JP2018068620A - Ultrasound device, ultrasound probe, and ultrasound apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic device, an ultrasonic probe, and an ultrasonic apparatus.
従来、超音波の送受信を行う複数の超音波トランスデューサー素子(超音波トランスデューサー)がアレイ状に配置され構成される超音波アレイと、超音波アレイ上に設けられる保護層(音響層)と、音響層上に設けられる音響レンズと、を備える超音波トランスデューサー素子ユニット(超音波デバイス)が知られている(例えば特許文献1)。 Conventionally, an ultrasonic array in which a plurality of ultrasonic transducer elements (ultrasonic transducers) for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged in an array, a protective layer (acoustic layer) provided on the ultrasonic array, An ultrasonic transducer element unit (ultrasonic device) including an acoustic lens provided on an acoustic layer is known (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の超音波デバイスでは、超音波トランスデューサーは、振動膜と、振動膜上に設けられた振動子としての圧電素子と、を備える。そして、超音波デバイスは、振動膜上に音響層及び音響レンズが順に積層され構成される。この超音波デバイスは、音響レンズが生体等の測定対象に当接された状態で、超音波を送受信する。例えば、圧電素子の駆動によって送信された超音波は、音響層及び音響レンズを伝播した後、音響レンズの表面から生体内に出力される。
In the ultrasonic device described in
ここで、特許文献1に記載されるような従来の超音波デバイスでは、音響層の音響インピーダンスを音響レンズよりも大きくし、かつ、音響層の厚みを、音響層での超音波の波長の半値とすることにより、超音波の残響の影響を抑制できる。すなわち、超音波のうち、振幅が大きい第1波に続く第2波以降の残響成分、所謂、尾引き部分を、超音波トランスデューサーと音響層との界面(第1界面)や、音響層と音響レンズとの界面(第2界面)にて生じる反射波(界面反射波)によって相殺できる。
Here, in the conventional ultrasonic device as described in
例えば、超音波トランスデューサーからの送信波のうちの第2界面で生じた界面反射波は、第1界面で反射されて第2界面に再入射する。この際、第1界面での位相反転により、界面反射波は送信波の第2波と逆位相で重なり、第2波以降が相殺される。また、例えば、超音波トランスデューサーに向かう受信波は、第1界面で反射された後、第2界面で反射され、再び第1界面に入射する。同様に、第1界面での位相反転により、界面反射波は、受信波の第2波と逆位相で重なり、受信波の第2波以降が相殺される。 For example, an interface reflected wave generated at the second interface among transmission waves from the ultrasonic transducer is reflected at the first interface and reenters the second interface. At this time, due to the phase inversion at the first interface, the interface reflected wave overlaps with the second wave of the transmission wave in the opposite phase, and the second wave and thereafter are canceled. Also, for example, the received wave directed to the ultrasonic transducer is reflected at the first interface, then reflected at the second interface, and is incident on the first interface again. Similarly, due to the phase inversion at the first interface, the interface reflected wave overlaps with the second wave of the received wave in the opposite phase, and the second wave and thereafter of the received wave cancel each other.
しかしながら、送信波と異なる周波数の超音波、例えば、送信波の高次高調波を受信可能な超音波アレイにおいて、送信領域と受信領域とに同じ厚みの音響層を設けた場合、送信側よりも受信側で尾引きの影響が大きくなるおそれがある。例えば、第2次高調波を受信する場合、音響層での受信波の波長は送信波の半値となる。このため、音響層の厚みは、送信波の半波長が受信波の1波長に相当する。したがって、第1界面で生じた受信波の界面反射は、第2界面で反射されて第1界面に再入射する際に、受信波の第3波と逆位相で重なり、第2波が相殺されない。このため、送信側よりも尾引きの影響が大きくなり、分解能が低下するおそれがある。 However, in an ultrasonic array capable of receiving ultrasonic waves having a frequency different from that of the transmission wave, for example, higher-order harmonics of the transmission wave, when an acoustic layer having the same thickness is provided in the transmission region and the reception region, the transmission side is more There is a possibility that the influence of tailing becomes large on the receiving side. For example, when receiving the second harmonic, the wavelength of the received wave at the acoustic layer is half the value of the transmitted wave. For this reason, as for the thickness of the acoustic layer, the half wavelength of the transmission wave corresponds to one wavelength of the reception wave. Therefore, the interface reflection of the received wave generated at the first interface overlaps with the third wave of the received wave in the opposite phase when reflected by the second interface and reenters the first interface, and the second wave is not canceled out. . For this reason, the influence of tailing becomes larger than that on the transmission side, and the resolution may be lowered.
本発明は、尾引きによる分解能の低下を抑制可能な超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供することを目的の一つとする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic device, an ultrasonic probe, and an ultrasonic apparatus that can suppress a decrease in resolution due to tailing.
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍であることを特徴とする。 An ultrasonic device according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided, and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided. An ultrasonic transducer array having a region, a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array, and a second stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. An ultrasonic layer comprising: an acoustic layer; and an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having an acoustic impedance larger than that of the first acoustic layer and the second acoustic layer. In the stacking direction of the first acoustic layer relative to the array, the first dimension of the first acoustic layer is the first of the ultrasonic waves transmitted by the first ultrasonic transducer. The wavelength in the acoustic layer is λa, which is an integer n times λa / 2. In the stacking direction, the second dimension of the second acoustic layer is the second ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer. The wavelength in the acoustic layer is λb, which is n times λb / 2.
本適用例では、超音波トランスデューサーアレイの第1領域に積層される第1音響層の第1寸法は、λa/2の整数n倍である。また、第2音響層の第2寸法は、λb/2の整数n倍である。これにより、第2超音波トランスデューサーによって、第1超音波トランスデューサーから送信される超音波とは異なる周波数の超音波を受信する場合、例えば、第1超音波トランスデューサーから送信波(基本波)に対する高次高調波を受信する場合でも分解能の低下を抑制できる。
ここで、第1音響層を伝播する超音波は、第1超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。また、同様に、第2音響層を伝播する超音波は、第2超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。
本適用例では、第1超音波トランスデューサーから送信される超音波(送信波であり基本波)のうちの第1音響層と音響レンズとの界面(第2界面)で生じた反射波(第1反射波)は、第1音響層と第1超音波トランスデューサーとの界面(第1界面)で反射されたのち、再び第1界面に入射する。この際、第1寸法が(λa/2)・nであるため、第1反射波の伝播距離は、第1音響層を往復に相当するλa・nである。このため、第2界面において、第1反射波の位相は、送信波に対して、2nπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第1反射波によって、送信波の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。
一方、測定対象からの反射波のうち、第2音響層と第2超音波トランスデューサーとの界面(第1界面)で反射された反射波(第2反射波)は、第2音響層と音響レンズとの界面(第3界面)で反射された後、再び第2界面に入射する。この際、第2寸法が(λb/2)・nであるため、同様に、第2反射波の位相は、受信波に対して、2nπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第2反射波によって、受信波の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第n+1波目以降を相殺できるため、尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
In this application example, the first dimension of the first acoustic layer stacked in the first region of the ultrasonic transducer array is an integer n times λa / 2. The second dimension of the second acoustic layer is an integer n times λb / 2. Thereby, when receiving the ultrasonic wave of a frequency different from the ultrasonic wave transmitted from the first ultrasonic transducer by the second ultrasonic transducer, for example, the transmission wave (fundamental wave) from the first ultrasonic transducer. Even when high-order harmonics are received, a reduction in resolution can be suppressed.
Here, the phase of the ultrasonic wave propagating through the first acoustic layer is inverted when reflected at the interface with the first ultrasonic transducer. Similarly, the phase of the ultrasonic wave propagating through the second acoustic layer is inverted when reflected at the interface with the second ultrasonic transducer.
In this application example, a reflected wave (first wave) generated at the interface (second interface) between the first acoustic layer and the acoustic lens in the ultrasonic wave (transmitted wave and fundamental wave) transmitted from the first ultrasonic transducer. 1 reflected wave) is reflected at the interface (first interface) between the first acoustic layer and the first ultrasonic transducer, and then enters the first interface again. At this time, since the first dimension is (λa / 2) · n, the propagation distance of the first reflected wave is λa · n corresponding to reciprocation of the first acoustic layer. For this reason, at the second interface, the phase of the first reflected wave is delayed by 2nπ with respect to the transmission wave and has an opposite phase. Therefore, the first reflected wave cancels out the (n + 1) th wave in the reverberation part of the transmission wave.
On the other hand, among the reflected waves from the measurement object, the reflected wave (second reflected wave) reflected at the interface (first interface) between the second acoustic layer and the second ultrasonic transducer is the second acoustic layer and the acoustic wave. After being reflected at the interface (third interface) with the lens, it is incident on the second interface again. At this time, since the second dimension is (λb / 2) · n, similarly, the phase of the second reflected wave is delayed by 2nπ with respect to the received wave and has an opposite phase. Therefore, the second and following reflected waves cancel out the (n + 1) th and subsequent waves in the reverberation portion of the received wave.
From the above, since both the transmitting side and the receiving side can cancel at least the (n + 1) -th wave and after among the reverberation components of the ultrasonic wave, it is possible to suppress a decrease in resolution due to the influence of tailing and to suppress a decrease in measurement accuracy. .
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第1寸法は、λa/2であり、前記第2寸法は、λb/2であることが好ましい。
本適用例は、上記適用例におけるn=1に相当する。すなわち、本適用例によれば、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第2波目以降を相殺でき、尾引きの影響を好適に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the first dimension is λa / 2 and the second dimension is λb / 2.
This application example corresponds to n = 1 in the above application example. That is, according to this application example, at least both the second and subsequent waves of the reverberation component of the ultrasonic wave can be canceled on both the transmission side and the reception side, the influence of tailing can be suitably suppressed, and the measurement accuracy is reduced. Can be suppressed more reliably.
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下であることを特徴とする。 An ultrasonic device according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided, and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided. An ultrasonic transducer array having a region, a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array, and a second stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. An acoustic lens, and an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having an acoustic impedance larger than that of the first acoustic layer and the second acoustic layer, and the second acoustic layer. Is located on the opposite side of the first layer on the ultrasonic transducer array side and the ultrasonic transducer array, and has an acoustic impedance smaller than that of the first layer. And in the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer. The wavelength is λa, which is an integer n times λa / 2, and the dimensions of the first layer and the second layer in the stacking direction are the second sound of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer. A wavelength in the layer is λb, which is an odd multiple of λb / 4, and a dimension of at least one of the first layer and the second layer is n times or less of λb / 2.
本適用例では、超音波トランスデューサーアレイの第1領域に積層される第1音響層の第1寸法は、λa/2の整数n倍である。また、第2音響層は、第1層及び第2層を有する。これら第1層及び第2層の寸法は、λb/4の奇数倍であり、かつ、第1層及び第2層の寸法のうちの少なくとも一方は、λb/2のn倍以下である。これにより、上記適用例と同様に、第2超音波トランスデューサーによって、第1超音波トランスデューサーから送信される超音波とは異なる周波数の超音波を受信する場合、例えば、第1超音波トランスデューサーから送信波(基本波)に対する高次高調波を受信する場合でも分解能の低下を抑制できる。
ここで、第1音響層を伝播する超音波は、第1超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。また、同様に、第2音響層の第1層を伝播する超音波は、第2超音波トランスデューサーとの界面や、第2層との界面で反射される際に、位相が反転する。
本適用例では、上記適用例と同様に、第1超音波トランスデューサーから送信される送信波と第1反射波の位相が逆位相となり、送信波の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。
一方、測定対象からの受信波のうち、第2音響層と第2超音波トランスデューサーとの界面(第1界面)で反射された第2反射波は、第3界面や、第1層と第2層との界面(第4界面)で反射された後、再び、第1界面に入射する際に、受信波と逆位相となる。また、受信波のうち、第4界面で反射された反射波(第3反射波)は、第3界面で反射された後、再び、第4界面に入射する際に、受信波と逆位相となり相殺される。
さらに、第1層及び第2層の少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下である。このため、上記適用例と同様に、第2反射波及び第3反射波の少なくとも一方は、受信波に対して、遅延量が2nπ以下、かつ、逆位相となる。このため、受信波の残響部分のうちの少なくとも第n+1波目以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第n+1波目以降が検出されることによる、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
In this application example, the first dimension of the first acoustic layer stacked in the first region of the ultrasonic transducer array is an integer n times λa / 2. The second acoustic layer has a first layer and a second layer. The dimensions of the first layer and the second layer are odd multiples of λb / 4, and at least one of the dimensions of the first layer and the second layer is n times or less of λb / 2. Thus, as in the above application example, when receiving an ultrasonic wave having a frequency different from the ultrasonic wave transmitted from the first ultrasonic transducer by the second ultrasonic transducer, for example, the first ultrasonic transducer Therefore, even when a high-order harmonic with respect to the transmission wave (fundamental wave) is received, a decrease in resolution can be suppressed.
Here, the phase of the ultrasonic wave propagating through the first acoustic layer is inverted when reflected at the interface with the first ultrasonic transducer. Similarly, the phase of the ultrasonic wave propagating through the first layer of the second acoustic layer is reversed when reflected at the interface with the second ultrasonic transducer or the interface with the second layer.
In this application example, as in the above application example, the phases of the transmission wave and the first reflected wave transmitted from the first ultrasonic transducer are opposite to each other, and the (n + 1) th and subsequent waves in the reverberation part of the transmission wave Offset.
On the other hand, among the received waves from the measurement target, the second reflected wave reflected at the interface (first interface) between the second acoustic layer and the second ultrasonic transducer is the third interface or the first layer and the first layer. After being reflected at the interface (fourth interface) with the two layers, when it enters the first interface again, it has an opposite phase to the received wave. Of the received waves, the reflected wave reflected at the fourth interface (third reflected wave) is reflected at the third interface and then enters the fourth interface again to be in reverse phase with the received wave. Offset.
Furthermore, the dimension of at least one of the first layer and the second layer is not more than n times λb / 2. For this reason, as in the above application example, at least one of the second reflected wave and the third reflected wave has a delay amount of 2nπ or less and an opposite phase with respect to the received wave. For this reason, at least the (n + 1) th wave and thereafter in the reverberation part of the received wave is canceled.
From the above, on both the transmission side and the reception side, it is possible to suppress a decrease in resolution due to the detection of at least the (n + 1) th wave of the reverberation component of the ultrasonic wave, that is, a decrease in measurement accuracy due to the influence of tailing. Can be suppressed.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第1音響層の寸法及び前記第2音響層の寸法は、同じであることが好ましい。
本適用例では、第1音響層の寸法と、第2音響層の寸法とは、同じである。これにより、第1音響層及び第2音響層に亘って設けられる音響レンズの各音響層との界面を平面とすることができ、音響レンズの構成を簡略化できる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the first acoustic layer and the second acoustic layer have the same dimensions.
In this application example, the dimension of the first acoustic layer and the dimension of the second acoustic layer are the same. Thereby, the interface with each acoustic layer of the acoustic lens provided over the first acoustic layer and the second acoustic layer can be flat, and the configuration of the acoustic lens can be simplified.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第1寸法は、λa/2であり、前記第1層及び前記第2層のうちの一方の寸法は、λb/4であることが好ましい。
本適用例では、上記適用例と同様に、送信波の残響成分のうちの第2波目以降を相殺できる。また、受信側では、第1層及び前記第2層のうちの一方の層の寸法を、n=1に対応するλb/2よりも小さいλb/4とする。これにより、当該一方の層においては、受信波の残響成分のうちの少なくとも第2波目以降を相殺できる。したがって、尾引きの影響を好適に抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the first dimension is λa / 2, and one dimension of the first layer and the second layer is λb / 4.
In this application example, as in the above application example, the second and subsequent waves of the reverberation component of the transmission wave can be canceled. On the receiving side, the dimension of one of the first layer and the second layer is λb / 4 smaller than λb / 2 corresponding to n = 1. Thereby, in the said one layer, at least the 2nd wave and after among the reverberation components of a received wave can be canceled. Therefore, the influence of tailing can be suitably suppressed, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第1音響層、前記第2音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、送信波及び受信波のいずれも、残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。したがって、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
An ultrasonic probe according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibration film is provided, and a second ultrasonic transducer having a second vibration film. An ultrasonic transducer array having a second region; a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array; and a second region stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. A second acoustic layer, an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer, and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer, and the ultrasonic transducer array A housing for housing the first acoustic layer, the second acoustic layer, and the acoustic lens, and the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array. In the layer direction, the first dimension of the first acoustic layer is an integer n times λa / 2, where λa is a wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer in the first acoustic layer, In the stacking direction, the second dimension of the second acoustic layer is λb, where n is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer, and is n times λb / 2. And
In the ultrasonic probe of this application example configured as described above, as in the above application example, both the transmitted wave and the received wave cancel out the n + 1-th wave and after in the reverberation part. Therefore, the reverberation component of the ultrasonic wave is detected, that is, a decrease in resolution due to the influence of tailing can be suppressed, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第1音響層、前記第2音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、送信波の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。また、第1層及び第2層の少なくとも一方では、受信波の残響部分のうちの少なくとも第n+1波目以降が相殺される。したがって、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
An ultrasonic probe according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibration film is provided, and a second ultrasonic transducer having a second vibration film. An ultrasonic transducer array having a second region; a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array; and a second region stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. A second acoustic layer, an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer, and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer, and the ultrasonic transducer array A housing for housing the first acoustic layer, the second acoustic layer, and the acoustic lens, wherein the second acoustic layer is provided on the ultrasonic transducer array side. A layer, and a second layer located on the opposite side of the ultrasonic transducer array and having an acoustic impedance smaller than that of the first layer, the first acoustic layer being stacked on the ultrasonic transducer array In the direction, the first dimension of the first acoustic layer is an integer n times λa / 2, where λa is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer. The dimensions of the layer and the second layer are an odd multiple of λb / 4, where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer, and the first layer and the second layer The dimension of at least one of the two layers is not more than n times λb / 2.
In the ultrasonic probe of this application example configured as described above, the n + 1th wave and subsequent waves in the reverberation part of the transmission wave are canceled out as in the above application example. In addition, at least one of the first layer and the second layer cancels out at least the (n + 1) th wave in the reverberation portion of the received wave. Therefore, on both the transmission side and the reception side, a reverberation component of ultrasonic waves can be detected, that is, a decrease in resolution due to the influence of tailing can be suppressed, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本発明の一適用例に係る超音波装置は、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記第1超音波トランスデューサー及び前記第2超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、送信波及び受信波のいずれも、残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。したがって、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
An ultrasonic apparatus according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibration film is provided, and a second area in which a second ultrasonic transducer having a second vibration film is provided. An ultrasonic transducer array having a region, a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array, and a second stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. An acoustic layer, an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer, having an acoustic impedance larger than that of the first acoustic layer and the second acoustic layer, the first ultrasonic transducer, A control unit for controlling the second ultrasonic transducer, and in the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, The first dimension of the first acoustic layer is a wavelength in the first acoustic layer of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer, and is an integer n times λa / 2. In the stacking direction, The second dimension of the second acoustic layer is characterized in that the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer is λb and n times λb / 2.
In the ultrasonic apparatus according to this application example configured as described above, similarly to the above application example, both the transmission wave and the reception wave cancel out the (n + 1) th wave in the reverberation part. Therefore, the reverberation component of the ultrasonic wave is detected, that is, a decrease in resolution due to the influence of tailing can be suppressed, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本発明の一適用例に係る超音波装置は、第1振動膜を有する第1超音波トランスデューサーが設けられる第1領域と、第2振動膜を有する第2超音波トランスデューサーが設けられる第2領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記第1超音波トランスデューサー及び前記第2超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、送信波の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。また、第1層及び第2層の少なくとも一方では、受信波の残響部分のうちの少なくとも第n+1波目以降が相殺される。したがって、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
An ultrasonic apparatus according to an application example of the present invention includes a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibration film is provided, and a second area in which a second ultrasonic transducer having a second vibration film is provided. An ultrasonic transducer array having a region, a first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array, and a second stacked on the second region of the ultrasonic transducer array. An acoustic layer, an acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer, having an acoustic impedance larger than that of the first acoustic layer and the second acoustic layer, the first ultrasonic transducer, A control unit for controlling the second ultrasonic transducer, wherein the second acoustic layer includes a first layer on the ultrasonic transducer array side, and the ultrasonic wave A second layer located on the opposite side of the transducer array and having an acoustic impedance smaller than that of the first layer, and in the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first layer The first dimension of the acoustic layer is an integer n times λa / 2, where λa is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer, and the first layer and the second layer in the stacking direction Λb is an odd multiple of λb / 4, where λb is the wavelength of the ultrasonic waves received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer, and at least one of the first layer and the second layer. One dimension is not more than n times λb / 2.
In the ultrasonic apparatus of this application example configured as described above, similarly to the application example described above, the (n + 1) th and subsequent waves in the reverberation portion of the transmission wave are canceled. In addition, at least one of the first layer and the second layer cancels out at least the (n + 1) th wave in the reverberation portion of the received wave. Therefore, on both the transmission side and the reception side, a reverberation component of ultrasonic waves can be detected, that is, a decrease in resolution due to the influence of tailing can be suppressed, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
[第1実施形態]
以下、第1実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図1は、超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置1は、超音波装置に相当し、図1に示すように、超音波プローブ2と、超音波プローブ2にケーブル3を介して接続された制御装置10と、を備える。
この超音波測定装置1は、超音波プローブ2を測定対象としての生体(例えば人体)の表面に当接させ、超音波プローブ2から生体内に超音波を送信する。また、超音波測定装置1は、生体内の器官にて反射された超音波のうちの第2次高調波を超音波プローブ2にて受信し、受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態(例えば血流等)を測定したりする。
[First Embodiment]
Hereinafter, the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the
The
The
[制御装置の構成]
制御装置10は、制御部に相当し、図1に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部11と、表示部12と、を備える。また、制御装置10は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部と、を備える。制御装置10は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置1を制御する。例えば、制御装置10は、超音波プローブ2の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ2から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部12に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部12に表示させたりする。このような制御装置10としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ2を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
[Configuration of control device]
The
[超音波プローブの構成]
図2は、超音波プローブ2の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ2は、超音波探触子に相当し、図2に示すように、筐体21と、筐体21内部に収納された超音波デバイス22と、超音波デバイス22を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板23と、を備える。なお、超音波デバイス22と、回路基板23とにより、超音波モジュールに相当する超音波センサー24が構成される。
[Configuration of ultrasonic probe]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
The
[筐体の構成]
筐体21は、図1に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面(センサー面21A)には、センサー窓21Bが設けられており、超音波デバイス22の一部が露出している。また、筐体21の一部(図1に示す例では側面)には、ケーブル3の通過孔21Cが設けられ、ケーブル3は、通過孔21Cから筐体21の内部の回路基板23に接続されている。また、ケーブル3と通過孔21Cとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル3を用いて、超音波プローブ2と制御装置10とが接続される構成を例示するが、これに限定されず、例えば超音波プローブ2と制御装置10とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ2内に制御装置10の各種構成が設けられていてもよい。
[Case configuration]
As shown in FIG. 1, the
In the present embodiment, the configuration in which the
[回路基板の構成]
回路基板23は、超音波デバイス22の第1信号端子414P及び共通端子416P(図3参照)と電気的に接続され、制御装置10の制御に基づいて超音波デバイス22を制御する。
具体的には、回路基板23は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス22に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス22から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、A−D変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置10に出力する。
[Configuration of circuit board]
The circuit board 23 is electrically connected to the
Specifically, the circuit board 23 includes a transmission circuit, a reception circuit, and the like. The transmission circuit outputs a drive signal that causes the
[超音波デバイスの構成]
図3は、超音波デバイス22における素子基板41を、封止板42側から見た平面図である。図4は、超音波デバイス22の中央部分を含む断面図である。
超音波デバイス22は、図4に示すように、超音波トランスデューサーアレイ46が設けられた素子基板41と、封止板42と、第1音響層431及び第2音響層432を含む音響層43と、音響レンズ44と、により構成される。
[Configuration of ultrasonic device]
FIG. 3 is a plan view of the
As shown in FIG. 4, the
(素子基板の構成)
素子基板41は、基板に相当し、図4に示すように、基板本体部411と、基板本体部411の封止板42側に設けられる振動膜412と、を備える。ここで、以降の説明にあたり、基板本体部411の音響レンズ44側の面を前面411Aと称し、封止板42に対向する面を背面411Bと称する。また、振動膜412の封止板42とは反対側の面(一面に相当)を開口面412Aと称し、封止板42側の面を作動面412Bと称する。
(Configuration of element substrate)
The
基板本体部411は、図4に示すように、振動膜412を支持する基板であり、例えばSi等の半導体基板で構成される。
振動膜412は、例えばSiO2や、SiO2及びZrO2の積層体等より構成され、基板本体部411の背面411Bに設けられる。この振動膜412の厚み寸法は、基板本体部411に対して十分小さい厚み寸法となる。
As shown in FIG. 4, the
The
図3に示すように、素子基板41の中央のアレイ領域Ar1には、アレイ状に配置された超音波トランスデューサー45により構成され、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーアレイ46が設けられる。なお、図3では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー45の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー45が配置される。
超音波トランスデューサーアレイ46は、所定の周波数の超音波(以下、基本波とも称す)を送信する第1超音波トランスデューサー451を有する送信アレイ461と、基本波に対する第2次高調波を受信する第2超音波トランスデューサー452を有する受信アレイ462と、を含む。
As shown in FIG. 3, an
The
(送信アレイの構成)
送信アレイ461は、アレイ領域Ar1のうちの送信領域(第1領域)Ar11に設けられる。この送信アレイ461は、超音波トランスデューサー45のうち基本波を送信する第1超音波トランスデューサー451の複数がアレイ状に配置され構成される。送信アレイ461は、X方向(スライス方向)に沿って配置された複数の第1超音波トランスデューサー451により構成され、1つの送信チャンネルとして機能する送信列451Aを複数有する。これら複数の送信列451Aは、Y方向(スキャン方向)に配置される。
(Transmission array configuration)
The
第1超音波トランスデューサー451は、後述する振動膜412の振動領域であり、第1振動膜に相当する第1可撓部412Cと、第1可撓部412Cに設けられた第1圧電素子413と、を含み構成される。この第1超音波トランスデューサー451は、第1可撓部412CのX方向及びY方向における寸法に応じた周波数(基本波)の超音波を送信可能に構成される。
The first
基板本体部411には、各第1超音波トランスデューサー451に対応した第1開口部411Cが設けられる。第1開口部411Cは、背面411B側にて振動膜412により閉塞される。すなわち、振動膜412は、背面411B側にて第1開口部411Cを閉塞する第1可撓部412Cを有する。第1可撓部412Cは、振動膜412の振動領域であり、第1開口部411Cにより外縁が規定される。上述のように、第1超音波トランスデューサー451は、第1可撓部412Cの外形寸法に応じた周波数の基本波を送信可能である。すなわち、第1開口部411CのX方向及びY方向の寸法は、基本波の周波数に応じた値に設定される。
The substrate
第1可撓部412Cの作動面412Bには、それぞれ第1下部電極414、第1圧電膜415、及び上部電極416の積層体である第1圧電素子413が設けられている。
第1下部電極414は、1CHの送信列451Aを構成する複数の第1超音波トランスデューサー451に跨って、X方向に沿って直線状に形成される。この第1下部電極414の一方の端部(−X側端部)は、素子基板41の外周部の端子領域Ar2に位置し、回路基板23に電気接続される第1信号端子414Pが設けられる。
A first
The first
また、上部電極416は、Y方向に沿って直線状に形成されており、Y方向に並ぶ複数の送信列451Aを接続し、また、後述する複数の受信列452Aを接続する。そして、上部電極416の±Y側端部は共通電極線416Aに接続される。この共通電極線416Aは、X方向に沿って複数配置された上部電極416のそれぞれの±Y側の端部を結線する。共通電極線416Aの両端部(±X側端部)は、端子領域Ar2に位置し、回路基板23に電気接続される共通端子416Pが設けられている。共通端子416Pは、回路基板23の基準電位回路(図示省略)に接続され、基準電位に設定される。
第1超音波トランスデューサー451では、第1下部電極414及び上部電極416の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されると、第1開口部411Cの開口領域内の第1可撓部412Cが振動され、開口面412A側から+Z側に超音波(基本波)が送信される。
The
In the first
(受信アレイの構成)
受信アレイ462は、アレイ領域Ar1のうちの送信領域Ar11の+X側に位置する受信領域(第2領域)Ar12に設けられる。この受信アレイ462は、超音波トランスデューサー45のうち第2次高調波を受信する第2超音波トランスデューサー452を、第1超音波トランスデューサー451の代りに有する以外は、送信アレイ461と同様に構成される。すなわち、受信アレイ462では、X方向に沿って配置された複数の第2超音波トランスデューサー452により1つの受信チャンネルとして機能する受信列452Aが構成され、複数の受信列452Aが、Y方向に配置される。
(Reception array configuration)
The
第2超音波トランスデューサー452は、後述する振動膜412の振動領域であり、第2振動膜に相当する第2可撓部412Dと、第2可撓部412Dに設けられた第2圧電素子417と、を含み構成される。この第2超音波トランスデューサー452は、第2可撓部412DのX方向及びY方向における寸法に応じた周波数の超音波を受信可能であり、本実施形態では、基本波に対する第2次高調波を受信可能に構成される。
The second
第2可撓部412Dは、振動膜412のうち、基板本体部411に設けられた第2開口部411Dを背面411B側にて閉塞し、振動領域を構成する。第2開口部411Dは、平面視において、各第2超音波トランスデューサー452に対応した位置に設けられる。この第2開口部411Dは、第2可撓部412Dの外縁を規定する。すなわち、第2開口部411DのX方向及びY方向の寸法は、第2次高調波の周波数に応じた値に設定される。本実施形態では、例えば、第2開口部411DのY方向の寸法が第1開口部411Cと略同じであり、X方向の寸法が第1開口部411Cの略2分の1である場合を例示している。
2nd
第2圧電素子417は、第2可撓部412Dの作動面412Bに設けられ、第2下部電極418、第2圧電膜419、及び上部電極416の積層体である。
第2下部電極418は、1CHの受信列452Aを構成する複数の第2超音波トランスデューサー452に跨って、X方向に沿って直線状に形成される。この第2下部電極418の一方の端部(+X側端部)には、回路基板23に電気接続される第2信号端子418Pが設けられる。
The second
The second
第2超音波トランスデューサー452では、対象物から反射され、開口面412Aに入射する超音波(第2次高調波)により第2可撓部412Dが振動されると、第2圧電膜419の上下で電位差が発生する。したがって、第2下部電極418及び上部電極416間に発生する前記電位差を検出することにより、超音波を検出、つまり受信する。
In the second
(封止板の構成)
封止板42は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板41と同形状に形成され、Si等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板42の材質や厚みは、超音波トランスデューサー45の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー45にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
(Configuration of sealing plate)
The sealing
封止板42は、素子基板41のアレイ領域Ar1に対向する領域には凹溝421が形成される。すなわち、封止板42は、各開口部411C,411Dに対応した複数の凹溝421を有する。これにより、素子基板41と封止板42との間にギャップ421Aが設けられることになり、各可撓部412C,412Dの振動が阻害されない。また、1つの超音波トランスデューサー45からの背面波が、他の隣接する超音波トランスデューサー45に入射される不都合(クロストーク)を抑制できる。
In the sealing
なお、各凹溝421の溝深さは、送信領域Ar11では、基本波の波長の1/4の奇数倍となるように設定されてもよく、受信領域Ar12では、第2次高調波の波長の1/4の奇数倍となるように設定されていてもよい。ここで、振動膜412が振動すると、開口面412A側の他、背面411B側にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板42により反射され、再びギャップ421Aを介して振動膜412側に放出される。この際、上述のように溝深さを設定することにより、反射背面波と、振動膜412から開口面412A側に放出される超音波との位相をずらすことができ、超音波を減衰させることができる。つまり、超音波トランスデューサー45から発せられる超音波の波長を考慮して、素子基板41や封止板42の各部の厚み寸法が設定される。
The groove depth of each
また、封止板42は、素子基板41の端子領域Ar2に対向する位置に、各端子414P,416P,418Pを回路基板23に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、素子基板41に設けられた開口と、当該開口を介して各端子414P,416P,418Pと回路基板23とを接続するFPC(Flexible Printed Circuits)やケーブル線、ワイヤー等の配線部材と、を含む構成が例示される。
In addition, the sealing
(音響レンズの構成)
音響レンズ44は、後に詳述する音響層43上(+Z側)に設けられる。この音響レンズ44は、図1に示すように、筐体21のセンサー窓21Bから外部に露出する。また、音響レンズ44の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス(例えば、1.5MRayls)に設定されている。音響レンズ44は、+Z側の面は、X方向に沿って中心部(送信領域Ar11と受信領域Ar12との境界位置)に向かうにしたがって、+Z側に湾曲する湾曲面である。この音響レンズ44は、生体表面に密着されることにより、音響層43を介して、送信アレイ461から送信された超音波を生体内の所望の位置に効率良く収束させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く受信アレイ462に伝播させる。
(Configuration of acoustic lens)
The
なお、音響レンズ44は、平面視において、−Z側の面のうち、送信領域Ar11と重なり、送信アレイ461に対向する第1面部441と、受信領域Ar12と重なり、受信アレイ462に対向する第2面部442と、を有する。第1面部441及び第2面部442は、XY面に平行であり、第2面部442は、第1面部441よりも−Z側に位置する。これにより、後述するように、送信領域Ar11よりも受信領域Ar12で音響層43を薄くできる。
Note that the
このような音響レンズ44の形成材料として、例えばミラブル型シリコーンゴムを例示できる。ミラブル型シリコーンゴムは、例えばビニル基を含むジメチルポリシロキサン構造のシリコーンゴム、シリカ、及び加硫剤を含有する。具体的には、シリカは、シリコーンゴムに対する質量比40質量%以上50質量%以下の重量平均粒子径15μm〜30μmのシリカ粒子として、シリコーンゴムに混入される。加硫剤として、例えば2,5−ジメチル−2,5−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを用いることができる。
Examples of a material for forming such an
(音響層の構成)
図5は、超音波デバイス22を模式的に示す図である。なお、図5では、超音波デバイス22の構成を簡略化し、超音波デバイス22の振動膜412、音響層43、及び音響レンズ44の断面を模式的に示している。
音響層43は、図4に示すように、素子基板41の+Z側の面(基板本体部411の前面411Aと、振動膜412の開口面412Aと)に設けられる。音響層43は、音響レンズ44とともに、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝播させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー45に伝播させる。このため、音響層43は、音響レンズよりも小さい音響インピーダンス(例えば、1.0MRayls)に設定されている。このような音響インピーダンスを有する材料としては、例えばRTVシリコーンゴム等のシリコーン樹脂材料を用いることができる。
(Configuration of acoustic layer)
FIG. 5 is a diagram schematically showing the
As shown in FIG. 4, the
音響層43は、送信領域Ar11の+Z側に積層される第1音響層431と、受信領域Ar12の+Z側に積層される第2音響層432と、を有する。すなわち、Z方向は、超音波トランスデューサーアレイ46に対する音響層43の積層方向である。なお、本実施形態では、第1音響層431及び第2音響層432は、同一の材料によって一体的に形成されている。したがって、第1音響層431及び第2音響層432は、超音波の音速や、音響インピーダンスが同一である。なお、第1音響層431及び第2音響層432は、一体的に形成されていることに制限されず、例えば、送信領域Ar11と受信領域Ar12との境界位置(図4の一点鎖線で示す位置)で分離され、別々に形成されてもよい。
The
第1音響層431のZ方向における寸法L1(厚み寸法であり第1寸法に相当)は、基本波の波長λa(音響層43における波長)とした場合に、λa/2である。例えば、第1音響層431の寸法L1は、送信波の周波数が5MHzとした場合、0.2mmである。なお、L1は、開口面412A(第1音響層431及び振動膜412の界面であり第1界面F1(図5参照)とも称す)と、第1音響層431及び音響レンズ44の界面(以下、第2界面F2(図5参照)とも称す)との距離である。
The dimension L 1 (thickness dimension and corresponding to the first dimension) in the Z direction of the first
第2音響層432の厚み寸法L2は、第2次高調波の波長λb(音響層43における波長)とした場合に、λb/2である。なお、λb=λa/2なので、第2音響層432の厚み寸法は、λa/4であり、L2=L1/2である。L2は、第2音響層432及び音響レンズ44の界面(以下、第3界面F3(図5参照)とも称す)と、開口面412A(第1界面F1)との距離である。
Thickness L 2 of the second
図6は、音響層43による作用を説明する図である。
本実施形態では、第1音響層431の厚み寸法L1=λa/2とし、第2音響層432の厚み寸法L2=λa/4とすることにより、以下に説明するように、測定精度(分解能)の向上を図ることができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the action of the
In this embodiment, by setting the thickness dimension L 1 of the first
ここで、第1超音波トランスデューサー451にパルス波電圧が印加され、超音波(基本波としての送信波U0)が送信される。この際、送信波U0として、図6の上段に示すように、残響を含む複数のピークを有する粗密波が送信され、所謂、尾引きが生じる。つまり、送信波U0の第1波u1に続く残響(尾引き)部分、つまり第2波u2や第3波u3による反射波が検出されることにより、分解能が低下し、測定精度が低下するおそれがある。
また、受信側でも同様に、尾引きによる分解能の低下が生じるおそれがある。すなわち、図6の下段に示すように、受信波V0も、残響を含む複数のピークを有する粗密波であり、第1波v1に続く尾引き部分として第2波v2や第3波v3を含む。これら尾引き部分が第2超音波トランスデューサー452に検出されることにより、分解能が低下し、測定精度が低下するおそれがある。
また、本実施形態では、第2界面F2を境界として音響インピーダンスが異なる場合、第1界面F1と第2界面F2との間で超音波の多重反射が生じると、多重反射波に対応する複数のピークが検出され、測定精度が低下するおそれがある。
Here, a pulse wave voltage is applied to the first
Similarly, on the receiving side, there is a possibility that the resolution is reduced due to tailing. That is, as shown in the lower part of FIG. 6, the received wave V0 is also a dense wave having a plurality of peaks including reverberation, and includes the second wave v2 and the third wave v3 as a trailing portion following the first wave v1. . When these tail portions are detected by the second
Further, in the present embodiment, when the acoustic impedance is different with the second interface F2 as a boundary, if multiple reflections of ultrasonic waves occur between the first interface F1 and the second interface F2, a plurality of waves corresponding to the multiple reflected waves are generated. Peaks are detected and measurement accuracy may be reduced.
これに対して、本実施形態では、第1音響層431の寸法L1をλa/2とする。
すなわち、送信側において、第1超音波トランスデューサー451から送信され、第1音響層431を+Z側に伝播する送信波U0の一部が、第2界面F2で反射され界面反射波(以下、第1界面反射波U1と称す)が生じる。第1音響層431を−Z側に伝播する第1界面反射波U1は、第1界面F1(開口面412A)にて反射される際に位相が反転する。このため、第1音響層431の厚み寸法をλa/2とすることにより、1波長λaだけ伝播して再び第2界面F2に入射する第1界面反射波U1の位相を、第2界面F2における送信波U0の第2波u2と逆位相とできる。したがって、図6の上段の図に示すように、送信波U0の第2波u2以降の尾引き部分を、第1界面反射波U1によって相殺できる。したがって、送信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
In contrast, in the present embodiment, the dimension L 1 of the first
That is, on the transmission side, a part of the transmission wave U0 transmitted from the first
さらに、本実施形態では、第2音響層432の厚み寸法L2=λb/2、つまり、L2=L1/2とする。
すなわち、受信側において、第2音響層432を−Z側に伝播する受信波(第2次高調波)V0の一部が、第1界面F1で反射され界面反射波(以下、第2界面反射波V1と称す)が生じる。なお、この際に、超音波の位相が反転する。このため、第1音響層431の厚み寸法をλb/2とすることにより、第2音響層432において1波長λbだけ伝播して再び第2界面F2に入射する第2界面反射波V1の位相を、第2界面F2における受信波V0の第2波v2と逆位相とできる。これにより、図6の下段の図に示すように、受信波V0の第2波v2以降の尾引き部分を、第2界面反射波V1によって相殺できる。したがって、受信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
Furthermore, in the present embodiment, the thickness dimension L 2 = λb / 2 of the second
That is, on the receiving side, a part of the received wave (second harmonic) V0 propagating through the second
ここで、第2音響層432の厚み寸法L2=L1=λbの場合、図6の下段の図に示すように、第2界面反射波V1は、第1界面F1に再び入射するまでの伝播距離が2波長となる。このため、第2界面反射波V1は、第1界面F1への再入射時に、受信波V0の第3波v3と相殺される。したがて、第2波v2が相殺されず、第2波v2が受信される。したがって、送信側で尾引き部分である第2波u2以降が相殺できたとしても、受信側では尾引き部分の第3波v3以降しか相殺できず、分解能が低下する可能性がある。
これに対して、本実施形態では、第2音響層432の厚み寸法L2=L1/2とすることにより、送信側のみならず、受信側においても、第2波v2以降の尾引き部分を相殺でき、分解能の低下を好適に抑制できる。
Here, when the thickness dimension L 2 = L 1 = λb of the second
On the other hand, in this embodiment, by setting the thickness dimension L 2 = L 1/2 of the second
[第1実施形態の作用効果]
上述のように構成される第1実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
第1音響層431の第1寸法L1は、λa/2である。また、第2音響層432の第2寸法L2は、λb/2である。これにより、第2超音波トランスデューサー452によって、第1超音波トランスデューサー451から送信される超音波(基本波)に対する第2次高調波を受信する場合に、分解能の低下を抑制できる。
すなわち、上述のように、第1寸法L1がλa/2であるため、送信波(基本波)U0のうちの第2界面F2で生じた第1界面反射波U1は、第2界面F2に再入射する際に、送信波U0に対して、1波長分だけ位相が遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第1界面反射波U1によって、送信波U0の残響部分のうちの第2波u2以降が相殺される。
一方、第2寸法L2がλb/2であるため、受信波(第2次高調波)V0のうちの第1界面F1で生じた第2界面反射波V1は、第2界面F2で反射し、第1界面F1に再入射する際に、受信波V0に対して、1波長分だけ位相が遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第2界面反射波V1によって、受信波V0の残響部分のうちの第2波v2以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出されることによる分解能の低下、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
[Effects of First Embodiment]
In the first embodiment configured as described above, the following operational effects can be obtained.
The first dimension L 1 of the first
That is, as described above, for the first dimension L 1 is a [lambda] a / 2, a first interface reflection waves U1 generated by the second interface F2 of the transmission wave (fundamental wave) U0 is the second interface F2 At the time of re-incident, the phase is delayed by one wavelength with respect to the transmission wave U0, and the phase is reversed. Accordingly, the first interface reflected wave U1 cancels out the second wave u2 and subsequent portions of the reverberation portion of the transmission wave U0.
Meanwhile, since the second dimension L 2 is [lambda] b / 2, the second interface reflection wave V1 generated in the first interface F1 of the received wave (second harmonic) V0 is reflected by the second interface F2 When re-entering the first interface F1, the phase is delayed by one wavelength with respect to the received wave V0, and the phase is reversed. Therefore, the second interface reflected wave V1 cancels out the second wave v2 and later of the reverberation portion of the received wave V0.
From the above, on both the transmission side and the reception side, it is possible to suppress a decrease in resolution due to detection of an ultrasonic reverberation component, that is, a decrease in resolution due to the influence of tailing, and a decrease in measurement accuracy.
また、本実施形態では、音響レンズ44の第1面部441と、第2面部442とは、Z方向における位置が異なる。このような構成では、音響層43及び音響レンズ44を素子基板41に設ける際に、音響レンズ44を素子基板41に対して適切な位置(例えばZ方向における距離)に配設することにより、音響層43の厚み寸法を設定することができる。つまり、素子基板41に対する音響レンズ44の配置位置に応じて、第1面部441及び第2面部442のZ方向の距離を適宜設定することにより、適切な厚み寸法を有する第1音響層431及び第2音響層432を容易に形成できる。
In the present embodiment, the position of the
[第2実施形態]
以下、第2実施形態について説明する。
第1実施形態では、音響層43は、第1音響層431と、第1音響層431の半分の厚み寸法の第2音響層432と、を有する。これに対して、第2実施形態では、第2音響層は、複数層で構成され、第1音響層431と同じ厚み寸法を有する点で、主に第1実施形態と相違している。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the
In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図7は、第2実施形態の超音波デバイス22Aを模式的に示す図である。
図7に示すように、音響レンズ44Aは、−Z側の面であるアレイ対向面443は平面状である点で、第1実施形態の音響レンズ44と相違している。
音響層43Aは、第1音響層431と、第2音響層47と、を有する。
第2音響層47は、第1音響層431と同じ厚み寸法、すなわちL1(=λa/2)を有し、第1層471と、第1層471の+Z側に積層された第2層472と、を含む。第1層471及び第2層472は、例えばRTVシリコーンゴム等のシリコーン樹脂材料を用いて形成され、伝播する超音波の音速は略同じである。なお、本実施形態は、第2層472は、第1音響層431と一体的に形成されている。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an
As shown in FIG. 7, the
The
The second
第1層471は、第2開口部411D内に充填され、第2可撓部412D上に設けられる。第1層471の音響インピーダンスは、第2層472の音響インピーダンスよりも大きい。例えば、第1層471の音響インピーダンスが1.5MRaylsであり、第2層472の音響インピーダンスが1.0MRaylsである。このような第1層471は、例えば、第2層472を形成するシリコーン樹脂材料にフィラーを分散させて形成でき、これにより音響インピーダンスを第2層472よりも大きくできる。
The
第1層471及び第2層472の厚み寸法は、λb/4の奇数倍である。また、第1層471及び第2層472の少なくとも一方の厚み寸法は、λb/2以下である。
本実施形態では、第1層471の厚み寸法L3は、λb/4であり、第2層472の厚み寸法L4は、λb・(3/4)である。換言すると、第1層471の厚み寸法L3=λa/8であり、第2層472の厚み寸法L4=λa(3/8)である。第1層471及び第2層472の厚み寸法を上記値とすることにより、上述の尾引きによる測定精度の低下を抑制するとともに、第2音響層47の厚み寸法を、第1音響層431と同じとすることができる。
The thickness dimension of the
In the present embodiment, the thickness dimension L 3 of the
図8は、音響層43Aによる作用を説明する図である。なお、図8では、超音波デバイス22Aの構成を簡略化し、超音波デバイス22の振動膜412、音響層43A、及び音響レンズ44Aの断面を模式的に示している。
図8において、第2音響層47と振動膜412との界面を第1界面F1とし、第2音響層47と音響レンズ44Aとの界面を第3界面F3とし、第1層471と第2層472との界面を第4界面F4とする。なお、本実施形態では、第1層471を伝播する超音波が、第1界面F1及び第4界面F4で反射されると、超音波の位相は反転する。
FIG. 8 is a diagram for explaining the action of the
In FIG. 8, the interface between the second
図8に示すように、第1界面F1に入射する受信波V0の一部が、第1界面F1で反射され第2界面反射波V1が生じる。なお、第1界面F1での反射時に受信波の位相は反転する。この第2界面反射波V1の一部は、第4界面F4で反射され再び第1界面F1に入射する。なお、第4界面F4で反射される際も位相が反転する。このため、第1層471の厚み寸法をλb/4とすることにより、第1層471を半波長(λb/2)伝播して第1界面F1に再入射する第2界面反射波V1の位相を、第1界面F1における受信波V0の第1波v1と逆位相とできる。これにより、第2界面反射波V1との少なくとも一部は、受信波V0の第1波v1の一部及び第2波v2以降の尾引き部分と相殺される。したがって、受信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
As shown in FIG. 8, a part of the received wave V0 incident on the first interface F1 is reflected by the first interface F1 to generate a second interface reflected wave V1. Note that the phase of the received wave is inverted upon reflection at the first interface F1. A part of the second interface reflected wave V1 is reflected by the fourth interface F4 and enters the first interface F1 again. Note that the phase is also inverted when reflected by the fourth interface F4. Therefore, by setting the thickness dimension of the
なお、第1界面F1で生じた第2界面反射波V1の一部は、第3界面F3で反射され再び第1界面F1に入射する。第2音響層47の厚み寸法は、λb/2の整数倍であるため、第2界面反射波V1の位相を受信波V0の位相と逆位相とでき、受信波V0によって第2界面反射波V1を相殺できる。
また、受信波V0の一部が第4界面F4で反射され第3界面反射波V2が生じる。この第3界面反射波V2は、第3界面F3で反射され再び第4界面F4に入射する。第2層472の厚み寸法をλb/4の奇数倍とすることにより、第3界面反射波V2の位相を受信波V0の位相と逆位相とでき、受信波V0によって第3界面反射波V2を相殺できる。
したがって、界面反射波が受信されることによる測定精度の低下を抑制できる。
A part of the second interface reflected wave V1 generated at the first interface F1 is reflected by the third interface F3 and is incident on the first interface F1 again. Since the thickness dimension of the second
Further, a part of the received wave V0 is reflected by the fourth interface F4, and a third interface reflected wave V2 is generated. The third interface reflected wave V2 is reflected by the third interface F3 and enters the fourth interface F4 again. By setting the thickness dimension of the
Therefore, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to reception of the interface reflected wave.
[第2実施形態の作用効果]
上述のように構成される第2実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
第1音響層431の第1寸法L1は、λ/2である。また、第2音響層47は、第1層471及び第2層472を有する。第1層471の第3寸法L3は、λb/4(=λa/8)であり、λb/2以下である。また、第2層472の厚み寸法L4は、λb・(3/4)=λa(3/8)である。これにより、第1実施形態と同様に、第2超音波トランスデューサー452によって、送信波(基本波)に対する第2次高調波を受信する場合に、分解能を向上させることができる。
[Effects of Second Embodiment]
In the second embodiment configured as described above, the following operational effects can be obtained.
The first dimension L 1 of the first
すなわち、送信側では第1実施形態と同様に、送信波U0の残響部分のうちの第2波目以降が第1界面反射波U1によって相殺される。
一方、受信側では、第2次高調波である受信波V0のうち、第1界面F1で反射された第2界面反射波V1は、第3界面F3や第4界面F4で反射された後、再び、第1界面F1に入射する際に、受信波V0と逆位相となり相殺される。また、受信波V0のうち、第4界面F4で反射された第3界面反射波V2は、第3界面F3で反射された後、再び、第4界面F4に入射する際に、受信波V0と逆位相となり相殺される。
ここで、第1層471の寸法L3は、λb/2以下である。このため、第1界面F1と第4界面F4との間で反射され第1層471を伝播する第2界面反射波V1によって、受信波V0の残響部分の少なくとも第2波v2以降を相殺できる。
以上から、送信側と同様に、受信側でも残響成分の第2波目以降が検出されることによる、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
That is, on the transmission side, as in the first embodiment, the second and subsequent waves in the reverberation part of the transmission wave U0 are canceled by the first interface reflected wave U1.
On the other hand, on the receiving side, the second interface reflected wave V1 reflected by the first interface F1 out of the received wave V0 that is the second harmonic is reflected by the third interface F3 and the fourth interface F4, Again, when the light enters the first interface F1, the phase is opposite to that of the received wave V0 and cancels out. Of the received wave V0, the third interface reflected wave V2 reflected by the fourth interface F4 is reflected by the third interface F3 and then incident on the fourth interface F4 again. The phase is reversed and cancelled.
Here, the dimension L 3 of the
From the above, similarly to the transmission side, it is possible to suppress a decrease in resolution due to the detection of the second and subsequent waves of the reverberation component on the reception side, that is, a decrease in measurement accuracy due to the influence of tailing.
また、第1音響層431と第2音響層47の厚み寸法が同じである。これにより、第1音響層431及び第2音響層47に亘って設けられる音響レンズ44Aの各音響層431,47との界面を平面とすることができ、音響レンズ44Aの構成を簡略化できる。
また、第1層471の寸法L3をλb/4とし、第2層472の寸法L4をλb・(3/4)とすることにより、上記尾引きの影響を抑制しつつ、第1音響層431の寸法と、第2音響層47の寸法とを同じとすることができる。
The thickness dimensions of the first
Further, the dimensions L 3 of the
また、基板本体部411の第2開口部411Dの深さ寸法(Z方向の寸法)を、第1層471の厚み寸法L3とし、当該第2開口部411D内に第1層471を形成する。その後、第1音響層431と第2層472とを同時に形成し、音響レンズ44を配置することにより超音波デバイス22Aを形成することができる。これにより、第1層471の厚みを適切な寸法とすることが容易である。第1音響層431及び第2層472を同時に形成することができ、別々に製造する場合と比べて製造工程を簡略化できる。
Further, the depth dimension of the
また、第1層471の厚み寸法を、第2層472よりも小さくすることにより、受信感度の増大を図ることが容易である。すなわち、第1層471は、第2層472層よりも音響インピーダンスが大きい層である。このような第1層471は、上述のように第2層472の形成材料と同じ材料を母材として、フィラーを拡散させることにより容易に形成できる。したがって、第1層471よりも減衰係数が小さい第2層472の厚みを、第1層471よりも大きくすることにより、受信感度の増大を図ることができる。また、このような第1層471及び第2層472を備える音響層43Aは、上述のように容易に形成することができる。以上から、受信感度の増大を図ることが容易である。
Further, by making the thickness dimension of the
[変形例]
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
[Modification]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention includes configurations obtained by modifying, improving, and appropriately combining the embodiments as long as the object of the present invention can be achieved. Is.
(変形例1)
第1実施形態では、第1音響層431の第1寸法L1をλa/2とし、第2音響層432の第2寸法L2をλb/2としたが、これに限定されない。例えば、第1寸法L1をλa/2の整数n倍としてもよい(下記式(1)参照)。また、第2音響層432の第2寸法L2をλb/2の整数n倍としてもよい(下記式(2)参照)。このような構成でも、送信波と受信波とで超音波の波長が異なる場合に、尾引きによる影響が送信側と受信側とで異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
(Modification 1)
In the first embodiment, the first dimension L 1 of the first
[数1]
L1=(λa/2)・n ・・・(1)
L2=(λb/2)・n ・・・(2)
[Equation 1]
L 1 = (λa / 2) · n (1)
L 2 = (λb / 2) · n (2)
すなわち、上述のように、第1音響層431を伝播する送信波U0のうちの第2界面F2で生じた第1界面反射波U1は、第1界面F1で反射されたのち、再び第2界面F2に入射する。この際、第1寸法L1が(λa/2)・nであるため、第1界面反射波U1の伝播距離は、第1音響層431の往復でλa・nである。このため、第2界面F2において、第1界面反射波U1の位相は、送信波U0に対して、2nπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第1反射波によって、送信波U0の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。
That is, as described above, the first interface reflected wave U1 generated at the second interface F2 in the transmission wave U0 propagating through the first
一方、測定対象からの反射波である受信波V0のうち、第1界面F1で生じた第2界面反射波V1は、第3界面F3で反射された後、再び第1界面F1に入射する。この際、第2寸法L2が(λb/2)・nであるため、同様に、第1界面F1において第2界面反射波V1の位相は、受信波V0に対して、2nπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、受信波V0の残響部分のうちの第n+1波目以降が相殺される。 On the other hand, the second interface reflected wave V1 generated at the first interface F1 in the received wave V0 that is a reflected wave from the measurement object is reflected at the third interface F3 and then enters the first interface F1 again. At this time, since the second dimension L 2 is (λb / 2) · n, similarly, the phase of the second interface reflection wave V1 at the first interface F1, to the received wave V0, delayed by 2n [pi], And it becomes an antiphase. Therefore, the portion after the (n + 1) th wave in the reverberation portion of the received wave V0 is canceled.
上述のように、第1音響層431及び第2音響層432の厚みを、対応する波長に応じて設定することにより、送信側及び受信側の両方で第n+1波目以降が検出されることを抑制できる。したがって、送信波に対する高次高調波を受信する場合のように、送信波と受信波が異なる場合でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる、測定精度の低下を抑制できる。
As described above, by setting the thicknesses of the first
(変形例2)
第2実施形態では、第1音響層431の第1寸法L1をλa/2とし、第1層471の第3寸法L3をλb/4、つまりλb/2以下とし、第2層472の第4寸法L4をλa・(3/8)とした。しかしながら、これに限定されない。例えば、第1寸法L1をλa/2の整数n倍とし(上記記式(1)参照)、第1層471及び第2層472の寸法をλb/4の奇数倍とし、かつ、第1層471及び第2層472の少なくとも一方の寸法を、λb/2の整数n倍以下としてもよい。このような構成でも、送信波と受信波とで超音波の波長が異なる場合に、尾引きによる影響が送信側と受信側とで異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
(Modification 2)
In the second embodiment, the first dimension L 1 of the first
すなわち、第1音響層431の第1寸法L1をλa/2の整数倍(例えばn倍)とすることにより、送信波U0の残響部分のうちの第n+1波目以降が第1界面反射波U1によって相殺される。
一方、第1層471及び第2層472の寸法をλb/4の奇数倍とすることにより、第2実施形態と同様に、第2界面反射波V1は、第1界面F1に再入射する際に、受信波V0と逆位相となり相殺される。また、第3界面反射波V2は、第4界面F4に再入射する際に、受信波V0と逆位相となり相殺される。
That is, the first dimension L 1 by an integral multiple of [lambda] a / 2 (e.g., n times), the first n + 1 wave onward first interface reflection wave of the reverberant part of the transmission wave U0 of the first
On the other hand, when the dimensions of the
ここで、第1層471及び第2層472の少なくとも一方の寸法は、λb/2の整数n倍以下である。このため、第2界面反射波V1及び第3界面反射波V2の少なくとも一方は、伝播距離がλb・n以下であり、受信波に対して、遅延量が2nπ以下、かつ、逆位相となる。このため、受信波V0の残響部分のうちの少なくとも第n+1波目以降が、第2界面反射波V1及び第3界面反射波V2の少なくとも一方によって相殺される。
Here, the dimension of at least one of the
以上から、送信側及び受信側の両方で第n+1波目以降が検出されることを抑制できる。したがって、送信波に対する高次高調波を受信する場合のように、送信波と受信波が異なる場合でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる、測定精度の低下を抑制できる。 From the above, it is possible to suppress the detection of the (n + 1) th wave and thereafter on both the transmission side and the reception side. Therefore, even when the transmission wave and the reception wave are different, as in the case of receiving high-order harmonics with respect to the transmission wave, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to the difference in tailing between the transmission side and the reception side. .
(他の変形例)
第1実施形態では、第2音響層432の厚み寸法が、第2開口部411Dの深さ寸法よりも大きい構成を例示したが、これに限定されず、第2開口部411Dの深さ寸法を、第2音響層432の厚み寸法としてもよい。これにより、第2音響層432の厚みを調整することが容易である。また、同様に、第1開口部411Cの深さ寸法を、第1音響層431の厚み寸法としてもよい。
(Other variations)
In 1st Embodiment, although the thickness dimension of the 2nd
第2実施形態では、第1層471の寸法が、第2層472よりも小さい構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、第1層471の寸法を、第2層472よりも大きくしてもよい。例えば、第1層471の寸法をλb・(3/4)とし、第2層472の寸法をλb/4としてもよい。このような構成でも、第2実施形態と同様に尾引きの影響を抑制できる。
In the second embodiment, the configuration in which the dimension of the
上記各実施形態では、音響層は、振動膜412の開口面412Aの側、すなわち基板本体部411を覆うように配置されていた。しかしながら、これに限定されず、音響層は、振動膜412の作動面412Bを覆うように、基板本体部411とは反対側に設けられていてもよい。
図9は、一変形例に係る超音波デバイス22Bを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Bは、図9に示すように、素子基板41と、素子基板41の−Z側に配置される封止板42Bと、素子基板41の+Z側に配置される音響層43及び音響レンズ44と、を備える。この超音波デバイス22Bでは、振動膜412は、基板本体部411の+Z側に設けられる。すなわち、振動膜412の−Z側の面が開口面412Aであり、+Z側の面が作動面412Bである。この作動面412Bに第1圧電素子413及び第2圧電素子417が設けられる。また、封止板42Bは、平板状に形成され、素子基板41の−Z側に、基板本体部411と対向するように設けられる。
なお、上記以外の構成は、基本的に、第1実施形態と同様である。
In each of the embodiments described above, the acoustic layer is disposed so as to cover the
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an
As shown in FIG. 9, the
The configuration other than the above is basically the same as that of the first embodiment.
上記各実施形態では、第1音響層と第2音響層において、超音波の音速が同じである場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第1音響層と第2音響層とで音速が異なっていてもよい。
また、上記各実施形態では、送信波に対する第2次高調波を受信する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第2超音波トランスデューサーを第3次以上の高次高調波を受信可能としてもよい。このような場合でも、対応する波長に応じて音響層の各層の厚み寸法を設定することにより、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
In each of the above embodiments, the case where the first acoustic layer and the second acoustic layer have the same sound speed of the ultrasonic waves has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the sound speed may be different between the first acoustic layer and the second acoustic layer.
Moreover, although each said embodiment illustrated the structure which receives the 2nd harmonic with respect to a transmission wave, it is not limited to this. For example, the second ultrasonic transducer may be capable of receiving third and higher order higher harmonics. Even in such a case, by setting the thickness dimension of each layer of the acoustic layer according to the corresponding wavelength, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to the difference in tailing between the transmission side and the reception side.
上記各実施形態では、送信用の第1超音波トランスデューサー451と、受信用の第2超音波トランスデューサー452とを備える超音波トランスデューサーアレイ46を例示したが、これに限定されない。すなわち、第1超音波トランスデューサー451及び第2超音波トランスデューサー452は、いずれも超音波の送信及び受信のいずれも可能に構成されてもよい。すなわち、第1超音波トランスデューサー451で超音波を送受信し、第2超音波トランスデューサー452で超音波を送受信してもよい。このように、同一の基板に、互いに異なる周波数(波長)の超音波を送受信する超音波トランスデューサーアレイを形成しても、各超音波トランスデューサーアレイの分解能の低下を抑制できる。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、送信アレイ461及び受信アレイ462は、それぞれ送信チャンネル又は受信チャンネルが1方向に配置された1次元アレイとして構成されているが、これに限定されない。例えば、個別に駆動可能な各チャンネがマトリクス状に配置される2次元アレイとして構成されてもよい。この場合、音響レンズの代りに、音響層上に、音響インピーダンスが音響層よりも大きい保護膜等が配置される。このような構成でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー45として、振動膜と、当該振動膜上に形成された圧電素子と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー45として、可撓膜と、可撓膜に設けられた第1電極と、封止板における第1電極に対向する位置に設けられた第2電極と、を備える構成を採用してもよい。この第1電極及び第2電極は、振動子としての静電アクチュエーターを構成する。このような構成では、当該静電アクチュエーターを駆動することにより超音波を送信し、電極間の静電容量を検出することにより超音波を検出できる。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用できる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。 In each of the above-described embodiments, the electronic apparatus is exemplified as an ultrasonic device whose measurement target is an organ in a living body, but is not limited thereto. For example, the structure of the said embodiment and each modification is applicable to the measuring machine which performs the detection of the defect of the said structure, and the test | inspection of aging for various structures. Further, for example, the same applies to a measuring machine that uses a semiconductor package, a wafer, or the like as a measurement target and detects a defect of the measurement target.
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention may be configured by appropriately combining the above-described embodiments and modifications within the scope that can achieve the object of the present invention, and may be appropriately changed to other structures and the like. May be.
1…超音波測定装置、2…超音波プローブ、10…制御装置、21…筐体、22,22A,22B…超音波デバイス、41…素子基板、42…封止板、43,43A…音響層、44,44A…音響レンズ、45…超音波トランスデューサー、46…超音波トランスデューサーアレイ、411…基板本体部、411A…前面、411B…背面、411C…第1開口部、411D…第2開口部、412…振動膜、412A…開口面、412B…作動面、412C…第1可撓部、412D…第2可撓部、413…第1圧電素子、414…第1下部電極、415…第1圧電膜、416…上部電極、417…第2圧電素子、418…第2下部電極、419…第2圧電膜、421…凹溝、421A…ギャップ、431…第1音響層、432…第2音響層、441…第1面部、442…第2面部、451…第1超音波トランスデューサー、452…第2超音波トランスデューサー、461…送信アレイ、462…受信アレイ、471…第1層、472…第2層、Ar1…アレイ領域、Ar11…送信領域、Ar12…受信領域。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍である
ことを特徴とする超音波デバイス。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer,
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer in the first acoustic layer λa. And an integer n times λa / 2,
In the stacking direction, the second dimension of the second acoustic layer is n times λb / 2 where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. Ultrasonic device featuring.
前記第1寸法は、λa/2であり、
前記第2寸法は、λb/2である
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1,
The first dimension is λa / 2,
Said 2nd dimension is (lambda) b / 2. The ultrasonic device characterized by the above-mentioned.
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、
前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、
前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下である
ことを特徴とする超音波デバイス。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer,
The second acoustic layer includes a first layer on the ultrasonic transducer array side, and a second layer located on the opposite side of the ultrasonic transducer array and having an acoustic impedance smaller than that of the first layer. Have
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is λa / 2, where λa is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer. An integer n times,
In the stacking direction, the dimensions of the first layer and the second layer are an odd multiple of λb / 4, where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. ,
The size of at least one of the first layer and the second layer is not more than n times λb / 2.
前記第1音響層の寸法及び前記第2音響層の寸法は、同じである
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 3.
The ultrasonic device, wherein the first acoustic layer and the second acoustic layer have the same dimensions.
前記第1寸法は、λa/2であり、
前記第1層及び前記第2層のうちの一方の寸法は、λb/4である
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 3 or 4,
The first dimension is λa / 2,
One dimension of the said 1st layer and the said 2nd layer is (lambda) b / 4. The ultrasonic device characterized by the above-mentioned.
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第1音響層、前記第2音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍である
ことを特徴とする超音波探触子。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer;
A housing for housing the ultrasonic transducer array, the first acoustic layer, the second acoustic layer, and the acoustic lens;
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer in the first acoustic layer λa. And an integer n times λa / 2,
In the stacking direction, the second dimension of the second acoustic layer is n times λb / 2 where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. Characteristic ultrasonic probe.
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第1音響層、前記第2音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、
前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、
前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下である
ことを特徴とする超音波探触子。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer;
A housing for housing the ultrasonic transducer array, the first acoustic layer, the second acoustic layer, and the acoustic lens;
The second acoustic layer includes a first layer on the ultrasonic transducer array side, and a second layer located on the opposite side of the ultrasonic transducer array and having an acoustic impedance smaller than that of the first layer. Have
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is λa / 2, where λa is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer. An integer n times,
In the stacking direction, the dimensions of the first layer and the second layer are an odd multiple of λb / 4, where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. ,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a dimension of at least one of the first layer and the second layer is not more than n times λb / 2.
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記第1超音波トランスデューサー及び前記第2超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第1音響層における波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第2音響層の第2寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/2のn倍である
ことを特徴とする超音波装置。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer;
A control unit for controlling the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer,
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer in the first acoustic layer λa. And an integer n times λa / 2,
In the stacking direction, the second dimension of the second acoustic layer is n times λb / 2 where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. Ultrasonic device characterized.
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第1領域に積層される第1音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第2領域に積層される第2音響層と、
前記第1音響層及び前記第2音響層に跨って設けられ、前記第1音響層及び前記第2音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記第1超音波トランスデューサー及び前記第2超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、
前記第2音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第1層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第1層よりも音響インピーダンスが小さい第2層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第1音響層の積層方向において、前記第1音響層の第1寸法は、前記第1超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλaとし、λa/2の整数n倍であり、
前記積層方向において、前記第1層及び前記第2層の寸法は、前記第2超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第2音響層における波長をλbとし、λb/4の奇数倍であり、
前記第1層及び前記第2層のうちの少なくとも一方の寸法は、λb/2のn倍以下である
ことを特徴とする超音波装置。 An ultrasonic transducer array having a first region in which a first ultrasonic transducer having a first vibrating membrane is provided and a second region in which a second ultrasonic transducer having a second vibrating membrane is provided;
A first acoustic layer stacked on the first region of the ultrasonic transducer array;
A second acoustic layer stacked in the second region of the ultrasonic transducer array;
An acoustic lens provided across the first acoustic layer and the second acoustic layer and having a larger acoustic impedance than the first acoustic layer and the second acoustic layer;
A control unit for controlling the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer,
The second acoustic layer includes a first layer on the ultrasonic transducer array side, and a second layer located on the opposite side of the ultrasonic transducer array and having an acoustic impedance smaller than that of the first layer. Have
In the stacking direction of the first acoustic layer with respect to the ultrasonic transducer array, the first dimension of the first acoustic layer is λa / 2, where λa is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the first ultrasonic transducer. An integer n times,
In the stacking direction, the dimensions of the first layer and the second layer are an odd multiple of λb / 4, where λb is the wavelength of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducer in the second acoustic layer. ,
The size of at least one of the first layer and the second layer is not more than n times λb / 2.
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