JP4807761B2 - アレイ超音波トランスデューサ - Google Patents
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Description
本出願は、2005年4月4日に出願された米国特許出願第11/109,986号の一部継続出願であって、それは、2004年4月20日に出願された米国仮特許出願第60/563,784号および2005年11月2日に出願された米国仮特許出願第60/733,091号の利益を主張し、これらの出願はその全体が参照によって本願明細書に取り入れられる。
圧電材料製の高周波の超音波トランスデューサは、医学において使用され、皮膚および眼球内並びに血管内画像化用途において小さい組織機能を分解できる。高周波超音波トランスデューサは、小動物すなわち実験動物内における流体の流れおよび組織の画像化にも使用される。最も単純な超音波画像化システムには、固定焦点式単一素子トランスデューサが採用され、該トランスデューサは、機械的に走査されて2次元深度画像を取り込むことができる。しかし、リニアアレイトランスデューサは、もっと魅力的であって、可変焦点、可変ビーム制御などの機能を有し、より高度な画像構成アルゴリズムおよびフレームレートの向上が可能である。
本明細書では、超音波アレイの製造方法を提供する。該方法には、レーザーで圧電層106を切断する工程が含まれる。この方法においては、該圧電層は、高い超音波伝播周波数で共振する。同じく、本明細書では、レーザーで圧電層を切断する工程を含む超音波アレイの製造方法を提供する。この方法においては、該圧電層は、約30MHzの超音波伝播中心周波数で共振する。さらに、本明細書では、レーザーで圧電層を切断する工程を含む超音波アレイの製造方法を提供する。この方法においては、該圧電層は、約10MHzと約200MHz、および10MHzと200MHzとの間、好ましくは、約20MHzと約150MHz、および20MHzと150MHzとの間、およびより好ましくは、約25MHzと約100MHz、および25MHzと100MHzとの間の超音波伝播中心周波数で共振する。
以下の例は、本明細書においてクレームしたとおり、超音波アレイトランスデューザおよび方法の完全な開示および説明を当業者の人々に提供するように発表するものである。該例は、本発明の純粋な典型例であるとするものであり、発明者らが自分らの発明であるとみなすものの範囲を限定するものではない。
Claims (50)
- 第1面、対向する第2面、およびそれら両面の間に延在する長手方向軸線を有するスタックであって、該スタックが複数の層を含み、各層が上部表面および対向する底部表面を有し、該スタックの該複数の層が、下部極性圧電層、上部非極性圧電層、および誘電層を含む、スタックと、
該スタック内に画定された複数の第1切り溝スロットであって、各第1切り溝スロットは、該スタック内において該上部非極性圧電層を貫通して該下部極性圧電層の中に所定深さで延在し、かつ該軸線に実質的に平行な方向に第1所定長さで延在する、複数の第1切り溝スロットと
を含む超音波トランスデューサであって、
該誘電層の上部表面が、該下部圧電層の底部表面の一部に接続されかつその下に位置し、該スタックの該軸線に実質的に平行な方向に第2所定長さで延在する開口部を画定することと、各第1切り溝スロットの該第1所定長さが、該誘電層によって画定された該開口部の第2所定長さと少なくとも同様の長さであり、かつ該軸線に実質的に平行な縦方向における該スタックの第1面と対向する第2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。 - 上部圧電層が、前記下部圧電層の上に位置する、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 前記上部および下部圧電層が、同様の音響インピーダンス特性を有する、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の第1切り溝スロットが、複数の超音波アレイ素子を画定する、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層が信号電極層をさらに含み、該信号電極層の上部表面の少なくとも一部が、前記圧電層の底部表面の少なくとも一部に接続され、該信号電極層の上部表面の少なくとも一部が、前記誘電層の底部表面の少なくとも一部に接続される、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層が、接地電極層をさらに含み、該接地電極層が、前記下部極性圧電層と前記上部非極性圧電層との間に置かれる、請求項3記載の超音波トランスデューサ。
- 前記接地電極層が、前記軸線に実質的に平行な縦方向において、前記誘電層によって画定された前記開口部の第2所定長さと少なくとも同様の長さである、請求項6記載の超音波トランスデューサ。
- 前記接地電極層が、前記軸線に実質的に平行な縦方向において、各第1切り溝スロットの第1所定長さと少なくとも同様の長さである、請求項7記載の超音波トランスデューサ。
- 前記スタックの前記複数の層が、少なくとも1つの整合層をさらに含み、各整合層が、上部表面および対向する底部表面を有しており、前記複数の第1切り溝スロットが、該少なくとも1つの整合層を貫通して延在し、少なくとも1つの該整合層が、前記上部非極性圧電層である、請求項6記載の超音波トランスデューサ。
- 前記少なくとも1つの整合層が、第1整合層および第2整合層を含み、該第2整合層が、該第1整合層に接続され、それによって、該第2整合層が、該第1整合層の上に位置する、請求項6記載の超音波トランスデューサ。
- 前記第1整合層の底部表面の少なくとも一部が、前記圧電層の上部表面の少なくとも一部に接続される、請求項10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が、前記軸線に実質的に平行な縦方向において、前記誘電層によって画定された前記開口部の第2所定長さと少なくとも同様の長さである、請求項9記載の超音波トランスデューサ。
- 前記スタックの前記複数の層が裏打ち層をさらに含み、該裏打ち層の上部表面の少なくとも一部が、前記誘電層の底部表面の少なくとも一部に接続される、請求項9記載の超音波トランスデューサ。
- 前記裏打ち層が、前記誘電層によって画定された前記開口部を実質的に埋める、請求項13記載の超音波トランスデューサ。
- 前記裏打ち層の上部表面の少なくとも一部が、前記圧電層の底部表面の少なくとも一部に接続される、請求項13記載の超音波トランスデューサ。
- レンズをさらに含み、該レンズが、前記少なくとも1つの整合層のうちの該整合層の上部表面との型合わせに実質的に重なる状態で配置される、請求項11記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットが、前記レンズの底部分の中に延在する、請求項16記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットの少なくとも一部が、前記下に位置する誘電層の中に所定深さまで延在する、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 1つの第1切り溝スロットの少なくとも一部が、前記裏打ち層の中に延在する、請求項18記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットの少なくとも一部の前記所定深さが、前記軸線に実質的に平行な縦方向において変わる、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットの前記所定深さが、少なくとも1つの別の第1切り溝スロットの前記所定深さよりも深い、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 複数の第2切り溝スロットをさらに含み、各第2切り溝スロットが、前記スタック内において所定深さで延在し、かつ前記軸線に実質的に平行な方向に第3所定長さで延在しており、各第2切り溝スロットの該長さは、前記誘電層によって画定された前記開口部の第2所定長さと少なくとも同様の長さであり、かつ該軸線に実質的に平行な縦方向における該スタックの第1面と対向する第2面との間の長手方向距離より短く、各第2切り溝スロットが、少なくとも1つの第1切り溝スロットに隣接して配置される、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 各第2切り溝スロットが、前記上部圧電層を貫通して、前記下部圧電層の中に延在する、請求項22記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の第1切り溝スロットが、複数の超音波アレイ素子を画定し、前記複数の第2切り溝スロットが、複数の超音波アレイサブ素子を画定する、請求項22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素子のそれぞれが、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24記載の超音波トランスデューサ。
- 前記接地電極層が、前記軸線に実質的に平行な縦方向において、各第1切り溝スロットの第1所定長さおよび各第2切り溝スロットの第3所定長さと少なくとも同様の長さである、請求項22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切り溝スロットが、前記下に位置する誘電層の中に延在する、請求項22記載の超音波トランスデューサ。
- 第2切り溝スロットの前記所定深さが、前記軸線に実質的に平行な縦方向において変わる、請求項22記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2切り溝スロットの前記所定深さが、少なくとも1つの別の第2切り溝スロットの所定深さより深い、請求項22記載の超音波トランスデューサ。
- 上部表面および対向する底部表面を有するインターポーザーをさらに含む、請求項6記載の超音波トランスデューサ。
- 所定のパターンに形成された状態で前記インターポーザーの上部表面の上に配置された複数の電気配線をさらに含む、請求項31記載の超音波トランスデューサ。
- 前記インターポーザーが、前記スタックの軸線に実質的に平行な方向において、第4所定の長さで延在する第2開口部を画定する、請求項32記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極層が、電極パターンを画定する、請求項32記載の超音波トランスデューサ。
- 前記スタックが、前記インターポーザーとの型合わせに実質的に重なる状態で取り付けられ、それによって、前記信号電極層によって画定された前記電極パターンが、該インターポーザーの上部表面の上に配置された電気配線の所定のパターンと電気的に連結される、請求項34記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の第1切り溝スロットが、複数の超音波アレイ素子を画定する、請求項1記載の超音波トランスデューサ。
- 第1面、対向する第2面、およびそれら両面の間に延在する長手方向軸線を有するスタックであって、該スタックは複数の層を含み、各層が上部表面および対向する底部表面を有しており、該スタックの複数の層は少なくとも1つの圧電層、誘電層、および少なくとも1つの整合層を含んでおり、該誘電層の上部表面は、該圧電層の底部表面の一部に連結されかつその下に位置し、該スタックの軸線に実質的に平行な方向において第2所定長さで延在する開口部を画定しており、該少なくとも1つの整合層の底部表面は、該圧電層の上部表面の一部に連結されかつその上に位置する、スタックと、
該スタック内に画定された複数の第1切り溝スロットであって、各第1切り溝スロットは、該スタックにおいて所定深さで、かつ該軸線に実質的に平行な方向に第1所定長さで延在しており、各第1切り溝スロットの該第1所定長さは、該誘電層によって画定された該開口部の第2所定長さと少なくとも同様の長さであり、かつ該軸線に実質的に平行な縦方向における該スタックの第1面と対向する第2面との間の長手方向距離よりも短い、複数の第1切り溝スロットと、
上部表面および対向する下部表面を有するインターポーザーであって、該インターポーザーの下部表面は、該少なくとも1つの整合層の上部表面の一部に連結されかつその上に位置し、該インターポーザーが、該スタック内に画定された該複数の第1切り溝スロットを実質的に取り囲むように構成された開口部をさらに画定し、それによって、該少なくとも1つの整合層の第2部分が露出される、インターポーザーと
を含む、超音波トランスデューサ。 - 前記複数の第1切り溝スロットが、複数の超音波アレイ素子を画定する、請求項37記載の超音波トランスデューサ。
- 前記複数の層が、前記少なくとも1つの整合層と前記圧電層との間に配置された接地電極層をさらに含む、請求項38記載の超音波トランスデューサ。
- 前記スタックが、1対の間隔をおいて配置された接地バスラインをさらに含み、該接地バスラインは、前記接地電極から、これと電気的に連通した状態で、前記誘電層から間隔をおいて配置された前記圧電層の底部表面の一部へ延在する、請求項39記載の超音波トランスデューサ。
- 前記スタックが、前記誘電層の底部表面の一部と前記圧電層の底部表面の一部とに連結されかつそれらの下に位置している信号電極層をさらに含む、請求項40記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極層は、複数の信号電極を含んでおり、各信号電極は、前記複数の超音波アレイ素子のうちの1つの超音波アレイ素子と型合わせされるように、該信号電極が構成される、請求項41記載の超音波トランスデューサ。
- 前記信号電極と前記間隔をおいて配置された接地バスラインの各遠位端部とが、両方とも前記スタックの底面の上に配置される、請求項42記載の超音波トランスデューサ。
- 前記インターポーザーの前記開口部内に露出される前記少なくとも1つの取り付け層の第2部分に連結されかつその上に位置するシールド電極をさらに含んでおり、前記第1切り溝スロットが、前記シールド層を貫通して延在する、請求項37記載の超音波トランスデューサ。
- 前記シールド電極が、前記インターポーザー内の前記開口部の壁の少なくとも一部に連結される、請求項44記載の超音波トランスデューサ。
- 前記シールド電極が、前記インターポーザー内の前記開口部の壁と、該開口部を取り囲む該インターポーザー内の該開口部の上部表面の一部とに連結される、請求項45記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットが、少なくとも1つの層を貫通して延在して、前記スタック内において該第1切り溝スロットの所定深さに達する、請求項37記載の超音波トランスデューサ。
- 複数の第2切り溝スロットをさらに含み、各第2切り溝スロットは、前記スタック内において所定深さに、かつ前記軸線に実質的に平行な方向に第3所定長さで延在しており、各第2切り溝スロットの該第3所定長さは、前記誘電層によって画定された前記開口部の第2所定長さと同様の長さであり、かつ該軸線に実質的に平行な縦方向における該スタックの第1面と対向する第2面との間の長手方向距離より短く、1つの第2切り溝スロットが少なくとも1つの第1切り溝スロットに隣接して配置される、請求項47記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第2切り溝スロットが、少なくとも1つの層を貫通して延在して、前記スタック内において該第2切り溝スロットの所定深さに達する、請求項48記載の超音波トランスデューサ。
- 少なくとも1つの第1切り溝スロットの少なくとも一部の所定深さが、前記軸線に実質的に平行な縦方向において変わる、請求項37記載の超音波トランスデューサ。
- レンズをさらに含み、該レンズが、前記インターポーザーの前記開口部内に露出された前記少なくとも1つの取り付け層のうちの第2部分の上部表面との型合わせに実質的に重なる状態で配置される、請求項44記載の超音波トランスデューサ。
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