JP2015029755A - Ultrasonic probe and method of manufacturing the same - Google Patents

Ultrasonic probe and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2015029755A
JP2015029755A JP2013162066A JP2013162066A JP2015029755A JP 2015029755 A JP2015029755 A JP 2015029755A JP 2013162066 A JP2013162066 A JP 2013162066A JP 2013162066 A JP2013162066 A JP 2013162066A JP 2015029755 A JP2015029755 A JP 2015029755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
inorganic
organic
piezoelectric elements
organic piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013162066A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6047074B2 (en
Inventor
和田 隆亜
Takatsugi Wada
隆亜 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2013162066A priority Critical patent/JP6047074B2/en
Publication of JP2015029755A publication Critical patent/JP2015029755A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6047074B2 publication Critical patent/JP6047074B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe which has an excellent performance for transmission and reception of an ultrasonic wave while forming a plurality of inorganic piezoelectric elements and a plurality of organic piezoelectric elements so as to be laminated with each other, and provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are formed so as to be arrayed with a pitch P on a surface 1a of a backing material 1, a first acoustic matching layer 3 and a second acoustic matching layer 4 are sequentially arranged on a plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the second acoustic matching layer 4 includes a plurality of organic piezoelectric elements 5 formed so as to be arrayed with the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, and each of the organic piezoelectric elements 5 includes a first piezoelectric element part 5a and a second piezoelectric element part 5b laminated with each other in a sound axis direction.

Description

この発明は、超音波探触子およびその製造方法に係り、特に、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子とが互いに積層形成された超音波探触子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe and a method for manufacturing the same, and more particularly to an ultrasonic probe in which a plurality of inorganic piezoelectric elements and a plurality of organic piezoelectric elements are laminated together and a method for manufacturing the same.

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。   Conventionally, in the medical field, an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic image has been put into practical use. In general, this type of ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic beam from an ultrasonic probe into a subject, receives an ultrasonic echo from the subject with the ultrasonic probe, and receives the received ultrasonic echo. An ultrasonic image is generated by electrically processing the signal.

近年、より正確な診断を行うために、被検体の非線形性により超音波波形が歪むことで発生する高調波成分を受信して映像化するハーモニックイメージングが主流となっている。また、近年、超音波を用いた新たな診断方法として、レーザ光を生体に照射し、断熱膨張で発生する微弱で広帯域な弾性波を受信して映像化する、光音響イメージングが脚光を浴びつつある。
このハーモニックイメージングや光音響イメージングに適した超音波探触子として、例えば、特許文献1に開示されているように、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)等の無機圧電体を用いた複数の無機圧電素子とポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の有機圧電体を用いた複数の有機圧電素子とを積層形成したものが提案されている。
無機圧電素子により高出力の超音波ビームを送信し、有機圧電素子により高調波の信号を高感度に受信することができる。また、無機圧電体素子により通常の超音波の受信信号を取得すると共に、有機圧電素子により光音響イメージングの広帯域な信号を高感度に受信することができる。
In recent years, in order to perform more accurate diagnosis, harmonic imaging that receives and visualizes harmonic components generated by distortion of an ultrasonic waveform due to nonlinearity of a subject has become mainstream. In recent years, as a new diagnostic method using ultrasonic waves, photoacoustic imaging, which irradiates a living body with laser light and receives and visualizes weak and wide-band elastic waves generated by adiabatic expansion, has been in the spotlight. is there.
As an ultrasonic probe suitable for this harmonic imaging or photoacoustic imaging, for example, as disclosed in Patent Document 1, an inorganic piezoelectric material such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) is used. A plurality of laminated inorganic piezoelectric elements using a plurality of organic piezoelectric elements using an organic piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF) has been proposed.
A high-power ultrasonic beam can be transmitted by the inorganic piezoelectric element, and a harmonic signal can be received with high sensitivity by the organic piezoelectric element. In addition, a normal ultrasonic reception signal can be acquired by the inorganic piezoelectric element, and a wide-band signal of photoacoustic imaging can be received with high sensitivity by the organic piezoelectric element.

国際公開第2008/010509号International Publication No. 2008/010509

ここで、複数の無機圧電素子から出力された超音波ビームは、有機圧電体を透過した後、超音波探触子から被検体内に送信されるため、有機圧電体の厚さは、超音波ビームの音響透過率が高まるように設計される。具体的には、有機圧電体は、複数の無機圧電素子から送信される基本波の波長λに対して、例えば、λ/4共振条件を満たす厚さの近傍に設計される。このため、有機圧電体は、厚みを自在に設計することができず、上記の共振条件を満たすためにある程度の厚みを備えて設計する必要があった。
一方、有機圧電体は比較的小さな比誘電率を有するため、有機圧電体の厚さを増大すると、電気容量が小さくなり、有機圧電素子で受信された超音波によって発生する受信信号を、回路上で効率よく取得することが困難であった。また、電気容量が小さいと、熱ノイズが大きくなるため、取得された信号とのS/N比が低下する傾向があった。
Here, since the ultrasonic beams output from the plurality of inorganic piezoelectric elements are transmitted through the organic piezoelectric body and then transmitted from the ultrasonic probe into the subject, the thickness of the organic piezoelectric body is determined by the ultrasonic wave. Designed to increase the acoustic transmission of the beam. Specifically, the organic piezoelectric body is designed in the vicinity of a thickness that satisfies the λ / 4 resonance condition with respect to the wavelength λ of the fundamental wave transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements, for example. For this reason, the organic piezoelectric material cannot be designed freely, and has to be designed with a certain thickness in order to satisfy the above resonance condition.
On the other hand, since the organic piezoelectric material has a relatively small relative dielectric constant, increasing the thickness of the organic piezoelectric material decreases the electric capacity, and the received signal generated by the ultrasonic wave received by the organic piezoelectric element is It was difficult to obtain efficiently. In addition, when the electric capacity is small, the thermal noise increases, so that the S / N ratio with the acquired signal tends to decrease.

また、無機圧電素子の上に有機圧電素子を積層形成する場合、双方の素子の電極位置が互いに音軸方向に対して一致していないと、フォーカスずれや受信効率の低下を招くおそれがある。従って、互いに積層形成された無機圧電素子と有機圧電素子の電極位置を、音軸方向にそろえることが望ましいが、従来の超音波探触子の構成および製造方法では、双方の電極位置を正確に一致させることは困難であった。   Further, when an organic piezoelectric element is laminated on an inorganic piezoelectric element, if the electrode positions of both elements do not coincide with each other with respect to the sound axis direction, there is a risk of defocusing and a decrease in reception efficiency. Therefore, it is desirable to align the electrode positions of the inorganic piezoelectric element and the organic piezoelectric element that are stacked on each other in the direction of the sound axis. However, in the conventional ultrasonic probe configuration and manufacturing method, both electrode positions are accurately set. It was difficult to match.

さらに、有機圧電体は温度上昇によって徐々に結晶化度が低下するため、キュリー点よりかなり低い温度に使用上限温度がある。例えば、代表的なポリフッ化ビニリデン(PVDF)では使用上限温度は80℃であり、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体(P(VDF-TrFE))では100℃である。従って、プロセス中に、これらの使用上限温度以上の温度に晒されると、強誘電性が劣化し、脱分極を生じるおそれがある。
誘電性の劣化は、再分極により回付させることができるが、有機圧電体の抗電界は極めて大きく、400kV/cm〜450kV/cm程度である。従って、一度脱分極された有機圧電体をデバイス上で再分極するためには、極めて高い電圧を印加する必要があり、実際にはプロセス上困難である。以上のことから、無機圧電素子に有機圧電素子を積層する場合、低い温度プロセスで且つ少ない熱履歴回数で超音波探触子を作製することが望まれるが、従来の超音波探触子の構成および製造方法では困難であった。
Furthermore, since the degree of crystallinity of an organic piezoelectric body gradually decreases as the temperature rises, the upper limit temperature for use is at a temperature considerably lower than the Curie point. For example, in a typical polyvinylidene fluoride (PVDF), the use upper limit temperature is 80 ° C., and in a polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-TrFE)), it is 100 ° C. Therefore, if exposed to a temperature higher than the upper limit temperature during use during the process, the ferroelectricity may deteriorate and depolarization may occur.
The dielectric deterioration can be circulated by repolarization, but the coercive electric field of the organic piezoelectric material is extremely large, about 400 kV / cm to 450 kV / cm. Therefore, in order to repolarize the organic piezoelectric material once depolarized on the device, it is necessary to apply an extremely high voltage, which is actually difficult in the process. From the above, when an organic piezoelectric element is laminated on an inorganic piezoelectric element, it is desirable to produce an ultrasonic probe with a low temperature process and a small number of thermal histories, but the configuration of a conventional ultrasonic probe In addition, it was difficult with the manufacturing method.

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子を互いに積層形成しながらも、超音波の送受信に対して優れた性能を有する超音波探触子およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such conventional problems, and has excellent performance for ultrasonic wave transmission / reception while forming a plurality of inorganic piezoelectric elements and a plurality of organic piezoelectric elements on top of each other. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe having the above and a method for manufacturing the same.

この発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列形成された複数の無機圧電素子と、複数の無機圧電素子の上に配置された第1の音響整合層と、第1の音響整合層の上に配置された第2の音響整合層とを備え、第2の音響整合層は、複数の無機圧電素子に対して平行に配列形成された複数の有機圧電素子を含み、それぞれの有機圧電素子は、音軸方向に互いに積層された複数の圧電素子部を有するものである。   An ultrasonic probe according to the present invention includes a backing material, a plurality of inorganic piezoelectric elements arrayed on the surface of the backing material, and a first acoustic matching layer disposed on the plurality of inorganic piezoelectric elements. And a second acoustic matching layer disposed on the first acoustic matching layer, wherein the second acoustic matching layer is a plurality of organic piezoelectric elements arranged in parallel to the plurality of inorganic piezoelectric elements. Each of the organic piezoelectric elements has a plurality of piezoelectric element portions stacked on each other in the sound axis direction.

複数の有機圧電素子は、接地電極層を挟んで互いに積層されたシート状の第1および第2の有機圧電体層と、第1の有機圧電体層の接地電極層とは反対側の表面上に互いに分離して配列形成された複数の第1の信号電極層と、第2の有機圧電体層の接地電極層とは反対側の表面上に互いに分離して配列形成された複数の第2の信号電極層とを有し、第1の有機圧電体層と接地電極層と複数の第1の信号電極層により複数の第1の圧電素子部が形成され、第2の有機圧電体層と接地電極層と複数の第2の信号電極層により複数の第2の圧電素子部が形成されるように構成することができる。   The plurality of organic piezoelectric elements includes a sheet-like first and second organic piezoelectric layers stacked on each other with the ground electrode layer interposed therebetween, and a surface of the first organic piezoelectric layer opposite to the ground electrode layer. And a plurality of second signal electrodes arranged in a separated manner on the surface of the second organic piezoelectric layer opposite to the ground electrode layer. A plurality of first piezoelectric element portions are formed by the first organic piezoelectric layer, the ground electrode layer, and the plurality of first signal electrode layers, and the second organic piezoelectric layer, A plurality of second piezoelectric element portions can be formed by the ground electrode layer and the plurality of second signal electrode layers.

また、第2の音響整合層は、複数の第1の信号電極層の第1の有機圧電体層とは反対側の表面上に形成されると共に第1の音響整合層の上に配置された複数の第1の樹脂層と、複数の第2の信号電極層の第2の有機圧電体層とは反対側の表面上に形成されたシート状の第2の樹脂層とを含むことが好ましい。
ここで、第1の樹脂層の音響インピーダンスは、第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンス以上の値を有し、第2の樹脂層の音響インピーダンスは、第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンス以下の値を有することが好ましく、さらに、第1の樹脂層および第2の樹脂層は、それぞれ、第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンスに対して±10%の範囲内の音響インピーダンスを有することが好ましい。
第1および第2の有機圧電体層は、フッ化ビニリデン系材料から形成することができる。
The second acoustic matching layer is formed on the surface of the plurality of first signal electrode layers opposite to the first organic piezoelectric layer and is disposed on the first acoustic matching layer. It is preferable to include a plurality of first resin layers and a sheet-like second resin layer formed on the surface of the plurality of second signal electrode layers opposite to the second organic piezoelectric layer. .
Here, the acoustic impedance of the first resin layer has a value greater than or equal to the acoustic impedance of the first and second organic piezoelectric layers, and the acoustic impedance of the second resin layer is the first and second organic layers. The piezoelectric layer preferably has a value equal to or lower than the acoustic impedance of the piezoelectric layer, and the first resin layer and the second resin layer are ± 10 with respect to the acoustic impedance of the first and second organic piezoelectric layers, respectively. Preferably having an acoustic impedance in the range of%.
The first and second organic piezoelectric layers can be formed from a vinylidene fluoride-based material.

複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子は、互いに同一の配列ピッチで且つ音軸方向に対して互いに同じ位置に形成されていることが好ましい。
それぞれの無機圧電素子は、無機圧電体層と、無機圧電体層の表面上に配置された信号電極層と、無機圧電体層の裏面上に配置された接地電極層とを有することが好ましい。
それぞれの無機圧電素子は、複数の無機圧電素子の配列方向に沿って複数のサブダイスに分割されていてもよい。
複数の無機圧電体層は、Pb系のペロブスカイト構造酸化物から形成することができる。
The plurality of inorganic piezoelectric elements and the plurality of organic piezoelectric elements are preferably formed at the same position with respect to the sound axis direction at the same arrangement pitch.
Each inorganic piezoelectric element preferably has an inorganic piezoelectric layer, a signal electrode layer disposed on the surface of the inorganic piezoelectric layer, and a ground electrode layer disposed on the back surface of the inorganic piezoelectric layer.
Each inorganic piezoelectric element may be divided into a plurality of sub-dies along the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements.
The plurality of inorganic piezoelectric layers can be formed from a Pb-based perovskite structure oxide.

第2の音響整合層の第1の音響整合層とは反対側の表面上に配置された音響レンズをさらに備えることができる。
また、複数の有機圧電素子にそれぞれ直結された複数の有機圧電素子用アンプをさらに備えることが好ましい。
また、被検体に向けて照射光を照射する光照射部をさらに有し、光照射部から照射光が照射されることで被検体から誘発された超音波を複数の有機圧電素子または複数の無機圧電素子で受信することもできる。
An acoustic lens may be further provided on the surface of the second acoustic matching layer opposite to the first acoustic matching layer.
Moreover, it is preferable to further include a plurality of organic piezoelectric element amplifiers directly connected to the plurality of organic piezoelectric elements.
In addition, the light irradiation unit further irradiates the subject with irradiation light, and the ultrasonic wave induced from the subject by irradiation of the irradiation light from the light irradiation unit is applied to a plurality of organic piezoelectric elements or a plurality of inorganic substances. It can also be received by a piezoelectric element.

この発明に係る超音波探触子の製造方法は、バッキング材の表面上に第1の導電層を介してシート状の無機圧電体層を接合し、無機圧電体層の表面上に第2の導電層を介してシート状の音響整合層を接合し、音響整合層の表面上にシート状の第1の樹脂層を接合すると共に第1の樹脂層の全面上に第3の導電層を形成し、第3の導電層から無機圧電体層まで積層方向に所定のピッチでダイシングすることにより、複数の無機圧電素子を配列形成すると共に第3の導電層を複数の無機圧電素子と同一のピッチで分割し、分割された溝を樹脂で充填した後、第4の導電層を挟んで互いに積層されたシート状の第1および第2の有機圧電体層のうち第1の有機圧電体層を第3の導電層の表面上に接合し、音響レンズと接合されたシート状の第2の樹脂層の音響レンズとは反対側の表面上に形成された第5の導電層を前記所定のピッチでダイシングすることにより、第5の導電層を複数の無機圧電素子と同一のピッチで分割し、複数の無機圧電素子の配列方向における前記第3の導電層と前記第5の導電層の位置を互いに合わせながら第2の樹脂層の表面上に形成されている第5の導電層を第2の有機圧電体層の表面上に接合することにより、それぞれ、第3の導電層と第1の有機圧電体層と第4の導電層からなる第1の圧電素子部と、第5の導電層と第2の有機圧電体層と第4の導電層からなる第2の圧電素子部とが積層され、複数の無機圧電素子と同一のピッチで配列された複数の有機圧電素子を形成する方法である。   In the method of manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention, a sheet-like inorganic piezoelectric layer is bonded to the surface of the backing material via the first conductive layer, and the second piezoelectric material is formed on the surface of the inorganic piezoelectric layer. A sheet-like acoustic matching layer is joined via a conductive layer, a sheet-like first resin layer is joined on the surface of the acoustic matching layer, and a third conductive layer is formed on the entire surface of the first resin layer. Then, by dicing from the third conductive layer to the inorganic piezoelectric layer at a predetermined pitch in the stacking direction, a plurality of inorganic piezoelectric elements are arranged and the third conductive layer is arranged at the same pitch as the plurality of inorganic piezoelectric elements. And the divided grooves are filled with resin, and then the first organic piezoelectric layer of the sheet-like first and second organic piezoelectric layers laminated together with the fourth conductive layer interposed therebetween is formed. A sheet-like second tree bonded on the surface of the third conductive layer and bonded to the acoustic lens The fifth conductive layer formed on the surface opposite to the acoustic lens of the layer is diced at the predetermined pitch to divide the fifth conductive layer at the same pitch as the plurality of inorganic piezoelectric elements, The fifth conductive layer formed on the surface of the second resin layer is aligned with the positions of the third conductive layer and the fifth conductive layer in the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements. By joining on the surface of the organic piezoelectric layer, a first piezoelectric element portion comprising a third conductive layer, a first organic piezoelectric layer and a fourth conductive layer, and a fifth conductive layer, respectively. This is a method of forming a plurality of organic piezoelectric elements in which a second organic piezoelectric layer composed of a second organic piezoelectric layer and a fourth conductive layer are stacked and arranged at the same pitch as a plurality of inorganic piezoelectric elements. .

第3の導電層と第5の導電層の位置合わせは、複数の無機圧電素子の配列方向における双方の端部で行うことができる。   The alignment of the third conductive layer and the fifth conductive layer can be performed at both ends in the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements.

この発明によれば、複数の無機圧電素子の上に第1の音響整合層が配置され、第1の音響整合層の上に配置された第2の音響整合層が、複数の無機圧電素子に対して平行に配列形成された複数の有機圧電素子を含み、それぞれの有機圧電素子は、音軸方向に互いに積層された複数の圧電素子部を有するので、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子を互いに積層形成しながらも、超音波の送受信に対して優れた性能を有する超音波探触子が実現される。   According to this invention, the first acoustic matching layer is disposed on the plurality of inorganic piezoelectric elements, and the second acoustic matching layer disposed on the first acoustic matching layer is formed on the plurality of inorganic piezoelectric elements. A plurality of organic piezoelectric elements arranged in parallel to each other, and each organic piezoelectric element has a plurality of piezoelectric element portions stacked on each other in the sound axis direction, so that a plurality of inorganic piezoelectric elements and a plurality of organic piezoelectric elements are arranged. An ultrasonic probe having excellent performance with respect to transmission and reception of ultrasonic waves can be realized while elements are stacked on each other.

この発明の実施の形態1に係る超音波探触子を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows the ultrasonic probe which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an ultrasound probe according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る超音波探触子の製造方法を工程順に示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the ultrasonic probe according to the first embodiment in the order of steps. FIG. 実施の形態2に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic probe according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る超音波探触子の構成を示す図である。5 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasound probe according to Embodiment 3. FIG.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1
図1および図2に、この発明の実施の形態1に係る超音波探触子の構成を示す。
バッキング材1は、超音波探触子の音軸方向をZ方向として、このZ方向に垂直なXY面上に沿って延びる表面1aを有し、バッキング材1の表面1a上に複数の無機圧電素子2が所定のピッチPでX方向に配列形成されている。複数の無機圧電素子2は、互いに分離された複数の無機圧電体21を有し、それぞれの無機圧電体21の一方の面に信号電極層22が接合され、他方の面に接地電極層23が接合されている。すなわち、それぞれの無機圧電素子2は、Z方向に積層された、専用の無機圧電体21と信号電極層22と接地電極層23から形成されている。
このような複数の無機圧電素子2の上に複数の第1の音響整合層3が接合されている。複数の第1の音響整合層3は、複数の無機圧電素子2と同じピッチPでX方向に配列され、それぞれ、対応する無機圧電素子2の直上に配置されている。すなわち、複数の第1の音響整合層3は、複数の無機圧電素子2に対して、複数の無機圧電素子2の配列方向であるX方向の位置が互いに一致するように配列されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1
1 and 2 show the configuration of an ultrasonic probe according to Embodiment 1 of the present invention.
The backing material 1 has a surface 1a extending along an XY plane perpendicular to the Z direction with the sound axis direction of the ultrasonic probe as the Z direction, and a plurality of inorganic piezoelectric elements on the surface 1a of the backing material 1 The elements 2 are arranged in the X direction at a predetermined pitch P. The plurality of inorganic piezoelectric elements 2 have a plurality of inorganic piezoelectric bodies 21 separated from each other, a signal electrode layer 22 is bonded to one surface of each inorganic piezoelectric body 21, and a ground electrode layer 23 is bonded to the other surface. It is joined. That is, each inorganic piezoelectric element 2 is formed of a dedicated inorganic piezoelectric body 21, signal electrode layer 22, and ground electrode layer 23 stacked in the Z direction.
A plurality of first acoustic matching layers 3 are bonded onto the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. The plurality of first acoustic matching layers 3 are arranged in the X direction at the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, and are respectively disposed immediately above the corresponding inorganic piezoelectric elements 2. In other words, the plurality of first acoustic matching layers 3 are arranged with respect to the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 so that the positions in the X direction, which is the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, coincide with each other.

さらに、第1の音響整合層3の上に第2の音響整合層4が接合されている。第2の音響整合層4は、第1の音響整合層3の表面上に配置され且つ複数の無機圧電素子2と同じピッチPでX方向に配列形成された複数の第1の樹脂層41と、複数の第1の樹脂層41の上に配置された複数の有機圧電素子5と、複数の有機圧電素子5の上に配置されたシート状の第2の樹脂層42とを有している。
複数の有機圧電素子5は、接地電極層51を挟んで互いに音軸方向であるZ方向に積層されたシート状の第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53を有すると共に、第1の有機圧電体層52の接地電極層51とは反対側の表面上に互いに分離してX方向に配列形成された複数の第1の信号電極層54と、第2の有機圧電体層53の接地電極層51とは反対側の表面上に互いに分離してX方向に配列形成された複数の第2の信号電極層55を有している。
Further, the second acoustic matching layer 4 is bonded on the first acoustic matching layer 3. The second acoustic matching layer 4 includes a plurality of first resin layers 41 arranged on the surface of the first acoustic matching layer 3 and arranged in the X direction at the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. And a plurality of organic piezoelectric elements 5 disposed on the plurality of first resin layers 41 and a sheet-like second resin layer 42 disposed on the plurality of organic piezoelectric elements 5. .
The plurality of organic piezoelectric elements 5 have a sheet-like first organic piezoelectric layer 52 and a second organic piezoelectric layer 53 stacked in the Z direction, which is the sound axis direction, with the ground electrode layer 51 interposed therebetween. A plurality of first signal electrode layers 54 which are separated from each other on the surface of the first organic piezoelectric layer 52 opposite to the ground electrode layer 51 and arranged in the X direction, and a second organic piezoelectric body On the surface of the layer 53 opposite to the ground electrode layer 51, a plurality of second signal electrode layers 55 are formed so as to be separated from each other and arranged in the X direction.

複数の第1の信号電極層54および複数の第2の信号電極層55は、複数の無機圧電素子2の配列ピッチPと同一のピッチで且つ複数の無機圧電素子2の配列方向であるX方向における位置が互いに一致するように配列されており、互いに対応する第1の信号電極層54および第2の信号電極層55と、これらの間に配置されている接地電極層51、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53により、それぞれの有機圧電素子5が構成されている。
なお、接地電極層51、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53は、それぞれ、複数の無機圧電素子2の配列方向Xに分割されることなく、複数の有機圧電素子5にわたって延在している。
The plurality of first signal electrode layers 54 and the plurality of second signal electrode layers 55 have the same pitch as the arrangement pitch P of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the X direction that is the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. The first signal electrode layer 54 and the second signal electrode layer 55 corresponding to each other, the ground electrode layer 51 disposed between them, and the first organic The piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 constitute each organic piezoelectric element 5.
The ground electrode layer 51, the first organic piezoelectric layer 52, and the second organic piezoelectric layer 53 are not divided in the arrangement direction X of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, respectively. It extends over five.

すなわち、個々の有機圧電素子5は、専用の第1の信号電極層54と、複数の有機圧電素子5に共通の接地電極層51、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53と、専用の第2の信号電極層55から構成される。このため、複数の有機圧電素子5の配列ピッチは、第1の信号電極層54および第2の信号電極層55の配列ピッチのみによって決定され、複数の無機圧電素子2と同一のピッチPで配列されることとなる。
また、個々の有機圧電素子5において、第1の信号電極層54と第1の有機圧電体層52と接地電極層51により第1の圧電素子部5aが形成され、同様に、接地電極層51と第2の有機圧電体層53と第2の信号電極層55により第2の圧電素子部5bが形成されている。すなわち、それぞれの有機圧電素子5が、Z方向に互いに積層された第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bを含んでいる。
That is, each organic piezoelectric element 5 includes a dedicated first signal electrode layer 54, a ground electrode layer 51 common to the plurality of organic piezoelectric elements 5, a first organic piezoelectric layer 52, and a second organic piezoelectric body. It comprises a layer 53 and a dedicated second signal electrode layer 55. Therefore, the arrangement pitch of the plurality of organic piezoelectric elements 5 is determined only by the arrangement pitch of the first signal electrode layer 54 and the second signal electrode layer 55, and is arranged at the same pitch P as the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. Will be.
Further, in each organic piezoelectric element 5, the first piezoelectric element portion 5 a is formed by the first signal electrode layer 54, the first organic piezoelectric layer 52, and the ground electrode layer 51. The second piezoelectric element portion 5 b is formed by the second organic piezoelectric layer 53 and the second signal electrode layer 55. That is, each organic piezoelectric element 5 includes a first piezoelectric element portion 5a and a second piezoelectric element portion 5b that are stacked in the Z direction.

複数の無機圧電素子2、複数の第1の音響整合層3、複数の第1の樹脂層41および複数の第1の信号電極層54は、互いに同一のピッチPで且つX方向における位置が互いに一致するように配列されており、複数の無機圧電素子2から複数の第1の信号電極層54までZ方向に積層された積層体Sが、X方向に配列された構成を有している。そして、互いにX方向に隣接する積層体Sの間に第1の分離部6が形成されている。第1の分離部6は、互いに隣接する積層体Sの間に形成された溝の中に充填剤が充填されることで形成されている。第1の分離部6は、それぞれ、第1の信号電極層54の表面上からバッキング材1の表面1a部分まで各層を貫通するように、Z方向に延びており、X方向に配列された積層体Sを互いに分離している。   The plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the plurality of first acoustic matching layers 3, the plurality of first resin layers 41, and the plurality of first signal electrode layers 54 are mutually at the same pitch P and in the X direction. The stacked bodies S that are arranged so as to coincide with each other and are laminated in the Z direction from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 to the plurality of first signal electrode layers 54 have a configuration arranged in the X direction. And the 1st isolation | separation part 6 is formed between the laminated bodies S adjacent to each other in the X direction. The first separation portion 6 is formed by filling a filler formed in a groove formed between the stacked bodies S adjacent to each other. Each of the first separation portions 6 extends in the Z direction so as to penetrate each layer from the surface of the first signal electrode layer 54 to the surface 1a portion of the backing material 1, and is a stack arranged in the X direction. The bodies S are separated from each other.

また、X方向に配列されている複数の第2の信号電極層55の間には、第2の分離部7が形成されている。第2の分離部7は、第2の有機圧電体層53に接触する第2の信号電極層55の表面から第2の樹脂層42の途中まで形成された溝の中に充填剤が充填されることで形成されている。
さらに、第2の音響整合層4の上に音響レンズ8が接合されている。
In addition, a second separation portion 7 is formed between the plurality of second signal electrode layers 55 arranged in the X direction. The second separator 7 is filled with a filler in a groove formed from the surface of the second signal electrode layer 55 in contact with the second organic piezoelectric layer 53 to the middle of the second resin layer 42. It is formed by.
Further, an acoustic lens 8 is bonded on the second acoustic matching layer 4.

無機圧電素子2の無機圧電体21は、Pb系のペロブスカイト構造酸化物などの圧電体用の無機材料から形成されている。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)に代表されるPb系の圧電セラミック、または、マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体(PMN−PT)および亜鉛ニオブ酸・チタン酸鉛固溶体(PZN−PT)に代表されるリラクサ系の圧電単結晶から形成することができる。
一方、有機圧電素子5の第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53は、フッ化ビニリデン(VDF)系材料などの圧電体用の有機材料から形成されている。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体(P(VDF-TrFE))等の高分子圧電素子から形成することができる。
The inorganic piezoelectric element 21 of the inorganic piezoelectric element 2 is formed of an inorganic material for a piezoelectric body such as a Pb-based perovskite structure oxide. For example, Pb-based piezoelectric ceramic represented by lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or magnesium niobate / lead titanate solid solution (PMN-PT) and zinc niobate / lead titanate It can be formed from a relaxor-type piezoelectric single crystal typified by a solid solution (PZN-PT).
On the other hand, the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 of the organic piezoelectric element 5 are made of an organic material for a piezoelectric material such as a vinylidene fluoride (VDF) material. For example, it can be formed from a polymer piezoelectric element such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-TrFE)).

バッキング材1は、複数の無機圧電素子2を支持すると共に後方へ放出された超音波を吸収するもので、フェライトゴム等のゴム材から形成することができる。
第1の音響整合層3は、複数の無機圧電素子2から発せられた超音波を効率よく音響レンズ8から被検体内に入射させるためのもので、無機圧電素子2の音響インピーダンスと被検体である生体の音響インピーダンスの中間的な値の音響インピーダンスを有する材料から形成される。
また、第1の音響整合層3の厚さは、例えば、複数の無機圧電素子2から発せられる超音波の基本波(例えば、無機圧電体21の最大感度の−6dB帯域の中心周波数)の波長λに対してλ/4共振条件を満たす値の近傍となるように設定される。
The backing material 1 supports a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and absorbs ultrasonic waves emitted backward, and can be formed from a rubber material such as ferrite rubber.
The first acoustic matching layer 3 is for efficiently allowing ultrasonic waves emitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 to enter the subject from the acoustic lens 8. It is formed from a material having an acoustic impedance that is an intermediate value of the acoustic impedance of a living body.
The thickness of the first acoustic matching layer 3 is, for example, the wavelength of the fundamental wave of ultrasonic waves emitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 (for example, the maximum sensitivity of the −6 dB band center frequency of the inorganic piezoelectric body 21). It is set to be in the vicinity of a value that satisfies the λ / 4 resonance condition with respect to λ.

第2の音響整合層4は、第1の音響整合層3と併せて、複数の無機圧電素子2から発せられた超音波を効率よく被検体内に入射させるためのもので、第1の樹脂層41、第1の有機圧電体層52、第2の有機圧電体層53および第2の樹脂層42の計4層により構成されている。   The second acoustic matching layer 4, together with the first acoustic matching layer 3, is for making the ultrasonic waves emitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 efficiently enter the subject. The first resin The layer 41 includes a total of four layers including a first organic piezoelectric layer 52, a second organic piezoelectric layer 53, and a second resin layer 42.

第1の樹脂層41および第2の樹脂層42は、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスを有する樹脂材料から形成される。より具体的には、第1の樹脂層41は、第1の音響整合層3の音響インピーダンスよりも小さく、且つ、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の音響インピーダンスと同等かわずかに大きな音響インピーダンスを有するように設定され、第2の樹脂層42は、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の音響インピーダンスと同等かわずかに小さく、且つ、音響レンズ8の音響インピーダンス以上の音響インピーダンスを有するように設定される。第1の樹脂層41および第2の樹脂層42を、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の形成材料と同じ材料から形成することもできる。
また、第1の樹脂層41、第1の有機圧電体層52、第2の有機圧電体層53および第2の樹脂層42の4層の厚さの和が、例えば、複数の無機圧電素子2から発せられる超音波の基本波の波長λに対してλ/4共振条件を満たす値の近傍となるように設定される。
The first resin layer 41 and the second resin layer 42 are formed from a resin material having an acoustic impedance close to the acoustic impedance of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53. More specifically, the first resin layer 41 is smaller than the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 3 and the acoustic impedance of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53. And the second resin layer 42 is equal to or slightly smaller than the acoustic impedance of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53, In addition, the acoustic impedance of the acoustic lens 8 is set to be higher than the acoustic impedance. The first resin layer 41 and the second resin layer 42 can also be formed from the same material as the material for forming the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53.
The sum of the thicknesses of the four layers of the first resin layer 41, the first organic piezoelectric layer 52, the second organic piezoelectric layer 53, and the second resin layer 42 is, for example, a plurality of inorganic piezoelectric elements. 2 is set in the vicinity of a value satisfying the λ / 4 resonance condition with respect to the wavelength λ of the fundamental wave of the ultrasonic wave emitted from 2.

第1の分離部6および第2の分離部7に用いられる充填剤は、互いに隣接する積層体Sおよび第2の信号電極層55の位置および姿勢を固定するためのもので、例えば、エポキシ樹脂などから形成される。
音響レンズ8は、屈折を利用して超音波ビームを絞り、エレベーション方向であるY方向の分解能を向上させるもので、シリコンゴム等から形成されている。
The filler used in the first separation unit 6 and the second separation unit 7 is for fixing the position and posture of the stacked body S and the second signal electrode layer 55 adjacent to each other. For example, an epoxy resin Formed from.
The acoustic lens 8 narrows the ultrasonic beam using refraction and improves the resolution in the Y direction, which is the elevation direction, and is made of silicon rubber or the like.

次に、この実施の形態1に係る超音波探触子の動作について説明する。
動作時には、例えば、複数の無機圧電素子2が超音波の送信専用の振動子として、複数の有機圧電素子5が超音波の受信専用の振動子として使用される。
複数の無機圧電素子2の信号電極層22と接地電極層23の間にそれぞれパルス状または連続波の電圧を印加すると、それぞれの無機圧電素子2の無機圧電体21が伸縮してパルス状または連続波の超音波が発生する。これらの超音波は、第1の音響整合層3、第2の音響整合層4および音響レンズ8を介して被検体内に入射し、互いに合成され、超音波ビームを形成して被検体内を伝搬する。
Next, the operation of the ultrasonic probe according to the first embodiment will be described.
In operation, for example, the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are used as transducers dedicated to ultrasonic transmission, and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are used as transducers dedicated to ultrasonic reception.
When a pulsed or continuous wave voltage is applied between the signal electrode layer 22 and the ground electrode layer 23 of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2, the inorganic piezoelectric body 21 of each inorganic piezoelectric element 2 expands and contracts to be pulsed or continuous. Wave ultrasound is generated. These ultrasonic waves enter the subject through the first acoustic matching layer 3, the second acoustic matching layer 4, and the acoustic lens 8, and are combined with each other to form an ultrasonic beam and pass through the subject. Propagate.

続いて、被検体内を伝搬して反射された超音波エコーが、音響レンズ8および第2の樹脂層42を介してそれぞれの有機圧電素子5に入射されると、それぞれの有機圧電素子5を構成する第2の圧電素子部5bおよび第1の圧電素子部5aが超音波の高調波成分に高感度に応答し、第2の圧電素子部5bに含まれる第2の有機圧電体層53と第1の圧電素子部5aに含まれる第1の有機圧電体層52がそれぞれ伸縮する。これにより、第2の圧電素子部5bの第2の信号電極層55と接地電極層51の間に電気信号が発生すると共に、第1の圧電素子部5aの接地電極層51と第1の信号電極層54の間に電気信号が発生し、それぞれ受信信号として出力される。   Subsequently, when the ultrasonic echoes propagated and reflected in the subject are incident on the respective organic piezoelectric elements 5 through the acoustic lens 8 and the second resin layer 42, the respective organic piezoelectric elements 5 are caused to enter. The second piezoelectric element portion 5b and the first piezoelectric element portion 5a that are configured respond to the harmonic component of the ultrasonic wave with high sensitivity, and the second organic piezoelectric layer 53 included in the second piezoelectric element portion 5b. Each of the first organic piezoelectric layers 52 included in the first piezoelectric element portion 5a expands and contracts. As a result, an electric signal is generated between the second signal electrode layer 55 of the second piezoelectric element portion 5b and the ground electrode layer 51, and the ground electrode layer 51 of the first piezoelectric element portion 5a and the first signal are generated. An electrical signal is generated between the electrode layers 54 and is output as a received signal.

第2の圧電素子部5bで得られた受信信号と第1の圧電素子部5aで得られた受信信号は、互いに加算され、加算された受信信号に基づいて、高調波画像を生成することができる。ここで、複数の無機圧電素子2と複数の有機圧電素子5は、音軸方向であるZ方向に互いに位置がそろうように、すなわち、複数の無機圧電素子2の配列方向Xにおける位置が互いに一致し、且つ互いに同じピッチPで配列形成されているため、超音波ビームの送信位置と同じ配列位置で被検体からの超音波エコーを受信することができ、高精度に高調波画像を生成することができる。   The reception signal obtained by the second piezoelectric element unit 5b and the reception signal obtained by the first piezoelectric element unit 5a are added to each other, and a harmonic image can be generated based on the added reception signal. it can. Here, the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are aligned with each other in the Z direction that is the sound axis direction, that is, the positions of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 in the arrangement direction X are the same. In addition, since they are arranged at the same pitch P, ultrasonic echoes from the subject can be received at the same arrangement position as the transmission position of the ultrasonic beam, and a harmonic image can be generated with high accuracy. Can do.

ここで、第1の音響整合層3は、無機圧電素子2の音響インピーダンスと被検体である生体の音響インピーダンスの中間的な値の音響インピーダンスを有すると共に、λ/4共振条件を満たす値の近傍の厚さに形成され、一方、第2の音響整合層4の第1の樹脂層41および第2の樹脂層42は、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスを有すると共に、第1の樹脂層41、第1の有機圧電体層52、第2の有機圧電体層53および第2の樹脂層42の4層の厚さの和がλ/4共振条件を満たす値の近傍に設定されているため、超音波の送受信を効率よく行うことができる。
また、それぞれの有機圧電素子5が、音軸方向であるZ方向に互いに積層された第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bから形成されているため、これら第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bを互いに並列接続することにより、有機圧電素子5としての静電容量を高めることができ、超音波エコーによる受信信号を効率よく取得することが可能となり、熱ノイズを低減すると共に受信信号のS/N比を向上させることができる。
Here, the first acoustic matching layer 3 has an acoustic impedance that is an intermediate value between the acoustic impedance of the inorganic piezoelectric element 2 and the acoustic impedance of the living body that is the subject, and in the vicinity of a value that satisfies the λ / 4 resonance condition. On the other hand, the first resin layer 41 and the second resin layer 42 of the second acoustic matching layer 4 are formed of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53, respectively. The acoustic impedance has a value close to the acoustic impedance, and the first resin layer 41, the first organic piezoelectric layer 52, the second organic piezoelectric layer 53, and the second resin layer 42 have a thickness of four layers. Since the sum is set in the vicinity of a value satisfying the λ / 4 resonance condition, ultrasonic waves can be transmitted and received efficiently.
In addition, each organic piezoelectric element 5 is formed of a first piezoelectric element portion 5a and a second piezoelectric element portion 5b that are stacked in the Z direction that is the sound axis direction. By connecting the part 5a and the second piezoelectric element part 5b in parallel to each other, the capacitance as the organic piezoelectric element 5 can be increased, and a reception signal by ultrasonic echoes can be efficiently acquired, Noise can be reduced and the S / N ratio of the received signal can be improved.

なお、複数の無機圧電素子2を超音波の送受信兼用の振動子として使用することもできる。この場合、音響レンズ8および第2の樹脂層42を介して有機圧電素子5で受信された超音波エコーが、さらに、第1の樹脂層41および第1の音響整合層3を介してそれぞれの無機圧電素子2に入射し、無機圧電体21が主に超音波の基本波成分に応答して伸縮し、信号電極層22と接地電極層23の間に電気信号を発生する。
このようにして複数の無機圧電素子2から得られた基本波成分に対応する受信信号と、有機圧電素子5から得られた高調波成分に対応する受信信号とに基づいて、基本波成分と高調波成分を複合したコンパウンド画像を生成することができる。
A plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can also be used as transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves. In this case, ultrasonic echoes received by the organic piezoelectric element 5 through the acoustic lens 8 and the second resin layer 42 are further transmitted through the first resin layer 41 and the first acoustic matching layer 3, respectively. The light enters the inorganic piezoelectric element 2, and the inorganic piezoelectric body 21 expands and contracts mainly in response to the fundamental wave component of the ultrasonic wave, and generates an electric signal between the signal electrode layer 22 and the ground electrode layer 23.
Based on the reception signal corresponding to the fundamental wave component obtained from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 in this way and the reception signal corresponding to the harmonic component obtained from the organic piezoelectric element 5, the fundamental wave component and the harmonics are obtained. A compound image in which wave components are combined can be generated.

このときも、複数の無機圧電素子2と複数の有機圧電素子5が、音軸方向であるZ方向に互いに位置がそろい且つ互いに同じピッチPで配列形成されているため、超音波エコーの基本波成分と高調波成分を同じ配列位置で受信することができ、基本波成分と高調波成分を高精度に複合したコンパウンド画像を生成することができる。   Also at this time, the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are aligned in the Z direction, which is the direction of the sound axis, and are arranged at the same pitch P, so that the fundamental wave of the ultrasonic echo The component and the harmonic component can be received at the same arrangement position, and a compound image in which the fundamental wave component and the harmonic component are combined with high accuracy can be generated.

このような超音波探触子は、次のようにして製造することができる。
まず、図3(A)に示されるように、バッキング材1の全域にわたって延びるシート状の無機圧電素子層91aを接着剤等によりバッキング材1の表面1aの上に接合する。この無機圧電素子層91aは、バッキング材1の表面1aにわたって延びる無機圧電体層91の両面に、全面にわたってそれぞれ第1の導電層92および第2の導電層93が形成されたもので、第1の導電層92がバッキング材1の表面1a上に接合される。
次に、図3(B)に示されるように、無機圧電素子層91aの全域にわたって延びるシート状の音響整合層94を、例えば80℃〜100℃の温度で第2の導電層93の上に接合する。
さらに、音響整合層94の上にシート状の第1の樹脂層95が接合される。この第1の樹脂層95は、音響整合層94の全面にわたって延びるだけの大きさを有し、音響整合層94に対向する面とは反対側の表面には全面にわたって第3の導電層96が予め形成されている。
Such an ultrasonic probe can be manufactured as follows.
First, as shown in FIG. 3A, a sheet-like inorganic piezoelectric element layer 91a extending over the entire area of the backing material 1 is bonded onto the surface 1a of the backing material 1 with an adhesive or the like. This inorganic piezoelectric element layer 91a is formed by forming a first conductive layer 92 and a second conductive layer 93 over the entire surface on both sides of an inorganic piezoelectric layer 91 extending over the surface 1a of the backing material 1, respectively. The conductive layer 92 is bonded onto the surface 1 a of the backing material 1.
Next, as shown in FIG. 3B, a sheet-like acoustic matching layer 94 extending over the entire area of the inorganic piezoelectric element layer 91a is formed on the second conductive layer 93 at a temperature of, for example, 80 ° C. to 100 ° C. Join.
Further, a sheet-like first resin layer 95 is bonded on the acoustic matching layer 94. The first resin layer 95 is large enough to extend over the entire surface of the acoustic matching layer 94, and the third conductive layer 96 is formed over the entire surface on the opposite side of the surface facing the acoustic matching layer 94. Pre-formed.

続いて、図3(C)に示されるように、第3の導電層96、第1の樹脂層95、音響整合層94および無機圧電素子層91aの各層を所定のピッチPでダイシングすることにより、各層を複数の断片に分離する。このとき、ダイシングは、第3の導電層96から無機圧電素子層91aまでの各層を完全に分断するように行われるため、分断された各層のそれぞれの断片は音軸方向すなわちZ方向に位置を合わせて整列される。これにより、バッキング材1の表面1a上には配列ピッチPで配列された複数の無機圧電素子2が形成され、それぞれの無機圧電素子2の上に、複数の無機圧電素子2、複数の第1の音響整合層3、複数の第1の樹脂層41および複数の第1の信号電極層54からなる積層体Sが、Z方向に位置をそろえて形成される。また、ダイシングにより、互いにX方向に隣接する積層体Sの間に、Z方向に延びる溝97が形成される。
このように、第3の導電層96から無機圧電素子層91aまでの各層をピッチPでダイシングすることにより、各層が簡便に複数の断片に分離されると共に分離された各層のそれぞれの断片をZ方向にそろえることができる。そして、複数の有機圧電素子5の第1の信号電極層54と、複数の無機圧電素子2の信号電極層22および接地電極層23とを互いに正確に位置合わせすることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the third conductive layer 96, the first resin layer 95, the acoustic matching layer 94, and the inorganic piezoelectric element layer 91a are diced at a predetermined pitch P. Separate each layer into multiple pieces. At this time, since dicing is performed so as to completely divide each layer from the third conductive layer 96 to the inorganic piezoelectric element layer 91a, each fragment of each divided layer is positioned in the sound axis direction, that is, the Z direction. Aligned. As a result, a plurality of inorganic piezoelectric elements 2 arranged at an arrangement pitch P are formed on the surface 1 a of the backing material 1. A plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and a plurality of first piezoelectric elements 2 are formed on each inorganic piezoelectric element 2. Of the acoustic matching layer 3, the plurality of first resin layers 41, and the plurality of first signal electrode layers 54 are formed so as to be aligned in the Z direction. Further, by dicing, a groove 97 extending in the Z direction is formed between the stacked bodies S adjacent to each other in the X direction.
In this way, by dicing each layer from the third conductive layer 96 to the inorganic piezoelectric element layer 91a with the pitch P, each layer is easily separated into a plurality of pieces and each piece of each separated layer is designated as Z. It can be aligned in the direction. The first signal electrode layers 54 of the plurality of organic piezoelectric elements 5 and the signal electrode layers 22 and the ground electrode layers 23 of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 can be accurately aligned with each other.

次に、図3(D)に示されるように、ダイシングにより形成された複数の溝97の内部に充填剤を充填して、各積層体Sの位置および姿勢を固定する第1の分離部6を形成した後、第3の導電層96の上に、第4の導電層98を挟んで互いに積層されたシート状の第1および第2の有機圧電体層52および53のうち、第1の有機圧電体層52を、例えば80℃程度の温度で圧着させる。   Next, as shown in FIG. 3D, the first separation unit 6 that fills the inside of the plurality of grooves 97 formed by dicing and fixes the position and posture of each stacked body S. Of the sheet-like first and second organic piezoelectric layers 52 and 53 laminated on the third conductive layer 96 with the fourth conductive layer 98 interposed therebetween. The organic piezoelectric layer 52 is pressure-bonded at a temperature of about 80 ° C., for example.

ここで、図3(E)に示されるように、表面上にシート状の第2の樹脂層99および第5の導電層100が順次形成された音響レンズ8に対し、図3(C)におけるダイシングと同一のピッチPで、第5の導電層100の表面からダイシングを行うことにより、第5の導電層100をX方向にピッチPで分割する。このとき、肉薄の第5の導電層100のみを切断することは困難であるため、第5の導電層100の表面から第2の樹脂層99の厚さ方向の途中までダイシングが行われ、互いに隣接する第5の導電層100の間に溝101が形成されると共に、それぞれの溝101が第2の樹脂層99の途中にまで入り込む。   Here, as shown in FIG. 3E, the acoustic lens 8 in which the sheet-like second resin layer 99 and the fifth conductive layer 100 are sequentially formed on the surface is shown in FIG. Dicing is performed from the surface of the fifth conductive layer 100 at the same pitch P as the dicing, thereby dividing the fifth conductive layer 100 at the pitch P in the X direction. At this time, since it is difficult to cut only the thin fifth conductive layer 100, dicing is performed from the surface of the fifth conductive layer 100 to the middle in the thickness direction of the second resin layer 99, Grooves 101 are formed between the adjacent fifth conductive layers 100, and the respective grooves 101 enter the middle of the second resin layer 99.

そして、図3(F)に示されるように、複数の溝101の内部に充填剤を充填して、第5の導電層100の位置を固定する第2の分離部7を形成した後、X方向における第3の導電層96と第5の導電層100の位置を互いに合わせながら、第5の導電層100を第2の有機圧電体層53の表面上に接合する。このとき、第3の導電層96と第5の導電層100の位置合わせは、X方向における双方の端部で行うことが望ましい。X方向における第3の導電層96の端部とバッキング材1の端部が一致し、且つ、X方向における第5の導電層100の端部と音響レンズ8の端部が一致する場合には、バッキング材1の端部と音響レンズ8の端部を互いに位置合わせすることで、第3の導電層96と第5の導電層100の位置をそろえることができる。   Then, as shown in FIG. 3F, after filling the inside of the plurality of grooves 101 with the filler to form the second separation portion 7 that fixes the position of the fifth conductive layer 100, X The fifth conductive layer 100 is bonded onto the surface of the second organic piezoelectric layer 53 while aligning the positions of the third conductive layer 96 and the fifth conductive layer 100 in the direction. At this time, it is desirable to align the third conductive layer 96 and the fifth conductive layer 100 at both ends in the X direction. When the end portion of the third conductive layer 96 in the X direction and the end portion of the backing material 1 coincide with each other, and the end portion of the fifth conductive layer 100 in the X direction and the end portion of the acoustic lens 8 coincide with each other. The positions of the third conductive layer 96 and the fifth conductive layer 100 can be aligned by aligning the end of the backing material 1 and the end of the acoustic lens 8 with each other.

これにより、図1および図2に示した超音波探触子が製造される
第1の分離部6により分割された無機圧電体層91、第1の導電層92および第2の導電層93が、それぞれ、無機圧電素子2の無機圧電体21、信号電極層22および接地電極層23を形成し、第1の分離部6により分割された音響整合層94、第1の樹脂層95および第3の導電層96が、それぞれ、第1の音響整合層3、第1の樹脂層41および第1の信号電極層54を形成する。また、第4の導電層98、第2の樹脂層99、および第2の分離部7により分割された第5の導電層100が、それぞれ、接地電極層51、第2の樹脂層42および第2の信号電極層55を形成する。
Thereby, the inorganic piezoelectric layer 91, the first conductive layer 92, and the second conductive layer 93 divided by the first separation unit 6 in which the ultrasonic probe shown in FIGS. , The inorganic piezoelectric body 21, the signal electrode layer 22 and the ground electrode layer 23 of the inorganic piezoelectric element 2, and the acoustic matching layer 94, the first resin layer 95, and the third divided by the first separation unit 6, respectively. The conductive layers 96 form the first acoustic matching layer 3, the first resin layer 41, and the first signal electrode layer 54, respectively. In addition, the fourth conductive layer 98, the second resin layer 99, and the fifth conductive layer 100 divided by the second separator 7 are respectively connected to the ground electrode layer 51, the second resin layer 42, and the second conductive layer 100. Two signal electrode layers 55 are formed.

第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53は、温度上昇によって徐々に結晶化度が低下するため、キュリー点よりかなり低い温度に使用上限温度がある。例えば、音響整合層94などの各層を積層する際に使用される80℃〜100℃の高い温度を直接与えると容易に脱分極されてしまうが、第1の有機圧電体層52は、バッキング材1から第3の導電層96までの各層が積層された後に第3の導電層96の上に積層され、また、図3(E)に示される別工程で形成された音響レンズ8と第2の樹脂層99と第5の導電層100の積層体が第2の有機圧電体層53の上に接合される。このため、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53は、他の層を積層する際または充填剤が溝97および101に充填される際等の高い温度に曝されることがなく、脱分極することを抑制することができる。
さらに、バッキング材1から第3の導電層96までの各層を順次接着するまでの間は、第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53が存在しないため、これらの層を互いに高温で接着して高い接着力で積層させることができる。
Since the crystallinity of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 gradually decreases as the temperature rises, there is a use upper limit temperature at a temperature considerably lower than the Curie point. For example, when a high temperature of 80 ° C. to 100 ° C. used when laminating each layer such as the acoustic matching layer 94 is directly applied, the first organic piezoelectric layer 52 is formed of a backing material. Each of the first to third conductive layers 96 is stacked and then stacked on the third conductive layer 96, and the acoustic lens 8 and the second lens formed in a separate process shown in FIG. A laminate of the resin layer 99 and the fifth conductive layer 100 is bonded onto the second organic piezoelectric layer 53. For this reason, the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 are exposed to a high temperature, for example, when another layer is laminated or when the filler is filled in the grooves 97 and 101. And depolarization can be suppressed.
Furthermore, since the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 do not exist until the respective layers from the backing material 1 to the third conductive layer 96 are sequentially bonded, these layers are They can be bonded to each other at a high temperature and laminated with a high adhesive force.

例えば、複数の無機圧電素子2から送信される超音波の周波数が7MHz程度、第1の音響整合層3の音響インピーダンスが約8.9Mrayl(kg/ms)、および第2の音響整合層4の音響インピーダンスが約4.0Mraylのリニアプローブを作成する場合には、無機圧電体21としてチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)を使用して、この厚みを190μm程度に形成し、第1の音響整合層3の厚み並びに第2の音響整合層4を構成する第1の樹脂層41、第1の有機圧電体層52、第2の有機圧電体層53および第2の樹脂層42の計4層の厚さの和を、それぞれ80μm程度に形成することができる。これにより、第2の音響整合層4が複数の無機圧電素子2に対する共振条件を満たしながらも複数の有機圧電素子5を所望の厚さで形成することができる。 For example, the frequency of ultrasonic waves transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 is about 7 MHz, the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 3 is about 8.9 Mrayl (kg / m 2 s), and the second acoustic matching layer In the case of producing a linear probe having an acoustic impedance of about 4.0 Mrayl, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) is used as the inorganic piezoelectric body 21 and the thickness thereof is about 190 μm. The thickness of the first acoustic matching layer 3 and the first resin layer 41, the first organic piezoelectric layer 52, the second organic piezoelectric layer 53, and the second constituting the second acoustic matching layer 4 are formed. The sum of the thicknesses of the four resin layers 42 in total can be formed to about 80 μm. Thereby, the plurality of organic piezoelectric elements 5 can be formed with a desired thickness while the second acoustic matching layer 4 satisfies the resonance condition for the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.

このように、個々の有機圧電素子5をZ方向に互いに積層された第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bから構成し、第1の音響整合層3の厚み並びに第2の音響整合層4を構成する第1の樹脂層41、第1の有機圧電体層52、第2の有機圧電体層53および第2の樹脂層42の計4層の厚さの和を、それぞれ共振条件を満たすように設定することにより、複数の無機圧電素子2から送信される超音波ビームに対して優れた音響透過率を保ちながらも複数の有機圧電素子5における受信信号の取得効率を向上させることができる。さらに、有機圧電素子5としての静電容量を高めることができ、超音波エコーによる受信信号を効率よく取得することが可能となり、熱ノイズを低減すると共に受信信号のS/N比を向上させることができる。
また、複数の無機圧電素子2と複数の有機圧電素子5が互いに音軸方向であるZ方向に位置をそろえて配列されているため、高精度な高調波画像およびコンパウンド画像を生成することができる。
さらに、超音波探触子を製造する際に有機圧電素子5の第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53を高温に曝すことが少ないため、これら第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53が脱分極するのを抑制することができる。
In this way, each organic piezoelectric element 5 is composed of the first piezoelectric element portion 5a and the second piezoelectric element portion 5b stacked on each other in the Z direction, and the thickness of the first acoustic matching layer 3 and the second The sum of the total thickness of the first resin layer 41, the first organic piezoelectric layer 52, the second organic piezoelectric layer 53, and the second resin layer 42 constituting the acoustic matching layer 4, respectively, By setting so as to satisfy the resonance condition, the reception efficiency of the received signals in the plurality of organic piezoelectric elements 5 is improved while maintaining an excellent acoustic transmittance with respect to the ultrasonic beams transmitted from the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. Can be made. Furthermore, the capacitance as the organic piezoelectric element 5 can be increased, and it is possible to efficiently obtain a received signal by ultrasonic echoes, thereby reducing thermal noise and improving the S / N ratio of the received signal. Can do.
In addition, since the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 and the plurality of organic piezoelectric elements 5 are arranged so as to be aligned with each other in the Z direction that is the sound axis direction, it is possible to generate high-accuracy harmonic images and compound images. .
Further, since the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 of the organic piezoelectric element 5 are less likely to be exposed to a high temperature when the ultrasonic probe is manufactured, the first organic piezoelectric body. It is possible to prevent the layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 from depolarizing.

なお、それぞれの無機圧電素子2は、複数のサブダイスに分割することもできる。例えば、個々の無機圧電素子2を構成する無機圧電体21、信号電極層22および接地電極層23が、それぞれ、複数の無機圧電素子2の配列方向であるX方向に沿って複数の断片に分割される。このように、個々の無機圧電素子2を複数のサブダイスに分割することにより、無機圧電素子2の圧電乗数を向上させ、超音波探触子の送受信感度を向上させることが可能となる。
このような超音波探触子を製造するには、図3(C)に示したダイシングの際に、無機圧電素子層91a、または、無機圧電素子層91aから音響整合層94までの各層を音軸方向であるZ方向にさらにダイシングして、サブダイス形成溝を形成すればよい。
Each inorganic piezoelectric element 2 can be divided into a plurality of sub-dies. For example, the inorganic piezoelectric material 21, the signal electrode layer 22, and the ground electrode layer 23 constituting each inorganic piezoelectric element 2 are each divided into a plurality of pieces along the X direction that is the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements 2. Is done. Thus, by dividing each inorganic piezoelectric element 2 into a plurality of sub-dies, the piezoelectric multiplier of the inorganic piezoelectric element 2 can be improved, and the transmission / reception sensitivity of the ultrasonic probe can be improved.
In order to manufacture such an ultrasonic probe, during the dicing shown in FIG. 3C, the inorganic piezoelectric element layer 91a or each layer from the inorganic piezoelectric element layer 91a to the acoustic matching layer 94 is sounded. The dicing groove may be formed by further dicing in the Z direction which is the axial direction.

実施の形態2
図4に示されるように、それぞれの無機圧電素子2の信号線電極層22に無機圧電素子用A/Dコンバータ9を接続すると共に、有機圧電素子5の第1の圧電素子部5aの第1の信号電極層54および第2の圧電素子部5bの第2の信号電極層55からの引出線を接続点Aで互いに接続して、この接続点Aに有機圧電素子用アンプ10および有機圧電素子用A/Dコンバータ11を順次接続することができる。
ここで、複数の有機圧電素子5の電気容量は、第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bを互いに並列接続することにより、高めることができるが、有機圧電素子用アンプ10で増幅することが望ましい。このとき、有機圧電素子5から有機圧電素子用アンプ10に伝送される間に受信信号が減衰するのを防ぐために、有機圧電素子用アンプ10を有機圧電素子5の第1の信号電極層54および第2の信号電極層55の近傍に接続または直結させるのが好ましい。
Embodiment 2
As shown in FIG. 4, the inorganic piezoelectric element A / D converter 9 is connected to the signal line electrode layer 22 of each inorganic piezoelectric element 2, and the first piezoelectric element portion 5 a of the organic piezoelectric element 5 is connected to the first piezoelectric element portion 5 a. The signal electrode layer 54 and the lead wire from the second signal electrode layer 55 of the second piezoelectric element portion 5b are connected to each other at a connection point A, and the organic piezoelectric element amplifier 10 and the organic piezoelectric element are connected to the connection point A. The A / D converters 11 can be sequentially connected.
Here, the electric capacity of the plurality of organic piezoelectric elements 5 can be increased by connecting the first piezoelectric element portion 5a and the second piezoelectric element portion 5b in parallel to each other. It is desirable to amplify. At this time, in order to prevent the received signal from being attenuated while being transmitted from the organic piezoelectric element 5 to the organic piezoelectric element amplifier 10, the organic piezoelectric element amplifier 10 is connected to the first signal electrode layer 54 of the organic piezoelectric element 5 and It is preferable to connect or connect directly to the vicinity of the second signal electrode layer 55.

なお、音軸方向であるZ方向に沿った第1の有機圧電体層52および第2の有機圧電体層53の分極方向が互いに逆方向であり、第1の圧電素子部5aおよび第2の圧電素子部5bから得られた受信信号が互いに同一の極性になり、図4の接続点Aで互いに加算させることができる。   The polarization directions of the first organic piezoelectric layer 52 and the second organic piezoelectric layer 53 along the Z direction, which is the sound axis direction, are opposite to each other, and the first piezoelectric element portion 5a and the second piezoelectric element portion 5a The received signals obtained from the piezoelectric element portion 5b have the same polarity, and can be added to each other at the connection point A in FIG.

また、実施の形態2に係る超音波探触子を内蔵する超音波プローブ内にマルチプレクサを配置することで超音波プローブから引き出される信号線の本数を減少させることができる。例えば、無機圧電素子用A/Dコンバータ9および有機圧電素子用A/Dコンバータ11の後段にマルチプレクサを配置し、無機圧電素子用A/Dコンバータ9と有機圧電素子用A/Dコンバータ11から引き出された2本の信号線を1本にまとめることができる。   Further, the number of signal lines drawn from the ultrasonic probe can be reduced by disposing the multiplexer in the ultrasonic probe incorporating the ultrasonic probe according to the second embodiment. For example, a multiplexer is disposed after the A / D converter 9 for the inorganic piezoelectric element and the A / D converter 11 for the organic piezoelectric element, and is drawn from the A / D converter 9 for the inorganic piezoelectric element and the A / D converter 11 for the organic piezoelectric element. These two signal lines can be combined into one.

なお、上記の実施の形態1および2では、それぞれの有機圧電素子5が、音軸方向に互いに積層された2つの圧電素子部5aおよび5bを有していたが、これに限るものではなく、それぞれの有機圧電素子5が、音軸方向に互いに積層された3つ以上の圧電素子部を有するように構成することもできる。3つ以上の圧電素子部を互いに並列接続することにより、有機圧電素子5としての静電容量が高まり、受信信号のS/N比を向上させることが可能となる。   In the first and second embodiments described above, each organic piezoelectric element 5 has two piezoelectric element portions 5a and 5b stacked on each other in the sound axis direction. However, the present invention is not limited to this. Each organic piezoelectric element 5 can also be configured to have three or more piezoelectric element portions stacked on each other in the sound axis direction. By connecting three or more piezoelectric element portions in parallel to each other, the capacitance as the organic piezoelectric element 5 is increased, and the S / N ratio of the received signal can be improved.

実施の形態3
上記の実施の形態1および2では、複数の無機圧電素子2で発生させた超音波を被検体に向けて送信すると共に被検体内で反射された超音波エコーが複数の無機圧電素子2または複数の有機圧電素子5で受信されたが、図5に示すように、被検体に向けて照射光Lを照射する光照射部31を新たに設けることにより、光照射部31から被検体に向けて照射光Lを照射すると共に照射光Lの照射により被検体から誘発された光音響波U(超音波)を例えば複数の有機圧電素子5で受信することができる。これにより、光音響効果を利用して被検体内を画像化する、いわゆる光音響イメージング(PAI:Photoacoustic Imaging)を行うことができる。
光照射部31は、互いに異なる波長を有する複数の照射光Lを被検体に向けて順次照射するもので、半導体レーザ(LD)、発光ダイオード(LED)、固体レーザ、ガスレーザ等から構成することができる。光照射部31は、例えば、パルスレーザ光を照射光Lとして用い、パルス毎に順次波長を切り換えながら被検体に向けてパルスレーザ光を照射する。
Embodiment 3
In the first and second embodiments, the ultrasonic waves generated by the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 are transmitted toward the subject, and the ultrasonic echoes reflected in the subject are the plurality of inorganic piezoelectric elements 2 or the plurality. However, as shown in FIG. 5, by newly providing a light irradiation unit 31 that irradiates the subject with the irradiation light L, the light irradiation unit 31 is directed toward the subject. For example, a plurality of organic piezoelectric elements 5 can receive photoacoustic waves U (ultrasonic waves) induced from the subject by irradiation with irradiation light L. Thereby, what is called photoacoustic imaging (PAI: Photoacoustic Imaging) which images the inside of a subject using a photoacoustic effect can be performed.
The light irradiation unit 31 sequentially irradiates a subject with a plurality of irradiation lights L having different wavelengths, and may be composed of a semiconductor laser (LD), a light emitting diode (LED), a solid-state laser, a gas laser, or the like. it can. For example, the light irradiation unit 31 uses pulsed laser light as the irradiation light L and irradiates the subject with the pulsed laser light while sequentially switching the wavelength for each pulse.

光音響イメージングを行う際には、光照射部31から被検体に向けて照射光Lが照射され、その照射された照射光Lが被検体内の所定の生体組織Vに照射されると、生体組織Vは照射光Lの光エネルギーを吸収することにより弾性波である光音響波U(超音波)を放出する。
例えば、光照射部31から約750nmの波長を有する照射光Lと、約800nmの波長を有する照射光Lを順次被検体に照射する。ここで、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)は、波長800nmの照射光Lよりも波長750nmの照射光Lに対して、高い分子吸収係数を有する。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン(酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)は、波長800nmの照射光Lよりも波長750nmの照射光Lに対して、低い分子吸収係数を有する。このため、動脈および静脈に波長800nmの照射光Lおよび波長750nmの照射光Lをそれぞれ照射すると、動脈および静脈の分子吸収係数に応じた強度の光音響波Uがそれぞれ放出されることになる。
動脈または静脈から放出された光音響波Uは、上記の実施の形態1および2と同様にして、超音波探触子の複数の有機雑電素子5で受信される。
When performing photoacoustic imaging, irradiation light L is irradiated from the light irradiation unit 31 toward the subject, and when the irradiated irradiation light L is irradiated to a predetermined biological tissue V in the subject, the living body The tissue V absorbs the light energy of the irradiation light L and emits a photoacoustic wave U (ultrasonic wave) that is an elastic wave.
For example, the object is sequentially irradiated with irradiation light L having a wavelength of about 750 nm and irradiation light L having a wavelength of about 800 nm from the light irradiation unit 31. Here, oxygenated hemoglobin (hemoglobin combined with oxygen: oxy-Hb) contained in a large amount in human arteries has a higher molecular absorption coefficient than the irradiation light L having a wavelength of 800 nm with respect to the irradiation light L having a wavelength of 750 nm. . On the other hand, deoxygenated hemoglobin (hemoglobin deoxy-Hb not bound to oxygen) contained in a large amount in veins has a lower molecular absorption coefficient for irradiation light L with a wavelength of 750 nm than irradiation light L with a wavelength of 800 nm. For this reason, when the irradiation light L having a wavelength of 800 nm and the irradiation light L having a wavelength of 750 nm are respectively irradiated to an artery and a vein, photoacoustic waves U having an intensity corresponding to the molecular absorption coefficient of the artery and vein are respectively emitted.
The photoacoustic wave U emitted from the artery or vein is received by the plurality of organic noise elements 5 of the ultrasonic probe in the same manner as in the first and second embodiments.

このように、超音波探触子は、超音波画像用として使用されるだけでなく、光音響画像用として使用することもでき、1つの超音波探触子を用いて多様な超音波診断を行うことができる。
なお、照射光Lの照射により被検体から誘発される光音響波Uは、複数の無機圧電素子2で受信することもできる。
As described above, the ultrasonic probe can be used not only for an ultrasonic image but also for a photoacoustic image, and various ultrasonic diagnosis can be performed by using one ultrasonic probe. It can be carried out.
The photoacoustic wave U induced from the subject by the irradiation of the irradiation light L can be received by the plurality of inorganic piezoelectric elements 2.

1 バッキング材、1a バッキング材の表面、2 無機圧電素子、3 第1の音響整合層、4 第2の音響整合層、5 有機圧電素子、5a 第1の圧電素子部、5b 第2の圧電素子部、6,7 分離部、8 音響レンズ、9 無機圧電素子用A/Dコンバータ、10 有機圧電素子用アンプ、11 有機圧電素子用A/Dコンバータ、21 無機圧電体、22 信号電極層、23 接地電極層、31 光照射部、41 第1の樹脂層、42 第2の樹脂層、51 接地電極層、52 第1の有機圧電体層、53 第2の有機圧電体層、54 第1の信号電極層、55 第2の信号電極層、91 無機圧電体層、91a 無機圧電素子層、92 第1の導電層、93 第2の導電層、94 音響整合層、95 第1の樹脂層、96 第3の導電層、97,101 溝、98 第4の導電層、99 第2の樹脂層、100 第5の導電層、P 配列ピッチ、L 照射光、U 光音響波。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Backing material, 1a The surface of a backing material, 2 Inorganic piezoelectric element, 3rd 1st acoustic matching layer, 4th 2nd acoustic matching layer, 5 Organic piezoelectric element, 5a 1st piezoelectric element part, 5b 2nd piezoelectric element Part, 6, 7 Separation part, 8 acoustic lens, 9 A / D converter for inorganic piezoelectric element, 10 amplifier for organic piezoelectric element, 11 A / D converter for organic piezoelectric element, 21 inorganic piezoelectric body, 22 signal electrode layer, 23 Ground electrode layer, 31 light irradiation portion, 41 first resin layer, 42 second resin layer, 51 ground electrode layer, 52 first organic piezoelectric layer, 53 second organic piezoelectric layer, 54 first Signal electrode layer, 55 second signal electrode layer, 91 inorganic piezoelectric layer, 91a inorganic piezoelectric element layer, 92 first conductive layer, 93 second conductive layer, 94 acoustic matching layer, 95 first resin layer, 96 third conductive layer, 97, 10 Groove, 98 the fourth conductive layer, 99 a second resin layer, 100 a fifth conductive layer, P array pitch, L irradiated light, U photoacoustic wave.

Claims (15)

バッキング材と、
前記バッキング材の表面上に配列形成された複数の無機圧電素子と、
前記複数の無機圧電素子の上に配置された第1の音響整合層と、
前記第1の音響整合層の上に配置された第2の音響整合層と
を備え、
前記第2の音響整合層は、前記複数の無機圧電素子に対して平行に配列形成された複数の有機圧電素子を含み、
それぞれの前記有機圧電素子は、音軸方向に互いに積層された複数の圧電素子部を有することを特徴とする超音波探触子。
Backing material,
A plurality of inorganic piezoelectric elements arranged on the surface of the backing material;
A first acoustic matching layer disposed on the plurality of inorganic piezoelectric elements;
A second acoustic matching layer disposed on the first acoustic matching layer,
The second acoustic matching layer includes a plurality of organic piezoelectric elements arranged in parallel to the plurality of inorganic piezoelectric elements,
Each of the organic piezoelectric elements has a plurality of piezoelectric element portions stacked on each other in the sound axis direction.
前記複数の有機圧電素子は、
接地電極層を挟んで互いに積層されたシート状の第1および第2の有機圧電体層と、
前記第1の有機圧電体層の前記接地電極層とは反対側の表面上に互いに分離して配列形成された複数の第1の信号電極層と、
前記第2の有機圧電体層の前記接地電極層とは反対側の表面上に互いに分離して配列形成された複数の第2の信号電極層と
を有し、
前記第1の有機圧電体層と前記接地電極層と前記複数の第1の信号電極層により複数の第1の圧電素子部が形成され、
前記第2の有機圧電体層と前記接地電極層と前記複数の第2の信号電極層により複数の第2の圧電素子部が形成されている請求項1に記載の超音波探触子。
The plurality of organic piezoelectric elements are:
Sheet-like first and second organic piezoelectric layers laminated together with a ground electrode layer interposed therebetween;
A plurality of first signal electrode layers arrayed separately from each other on the surface of the first organic piezoelectric layer opposite to the ground electrode layer;
A plurality of second signal electrode layers arranged separately on the surface of the second organic piezoelectric layer opposite to the ground electrode layer;
A plurality of first piezoelectric element portions are formed by the first organic piezoelectric layer, the ground electrode layer, and the plurality of first signal electrode layers,
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a plurality of second piezoelectric element portions are formed by the second organic piezoelectric layer, the ground electrode layer, and the plurality of second signal electrode layers.
前記第2の音響整合層は、
前記複数の第1の信号電極層の前記第1の有機圧電体層とは反対側の表面上に形成されると共に前記第1の音響整合層の上に配置された複数の第1の樹脂層と、
前記複数の第2の信号電極層の前記第2の有機圧電体層とは反対側の表面上に形成されたシート状の第2の樹脂層と
を含む請求項2に記載の超音波探触子。
The second acoustic matching layer is
A plurality of first resin layers formed on the surface of the plurality of first signal electrode layers opposite to the first organic piezoelectric layer and disposed on the first acoustic matching layer When,
The ultrasonic probe according to claim 2, further comprising: a sheet-like second resin layer formed on a surface of the plurality of second signal electrode layers opposite to the second organic piezoelectric layer. Child.
前記第1の樹脂層の音響インピーダンスは、前記第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンス以上の値を有し、前記第2の樹脂層の音響インピーダンスは、前記第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンス以下の値を有する請求項3に記載の超音波探触子。   The acoustic impedance of the first resin layer has a value greater than or equal to the acoustic impedance of the first and second organic piezoelectric layers, and the acoustic impedance of the second resin layer is the first and second acoustic impedances. The ultrasonic probe according to claim 3, having a value equal to or lower than the acoustic impedance of the organic piezoelectric layer. 前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層は、それぞれ、前記第1および第2の有機圧電体層の音響インピーダンスに対して±10%の範囲内の音響インピーダンスを有する請求項4に記載の超音波探触子。   The said 1st resin layer and the said 2nd resin layer have an acoustic impedance in the range of +/- 10% with respect to the acoustic impedance of the said 1st and 2nd organic piezoelectric material layer, respectively. Ultrasonic probe. 前記第1および第2の有機圧電体層は、フッ化ビニリデン系材料から形成される請求項2〜5のいずれか一項に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to any one of claims 2 to 5, wherein the first and second organic piezoelectric layers are formed of a vinylidene fluoride-based material. 前記複数の無機圧電素子と前記複数の有機圧電素子は、互いに同一の配列ピッチで且つ音軸方向に対して互いに同じ位置に形成されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の超音波探触子。   The super structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of inorganic piezoelectric elements and the plurality of organic piezoelectric elements are formed at the same position with respect to the sound axis direction at the same arrangement pitch. Sonic probe. それぞれの前記無機圧電素子は、
無機圧電体層と、
前記無機圧電体層の表面上に配置された信号電極層と、
前記無機圧電体層の裏面上に配置された接地電極層と
を有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の超音波探触子。
Each of the inorganic piezoelectric elements is
An inorganic piezoelectric layer;
A signal electrode layer disposed on the surface of the inorganic piezoelectric layer;
The ultrasonic probe according to claim 1, further comprising: a ground electrode layer disposed on a back surface of the inorganic piezoelectric layer.
それぞれの前記無機圧電素子は、前記複数の無機圧電素子の配列方向に沿って複数のサブダイスに分割されている請求項8に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 8, wherein each of the inorganic piezoelectric elements is divided into a plurality of sub-dies along an arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements. 前記複数の無機圧電体層は、Pb系のペロブスカイト構造酸化物から形成される請求項8または9に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the plurality of inorganic piezoelectric layers are formed of a Pb-based perovskite structure oxide. 前記第2の音響整合層の前記第1の音響整合層とは反対側の表面上に配置された音響レンズをさらに備えた請求項1〜10のいずれか一項に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 1, further comprising: an acoustic lens disposed on a surface of the second acoustic matching layer opposite to the first acoustic matching layer. . 前記複数の有機圧電素子にそれぞれ直結された複数の有機圧電素子用アンプをさらに備えた請求項1〜11のいずれか一項に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 11, further comprising a plurality of organic piezoelectric element amplifiers directly connected to the plurality of organic piezoelectric elements. 被検体に向けて照射光を照射する光照射部をさらに有し、
前記光照射部から照射光が照射されることで被検体から誘発された超音波を前記複数の有機圧電素子または前記複数の無機圧電素子で受信する請求項1〜12のいずれか一項に記載の超音波探触子。
It further has a light irradiation unit that irradiates irradiation light toward the subject,
The ultrasonic wave induced from the subject by irradiating the irradiation light from the light irradiation unit is received by the plurality of organic piezoelectric elements or the plurality of inorganic piezoelectric elements. Ultrasonic probe.
バッキング材の表面上に第1の導電層を介してシート状の無機圧電体層を接合し、
前記無機圧電体層の表面上に第2の導電層を介してシート状の音響整合層を接合し、
前記音響整合層の表面上にシート状の第1の樹脂層を接合すると共に前記第1の樹脂層の全面上に第3の導電層を形成し、
前記第3の導電層から前記無機圧電体層まで積層方向に所定のピッチでダイシングすることにより、複数の無機圧電素子を配列形成すると共に前記第3の導電層を前記複数の無機圧電素子と同一のピッチで分割し、
分割された溝を樹脂で充填した後、第4の導電層を挟んで互いに積層されたシート状の第1および第2の有機圧電体層のうち前記第1の有機圧電体層を前記第3の導電層の表面上に接合し、
音響レンズと接合されたシート状の第2の樹脂層の前記音響レンズとは反対側の表面上に形成された第5の導電層を前記所定のピッチでダイシングすることにより、前記第5の導電層を前記複数の無機圧電素子と同一のピッチで分割し、
前記複数の無機圧電素子の配列方向における前記第3の導電層と前記第5の導電層の位置を互いに合わせながら前記第2の樹脂層の表面上に形成されている前記第5の導電層を前記第2の有機圧電体層の表面上に接合することにより、それぞれ、前記第3の導電層と前記第1の有機圧電体層と前記第4の導電層からなる第1の圧電素子部と、前記第5の導電層と前記第2の有機圧電体層と前記第4の導電層からなる第2の圧電素子部とが積層され、前記複数の無機圧電素子と同一のピッチで配列された複数の有機圧電素子を形成する
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
A sheet-like inorganic piezoelectric layer is bonded to the surface of the backing material via the first conductive layer,
A sheet-like acoustic matching layer is bonded to the surface of the inorganic piezoelectric layer via a second conductive layer,
Bonding a sheet-like first resin layer on the surface of the acoustic matching layer and forming a third conductive layer on the entire surface of the first resin layer;
A plurality of inorganic piezoelectric elements are arrayed by dicing from the third conductive layer to the inorganic piezoelectric layer at a predetermined pitch in the stacking direction, and the third conductive layer is the same as the plurality of inorganic piezoelectric elements. Divided by the pitch of
After filling the divided grooves with resin, the first organic piezoelectric layer of the sheet-like first and second organic piezoelectric layers stacked on each other with the fourth conductive layer interposed therebetween is replaced with the third organic piezoelectric layer. On the surface of the conductive layer of
The fifth conductive layer formed on the surface opposite to the acoustic lens of the sheet-like second resin layer bonded to the acoustic lens is diced at the predetermined pitch, whereby the fifth conductive layer is formed. Dividing the layer at the same pitch as the plurality of inorganic piezoelectric elements;
The fifth conductive layer formed on the surface of the second resin layer while aligning the positions of the third conductive layer and the fifth conductive layer in the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements. By joining on the surface of the second organic piezoelectric layer, a first piezoelectric element portion comprising the third conductive layer, the first organic piezoelectric layer, and the fourth conductive layer, respectively. The fifth conductive layer, the second organic piezoelectric layer, and the second piezoelectric element portion made of the fourth conductive layer are stacked and arranged at the same pitch as the plurality of inorganic piezoelectric elements. A method of manufacturing an ultrasonic probe, comprising forming a plurality of organic piezoelectric elements.
前記第3の導電層と前記第5の導電層の位置合わせは、前記複数の無機圧電素子の配列方向における双方の端部で行われる請求項14に記載の超音波探触子の製造方法。   The method of manufacturing an ultrasonic probe according to claim 14, wherein the alignment of the third conductive layer and the fifth conductive layer is performed at both ends in the arrangement direction of the plurality of inorganic piezoelectric elements.
JP2013162066A 2013-08-05 2013-08-05 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP6047074B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013162066A JP6047074B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013162066A JP6047074B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015029755A true JP2015029755A (en) 2015-02-16
JP6047074B2 JP6047074B2 (en) 2016-12-21

Family

ID=52515598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013162066A Expired - Fee Related JP6047074B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6047074B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012205886A (en) * 2011-03-16 2012-10-25 Fujifilm Corp Apparatus and method for generating photoacoustic image

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012205886A (en) * 2011-03-16 2012-10-25 Fujifilm Corp Apparatus and method for generating photoacoustic image

Also Published As

Publication number Publication date
JP6047074B2 (en) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5881582B2 (en) Manufacturing method of ultrasonic probe
US20240165666A1 (en) Ultrasound transducer and method for making the same
JP5685214B2 (en) Photoacoustic image generation apparatus and method
JP5584154B2 (en) Photoacoustic imaging apparatus, photoacoustic imaging method, and probe for photoacoustic imaging apparatus
US8030824B2 (en) Wide bandwidth matrix transducer with polyethylene third matching layer
US9839411B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus probe having laminated piezoelectric layers oriented at different angles
JP6029731B2 (en) Ultrasonic probe
JP6047074B2 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
WO2014112498A1 (en) Acoustic wave probe and production method therefor
US10238366B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus
WO2014077061A1 (en) Ultrasonic vibrator and manufacturing method therefor
JP5480863B2 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
JP5530994B2 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
JP5829897B2 (en) Probe unit for photoacoustic diagnosis and photoacoustic diagnostic apparatus using the same
JP2024078674A (en) Ultrasonic Probe

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151001

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160906

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161025

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6047074

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees