JP2016123063A - 音響波プローブ、音響波トランスデューサユニット、及び被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め手段を用いて、比較的簡易な構成で複数の音響波トランスデューサの相対位置を精度良く配置することができる音響波プローブなどを提供する。
【解決手段】音響波プローブ１００は、音響波トランスデューサ素子１０４を多角形平面１１１上に備えた音響波トランスデューサユニット１１０を複数組み合わせて、多面体で形成した凹部構造の音響波受信部を構成している。ユニットは、音響波トランスデューサを備えたチップ２２０、音響波トランスデューサと電気的に接続された配線を有するインターポーザ２３０、インターポーザに対するチップの配置位置を決める位置決め手段５００を有する。チップは位置決め手段によりインターポーザ上に保持されている。
【選択図】 図１−５

Description

本発明は、光音響効果による光音響波を受信することが可能な光音響波用プローブ、超音波プローブなどの音響波プローブ、音響波トランスデューサユニット、それを用いた被検体情報取得装置などに関する。以下、音響波は音波、超音波、光音響波などを含む用語として用いるが、超音波で代表することもある。

被検体に光を照射して、光音響効果により被検体中の測定対象から音響波（典型的には超音波であるが、本明細書中では光音響波とも記載する）を発生させ、発生した音響波を半球状の超音波プローブを用いて受信する測定システムが提案されている。半球状の超音波プローブは、半球表面上に配置した複数の音響波トランスデューサ素子で構成されている（特許文献１参照）。

図２０を用いて説明する。図２０において、１０は被検体、１１は光源、１２は超音波プローブ、１３は音響波トランスデューサないしトランスデューサ素子、２１は光線、２２は光音響波、３０は媒質である。超音波プローブ１２は、半球状の形状をしており、複数の音響波トランスデューサ１３と光源１１を備えている。被検体１０は、超音波プローブ１２の半球構造に一部囲まれるように配置され、被検体１０と超音波プローブ１２間には、媒質３０が充填される。光源１１から被検体１０に光２１を照射して、被検体で発生した光音響波２２を、超音波プローブ１２が有する複数の音響波トランスデューサ１３で受信して、被検体の画像化を行う。

米国特許公開第２０１１/０３０６８６５号

被検体からの情報をより正確に取得するためには、半球状に配置される複数の超音波トランスデューサは、それぞれの相対位置を高精度に配置する必要がある。半球状に超音波トランスデューサを高い精度で配置するためには、高い機械精度を有する部品やトランスデューサ位置の調整手段が必要になり、プローブの構成が複雑になり易い。本発明は、比較的簡易な構成で複数の音響波トランスデューサの相対位置を精度良く配置することができる音響波プローブなどを提供することを目的とする。

本発明の音響波プローブは、音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えた音響波トランスデューサユニットを複数組み合わせて、多面体で構成した凹部構造の音響波受信部を構成している。そして、前記音響波トランスデューサユニットは、音響波トランスデューサを備えたチップと、前記音響波トランスデューサと電気的に接続された配線を有するインターポーザと、前記インターポーザに対する前記チップの配置位置を決める位置決め手段と、を有し、前記チップは前記位置決め手段により前記インターポーザ上に保持されている。

本発明によれば、位置決め手段を用いて、比較的簡易な構成で複数の音響波トランスデューサの相対位置を精度良く配置することができる音響波プローブなどを実現することができる。

第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式斜視図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式斜視図。 第１の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する斜視図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式断面図。 第１の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサ部を説明する図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第１の実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図。 第２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する斜視図。 第２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第３の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する斜視図。 第３の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第４の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第５の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第５の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第６の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する斜視図。 第６の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第７の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第８の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第８の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第８の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第９の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１０の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１１の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１１の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１１の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する回路図。 第１２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１２の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１３の実施形態に係る音響波プローブのユニットを説明する断面図。 第１４の実施形態に係る超音波プローブのユニットを説明する図。 第１５の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式図。 第１６の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式図。 被検体情報取得装置を説明する模式図。

本発明の実施形態において重要な点は、平面上に複数のトランスデューサないしトランスデューサ素子を有したユニットを複数組み合わせて多面体構造を形成し、各ユニットが備えるトランスデューサのチップは位置決め手段により位置決めされていることである。本明細書において、素子は１以上のトランスデューサを含むものである。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の音響波プローブ１００の一例を説明する。図１−１及び図１−２は、音響波プローブ１００の模式図である。音響波プローブ１００は、複数の音響波トランスデューサ素子の配置部１０１、筺体１０２、ケーブル束１０３を備える。図１において、１０４は超音波トランスデューサ、１１０は音響波トランスデューサユニット、１１１はユニットの基板平面である。また、１１３はケーブル、１２０はフレーム、１２１はフレームの開口部、１３０は光源、２２０はチップ、２３０はインターポーザ、５００は位置決め手段である。本実施形態の音響波プローブ１００では、複数の超音波トランスデューサ１０４が多角形平面上（ユニットの基板平面１１１上）に配置されており、複数の多角形の平面により、疑似半球状ないし疑似部分球状の凹部構造が形成されている。本実施形態の音響波プローブでは、被検体と対向する位置に複数の超音波トランスデューサ１０４が半球状に配置されている。それぞれの超音波トランスデューサ１０４で受信した音響波の信号は、信号線を複数有したケーブル１１３を介して、コネクタで接続した外部の装置（不図示）に出力される。半球状に配置した複数の超音波トランスデューサ１０４の被検体に対向しない部分や、ケーブル１１３との接続配線部は、筺体１０２により覆われている。超音波トランスデューサ１０４は、光音響波（超音波）を受信できるものであれば用いることができ、圧電素子、静電容量型素子などを用いることで容易に構成できる。

上記構成を取ることで、超音波プローブ１００内の複数の超音波トランスデューサ素子１０４を、トランスデューサ配置部１０１内の任意の点付近に向かわせて配置することができる。それにより、背景技術に記載した半球表面上に複数の超音波トランスデューサ素子を配置した構成と、ほぼ同等の機能を有することができる。また、半球表面上に複数の超音波トランスデューサ素子を配置した構成と比べて、非常に簡易な構成で同等の機能を実現できるので、超音波プローブの作製工数を削減することができ、また超音波プローブを小型化することができる。

超音波プローブの筺体１０２を取り外した状態の模式図である図１−２を用いて説明する。超音波プローブ１００内の超音波トランスデューサ配置部１０１が有する多面体は、複数のトランスデューサユニット１１０により構成されている。トランスデューサ素子１０４を配置した平面が多面体を形成するように、複数のユニット１１０は、フレーム１２０により保持されている。光源１３０を配置する部分のユニット１１０は、光源１３０を配置するための穴や、一部の形状が変形した構成となっている。

図１−３に、超音波トランスデューサユニット１１０の模式図を示す。ユニット１１０は、多角形の板状であり、一方の平面（表面）１１１側に複数の超音波トランスデューサ素子１０４を備えている。もう一方の平面（裏面）は、中央部分からケーブル１１３が外部に引き出されている。また、裏面の周辺部には、部品が配置されていない。裏面の周辺部は、組み合わされるフレーム１２０の表面と対応した形状となっている。図１−４のプローブ１００の断面の模式図で示したように、ユニット１１０とフレーム１２０を組み合わせると互いの面同士が接触して隙間ができない構造となっている。

フレーム１２０は、トランスデューサユニット１１０を配置する領域の中央部に、開口部１２１を有している。トランスデューサユニット１１０のケーブル１１３は、この開口部１２１を通り、フレーム１２０の外側に引き出されている。フレーム１２０が開口部１２１を備えていることにより、超音波トランスデューサ素子１０４を保持する機能と、トランスデューサ素子１０４からケーブル１１３を引き出す機能とを両立することができる。複数のユニット１１０に接続された複数のケーブル１１３は、１本にまとめられており、超音波プローブ１００のケーブル束１０３として、プローブの外部と接続されている。

本実施形態では、トランスデューサ配置部１０１の多面体構造を形成するトランスデューサユニット１１０を、三角形としたが、これに限らず、四角形、五角形、六角形などの多角形であれば同様に用いることができる。

本実施形態の超音波トランスデューサには、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）１０４を用いている。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いて、シリコンのチップ上に作製される。図２を用いて説明する。図２（ａ）は、静電容量型トランスデューサ１０４の模式図である。図２（ａ）において、２０１は振動膜、２０２は第１の電極、２０３は第２の電極、２０４は支持部、２０５は空隙（キャビティ）、２２０はチップ（基板）である。また、３０１は第１の配線、３０２は第２の配線、４０１は直流電圧発生手段、４０２は受信回路ないし検出回路である。

振動膜２０１は、支持部２０４によりチップ２２０上に支持されており、超音波を受けて振動する構成となっている。振動膜２０１上には第１の電極２０２が配置されており、第１の電極２０２に対向するチップ２２０上の位置には第２の電極２０３が配置されている。振動膜２０１と空隙２０５を挟んで対向した第１の電極２０２と第２の電極２０３を１組として、セルと呼ぶ。１以上のセルを含んで素子（エレメント）が構成される。

第１の電極２０２は、第１の配線３０１を介してチップ２２０の外部に引き出されて、直流電圧発生手段４０１に接続され、第２の電極２０３は、第２の配線３０２を介してチップ２２０の外部に引き出されて、受信回路４０２に接続されている。直流電圧発生手段４０１により、第１の電極２０２と第２の電極２０３間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差が発生している。振動膜２０１と第１の電極２０２が振動することにより、第１の電極２０２と第２の電極２０３間の距離が変化し、電極間の静電容量が変化する。電極間には電位差があるため、容量変化に対応して微小な電流が発生する。微小電流は、第２の電極２０３に接続された受信回路４０２で電流から電圧に変換されて出力される。検出回路４０２は、図２（ｂ）で示すように、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路で構成することができる。オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路は、オペアンプの負帰還部に抵抗４１２とコンデンサ４１３がパラレルに配置されており、帰還部で入力された電流が電圧に変換される。オペアンプの帰還特性があるため、広帯域なオペアンプを用いることで、電流電圧変換効率に対する、入力の配線にある寄生容量の影響を小さくすることができる。そのため、広い周波数幅を持つ受信特性の静電容量型トランスデューサについて、受信感度の低下が小さい優れた受信特性を得ることができる。この様に、検出回路４０２にオペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンスの回路構成を用いているので、検出回路４０２の入力端子に寄生する容量の影響を受けにくい。こうして、寄生容量による受信特性の劣化が抑制された音響波プローブを提供することができる。

次に、図１−５を用いて、本実施形態の超音波トランスデューサユニット１１０の構成を説明する。トランスデューサユニット１１０は、静電容量型トランスデューサ１０４を備えたチップ２２０を配置するインターポーザ２３０を有している。このインターポーザ２３０はチップの位置合わせ機能を有しており、チップが、インターポーザに対して、チップ位置決め手段５００により位置決めされて保持されている。静電容量型トランスデューサ１０４は、チップ２２０上には、高精度に配置されている。この位置精度は、フォトマスク精度と、フォトリソ時のアライメント精度などのＭＥＭＳプロセス内の誤差精度と、チップのダイシング時にチップ化する際の誤差精度により決まる。本実施形態では、トランスデューサ１０４を備えたチップ２２０との位置関係を決める機能をインターポーザ２３０が有する為、トランスデューサ１０４と、インターポーザ２３０を有するトランスデューサユニット１１０と、の位置関係が適正に合わせられる。

本実施形態で用いるトランスデューサ（ＣＭＵＴ）１０４は、チップ２２０上に半導体プロセス技術を応用して形成するため、配置精度が、上述した様に、フォトマスクの精度や、積層した薄膜のエッチング精度により決まる。このフォトマスクの精度や薄膜のエッチング精度は、数百ナノメータから数マイクロメータ程度と非常に高い。一般的な圧電素子を用いたトランスデューサでは、作製時に用いるダイシングの誤差精度により素子間隔が決まり、数百マイクロメータの間隔が必要になる。それに対して、静電容量型トランスデューサ１０４は数マイクロメータの間隔で配置することが可能になり、高密度に配置することが可能である。また、静電容量型トランスデューサ１０４では、各電極からの配線をチップ内に同時に形成することが可能である。そのため、多数のトランスデューサ１０４をチップに配置した場合でも、トランスデューサから離れた位置まで配線を引き出し、チップ裏面やチップ表面の縁部などの１箇所に集めることで、チップからの配線の取り出しを容易に行うことができる。

更に、本実施形態で用いる静電容量型トランスデューサ１０４は、現在広く用いられているピエゾ型の超音波トランスデューサに比べて、超音波受信時の応答性が良く、周波数の帯域が広いという特徴がある。一方で、静電容量型トランスデューサ１０４は電流出力型の素子であるため、配線に寄生する容量により受信特性が劣化しやすい。本実施形態では、ＣＭＵＴ１０４を多数備えたチップ２２０においても、チップ２２０を保持したリジッド部（剛体部）などに近接して、受信回路４０２を配置することができる。そのため、第２の電極２０３から受信回路４０２までの配線長を短くすることができ、配線に寄生する容量を小さくできる。こうして、本実施形態を用いると、受信周波数の帯域が広く、且つ受信特性に優れた音響波トランスデューサなどを提供することができる。

図３と図４を用いて、本実施形態に係る音響波プローブが有する多面体の構成を説明する。まず、図３−１と図３−２の構成は、８個の同じ大きさの正三角形の外形を有した超音波トランスデューサユニット１１４を用いて、凹部を形成することを特徴とする。凹部の最も深い所は、凹部の深さに対して垂直になるように、正三角形の一辺が配置されている。この形状は、正二十面体を半分に分けた際の立体の表面と同じものである。本実施形態によると、被検体で発生した光音響波を、八面体上に配置した超音波トランスデューサ１０４で受信するので、半球状に超音波トランスデューサを配置した構成で得られる情報に、より近い情報を取得できる。また、３種類の超音波トランスデューサユニット１１４により八面体を構成できるので、少ない種類のユニットで、多くの平面を有した多面体を効率良く形成できる組み合わせである。

別の形態を、図３−３（ａ）を用いて説明する。別の形態は、６０度と３０度の角度を有した線対称の２種類の直角三角形１１６Ａ、１１６Ｂにより構成されていることが特徴である。図３−３（ａ）で示すように、線対称の直角三角形１１６Ａ、１１６Ｂを横に並べることで、正三角形を実現できる。そのため、図３−１と図３−２で説明した多面体を、図３−３（ａ）の２種類の直角三角形１１６Ａ、１１６Ｂを、それぞれ８個用いることで実現できる。本形態では、左右対称の直角三角形の２種類の超音波トランスデューサユニットのみで八面体を構成できるため、ユニットの作製を共通化することができ、作製効率の良い音響波プローブを提供できる。また、同じ形状の超音波トランスデューサユニットを用いるので、素子に不良が発生した場合でも、ユニットの交換の負荷が少なくて済む。

また、取得する光音響波の情報がより必要であれば、図３−３（ｂ）で示すように、８個の同じ大きさの正三角形と、その正三角形を半分にした直角三角形４つの計１２個で多面体を構成する形態を用いることができる。これにより、十二面体を構成することができるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得できる。

図４を用いて、更に別の形態を説明する。本形態は、図４−１と図４−２で示すように、２８個の二等辺三角形を用いて、凹部を形成することを特徴とする。本形態の超音波トランスデューサユニット１１５の外形は二等辺三角形であり、６：６：（９−√５）の辺の比率になっており、頂角は６８．６２°、２つの底角は５５．６９°である。凹部の最も深い所は、凹部の深さに対して垂直になるように、二等辺三角形の底辺が配置されている。この形状は、五方二十面体を半分に分けた際の立体の表面と同じものとなる。本形態によると、被検体で発生した光音響波を、二十八面体上に配置した超音波トランスデューサで受信するので、半球状に超音波トランスデューサを配置した構成で得られる情報に極めて近い情報を取得することができる。また、１種類の超音波トランスデューサユニット１１５により二十八面体を構成できるので、少ない種類のユニットで、多くの平面を有した多面体を非常に効率良く形成できる組み合わせである。本形態では、単一の超音波トランスデューサユニット１１５を用いて、複数の超音波トランスデューサを半球状に極めて近い形状で配置できるので、被検体からの光音響波の情報を詳細に取得することができる簡易な構成の光音響波プローブなどを提供できる。

また、本形態では、取得する光音響波の情報がより必要であれば、図４−３で示すように、２８個の同じ大きさの二等辺三角形と、その二等辺三角形を半分にした直角三角形１１７Ａ、１１７Ｂ４つの計３２個で多面体を構成することができる。これにより、三十二面体を構成できるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得できる。上記のように本実施形態によると、簡易な構成で、高精度にトランスデューサ素子を配置した音響波プローブなどを提供することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、チップ位置決め手段５００の具体的な機構に関する。それ以外は、第１の実施形態と同じである。図５−１から図５−４は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニット１１０の複数の形態を説明する模式図である。図５において、５０１は貫通配線、５０２はバンプ、５０３はチップ２２０上の電極、５０４はインターポーザ２３０上の電極、５０５はアンダーフィル材である。

本実施形態のチップ２２０表面上には、静電容量型トランスデューサ１０４が複数配置されている。チップ２２０上に配置した複数のトランスデューサ１０４は、ＭＥＭＳ技術を用いて作製するので、フォトマスクの精度で、複数のセルを含むエレメント（素子）の位置を決めることができる。そのため、トランスデューサユニット１１０内でのトランスデューサ１０４の位置は、インターポーザ２３０に対してチップ２２０を配置する精度により決まる。ここで、チップとインターポーザ間は、インターポーザ上へのチップの固定と、トランスデューサの電極と検出回路間の電気接続配線の配置と、を両立して行う必要がある。本実施形態では、トランスデューサ１０４を備えたチップ２２０が貫通配線５０１を有しており、チップ裏面の導体部とインターポーザの導体部間の電気接続をハンダバンプ５０２で行っている。

図５−２を用いて説明する。図５−２は、本実施形態のトランスデューサユニットの一形態の断面の模式図である。静電容量型トランスデューサ１０４の第１の電極２０２と第２の電極２０３は、チップ２２０が有する貫通配線５０１を介して、チップ２２０の裏面に引き出されている。チップ２２０の裏面に引き出された配線と接続した電極５０３上には、ハンダバンプ５０２が配置されている。一方、インターポーザ２３０上には、チップ２２０裏面のハンダバンプ５０２を配置した位置に対応して、電極５０４が配置されている。ハンダバンプ５０２とインターポーザ上の電極５０４間は、電気的に接続されており、直流電位発生手段４０１や検出回路４０２などに接続されている。ここで、インターポーザ２３０は枠部材２４０に嵌め込まれ、ケーブル２６０はコネクタ２５０を介して外部に引き出されている。

電気接続部の作製時には、まず、チップ裏面のハンダバンプとインターポーザ上の電極との位置関係が大まかに位置合わせされ、インターポーザ上にチップが置かれる。その後、ハンダバンプを加熱（リフロー）して溶かすことで、ハンダの表面張力により、インターポーザの電極５０４の中央にボール（ハンダバンプ）が来るように、チップ２２０の位置が自動的に調整される。この状態で冷却することで、インターポーザ２３０に対してチップ２２０が高精度に位置合わせされた状態で固定される。チップの外形に対して、静電容量型トランスデューサはフォトマスクの精度などで位置が合っているので、インターポーザ２３０上でのトランスデューサ１０４の相対位置を高精度に配置することができる。また、電気接続をハンダのリフローを用いて行うため、チップを加圧する必要がなく、チップの表面全面に静電容量型トランスデューサを配置した場合でも、実装工程内でトランスデューサを押さえる必要がない。そのため、実装工程の影響で、トランスデューサに不良が発生したり、受信特性が影響を受けたりする確率を低くできる。

チップ２２０とインターポーザ２３０の間は、アンダーフィル材５０５が配置され、アンダーフィル材により接着、固定されている。アンダーフィル材５０５は、フリップチップ用のアンダーフィル材を用いて容易に構成することができる。チップ２２０とインターポーザ２３０間がアンダーフィル材５０５で強固に固定されているため、チップとインターポーザの熱膨張係数などの違いによりハンダバンプ５０２の電気接続部に亀裂が入ることを防ぐことができる。

また、本形態では、アンダーフィル材５０５は、チップ２２０の表面には配置しないことが特徴である。アンダーフィル材５０５は硬いため、静電容量型トランスデューサ１０４上に配置されると、振動膜２０１の振動特性に大きく影響を与えてしまう。そのため、光音響波を受信する特性が大幅に低下してしまう。本形態では、アンダーフィル材５０５はチップ２２０とインターポーザ２３０間に配置されており、チップ２２０の表面には配置しない構成を取っている。そのため、受信特性に影響を与えることなく、電気接続部の信頼性を高くした静電容量型トランスデューサ１０４を提供できる。本形態によると、電気接続部と兼用された簡易な構成のチップ位置決め手段で、高精度に素子を配置した音響波プローブなどを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図５−３を用いて説明する。この別の形態は、インターポーザ２３０上に溝５０６を備えていることが特徴である。インターポーザ２３０上に配置した溝５０６は、チップ２２０に対向する領域を囲むように配置されている。溝５０６があることによって、チップ２２０とインターポーザ２３０間に充填したアンダーフィル材５０５がはみ出しても、溝５０６に流れ込むので、チップ２２０に這い上がることを防止できる。本形態によると、こうした防止機構である溝５０６を備えているので、プローブ１００の作製時に、トランスデューサ１０４上にアンダーフィル材５０５が這い上がることを確実に防止でき、受信特性の劣化が起こらない。

更に別の形態を、図５−４を用いて説明する。この別の形態は、チップ２２０上に溝５０７を備えていることが特徴である。チップ２２０上に配置した溝５０７は、チップ２２０の中央部に配置した静電容量型トランスデューサ１０４を囲むように配置されている。これにより、プローブ１００の作製時に、チップ２２０とインターポーザ２３０間に充填したアンダーフィル材５０５がチップ２２０上に這い上がって来ても、溝５０７に流れ込むので、トランスデューサ１０４の表面に流れ込むことを防止できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、チップ位置決め手段５００の具体的な機構に関する。それ以外は、第２の実施形態と同じである。図６は、本実施形態に係る音響波プローブ１００のトランスデューサユニット１１０を説明する図である。図６−１と図６−２において、５１１は凹部である。

本実施形態では、インターポーザ２３０表面に凹部５１１を有しており、凹部５１１の底面には電極５０４が配置されていることが特徴である。チップ上には、静電容量型トランスデューサ１０４が複数配置されており、トランスデューサの有する電極は、貫通配線５０１を介して、チップ裏面の電極５０３上のハンダバンプ５０２に接続されている。インターポーザ２３０が有する凹部５１１内側の大きさは、チップ２２０の外形より若干大きいだけであるため、凹部５１１にチップ２２０を嵌めこむことで、インターポーザ上でのチップの配置位置を決めることができる。これにより、チップ裏面のハンダバンプ５０２と、インターポーザ上の電極５０４が大まかに位置合わせされる。その後、ハンダバンプを加熱（リフロー）して溶かすことで、ハンダの表面張力により、インターポーザの電極５０４の中央にボールが来るように、チップの位置が自動的に調整される。この状態で冷却することで、インターポーザ２３０に対して、チップ２２０が高精度に位置合わせされた状態で固定される。チップ２２０の外形に対して、静電容量型トランスデューサ１０４はフォトマスクの精度などで位置が合っているので、インターポーザ２３０上での静電容量型トランスデューサ１０４の相対位置を高精度に確立することができる。

本実施形態によると、チップ２２０とインターポーザ２３０をマウントする際に、互いのアライメントが不要となり、簡単な工程で音響波プローブなどを提供することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、静電容量型トランスデューサ１０４を配置したチップに関する。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図７は、本実施形態に係る音響波プローブ１００のトランスデューサユニット１１０を説明する模式図である。図７において、２２１はチップである。

本実施形態では、１つの超音波トランスデューサユニット１１０で、受音素子（エレメント）の数と同数のチップ２２１を備えていることが特徴である。それぞれのチップ２２１上には、１つずつ受音素子が配置されている。チップ２２１は、インターポーザ２３０上に分散して配置されている。

本実施形態では、受音素子（エレメント）毎に独立したチップ２２１を有しているので、良品である静電容量型トランスデューサ１０４が配置されているチップ２２１を選択して配置することができる。そのため、１枚のチップに複数の素子を備える構成に比べて、超音波トランスデューサユニット１１０における不良品の発生率を低減することができる。また、チップ２２１とインターポーザ２３０間をハンダバンプ５０２で電気的に接続する面積が小さいため、電気接続部での不良の発生を低減することができる。本実施形態では、超音波トランスデューサユニット１１０の平面が大きな面積を有する場合でも、不良品率が低い超音波プローブなどを提供することができる。

また、チップ２２１のサイズは、素子１０４の大きさと、貫通配線５０１の配置に最小限必要な面積で決定することができる。光音響波受信用の超音波プローブは、素子１つあたりの大きさに比べて、プローブの音響波受信部の表面積が非常に大きい。そのため、プローブが有する素子数を考慮しても、素子サイズに対して素子の間隔が広くなる。そのため、光音響波受信用の超音波プローブに本実施形態の構成を用いることで、１枚のチップに複数の素子（ＣＭＵＴ）１０４を備える構成に比べて、使用するシリコンチップの量を特に少なくすることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、チップ位置決め手段５００の具体的な機構に関する。それ以外は、第４の実施形態などと同じである。図８−１と図８−２は、本実施形態に係る音響波プローブ１００のトランスデューサユニット１１０の複数の形態を説明する模式図である。図８−１に示す形態では、インターポーザ２３０表面に、複数の凹部５１１を有しており、各凹部５１１の底面には電極５０４が配置されていることが特徴である。各チップ２２１上には、１つの検出回路４０２に接続された静電容量型トランスデューサ１０４のエレメントが１つのみ配置されている。そのため、トランスデューサユニット１１０は、ユニット１１０が有するトランスデューサ１０４のエレメントの数と、同じ数のチップ２２１を備えている。

トランスデューサが有する電極は、貫通配線５０１を介して、チップ裏面の電極５０３上のハンダバンプ５０２に接続されている。インターポーザが有する凹部５１１内側の大きさは、チップ２２１の外形より若干大きいだけであるため、凹部にチップを嵌めこむことで、インターポーザ上でのチップの配置位置を決めることができる。これにより、チップ裏面のハンダバンプ５０２と、インターポーザ上の電極５０４が大まかに位置合わせされる。その後、ハンダバンプを加熱（リフロー）して溶かすことで、ハンダの表面張力により、インターポーザの電極の中央部にボールが来るように、チップの位置が自動的に調整される。この状態で冷却することで、インターポーザに対して、各チップが高精度に位置合わせされた状態で固定される。各チップの外形に対して、静電容量型トランスデューサはフォトマスクの精度などで位置が合っているので、インターポーザ２３０上での静電容量型トランスデューサ１０４の相対位置を高精度に配置することができる。

インターポーザ上に、エレメントと同じ数だけチップを備えている構成では、それぞれのチップ２２１の相対位置を高精度に配置する必要がある。本実施形態では、チップを落とし込んで粗い位置合わせを自動的に行うことができる凹部５１１を有しており、セルフアライメントができるハンダバンプ５０２を用いて電気接続とチップの固定とを行っている。よって、チップの数が多くても、インターポーザ上へのチップの実装を簡易な方法で実現することができる。本形態によると、複数のチップ２２１とインターポーザ２３０をマウントする際に、互いのアライメントが不要となり、非常に簡易な工程で音響波プローブなどを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図８−２を用いて説明する。別の形態では、ハンダバンプの代わりに、金バンプまたは導電性ペースト５１０を用いている点が異なる。本形態では、トランスデューサのエレメント毎にチップ２２１を分割しているので、チップ２２１のサイズが小さい。そのため、金バンプを潰して電気接続を取る方法でも、電気的な接続不良を抑制することが可能な場合がある。この条件であれば、本形態を用いることができる。本形態によると、複数のチップとインターポーザをマウントする際に、ハンダを用いない構成でも、簡単な工程で音響波プローブなどを提供することができる。

（第６の実施形態）
本実施形態は、チップ位置決め手段５００の具体的な機構に関する。それ以外は、第１の実施形態などと同じである。図９は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。図９−１と図９−２において、５２０はフレキシブル配線基板である。本実施形態では、インターポーザがチップの形状に合わせて、凹部５１１を有しており、チップ表面の導電部とインターポーザ表面の導電部をフレキシブル配線基板５２０で電気的に接続していることを特徴とする。

インターポーザ２３０は、チップの形状に合わせた凹部５１１を備えており、凹部の中にチップ２２０が配置されている。チップは、凹部の底面にダイアタッチ材１４０で接着固定されている。フレキシブル配線基板５２０は、 パターンを有した薄い導電層５２２がポリイミドなどの絶縁層５２１、５２３により挟まれている構成となっており、両方の端では導電層５２２が露出している。チップの表面には、トランスデューサ１０４の電極に接続された引き出し電極を備えており、フレキシブル配線基板５２０の導電層が露出している端部と、異方性導電樹脂５３０により接続されている。 異方性導電樹脂は、微小な数マイクロメートル程度の導電性金属粒子を含有している絶縁性の熱硬化性樹脂であり、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）などを用いて実現することができる。フレキシブル配線基板５２０のチップ２２０と接続した逆側の端部で露出した導電層５２２は、インターポーザ２３０上の引き出し用電極と、異方性導電樹脂を介して電気的に接続されている。電気接続部は異方性導電樹脂５３１により固定されている。インターポーザ２３０は、電極に接続された配線を内部に有しており（不図示）、裏面に配置した検出回路４０２と接続されている。

本実施形態では、チップ２２０の形状に合った凹部５１１内に、チップを配置しているので、チップ２２０上の引き出し電極と、インターポーザ２３０上の引き出し電極の位置関係を高精度に設定することができる。そのため、フレキシブル配線基板５２０により、それぞれの電極間を電気的に容易に接続することができる。また、凹部５１１の深さを、チップの厚さと同じにすることで、チップ表面とインターポーザ表面の高さをほぼ一致させて、平坦にすることができる。また、インターポーザ２３０が有する凹部５１１内に電極を配置する必要がなくなり、インターポーザの作製上の制約が少なく、加工精度が高い凹部５１１を形成することが可能になる。さらに、チップ２２０に貫通配線を用いる必要がなくなり、より簡易な構成のチップを用いても、同様の効果を得ることができる。本実施形態では、より簡易な構成で、トランスデューサ１０４の位置を高精度に配置できる音響波プローブなどを提供することができる。

（第７の実施形態）
本実施形態は、チップの位置決め手段の具体的な機構に関する。それ以外は、第６の実施形態などと同じである。図１０は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。図１０において、インターポーザ２３０上に複数のチップ２２１を備えており、インターポーザがチップの形状に合わせて、複数の凹部５２５を有している。そして、チップの表面とインターポーザの表面を複数のフレキシブル配線基板５２０で電気的に接続していることを特徴とする。

インターポーザの複数の凹部の中には、それぞれのチップが配置されていて、チップは、凹部の底面にダイアタッチ材１４０で接着固定されている。フレキシブル配線基板５２０は、 パターンを有した薄い導電層５２２がポリイミドなどの絶縁層５２１、５２３により挟まれている構成となっており、両方の端部では導電層が露出している。チップの表面には、トランスデューサ１０４の電極に接続された引き出し電極を備えており、フレキシブル配線基板５２０の導電層が露出している端部と、異方性導電樹脂により接続されている。 異方性導電樹脂は、上述した通りのものである。フレキシブル配線基板５２０のチップと接続した逆側の端部で露出した導電層５２２は、インターポーザ上の引き出し用電極と、異方性導電樹脂を介して電気的に接続されている。インターポーザは、電極に接続された配線を内部に有しており、裏面に配置した検出回路４０２と接続されている。

本実施形態では、チップの形状に合った複数の凹部５２５内に、それぞれチップ２２１を配置しているので、チップ上の引き出し電極とインターポーザ上の引き出し電極の位置関係を高精度に設定することができる。そのため、フレキシブル配線基板５２０により、それぞれの電極間を電気的に容易に接続することができる。また、凹部５２５の深さを、チップ２２１の厚さと同じにすることで、チップ表面とインターポーザ表面の高さをほぼ一致させて、平坦にすることができる。

インターポーザ上に、エレメントと同じ数だけチップを備えている構成では、それぞれのチップの相対位置を高精度に配置する必要がある。しかし、本実施形態では、チップを落とし込んで粗い位置合わせを自動的に行うことができる凹部５２５を有しているため、インターポーザ上への複数のチップの高精度な実装を簡易な方法で実現できる。こうして、本実施形態では、チップに貫通配線を用いなくとも、複数のチップの位置を高精度に配置して、容易に配線を取り出せる音響波プローブなどを提供することができる。

（第８の実施形態）
本実施形態は、インターポーザが有する凹部に関する。それ以外は、第５から第７の何れかの実施形態などと同じである。図１１−１から図１１−３は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットの複数の形態を説明する模式図である。本実施形態では、インターポーザが有する凹部５２５の深さが、インターポーザの内側に配置されたものほど深いことが特徴である。第５の実施形態に対応した形態を図１１−１に示し、第７の実施形態に対応した形態を図１１−２に示している。本実施形態のインターポーザが有する凹部５２５は、チップの外形を位置決めできる形状である。また、トランスデューサの音響波の受信特性に影響を与えないように、チップの外形より一回り大きいが、深さが浅い構成の方が望ましい。

本実施形態によると、半球形状の中心から超音波トランスデューサまでの距離が略均一な音響波プローブを提供することができる。そのため、装置側で、超音波トランスデューサの位置を考慮することで、画像形成時の信号処理で行う処理の負荷を小さくすることができる。

本実施形態の更に別の形態は、第７の実施形態に対応した構成を用いている。図１１―３を用いて説明する。本形態では、第１のインターポーザ２３１と第２のインターポーザ２３２を重ねて、１つのインターポーザが形成されている。第１のインターポーザは、第７の実施形態でのインターポーザに対応する。異なる点は、チップの形状に合わせて、第１のインターポーザ２３１は、貫通孔を有している点である。一方、第２のインターポーザ２３２は、チップの形状の凹部を有しており、凹部はインターポーザの内側に配置されたものほど深くなっている。本形態では、電気配線を備えて、チップの位置合わせを行う第１のインターポーザと、チップの高さを決める第２のインターポーザと、を分けている。第２のインターポーザ２３２は、第１のインターポーザ２３１と違い、機械加工を行いやすい樹脂の部材で形成することが望ましい。本形態によると、半球形状の中心から超音波トランスデューサまでの距離が更に均一な音響波プローブを提供することができる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態は、チップ表面に配置する部材に関する。それ以外は、第１から第８の実施形態の何れかと同じである。図１２は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。図１２において、２４０は枠部材、２７０は絶縁フィルム、２８０はシリコーンゴム層である。

本実施形態では、超音波トランスデューサのセンサ表面が絶縁フィルム２７０で覆われており、絶縁フィルムはトランスデューサユニットの枠部材２４０に接着されていることを特徴とする。絶縁フィルム２７０は、薄膜の絶縁フィルムにより構成することができ、材質はＰＥＴ、ＰＩ、ＰＥ、ＴＰＸなど薄膜に形成できるものであれば用いることができる。絶縁フィルム２７０の厚さは、使用する超音波の波長に対して十分薄い厚さであれば用いることができ、数マイクロメータから十数マイクロメータの厚さであることがより望ましい。

シリコーンゴム層２８０は、音響波の透過特性が優れており、且つ絶縁フィルム２７０とチップ２２０間を強く接着することができる。ここで、絶縁フィルム２７０と接着する静電容量型トランスデューサ１０４側の振動膜２０１は薄く、振動膜２０１上に配置している部材の影響を大きく受ける。そのため、一般的なエポキシ系など、硬化後の硬度が高い接着剤を用いると、振動膜２０１の特性が影響を受けて、受信感度が大幅に劣化してしまう。シリコーンゴムは硬化後の硬度が低いので、シリコーンゴムを静電容量型トランスデューサ１０４の表面に配置することで、静電容量型トランスデューサの振動膜２０１の振動特性に影響を与えにくいという特性を得ることができる。また、シリコーンゴム層２８０の厚さは、数十マイクロメータ以下であれば、超音波の透過特性に与える影響が小さいため、より望ましい。また、チップ２２０と絶縁フィルム２７０の間隔は、あまり狭いと、振動膜２０１の光音響波（超音波）の受信特性が影響を受けるため、シリコーンゴム層２８０の厚さは二十マイクロメータ以上であることが望ましい。これらの理由から、光音響波用プローブで用いることを想定すると、本実施形態のシリコーンゴム層２８０の厚さは、二十マイクロメータから四十マイクロメータの間であることが特に望ましい。

本実施形態では、絶縁フィルム２７０を備えていることで、高電圧が電極に印加される静電容量型トランスデューサ１０４の表面と外部を電気的に絶縁することができる。そのため、被検体に対する安全性が高い光音響波用プローブを提供できる。また、本実施形態では、絶縁フィルム２７０とチップ２２０間にシリコーンゴム層２８０を配置している為、チップ２２０に対して絶縁フィルム２７０の接着力を確保したまま、光音響波（超音波）の受信特性を殆ど劣化させない光音響波用プローブを提供できる。本実施形態によると、容易に配線を取り出すことができ、静電容量型トランスデューサ表面において、外部との高い絶縁性が確保された音響波プローブなどを提供することができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、チップ表面の部材の配置に関する。それ以外は、第９の実施形態と同じである。図１３は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。図１３に示す本実施形態は、インターポーザ２３０の縁に絶縁フィルムを直接接着していることが特徴である。第２の実施形態に対応した構成を用いて、図１３で説明する。本実施形態では、インターポーザの周辺の縁部に、絶縁フィルム２７０を直接接着しているので、インターポーザの中央部にあるチップ２２０は、絶縁フィルムとインターポーザにより囲まれている。インターポーザは、ガラスエポキシ樹脂を硬化させて構成しているので、チップ内部の電極と、外部との高い絶縁性を確保することができる。また、インターポーザ２３０に、直接、絶縁フィルム２７０を接着しているので、超音波トランスデューサユニットの静電容量型トランスデューサを配置した面の面積をより小さくすることができる。

絶縁フィルムとインターポーザの接着面に、チップを囲むように、小さな溝が入っている構成を取ることもできる。この溝内に充填された接着剤により、インターポーザと絶縁フィルム間の接着力を向上させられる。これにより、必要な接着強度を実現するための接着面積をより小さくすることができるため、インターポーザの全体の大きさをより小さくできる。また、本実施形態での接着剤は、一般的なエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの接着剤を用いることができる。シリコーンゴム２８０と近接する部分で硬化不良が発生する場合には、シリコーン系の接着剤を用いることが望ましい。

本実施形態によると、容易に配線を取り出すことができ、静電容量型トランスデューサのチップと外部との高い絶縁性が確保された、小型な音響波プローブなどを提供することができる。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態は、チップ表面の部材の配置に関する。それ以外は、第９の実施形態などと同じである。図１４−１から図１４−３は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットの複数の形態を説明する模式図である。第３の実施形態に対応した構成の形態は、インターポーザ２３０の凹部５１１を備えていない領域に絶縁フィルム２７０を直接接着していることが特徴である。図１４−１で説明する。本形態では、インターポーザが有する凹部の領域以外に、絶縁フィルムを直接接着している。そのため、インターポーザの凹部内に配置したチップ２２０は、絶縁フィルム２７０とインターポーザ２３０により完全に囲まれている。インターポーザは、ガラスエポキシ樹脂を硬化させて構成しているので、チップ内部の電極と外部との高い絶縁性を確保することができる。また、インターポーザに直接絶縁フィルムを接着しているので、超音波トランスデューサユニットの静電容量型トランスデューサを配置した面の面積をより小さくすることができる。

図１４−２で示すように、絶縁フィルムとインターポーザの接着面には、チップを囲むように小さな溝２７１が入っている構成を取ることができる。この溝内に充填された接着剤により、インターポーザと絶縁フィルム間の接着力を向上させることができる。これにより、エレメント同士の間隔が狭くても、必要な接着強度を確保することができる。そのため、インターポーザの全体の大きさをより小さくすることができる。また、本実施形態の接着剤は、一般的なエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの接着剤を用いることができる。ただし、シリコーンゴムと近接する部分で硬化不良が発生する場合には、シリコーン系の接着剤を用いることが望ましい。

本実施形態によると、容易に配線を取り出すことができ、静電容量型トランスデューサの複数のエレメントと外部との高い絶縁性が確保された、小型な音響波プローブなどを提供することができる。本実施形態では、第３の実施形態に対応した構成を用いて説明したが、これに限らない、図１４−３で示したように、第５の実施形態に対応した構成などにも同様に用いることができる。図１４−３の構成の場合、絶縁フィルム２７０とインターポーザ２３０間を格子状に接着しているので、全体の接着力を向上させることができ、高い信頼性を得ることができる。

（第１２の実施形態）
第１２の実施形態は、図１５−１に示す検出回路４０２の配置に関する。それ以外は、第１から第１１の何れかの実施形態と同じである。図１５−２は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。

本実施形態では、リジッド部の基板内部に、検出回路が有するチップ部品が配置されていることが特徴である。検出回路４０２は、図１５−１で示すように、オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路で構成することができる。オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路は、オペアンプの負帰還部に抵抗とコンデンサがパラレルに配置されており、帰還部で入力された電流が電圧に変換される。これについては、図２（ｂ）を用いて前述した。

本実施形態では、図１５−２で示すように、検出回路の抵抗や、容量などのチップ部品４０３を、リジッド部の内部に備えていることが特徴である。インターポーザ２３０の内部に部品を配置する構成は、部品内蔵基板の作製技術を用いて、容易に実現することができる。また、検出回路のチップ部品以外のオペアンプ４１１は、インターポーザの裏面に配置されている。図１５−２の構成では、チップ抵抗をインターポーザに内蔵しているので、検出回路４０２の実装面積を小さくすることができる。そのため、静電容量型トランスデューサやチップの大きさを小さくした際にも、検出回路の実装面積に起因してそれぞれの間隔を狭くできないということを避けることができる。本実施形態によると、容易に配線を取り出すことができ、受信周波数特性が優れている超音波トランスデューサの検出回路を高い密度で配置した音響波プローブなどを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図１５−３を用いて説明する。別の形態では、チップ部品４０３とオペアンプ４１１とを含む検出回路４０２全体が、インターポーザの内部に配置されていることが特徴である。これにより、回路の全体がエポキシ樹脂であるインターポーザ２３０により覆われているので、湿気などによる電気接続部の不良やオペアンプの不良の発生を低減することができる。本形態によると、容易に配線を取り出すことができ、受信周波数特性が優れている超音波トランスデューサの検出回路が高い信頼性を有する音響波プローブなどを提供することができる。

（第１３の実施形態）
第１３の実施形態は、コネクタの配置に関する。それ以外は、第１から第１２の何れかの実施形態と同じである。図１６は、本実施形態に係る音響波プローブのトランスデューサユニットを説明する模式図である。図１６において、２５０はコネクタである。

本実施形態では、インターポーザ２３０の裏面に凹部２９０を有しており、凹部の中にコネクタ２５０が配置されており、凹部は封止材２８１により封止されていることが特徴である。コネクタ２５０は、静電容量型トランスデューサ１０４の片方の電極に、直流電圧を供給するために、高電圧が印加された配線の接続を行っている。本実施形態によると、コネクタ２５０とケーブル２６０の電気接続部を、絶縁樹脂２８１で封止してしまうので、外部に対して、静電容量型トランスデューサ１０４の高い直流電圧が印加された配線を絶縁することができる。また、コネクタを凹部２９０の中に配置しているため、凹部の内部に封止材２８１を充填することで、より確実にコネクタ２５０とケーブル２６０の接続部の絶縁を行うことができる。本実施形態によれば、容易に配線を取り出すことができ、コネクタ部における外部との高い絶縁性が確保された音響波プローブなどを提供することができる。

（第１４の実施形態）
第１４の実施形態では、静電容量型トランスデューサ１９８が超音波の送受信を行う機能も有していることが特徴である。その他は、第１から第１３までの何れかの実施形態と同じである。

図１７を用いて説明する。図１７において、４２１は駆動検出回路、４３１はオペアンプ、４３２は帰還抵抗、４３３は帰還容量、４３４、４３５は高耐圧スイッチ、４３６、４３７はダイオード、４３８は高耐圧ダイオードである。図１７（ａ）は、１つのチップ２２０上に配置された静電容量型トランスデューサ１９８の模式図である。１つのチップ上には、複数の静電容量型トランスデューサ１９８が１素子（エレメント）を構成して配置されており、トランスデューサ１９８の第１の電極２０２は、配線３０１を介して駆動検出回路４２１と接続されている。駆動検出回路４２１は、装置側から超音波の送信に用いる高電圧パルス４８１を静電容量型トランスデューサ１９８に印加し、静電容量型トランスデューサ１９８からの微小電流を検出信号４８１とし装置側に出力する機能を有している。

図１７（ｂ）は、駆動検出回路４２１を説明するための回路図である。オペアンプ４３１の負帰還部に、帰還抵抗４３２と帰還容量４３３が並列に配置されており、電流電圧変換を行う機能を有している。オペアンプの入力端子と出力端子には、高耐圧スイッチ４３４、４３５と、ダイオード４３６、４３７がそれぞれ接続されている。高耐圧ダイオード４３８は、端子間が所定の電圧（１ボルト弱）以下の場合は、端子間の配線接続が切断される。また、高耐圧スイッチ４３４、４３５は、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加されると、スイッチの入出力端子間の配線が切断される。

送信のための高電圧パルスが印加されていないとき、高耐圧ダイオード４３８の端子間には殆ど電位差がないため、高耐圧ダイオード４３８では入出力端子間での配線が切断されている状態になっている。一方、 高耐圧スイッチ４３４、４３５は、外部から高い電圧が印加されていないので、スイッチの配線が接続されている。そのため、トランスデューサからの微小電流をオペアンプ４３１で電流電圧変換して、外部に接続した装置（不図示）に検出信号４８１を出力することができる。

一方、送信のための高電圧パルスが装置（不図示）側から印加されると、高耐圧ダイオード４３８内部の配線は接続され、高耐圧スイッチ４３４、４３５には、所定の電圧（数ボルト程度）より高い電圧が印加される。そのため、高耐圧スイッチ４３４、４３５は、スイッチ内部の配線が切断される。そのため、オペアンプ４３１へ高電圧が印加されてオペアンプが破損することを防ぐことができる。オペアンプからの信号出力は、高耐圧スイッチ４３５でカットされるため、送信のために印加した高電圧パルスに影響を与えることがない。従って、トランスデューサの第１の電極２０２に、超音波を送信するための高電圧パルスを印加することができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、光音響波の受信と、超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを基に光音響イメージング像と超音波イメージング像を形成することができる。また、超音波の送信と、超音波や光音響波の受信に用いる静電容量型トランスデューサ１９８の１種類で行うことができるため、チップ２２０のサイズを小さくすることができる。よって、素子１９８間をより近接して配置することができ、素子の数を増やすことができる。あるいは、同じ素子数であれば、より小さな径の半球状多面体を実現することができる。また、静電容量型トランスデューサ１９８を、光音響イメージングと超音波イメージングのために兼用しているので、光音響イメージング像と超音波イメージング像の位置ズレがより少ない画像を得ることができる。

（第１５の実施形態）
第１から第１４の何れかの実施形態に記載の音響波プローブは、光音響効果を利用した光音響波（超音波）の受信に用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置である画像形成装置に適用することができる。

図１８を用いて、本実施形態の画像形成装置の動作を具体的に説明する。まず、発光指示信号７０１に基づいて、光源８０５から光７０２（パルス光）を発生させることにより、媒質８０１を介して測定対象物８００に光７０２を照射する。測定対象物８００では光７０２の光照射により光音響波（超音波）７０３が励起され、この超音波７０３を超音波プローブが有する複数の静電容量型トランスデューサ８０２で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波の受信信号７０４として、信号処理部である画像情報生成装置８０３に送られる。一方、光源８０５で発生させた光７０３の大きさや形状、時間の情報（発光情報）が、光音響信号の画像情報生成装置８０３に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置８０３では、光音響波の受信信号７０３と発光情報を基に測定対象物８００の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報７０５として出力する。画像表示器８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５を基に、測定対象物８００を画像として表示する。

本実施形態に係る超音波プローブは、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性を有しているため、光音響波から多くの情報を取得でき、高画質な画像を生成することができる。

（第１６の実施形態）
本実施形態は、第１４の実施形態の超音波探触子を、第１５の実施形態の画像形成装置に用いたものである。図１９に、本実施形態に係わる被検体情報取得装置である画像形成装置の模式図を示す。図１９において、７０６は超音波の送受信信号、７０７は送信した超音波、７０８は反射した超音波、７０９は超音波の送受信による再現画像情報である。

本実施形態の画像形成装置は、光音響波の受信に加えて、パルスエコー（超音波の送受信）を行い、画像を形成する。光音響波の受信については、第１５の実施形態と同じであるため、ここではパルスエコー（超音波の送受信）について説明する。

超音波の送信号７０６を基にして、複数の静電容量型トランスデューサ８０２から、測定対象物８００に向かって超音波７０７が出力（送信）される。測定対象物８００の内部において、内在する物体の固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波７０８は、複数の静電容量型トランスデューサ８０２で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号７０６として画像情報生成装置８０３に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報として、画像情報生成装置８０３で記憶される。画像情報生成装置８０３では、超音波受信信号７０６と超音波送信情報を基に測定対象８００の画像信号を生成して、超音波送受信の再現画像情報７０９として出力する。

画像表示器８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５と、超音波送受信による再現画像情報７０９の２つの情報を基に、測定対象物８００を画像として表示する。本実施形態によると、広い周波数範囲の光音響波を受信できる特性の音響波プローブ用いて、異なる測定方法による受信情報を取得して画像を形成するため、より情報量の多い画像を取得、表示することができる。

上記実施形態において、トランスデューサは、少なくとも被検体からの超音波の受信を行い、処理部は、トランスデューサからの超音波受信信号を用いて被検体の情報を取得するようにできる。ここでは、静電容量型トランスデューサは、被検体に向けて超音波の送信も行ってもよいが、超音波の送信は他のトランスデューサが行うようにしてもよい。また、光音響波の受信を行わないで超音波受信のみを行う形態にもできる。以上のように、音響波プローブは、半球面状の多面体の内部に位置する被検体からの光音響波及び／または超音波を検出し、信号処理部は、音響波プローブで取得された光音響波及び／または超音波の信号から被検体の生体組織像などを構成することができる。

尚、上記説明では、第１の電極２０２は振動膜２０１上に配置され、第２の電極２０３は基板上に配置されていたが、この構成に限らない。振動膜２０１上に第２の電極２０３が配置され、基板上に第１の電極２０２が配置された構成でも同様に用いることができる。

１００・・音響波プローブ、１０３、１１３・・ケーブル（ケーブル束）、１０４・・音響波トランスデューサ素子（音響波トランスデューサ）、１１０・・音響波トランスデューサユニット、１１１・・多角形平面、２２０・・チップ、２３０・・インターポーザ、５００・・位置決め手段

Claims (26)

1. 音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えた音響波トランスデューサユニットを複数組み合わせて、多面体で形成した凹部構造の音響波受信部を構成している音響波プローブであって、
   前記音響波トランスデューサユニットは、音響波トランスデューサを備えたチップと、前記音響波トランスデューサと電気的に接続された配線を有するインターポーザと、前記インターポーザに対する前記チップの配置位置を決める位置決め手段と、を有し、
   前記チップは前記位置決め手段により前記インターポーザ上に保持されていることを特徴とする音響波プローブ。
2. 前記インターポーザ上には、複数の前記チップが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の音響波プローブ。
3. 前記インターポーザは、前記チップに対応した凹部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の音響波プローブ。
4. 前記インターポーザは、複数の前記チップにそれぞれ対応した複数の凹部を有しており、各凹部内に前記チップを備えていることを特徴とする請求項３に記載の音響波プローブ。
5. 前記チップは貫通配線を有しており、前記貫通配線と前記インターポーザの配線とを電気的に接続していることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の音響波プローブ。
6. 前記貫通配線と前記インターポーザの配線との電気接続を、ハンダバンプと金バンプと導電ペーストのうちの少なくとも１つで行っていることを特徴とする請求項５に記載の音響波プローブ。
7. 前記チップの表面の導電部と前記インターポーザの表面の導電部の間を、フレキシブル配線基板で電気的に接続していることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の音響波プローブ。
8. 前記チップの表面の導電部と前記フレキシブル配線基板の間及び前記インターポーザの表面の導電部と前記フレキシブル配線基板の間を、異方性導電樹脂で電気的に接続していることを特徴とする請求項７に記載の音響波プローブ。
9. 前記チップと前記凹部の底面の間に充填するアンダーフィル材またはダイアタッチ材の這い上がり防止機構を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の音響波プローブ。
10. 前記インターポーザが有する凹部は、前記インターポーザの中央部の凹部が、前記インターポーザの周辺部の凹部より深くなっていることを特徴とする請求項４に記載の音響波プローブ。
11. 前記音響波トランスデューサの表面上に、シリコーンゴム層を介して、絶縁フィルムを備えていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の音響波プローブ。
12. 前記絶縁フィルムは、前記インターポーザに接着されていることを特徴とする請求項１１に記載の音響波プローブ。
13. 前記絶縁フィルムを前記インターポーザに接着している領域は、前記インターポーザ上に凹部が形成されていない部分であることを特徴とする請求項１２に記載の音響波プローブ。
14. 前記絶縁フィルムを接着する前記インターポーザの領域に、接着剤が充填される溝を有していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の音響波プローブ。
15. 前記音響波トランスデューサが音響波を受信した際の電流を検出する検出回路が設けられ、前記検出回路は、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路を含み、前記インターポーザに配置されていることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の音響波プローブ。
16. 前記オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路を有するチップ部品が、前記インターポーザに内蔵されていることを特徴とする請求項１５に記載の音響波プローブ。
17. 前記音響波トランスデューサが音響波を受信した際の電流を検出する検出回路が設けられ、前記検出回路は、前記インターポーザに配置され、
    前記検出回路とケーブルを接続するためのコネクタが、前記インターポーザが前記チップを配置していない側に有する凹部内に配置され、封止されていることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の音響波プローブ。
18. 前記音響波トランスデューサには、前記音響波トランスデューサが音響波を受信した際の電流を検出する回路を含む、音響波に係わる信号を送受信するための駆動検出回路が接続されていることを請求項１から１７の何れか１項に記載の音響波プローブ。
19. 前記音響波トランスデューサは、静電容量型トランスデューサであることを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の音響波プローブ。
20. 前記インターポーザは枠部材により保持されており、前記枠部材はフレームにより保持されていることを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の音響波プローブ。
21. 音響波トランスデューサ素子を多角形平面上に備えた音響波トランスデューサユニットであって、
    音響波トランスデューサを備えたチップと、前記音響波トランスデューサと電気的に接続された配線を有するインターポーザと、前記インターポーザに対する前記チップの配置位置を決める位置決め手段と、を有し、前記チップは前記位置決め手段により前記インターポーザ上に保持されていることを特徴とする音響波トランスデューサユニット。
22. 請求項１から２０の何れか１項に記載の音響波プローブと、前記音響波プローブで検出された信号を被検体の情報を表す信号に変換するための信号処理部を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
23. 被検体に光を照射する光源を有し、
    前記音響波プローブは、前記光照射により励起された被検体からの光音響波を検出することを特徴とする請求項２２に記載の被検体情報取得装置。
24. 前記音響波プローブは、被検体からの超音波の受信を行うことを特徴とする請求項２２または２３に記載の被検体情報取得装置。
25. 前記音響波プローブは、被検体に向けて超音波の送信を行うことを特徴とする請求項２２から２４の何れか１項に記載の被検体情報取得装置。
26. 前記信号処理部は、前記音響波プローブで検出された信号を被検体の画像信号に変換することを特徴とする請求項２２から２５の何れか１項に記載の被検体情報取得装置。

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