JP6024120B2 - 超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び診断装置 - Google Patents

超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び診断装置 Download PDF

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Description

本発明は、超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び診断装置等に関する。
対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波プローブとして、例えば特許文献１には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列して超音波ビームを放射させる手法が開示されている。
しかしながらこの手法では、圧電素子の経時劣化や破損などの場合にプローブ全体を交換又は修理する必要があり、修理費が高くなるなどの問題がある。
特開２００７−１４２５５５号公報
本発明の幾つかの態様によれば、交換できるヘッドユニット、超音波プローブ、電子機器及び診断装置等を提供できる。
本発明の一態様は、超音波プローブのヘッドユニットであって、前記超音波プローブのプローブ本体と当該ヘッドユニットとを電気的に接続する接続部と、アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、前記複数の開口の各開口ごとに各超音波トランスデューサー素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子と、を有する超音波素子アレイを含み、前記接続部を介して前記プローブ本体と電気的に接続される素子チップと、前記接続部を介して前記プローブ本体と接続される素子チップと、前記素子チップを支持する支持部材とを含むヘッドユニットに関係する。
本発明の一態様によれば、接続部によりプローブ本体とヘッドユニットとを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニットをプローブ本体に脱着可能にすることができるから、素子チップが破損した場合などにヘッドユニットを交換することができる。その結果、例えば超音波診断装置などにおいて、修理費用の低減やユーザーの利便性の向上などが可能になる。
また本発明の一態様では、前記接続部は、前記プローブ本体に接続される複数の接続端子を有し、前記支持部材の第１の面側に前記複数の接続端子が設けられ、前記支持部材の前記第１の面の裏面である第２の面側に前記素子チップが支持されてもよい。
このようにすれば、素子チップが支持される第２の面側から超音波を放射することができる。また、複数の接続端子が設けられる第１の面側をプローブ本体の方向に向けることができるから、プローブ本体に妨げられることなく超音波を放射することができる。
また本発明の一態様では、前記接続部は、前記複数の接続端子を有する少なくとも１つのコネクターと、前記コネクターと前記素子チップとを接続する配線が形成される少なくとも１つのフレキシブル基板とを有してもよい。
このようにすれば、コネクターを支持部材の第１の面側に設け、支持部材の第２の面側に支持された素子チップとコネクターとをフレキシブル基板によって接続することができるから、素子チップとプローブ本体とを電気的に接続することができる。
また本発明の一態様では、前記接続部は、前記少なくとも１つのコネクターとして、第１のコネクター及び第２のコネクターを有し、前記少なくとも１つのフレキシブル基板として、第１のフレキシブル基板及び第２のフレキシブル基板を有し、前記第１のフレキシブル基板には、前記素子チップの第１の辺に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群と前記第１のコネクターとを接続する第１の配線群が形成され、前記第２のフレキシブル基板には、前記素子チップの前記第１の辺に対向する第２の辺に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群と前記第２のコネクターとを接続する第２の配線群が形成され、前記第１のチップ端子群と前記第２のチップ端子群とに、前記複数の超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号が入力されてもよい。
このようにすれば、素子チップの第１、第２の辺に沿う周辺部に第１、第２のチップ端子群が設けられる場合に、第１のフレキシブル基板により第１のチップ端子群と第１のコネクターとを接続し、第２のフレキシブル基板により第２のチップ端子群と第２のコネクターとを接続することができる。そして第１、第２のチップ端子群に駆動信号が入力されることで、配線抵抗に起因する駆動信号電圧の降下が低減されるから、より高い超音波放射強度を得ることができる。
また本発明の一態様では、前記接続部は、前記素子チップの第１の辺に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群の信号が入力又は出力される第１の接続端子群と、前記素子チップの前記第１の辺に対向する第２の辺に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群の信号が入力又は出力される第２の接続端子群とを有し、前記第１のチップ端子群と前記第２のチップ端子群とに、前記複数の超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号が入力されてもよい。
このようにすれば、素子チップの第１、第２の辺に沿う周辺部に第１、第２のチップ端子群が設けられる場合に、第１の接続端子群及び第２の接続端子群により、素子チップとプローブ本体とを電気的に接続することができる。そして第１、第２のチップ端子群に駆動信号が入力されることで、配線抵抗に起因する駆動信号電圧の降下が低減されるから、より高い超音波放射強度を得ることができる。
また本発明の一態様では、前記接続部は、前記素子チップの検査用の信号が入力又は出力される検査用接続端子を有してもよい。
このようにすれば、素子チップを検査することができるから、ヘッドユニットを交換した場合などに素子チップに異常があるか否かを検査することができる。その結果、ヘッドユニットが交換可能で、且つ信頼性の高い超音波プローブを実現することなどが可能になる。
また本発明の一態様では、前記素子チップは、前記素子チップの検査用配線と、前記検査用配線に接続される配線破断検査用チップ端子とを有してもよい。
このようにすれば、配線破断検査用チップ端子を用いて、素子チップの配線の破断の有無を検査することができるから、ヘッドユニットを交換した場合などに素子チップに異常があるか否かを検査することができる。
また本発明の一態様では、前記配線破断検査用チップ端子には、前記プローブ本体からの配線破断検査信号が入力されてもよい。
このようにすれば、配線破断検査信号によって、素子チップの配線の破断の有無を検査することができる。
また本発明の一態様では、前記素子チップは、前記配線破断検査用チップ端子として、前記素子チップに設けられた信号端子の第１の方向側に設けられる第１の配線破断検査用チップ端子を有してもよい。
このようにすれば、第１の配線破断検査用チップ端子を用いて、素子チップの配線の破断の有無を検査することができる。
また本発明の一態様では、前記素子チップは、前記配線破断検査用チップ端子として、前記素子チップに設けられた前記信号端子の前記第１の方向の反対方向である第２の方向側に設けられる第２の配線破断検査用チップ端子と、前記検査用配線として、前記第１の配線破断検査用チップ端子と前記第２の配線破断検査用チップ端子とに接続され、前記超音波素子アレイの周囲に沿って配線される配線破断検査用配線とを有してもよい。
このようにすれば、第１、第２の配線破断検査用チップ端子を用いて、配線破断検査用配線の破断の有無を検査することができる。
本発明の他の態様は、前記プローブ本体と、前記プローブ本体に脱着可能な上記いずれかに記載のヘッドユニットとを含む超音波プローブに関係する。
また本発明の他の態様では、前記プローブ本体は、前記接続部を介して前記素子チップに設けられたチップ端子に信号を出力する制御を行う制御部を有し、前記制御部は、前記ヘッドユニットとして、第１のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、第１の制御処理を行い、前記ヘッドユニットとして、第２のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、前記第１の制御処理とは異なる第２の制御処理を行ってもよい。
このようにすれば、例えば超音波診断装置において、診断対象に応じてヘッドユニットを交換し、その診断対象に適した制御処理を行うことができる。その結果、効率の良い超音波診断などが可能になる。
また本発明の他の態様では、前記制御部は、前記ヘッドユニットとして、前記第１のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、前記第１の制御処理として、超音波診断画像処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行い、前記ヘッドユニットとして、前記第２のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、前記第２の制御処理として、血圧測定処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行ってもよい。
このようにすれば、超音波診断画像処理を行う場合には、第１のヘッドユニットをプローブ本体に接続して、超音波診断画像処理に適した制御処理を行うことができる。また、血圧測定処理を行う場合には、第２のヘッドユニットをプローブ本体に接続して、血圧測定処理に適した制御処理を行うことができる。
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のヘッドユニットを含む電子機器に関係する。
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のヘッドユニットと、表示用画像データを表示する表示部とを含む診断装置に関係する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 素子チップの第１の構成例。 素子チップの第２の構成例。 ヘッドユニットの第１の構成例。 ヘッドユニットの第２の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、ヘッドユニットの第２の構成例の詳細な構成例。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、配線破断検査を説明する図。 配線破断検査のフローチャートの一例。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、プローブヘッド及び超音波プローブの構成例。 超音波診断装置の基本的な構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる超音波トランスデューサー素子（超音波素子）ＵＥの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサー素子ＵＥは、第１電極層ＥＬ１、圧電体層ＰＥ、第２電極層ＥＬ２、メンブレン（支持部材）ＭＢ、空洞領域（空洞部）ＣＡＶを含む。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子ＵＥは図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）ＳＵＢに形成された超音波トランスデューサー素子ＵＥの、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。
第１電極層ＥＬ１は、メンブレンＭＢの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層（下部電極層）ＥＬ１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子ＵＥに接続される配線であってもよい。
圧電体層ＰＥは、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層ＰＥの材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
第２電極層（上部電極層）ＥＬ２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層ＰＥの少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層ＥＬ２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子ＵＥに接続される配線であってもよい。
メンブレンＭＢは、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により空洞領域ＣＡＶの上層に設けられる。このメンブレンＭＢは、圧電体層ＰＥ及び第１、第２電極層ＥＬ１、ＥＬ２を支持すると共に、圧電体層ＰＥの伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
空洞領域ＣＡＶは、シリコン基板ＳＵＢの裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域ＣＡＶの開口部ＯＰより超音波が放射される。
超音波トランスデューサー素子ＵＥの第１の電極は、第１電極層ＥＬ１により形成され、第２の電極は、第２電極層ＥＬ２により形成される。具体的には、第１電極層ＥＬ１のうちの圧電体層ＰＥに覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層ＥＬ２のうちの圧電体層ＰＥを覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。
圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層ＥＬ１と第２電極層ＥＬ２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体層ＰＥの一方の面は第１電極層ＥＬ１を介してメンブレンＭＢに接合されているが、他方の面には第２電極層ＥＬ２が形成されるものの、第２電極層ＥＬ２上には他の層が形成されない。そのため圧電体層ＰＥのメンブレンＭＢ側が伸縮しにくく、第２電極層ＥＬ２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体層ＰＥに電圧を印加すると、空洞領域ＣＡＶ側に凸となる撓みが生じ、メンブレンＭＢを撓ませる。圧電体層ＰＥに交流電圧を印加することで、メンブレンＭＢが膜厚方向に対して振動し、このメンブレンＭＢの振動により超音波が開口部ＯＰから放射される。圧電体層ＰＥに印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。
２．素子チップ
図２に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる素子チップ２００の第１の構成例を示す。第１の構成例の素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲを含む。超音波素子アレイＵＡＲは、アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、複数の開口の各開口ごとに各超音波トランスデューサー素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥとを有する。超音波素子アレイＵＡＲは、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍをさらに含む。また、素子チップ２００は、第１〜第ｎの信号端子Ｘ１〜Ｘｎ、配線破断検査用配線（広義には検査用配線）ＬＴ、第１、第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２及びコモン端子ＣＯＭをさらに含む。図２では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の素子チップ２００は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波素子アレイＵＡＲは、例えばｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状（広義にはアレイ状）に配置される複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥを含む。超音波トランスデューサー素子ＵＥは、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した構成とすることができる。具体的には、図２に示すように、第３の方向Ｄ３に向かって第１行〜第８行（広義には第ｍ行）の超音波トランスデューサー素子ＵＥが配置され、第３の方向Ｄ３に交差する第１の方向Ｄ１に向かって第１列〜第１２列（広義には第ｎ列）の超音波トランスデューサー素子ＵＥが配置される。なお、以下の説明において、超音波トランスデューサー素子ＵＥのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第４行第６列に位置する超音波トランスデューサー素子をＵＥ４６と表記する。
超音波トランスデューサー素子（超音波素子）ＵＥの配置は、図２に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の列にｍ個の超音波トランスデューサー素子が配置され、偶数番目の列にｍ−１個の超音波トランスデューサー素子が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。
第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第１の方向Ｄ１又は第２の方向Ｄ２に沿って配線される。第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＬＹｉは、超音波素子アレイＵＡＲの第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの一方の電極に接続される。
第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。第１〜第１２の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の信号線ＬＸｊは、超音波素子アレイＵＡＲの第ｊ列に配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの一方とは異なる他方の電極に接続される。
具体的には、例えば図２に示す超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１については、第１の電極が信号線ＬＸ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＬＹ１に接続される。また、例えば図２に示す超音波トランスデューサー素子ＵＥ４６については、第１の電極が第６の信号線ＬＸ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＬＹ４に接続される。
第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号端子Ｘ１〜Ｘ１２は、例えば素子チップ２００の第１の辺に沿う周辺部に設けられ、第１〜第１２の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２が接続される。超音波を放射する送信期間には、超音波トランスデューサー素子ＵＥを駆動する駆動信号が信号端子Ｘ１〜Ｘ１２に入力される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子ＵＥからの受信信号が信号端子Ｘ１〜Ｘ１２から出力される。
コモン端子ＣＯＭは、例えば素子チップ２００の第１の辺に沿う周辺部に設けられ、第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８が共通接続される。
ここで第１の辺とは、素子チップ２００が平面視において矩形である場合に、素子チップ２００の中心から第３の方向Ｄ３にある辺をいう。また、第１の辺に沿う周辺部とは、素子チップ２００の周辺部分のうちの第１の辺に沿う部分をいう。
配線破断検査用配線（広義には検査用配線）ＬＴは、素子チップ２００を検査するための配線であり、超音波素子アレイＵＡＲの周囲に沿って配線される。ＬＴの一端は第１の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１に接続され、他端は第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ２に接続される。配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２には、プローブ本体からの配線破断検査信号が入力される。
第１の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１は、素子チップ２００に設けられた配線の破断の有無を検査するための端子であって、例えば素子チップ２００に設けられた信号端子Ｘ１〜Ｘ１２の第１の方向Ｄ１側に設けられる。
第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ２は、素子チップ２００に設けられた配線の破断の有無を検査するための端子であって、例えば素子チップ２００に設けられた信号端子Ｘ１〜Ｘ１２の第１の方向Ｄ１の反対方向である第２の方向Ｄ２側に設けられる。
本実施形態の素子チップ２００によれば、第１及び第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２の間の導通の有無を調べることで、配線破断検査用配線ＬＴが破断しているか否かを判定することができる。このようにすることで、例えば素子チップ２００が破損した場合には配線破断検査用配線ＬＴが破断して配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２間が非導通になるから、素子チップ２００の破損などを検出することができる。
図３に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる素子チップ２００の第２の構成例を示す。第２の構成例の素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍ、第１の辺に沿う周辺部の第１〜第ｎの信号端子（広義には第１のチップ端子群）Ｘ１〜Ｘｎ、第２の辺に沿う周辺部の第１〜第ｎの信号端子（広義には第２のチップ端子群）Ｘ１’〜Ｘｎ’配線破断検査用配線（広義には検査用配線）ＬＴ、第１、第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２及びコモン端子ＣＯＭを含む。図３では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の素子チップ２００は図３の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波素子アレイＵＡＲ、第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８及びコモン端子ＣＯＭは、上述した第１の構成例（図２）と同じであるから、ここでは詳細な説明を省略する。
第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端は素子チップ２００の第１の辺（第３の方向Ｄ３側の辺）に沿う周辺部に設けられる信号端子Ｘ１〜Ｘ１２に接続され、他端は素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（第４の方向Ｄ４側の辺）に沿う周辺部に設けられる信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’に接続される。
第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号端子Ｘ１〜Ｘ１２は、素子チップ２００の第１の辺（第３の方向Ｄ３側の辺）に沿う周辺部に設けられ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端が接続される。また、第１〜第ｎの信号端子Ｘ１’〜Ｘｎ’は、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（第４の方向Ｄ４側の辺）に沿う周辺部に設けられ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の他端が接続される。
ここで第１の辺とは、素子チップ２００が平面視において矩形である場合に、素子チップ２００の中心から第３の方向Ｄ３にある辺をいう。また、第１の辺に沿う周辺部とは、素子チップ２００の周辺部分のうちの第１の辺に沿う部分をいう。同様に、第２の辺とは、素子チップ２００の中心から第４の方向Ｄ４にある辺をいう。また、第２の辺に沿う周辺部とは、素子チップ２００の周辺部分のうちの第２の辺に沿う部分をいう。
素子チップ２００の第１の辺に沿う周辺部に設けられる信号端子Ｘ１〜Ｘ１２（広義には第１のチップ端子群）と素子チップ２００の第２の辺に沿う周辺部に設けられる信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’（広義には第２のチップ端子群）とに、複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥを駆動する駆動信号が入力される。このようにすることで、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端だけに駆動信号が入力される場合と比較して、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の配線抵抗に起因する駆動信号電圧の降下が低減されるから、より高い放射強度（放射音圧）を得ることができる。
第１及び第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２は、例えば第１の辺に沿う周辺部の信号端子Ｘ１〜Ｘ１２の第１の方向Ｄ１側に設けられる。配線破断検査用配線ＬＴは、素子チップ２００を検査するための配線であり、超音波素子アレイＵＡＲの周囲に沿って配線される。ＬＴの一端は第１の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１に接続され、他端は第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ２に接続される。
第２の構成例の素子チップ２００によれば、配線破断検査用配線ＬＴが超音波素子アレイＵＡＲの周囲を取り囲むように配線することができるから、第１及び第２の配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２の間の導通の有無を調べることで、素子チップ２００の破損などをより確実に検出することができる。
なお、図２、図３に従って本実施形態の素子チップ２００の構成例を説明したが、信号端子、配線破断検査用チップ端子、コモン端子の配置は図２、図３に示すものに限定されない。例えば配線破断検査用チップ端子を信号端子Ｘ１〜Ｘ１２の第２の方向Ｄ２側に設けてもよいし、第２の辺に沿う周辺部の信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’の第１の方向Ｄ１側又は第２の方向Ｄ２側に設けてもよい。
３．ヘッドユニット
図４に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第１の構成例を示す。第１の構成例のヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰを含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図４の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
素子チップ２００は、図２に示した第１の構成例の素子チップを用いることができる。上述したように、素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８、信号端子Ｘ１〜Ｘ１２、配線破断検査用配線ＬＴ、配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２及びコモン端子ＣＯＭを含む。
接続部２１０は、超音波プローブのプローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、プローブ本体に接続される複数の接続端子を有するコネクターＣＮと、コネクターＣＮと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板ＦＰとを有する。コネクターＣＮは、素子チップ２００を検査する検査用接続端子ＴＴ１、ＴＴ２を有する。接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。
支持部材ＳＵＰは、素子チップ２００を支持する部材であって、支持部材ＳＵＰの第１の面側に複数の接続端子が設けられ、支持部材ＳＵＰの第１の面の裏面である第２の面側に素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰの具体的な構造については後述する。
図５に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第２の構成例を示す。第２の構成例のヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰを含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
素子チップ２００は、図３に示した第２の構成例の素子チップを用いることができる。上述したように、素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８、信号端子（広義には第１のチップ端子群）Ｘ１〜Ｘ１２、信号端子（広義には第２のチップ端子群）Ｘ１’〜Ｘ１２’、配線破断検査用配線ＬＴ、配線破断検査用チップ端子ＰＴ１、ＰＴ２及びコモン端子ＣＯＭを含む。
接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、複数の接続端子を有するコネクターＣＮと、コネクターＣＮと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板ＦＰとを有する。具体的には、接続部２１０は、コネクターとして第１のコネクターＣＮ１及び第２のコネクターＣＮ２を有し、フレキシブル基板として第１のフレキシブル基板ＦＰ１及び第２のフレキシブル基板ＦＰ２を有する。コネクターＣＮ１は、素子チップ２００を検査する検査用接続端子ＴＴ１、ＴＴ２を有する。
第１のフレキシブル基板ＦＰ１には、素子チップ２００の第１の辺（図３において第３の方向Ｄ３側の辺）に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群Ｘ１〜Ｘ１２と第１のコネクターＣＮ１とを接続する第１の配線群が形成される。また、第２のフレキシブル基板ＦＰ２には、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（図３において第４の方向Ｄ４側の辺）に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群Ｘ１’〜Ｘ１２’と第２のコネクターＣＮ２とを接続する第２の配線群が形成される。
接続部２１０は、図５に示す構成に限定されるものではない。接続部２１０は、素子チップ２００の第１の辺に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群Ｘ１〜Ｘ１２の信号が入力又は出力される第１の接続端子群と、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群Ｘ１’〜Ｘ１２’の信号が入力又は出力される第２の接続端子群とを有してもよい。
接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。
支持部材ＳＵＰは、素子チップ２００を支持する部材であって、支持部材ＳＵＰの第１の面側に複数の接続端子が設けられ、支持部材ＳＵＰの第２の面側に、素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰの具体的な構造については後述する。
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第２の構成例の詳細な構成例を示す。図６（Ａ）は支持部材ＳＵＰの第２の面ＳＦ２側を示し、図６（Ｂ）は支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１側を示し、図６（Ｃ）は支持部材ＳＵＰの側面側を示す。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１側には、コネクターＣＮ１、ＣＮ２が設けられ、フレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２の他端が接続される。フレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２には、例えばプリアンプＰＡ１、ＰＡ２などの回路を設けることができる。コネクターＣＮ１、ＣＮ２は、プローブ本体側の対応するコネクターに脱着可能である。
支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２側には、素子チップ２００が設けられ、素子チップ２００の第１、第２のチップ端子群にはフレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２の一端が接続される。固定用部材ＨＬは、支持部材ＳＵＰの各コーナー部に設けられ、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体に固定するために用いられる。
ここで支持部材ＳＵＰの第１の面側とは、支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の法線方向側であり、支持部材ＳＵＰの第２の面側とは、支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２の法線方向側である。なお、「第１の（第２の）面側に設けられる」とは、第１の面ＳＦ１（第２の面ＳＦ２）に接して設けられること、及び別の部材を介して設けられることを含む。
図６（Ｃ）に示すように、素子チップ２００の裏面（図１（Ｂ）において開口部ＯＰが設けられる面）には、素子チップ２００を保護する保護部材（保護膜）ＰＦが設けられる。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、本実施形態のヘッドユニット２２０による配線破断検査を説明する図である。図７（Ａ）は、第１の構成例の素子チップ２００（図２）の場合であり、図７（Ｂ）は、第２の構成例の素子チップ２００（図３）の場合である。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、プローブ本体に設けられた検査回路ＣＨＫからの配線破断検査信号ＶＡ１が配線破断検査用チップ端子ＰＴ１に入力される。配線破断検査用配線ＬＴが破断していない場合には、配線破断検査信号ＶＡ１のリターン信号ＶＡ２が検査回路ＣＨＫに入力される。破断している場合には、リターン信号ＶＡ２は検査回路ＣＨＫに入力されない。検査回路ＣＨＫは、このリターン信号ＶＡ２を検出することで、配線破断の有無を判定することができる。なお、検査回路ＣＨＫは、配線破断検査信号ＶＡ１をＰＴ２に出力し、ＰＴ１からリターン信号ＶＡ２を受け取ってもよい。
図８は、本実施形態のヘッドユニット２２０による配線破断検査のフローチャートの一例である。
最初のステップＳ１では、素子チップ２００の交換作業が行われる。そして次のステップＳ２で、検査回路ＣＨＫにより配線破断検査が実行され、破断が有るか否かの判断が行われる（ステップＳ３）。破断が検出されない場合には、素子チップの交換が正常であることを表示し、送受信部をリセットする（ステップＳ４）。続いてステップＳ５で超音波診断を開始する。このステップＳ４、Ｓ５の処理は、例えば超音波診断装置本体の制御部の制御に基づいて行われる。
一方、ステップＳ３で破断有りと判断した場合には、素子チップの交換が正常でないことを表示する（ステップＳ６）。ユーザーはこの表示に基づいて、別の素子チップに交換するなどの対応をとることができる（ステップＳ１）。
４．プローブヘッド及び超音波プローブ
図９（Ａ）、図９（Ｂ）に、本実施形態のプローブヘッド３１０及び超音波プローブ３００の構成例を示す。図９（Ａ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図９（Ｂ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。
プローブヘッド３１０は、ヘッドユニット２２０、被検体と接触する接触部材２３０及びヘッドユニット２２０を格納するプローブ筐体２４０を含む。素子チップ２００は、接触部材２３０と支持部材ＳＵＰとの間に設けられる。
プローブ本体３２０は、送受信部ＴＲＸ、制御部ＣＴＬ、検査回路ＣＨＫ及びプローブ本体側コネクターＣＮｂを含む。送受信部ＴＲＸは、制御部ＣＴＬの制御に基づいて、超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号の送信処理を行い、また超音波トランスデューサー素子からの超音波エコー信号（受信信号）の受信処理を行う。制御部ＣＴＬは、送受信部ＴＲＸ及び検査回路ＣＨＫの制御処理を行う。検査回路ＣＨＫは、上述した配線破断検査を行う。プローブ本体側コネクターＣＮｂは、ヘッドユニット（又はプローブヘッド）側コネクターＣＮａと接続される。プローブ本体３２０は、ケーブルＣＢにより例えば超音波診断装置本体に接続される。
ヘッドユニット２２０は、プローブ筐体２４０に格納されているが、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体２４０から取り外すことができる。こうすることで、ヘッドユニット２２０だけを交換することができる。或いは、プローブ筐体２４０に格納された状態で、即ちプローブヘッド３１０として交換することもできる。
制御部ＣＴＬは、接続部２１０を介して素子チップ２００に設けられたチップ端子に信号を出力する制御を行う。制御部ＣＴＬは、第１のヘッドユニット２２０がプローブ本体３２０に接続された場合には、第１の制御処理を行い、また第２のヘッドユニット２２０がプローブ本体３２０に接続された場合には、第１の制御処理とは異なる第２の制御処理を行うことができる。具体的には、第１のヘッドユニット２２０がプローブ本体３２０に接続された場合には、第１の制御処理として、送受信部ＴＲＸに対して超音波診断画像処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行う。また、第２のヘッドユニット２２０がプローブ本体３２０に接続された場合には、第２の制御処理として、送受信部ＴＲＸに対して血圧測定処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行う。こうすることで、診断対象に応じてヘッドユニットを交換し、その診断対象に適した超音波の送受信の制御処理を行うことができる。
以上説明したように、本実施形態のヘッドユニット、プローブヘッド及び超音波プローブによれば、ヘッドユニット（又はプローブヘッド）だけを交換することができる。こうすることで、素子チップが破損した場合などにヘッドユニット（又はプローブヘッド）だけを交換すればよいから修理費の低減やユーザーの利便性の向上などが可能になり、さらにヘッドユニットを使い捨てにすることで衛生面の向上なども期待できる。
また、本実施形態のヘッドユニット、プローブヘッド及び超音波プローブによれば、素子チップ内に配線破断検査用配線を設けることで、交換時に生じる素子チップの破損や接続不良などを検出することができる。その結果、信頼性の高い超音波プローブを実現することなどが可能になる。
さらに、診断対象に応じてヘッドユニットを交換し、その診断対象に適した制御処理を行うことができるから、効率の良い超音波診断などが可能になる。
図１０に、本実施形態のヘッドユニット２２０を含む診断装置（電子機器）の基本的な構成例を示す。診断装置は、超音波プローブ３００及び超音波診断装置本体４００を含む。超音波診断装置本体４００は、制御部４１０、処理部４２０、ＵＩ（ユーザーインターフェース）部４３０、表示部４４０を含む。
制御部４１０は、プローブ本体３２０の制御部ＣＴＬと共に、送受信部ＴＲＸに対して超音波の送受信制御を行う。さらに制御部４１０は、処理部４２０に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部４２０は、送受信部ＴＲＸからの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。ＵＩ（ユーザーインターフェース）部４３０は、ユーザーの行う操作（例えばタッチパネル操作など）に基づいて制御部４１０に必要な命令（コマンド）を出力する。表示部４４０は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部４２０からの表示用画像データを表示する。
なお、プローブ本体３２０の制御部ＣＴＬが行う制御の一部を超音波診断装置本体４００の制御部４１０が行ってもよいし、また超音波診断装置本体４００の制御部４１０が行う制御の一部をプローブ本体３２０の制御部ＣＴＬが行ってもよい。
なお、以上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。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又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ることができる。またヘッドユニット、超音波プローブ、電子機器及び診断装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
２００ 素子チップ、２１０ 接続部、２２０ ヘッドユニット、２３０ 接触部材、
２４０ プローブ筐体、３００ 超音波プローブ、３１０ プローブヘッド、
３２０ プローブ本体、４１０ 制御部、４２０ 処理部、４３０ ＵＩ部、
４４０ 表示部、
ＵＥ 超音波トランスデューサー素子、ＵＡＲ 超音波素子アレイ、
ＬＴ 配線破断検査用配線、
ＰＴ１、ＰＴ２ 配線破断検査用チップ端子、ＬＹ１〜ＬＹ８ コモン電極線、
ＬＸ１〜ＬＸ１２ 信号線、Ｘ１〜Ｘ１２ 信号端子、ＣＯＭ コモン端子、
ＣＮ、ＣＮ１、ＣＮ２ コネクター、ＦＰ、ＦＰ１、ＦＰ２ フレキシブル基板、
ＳＵＰ 支持部材、ＴＲＸ 送受信部、ＣＴＬ 制御部、ＣＨＫ 検査回路、
ＣＢ ケーブル

Claims (15)

  1. プローブ本体と、前記プローブ本体に脱着可能なヘッドユニットとを含む超音波プローブであって、
    前記ヘッドユニットは、
    前記超音波プローブの前記プローブ本体と当該ヘッドユニットとを電気的に接続する接続部と、
    アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、を有する超音波素子アレイを含み、前記接続部を介して前記プローブ本体と電気的に接続される素子チップと、
    前記素子チップを支持する支持部材とを含み、
    前記プローブ本体は、
    前記接続部を介して前記素子チップに設けられたチップ端子に信号を出力する制御を行う制御部を有し、
    前記制御部は、
    前記ヘッドユニットとして、第１のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、第１の制御処理として、超音波診断画像処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行い、
    前記ヘッドユニットとして、第２のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、第２の制御処理として、血圧測定処理に対応する超音波の送受信の制御処理を行うことを特徴とする超音波プローブ。
  2. 超音波プローブのプローブ本体に接続されるプローブヘッドであって、
    ヘッドユニットと、
    被検体と接触する接触部材と、
    前記ヘッドユニットを格納するプローブ筺体と、
    を含み、
    前記ヘッドユニットは、
    前記超音波プローブの前記プローブ本体と当該ヘッドユニットとを電気的に接続する接続部と、
    アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、を有する超音波素子アレイを含み、前記接続部を介して前記プローブ本体と電気的に接続される素子チップと、
    前記素子チップを支持する支持部材と、を含み、
    前記素子チップは、前記接触部材と前記支持部材との間に設けられ、
    前記ヘッドユニットは、前記ヘッドユニットの交換時に前記プローブ筺体から取り外し可能となるように前記プローブ筺体に格納されることを特徴とするプローブヘッド。
  3. 請求項２において、
    前記素子チップと前記接触部材との間には、前記素子チップを保護する保護部材が設けられていることを特徴とするプローブヘッド。
  4. 請求項２又は３において、
    前記接続部は、
    前記プローブ本体に接続される複数の接続端子を有し、前記支持部材の第１の面側に設けられる少なくとも１つのコネクターと、
    前記コネクターと前記素子チップとを接続する配線が形成される少なくとも１つのフレキシブル基板と、を有し、
    前記支持部材の前記第１の面の裏面である第２の面側に前記素子チップが支持され、
    前記フレキシブル基板は、前記支持部材の前記第２の面から、前記支持部材の側面を辿って、前記支持部材の前記第１の面に沿うように設けられることを特徴とするプローブヘッド。
  5. 請求項４において、
    前記接続部は、
    前記少なくとも１つのコネクターとして、第１のコネクター及び第２のコネクターを有し、前記少なくとも１つのフレキシブル基板として、第１のフレキシブル基板及び第２のフレキシブル基板を有し、
    前記第１のフレキシブル基板には、
    前記素子チップの第１の辺に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群と前記第１のコネクターとを接続する第１の配線群が形成され、
    前記第２のフレキシブル基板には、
    前記素子チップの前記第１の辺に対向する第２の辺に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群と前記第２のコネクターとを接続する第２の配線群が形成され、
    前記第１のチップ端子群と前記第２のチップ端子群とに、前記超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号が入力されることを特徴とするプローブヘッド。
  6. 請求項４において、
    前記接続部は、
    前記素子チップの第１の辺に沿う周辺部に設けられる第１のチップ端子群の信号が入力又は出力される第１の接続端子群と、
    前記素子チップの前記第１の辺に対向する第２の辺に沿う周辺部に設けられる第２のチップ端子群の信号が入力又は出力される第２の接続端子群とを有し、
    前記第１のチップ端子群と前記第２のチップ端子群とに、前記超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号が入力されることを特徴とするプローブヘッド。
  7. 請求項２乃至６のいずれかにおいて、
    前記接続部は、
    前記素子チップの検査用の信号が入力又は出力される検査用接続端子を有することを特徴とするプローブヘッド。
  8. 請求項７において、
    前記素子チップは、
    前記素子チップの検査用配線と、
    前記検査用配線に接続される配線破断検査用チップ端子とを有することを特徴とするプローブヘッド。
  9. 請求項８において、
    前記配線破断検査用チップ端子には、前記プローブ本体からの配線破断検査信号が入力されることを特徴とするプローブヘッド。
  10. 請求項９において、
    前記素子チップは、
    前記配線破断検査用チップ端子として、前記素子チップに設けられた信号端子の第１の方向側に設けられる第１の配線破断検査用チップ端子を有することを特徴とするプローブヘッド。
  11. 請求項１０において、
    前記素子チップは、
    前記配線破断検査用チップ端子として、前記素子チップに設けられた前記信号端子の前記第１の方向の反対方向である第２の方向側に設けられる第２の配線破断検査用チップ端子と、
    前記検査用配線として、前記第１の配線破断検査用チップ端子と前記第２の配線破断検査用チップ端子とに接続され、前記超音波素子アレイの周囲に沿って配線される配線破断検査用配線とを有することを特徴とするプローブヘッド。
  12. プローブ本体と、
    前記プローブ本体に脱着可能な請求項２乃至１１のいずれかに記載のプローブヘッドとを含むことを特徴とする超音波プローブ。
  13. 請求項１２において、
    前記プローブ本体は、
    前記接続部を介して前記素子チップに設けられたチップ端子に信号を出力する制御を行う制御部を有し、
    前記制御部は、
    前記ヘッドユニットとして、第１のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、第１の制御処理を行い、
    前記ヘッドユニットとして、第２のヘッドユニットが前記プローブ本体に接続された場合には、前記第１の制御処理とは異なる第２の制御処理を行うことを特徴とする超音波プローブ。
  14. 請求項１、１２又は１３のいずれかに記載の超音波プローブを含むことを特徴とする電子機器。
  15. 請求項１、１２又は１３のいずれかに記載の超音波プローブと、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする診断装置。
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