JP4805254B2 - 配列された超音波トランスデューサ - Google Patents
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Description
本出願は、2004年4月20日に出願された、米国特許仮出願第60/563,784号の利益を主張する。この出願は、本明細書中で参考としてその全体が援用される。
圧電材料から製造される高周波数超音波トランスデューサは、皮膚及び目における小組織の特徴を解明する診療において、ならびに血管内画像化アプリケーションにおいて使用される。高周波数超音波トランスデューサはまた、小型動物または実験動物における構造物及び流体の流れを画像化するためにも使用される。最も単純な超音波画像システムは、2D深度画像を捕捉するために機械的に走査される固定焦点式単素子トランスデューサを使用する。しかしながら、さらに魅力があるのは線形アレイ・トランスデューサであり、これは、可変焦点、可変ビーム・ステアリング等の機能を提供し、かつ、より高度な画像構成アルゴリズム及び増大されたフレーム・レートを可能にする。
本発明による超音波トランスデューサは、ある態様において、第1の面と、反対側の第2の面と、これらの間を延びる長手軸とを有する積層を備える。上記積層は、各層が上面と反対側の底面とを有する複数の層を備える。ある態様においては、上記積層の複数の層は、誘電層へ接続される圧電層を備える。積層内には複数の切溝スロットが規定され、切溝スロットの各々は積層内へ所定の深さまで延び、かつ上記軸に実質的に平行な方向へ第1の所定の長さで延びる。別の態様においては、誘電層は、積層の軸に対して実質的に平行である方向へ第2の所定の長さで延びる開口を規定する。ある例示的な態様においては、上記切溝スロットの各々の第1の所定の長さは、誘電層により規定される開口の第2の所定の長さと少なくとも同じ長さである。さらに、上記所定の第1の長さは、上記長手軸に実質的に平行な縦方向における上記積層の第1の面と上記反対側の第2の面との長手方向間隔より短い。
本明細書を通じて使用されているように、本明細書における範囲の表現は、「約」を付した特定の1つの値から、かつ/または「約」を付した別の特定の値まで、のように行われる場合がある。同様の範囲を表現するに当たって、別の実施形態は、特定の1つの値から、かつ/または他の特定の値まで、と表現する。同様に、値を近似値として表現する場合、先行詞「約」の使用により、その特定の値は別の具体的表現を形成することが理解される。さらには、各範囲の端点は、もう一方の端点に関連して、かつもう一方の端点に関わりなく、共に重要であることが理解される。また、本明細書に開示されている多くの値が存在するが、本明細書では、その各値はその値自体に「約」を加えた特定の値である、として開示されることも理解される。例えば、値「30」が開示されていれば、「約30」もまた開示されている。また、その値「以下」という値が開示されている場合、熟練者には正しく理解されるように、「その値以上」及び値間の可能な範囲も同じく開示されていることも理解される。例えば、値「30」が開示されていれば、「30以下」及び「30以上」も同じく開示されている。
本明細書において提供する超音波アレイを製造する1つの方法は、圧電層106をレーザで切断することを含み、上記圧電層は高い超音波伝送周波数で共振する。同じく本明細書において提供する超音波アレイを製造する1つの方法は、圧電層をレーザで切断することを含み、上記圧電層は、約30MHzの超音波伝送中心周波数で共振する。さらに本明細書において提供する超音波アレイを製造する1つの方法は、圧電層をレーザで切断することを含み、上記圧電層は、約10〜200MHzの範囲、好適には約20〜150MHzの範囲、より好適には約25〜100MHzの範囲の超音波伝送周波数で共振する。
Claims (63)
- 超音波トランスデューサであって、
第1の面と、反対側の第2の面と、該第1の面および該第2の面に対して垂直であり、かつ、該第1の面および該第2の面の間に延びる長手軸とを有する積層であって、該積層は、複数の層を含み、各層が上面と反対側の底面とを有し、該積層の該複数の層は、圧電層と誘電層とを含む、積層と、
該積層内に規定される複数の第1の切溝スロットであって、各第1の切溝スロットは、該積層内へ所定の深さで延び、かつ、該長手軸に沿って第1の所定の長さで延びる、複数の第1の切溝スロットと
を備え、
該誘電層の上面は、該圧電層の底面の一部に接続され、該一部の基底を成し、かつ、該積層の該長手軸に沿って第2の所定の長さで延びる開口を規定し、各第1の切溝スロットの該第1の所定の長さは、該誘電層によって規定される開口の該第2の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ、該長手軸に沿って該積層の該第1の面と該反対側の第2の面との間の長手方向距離より短い、超音波トランスデューサ。 - 前記複数の第1の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメントを規定する、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層は、信号電極層をさらに含み、該信号電極層の上面の少なくとも一部は前記圧電層の底面の少なくとも一部に接続され、該信号電極層の上面の少なくとも一部は前記誘電層の底面の少なくとも一部に接続される、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層は、グランド電極層をさらに含み、該グランド電極層の底面の少なくとも一部は前記圧電層の上面の少なくとも一部に接続される、請求項3に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記グランド電極層は、前記軸に実質的に平行な長さ方向において、前記誘電層によって規定される開口の前記第2の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項4に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記グランド電極層は、前記軸に実質的に平行な長さ方向において、各第1の切溝スロットの該第1の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項5に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記積層の前記複数の層は、少なくとも1つの整合層をさらに含み、各整合層は、上面と、反対側の底面とを有し、該複数の第1の切溝スロットは、該少なくとも1つの整合層を介して延びる、請求項4に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの整合層は、第1の整合層と第2の整合層とを含み、前記第2の整合層は、該第2の整合層が該第1の整合層の上に存在するように該第1の整合層へ接続される、請求項7に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記第1の整合層の底面の少なくとも一部は、前記圧電層の上面の少なくとも一部に接続される、請求項8に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの整合層の各整合層は、前記軸に実質的に平行な長さ方向において前記誘電層によって規定される開口の前記第2の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項7に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記積層の前記複数の層は、裏層をさらに含み、該裏層の上面の少なくとも一部は、前記誘電層の底面の少なくとも一部へ接続される、請求項7に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記裏層は、実質的に、前記誘電層によって規定される開口を充填する、請求項11に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記裏層の上面の少なくとも一部は、前記圧電層の底面の少なくとも一部へ接続される、請求項11に記載の超音波トランスデューサ。
- レンズをさらに備え、該レンズは、前記少なくとも1つの整合層のうちの該整合層の上面を実質的に覆う位置合せで位置づけられる、請求項11に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットは、前記レンズの底部内へ延びる、請求項14に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、該圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも60%である所定の深さまで延びる、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、該圧電層を通って延びる、請求項11に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、前記基底を成す誘電層内へ所定の深さまで延びる、請求項17に記載の超音波トランスデューサ。
- 1つの第1の切溝スロットの前記少なくとも一部は、前記裏層内へ延びる、請求項18に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部の前記所定の深さは、前記軸に実質的に平行な長さ方向で変化する、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの前記所定の深さは、少なくとも1つの他の第1の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 複数の第2の切溝スロットをさらに備え、各第2の切溝スロットは、前記積層内へ所定の深さで、かつ、前記軸に実質的に平行な方向へ第3の所定の長さで延び、各第2の切溝スロットの長さは、前記誘電層によって規定される開口の前記第2の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ該軸に実質的に平行な長さ方向における前記積層の前記第1の面と前記反対側の前記第2の面との間の長手方向距離より短く、各第2の切溝スロットは、少なくとも1つの第1の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の第1の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメントを規定し、該複数の第2の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・サブエレメントを規定する、請求項22に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の超音波アレイ・サブエレメントの各々は、約0.5〜約0.7の幅対高さのアスペクト比を有する、請求項23に記載の超音波トランスデューサ。
- グランド電極層は、各第1の切溝スロットの前記第1の所定の長さ、及び前記軸に実質的に平行な長さ方向における各第2の切溝スロットの前記第3の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項22に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも60%である所定の深さまで延びる、請求項22に記載の超音波トランスデューサ。
- 複数の第2の切溝スロットをさらに備え、各第2の切溝スロットの前記積層内へ所定の深さで、かつ前記軸に実質的に平行な方向へ第3の所定の長さで延び、各第2の切溝スロットの長さは、該誘電層によって規定される開口の該第2の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ、該軸に実質的に平行な長さ方向における該積層の前記第1の面と前記反対側の第2の面との間の長手方向距離より短く、各第2の切溝スロットの少なくとも1つの第1の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項11に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層を通って延びる、請求項27に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第2の切溝スロットは、前記基底を成す誘電層内へ延びる、請求項28に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、前記裏層内へ延びる、請求項29に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記第2の切溝スロットの所定の深さは、前記軸に実質的に平行な長さ方向で変わる、請求項22に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第2の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも1つの他の第2の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項22に記載の超音波トランスデューサ。
- 上面と反対側の底面とを有するインタポーザをさらに備える、請求項4に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記インタポーザの上面上に所定のパターンで位置づけられる複数の電気トレースをさらに備える、請求項33に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記インタポーザは、前記積層の軸に実質的に平行な方向へ第4の所定の長さで延びる第2の開口を規定する、請求項34に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極層は、電極パターンを規定する、請求項34に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記積層は、前記信号電極層によって規定される電極パターンが前記インタポーザの上面に位置づけられる電気トレースの所定のパターンへ電気的に結合されるように、該インタポーザを実質的に覆う位置合わせで取り付けられる、請求項36に記載の超音波トランスデューサ。
- 超音波トランスデューサであって、
第1の面と、反対側の第2の面と、該第1の面および該第2の面に対して垂直であり、かつ、該第1の面および該第2の面の間を延びる長手軸とを有する積層であって、該積層は、複数の層を含み、各層が上面と、反対側の底面とを有する、積層と、
該積層の一部の中に規定される複数の第1の切溝スロットであって、各第1の切溝スロットは、該長手軸に沿って第1の所定の長さで延び、該第1の所定の長さは、該第1の面と該反対側の第2の面との間の長手方向距離より小さい、複数の第1の切溝スロットと、
複数の第2の切溝スロットであって、各第2の切溝スロットは、該長手軸に沿って第3の所定の長さで延び、各第2の切溝スロットの該第3の所定の長さは、該第1の所定の長さよりも短い、複数の第2の切溝スロットと
を備える、超音波トランスデューサ。 - 前記複数の第1の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメントを規定する、請求項38に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層は、圧電層と誘電層とを含む、請求項38に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記圧電層は、前記誘電層へ接続される、請求項40に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記誘電層は、前記積層の長手軸に実質的に平行な方向へ第2の所定の長さで延びる開口を規定し、各第1の切溝スロットの前記第1の所定の長さは、該開口の第2の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項41に記載の超音波トランスデューサ。
- 各第2の切溝スロットの前記第3の所定の長さは、前記誘電層によって規定される開口の前記第2の所定の長さと同じ長さであり、1つの第2の切溝スロットは少なくとも1つの第1の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項42に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層は、グランド電極層と、信号電極層と、裏層と、少なくとも1つの整合層とをさらに含む、請求項40に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層は、グランド電極層と、信号電極層と、裏層と、少なくとも1つの整合層とをさらに含む、請求項43に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットは、少なくとも1つの層を介して延び、前記積層内のその所定の深さに到達する、請求項38に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2の切溝スロットは、少なくとも1つの層を介して延び、前記積層内のその所定の深さに到達する、請求項43に記載の超音波トランスデューサ。
- 1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、少なくとも1つの層を介して延び、かつ、前記裏層内へ所定の深さまで延びる、請求項44に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さは、前記軸に実質的に平行な長さ方向で変化する、請求項38に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第1の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも1つの他の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項38に記載の超音波トランスデューサ。
- 1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、少なくとも1つの層を介して延び、かつ、前記裏層内へ所定の深さまで延びる、請求項45に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さは、前記軸に実質的に平行な長さ方向で変化する、請求項46に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの第2の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも1つの他の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項43に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも60%である所定の深さまで延びる、請求項40に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層を通って延びる、請求項40に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも60%である所定の深さまで延びる、請求項43に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層を介して延びる、請求項43に記載の超音波トランスデューサ。
- レンズをさらに備え、該レンズは、前記積層の上面を実質的に覆う位置合わせで位置づけられる、請求項44に記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1の切溝スロットは前記レンズの底部内を延びる、請求項58に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極層の少なくとも一部は、前記圧電層の底面の基底を成しかつ該圧電層の底面へ接続され、該信号電極層の少なくとも一部は、該誘電層の底面の基底を成しかつ該誘電層の底面へ接続される、請求項44に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極は電極パターンを規定する、請求項60に記載の超音波トランスデューサ。
- 所定のパターンでその上に位置決めされる複数の電気トレースを有する上面と反対側の底面とを有するインタポーザをさらに備え、前記積層は、前記信号電極層によって規定される電極パターンが該電気トレースの所定のパターンへ電気的に結合されるように、該インタポーザを実質的に覆う位置合わせで取り付けられる、請求項61に記載の超音波トランスデューサ。
- 前記インタポーザ構造体を実質的に覆う位置合わせで前記積層を取り付けるための手段をさらに備える、請求項62に記載の超音波トランスデューサ。
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