JP5038865B2 - 超音波探触子、超音波診断装置、及び超音波探触子の製造方法 - Google Patents
超音波探触子、超音波診断装置、及び超音波探触子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、２次元アレイ構造を有する超音波探触子、超音波診断装置、及び超音波探触子の製造方法に関する。
一次元アレイ超音波探触子において圧電振動子は、一列に配列された複数の圧電素子を有する。一般的に、圧電振動子の上下両面の電極は、圧電振動子の端部から引き出される。上面電極の引き出しには、様々な工夫がなされている。例えば、圧電振動子の側面をメッキすることにより、上下面を導通させ、ＦＰＣ（フレキシブルプリント板）により下面から電気的に引き出す技術がある。ＦＰＣにより引き出された信号は、プローブケーブルを介して、送受信回路に送信される。
一般的にＦＰＣのベース材料として用いられるポリイミドの音響インピーダンスは、３ＭＲａｙｌ程度である。また、圧電振動子の音響インピーダンスは、３０MＲａｙｌ以上である。そのため、ＦＰＣを圧電振動子に直接接合させると音響的ミスマッチが発生する。この音響的ミスマッチを緩和するために、３MＲａｙｌと３０MＲａｙｌとの間の音響インピーダンスを有する音響整合層を介して、その上面にＦＰＣを配置して上面電極を電気的に引き出す方法がある。
圧電振動子に３層の音響整合層を付加する仕様の場合における、第１層目の音響整合層に好適な音響インピーダンスは、９〜１５MＲａｙｌ程度である。このような音響インピーダンスを有する材料は、マシナブルセラミックスとして知られる雲母を主成分としたセラミックである。これは非導電性を有する。この非導電性材料を用いた第１層目の音響整合層を全周にわたってメッキ処理し、音響整合層上面に圧電体の上面電極を電気的に引き出す方法がとられる。
ところで、３層仕様の二次元アレイ超音波探触子においては、板状の圧電体と第１層、第２層の音響整合層部材との積層体は、格子状に切断される。切断により、各音響整合層は、２次元状に配置された複数の音響整合素子に分割される。従って、上記に述べた周囲にメッキ処理を施す上面電極の引き出し方法では、第１層の音響整合層の外側以外の音響整合素子は上下面が導通されない。
上面電極を音響整合層上面に電気的に引き出すその他の方法としては、音響整合層側面に導体パターンを付加する方法も提案されている。しかしこの方法の場合、一列ごとにパターン付加の処理を行う必要があり、工程の増加からコストアップしてしまう。
本発明の目的は、簡便且つ確実に音響整合層の各素子の上下面を導通することを可能とする２次元アレイの超音波探触子、超音波診断装置、及び超音波探触子の製造方法を提供することにある。
本発明の第１の局面に係る超音波探触子は、２次元状に配置された複数の圧電体と、前記複数の圧電体にそれぞれ形成された複数の電極と、前記複数の電極上に配置された柱状の複数の非導電性部材と、前記非導電性部材の配置面側と、前記配置面側に対向する前記非導電性部材の他面側とに露出するように、前記複数の非導電性部材にそれぞれ形成された複数の第１導電性薄膜と、を具備する超音波探触子であって、前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、前記複数の第１導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、ことを特徴とする。
本発明の第２の局面に係る超音波診断装置は、超音波探触子を介して超音波で被検体をスキャンする超音波診断装置において、前記超音波探触子は、２次元状に配置された複数の圧電体と、前記複数の圧電体にそれぞれ形成された複数の電極と、前記複数の電極上に配置された柱状の複数の非導電性部材と、前記非導電性部材の配置面側と、前記配置面側に対向する前記非導電性部材の他面側とに露出するように、前記複数の非導電性部材にそれぞれ形成された複数の導電性薄膜と、を具備し、前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、前記複数の第１導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、ことを特徴とする。
本発明の第３の局面に係る超音波探触子の製造方法は、複数の板状の非導電性部材それぞれの少なくとも一面に導電性薄膜を形成し、前記導電性薄膜が形成された複数の非導電性部材を接合することにより、非導電性部材ブロックを構成し、前記構成された非導電性部材ブロックを前記一面に略直交する方向に切削することにより、複数の板状の整合層部材を形成する。
本発明の第４の局面に係る超音波探触子の製造方法は、両面に電極が接合された板状の圧電材料と、互いに平行な複数の導電性薄膜を有する板状の整合層部材とを、前記電極と前記導電性薄膜とが略直交するように接合し、前記接合された整合層部材と前記圧電部材とを、前記整合層部材と前記圧電部材との接合面に関し縦横に切削することにより、複数の素子を形成する。
本発明の第５の局面に係る超音波探触子は、２次元状に配置された複数の圧電体と前記複数の圧電体に形成された複数の電極とを有する圧電振動子と、前記圧電振動子上に設けられ、２次元状に配置された複数の非導電性部材と前記複数の電極を前記複数の非導電性部材の表面にそれぞれ電気的に引き出すための複数の導電性薄膜と、を有する音響整合層と、を具備する超音波探触子であって、前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、前記複数の導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、ことを特徴とする。
本発明によれば、簡便且つ確実に音響整合層の各素子の上下面を導通することを可能とする。
以下、本発明の実施形態に係る超音波探触子、超音波診断装置、及び超音波探触子の製造方法を説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波探触子１の概略的構造を示す斜視図である。図１に示すように、超音波探触子１は、吸音材としてのバッキング１０を有している。バッキング１０は矩形ブロック状に形成され、その上面には図示しない第１フレキシブルプリント板（以下、ＦＰＣと呼ぶ）を介して圧電振動子２０が接合されている。圧電振動子２０の上面には第１音響整合層３０が接合され、第１音響整合層３０の上面には第２音響整合層４０が接合され、第２音響整合層４０の上面には第２ＦＰＣ５０を介して第３音響整合層６０が接合さている。図示はしないが、第３音響整合層６０の上面には、音響レンズが接合される。ここで、各部材の積層方向（厚さ方向）をＺ軸に規定し、Ｚ軸に直交する平面をＸＹ平面に規定する。ＸＹ平面は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸により規定される。
図１に図示しない送信回路からの駆動パルスを受けた圧電振動子２０は、プラスＺ方向に超音波を放射する。放射された超音波は、被検体により反射される。反射された超音波は、圧電振動子２０によりエコー信号として受信される。
圧電振動子２０は、音響インピーダンスが３０Ｍｒａｙｌ（Ｍｒａｙｌ＝１０６ｋｇ／ｍ２ｓ）以上である圧電セラミック、例えば、ＰＺＴによって形成される。第１ＦＰＣ及び第２ＦＰＣ５０のベース材料であるポリイミドの音響インピーダンスは約３Ｍｒａｙｌである。第１音響整合層３０は、音響インピーダンスが９〜１５Ｍｒａｙｌ程度である非導電性の材料、例えば、マシナブルセラミックと呼ばれる雲母を主成分とするセラミックによって形成される。第２音響整合層４０は、音響インピーダンスが４〜７Ｍｒａｙｌ程度である導電性の材料、例えば、カーボン（等方性黒鉛やグラファイト）によって形成される。第３音響整合層６０は、音響インピーダンスが１．８〜２．５Ｍｒａｙｌ程度である非導電性の材料、例えば、樹脂によって形成される。被検体の音響インピーダンスは、水の音響インピーダンスにほぼ等しく、約１．５ＭＲａｙｌである。この様に、各音響整合層３０、４０、６０の音響インピーダンスは、３層仕様におけるλ／４音響整合層の最適音響インピーダンスが実現されている。この結果、超音波の広帯域特性が可能となる。
図２は、図１の超音波探触子１から第２ＦＰＣ５０と第３音響整合層６０とを除いた斜視図である。図２に示すように、超音波探触子１は、２次元アレイ構造を有している。圧電振動子２０は、Ｘ方向Ｙ方向それぞれにそれぞれのピッチで配置された複数の柱状の圧電素子２１を有する。各圧電素子２１は、例えばＰＺＴからなる圧電体２２と、圧電体２２の下面に形成された平面状の下側電極２３と、圧電体２２の上面に形成された平面状の上側電極２４とで構成される。
第１音響整合層３０は、２次元状に配置された複数の柱状の第１音響整合素子３１を有する。各第１音響整合素子３１は、各圧電素子２１に配置されている。第１音響整合素子３１は、柱状に加工されたマシナブルセラミック等の非導電性の部材（以下、非導電体と呼ぶ）３２と、非導電体３２の内部に形成された導電性の薄膜としての内部金属薄膜３３と、非導電体３２の下面に形成された下側金属薄膜３４と、非導電体３２の上面に形成された上側金属薄膜３５とを有する。
各金属薄膜３３、３４、３５は、一般的には、銅メッキやニッケル、クロム等の無機物に対して密着強度を確保しやすい材質の無電解メッキを下地に、耐腐食性の良い金等の電解メッキが行なわれて形成される。また、各金属薄膜３３、３４，３５は、スパッタリングや蒸着等のドライ工程によっても形成可能である。各金属薄膜３３、３４，３５の幅（Ｘ方向の幅）は、接続の信頼性や音響的な悪影響の回避、切削加工に対する快削性を満たすことが可能な１〜４μｍ程度である。
内部金属薄膜３３は、第１音響整合素子３１の上下面に露出される。換言すれば、非導電体３２の下面側（配置面側）と上面側とに露出される。このような配置関係により、内部金属薄膜３３は、第１音響整合素子３１の上下面を導通させる。上面と下面とは、対向し、互いに平行である。内部金属薄膜３３は、上側電極２４を第１音響整合層３１の上面に電気的に引き出す。複数の内部金属薄膜３３は互いに平行である。各内部金属薄膜３３は、各上側電極２４に対して垂直に配列される。この内部金属薄膜３３と上側電極２４との位置関係により、内部金属薄膜３３による超音波の散乱を最小限に留めている。後述するが、この内部金属薄膜３３の配列方向や内部金属薄膜間ピッチは、種々のパターンが可能である。
下側金属薄膜３４と上側金属薄膜３５とは、第１音響整合素子３１の上下面の導通の確実性・信頼性を向上させるために形成される。換言すれば、内部金属薄膜３３のみで上下面を導通できるのであれば、下側金属薄膜３４と上側金属薄膜３５とは必要ない。
第２音響整合層４０は、２次元状に配置された複数の第２音響整合素子４１を有する。第２音響整合素子４１は、導通性を有する、例えばカーボンで形成される。各第２音響整合素子４１は、各第１音響整合素子３１と接合されている。
図１に示すように、第２音響整合層４０の上面には第２ＦＰＣ５０が取り付けられている。第２ＦＰＣ５０は、各下側金属薄膜３４、各内部金属薄膜３３、各上側金属薄膜３５、及び各第２音響整合素子４１を介して各上面電極２４を独立して電気的に引き出す。
第１音響整合層３０の構造の詳細を説明する前に、第１音響整合層３０の製造方法を説明する。図３は、第１音響整合層３０の製造工程を示す図である。まず、図４に示すような、立方形状を有する非導電体ブロック７０を用意する。非導電体ブロック７０の各辺は、所定の長さを有する。所定長さは、例えば、３０ｍｍである。
次に、非導電体ブロック７０を一定ピッチでＹ軸に沿って一定ピッチ毎に切削することにより、図５に示すような板形状を有する複数の非導電体部材７１を形成する（ステップＳ１）。形成された非導電体部材７１の左面及び右面（Ｘ軸に略直交する両面）を研磨して、所定の厚みにする。例えば、所定厚みは０．３ｍｍである。
次に図６に示すように、研磨後の複数の非導電体部材７１に、スパッタや蒸着、メッキ等を行い、第１金属薄膜７２を形成する（ステップＳ２）。メッキの様なウェット工程においては、第１金属薄膜７２は非導電体部材７１の全周に形成される。しかし、スパッタや蒸着のようなドライ工程においては、片面又は両面のみでもよい。以下、第１金属薄膜７２は、左右両面に形成されたとする。
次に図７に示すように、第１金属薄膜７２が形成された複数の非導電体部材７１を積層接着し、複数の第１金属薄膜７２と非導電体部材７１とから構成される第１音響整合ブロック７３を構成する（ステップＳ３）。接着の方法として、典型的には、エポキシ接着剤等の樹脂系接着剤を塗布した後、熱間プレスを行い、接着層の厚みを最小限にして接着する。また、非導電体の耐熱性は、錫や銀等の金属に比して高い。そのため、両面に第１金属薄膜７２を形成した場合、接着剤を用いることなく、より高温の熱間プレスを行ない隣り合う第１金属薄膜７２同士を金属溶着させることも可能である。第１金属薄膜７２が片面に形成された場合は、第１金属薄膜７２間ピッチを略一定とするために、第１金属薄膜７２を片側に揃えて積層接着を行なう必要がある。なお、図７には第１音響整合ブロック７３の両端部分のみを示し、中間部分は省略している。
この第１音響整合ブロック７３を、図８に示すように、積層方向（Ｚ軸）に直交する方向に一定ピッチで切削して、複数の第１音響整合板７４を生成する（ステップＳ４）。そして、生成された各第１音響整合板７４の厚みを、第１音響整合層３０として必要な厚みにするために、第１音響整合板７４の上下面を研磨する。厚みは、例えば、０．３ｍｍである。研磨することで、第１音響整合板７４の上下面に第１金属薄膜７２が露出される。なお、図８には第１音響整合板７４の両端部分のみを示し、中間部分は省略している。
そして図９に示すように、スパッタ、蒸着、メッキ等により、第１音響整合板７４の下面に第２金属薄膜７５、上面に第３金属薄膜７６を形成する（ステップＳ５）。これにより第１音響整合板７４が完成する。上下面への金属薄膜形成工程は、圧電振動子２０の上側電極２４との導通の確実性・信頼性を向上させるために行なう。従って、導通の確実性・信頼性を問題としないのなら、第２金属薄膜７５及び第３金属薄膜７６を形成する必要はない。なお、図９には第１音響整合板７４の両端部分のみを示し、中間部分は省略している。
第１音響整合板７４は、複数の柱状の非導電体３７と複数の金属薄膜３８とがそれぞれ交互に接合されてなる。複数の金属薄膜３８は、一定ピッチＰＭで配置されている。
次に図１０に示すように、第１音響整合板７４と、板状の圧電体板２５と、板状の第２音響整合板４２を積層接着や金属溶着等で接合し、複合ブロック８０を構成する（ステップＳ６）。圧電体板２５は、板状の圧電体部材２６と、圧電体部材２６の下面に形成された下側電極２７と、圧電体部材２６の上面に形成された上側電極２８とから構成される。第２音響整合板４２は、カーボン等を材料として形成される。複合ブロック８０は、下側電極２７及び上側電極２８と、金属薄膜７２とは略直交する。なお、上記の複合ブロック８０の構成工程は、予め製造された第１音響整合板７４を用いてもよい。
次に、図１０の点線で示すように、この複合ブロック８０を一定のピッチでＸ軸及びＹ軸に沿って縦横に切削する（ステップＳ７）。この切削によって、圧電体板２５と第１音響整合板７４と第２音響整合板４２とはそれぞれ、複数の圧電素子２１、複数の第１音響整合素子３１、複数の第２音響整合素子４１に分割される。切削位置は、各第１音響整合素子３１に必ず一枚以上の金属薄膜７２が含まれるようにする。切削ピッチＰＳは、第１金属薄膜ピッチＰＭに基づいて決定される。切削位置や切削ピッチの詳細は後述する。切削により、金属薄膜７２は内部金属薄膜３３、第２金属薄膜７４は下側金属薄膜３４、第３金属薄膜７５は上側金属薄膜３５となる。切削が行なわれると、圧電振動子４０と第１音響整合層３０と第２音響整合層４０とが完成する。なお、図１０には複合ブロック８０の端部分のみを示し、中間部分は省略している。
上記の第１音響整合層３０の製造方法は、金属薄膜ピッチに応じた切削位置の決定や切削ピッチの調整を除いては、既存技術の方法を用いている。つまり、本実施形態に特有な第１音響整合板７４を用いることで、既存技術による低コストの機械加工で、圧電振動子２０、第１音響整合層３０、及び第２音響整合層４０を製造することが可能となる。
上記の製造方法により形成された第１音響整合層３０の構造の詳細について説明する。図１１は、第１音響整合層３０のＸＹ断面を示す図である。図１１に示すように、複数の第１音響整合素子３１は、格子状に形成された複数の切削溝９０により分離されている。第１音響整合素子３１の非導電体３２は、内部金属薄膜３３により、第１非導電体３２Ａと第２非導電体３２Ｂとに二分されている。換言すれば、内部金属薄膜３３は、第１非導電体３２Ａと第２非導電体３２Ｂとに挟まれている。すなわち、音響整合素子３１は、第１非導電体３２Ａと内部金属薄膜３３と第２非導電体３２Ｂとによるサンドイッチ構造を有する。
図１１に示すように、複数の内部金属薄膜３３は互いに平行している。また、内部金属薄膜３３はＹ軸に平行する切削溝９０に平行し、Ｘ軸に平行する切削溝９０に直交している。切削溝９０は、非導電体３２に形成される。Ｘ軸に沿う切削ピッチＰＳと、Ｘ軸に沿う第１音響整合素子ピッチＰＡとは同一である。また、切削ピッチＰＳ（第１音響整合素子ピッチＰＡ）と内部金属薄膜ピッチＰＭとは、略一致している。この場合、全ての第１音響整合素子３１中での内部金属薄膜３３の配列方向及び位置を同一とすることが可能となる。内部金属薄膜３３のＸ軸に沿う幅ＷＭは、典型的には、１０μｍである。切削溝９０の幅ＷＳは、典型的には、５０μｍである。
全ての第１音響整合素子３１の幅ＷＡが厳密に一致していないと、製造工程において、第１金属薄膜７２（内部金属薄膜３３）を切削してしまう場合がある。しかし、非導電性部材７１（図５参照）のＸ軸に沿う厚みや第１金属薄膜７２のＸ軸に沿う厚みには誤差が生じてしまう。そのため、全ての第１音響整合素子３１の幅ＷＡを厳密に一致できない場合がある。
例えば、接着剤で第１音響整合部材７１を接着した場合、図１２に示すように、内部金属薄膜３３は、第１層の内部金属薄膜３３Ａと接着層３３Ｂと第２層の内部金属薄膜３３Ｃとからなる３層構造を有する。接着層３３Ｂの厚さを厳密に一定するには困難である。従って、全ての内部金属薄膜３３の厚さＷＭを厳密に一致させることができない場合がある。
研磨等により全ての第１音響整合素子３１の幅ＷＭを厳密に一致していても、図１１に示すように切削ピッチＰＳ（第１音響整合素子ピッチＰＡ）と内部金属薄膜ピッチＰＭとが一致している場合、全ての音響整合素子３１に内部金属薄膜３３を含ませるためには、切削位置を非導電体３２に合わせなければならない。しかし、第１音響整合板７４の上下面には第２金属薄膜７４と第３金属薄膜７５とが形成されているため、第１金属薄膜７２（内部金属薄膜３２）の位置を目視で確認することが出来ない。また、第１音響整合板７４の上にさらに第２音響整合板４２を積層するので、第１音響整合板７４自体が隠れてしまうこともある。そのため切削位置が、第１金属薄膜７２に重なってしまう場合がある。第１金属薄膜７２が切削されてしまうと、第１音響整合素子３１の上下面を導通させることは出来ない。
この切削位置と第１金属薄膜７２（内部金属薄膜３３）との一致により、第１音響整合素子３１の上下面が導通できなくなってしまうという問題の解決策として、金属薄膜ピッチＰＭを切削ピッチＰＳよりも小さくする方法がある。図１３は、金属薄膜ピッチＰＭを切削ピッチＰＳよりも小さくした場合における、複数の第１音響整合素子３１のＸＹ断面を示す図である。Ｙ軸に平行な切削溝９０内にある領域ＲＭは、切削前に内部金属薄膜３３（第１金属薄膜７２）が形成されていた領域である。つまり、内部金属薄膜３３は、切削前において、一定ピッチＰＭＡで配置されていたことを示す。領域ＲＭを隔てた内部金属薄膜ピッチＰＡＢは、領域ＲＭを隔てない内部金属薄膜ピッチＰＭＡの２倍である。
内部金属薄膜ピッチＰＭＡは、第１音響整合素子３１の幅ＷＡＸよりも小さい。換言すれば、切削ピッチＰＳは、切削ピッチＰＳから切削溝９０の幅ＷＳを除いた長さ、すなわち、第１音響整合素子３１の幅ＷＡＸよりも大きい。この場合、厳密なピッチ調整や、切削位置の調整を行なわなくても各第１音響整合素子３１に、確実に少なくとも一枚の第１金属薄膜３３を含ませることが可能となる。従って第１音響整合素子３１の上下面を確実に導通することが可能となる。これにより、第１音響整合板７４を作成する際のコストの削減や、圧電体板２５と第１音響整合板７４とを接合する際の作業工程数の低減といった効果が生ずる。
なお、図１３に示した第１音響整合層３０には内部金属薄膜ピッチＰＭＡとＰＭＢとが混在しているが、内部金属薄膜ピッチＰＭＡを調整すれば、内部金属薄膜ピッチＰＭＡのみとすることが可能である。
内部金属薄膜ピッチＰＭＡ（切削溝９０に平行又は略直交する内部金属薄膜ピッチ）を出来るだけ大きくするために、内部金属薄膜３３（第１金属薄膜７２）に対して切削溝９０を斜めに形成させる方法がある。
図１４は、内部金属薄膜３３に対して切削溝９０を斜めに形成した場合における複数の第１音響整合素子３１のＸＹ断面を示す図である。Ｘ方向に関する第１音響整合素子ピッチＰＡＸとＹ方向に関する第１音響整合素子ピッチＰＡＹとは同一とする。また、図１４の内部金属薄膜ピッチＰＭは、図１１の内部金属薄膜ピッチＰＭと同一とする。
図１４に示すように、切削溝９０を内部金属薄膜３３に対して斜めに形成することで、切削溝９０が内部金属薄膜３３に直交（平行）する場合に比して、第１音響整合素子ピッチＰＡＸを大きくすることできる。例えば、内部金属薄膜３３に対して４５度傾けて切削溝９０を形成した場合、直交する場合に比して、第１音響整合素子３１の幅ＷＡを約１．４倍とすることができる。そのため、第１音響整合板７４の厚みも約１．４倍とすることができる。その結果、第１音極整合板７４の強度が増し、超音波探触子１の製造工程での歩留まりが向上する。
なお、第１音響整合素子ピッチＰＡＸと第１音響整合素子ピッチＰＡＹとは同一でなくともよい。
切削溝９０が金属薄膜３３に対して斜めに形成された第１音響整合層３０は、図１５の点線で示すように、第１音響整合素板７４の四隅を、金属薄膜７１に対して斜めに切断することによって形成される。
次に超音波探触子１を備えた超音波診断装置について説明する。図１６は、超音波診断装置１００の構成を示す図である。図１６に示すように、超音波診断装置１００は、制御回路１１０を中枢として、超音波探触子１と、送信回路１１２、受信回路１１４、信号処理回路１１６、及び表示装置１１８を備える。
超音波探触子１の第２ＦＰＣ５０は、個々の上側電極２４を独立して電気的に引き出す。図１７は、個々の上側電極２４を独立して電気的に引き出すための第２ＦＰＣの斜視図である。図１７に示すように、第２ＦＰＣ５０は、複数の上側電極２４をそれぞれ独立して電気的に引き出すための複数の配線５１を有する。配線５１は、極薄の銅等によって形成される。複数の配線５１が形成された第２ＦＰＣ５０は、切削溝９０の位置に合わせて、第２音響整合層４０に加圧接着される。この様に、個々の上面電極２４から独立して信号リードをとることが可能であるため、音響的な悪影響を低減することが可能である。従って、発生される画像の解像度が向上する。下側電極２３と上側電極２４とは、プローブケーブルを介して送信回路１１２又は受信回路１１４に接続される。
送信回路１１２は、超音波を発生させるための駆動信号を発生し、発生した駆動信号を各圧電素子２１に供給することにより、各圧電素子２１に超音波を発生させる。受信回路１１４は、各圧電素子２１からのエコー信号を遅延加算処理する。信号処理回路１１６は、受信回路１１４からのエコー信号の供給を受け、Ｂモード画像のデータやドプラ画像のデータを発生する。表示装置１１８は、発生されたＢモード画像やドプラ画像を表示する。
上側電極２４を送信回路１１２や受信回路１１４に接続するのではなく、アース接続が必要な場合がある。図１８は、この場合における超音波診断装置２００の構成を示す図である。図１８に示すように、超音波診断装置２００は、制御回路１１０を中枢として、超音波探触子１´、送受信回路１２０、信号処理回路１１６、及び表示装置１１８を備える。
超音波探触子１´の第２ＦＰＣ５０は、ＦＰＣベース上に極薄の銅メッキを施したフィルムが加圧接着されている。各上側電極２４は、プローブケーブルを介して接地レベルに接続される。各下側電極２３は、プローブケーブルを介して送受信回路１２０に接続される。
送受信回路１２０は、超音波を発生させるための駆動信号を発生し、発生した駆動信号を各圧電素子２１に供給することにより、各圧電素子２１に超音波を発生させる。また、送受信部５は、各圧電素子２１からのエコー信号を遅延加算処理する。
以上述べた構成によれば、２次元アレイ構造を有する第１音響整合層３０の各非導電体３２に、その上下面側に露出する内部金属薄膜３３をそれぞれ形成した。かくして本実施形態によれば、簡便且つ確実に音響整合層３０の各素子３１の上下面を導通することを可能とする。
なお、第２ＦＰＣ５０は、第２音響整合層４０の上面に接合するとしたが、これに限定する必要はない。例えば、第２ＦＰＣ５０は、第１音響整合層の上面に接合しても良い。また、音響整合層は３層用いるとしたが、２層や１層、或いは４層以上用いてもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…超音波探触子、１０…バッキング、２０…圧電振動子、２１…圧電素子、２２…圧電体、２３…下側電極、２４…上側電極、２５…圧電体板、２６…圧電体部材、３０…第１音響整合層、３１…音響整合素子、３２…非導電性部材（非導電体）、３３…内部金属薄膜、３４…下側金属薄膜、３５…上側金属薄膜、４０…第２音響整合層、４１…第２音響整合素子、４２…第２音響整合板、５０…第２フレキシブルプリント版（ＦＰＣ）、５１…配線、６０…第３音響整合層、７０…非導電性ブロック、７１…非導電性板部材、７２…第１金属薄膜、７３…第１音響整合ブロック、７４…第１音響整合板、７５…第２金属薄膜、７６…第３金属薄膜、８０…複合ブロック、９０…切削溝、１００…超音波診断装置、１１０…制御回路、１１２…送信回路、１１４…受信回路、１１６…信号処理回路、１１８…表示装置、１２０…送受信回路
Claims (19)
- ２次元状に配置された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体にそれぞれ形成された複数の電極と、
前記複数の電極上に配置された柱状の複数の非導電性部材と、
前記非導電性部材の配置面側と、前記配置面側に対向する前記非導電性部材の他面側とに露出するように、前記複数の非導電性部材にそれぞれ形成された複数の第１導電性薄膜と、
を具備する超音波探触子であって、
前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、
前記複数の第１導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、
ことを特徴とする超音波探触子。 - 前記配置面と前記他面とには、第２導電性薄膜が形成されている請求項１記載の超音波探触子。
- 前記第１導電性薄膜は、前記電極に対して略垂直になるように前記非導電性部材に形成されている請求項１及び２の何れか一項に記載の超音波探触子。
- 前記複数の第１導電性薄膜は、互いに平行である請求項１から３の何れか一項に記載の超音波探触子。
- 前記配置面は、略直交する第１の方向及び第２の方向によって規定され、
前記非導電性部材の各々は、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置され、
前記第１導電性薄膜の各々は、前記第１又は第２の方向に略直交するように形成され、
前記第１導電性薄膜間の間隔は、前記第１又は第２の方向に沿う前記非導電性部材の中心間の間隔に略一致する、又は、前記第１又は第２の方向に沿う前記非導電性部材の中心間の間隔よりも狭い、
請求項４記載の超音波探触子。 - 前記配置面は、略直交する第１の方向及び第２の方向によって規定され、
前記非導電性部材の各々は、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置され、
前記第１導電性薄膜の各々は、前記第１又は第２の方向に略直交するように形成され、
前記第１導電性薄膜間の間隔は、前記第１又は第２の方向に沿う前記非導電性部材の中心間の間隔よりも狭い第１間隔と、前記第１間隔の略２倍の長さを有する第２間隔とである、
請求項４記載の超音波探触子。 - 前記配置面は、略直交する第１の方向及び第２の方向によって規定され、
前記非導電性部材の各々は、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置され、
前記第１導電性薄膜の各々は、前記第１又は第２の方向に対して傾くように形成され、
前記導電性薄膜間の間隔は、前記配置面の対角線の長さよりも狭い、
請求項４記載の超音波探触子。 - 前記第１導電性薄膜は、第１層の第１導電性薄膜と第２層の第１導電性薄膜とを有し、
前記第１層の第１導電性薄膜と前記第２層の第１導電性薄膜とは、樹脂系接着剤により接着されている、
請求項１から７の何れか一項に記載の超音波探触子。 - 前記第１導電性薄膜は、第１層の第１導電性薄膜と第２層の第１導電性薄膜とを有し、
前記第１層の第１導電性薄膜と前記第２層の第１導電性薄膜とは、金属溶着されている、
請求項１から８の何れか一項に記載の超音波探触子。 - 前記第１導電性薄膜は、ニッケル、クロム、銅、錫、銀、金のうち少なくとも一つの材料を含む、請求項１から９の何れか一項に記載の超音波探触子。
- 前記第２導電性薄膜は、ニッケル、クロム、銅、錫、銀、金のうち少なくとも一つの材料を含む、請求項２記載の超音波探触子。
- 前記非導電性部材は、音響インピーダンスが９〜１５Ｍｒａｙｌの無機物から構成される、請求項１から１１の何れか一項に記載の超音波探触子。
- 前記非導電性部材は、雲母を含むセラミックスである、請求項１から１２の何れか一項に記載の超音波探触子。
- 超音波探触子を介して超音波で被検体をスキャンする超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
２次元状に配置された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体にそれぞれ形成された複数の電極と、
前記複数の電極上に配置された柱状の複数の非導電性部材と、
前記非導電性部材の配置面側と、前記配置面側に対向する前記非導電性部材の他面側とに露出するように、前記複数の非導電性部材にそれぞれ形成された複数の導電性薄膜と、
を具備し、
前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、
前記複数の第１導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記複数の電極をそれぞれ電気的に引き出すための複数の配線が形成されたフレキシブルプリント板をさらに備え、
前記複数の電極は、前記フレキシブルプリント板を介して、前記超音波探触子に駆動信号を送信する送信回路、前記超音波探触子からのエコー信号を受信する受信回路、及び接地レベルの少なくとも１つに接続される、
請求項１４記載の超音波診断装置。 - 前記フレキシブルプリント板は、前記複数の非導電性部材、又は、前記複数の非導電性部材の前記他面にそれぞれ接合された複数の導電性部材に接続される、
請求項１５記載の超音波診断装置。 - 複数の板状の非導電性部材それぞれの少なくとも一面に導電性薄膜を形成し、
前記導電性薄膜が形成された複数の非導電性部材を接合することにより、非導電性部材ブロックを構成し、
前記構成された非導電性部材ブロックを前記一面に略直交する方向に切削することにより、複数の板状の整合層部材を形成する、
超音波探触子の製造方法。 - 両面に電極が接合された板状の圧電材料と、互いに平行な複数の導電性薄膜を有する板状の整合層部材とを、前記電極と前記導電性薄膜とが略直交するように接合し、
前記接合された整合層部材と前記圧電部材とを、前記整合層部材と前記圧電部材との接合面に関し縦横に切削することにより、複数の素子を形成する、
超音波探触子の製造方法。 - ２次元状に配置された複数の圧電体と前記複数の圧電体に形成された複数の電極とを有する圧電振動子と、
前記圧電振動子上に設けられ、２次元状に配置された複数の非導電性部材と前記複数の電極を前記複数の非導電性部材の表面にそれぞれ電気的に引き出すための複数の導電性薄膜と、を有する音響整合層と、
を具備する超音波探触子であって、
前記複数の非導電性部材の各々は、板形状を有する第１の非導電性部材と板形状を有する第２の非導電性部材とから構成され、
前記複数の導電性薄膜の各々は、前記第１の非導電性部材と前記第２の非導電性部材とに挟まれている、
ことを特徴とする超音波探触子。
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