JP3394723B2 - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JP3394723B2 JP14711899A JP14711899A JP3394723B2 JP 3394723 B2 JP3394723 B2 JP 3394723B2 JP 14711899 A JP14711899 A JP 14711899A JP 14711899 A JP14711899 A JP 14711899A JP 3394723 B2 JP3394723 B2 JP 3394723B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波探触子に関
し、特に圧電体のスライス方向(エレベーション方向)
に沿って重み付け(アポダイゼーション)が行われる超
音波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】特開平11−69492号
公報には、電子走査方向と直交する方向であるエレベー
ション方向に音圧の重み付けを行った従来の超音波探触
子が開示されている。この超音波探触子においては、圧
電体の上面及び下面に膜状の電極層が形成され、それら
には、銅箔などのグランド電極及び所定の電極パターン
をもったフレキシブル回路基板(FPC)がそれぞれ面
接合される。そのような振動子の組立の後、その組立体
が複数の素子にスライスされる。この従来の超音波探触
子において、エレベーション方向における上面及び下面
の電極層の幅は、圧電体の幅より小さく、かつ、相互に
異なる。すなわち、電極層の部分的な除去によって、圧
電体面とグランド電極又はFPCの電極パターンとの間
に容量結合を生じさせ、それによって当該部分における
音圧を低下させるものである。上下に容量結合を生じさ
せれば、最も音圧を減少させることができ、上下一方の
みに容量結合を生じさせれば中間的な音圧を得ることが
できる。よって、そのような段階的(3段階)による音
圧調整によって、エレベーション方向についての音圧の
重み付けがなされている。
【0003】ここで、FPC上の電極パターンは、一般
に、それが接合される電極層のスライス方向の幅に対応
した幅を有する面電極部と、その面電極部のスライス方
向の両縁から引き出された複数の引出部と、で構成され
る。振動子組立後において、圧電体を含む組立体は複数
の素子にスライス(ダイシング)される。この場合、F
PCの面電極部もスライスされ、各素子ごとの素子電極
部として構成される。ところで、面電極部のスライス方
向の幅は、複数の超音波探触子にFPCを共用するた
め、及び、位置決め誤差があっても面電極部のダイシン
グを完全に行うため、圧電体のスライス方向の幅よりあ
る程度小さく設定される。
【0004】このため、結果として、面電極部から出る
引出部も圧電体に対向し、当該部分による容量結合の作
用が無視できないという問題が判明した。すなわち、エ
レベーション方向において中央部から左右対称に音圧分
布を形成できないという問題があった。音圧分布が左右
で異なると、超音波画像の画質低下の要因となる。
【0005】なお、面電極部の幅をエレベーション方向
にもっと広げて圧電体とほぼ同じ幅にするか又はそれ以
上の幅にすることも可能であるが、その場合には、圧電
体からはみ出た部分のダイシングを完全に行うことがで
きない等の問題がある。このように、面電極部の幅は、
多少の位置決め誤差があっても、圧電体よりはみ出ない
程度の幅以下に設定され、その結果、引出部の一部分が
圧電体に対向し、そこで容量結合が生じるのである。
【0006】ところで、圧電体の上面及び下面の全面に
蒸着やスパッタリングによって金などからなる電極層を
形成する場合、その厚さは例えば0.5〜1.0μm程
度であるが、微視的には圧電体の凹凸表面に電極層部材
が厚く堆積する部分もあれば薄く堆積する部分もある。
また製造品質如何によっては、電気的に孤立した電極層
領域(島領域)が形成される可能性もある。また、圧電
体に生じたクラックなどによっても、導通性のない電極
層領域が形成される可能性もある。そのような領域に対
して面電極が面接合されれば問題がないが、そのような
領域が面電極に接合されない端部に形成された場合、不
必要に音圧の低下が生じる可能性がある。ここで、その
ような領域に対して上記の引出部が接触すれば導通を図
ることができるが、引出部が存在しない反対側ではその
ような作用を得られない。かかる原因から、圧電素子の
幅方向における音圧分布が左右で相違する可能性もあ
る。
【0007】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、超音波探触子において、スラ
イス方向の音圧分布を左右で対称にできるようにするこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、両面に電極層が形成され、組立後
に複数の素子ごとにスライスされる圧電体と、前記電極
層の一方に面接合される導電性の電極パターンをもった
シート状部材と、前記電極層の他方に面接合される導電
性のグランド電極と、を含み、前記電極パターンは、前
記圧電体のスライス方向の幅に対応した幅をもったベタ
状の面電極部と、前記圧電体のスライス後に形成される
各素子に対応して、それぞれが前記面電極部のスライス
方向のいずれかの縁から引き出され、それぞれに信号線
が接続される複数の引出部と、前記圧電体のスライス後
に形成される各素子に対応して、それぞれが前記引出部
が引き出された縁とは反対側の縁から所定の長さだけ引
き出された複数のダミー部と、を含むことを特徴とす
る。
【0009】上記構成によれば、シート状部材の電極パ
ターンは、面電極部及び引出部の他にダミー部を有す
る。このダミー部は、引出部と同様に圧電体に対向し、
引出部と同様に容量結合あるいは上記島領域との電気的
接触の作用を発揮する。よって、音圧特性の対称性を改
善できる。
【0010】望ましくは、前記面電極部のスライス方向
の幅は、前記圧電体のスライス方向の幅よりも小さい。
これはシート状部材の位置決め誤差などに対応するため
である。
【0011】望ましくは、前記ダミー部の長さは、前記
圧電体に前記シート状部材を取り付けた状態において、
前記面電極部の縁から前記圧電体のスライス方向の縁ま
での距離以上に設定される。ダミー部の長さは、本来、
面電極部の縁から圧電体のスライス方向の縁までの距離
に設定されれば十分であるが、位置決め誤差があっても
上記対称性を良好にするためには、それ以上の長さにし
ておくのが望ましい。なお、各引出部は相互に分離され
ており、これと同様に、ダミー部も相互に分離されてい
る。
【0012】望ましくは、前記各ダミー部は、前記スラ
イス方向と直交する方向における前記引出部の幅と同じ
幅を有する。この構成によれば、音圧分布の対称性をよ
り良好にできる。
【0013】(2)上記目的を達成するために、本発明
は、両面に第1及び第2電極層が形成され、組立後に複
数の素子ごとにスライスされる圧電体と、前記第1電極
層に面接合される導電性の電極パターンをもったシート
状部材と、前記第2電極層に面接合されるグランド電極
と、を含み、前記第1及び第2電極層の内で少なくとも
第1電極層のスライス方向の幅は前記圧電体のスライス
方向の幅よりも小さく、前記電極パターンは、前記第1
電極層のスライス方向の幅に対応した幅をもったベタ状
の面電極部と、前記圧電体のスライス後に形成される各
素子に対応して、それぞれが前記面電極部のスライス方
向のいずれかの縁から引き出され、それぞれに信号線が
接続される複数の引出部と、前記圧電体のスライス後に
形成される各素子に対応して、それぞれが前記引出部が
引き出された縁とは反対側の縁から所定の長さだけ引き
出された複数のダミー部と、を含むことを特徴とする。
【0014】上記構成によれば、圧電体の少なくとも一
方面で容量結合による重み付けがなされ、その場合にお
いて、ダミー電極により引出部と同様の容量結合作用を
得られる。その結果、音圧分布の対称性を良好にでき
る。
【0015】望ましくは、前記第2電極層のスライス方
向の幅は前記圧電体のスライス方向の幅よりも小さく、
かつ、前記第1電極層のスライス方向の幅とは異なる。
この構成によれば、圧電体の両面で容量結合による重み
付けがなされる。よって、複数段階の重み付けを行え
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。
【0017】図1には、本発明に係る超音波探触子の好
適な実施形態が示されている。図1(A)には実施形態
に係る超音波探触子についてのスライス方向(エレベー
ション方向)における音圧分布104が示されており、
(B)には超音波探触子の要部の断面図が示されてお
り、(C)にはその要部の展開図が示されている。
【0018】図1において、(B)に示されるように、
セラミックなどの圧電体10にはその上下面に電極層1
4,16が形成されている。この電極層14,16は例
えば蒸着法やスパッタリング法などを利用して形成され
る。本実施形態では、電極層14,16の両端は一定の
幅をもって除去されており、これによりエッチング除去
部14A,16Aが形成されている。(B)に示す例で
は、電極層14のスライス方向の幅は電極層16のスラ
イス方向の幅よりも小さい。これによって、中心部分か
ら両端部分にかけて三段階の重み付けがなされる。すな
わち、エッチング除去部14A,16Aにおいては上述
したように容量結合が形成され、その結果超音波の音圧
(感度)がその部分において低下し、その際、圧電体1
0の一方面のみにエッチング除去部が形成された場合に
比べて、圧電体10の両面にエッチング除去部が形成さ
れている場合にはより音圧レベルが低下することにな
る。
【0019】電極層14にはグランド電極18が面接合
される。このグランド電極18は例えば銅箔などの導電
性部材によって構成される。電極層16にはフレキシブ
ル回路基板(FPC)20が面接合される。
【0020】ここで、そのFPC20について説明する
と、このFPC20は、大別して基材22と電極パター
ン24とで構成される。基材22は樹脂などの絶縁性部
材で構成され、電極パターン24は導電性の部材によっ
て構成される。電極パターン24は本実施形態におい
て、ベタ部26と、複数の引出部28と、複数のダミー
部30と、で構成される。図1に示す例では、ベタ部2
6の左右端26L,26Rの両方から千鳥状に(交互
に)引出部28がスライス方向に沿って引き出されてお
り、これと同様に、ダミー部30もベタ部26の左右端
26L,26Rから千鳥状にスライス方向に沿って引き
出されている。すなわち、ある引出部28に注目した場
合、その引出部28に対応してベタ部26の反対側にダ
ミー部30が形成されている。
【0021】ダミー部30の電子走査方向(スライス方
向と直交する方向)の幅は引出部28の幅と一致してい
る。具体的には、引出部28はベタ部26に近い側の第
1部分28Aとベタ部26から遠い側の第2部分28B
とで構成されているが、その内の第1部分28Aの幅と
ダミー部30の幅とが一致している。これは、圧電体1
0側から見た場合に形態上の対称性をもたせ、これによ
って音圧分布を左右対称にするためである。
【0022】ベタ部26は面電極として機能するもので
あり、本実施形態においては電極層16の幅よりもやや
小さな幅をもってベタ部26が形成されている。その幅
の差が図においてGで示されている。このようにベタ部
26が電極層16よりも小さく形成されるのは、位置決
め誤差に対応するためであり、また種類の異なる探触子
に対して共通のFPC20を利用するためである。図1
に示されるように、ダミー部30は、ベタ部26の一方
の縁から伸長し、少なくとも圧電体10の端部を超える
長さを有する。位置決め誤差を想定すると、圧電体10
の端部よりも例えば数mm程度長くダミー部30を形成
しておくのは望ましい。
【0023】(B)に示すように、圧電体10の下側に
はバッキング27が設けられ、FPC20はそのバッキ
ング27の形状に沿って下側に折り曲げられる。これと
同様にグランド電極18もその両端部において折り曲げ
られる。このような状態において、(C)において符号
100で示すようにダイシングカッターを利用して組立
後の圧電体10が複数の素子10aに分離される。すな
わち、圧電体10がFPC20及びグランド電極18を
含めて複数の要素に分割される。このような素子分離に
よってベタ部26は複数の部分に分割されることにな
り、各部分の一方端から引出部28が伸長し、他方端か
らダミー部30が伸長することになる。ちなみに、その
ような切断ライン100に対しては例えば絶縁性などを
もった充填剤が注入される。
【0024】以上のような構成によれば、引出部28に
おける第1部分28Aによって、圧電体10との間に容
量結合が発生しても、これと同様に、反対側においてダ
ミー部30によって容量結合を生じさせることができる
ので、(A)に示すように、音圧分布の対称性を確保で
きるという利点がある。
【0025】図2には、比較例が示されている。なお、
図1に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその
説明を省略する。
【0026】この図2においては、図1に示したダミー
部30が形成されておらず、したがって(A)に示す音
圧分布においては落ち込み部102Aが形成されてい
る。これに対し、本実施形態によれば、図1(A)にお
ける符号104Aで示すようにそのような感度の落ち込
みを補って、音圧分布の対称性を良好にすることが可能
となる。
【0027】なお、図1及び図2において、圧電体10
の上方には必要に応じて1又は複数の整合層が設けら
れ、さらにその上面側には音響レンズが設けられる。そ
してそのような組立体が探触子ケース内に配置される。
これによって超音波探触子が構成される。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波探触子においてスライス方向の音圧分布を左右で
対称にすることができ、この結果、超音波画像の画質を
向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態を説明するための説明図である。
【図2】 比較例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
10 圧電体、14,16 電極層、18 グランド電
極、20 フレキシブル回路基板(FPC)、22 基
材、24 電極パターン、26 ベタ部、28引出部、
30 ダミー部、100 切断ライン(素子分離溝)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 17/00 330 H04R 17/00 332 A61B 8/00 G01N 29/24 502

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両面に電極層が形成され、組立後に複数
    の素子ごとにスライスされる圧電体と、 前記電極層の一方に面接合される導電性の電極パターン
    をもったシート状部材と、 前記電極層の他方に面接合される導電性のグランド電極
    と、 を含み、 前記電極パターンは、 前記圧電体のスライス方向の幅に対応した幅をもったベ
    タ状の面電極部と、 前記圧電体のスライス後に形成される各素子に対応し
    て、それぞれが前記面電極部のスライス方向のいずれか
    の縁から引き出され、それぞれに信号線が接続される複
    数の引出部と、 前記圧電体のスライス後に形成される各素子に対応し
    て、それぞれが前記引出部が引き出された縁とは反対側
    の縁から所定の長さだけ引き出された複数のダミー部
    と、 を含むことを特徴とする超音波探触子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超音波探触子において、 前記面電極部のスライス方向の幅は、前記圧電体のスラ
    イス方向の幅よりも小さいことを特徴とする超音波探触
    子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の超音波探触子にお
    いて、 前記ダミー部の長さは、前記圧電体に前記シート状部材
    を取り付けた状態において、前記面電極部の縁から前記
    圧電体のスライス方向の縁までの距離以上に設定される
    ことを特徴とする超音波探触子。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の超音
    波探触子において、 前記各ダミー部は、前記スライス方向と直交する方向に
    おける前記引出部の幅と同じ幅を有することを特徴とす
    る超音波探触子。
  5. 【請求項5】 両面に第1及び第2電極層が形成され、
    組立後に複数の素子ごとにスライスされる圧電体と、 前記第1電極層に面接合される導電性の電極パターンを
    もったシート状部材と、 前記第2電極層に面接合されるグランド電極と、 を含み、 前記第1及び第2電極層の内で少なくとも第1電極層の
    スライス方向の幅は前記圧電体のスライス方向の幅より
    も小さく、 前記電極パターンは、 前記第1電極層のスライス方向の幅に対応した幅をもっ
    たベタ状の面電極部と、 前記圧電体のスライス後に形成される各素子に対応し
    て、それぞれが前記面電極部のスライス方向のいずれか
    の縁から引き出され、それぞれに信号線が接続される複
    数の引出部と、 前記圧電体のスライス後に形成される各素子に対応し
    て、それぞれが前記引出部が引き出された縁とは反対側
    の縁から所定の長さだけ引き出された複数のダミー部
    と、 を含むことを特徴とする超音波探触子。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の超音波探触子において、 前記第2電極層のスライス方向の幅は、前記圧電体のス
    ライス方向の幅よりも小さく、かつ、前記第1電極層の
    スライス方向の幅とは異なることを特徴とする超音波探
    触子。
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