー、セラミックパウダー、シリコーンウェーハなどで製造されることができる。

圧電セラミック３０は、圧電効果による超音波３１を発生させ、スキャン方向に対して複数の素子に分割されている。圧電セラミック３０の前面及び後面には、電極が形成されている。圧電セラミック３０の素材としては、ＰＺＴなどのセラミック素材とＰＭＮ＿ＰＴなどの単結晶素材が使用されることができる。

前面音響整合層４０は、圧電セラミック３０と音響レンズ５０との間に形成され、圧電セラミック３０の前面側に伝搬される第１超音波３２の音響整合を行う。また、前面音響整合層４０は、第１、第３及び第４超音波３２、３５、３６の音響整合を行う。すなわち前面音響整合層４０は、圧電ウェーハ３０と音響レンズ５０を音響整合させる。この際、前面音響整合層４０は、１層以上で形成されることができ、本実施例では、２層で形成された例を開示した。前面音響整合層４０は、圧電セラミック３０の前面に形成された第１前面音響整合層４１と、第１前面音響整合層４１と音響レンズ５０との間に形成された第２前面音響整合層４３とを含む。前面音響整合層４０は、圧電セラミック３０から音響レンズ５０に向かって段階的に第１、第３及び第４超音波３２、３５、３６の音響インピーダンスを変化させて音響整合を行う。一方前面音響整合層３４は、メタルパウダー、セラミックパウダー、シリコーンウェーハなどで製造されることができる。

音響レンズ５０は、前面音響整合層４０の前面に形成され、超音波映像の分解能を高めるために送信される超音波３２、３４、３６を収束し、被検査体に入射させる。音響レンズ５０の素材としては、例えば生体に近いシリコーンなどが使用されることができる。

そして、柔軟性印刷回路基板６０は、後面音響整合層２０と圧電セラミック３０との間に形成され、圧電セラミック３０に電気的に接続される。すなわち柔軟性印刷回路基板６０に形成された配線パターンは、圧電セラミック３０の後面に形成された電極、例えば信号電極と接地電極に電気的に連結される。この際、柔軟性印刷回路基板６０は、圧電セラミック３０の電極に電気的に接続され、前面に配線パターンが形成されたポリイミド素材のテープ配線基板が使用されることができる。または柔軟性印刷回路基板６０は、必要に応じて両面に配線パターンが形成されたテープ配線基板が使用されることができる。

このように本実施例による超音波プローブ１００は、既存に後面ブロックに吸収された超音波を後面音響整合層２０を利用して音響レンズ５０側に反射させて使用することによって、超音波の信号強度を増加させることができると共に、超音波の波形特性を向上させることができる。

一方、本発明による音波プローブの音響特性を向上させるために、図３に示されたように、接地板７０をさらに備えることができる。ここで、図３は、本発明の他の実施例による超音波プローブ２００を示す断面図である。

図３を参照すれば、本発明の他の実施例による超音波プローブ２００は、図１の超音波プローブ１００と比べて接地板７０をさらに備えることを除いて同一の構成を有するので、接地板７０が形成された構造を中心にして説明すれば、次の通りである。

接地板７０は、前面音響整合層４０と圧電セラミック３０との間に形成され、両端部は、柔軟性印刷回路基板６０の配線パターンに接合される。もちろん接地板７０は、印刷回路基板の配線パターンのうち接地パターンに接合される。この際、接地板７０は、圧電セラミック３０の前面に積層され、側面を取り囲み、両端部は、柔軟性印刷回路基板６０の接地パターンに接合される。この際、接地板７０としては、金属薄膜または圧電セラミック３０の前面及び柔軟性印刷回路基板６０の上部面に対向する下部面に金属薄膜が形成された接地フィルムが使用されることができる。

なお、本明細書と図面に開示された本発明の実施例は、理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。ここに開示された実施例以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に自明である。

Claims (6)

1. 後面ブロック；
   前記後面ブロックの上部に形成された後面音響整合層と；
   前記後面音響整合層の上部に形成された圧電セラミックと；
   前記圧電セラミックの上部に形成された前面音響整合層と；
   前記前面音響整合層の上部に形成された音響レンズと；
   を含むことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記後面音響整合層及び前記前面音響整合層は、少なくとも１層で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記後面音響整合層は、
   前記圧電セラミックの後面に形成された第１後面音響整合層と；
   前記第１後面音響整合層と前記後面ブロックとの間に形成された第２後面音響整合層と；
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 前記前面音響整合層は、
   前記圧電セラミックの前面に形成された第１前面音響整合層と；
   前記第１前面音響整合層と前記音響レンズとの間に形成された第２前面音響整合層と；
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
5. 前記後面音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成され、前記圧電セラミックに接続される柔軟性印刷回路基板；
   をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記前面音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成され、前記柔軟性印刷回路基板の接地パターンに接合される接地板；
   をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。

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