JP6102284B2 - 超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置 - Google Patents
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Description
バルク型の超音波素子では素子ピッチを狭くすることが困難であるため、スキャン方向に送信用の超音波素子列と受信用の超音波素子列を交互に並べることができないという課題がある。例えば、送信用(又は受信用)の超音波素子列のスキャン方向でのピッチが広くなるため、グレーティングローブ(grating lobe、サイドローブ)が発生してしまう。以下では、このような課題を解決できる本実施形態の超音波測定装置について説明する。
2.1.第1構成例
図2に、本実施形態の超音波測定装置に含まれる超音波トランスデューサーデバイス200の第1構成例を示す。この超音波トランスデューサーデバイス200は、基板60と、基板60に形成された超音波素子アレイ100と、基板60に形成された第1〜第nの受信端子XR1〜XRnと、基板60に形成された第1〜第nの送信端子XT1〜XTn(複数の送信端子)と、基板60に形成された第1〜第4のコモン端子XC1〜XC4と、基板60に形成されたコモン電極線LC1、LC2と、を含む。
上記の第1構成例では、同一信号を受信又は送信する1チャンネルに1列の超音波素子列が接続される場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、1チャンネルに1又は複数列の超音波素子列が接続されてもよい。
図4に、超音波トランスデューサーデバイス200の第3構成例を示す。この超音波トランスデューサーデバイス200は、基板60、超音波素子アレイ100、第1〜第64の受信端子XR1〜XR64、第1〜第63の送信端子XT1〜XT63、第1〜第4のコモン端子XC1〜XC4、コモン電極線LC1、LC2を含む。なお以下では、第1、第2構成例と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図5に、本実施形態の超音波測定装置を含む超音波プローブの構成例を示す。この超音波プローブは、第1のフレキシブル基板130、第2のフレキシブル基板140、超音波トランスデューサーデバイス200(素子チップ)、筐体600、音響部材610、バックプレート620、支持部材630、受信基板640、送信基板650、ケーブル660を含む。なお以下では、超音波トランスデューサーデバイス200を適宜「素子チップ」とも呼ぶ。
図6に、送信基板650に実装される送信システムの構成例を示す。図6の送信システムは、送信制御回路500、パルス出力回路510、バイアス設定回路520を含む。なお後述するように、送信回路の一部又は全部は第2のフレキシブル基板140に実装されてもよい。
図11に、送信システムの変形構成例を示す。図11の送信システムは、送信制御回路500、パルス出力回路510、バイアス設定回路520、マルチプレクサー530を含む。なお図6で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。ここで以下ではパルサーが4個、マルチプレクス数が4、素子チップ200の送信チャンネル数が16である場合を例に説明するが、本実施形態ではこれに限定されない。
上記では、受信システムと送信システムがそれぞれプローブ本体の受信基板640と送信基板650に実装される場合を例に説明したが、本実施形態ではこれに限定されない。例えば、受信システム(その一部又は全部)が、素子チップ200と受信基板640を接続する第1のフレキシブル基板130に実装され、送信システム(その一部又は全部)が、素子チップ200と送信基板650を接続する第2のフレキシブル基板140に実装されてもよい。
図14に、第1の集積回路装置110と第2の集積回路装置120のレイアウト構成例を示す。
図15に、本実施形態の超音波測定装置が搭載される超音波ヘッドユニット220の構成例を示す。図15に示す超音波ヘッドユニット220は、素子チップ200、接続部210、支持部材250を含む。なお、本実施形態の超音波ヘッドユニット220は図15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17(A)、図17(B)に、上記の超音波ヘッドユニット220が適用される超音波プローブ300の構成例を示す。図17(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17(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。
図18に、超音波画像装置の構成例を示す。超音波画像装置は、超音波プローブ300、電子機器本体400を含む。超音波プローブ300は、超音波ヘッドユニット220、処理装置330を含む。電子機器本体400は、制御部410、処理部420、ユーザーインターフェース部430、表示部440を含む。なお、図18では超音波プローブ300と電子機器本体400が別体の構成例を示すが、本実施形態はこれに限定されず、超音波プローブ300と電子機器本体400が一体化された装置として構成されてもよい。
40 開口、45 開口部、50 振動膜、60 基板、100 超音波素子アレイ、
110 第1の集積回路装置、120 第2の集積回路装置、
130 第1のフレキシブル基板、140 第2のフレキシブル基板、
200 超音波トランスデューサーデバイス(素子チップ)、210 接続部、
220 超音波ヘッドユニット、230 接触部材、240 プローブ筐体、
250 支持部材、260 固定用部材、300 超音波プローブ、
310 プローブヘッド、320 プローブ本体、330 処理装置、
332 送信部、334 送受信制御部、335 受信部、350 ケーブル、
400 電子機器本体、410 制御部、420 処理部、
421 第1のコネクター、422 第2のコネクター、
425 ヘッドユニット側コネクター、426 プローブ本体側コネクター、
430 ユーザーインターフェース部、440 表示部、500 送信制御回路、
510 パルス出力回路、520 バイアス設定回路、530 マルチプレクサー、
550 バイアス設定回路、560 受信アンプ、570 マルチプレクサー、
600 筐体、610 音響部材、620 バックプレート、630 支持部材、
640 受信基板、650 送信基板、660 ケーブル、
AMR1 増幅回路、D1 第1の方向(スキャン方向)、
D2 第2の方向(スライス方向)、D3〜D6 第3〜第6の方向、
FLQ1 出力信号線、FLR1 受信信号線、FLT1 送信信号線、
HN1,HN2 超音波素子アレイの端部、LRA1 受信電極線、
LTA1 送信電極線、PLS1 パルサー、RXU1 受信回路、
Rbr1 抵抗素子、SRA,SRB 受信用の超音波素子列、
STA〜STC 送信用の超音波素子列、Sbr1 スイッチ素子、
TXU1 送信回路、
Vbrx1,Vbrx2,Vbtx1,Vbtx2 バイアス電圧、
XR1 受信端子、XT1 送信端子
Claims (13)
- 受信用の超音波素子を備えた超音波素子列と送信用の超音波素子を備えた超音波素子列とを有する超音波素子アレイと、
前記受信用の超音波素子列に接続される受信端子と、
前記送信用の超音波素子列に接続される送信端子と、
前記受信端子からの受信信号を受ける受信回路と、
前記送信端子に対して送信信号を出力する送信回路と、
を含み、
前記受信用の超音波素子列と前記送信用の超音波素子列とは、スキャン方向である第1の方向に1又は複数列毎に配置され、
前記受信用の超音波素子列は、前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って前記受信用の超音波素子が配列され、
前記送信用の超音波素子列は、前記第2の方向に沿って前記送信用の超音波素子が配列され、
前記受信端子は、前記第2の方向における前記超音波素子アレイの一方の端部に配置され、
前記送信端子は、前記第2の方向における前記超音波素子アレイの他方の端部に配置されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1において、
前記受信回路と前記受信端子との間に設けられ、前記受信端子のノードを第1のバイアス電圧に設定する第1のバイアス設定回路と、
前記送信回路と前記送信端子との間に設けられ、前記送信端子のノードを第2のバイアス電圧に設定する第2のバイアス設定回路と、
を含むことを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項2において、
前記第1のバイアス設定回路と前記第2のバイアス設定回路は、前記第1のバイアス電圧と前記第2のバイアス電圧を独立に設定することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項2又は3において、
前記第1のバイアス設定回路は、
超音波の送信期間において前記受信端子のノードを固定電位に設定する設定回路を有することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項4において、
前記第1のバイアス設定回路は、
前記第1のバイアス電圧の供給線のノードと前記受信端子のノードとの間に設けられる抵抗素子を有し、
前記設定回路は、
前記固定電位の供給線のノードと前記受信端子のノードとの間に設けられ、前記超音波の送信期間においてオンになるスイッチ素子を有することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記受信回路を有する第1の集積回路装置が実装された第1のフレキシブル基板と、
前記送信回路を有する第2の集積回路装置が実装された第2のフレキシブル基板と、
を含むことを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項6において、
前記第1のフレキシブル基板には、前記受信端子に接続される受信信号線が配線され、
前記第1の集積回路装置は、前記受信信号線の配線方向に交差する方向に前記第1の集積回路装置の長辺方向が沿うように前記第1のフレキシブル基板に実装され、
前記第2のフレキシブル基板には、前記送信端子に接続される送信信号線が配線され、
前記第2の集積回路装置は、前記送信信号線の配線方向に交差する方向に前記第2の集積回路装置の長辺方向が沿うように前記第2のフレキシブル基板に実装されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項7において、
前記第1の集積回路装置は、前記受信回路を含む複数の受信回路を有し、
前記複数の受信回路は、前記第1の集積回路装置を前記第1のフレキシブル基板に対して実装した状態において前記第1の集積回路装置の長辺方向に沿って配列され、
前記第2の集積回路装置は、前記送信回路を含む複数の送信回路を有し、
前記複数の送信回路は、前記第2の集積回路装置を前記第2のフレキシブル基板に対して実装した状態において前記第2の集積回路装置の長辺方向に沿って配列されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項7又は8において、
前記第1の集積回路装置は、前記第1のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装され、
前記第2の集積回路装置は、前記第2のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項7乃至9のいずれかにおいて、
前記超音波素子アレイと前記受信端子と前記送信端子とが配置された基板を含み、
前記超音波素子アレイは、前記受信用の超音波素子列及び前記送信用の超音波素子列として複数の超音波素子を有し、
前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、
前記複数の超音波素子の各超音波素子は、
前記複数の開口のうち対応する開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部と、
を有し、
前記圧電素子部は、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、
を有することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載された超音波測定装置を含み、
超音波プローブのプローブ本体に対して着脱可能であることを特徴とする超音波ヘッドユニット。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載された超音波測定装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載された超音波測定装置と、
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超音波画像装置。
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