JP2014197735A

JP2014197735A - 超音波トランスデューサー装置およびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置

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Publication number: JP2014197735A
Application number: JP2013071587A
Authority: JP
Inventors: 友亮中村; Tomosuke Nakamura
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16

Abstract

【課題】バッキング材から反射する超音波を効果的に抑制することができる超音波トランスデューサー装置を提供する。【解決手段】基板４４の第１面に振動膜２４が配置される。振動膜２４上には圧電素子２５が配置される。第１面と反対側の第２面にバッキング材５６が重ねられる。基板４４の厚み方向からの投影視で振動膜２４に重なる位置の表面に第１散乱構造５８ａ、６１ａ、６３ａが形成される。第１散乱構造５８ａ、６１ａ、６３ａは第１散乱能を有する。基板４４の厚み方向からの投影視で振動膜２４外の位置の表面に第２散乱構造５８ｂ、６１ｂ、６３ｂが形成される。第２散乱構造５８ｂ、６１ｂ、６３ｂは第１散乱能よりも大きい第２散乱能を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、超音波トランスデューサー装置、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。

いわゆる静電容量型の超音波トランスデューサー装置（ｃＭＵＴ）は一般に知られる。特許文献１に記載されるように、基板の表面に空間を挟んで振動膜が向き合わせられる。個々の振動膜ごとに空間は仕切り壁で仕切られる。基板の裏面にはバッキング材が重ねられる。仕切り壁はバッキング材に結合される。バッキング材の表面には複数本の溝が形成される。

米国特許第７３２１１８１号明細書

特許文献１ではバッキング材の表面に形成される溝から反射する超音波は溝内の材質に応じて減衰する。しかしながら、バッキング材の表面には溝が一様に形成される。基板とバッキング材との界面から超音波は反射する。反射した超音波は振動膜に影響することが懸念される。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、バッキング材から反射する超音波を効果的に抑制することができる超音波トランスデューサー装置は提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、第１面および前記第１面と反対側の第２面を有し、前記第１面に振動膜を有する基体と、前記振動膜上に配置される圧電素子と、前記基体の前記第２面に重ねられるバッキング材とを有し、前記バッキング材は、前記基体の厚み方向からの投影視で前記振動膜に重なる位置の表面に形成され、第１散乱能を有する第１散乱構造と、前記投影視で前記振動膜外の位置の表面に形成され、第１散乱能よりも大きい第２散乱能を有する第２散乱構造とを備える超音波トランスデューサー装置に関する。

振動膜が超音波振動すると、圧電素子の圧電効果に応じて圧電素子から電圧が出力される。こうして超音波は検出される。このとき、振動膜の超音波振動はバッキング材に伝達される。特に、超音波は基体とバッキング材との界面を通ってバッキング材に伝達される。このとき、第２散乱構造は第１散乱構造よりも強く反射波の減衰や超音波の乱反射および散乱に寄与する。こうしてバッキング材の界面から振動膜に再び超音波が戻ることは防止されることができる。

（２）前記第１散乱構造および前記第２散乱構造は凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状を含むことができる。凸形状および凹形状は所望の散乱能を実現することができる。散乱能は適宜に設定されることができる。

（３）前記第２散乱構造は前記基体と接続する表面に形成されることができる。バッキング材から振動膜に再び超音波が戻ることは防止されることができる。

（４）前記バッキング材は、相互に重ねられる複数の板材から形成されることができる。このとき、前記複数の板材のうちの第１板材が備える前記第２散乱構造の第２散乱能は、前記複数の板材のうちの前記第１板材より前記振動膜からの距離が近い第２板材が備える前記第２散乱構造の第２散乱能より大きい。こうして振動膜から遠ざかるにつれて超音波の散乱は強められることができる。

（５）前記バッキング材は、相互に重ねられる複数の板材から形成されることができる。このとき、前記複数の板材のうち少なくとも２つの板材において、前記投影視で一致しない位置に前記凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状の散乱構造体が形成されることができる。バッキング材の上下層で突形状や凹形状の重なり具合が調整されることで、簡単に反射波の減衰の度合いや超音波の乱反射および散乱の度合いは調整されることができる。

（６）前記バッキング材の表面には、前記振動膜および前記バッキング材の間に形成される空間と前記基体の外部空間とを相互に接続する直線状溝部が形成されることができる。直線状溝部は、振動膜およびバッキング材の間に形成される空間を相互に接続する。当該空間は密閉されない。空間に対して通気は確保される。当該空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができる。こうして超音波トランスデューサー装置の破損は確実に回避されることができる。

（７）以上のような超音波トランスデューサー装置はプローブに組み込まれて利用されることができる。このとき、プローブは、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置を支持する筐体とを備えればよい。

（８）超音波トランスデューサー装置は電子機器に組み込まれて利用されることができる。このとき、電子機器は超音波トランスデューサー装置を備えることができる。

（９）超音波トランスデューサー装置は超音波診断装置に組み込まれて利用されることができる。このとき、超音波診断装置は、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力に基づき画像を表示する表示装置とを備えればよい。

一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。超音波プローブの拡大正面図である。第１実施形態に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの拡大平面図である。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。溝を示す補強板の拡大部分平面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿った拡大部分断面図である。第２バッキング材の第１板材の拡大部分平面図である。図６に対応し、他の実施形態に係る補強板の拡大部分断面図である。図６に対応し、さらに他の実施形態に係る補強板の拡大部分断面図である。他の実施形態に係る窪みを概略的に示すバッキング材または板材の拡大部分断面図である。さらに他の実施形態に係る窪みを概略的に示すバッキング材または板材の拡大部分断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、後述されるように、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。

図２に示されるように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６内には超音波トランスデューサー素子ユニット（以下「素子ユニット」という）１７が収容される。素子ユニット１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。素子ユニット１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ１３は、プローブ本体１３ａに着脱自在に連結されるプローブヘッド１３ｂを備えることができる。このとき、素子ユニット１７はプローブヘッド１３ｂの筐体１６内に組み込まれることができる。

図３は素子ユニット１７の平面図を概略的に示す。素子ユニット１７は基体２１を備える。基体２１には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２は超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）２３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子２３群は奇数列の素子２３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。

個々の素子２３は振動膜２４を備える。図３では振動膜２４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向からの平面視）で振動膜２４の輪郭が点線で描かれる。輪郭の内側は振動膜２４の領域内に相当する。輪郭の外側は振動膜２４の領域外に相当する。振動膜２４上には圧電素子２５が形成される。圧電素子２５は上電極２６、下電極２７および圧電体膜２８で構成される。個々の素子２３ごとに上電極２６および下電極２７の間に圧電体膜２８が挟まれる。これらは下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６の順番で重ねられる。素子ユニット１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。

基体２１の表面には複数本の第１導電体２９が形成される。第１導電体２９は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子２３ごとに１本の第１導電体２９が割り当てられる。１本の第１導電体２９は配列の行方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に接続される。第１導電体２９は個々の素子２３ごとに上電極２６を形成する。第１導電体２９の両端は１対の引き出し配線３１にそれぞれ接続される。引き出し配線３１は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体２９は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上電極２６は接続される。第１導電体２９は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体２９にはその他の導電材が利用されてもよい。

基体２１の表面には複数本の第２導電体３２が形成される。第２導電体３２は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子２３ごとに１本の第２導電体３２が割り当てられる。１本の第２導電体３２は配列の列方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に配置される。第２導電体３２は個々の素子２３ごとに下電極２７を形成する。第２導電体３２には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体３２にはその他の導電材が利用されてもよい。

列ごとに素子２３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子２３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極２６および下電極２７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子２３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子２３に上電極が接続されてもよい。

基体２１の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂを有する。第１辺２１ａと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ３３ａが配置される。第２辺２１ｂと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ３３ｂが配置される。第１端子アレイ３３ａは第１辺２１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ３３ｂは第２辺２１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ３３ａは１対の上電極端子３４および複数の下電極端子３５で構成される。同様に、第２端子アレイ３３ｂは１対の上電極端子３６および複数の下電極端子３７で構成される。１本の引き出し配線３１の両端にそれぞれ上電極端子３４、３６は接続される。引き出し配線３１および上電極端子３４、３６は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体３２の両端にそれぞれ下電極端子３５、３７は接続される。第２導電体３２および下電極端子３５、３７は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体２１の輪郭は矩形に形成される。基体２１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。

基体２１には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）３８が連結される。第１配線板３８は第１端子アレイ３３ａに覆い被さる。第１配線板３８の一端には上電極端子３４および下電極端子３５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３９が形成される。第１信号線３９は上電極端子３４および下電極端子３５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、基体２１には第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）４１が覆い被さる。第２配線板４１は第２端子アレイ３３ｂに覆い被さる。第２配線板４１の一端には上電極端子３６および下電極端子３７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４２が形成される。第２信号線４２は上電極端子３６および下電極端子３７に個別に向き合わせられ個別に接合される。

図４に示されるように、基体２１は基板４４および可撓膜４５を備える。基板４４の表面に可撓膜４５が一面に形成される。基板４４には個々の素子２３ごとに開口４６が形成される。開口４６は基板４４に対してアレイ状に配置される。開口４６が配置される領域の輪郭は素子アレイ２２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口４６の間には仕切り壁４７が区画される。隣接する開口４６は仕切り壁４７で仕切られる。仕切り壁４７の壁厚みは開口４６の間隔に相当する。仕切り壁４７は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基板４４は例えばシリコン基板で形成されればよい。

可撓膜４５は、基板４４の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層４８と、酸化シリコン層４８の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層４９とで構成される。可撓膜４５は開口４６に接する。こうして開口４６の輪郭に対応して可撓膜４５の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、可撓膜４５のうち、開口４６に臨むことから基板４４の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層４８の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

振動膜２４の表面に下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６が順番に積層される。圧電体膜２８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜２８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体２９の下で圧電体膜２８は完全に第２導電体３２を覆う。圧電体膜２８の働きで第１導電体２９と第２導電体３２との間で短絡は回避されることができる。

基体２１の表面には保護膜５１が積層される。保護膜５１は例えば全面にわたって基体２１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ２２や第１および第２端子アレイ３３ａ、３３ｂ、第１および第２配線板３８、４１は保護膜５１で覆われる。保護膜５１には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。保護膜５１は、素子アレイ２２の構造や、第１端子アレイ３３ａおよび第１配線板３８の接合、第２端子アレイ３３ｂおよび第２配線板４１の接合を保護する。

基体２１の裏面には補強板５２が固定される。補強板５２の表面に基体２１の裏面が重ねられる。補強板５２は素子ユニット１７の裏面で開口４６を閉じる。補強板５２はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁４７は補強板５２に結合される。補強板５２は個々の仕切り壁４７に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。

補強板５２の表面には直線状の溝（直線状溝部）５３が形成される。溝５３は補強板５２の表面を複数の平面５４に分割する。複数の平面５４は１つの仮想平面ＨＰ内で広がる。その仮想平面ＨＰ内で基体２１の裏面は広がる。仕切り壁４７は平面に接合される。溝５３は仮想平面ＨＰから窪む。溝５３の断面形状は四角形であってもよく三角形であってもよく半円形その他の形状であってもよい。

図５に示されるように、溝５３は一定の間隔で相互に平行に第１方向Ｄ１に並べられる。溝５３は第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延びる。溝５３の両端は補強板５２の端面で開口する。基体２１の表面に直交する方向すなわち基体２１の厚み方向から見た平面視で、１本の溝５３は１列（ここでは１行）の開口４６の輪郭４６ａを順番に横切る。個々の開口４６には少なくとも１本の溝５３が接続される。ここでは、第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に直交する。したがって、溝５３は矩形の短辺方向に開口４６の輪郭４６ａを横切る。

平面５４同士の間で溝５３は基体２１と補強板５２との間に通気経路５５ａ、５５ｂを形成する。こうして溝５３内の空間は開口４６の内部空間に繋がる。通気経路５５ａ、５５ｂは開口４６の内部空間および基体２１の外部空間を相互に接続する。こうして開口４６の内部空間と基体２１の外部空間との間で通気が確保される。基体２１の厚み方向からの平面視で、１本の溝５３は１列（ここでは１行）の開口４６の輪郭４６ａを順番に横切ることから、次々に開口４６同士は通気経路５５ａで接続される。溝５３の両端は補強板５２の端面で開口する。こうして列端の開口４６から基体２１の外縁の外側に通気経路５５ｂは開放される。

図６に示されるように、補強板５２は第１バッキング材５６および第２バッキング材５７で形成される。第２バッキング材５７は１枚以上の板材で形成される。ここでは、第２バッキング材５７は第１板材５７ａおよびそれに重ねられる第２板材５７ｂから形成される。第１バッキング材５６の表面に基板４４の裏面が受け止められる。基板４４の裏面は開口４６を除く全面で第１バッキング材５６の表面に接合される。第１板材５７ａの表面に第１バッキング材５６の裏面が受け止められる。第１バッキング材５６の裏面は第１板材５７ａの表面に接合される。第１バッキング材５６の裏面は第１板材５７ａの表面に全面で密着する。第２板材５７ｂの表面に第１板材５７ａの裏面が受け止められる。第１板材５７ａの裏面は第２板材５７ｂの表面に接合される。第１板材５７ａの裏面は第２板材５７ｂの表面に全面で密着する。第１板材５７ａの音響インピーダンスは第１バッキング材５６の音響インピーダンスに整合する。同様に、第２板材５７ｂの音響インピーダンスは第１板材５７ａの音響インピーダンスに整合する。すなわち、第１バッキング材５６、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの音響インピーダンスは相互に整合する。

ここでは、第１バッキング材５６、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂは例えば同一材料の板材から形成される。板材には例えば４２アロイといった合金材料の板が用いられる。板材同士の接合にあたって熱圧着は用いられる。その他、板材には、基板４４と同一材料であるシリコン基板が用いられてもよく、その他の剛性ある板が用いられてもよい。シリコン基板が用いられる場合には板材同士の接合にあたって接着剤が用いられればよい。１枚の板材の厚みは例えば０．１ｍｍ程度であればよい。

第１バッキング材５６の表面には第１散乱構造５８ａおよび第２散乱構造５８ｂが形成される。第２散乱構造５８ｂは基体２１と第１バッキング材５６との界面に配置される。第１散乱構造５８ａおよび第２散乱構造５８ｂは凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状を含む。ここでは、第１散乱構造５８ａおよび第２散乱構造５８ｂは複数の椀形の窪み５９で構成される凹形状を含む。第１バッキング材５６および第１板材５７ａの界面では少なくとも第１バッキング材５６および第１板材５７ａの一方に第１散乱構造６１ａおよび第２散乱構造６１ｂが形成される。第１散乱構造６１ａおよび第２散乱構造６１ｂは凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状を含む。ここでは、第１散乱構造６１ａおよび第２散乱構造６１ｂは、第１板材５７ａの表面に複数の椀形の窪み６２で構成される凹形状を含む。同様に、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの界面では少なくとも第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの一方に第１散乱構造６３ａおよび第２散乱構造６３ｂが形成される。第１散乱構造６３ａおよび第２散乱構造６３ｂは凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状を含む。ここでは、第１散乱構造６３ａおよび第２散乱構造６３ｂは、第２板材５７ｂの表面に複数の椀形の窪み６４で構成される凹形状を含む。椀形の窪み５９、６２、６４の形成にあたって合金材料に応じてエッチング液が選択されればよく、エッチング液で等方的にエッチングが実施されると椀形の窪み５９、６２、６４は形成されることができる。

図７に示されるように、第１バッキング材５６、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂのいずれでも、第１散乱構造５８ａ、６１ａ、６３ａは、第１バッキング材５６の表面に直交する方向からの投影視（基体２１の厚み方向からの投影視）で振動膜２４に重なる位置の表面６５（平面視で振動膜２４の輪郭２４ａの内側）で第１散乱能を有する。第２散乱構造５８ｂ、６１ｂ、６３ｂは、当該投影視で振動膜２４外の位置の表面６６（振動膜２４の輪郭２４ａの外側）で第２散乱能を有する。第２散乱能は第１散乱能よりも大きい。ここでは、窪み５９、６２、６４の形状は同一形状に形成されることから、散乱能は単位面積当たりの窪み５９、６２、６４の密度に応じて決定される。その他、窪み５９、６２、６４の大きさや深さに応じて散乱能は調整されてもよい。散乱能の調整にあたってその他の手法が用いられてもよい。

（２）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子２５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６を通じて列ごとに素子２３に供給される。個々の素子２３では下電極２７および上電極２６の間で圧電体膜２８に電界が作用する。圧電体膜２８は超音波で振動する。圧電体膜２８の振動は振動膜２４に伝わる。こうして振動膜２４は超音波で振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。

超音波の反射波は振動膜２４を振動させる。振動膜２４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜２８を超音波振動させる。圧電素子２５の圧電効果に応じて圧電素子２５から電圧が出力される。個々の素子２３では上電極２６と下電極２７との間で電位が生成される。電位は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。

超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

超音波ビームの発信にあたって振動膜２４は超音波振動する。振動膜の超音波信号は部分的に第１バッキング材５６に伝達される。特に、超音波は仕切り壁４７を伝って基体２１と第１バッキング材５６との界面を通過する。このとき、第２散乱構造５８ｂは第１散乱構造５８ａよりも強く反射波の減衰や超音波の乱反射および散乱に寄与する。こうして第１バッキング材５６の界面から振動膜２４に再び超音波が戻ることは防止されることができる。

超音波の検出にあたって振動膜２４の超音波振動は第１バッキング材５６に伝達される。特に、超音波は仕切り壁４７を伝って基体２１と第１バッキング材５６との界面を通過する。このとき、第２散乱構造５８ｂは第１散乱構造５８ａよりも強く反射波の減衰や超音波の乱反射および散乱に寄与する。こうして第１バッキング材５６の界面から振動膜２４に再び超音波が戻ることは防止されることができる。

第１板材５７ａの音響インピーダンスは第１バッキング材５６の音響インピーダンスに整合することから、超音波は第１バッキング材５６および第１板材５７ａの界面を通過する。第１散乱構造６１ａおよび第２散乱円６１ｂは超音波の乱反射および散乱に寄与する。特に、第２散乱構造６１ｂは仕切り壁４７を伝って第１バッキング材５６に伝達される超音波の減衰や散乱に寄与する。こうして第１バッキング材５６および第１板材５７ａの界面から振動膜２４に再び超音波が戻ることは防止されることができる。同様に、第１バッキング材５６および第１板材５７ａの界面を通過して超音波は第１板材５７ａの内部を伝搬する。第２板材５７ｂの音響インピーダンスは第１板材５７ａの音響インピーダンスに整合することから、超音波は第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの界面を通過する。第１散乱構造６３ａおよび第２散乱構造６３ｂは超音波の乱反射および散乱に寄与する。特に、第２散乱構造６３ｂは仕切り壁４７を伝って第１バッキング材５６および第１板材５７ａに伝達される超音波の減衰や散乱に寄与する。こうして第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの界面から振動膜２４に再び超音波が戻ることは防止されることができる。

前述のように、第１バッキング材５６および第１板材５７ａは同一の材料から形成される。第１バッキング材５６および第１板材５７ａでは確実に音響インピーダンスは整合する。窪み６２以外では第１バッキング材５６および第１板材５７ａの界面では確実に超音波は透過する。界面で超音波の反射は確実に防止されることができる。同様に、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂは同一の材料から形成される。第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂでは確実に音響インピーダンスは整合する。窪み６４以外では第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂの界面では確実に超音波は透過する。界面で超音波の反射は確実に防止されることができる。しかも、第１バッキング材５６、第１板材５７ａおよび第２板材５７ｂでは平面視で振動膜２４の輪郭２４ａの内側６５に比べて外側６６で散乱能は高い。したがって、振動膜２４の輪郭２４ａの内側６５よりも外側で効率的に超音波振動は散乱することができる。

溝５３は、振動膜２４および第１バッキング材５６の間に形成される空間すなわち開口４６の内部空間を相互に接続する。開口４６の内部空間は密閉されない。開口４６の内部空間に対して通気は確保される。開口４６の内部空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができる。こうして素子２３の破損は確実に回避されることができる。

（３）他の実施形態に係る素子ユニット
図８に示されるように、第２バッキング材５７では第１板材５７ａの窪み６２（散乱構造体）と第２板材５７ｂの窪み（散乱構造体）６４とは投影視で一致しない位置に配置されてもよい。窪み６４の輪郭は窪み６２の陰影に部分的に重なってもよく窪み６２の陰影から全く外れてもよい。こうしてバッキング材の上下層で窪み６２、６４の重なり具合が調整されることで、簡単に超音波の乱反射および散乱の度合いは調整されることができる。ここでは、第１バッキング材５６の窪み５９に対して第２バッキング材５７の窪み６２、６４は投影視で一致しない位置に配置される。窪み６２、６４の輪郭は窪み５９の陰影に部分的に重なってもよく窪み５９の陰影から完全に外れてもよい。その結果、補強板５２全体で超音波の乱反射および散乱の度合いは調整される。

図９に示されるように、第２バッキング材５７では板材６８ａ、６８ｂごとに散乱能が設定されてもよい。散乱能は例えば窪みの密度で決定されることができる。振動膜２４から遠ざかるにつれて板材６８ａ、６８ｂの散乱能は高められる。すなわち、第１板材６８ａの散乱能に比べて第２板材６８ｂの散乱能は大きい。窪み６９の密度に比べて窪み７１の密度は高い。こうして振動膜２４から遠ざかるにつれて超音波の散乱は強められることができる。ここでは、第１バッキング材５６の窪み７２の密度に比べて第１板材６８ａの窪み６９の密度は高められる。

図１０に示されるように、椀形の窪み５９、６２、６４に代えて垂直断面で矩形の窪み７３が形成されてもよい。こういった窪み７３の形成にあたって第１バッキング材５６、第２バッキング材５７の第１板材５７ａ、６８ａおよび第２板材５７ｂ、６８ｂにはシリコンウェハーが用いられればよい。ドライエッチングが実施されると、直方体や立方体、円柱形の窪み７３は形成されることができる。図１１に示されるように、椀形の窪み５９、６２、６４に代えてピラミッド形（四角錐）の窪み７４が形成されてもよい。こういった窪み７４の形成にあたって第１バッキング材５６、第２バッキング材５７の第１板材５７ａ、６８ａおよび第２板材５７ｂ、６８ｂには（１００）面のシリコンウェハーが用いられればよい。結晶異方性エッチングが実施されると、ピラミッド形の窪み７４は形成されることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１や素子ユニット１７、素子２３、圧電素子２５等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１電子機器としての超音波診断装置、１３プローブ（超音波プローブ）、１５表示装置（ディスプレイ）、１７超音波トランスデューサー装置（超音波トランスデューサー素子ユニット）、２１基体、２４振動膜、２４ａ輪郭、２５圧電素子、５３直線状溝部（溝）、５６バッキング材（第１バッキング材）、５７ａバッキング材（第１板材）、５７ｂバッキング材（第２板材）、５８ａ第１散乱構造、５８ｂ第２散乱構造、５９散乱構造体（窪み）、６１ａ第１散乱構造、６１ｂ第２散乱構造、６２散乱構造体（窪み）、６３ａ第１散乱構造、６３ｂ第２散乱構造、６４散乱構造体（窪み）、６５振動膜に重なる位置の表面、６６振動膜外の位置の表面。

Claims

第１面および前記第１面と反対側の第２面を有し、前記第１面に振動膜を有する基体と、
前記振動膜上に配置される圧電素子と、
前記基体の前記第２面に重ねられるバッキング材と、を有し、
前記バッキング材は、
前記基体の厚み方向からの投影視で前記振動膜に重なる位置の表面に形成され、第１散乱能を有する第１散乱構造と、
前記投影視で前記振動膜外の位置の表面に形成され、第１散乱能よりも大きい第２散乱能を有する第２散乱構造と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記第１散乱構造および前記第２散乱構造は凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状を含むことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１または２に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記第２散乱構造は前記基体と接続する表面に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記バッキング材は、相互に重ねられる複数の板材から形成され、前記複数の板材のうちの第１板材が備える前記第２散乱構造の第２散乱能は、前記複数の板材のうちの前記第１板材より前記振動膜からの距離が近い第２板材が備える前記第２散乱構造の第２散乱能より大きいことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項２または３に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記バッキング材は、相互に重ねられる複数の板材から形成され、前記複数の板材のうち少なくとも２つの板材において、前記投影視で一致しない位置に前記凸形状および凹形状の少なくとも一方の形状の散乱構造体が形成されていることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記バッキング材の表面には、前記振動膜および前記バッキング材の間に形成される空間と前記基体の外部空間とを相互に接続する直線状溝部が形成されることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置を支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置を備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力に基づき画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波画像装置。