JP6019671B2

JP6019671B2 - 超音波プローブ並びに電子機器および超音波診断装置

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Publication number: JP6019671B2
Application number: JP2012078674A
Authority: JP
Inventors: 友亮中村; 孝雄宮澤; 西脇　学; 学西脇; 康憲大西
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN103356232A; JP2013208149A; CN103356232B; EP2644101A1; US20130261465A1

Description

本発明は、超音波プローブ、並びに、それを利用した電子機器および超音波診断装置等に関する。

人間の指に装着される超音波プローブすなわちフィンガープローブは広く知られる。フィンガープローブでは、単一の超音波トランスデューサー素子や、多数のバルク型超音波トランスデューサー素子の配列で構成される素子アレイが利用される。ここで、素子アレイが用いられると、超音波ビームのスキャンが実現されることができる。こうしたスキャンに応じて断面画像は形成されることができる。スキャンの実現にあたって素子アレイから多数の信号線が引き出される。

特開２００２−２９１７４６号公報特開平３−１８５０号公報特開平１１−３０４７７４号公報特開平９−１８２７５０号公報特開平９−２０１３６０号公報特開２００５−１２５０９３号公報特許第３８５２１８３号公報

素子アレイが利用される場合には、多数の信号線は束ねられてケーブルで引き出される。例えば素子アレイが指の腹に配置されると、ケーブルは手の平側で指に沿って指の第１関節や第２関節を横切る。ケーブルでは多数の信号線が束ねられることから、ケーブルの剛性は不可避的に高められてしまう。フィンガープローブの利用にあたって指の屈曲は制限されてしまう。その他、手の平などに超音波プローブが装着されると、手そのものと同様な感覚で対象物に超音波プローブを接触させることができ、頗る使い勝手がよい。この場合でも、ケーブルの剛性に基づき手の屈曲などの動きが阻害されないことが望まれる。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、指や手の屈曲を十分に許容することができる超音波プローブは提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、基板にアレイ状に配置された開口に設けられる超音波トランスデューサー素子を含む素子チップと、前記素子チップに連結されて、空間を囲む環状体を形成する可撓性配線部材と、前記可撓性配線部材に結合されて、前記超音波トランスデューサー素子に電気的に接続される制御回路とを備える超音波プローブに関する。

可撓性配線部材は、素子チップに連続する二次元平面に沿って引き出されるのではなく、空間に沿って三次元的に引き出される。その結果、二次元平面的な大きさは縮小されることができる。超音波プローブは環状体の空間に進入する支持体で支持されることができる。素子チップに連続する二次元平面に沿って信号線の束が存在しないことから、支持体の屈曲は許容されることができる。

（２）本発明の他の態様は、基板にアレイ状に配置された開口に設けられる超音波トランスデューサー素子を含む素子チップと、前記素子チップに連結されて前記素子チップから第１方向に延びる第１可撓性配線部材と、前記素子チップに連結されて前記第１方向の逆向きの第２方向に延びる第２可撓性配線部材と、前記第１可撓性配線部材および前記第２可撓性配線部材に連結されて、前記超音波トランスデューサー素子に電気的に接続される制御回路を含む制御回路チップとを備え、前記素子チップ、前記第１可撓性配線部材、前記第２可撓性配線部材および前記制御回路チップは協働で空間を囲む環状体を形成する超音波プローブに関する。

第１および第２可撓性配線部材は、素子チップに連続する二次元平面に沿って引き出されるのではなく、空間に沿って三次元的に引き出される。その結果、二次元平面的な大きさは縮小されることができる。超音波プローブは環状体の空間に進入する支持体で支持されることができる。素子チップに連続する二次元平面に沿って信号線の束が存在しないことから、支持体の屈曲は許容されることができる。

（３）超音波プローブは、弾性材の膜体から形成され、指嵌めを構成する前記環状体の前記空間を通り抜ける円柱状の内部空間で指の進入空間を形成する筒体をさらに備えることができる。超音波プローブは指サックを構成することができる。筒体の内部空間には指が進入することができる。その結果、環状体は指先（例えば末節または末節および中節）に装着されることができる。弾性力の働きで筒体は指に密着することができる。こうして素子チップは指先に固定されることができる。素子チップに連続する二次元平面に沿って信号線の束は存在しないことから、指の屈曲は許容されることができる。

（４）前記環状体は指嵌めを構成することができ、かつ前記環状体の少なくとも一部は指に接触状態を伝達することができる。環状体は指先（例えば末節または末節および中節）に装着されることができる。指先には、超音波プローブを通じて、対象物の感触が伝達されることができる。利用者は、超音波プローブを装着しながら、患部の感触を認識することができる。

（５）前記超音波プローブは、前記超音波トランスデューサー素子が設けられた前記基板の第１面とは反対側の前記基板の第２面に固定されて前記基板を補強する補強部材をさらに備えることができる。超音波トランスデューサー素子は薄型に形成されることができる。超音波トランスデューサー素子は薄型の基板に形成されることができる。補強部材が基板に固定されても、超音波トランスデューサー素子チップは薄型に形成されることができる。加えて、基板の第２面には補強部材が固定されることから、基板の厚み方向に基板の強度は補強されることができる。

（６）前記開口の内部空間は前記基板の外側空間に連通されることができる。開口の内部空間は基板の外側空間と接続される。開口の内部空間と内部空間の外側との間で通気は確保される。したがって、開口の内部空間は密閉されない。開口の内部空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができる。こうして超音波トランスデューサー素子の破損は確実に回避されることができる。仮に開口の内部空間が気密に密閉されてしまうと、圧力変動に起因して超音波トランスデューサー素子の破損が懸念されてしまう。

（７）超音波プローブでは、前記補強部材は前記開口の間の前記基板の仕切り壁部に少なくとも１カ所の接合域で接合されることができる。基板の仕切り壁部が補強部材に接合されると、仕切り壁部の動きは補強部材で拘束される。したがって、仕切り壁部の振動は防止されることができる。その結果、超音波トランスデューサー素子同士のクロストークは防止されることができる。しかも、こうして仕切り壁部の動きが拘束されると、超音波トランスデューサー素子の超音波振動に対して仕切り壁部の振動の作用は回避されることができる。超音波トランスデューサー素子ではクリアな振動モードの超音波振動が得られる。こうして仕切り壁部の振動が回避されると、超音波振動の振幅の低下も抑制されることができる。

（８）前記制御回路は、前記超音波トランスデューサー素子から引き出される規定数の第１信号線と、前記規定数よりも少ない本数の第２信号線との間で信号の行き来を管理するマルチプレクサーを備えることができる。超音波プローブから第２信号線が引き出される。第１信号線が直接に超音波プローブから引き出される場合に比べて、引き出される信号線の本数は減少する。その結果、超音波プローブに接続されるコネクターやケーブルのサイズは縮小されることができる。したがって、超音波プローブの小型化は促進され、ケーブルの引き回しに拘わらず支持体の屈曲は邪魔されない。

（９）超音波プローブは電子機器に組み込まれて利用されることができる。電子機器は、超音波プローブと、前記超音波プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることができる。

（１０）超音波プローブは超音波診断装置で利用されることができる。超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブに接続されて、前記素子アレイの出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることができる。

（１１）超音波プローブは超音波プローブセットとして利用されることができる。超音波プローブセットは、超音波プローブと、前記超音波プローブに接続されて、前記制御回路に接続される通信回路を有する中継装置とを備えることができる。

（１２）前記中継装置は前記制御回路の少なくとも一部を含むことができる。こうして制御回路の機能の一部が中継装置で担われれば、超音波プローブはさらに小型化されることができる。

（１３）超音波プローブセットは電子機器に組み込まれて利用されることができる。電子機器は、超音波プローブセットと、前記通信回路に無線で接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることができる。

（１４）超音波プローブセットは超音波診断装置に組み込まれて利用されることができる。超音波診断装置は、超音波プローブセットと、前記通信回路に無線で接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることができる。

一実施形態に係る超音波検出装置の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。超音波プローブの拡大垂直断面図である。第１実施形態に係る環状体ユニットの構造を概略的に示す拡大斜視図である。素子チップの拡大平面図である。図４の５−５線に沿った断面図である。溝を示す補強板の平面図である。図６の拡大部分平面図である。超音波診断装置の回路構成を概略的に示すブロック図である。第２実施形態に係る環状体ユニットの構造を概略的に示す拡大斜視図である。第３実施形態に係る環状体ユニットの構造を概略的に示す拡大斜視図である。第４実施形態に係る環状体ユニットの構造を概略的に示す拡大斜視図である。他の実施形態に係る回路構成を概略的に示すブロック図である。他の実施形態に係る超音波プローブを概略的に示す外観図である。他の実施形態に係る超音波プローブを概略的に示す外観図である。他の実施形態に係る超音波プローブを概略的に示す外観図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）超音波検出装置の全体構成
図１は一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置１１を概略的に示す。超音波診断装置１１は超音波プローブ１２と装置端末１３と中継装置１４とを備える。超音波プローブ１２および中継装置１４は１つの超音波プローブセットＰＳを形成する。超音波プローブセットＰＳは操作者の手に装着されることができる。

超音波プローブ１２は指サックを構成する。超音波プローブ１２と中継装置１４とは例えばケーブル１５で相互に接続される。超音波プローブ１２と中継装置１４とはケーブル１５を通じて電気信号をやりとりする。中継装置１４はリストバンド１６を備える。リストバンド１６の働きで中継装置１４は操作者の手首に装着されることができる。中継装置１４には無線で装置端末１３が接続される。中継装置１４と装置端末１３とは無線通信を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１３にはディスプレイパネル１７が組み込まれる。ディスプレイパネル１７の画面は装置端末１３の表面で露出する。装置端末１３では、後述されるように、超音波プローブ１２で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１７の画面に表示される。装置端末１３にはタッチパネルや入力パッドに基づきユーザーインターフェイスが構築されることができる。

図２に示されるように、超音波プローブ１２は環状体ユニット２１を備える。環状体ユニット２１は素子チップ２２、フレキシブルプリント基板（以下「フレキ」という）２３および制御回路２４を備える。素子チップ２２にフレキ２３が連結される。フレキ２３には制御回路２４が結合される。ここでは、制御回路２４はＩＣチップとして構成されることができる。ＩＣチップは例えばフレキ２３の表面に実装されることができる。フレキ２３にはケーブル１５が接続される。フレキ２３上の信号線を通じて制御回路２４は素子チップ２２に電気的に接続される。同様に、フレキ２３上の信号線を通じて制御回路２４はケーブル１５に電気的に接続される。ここでは、可撓性配線部材としてフレキ２３が利用される。その他、可撓性配線部材には、フレキと同様に導電線を支持する支持部材で環状体を形成するもののほか、絶縁体で導電線を被覆する電線で環状体を形成するものが利用されることができる。

超音波プローブ１２は筒体２５および先端体２６を備える。筒体２５は弾性材の膜体から形成される。膜体の素材には例えば柔軟性を有する樹脂材料が用いられることができる。筒体２５は円柱状の内部空間２７を形成する。円柱状の内部空間２７は指Ｆｉの進入空間として機能する。環状体ユニット２１は筒体２５の膜内に埋め込まれる。したがって、環状体ユニット２１は指嵌めとして構成される。

筒体２５の一端に先端体２６が結合される。先端体２６は、筒体２５と同様に、弾性材の膜体から形成される。先端体２６はドーム形に形作られる。半球形の内部空間２８は筒体２５の内部空間２７に連続する。こうして筒体２５の内部空間２７の一端は先端体２６で塞がれる。半球形の内部空間２８は指Ｆｉの先端の進入空間として機能することができる。筒体２５および先端体２６は１物体として一体に成型されることができる。

図３は第１実施形態に係る環状体ユニット２１を概略的に示す。環状体ユニット２１では素子チップ２２およびフレキ２３は環状体を形成する。素子チップ２２およびフレキ２３が協働で空間２９を囲む。フレキ２３の第１端２３ａは素子チップ２２の一端に連結され、フレキ２３の第２端２３ｂは素子チップ２２の他端に連結される。筒体２５の内部空間２７は環状体の空間２９を通り抜ける。したがって、操作者の指Ｆｉは環状体の空間２９に進入する。

図４は素子チップ２２の平面図を概略的に示す。素子チップ２２は基板３１を備える。基板３１には素子アレイ３２が形成される。素子アレイ３２は超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）３３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。個々の素子３３は下部電極３４、上部電極３５および圧電膜３６で構成される。マトリクス全体の素子３３に共通に下部電極３４が配置される。各列ごとに素子３３に共通に上部電極３５が配置される。上部電極３５および下部電極３４の間に個々の素子３３ごとに圧電膜３６が挟み込まれる。列ごとに素子３３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子３３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子３３群は奇数列の素子３３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。さらにまた、下部電極３４および上部電極３５の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子３３に共通に上部電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子３３に下部電極が接続されてもよい。

基板３１の外縁は、相互に平行な１対の直線３７で仕切られて対向する第１辺３１ａおよび第２辺３１ｂを有する。素子アレイ３２の輪郭と基板３１の外縁との間に広がる周縁領域３８には、第１辺３１ａに沿って第１辺３１ａに平行に１ラインの第１端子アレイ３９ａが形成され、第２辺３１ｂに沿って第２辺３１ｂに平行に１ラインの第２端子アレイ３９ｂが形成される。第１端子アレイ３９ａは１対の下部電極端子４１および複数の上部電極端子４２で構成される。第２端子アレイ３９ｂは複数の上部電極端子４２で構成される。下部電極端子４１はマトリクス全体で共通に素子３３の下部電極３４に接続される。上部電極端子４２は個々の列ごとに共通に素子３３の上部電極３５に接続される。ここでは、上部電極３５の列には交互に第１端子アレイ３９ａの上部電極端子４２と第２端子アレイ３９ｂの上部電極端子４２とが接続される。こうして列ごとに交互に反対向きに端子が引き出されると、個々の端子の形成にあたって２列分の空間が利用されることができ、端子が同方向に引き出される場合に比べて個々の端子の大きさは十分に確保されることができる。ただし、個々の列ごとに第１端子アレイ３９ａの上部電極端子４２と第２端子アレイ３９ｂの上部電極端子４２とが同時に接続されてもよい。こうして両方向から上部電極３５に電流が供給されると、電圧降下の影響は低減されることができる。ここでは、基板３１の外縁は矩形に形成される。基板３１の外縁は正方形であってもよく台形であってもよい。

第１端子アレイ３９ａにはフレキ２３の第１端２３ａが覆い被さる。フレキ２３の第１端２３ａには下部電極端子４１および上部電極端子４２に個別に対応して信号線４３が形成される。信号線４３は下部電極端子４１および上部電極端子４２に個別に向き合わせられ個別に接合される。信号線４３の働きで第１端子アレイ３９ａの下部電極端子４１および上部電極端子４２は個別に制御回路２４に接続される。同様に、第２端子アレイ３９ｂにはフレキ２３の第２端２３ｂが覆い被さる。フレキ２３の第２端２３ｂには上部電極端子４２に個別に対応して信号線４４が形成される。信号線４４は上部電極端子４２に個別に向き合わせられ個別に接合される。信号線４４の働きで第２端子アレイ３９ｂの上部電極端子４２は個別に制御回路２４に接続される。

図５に示されるように、個々の素子３３は振動膜４６を有する。振動膜４６の構築にあたって基板３１の基体４７には個々の素子３３ごとに開口４８が形成される。基体４７の表面には可撓膜４９が一面に形成される。可撓膜４９は、基体４７の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５１と、酸化シリコン層５１の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層５２とで構成される。可撓膜４９は開口４８に接する。こうして開口４８の輪郭に対応して可撓膜４９の一部が振動膜４６として機能する。酸化シリコン層５１の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

振動膜４６の表面に下部電極３４、圧電膜３６および上部電極３５が順番に積層される。下部電極３４には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。圧電膜３６は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。上部電極３５は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。下部電極３４および上部電極３５にはその他の導電材が利用されてもよく、圧電膜３６にはその他の圧電材料が用いられてもよい。

基板３１の表面には保護膜５３が積層される。保護膜５３は例えば全面にわたって基板３１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ３２や第１および第２端子アレイ３９ａ、３９ｂ、フレキ２３の第１端２３ａおよび第２端２３ｂは保護膜５３で覆われる。保護膜５３には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。保護膜５３は、素子アレイ３２の構造や、第１端子アレイ３９ａおよびフレキ２３の第１端２３ａの接合、第２端子アレイ３９ｂおよびフレキ２３の第２端２３ｂの接合を保護する。

隣接する開口４８同士の間には仕切り壁５４が区画される。開口４８同士は仕切り壁５４で仕切られる。仕切り壁５４の壁厚みｔは開口４８の空間同士の間隔に相当する。仕切り壁５４は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みｔは壁面同士の距離に相当する。すなわち、壁厚みｔは壁面に直交して壁面同士の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。仕切り壁５４の壁高さＨは開口４８の深さに相当する。開口４８の深さは基体４７の厚みに相当する。したがって、仕切り壁５４の壁高さＨは基体４７の厚み方向に規定される壁面の長さで規定されることができる。基体４７は均一な厚みを有することから、仕切り壁５４は全長にわたって一定の壁高さＨを有することができる。仕切り壁５４の壁厚みｔが縮小されれば、振動膜４６の配置密度は高められる。素子チップ２２の小型化に寄与することができる。壁厚みｔに比べて仕切り壁５４の壁高さＨが大きければ、素子チップ２２の曲げ剛性は高められることができる。こうして開口４８同士の間隔は開口４８の深さよりも小さく設定される。

基体４７の表面の反対側の基体４７の裏面には補強板（補強部材）５５が固定される。補強板５５の表面に基体４７の裏面が重ねられる。補強板５５は素子チップ２２の裏面で開口４８に被さる。補強板５５はリジッドな基材を備えることができる。補強板５５は例えばシリコン基板から形成されることができる。基体４７の板厚は例えば１００μｍ程度に設定される。ここでは、仕切り壁５４は補強板５５に結合される。補強板５５は個々の仕切り壁５４に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。

補強板５５の表面には複数の溝５６が配置される。溝５６は補強板５５の表面を複数の平面５７に分割する。複数の平面５７は１つの仮想平面ＨＰ内で広がる。その仮想平面ＨＰ内で基体４７の裏面は広がる。仕切り壁５４は平面５７に接合される。溝５６は仮想平面ＨＰから窪む。溝５６の断面形状は四角形であってもよく三角形であってもよく半円形その他の形状であってもよい。

図６に示されるように、開口４８は第１方向Ｄ１に列を形成する。開口４８の輪郭形状の図心５８は第１方向Ｄ１の１直線ＬＮ上で等ピッチに配置される。開口４８は１つの輪郭形状の複写で象られることから、同一形状の開口４８が一定のピッチで繰り返し配置される。開口４８の輪郭４８ａは例えば四角形に規定される。具体的には矩形に形成される。矩形の長辺は第１方向Ｄ１に合わせ込まれる。こうして開口４８は矩形の輪郭４８ａを有することから、仕切り壁５４は全長にわたって一定の壁厚みｔを有することができる。このとき、仕切り壁５４の接合域は長辺の中央位置を含む領域であればよい。特に、仕切り壁５４の接合域は長辺の全長を含む領域であればよい。仕切り壁５４は長辺の全長にわたって開口４８同士の間の全面で補強板５５に面接合されることができる。さらに、仕切り壁５４の接合域は四角形の各辺に少なくとも１カ所ずつ配置されることができる。仕切り壁５４の接合域は四角形を途切れなく囲むことができる。仕切り壁５４は四角形の全周にわたって開口４８同士の間の全面で補強板５５に面接合されることができる。

溝５６は一定の間隔で相互に平行に第１方向Ｄ１に並べられる。溝５６は第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延びる。溝５６の両端は補強板５５の端面５５ａ、５５ｂで開口する。１本の溝５６は１列（ここでは１行）の開口４８の輪郭４８ａを順番に横切る。個々の開口４８には少なくとも１本の溝５６が接続される。ここでは、第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に直交する。したがって、溝５６は矩形の短辺方向に開口４８および仕切り壁５４を横切る。

図７に示されるように、平面５７同士の間で溝５６は基体４７と補強板５５との間に通気経路５９ａ、５９ｂを形成する。こうして溝５６内の空間は開口４８内の空間に接続される。通気経路５９ａ、５９ｂは開口４８内の空間の内外を相互に接続する。こうして開口４８内の空間と開口４８の外側との間で通気が確保される。１本の溝５６は１列（ここでは１行）の開口４８を順番に横切ることから、次々に開口４８同士は通気経路５９ａで接続される。溝５６の両端は補強板５５の端面５５ａ、５５ｂで開口する。こうして列端の開口４８から基板３１の外縁の外側に通気経路５９ｂは開放される。

（２）超音波検出装置の回路構成
図８に示されるように、制御回路２４にはマルチプレクサー６０が組み込まれる。マルチプレクサー６０は素子チップ２２側のポート群６０ａと中継装置１４側のポート群６０ｂとを備える。素子チップ２２側のポート群６０ａには第１信号線６１が接続される。第１信号線６１はフレキ２３上の信号線４３、４４に接続される。こうして第１信号線６１は素子アレイ３２に繋がる。中継装置１４側のポート群６０ｂには規定数の第２信号線６２が接続される。規定数はスキャンにあたって同時に出力される素子３３の列数に相当する。マルチプレクサー６０は中継装置１４側のポートと素子チップ２２側のポートとの間で相互接続を管理する。信号線６２はケーブル１５で束ねられる。ケーブル１５は個々の信号線６２ごとに信号経路を形成する。

中継装置１４には送受信回路６３が構築される。送受信回路６３は規定数の切り替えスイッチ６４を備える。規定数はスキャンにあたって同時に出力される素子３３の列数に相当する。個々の切り替えスイッチ６４はケーブル１５に接続される。個々の切り替えスイッチ６４はそれぞれ個別に信号線６２に接続される。

送受信回路６３は個々の切り替えスイッチ６４ごとに送信経路６５および受信経路６６を備える。切り替えスイッチ６４には送信経路６５と受信経路６６とが並列に接続される。切り替えスイッチ６４はマルチプレクサー５９に選択的に送信経路６５または受信経路６６を接続する。送信経路６５にはパルサー６７が組み込まれる。パルサー６７は振動膜５２の共振周波数に応じた周波数でパルス信号を出力する。受信経路６６にはアンプ６８、ローパスフィルター（ＬＰＦ）６９およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）７１が組み込まれる。個々の素子３３の検出信号は増幅されてデジタル信号に変換される。

送受信回路６３は駆動／受信回路７２を備える。送信経路６５および受信経路６６は駆動／受信回路７２に接続される。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて同時にパルサー６７を制御する。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて検出信号のデジタル信号を受信する。駆動／受信回路７２は制御線７３でマルチプレクサー６０に接続される。マルチプレクサー６０は駆動／受信回路７２から供給される制御信号に基づき相互接続の管理を実施する。

装置端末１３には処理回路７４が組み込まれる。処理回路７４は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリーを備えることができる。超音波診断装置１１の全体動作は処理回路７４の処理に従って制御される。ユーザーから入力される指示に応じて処理回路７４は駆動／受信回路７２を制御する。処理回路７４は素子３３の検出信号に応じて画像を生成する。画像は描画データで特定される。

装置端末１３には描画回路７５が組み込まれる。描画回路７５は処理回路７４に接続される。描画回路７５にはディスプレイパネル１５が接続される。描画回路７５は処理回路７４で生成された描画データに応じて駆動信号を生成する。駆動信号はディスプレイパネル１５に送り込まれる。その結果、ディスプレイパネル１５に画像が映し出される。

中継装置１４および装置端末１３にはそれぞれ通信回路７６、７７が組み込まれる。中継装置１４では通信回路７６は駆動／受信回路７２に接続される。装置端末１３では通信回路７７は処理回路７４に接続される。通信回路７６、７７同士は無線で通信することができる。無線通信を通じて駆動／受信回路７２は処理回路７４に接続される。

（３）超音波検出装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。処理回路７４は駆動／受信回路７２に超音波の送信および受信を指示する。駆動／受信回路７２はマルチプレクサー５９に制御信号を供給するとともに個々のパルサー６７に駆動信号を供給する。パルサー６７は駆動信号の供給に応じてパルス信号を出力する。マルチプレクサー５９は制御信号の指示に従ってポート群５９ｂのポートにポート群５９ａのポートを接続する。パルス信号はポートの選択に応じて下部電極端子４１および上部電極端子４２を通じて列ごとに素子３３に供給される。パルス信号の供給に応じて振動膜４６は振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波は発せられる。

超音波の送信後、切り替えスイッチ６４は切り替えられる。マルチプレクサー５９はポートの接続関係を維持する。切り替えスイッチ６４は送信経路６５および信号線６２の接続に代えて受信経路６６および信号線６２の接続を確立する。超音波の反射波は振動膜４６を振動させる。その結果、素子３３から検出信号が出力される。検出信号はデジタル信号に変換されて駆動／受信回路７２に送り込まれる。

超音波の送信および受信は繰り返される。繰り返しにあたってマルチプレクサー６０はポートの接続関係を変更する。その結果、ラインスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、処理回路７４は検出信号のデジタル信号に基づき画像を形成する。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

超音波プローブ１２では素子チップ２２およびフレキ２３は協働で環状体を形成する。フレキ２３は、素子チップ２２に連続する二次元平面に沿って引き出されるのではなく、空間２９に沿って三次元的に引き出される。その結果、二次元的な大きさは縮小されることができる。フレキ２３に邪魔されずに素子チップ２２は対象物に接触することができる。特に、環状体は指嵌めを構成する。筒体２５の内部空間２８には指Ｆｉが進入することができる。その結果、環状体は指先Ｆｉ（例えば末節または末節および中節）に装着されることができる。弾性力の働きで筒体２５は指Ｆｉに密着することができる。こうして素子チップ２２は指先に固定されることができる。素子チップ２２に連続する二次元平面に沿って信号線の束は存在しないことから、指Ｆｉの屈曲は許容されることができる。環状体ユニット２１の少なくとも一部（ここでは、素子チップ２２）は指先Ｆｉに接触状態を伝達することができる。指先Ｆｉには、素子チップ２２を通じて、対象物の感触が伝達されることができる。利用者は、超音波プローブ１２を装着しながら、患部の感触を認識することができる。

素子チップ２２では素子３３は薄型に形成されることができる。素子３３は薄型の基板３１に形成されることができる。補強板５５が基板３１に固定されても、素子チップ２２は薄型に形成されることができる。同時に、補強板５５は基板３１の強度を補強する。特に、仕切り壁５４で壁厚みｔが壁高さＨよりも小さいことから、断面係数の関係で仕切り壁５４では基板３１の厚み方向に十分な剛性が確保されることができる。基板３１の厚み方向の力は仕切り壁５４を伝って補強板５５で支持されることができる。こうして素子チップ２２は基板３１の厚み方向に十分な強度を有することができる。そして、基体４７の板厚が例えば１００μｍ程度に設定されても、補強板５５は基体４７の破損を防止することができる。その一方で、バルク型の超音波トランスデューサー素子で素子アレイが構成される場合には、基板の板厚は数ｍｍ程度に設定される。たとえ補強板５５が接合されても、素子チップ２２の厚みは、バルク型の超音波トランスデューサー素子で素子アレイが構成される場合に比べて確実に縮小されることができる。加えて、振動膜４６の音響インピーダンスはバルク型の超音波トランスデューサー素子に比べて人体のそれに近いことから、素子チップ２２ではバルク型の超音波トランスデューサー素子に比べて音響インピーダンスの整合層が省略されることができる。こういった整合層の省略は素子チップ２２の薄型化にさらに寄与することができる。その結果、指嵌めに最適な素子チップ２２が実現されることができる。

補強板５５は個々の仕切り壁５４に少なくとも１カ所の接合域で接合される。仕切り壁５４が補強板５５に接合されると、仕切り壁５４の動きは補強板５５で拘束される。したがって、仕切り壁５４の振動は防止されることができる。その結果、素子３３同士のクロストークは防止されることができる。しかも、こうして仕切り壁５４の動きが拘束されると、素子３３の超音波振動に対して仕切り壁５４の振動の作用は回避されることができる。素子３３ではクリアな振動モードの超音波振動が得られる。こうして仕切り壁５４の振動が回避されると、超音波振動の振幅の低下も抑制されることができる。その一方で、仕切り壁５４が動くと、振動膜４６の上下振動モードよりも低い周波数の歪んだ振動モードが現れる。しかも、仕切り壁５４が動く分だけ振動膜４６の運動エネルギーが減少し振動の振幅が低下してしまう。

このとき、開口４８の内部空間は基板３１、可撓膜４９（振動膜４６）および補強板５５で囲まれるものの、溝５６は個々の開口４８の内部空間と内部空間の外側との間で通気を確保する。したがって、開口４８の内部空間は密閉されない。開口４８の内部空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができる。こうして素子３３の破損は確実に回避されることができる。仮に開口４８の内部空間が気密に密閉されてしまうと、圧力変動に起因して超音波トランスデューサー素子の破損が懸念される。

仕切り壁５４の接合域は長辺の中央位置を含む領域であることができる。仕切り壁５４のうち振動振幅の大きい部位が補強板５５に接合される。その結果、仕切り壁５４の振動は効果的に防止されることができる。しかも、仕切り壁５４の接合域は長辺の全長を含む領域であることができる。こうして長辺の全長にわたって仕切り壁５４が補強板５５に接合されれば、仕切り壁５４の振動は確実に防止されることができる。さらに、仕切り壁５４は長辺の全長にわたって開口４８同士の間の全面で面接合されることができる。こうして長辺の全長にわたって開口４８同士の間で全面で仕切り壁５４が補強板５５に面接合されれば、仕切り壁５４の振動は確実に防止されることができる。

仕切り壁５４の接合域は四角形の各辺に少なくとも１カ所ずつ配置されればよい。こうして四角形の各辺で仕切り壁５４が補強板５５に接合されれば、仕切り壁５４の振動は確実に防止されることができる。しかも、仕切り壁５４の接合域は四角形を途切れなく囲むことができる。こうして四角形の全域で仕切り壁５４が補強板５５に接合されれば、仕切り壁５４の振動は確実に防止されることができる。その上、仕切り壁５４は四角形の全周にわたって開口４８同士の間の全面で面接合されることができる。こうして四角形の全周にわたって開口４８同士の間で全面で仕切り壁５４が補強板５５に面接合されれば、仕切り壁５４の振動は確実に防止されることができる。

さらにまた、超音波プローブ１２では制御回路２４にマルチプレクサー６０が組み込まれる。マルチプレクサー６０から第２信号線６２が引き出される。第１信号線６１が直接に超音波プローブ１２から引き出される場合に比べて、引き出される信号線の本数は減少する。その結果、超音波プローブ１２に接続されるケーブル１５のサイズは縮小されることができる。したがって、超音波プローブ１２の小型化は促進され、ケーブル１５の引き回しに拘わらず指Ｆｉの屈曲は邪魔されない。

（４）第２実施形態に係る環状体ユニット
図９は第２実施形態に係る環状体ユニット２１ａを概略的に示す。超音波診断装置１１は前述の環状体ユニット２１に代えて環状体ユニット２１ａを利用することができる。この第２実施形態では素子チップ２２および１対のフレキ８１で環状体が形成される。個々のフレキ８１は第１端８１ａで素子チップ２２に連結され第２端８１ｂで制御回路２４に連結される。素子チップ２２、フレキ８１および制御回路２４が協働で空間２９を囲む。その他の構造は前述の第１実施形態と同様に構成される。前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。前述と同様に、フレキ８１に代えて、導電線を支持する支持部材で環状体を形成する可撓性配線部材のほか、絶縁体で導電線を被覆する電線で環状体を形成する可撓性配線部材が用いられてもよい。

（５）第３実施形態に係る環状体ユニット
図１０は第３実施形態に係る環状体ユニット２１ｂを概略的に示す。超音波診断装置１１は前述の環状体ユニット２１に代えて環状体ユニット２１ｂを利用することができる。この第３実施形態では１枚のフレキ８２単独で環状体が形成される。フレキ８２の第１端８２ａはフレキ８２の第２端８２ｂに連結される。フレキ８２は単独で空間２９を囲む。素子チップ２２および制御回路２４はフレキ８２の表面に実装される。素子チップ２２では下部電極端子４１および上部電極端子４２とフレキ８２上の信号線４３、４４との接続にあたって可撓膜４９、基体４７および補強板５５にはそれらを貫通する導電性ビアが形成されればよい。その他の構造は前述の第１および第２実施形態と同様に構成される。前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。前述と同様に、フレキ８２に代えて、導電線を支持する支持部材で環状体を形成する可撓性配線部材のほか、絶縁体で導電線を被覆する電線で環状体を形成する可撓性配線部材が用いられてもよい。

（６）第４実施形態に係る環状体ユニット
図１１は第４実施形態に係る環状体ユニット２１ｃを概略的に示す。超音波診断装置１１は前述の環状体ユニット２１に代えて環状体ユニット２１ｃを利用することができる。この第４実施形態では１枚のフレキ８３単独で環状体が形成される。フレキ８３には、環状体の相対する位置で環状体の円周方向に直交する方向に環状体から延びる１対の接続片８４が規定される。接続片８４の先端同士の間に素子チップ２２が連結される。操作者の指Ｆｉが環状体の空間２９に進入すると、指Ｆｉの先端に素子チップ２２は配置されることができる。その他の構造は前述の第１実施形態と同様に構成される。前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。前述と同様に、フレキ８３に代えて、導電線を支持する支持部材で環状体を形成する可撓性配線部材のほか、絶縁体で導電線を被覆する電線で環状体を形成する可撓性配線部材が用いられてもよい。図示されていないものの、図３の第１実施形態と同様に制御回路２４が可撓性配線部材（フレキ８３）に連結されることが好ましい。

（７）他の実施形態に係る回路構成
図１２は他の実施形態に係る回路構成を概略的に示す。この実施形態では、マルチプレクサー６０に加えて切り替えスイッチ６４、送信経路６５および受信経路６６が制御回路２４に組み込まれる。こうした回路構成によれば、ケーブル１５ではデジタル信号がやりとりされることができる。したがって、アナログ信号のやりとりに比べて外来ノイズに対するノイズ耐性が高められることができる。

（８）他の実施形態に係る超音波プローブ
図１３は他の実施形態に係る超音波プローブ８５を概略的に示す。超音波診断装置１１は前述の超音波プローブ１２に代えて超音波プローブ８５を利用することができる。この超音波プローブ８５は手袋を構成する。手袋は弾性材の膜体から形成される。膜体の素材には例えば柔軟性を有する樹脂材料が用いられることができる。例えば手袋の人差し指は筒体２５として機能する。筒体２５の膜内に環状体ユニット２１が埋め込まれる。環状体ユニット２１は指嵌めとして構成される。環状体ユニット２１は環状体ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃで置き換えられてもよい。手袋の手首には膜内に送受信回路６３が埋め込まれる。送受信回路６３はケーブル１５で環状体ユニット２１の制御回路２４に接続される。ケーブル１５は例えば手袋の膜内に埋め込まれることができる。その他の構造は前述の実施形態と同様に構成されることができる。前述の実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。その他、図１４に示されるように、超音波プローブ８５ａでは１つの手袋の指に複数の環状体ユニット２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）が埋め込まれてもよい。

図１５はさらに他の実施形態に係る超音波プローブ８６を概略的に示す。この超音波プローブ８６は超音波プローブ８５と同様に手袋を構成する。手袋の胴体は筒体２５として機能する。筒体２５の膜内に環状体ユニット２１が埋め込まれる。素子チップ２２は手の平や手の甲に配置される。環状体ユニット２１は環状体ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃで置き換えられてもよい。手袋の手首には膜内に送受信回路６３が埋め込まれる。送受信回路６３はケーブル１５で環状体ユニット２１の制御回路２４に接続される。ケーブル１５は例えば手袋の膜内に埋め込まれることができる。その他の構造は前述の実施形態と同様に構成されることができる。前述の実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。

こういった超音波プローブ８６では筒体２５の内部空間２８に第２〜第５中手骨が進入することができる。その結果、環状体は第２〜第５中手骨に装着されることができる。弾性力の働きで筒体２５は手に密着することができる。こうして素子チップ２２は手の平や手の甲に固定されることができる。素子チップ２２に連続する二次元平面に沿って信号線の束は存在しないことから、手の屈曲は許容されることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１、超音波プローブ１２、素子チップ２２および超音波トランスデューサー素子３３等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１超音波診断装置および電子機器、１２超音波プローブ、２２素子チップ、２３可撓性配線部材（フレキシブルプリント基板）、２４制御回路、２５筒体、２７円柱状の内部空間、２９空間、３３超音波トランスデューサー素子、４７基体、４８開口、５４仕切り壁部（仕切り壁）、５５補強部材（補強板）、６０マルチプレクサー、６１第１信号線、６２第２信号線、８１可撓性配線部材（フレキシブルプリント基板）、８２可撓性配線部材（フレキシブルプリント基板）、８３可撓性配線部材（フレキシブルプリント基板）、８５超音波プローブ、８６超音波プローブ、Ｆｉ指、ＰＳ超音波プローブセット。

Claims

基板にアレイ状に配置された開口に設けられ、第１方向及び第２方向に配列される超音波トランスデューサー素子を含む素子チップと、
前記素子チップに連結されて、空間を囲む環状体の少なくとも一部を形成する可撓性配線部材と、
前記可撓性配線部材に結合されて、前記超音波トランスデューサー素子に電気的に接続される制御回路と、を備え、
前記素子チップは、
前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方向に沿って並ぶ前記超音波トランスデューサー素子に接続される電極と
前記電極の端部にそれぞれ接続され、前記超音波トランスデューサー素子を挟んで対向する位置に設けられた第１電極端子及び第２電極端子と、を含み、
前記可撓性配線部材は、前記第１電極端子と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極端子と電気的に接続される第２端子とを含む
ことを特徴とする超音波プローブ。
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記素子チップと前記可撓性配線部材とによって前記環状体を形成することを特徴とする超音波プローブ。
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記可撓性配線部材が前記環状体を形成することを特徴とする超音波プローブ。
基板にアレイ状に配置された開口に設けられ、第１方向及び第２方向に配列される超音波トランスデューサー素子を含む素子チップと、
前記素子チップに連結されて前記素子チップから第１方向に延びる第１可撓性配線部材と、
前記素子チップに連結されて前記第１方向の逆向きの第２方向に延びる第２可撓性配線部材と、
前記第１可撓性配線部材および前記第２可撓性配線部材に連結されて、前記超音波トランスデューサー素子に電気的に接続される制御回路を含む制御回路チップとを備え、
前記素子チップは、
前記第１方向および前記第２方向のいずれか一方向に沿って並ぶ前記超音波トランスデューサー素子に接続される電極と
前記電極の端部にそれぞれ接続され、前記超音波トランスデューサー素子を挟んで対向する位置に設けられた第１電極端子及び第２電極端子と、を含み、
前記第１可撓性配線部材は、前記第１電極端子と電気的に接続される第１端子を備え、
前記第１可撓性配線部材は、前記第２電極端子と電気的に接続される第２端子を備え、
前記素子チップ、前記第１可撓性配線部材、前記第２可撓性配線部材および前記制御回路チップは協働で空間を囲む環状体を形成する
ことを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、弾性材の膜体から形成され、指嵌めを構成する前記環状体の前記空間を通り抜ける円柱状の内部空間で指の進入
空間を形成する筒体をさらに備えることを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、前記環状体は指嵌めを構成し、かつ前記環状体の少なくとも一部は指に接触状態を伝達することを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、前記超音波トランスデューサー素子が設けられた前記基板の第１面とは反対側の前記基板の第２面に固定されて前記基板を補強する補強部材をさらに備えることを特徴とする超音波プローブ。
請求項７に記載の超音波プローブにおいて、前記開口の内部空間は前記基板の外側空間に連通されることを特徴とする超音波プローブ。
請求項７または８に記載の超音波プローブにおいて、前記補強部材は前記開口の間の前記基板の仕切り壁部に少なくとも１カ所の接合域で接合されることを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波プローブにおいて、前記制御回路は、前記超音波トランスデューサー素子から引き出される規定数の第１信号線と、前記規定数よりも少ない本数の第２信号線との間で信号の行き来を管理するマルチプレクサーを備えることを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブに接続さ
れて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブに接続されて、前記制御回路に接続される通信回路を有する中継装置とを備えることを特徴とする超音波プローブセット。
請求項１３に記載の超音波プローブセットにおいて、前記中継装置は前記制御回路の少なくとも一部を含むことを特徴とする超音波プローブセット。
請求項１３または１４に記載の超音波プローブセットと、前記通信回路に無線で接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１３または１４に記載の超音波プローブセットと、前記通信回路に無線で接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波診断装置。