JP3908595B2 - Ultrasonic probe - Google Patents

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JP3908595B2 JP2002142393A JP2002142393A JP3908595B2 JP 3908595 B2 JP3908595 B2 JP 3908595B2 JP 2002142393 A JP2002142393 A JP 2002142393A JP 2002142393 A JP2002142393 A JP 2002142393A JP 3908595 B2 JP3908595 B2 JP 3908595B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の振動素子からなるアレイ振動子を含む超音波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】
電子走査式の超音波探触子は、図7に示されるように、一般的に、バッキング層200上にアレイ振動子202が接合され、さらにこのアレイ振動子202上に整合層204が接合された構成を有する。このアレイ振動子202は、複数の振動素子(圧電素子)206が1次元又は2次元配列された構成を有し、各振動素子206の間の溝210には充填剤208が充填されている。一方、整合層204は、複数の整合素子214が配列された構成を有する。整合層204には、隣り合う整合素子214の間に、上記溝210のパターンと同一パターンを成す複数の溝212が形成されている。これらの溝212には、上記の充填剤と全く同一の充填剤が充填されている。なお、アレイ振動子202と整合層204との間には、グランド電極220が設けられている。さらに、バッキング層200内には、各振動素子206に駆動電圧を伝送し、また、エコー信号を取り出すためのリード及びコンタクト部材等が存在するが、図中省略されている。
【0003】
各振動素子206は、駆動電圧が加わると機械的振動を発生し、超音波を送波する。各振動素子206は、主として、積層方向(Z方向)に沿って縦振動することで、図中上方側に位置する被検体に超音波を送波する。
【0004】
ここで、各振動素子206の相互間で音響的なクロストークを防止するために、充填剤208には、振動素子206に比べて音響インピーダンスが極めて小さいものが利用されている。なお、音響インピーダンスと剛性との間には、一般的に相関があり、音響インピーダンスが小さい材料は、通常、剛性が低く柔らかい。したがって、バッキング層200上に固定された各振動素子206は、例えば、図8の一点鎖線や波線で示されるように、横方向に振動してしまう。このような不要振動によるエネルギー損失によって、例えば、予定した音響パワーの超音波を送波できなかったり、あるいは、周波数特性が悪くなったりし、予定した帯域を有する超音波を送波できない等の問題が起こる。なお、これらの問題は、超音波の受波時においても同様であり、超音波探触子の性能の低下を引き起こしていた。
【0005】
一方、この横振動を抑圧するために、例えば、図7の整合層204の代わりに、溝が形成されていない一体プレート状の整合層を用いることもできるが、各振動素子206から発せられた超音波が、整合層の中でも広がるため、各振動素子206の開口が広くなり、超音波を適正な広がりをもって送波することが困難となる。その結果、電子走査における超音波ビームのスキャン角度を広くとることが困難となり、超音波計測における視野角が狭くなってしまう。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、各振動素子の良好な機械的振動を可能にした超音波探触子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
発明は、バッキング層と、前記バッキング層上に設けられ、振動素子相互間に第一溝が形成された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子上に設けられ、整合素子相互間に第二溝が形成された複数の整合素子を有する整合層と、を含み、前記各第一溝には、第一充填剤が充填され、前記各第二溝には、前記第一充填剤とは異なる組成を有する不要振動抑制用の第二充填剤が充填されていることを特徴とする超音波探触子に関する。
【0008】
ここで、第二充填剤に、振動素子の不要振動を抑制する特性を有する充填材を使用することにより、各振動素子の不要振動が抑制される。
【0009】
本発明において、前記各第二溝は非貫通溝であり、前記複数の整合素子における素子相互間には、隣接する2つの整合素子に連なる連結部が形成されている。本発明の好適な態様では、前記連結部は、前記第二溝の下方に形成されている。あるいは、前記連結部は、前記第二溝の上方に形成されている。この連結部を設けることにより、不要振動の抑制作用を増大できる。但し、音響的なクロストークの問題が無視できる範囲で連結部を設けることが望ましい。
【0010】
また、上記課題を達成するために、本発明は、バッキング層と、前記バッキング層上に設けられ、振動素子の相互間に第一溝が形成され2次元配列された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子上に設けられ、2次元配列された複数の整合素子を有する整合層と、を含み、前記整合層は、行方向に隣接する2つの整合素子の間ごとに、及び、列方向に隣接する2つの整合素子の間ごとに形成された複数の第二溝と、4つの整合素子の隅部によって囲まれる格子点部位ごとに形成され、それら4つの整合素子の隅部と連なる連結部と、を有し、前記各第一溝には、第一充填剤が充填され、前記各第二溝には、前記第一充填剤とは異なる組成を有する不要振動抑制用の第二充填剤が充填されていることを特徴とする。
【0011】
本発明の好適な態様では、前記第二充填剤の音響インピーダンスは、前記第一充填剤の音響インピーダンスよりも大きいことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1には、音波探触子の主要部の断面が概略的に示されている。超音波探触子は、主として、バッキング層12、アレイ振動子14、グランド電極22及び整合層16から構成されている。
【0013】
アレイ振動子14は、超音波を2次元的に電子走査可能な2Dアレイ振動子であり、複数の振動素子18及び第一充填剤20から構成されている。
【0014】
複数の振動素子18は、Y方向、及び、このY方向と直交するX方向に2次元的に配列されている。なお、図中には、Y方向に5つの振動素子18が配列されているが、実際のアレイ振動子は、Y方向及びX方向に、用途に応じた数の振動素子18を配列したものとして構成される。各振動素子18は、微小な角柱状の圧電素子であり、その上方側及び下方側には電極膜18a及び18bがそれぞれ形成されている。複数の振動素子18の上方には、単一のグランド電極22が接合されており、各振動素子18の電極膜18aと接続されている。
【0015】
各振動素子18は、互いに所定間隔を空けて形成されている。換言すれば、隣り合う振動素子18の相互間には、アレイ振動子14をZ方向に貫通する第一溝24がそれぞれ形成されており、これら複数の第一溝24が、複数の振動素子18間を碁盤の目状に走行している。
【0016】
各第一溝24には、第一充填剤20が充填されている。この第一充填剤20は、例えば、シリコーンゴムやウレタンゴム等の合成樹脂に多数のフィラー材が添加された組成を有している。ここで、本実施形態では、例えば、フィラー材として、高分子の膜を外殻とする中空のバブル(微小気泡)が採用されている。この第一充填剤20の音響インピーダンスは、振動素子18の音響インピーダンスに比べて極めて小さい。これにより、振動素子18の相互間における音響的なクロストークが防止される。また、第一充填剤20は、多くのバブルを含むため、剛性が低く柔らかい。
【0017】
バッキング層12は、例えば直方体状の部材であり、剛性の高い合成樹脂で形成されている。バッキング層12は、アレイ振動子14から下方側に放射される超音波を吸収する材料で形成される。このバッキング層12の上方に、アレイ振動子14が接合されている。なお、バッキング層12は、上記の各振動素子18に駆動信号を伝送し、またエコー信号を取り出すためのリード及びコンタクト部材等を有しているが、それらを図中省略する。
【0018】
整合層16は、アレイ振動子14の上面に接合される。整合層16は、前記の複数の振動素子18に対応する複数の整合素子26を有する。また、整合層16には、前記の複数の第一溝24に対応する複数の第二溝30が形成されており、各第二溝30には第二充填剤28が充填されている。
【0019】
これらの整合素子26は、被検体(生体)と振動素子18との間で音響インピーダンス整合をとり、被検体内へ超音波を効率的に伝達し、また被検体内からの反射波を振動素子18へ効率的に伝達する材料で形成されている。本実施形態の整合素子26は、例えば、エポキシ樹脂等にシリカ等の添加材が添加された組成を有する。
【0020】
この第二充填剤28は、上記の第一充填剤20と異なる組成を有する。具体的には、この第二充填剤28は、第一充填剤20よりも剛性が高い(又は固い)充填剤で、第一充填剤20よりも音響インピーダンスが大きい。その第二充填剤としては、例えば、バブル等のフィラー剤が添加されていないシリコーンゴムやウレタンゴム等の合成樹脂を使用する。
【0021】
また、第二充填剤28は、整合素子26よりも音響インピーダンスが小さいものを使用している。ちなみに、このとき、第二充填剤28は、整合素子26よりも剛性が低い(又は柔らかい)。つまり、これら第一充填剤20、第二充填剤28及び整合素子26の間に、例えば、以下に示される関係が成立するように、それぞれの組成を調整する。
【0022】
【数1】
0<Za<Zb<Zc (1)
0<Ga<Gb<Gc (2)
ここで、Za、Zb及びZcは、それぞれ及び第一充填剤20、第二充填剤28及び整合素子26の音響インピーダンスを示し、Ga、Gb及びGcは、それぞれ第一充填剤20、第二充填剤28及び整合素子26の剛性を示している。
【0023】
次に、上記の超音波探触子における超音波送受波時における振動素子18が有する振動モードについて説明する。
【0024】
各振動素子18の下方側は、上述のように、剛性の高いバッキング層12に固定されている。しがたって、各振動素子18は、駆動信号が印加されると、下方側を固定された状態で機械的振動を発生し、縦振動を行う。これにより、各振動素子18は、上方へ向けて超音波を送波する。
【0025】
これは当該アレイ振動子の等価回路における電気的インピーダンスを求めることで評価できる。例えば、図7に示される従来のアレイ振動子202ではその周りの充填剤208の剛性が低い(音響インピーダンスが小さい)ため、図2(a)の波線で示すように不要な変動が存在する。これに対し、本実施形態(図1)では、第二溝30に剛性の高い(音響インピーダンスが大きい)第二充填剤28が充填されているため、振動素子18の運動(図8の横振動)は電極膜18a、グランド電極22及び整合素子26を介して第二充填剤28にて十分に抑制される。これにより、図中の実線で示すように、不要な変動は起こらない。
【0026】
また、アレイ振動子における指向角特性について評価してみると、従来のアレイ振動子202は、図2(b)の破線で示されるように、アレイ振動子202の正面からの成す角が大きくなるに従って、急激にゲインが落ち込んでおり、指向性が狭くなっている。したがって、超音波ビームのスキャン角度を広くとることができない。それに対し、本実施形態のアレイ振動子14は、図中実線で示されるように、それぞれの指向角でのゲインは、従来のものよりも大きくなる。したがって、超音波ビームのスキャン角度を広くとることができ、視野角を広くとれる。
【0027】
次に、図3を参照しながら、本発明の実施形態における超音波探触子について説明する。なお、図1に示された構成と同一の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0028】
アレイ振動子14の上方に接合された整合層34は、複数の整合素子26、連結部38及び第二充填剤42から構成されている。連結部38は、隣り合う整合素子26の間に設けられており、隣接する2つの整合素子26に連なり、連結されている。
【0029】
ここで、連結部38のZ方向における幅(厚さ)は、整合素子26のZ方向における厚さよりも小さい。本実施形態では、この連結部38が各整合素子26の下方側で連結されており、連結部38の上方には、上方に開口を有する非貫通溝としての第二溝40が形成されている。第二溝40には、例えば、上記実施形態における第二充填剤28と同一の組成を成す第二充填剤42が充填されている。
【0030】
本実施形態における整合層34では、第一充填剤20に対する第二充填剤42の組成に加えて、例えば、連結部38の厚さなど連結部38の寸法を調整することで、各振動素子18の振動モードを良好に制御できる。この形態においても上記実施形態の構成と同様の効果が得られる。
【0031】
さらに、別の実施形態における超音波探触子について図4を用いて説明する。本実施形態では、上述した図3の構成と整合層以外については基本的に同一である。なお、当該実施形態の整合層44は、複数の整合素子26、連結部38及び第二充填剤42から構成されており、これら各構成要素のそれぞれ自体は、図3の整合層34における各構成要素と同一の構成を有する。
【0032】
しかしながら、連結部38は、隣接する2つの整合素子26に連なるに当たって、各整合素子26の上方側で連結されている。本実施形態では、連結部38と各整合素子26とが一体形成されており、連結部38の下方には、下方に開口を有する非貫通溝としての第二溝46が形成されている。この第二溝46に、第二充填剤42が充填されている。この形態においても上記実施形態と同様の効果を得られる。
【0033】
また、さらに別の実施形態における超音波探触子について説明する。ここで、当該実施形態では、上述した図1の構成と整合層以外については基本的に同一である。ここで、図5には、上方から見た本実施形態の整合層50が部分的に示されている。この整合層50は、複数の整合素子26、複数の第二充填剤54、及び複数の連結部58から構成されている。なお、第二充填剤54には、便宜上、上記実施形態における第二充填剤42のハッチングと同様の模様を付す。
【0034】
複数の整合素子26は、下方に配置された複数の振動素子(図示せず)の配列パターンと同一パターンでY方向(行方向)及びX方向(列方向)に2次元的に配列されている。
【0035】
各整合素子26の間には、それぞれ第二溝56が形成されている。ここで、本実施形態における各第二溝56は、後述する2つの溝、すなわわち行間溝56a及び列間溝56bのいずれかに分類される。
【0036】
各行間溝56aは、図に示されるように、行方向に配列している各整合素子26の間に形成された溝であり、隣接する2つの整合素子26ごとにそれぞれ形成されている。なお、図には矩形形状を有する各行間溝56aの開口が示されている。これに対し、各列間溝56bは、列方向に配列している各整合素子26の間に形成された溝であり、隣接する2つの整合素子26ごとにそれぞれ形成されている。なお、図には矩形形状を有する各列間溝56bの開口が示されている。
【0037】
ここで、複数の行間溝56aは、X方向において、各溝56aの間ごとに後述する連結部58を介して配列形成されており、それぞれが互いに離間し、独立している。各列間溝56bもまた、Y方向において、各溝56bの間ごとに、連結部58を介して配列形成されている。各行間溝56a及び各列間溝56bには、図1に示される第二充填剤28と同一の組成を有する第二充填剤54が充填されている。なお、これら行間溝56a及び列間溝56bは、レーザ加工等により成形できる。
【0038】
また、この連結部58は、4つの整合素子26の隅部60によって囲まれる格子点部位Aごとに形成されており、これら4つの素子26の隅部60と連なっている。各連結部58により、互いに対角方向に隣接する2組の整合素子26が繋がっている。
【0039】
図6に、図5のB−B’で示される断面の一部を示す。図に示されるように、各列間溝56bは、Z方向に整合層50を貫通しており、上述のように、それぞれに第二充填剤54が充填されている。また、各連結部58は、整合層50の上方から下方までZ方向に沿って形成された柱状部材である。隣り合う2つの第二充填剤54は、連結部58によって仕切られている。
【0040】
なお、行間溝56a、第二充填剤54及び連結部58においても、この列間溝56b、第二充填剤54及び連結部58における配置形態と同様の配置形態を成している。
【0041】
本実施形態における整合層では、第一充填剤20に対する第二充填剤54の組成に加えて、例えば、連結部58の断面積など連結部58の寸法を調整することで、各振動素子18の振動モードを良好に制御できる。この形態においても上述の実施形態における主要部と同様の効果が得られる。
【0042】
以上、上記の各実施形態では、2Dアレイ振動子を備える超音波探触子に本発明を適用する場合を例にとって説明したが、これに限らず、例えば、1Dアレイ振動子や1.5Dアレイ振動子など、複数の振動素子を含むアレイ振動子を含む超音波探触子であれば、上記実施形態の場合と同様に本発明を適用することができ、上述と同様の効果が得られる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、各振動素子の良好な機械的振動を可能にした超音波探触子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 音波探触子の主要部の断面が概略的に示された図である。
【図2】 本実施形態のアレイ振動子と従来のアレイ振動子の両方における各種特性を示す図である。
【図3】 本発明の実施形態の超音波探触子における主要部の断面が概略的に示された図である。
【図4】 別の実施形態の超音波探触子における主要部の断面が概略的に示された図である。
【図5】 さらに別の実施形態における主要部を上方から見た図である。
【図6】 図5の主要部におけるB−B’の断面を概略的に示した図である。
【図7】 従来の超音波探触子の主要部の断面を概略的に示した図である。
【図8】 従来の超音波探触子のアレイ振動子に含まれる振動素子が有する横振動モードを概略的に示した図である。
【符号の説明】
12 バッキング層、14 アレイ振動子、16 整合層、18 振動素子、20 第一充填剤、22 グランド電極、24 第一溝、26 整合素子、28 第二充填剤、30 第二溝。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe including an array transducer including a plurality of vibration elements.
[0002]
[Prior art and problems]
As shown in FIG. 7, the electronic scanning ultrasonic probe generally has an array transducer 202 bonded on a backing layer 200 and a matching layer 204 bonded on the array transducer 202. Have a configuration. The array vibrator 202 has a configuration in which a plurality of vibration elements (piezoelectric elements) 206 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and a groove 208 between the vibration elements 206 is filled with a filler 208. On the other hand, the matching layer 204 has a configuration in which a plurality of matching elements 214 are arranged. In the matching layer 204, a plurality of grooves 212 having the same pattern as the pattern of the grooves 210 are formed between adjacent matching elements 214. These grooves 212 are filled with the same filler as that described above. A ground electrode 220 is provided between the array transducer 202 and the matching layer 204. Further, in the backing layer 200, there are leads and contact members for transmitting a drive voltage to each vibration element 206 and taking out an echo signal, which are omitted in the drawing.
[0003]
Each vibration element 206 generates mechanical vibration when a driving voltage is applied, and transmits ultrasonic waves. Each vibration element 206 transmits an ultrasonic wave to a subject positioned on the upper side in the drawing mainly by longitudinally vibrating along the stacking direction (Z direction).
[0004]
Here, in order to prevent acoustic crosstalk between the vibration elements 206, a filler 208 having an extremely small acoustic impedance compared to the vibration element 206 is used. Note that there is a general correlation between acoustic impedance and rigidity, and materials with low acoustic impedance are usually low in rigidity and soft. Therefore, each vibration element 206 fixed on the backing layer 200 vibrates in the lateral direction as indicated by a one-dot chain line or a wavy line in FIG. Due to such energy loss due to unnecessary vibration, for example, it is not possible to transmit an ultrasonic wave with a planned acoustic power, or a frequency characteristic is deteriorated, and an ultrasonic wave having a predetermined band cannot be transmitted. Happens. These problems are the same at the time of reception of ultrasonic waves, causing a decrease in the performance of the ultrasonic probe.
[0005]
On the other hand, in order to suppress this lateral vibration, for example, instead of the matching layer 204 in FIG. 7, an integrated plate-like matching layer in which no groove is formed can be used. Since the ultrasonic wave spreads in the matching layer, the opening of each vibration element 206 becomes wide, and it becomes difficult to transmit the ultrasonic wave with an appropriate spread. As a result, it is difficult to widen the scanning angle of the ultrasonic beam in electronic scanning, and the viewing angle in ultrasonic measurement becomes narrow.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe that enables good mechanical vibration of each vibration element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a backing layer, an array vibrator provided on the backing layer and having a plurality of vibrator elements in which first grooves are formed between the vibrator elements, and an alignment element provided on the array vibrator. A matching layer having a plurality of matching elements each having a second groove formed therebetween, each first groove is filled with a first filler, and each second groove is filled with the first groove. The present invention relates to an ultrasonic probe characterized by being filled with a second filler for suppressing unnecessary vibrations having a composition different from that of the filler .
[0008]
Here, by using a filler having a characteristic of suppressing unnecessary vibration of the vibration element as the second filler, unnecessary vibration of each vibration element is suppressed.
[0009]
In the present invention, each of the second grooves is a non-through groove, said multiple between elements mutually in matching element, that is connected portion continuous to the two adjacent matching elements are formed. In a preferred aspect of the present invention, the connecting portion is formed below the second groove. Alternatively, the connecting portion is formed above the second groove. By providing this connecting portion, the effect of suppressing unnecessary vibration can be increased. However, it is desirable to provide the connecting portion within a range where the problem of acoustic crosstalk can be ignored.
[0010]
In order to achieve the above object, the present invention provides an array having a backing layer and a plurality of vibrating elements provided on the backing layer and having a first groove formed between the vibrating elements and two-dimensionally arranged. An oscillator and a matching layer provided on the array oscillator and having a plurality of matching elements arranged two-dimensionally, and the matching layer is provided between every two matching elements adjacent in the row direction. And a plurality of second grooves formed between two matching elements adjacent to each other in the column direction, and formed at each lattice point portion surrounded by the corners of the four matching elements. The first groove is filled with a first filler, and the second groove has a composition different from that of the first filler for suppressing unnecessary vibration. The second filler is filled.
[0011]
In a preferred aspect of the present invention, the acoustic impedance of the second filler is larger than the acoustic impedance of the first filler.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a cross section of a principal portion of the ultrasonic probe is schematically illustrated. The ultrasonic probe mainly includes a backing layer 12, an array transducer 14, a ground electrode 22, and a matching layer 16.
[0013]
The array transducer 14 is a 2D array transducer that can electronically scan ultrasonic waves two-dimensionally, and includes a plurality of transducer elements 18 and a first filler 20.
[0014]
The plurality of vibration elements 18 are two-dimensionally arranged in the Y direction and the X direction orthogonal to the Y direction. In the figure, five vibration elements 18 are arranged in the Y direction. However, an actual array transducer is assumed to have a number of vibration elements 18 arranged in the Y direction and the X direction according to the application. Composed. Each vibration element 18 is a small prismatic piezoelectric element, and electrode films 18a and 18b are formed on the upper side and the lower side, respectively. A single ground electrode 22 is joined above the plurality of vibration elements 18, and is connected to the electrode film 18 a of each vibration element 18.
[0015]
Each vibration element 18 is formed at a predetermined interval from each other. In other words, the first grooves 24 penetrating the array transducer 14 in the Z direction are formed between the adjacent vibration elements 18, and the plurality of first grooves 24 are formed by the plurality of vibration elements 18. It runs in a grid pattern.
[0016]
Each first groove 24 is filled with the first filler 20. The first filler 20 has a composition in which a large number of filler materials are added to a synthetic resin such as silicone rubber or urethane rubber. Here, in this embodiment, for example, a hollow bubble (microbubble) having a polymer film as an outer shell is employed as the filler material. The acoustic impedance of the first filler 20 is extremely smaller than the acoustic impedance of the vibration element 18. Thereby, acoustic crosstalk between the vibration elements 18 is prevented. Moreover, since the 1st filler 20 contains many bubbles, its rigidity is low and it is soft.
[0017]
The backing layer 12 is a rectangular parallelepiped member, for example, and is formed of a highly rigid synthetic resin. The backing layer 12 is formed of a material that absorbs ultrasonic waves emitted downward from the array transducer 14. An array transducer 14 is bonded above the backing layer 12. The backing layer 12 has a lead, a contact member, and the like for transmitting a drive signal to each of the vibration elements 18 and extracting an echo signal, which are omitted in the drawing.
[0018]
The matching layer 16 is bonded to the upper surface of the array transducer 14. The matching layer 16 includes a plurality of matching elements 26 corresponding to the plurality of vibration elements 18. The matching layer 16 is formed with a plurality of second grooves 30 corresponding to the plurality of first grooves 24, and each second groove 30 is filled with a second filler 28.
[0019]
These matching elements 26 perform acoustic impedance matching between the subject (living body) and the vibration element 18, efficiently transmit ultrasonic waves into the subject, and transmit reflected waves from the subject to the vibration element. It is made of a material that efficiently transmits to 18. The matching element 26 of the present embodiment has a composition in which an additive such as silica is added to an epoxy resin, for example.
[0020]
The second filler 28 has a composition different from that of the first filler 20 described above. Specifically, the second filler 28 is a filler that is higher in rigidity (or harder) than the first filler 20 and has a larger acoustic impedance than the first filler 20. As the second filler, for example, a synthetic resin such as silicone rubber or urethane rubber to which a filler agent such as a bubble is not added is used.
[0021]
Further, the second filler 28 uses a material having an acoustic impedance smaller than that of the matching element 26. Incidentally, at this time, the second filler 28 is less rigid (or softer) than the matching element 26. That is, the composition of each of the first filler 20, the second filler 28, and the matching element 26 is adjusted so that, for example, the following relationship is established.
[0022]
[Expression 1]
0 <Za <Zb <Zc (1)
0 <Ga <Gb <Gc (2)
Here, Za, Zb, and Zc represent the acoustic impedances of the first filler 20, the second filler 28, and the matching element 26, respectively, and Ga, Gb, and Gc represent the first filler 20 and the second filler, respectively. The stiffness of the agent 28 and the matching element 26 is shown.
[0023]
Next, a description will be given vibration mode vibrating element 18 at ultrasonic transmitter having the above-described ultrasonic probe.
[0024]
As described above, the lower side of each vibration element 18 is fixed to the highly rigid backing layer 12. Therefore, when a driving signal is applied, each vibration element 18 generates mechanical vibrations in a state where the lower side is fixed and performs longitudinal vibrations. Thereby, each vibration element 18 transmits an ultrasonic wave upward.
[0025]
This can be evaluated by obtaining the electrical impedance in the equivalent circuit of the array transducer. For example, in the conventional array transducer 202 shown in FIG. 7, since the rigidity of the surrounding filler 208 is low (acoustic impedance is small), unnecessary fluctuations exist as shown by the wavy line in FIG. On the other hand, in this embodiment (FIG. 1), since the second groove 30 is filled with the second filler 28 having high rigidity (high acoustic impedance), the movement of the vibration element 18 (lateral vibration in FIG. 8). ) Is sufficiently suppressed by the second filler 28 via the electrode film 18a, the ground electrode 22 and the matching element 26. As a result, unnecessary fluctuations do not occur as shown by the solid line in the figure.
[0026]
Further, when evaluating the directivity angle characteristics of the array transducer, the conventional array transducer 202 has a large angle formed from the front of the array transducer 202 as shown by the broken line in FIG. As a result, the gain suddenly drops and the directivity becomes narrower. Therefore, a wide scan angle of the ultrasonic beam cannot be taken. On the other hand, the array transducer 14 of the present embodiment has a gain at each directivity angle larger than that of the conventional one, as indicated by a solid line in the figure. Therefore, the scanning angle of the ultrasonic beam can be widened, and the viewing angle can be widened.
[0027]
Next, an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the structure shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
[0028]
The matching layer 34 bonded above the array transducer 14 includes a plurality of matching elements 26, a connecting portion 38, and a second filler 42. The connecting portion 38 is provided between adjacent matching elements 26 and is connected to and connected to two adjacent matching elements 26.
[0029]
Here, the width (thickness) of the connecting portion 38 in the Z direction is smaller than the thickness of the matching element 26 in the Z direction. In the present embodiment, the connecting portion 38 is connected to the lower side of each matching element 26, and a second groove 40 as a non-penetrating groove having an opening upward is formed above the connecting portion 38. . The second groove 40 is filled with, for example, a second filler 42 having the same composition as the second filler 28 in the above embodiment.
[0030]
In the matching layer 34 in this embodiment, in addition to the composition of the second filler 42 with respect to the first filler 20, for example, by adjusting the dimensions of the connecting portion 38 such as the thickness of the connecting portion 38, each vibration element 18. The vibration mode can be controlled well. Also in this form, the same effect as the configuration of the above embodiment can be obtained.
[0031]
Furthermore, an ultrasonic probe in another embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the configuration other than the matching layer is basically the same as the configuration of FIG. 3 described above. In addition, the matching layer 44 of the embodiment includes a plurality of matching elements 26, a coupling portion 38, and a second filler 42, and each of these components itself is each component in the matching layer 34 of FIG. It has the same configuration as the element.
[0032]
However, the connecting portion 38 is connected to the upper side of each matching element 26 when connecting to two adjacent matching elements 26. In the present embodiment, the connecting portion 38 and each matching element 26 are integrally formed, and a second groove 46 is formed below the connecting portion 38 as a non-penetrating groove having an opening below. The second groove 46 is filled with the second filler 42. Also in this embodiment, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
[0033]
An ultrasonic probe in still another embodiment will be described. Here, in this embodiment, the configuration other than the matching layer shown in FIG. 1 is basically the same. Here, FIG. 5 partially shows the matching layer 50 of the present embodiment as viewed from above. The matching layer 50 includes a plurality of matching elements 26, a plurality of second fillers 54, and a plurality of connecting portions 58. For convenience, the second filler 54 is given the same pattern as the hatching of the second filler 42 in the above embodiment.
[0034]
The plurality of matching elements 26 are two-dimensionally arranged in the Y direction (row direction) and the X direction (column direction) in the same pattern as the arrangement pattern of the plurality of vibration elements (not shown) arranged below. .
[0035]
A second groove 56 is formed between each matching element 26. Here, each second groove 56 in the present embodiment is classified into one of two grooves described later, that is, an inter-row groove 56a and an inter-column groove 56b.
[0036]
As shown in the drawing, each inter-row groove 56 a is a groove formed between the matching elements 26 arranged in the row direction, and is formed for each of the two adjacent matching elements 26. In the figure, the opening of each inter-row groove 56a having a rectangular shape is shown. On the other hand, each inter-row groove 56b is a groove formed between the matching elements 26 arranged in the column direction, and is formed for each of the two adjacent matching elements 26. In the figure, the opening of each inter-row groove 56b having a rectangular shape is shown.
[0037]
Here, the plurality of inter-row grooves 56a are arranged in the X direction via the connecting portions 58 to be described later between the grooves 56a, and are separated from each other and independent. The inter-row grooves 56b are also arranged in the Y direction via the connecting portions 58 between the respective grooves 56b. Each inter-row groove 56a and each inter-column groove 56b is filled with a second filler 54 having the same composition as the second filler 28 shown in FIG. These inter-row grooves 56a and inter-column grooves 56b can be formed by laser processing or the like.
[0038]
Further, the connecting portion 58 is formed for each lattice point portion A surrounded by the corner portions 60 of the four matching elements 26, and is continuous with the corner portions 60 of the four elements 26. Each connecting portion 58 connects two sets of matching elements 26 that are diagonally adjacent to each other.
[0039]
FIG. 6 shows a part of a cross section indicated by BB ′ in FIG. As shown in the figure, each inter-row groove 56b passes through the matching layer 50 in the Z direction, and is filled with the second filler 54 as described above. Each connecting portion 58 is a columnar member formed along the Z direction from above to below the matching layer 50. Two adjacent second fillers 54 are partitioned by a connecting portion 58.
[0040]
The inter-row grooves 56 a, the second filler 54, and the connecting portion 58 have the same arrangement form as the inter-row grooves 56 b, the second filler 54, and the connecting portion 58.
[0041]
In the matching layer in the present embodiment, in addition to the composition of the second filler 54 with respect to the first filler 20, for example, by adjusting the dimensions of the connecting portion 58 such as the cross-sectional area of the connecting portion 58, The vibration mode can be controlled well. Also in this form, the same effect as the main part in the above-described embodiment can be obtained.
[0042]
In the above embodiments, the case where the present invention is applied to an ultrasonic probe including a 2D array transducer has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a 1D array transducer or 1.5D array is used. If the ultrasonic probe includes an array transducer including a plurality of transducer elements such as a transducer, the present invention can be applied as in the case of the above embodiment, and the same effects as described above can be obtained.
[0043]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultrasonic probe which enabled the favorable mechanical vibration of each vibration element can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is a diagram cross section of the principal portion of the ultrasonic probe is schematically illustrated.
FIG. 2 is a diagram showing various characteristics of both the array transducer of the present embodiment and a conventional array transducer.
FIG. 3 is a view schematically showing a cross section of a main part in the ultrasonic probe according to the embodiment of the present invention .
FIG. 4 is a view schematically showing a cross section of a main part of an ultrasonic probe according to another embodiment.
FIG. 5 is a view of a main part in still another embodiment as viewed from above.
6 is a view schematically showing a cross section of BB ′ in the main part of FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross section of a main part of a conventional ultrasonic probe.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a transverse vibration mode of a vibration element included in an array transducer of a conventional ultrasonic probe.
[Explanation of symbols]
12 backing layer, 14 array transducer, 16 matching layer, 18 vibrating element, 20 first filler, 22 ground electrode, 24 first groove, 26 matching element, 28 second filler, 30 second groove.

Claims (5)

バッキング層と、
前記バッキング層上に設けられ、振動素子相互間に第一溝が形成された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
前記アレイ振動子上に設けられ、整合素子相互間に第二溝が形成された複数の整合素子を有する整合層と、
を含み、
前記各第一溝には、第一充填剤が充填され、
前記各第二溝には、前記第一充填剤とは異なる組成を有する不要振動抑制用の第二充填剤が充填され
前記各第二溝は非貫通溝であり、
前記複数の整合素子における素子相互間には、隣接する2つの整合素子に連なる連結部が形成され、
前記各振動素子の横振動をその生体側において第二充填剤及び連結部で抑制することを特徴とする超音波探触子。
Backing layer,
An array vibrator having a plurality of vibration elements provided on the backing layer and having a first groove formed between the vibration elements;
A matching layer provided on the array transducer and having a plurality of matching elements each having a second groove formed between the matching elements;
Including
Each first groove is filled with a first filler,
Each of the second grooves is filled with a second filler for suppressing unnecessary vibrations having a composition different from that of the first filler .
Each of the second grooves is a non-through groove,
Between the elements of the plurality of matching elements, a connecting portion connected to two adjacent matching elements is formed,
An ultrasonic probe characterized in that lateral vibration of each vibration element is suppressed on the living body side by a second filler and a connecting portion .
請求項に記載の超音波探触子において、
前記連結部は、前記第二溝の下方に形成されていることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1 ,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the connecting portion is formed below the second groove.
請求項に記載の超音波探触子において、
前記連結部は、前記第二溝の上方に形成されていることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1 ,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the connecting portion is formed above the second groove.
バッキング層と、
前記バッキング層上に設けられ、振動素子の相互間に第一溝が形成され2次元配列された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
前記アレイ振動子上に設けられ、2次元配列された複数の整合素子を有する整合層と、
を含み、
前記整合層は、
行方向に隣接する2つの整合素子の間ごとに、及び、列方向に隣接する2つの整合素子の間ごとに形成された複数の第二溝と、
4つの整合素子の隅部によって囲まれる格子点部位ごとに形成され、それら4つの整合素子の隅部と連なる連結部と、
を有し、
前記各第一溝には、第一充填剤が充填され、
前記各第二溝には、前記第一充填剤とは異なる組成を有する不要振動抑制用の第二充填剤が充填され
前記各振動素子の横振動をその生体側において第二充填剤及び連結部で抑制することを特徴とする超音波探触子。
Backing layer,
An array vibrator having a plurality of vibration elements provided on the backing layer and having a first groove formed between the vibration elements and two-dimensionally arranged;
A matching layer provided on the array transducer and having a plurality of matching elements arranged two-dimensionally;
Including
The matching layer is
A plurality of second grooves formed between two matching elements adjacent in the row direction and between two matching elements adjacent in the column direction;
A connecting portion formed for each lattice point region surrounded by the corners of the four matching elements, and connected to the corners of the four matching elements;
Have
Each first groove is filled with a first filler,
Each of the second grooves is filled with a second filler for suppressing unnecessary vibrations having a composition different from that of the first filler .
An ultrasonic probe characterized in that lateral vibration of each vibration element is suppressed on the living body side by a second filler and a connecting portion .
請求項1又は項に記載の超音波探触子において、
前記第二充填剤の音響インピーダンスは、前記第一充填剤の音響インピーダンスよりも大きいことを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1 or 4 ,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein an acoustic impedance of the second filler is larger than an acoustic impedance of the first filler.
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