JP6205704B2 - 超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び診断装置 - Google Patents
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Description
上述したように、バルクの超音波素子を用いると、高耐圧の駆動ICが必要となるため、装置の小型化が困難であるという課題がある。例えば、ポータブル式の超音波測定装置等では、そのプローブや装置本体を小型化するニーズがあるが、高耐圧の駆動ICを搭載すると小型化が妨げられてしまう。
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(図2では図示省略)と、基板60に形成された超音波素子アレイ100と、第1〜第nの信号端子XA1〜XAn(複数の信号端子)と、第n+1〜第2nの信号端子XB1〜XBn(第2の複数の信号端子)と、第1のコモン端子XACと、第2のコモン端子XBCと、を含む。
図3〜図6に、本実施形態の超音波測定装置の基本構成例を示す。この超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス200と、第1のフレキシブル基板130と、第2のフレキシブル基板140と、超音波トランスデューサーデバイス200の基板60に実装される第1の集積回路装置110と、超音波トランスデューサーデバイス200の基板60に実装される第2の集積回路装置120と、を含む。なお以下では、第1の集積回路装置110、第1のフレキシブル基板130を例に説明するが、第2の集積回路装置120、第2のフレキシブル基板140についても同様に構成できる。また以下では適宜、超音波トランスデューサーデバイス200を素子チップとも呼ぶ。
図8に、超音波測定装置の構成例の回路ブロック図を示す。この超音波測定装置は、素子チップ200、集積回路装置500、アナログフロントエンド回路550、送受信制御回路560を含む。なお以下では集積回路装置500が第1の集積回路装置110に対応する場合を例に説明するが、集積回路装置500は第2の集積回路装置120に対応してもよいし、第1の集積回路装置110及び第2の集積回路装置120の両方を含んでもよい。
図10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、筐体600、音響部材610、素子チップ200(超音波トランスデューサーデバイス)、集積回路装置110、120、フレキシブル基板130、140、コネクター421〜424、リジッド基板431〜433、集積回路装置441〜448、回路素子451〜455を含む。
図11に、集積回路装置110のレイアウト構成例を示す。この集積回路装置110は、第1〜第64の送信回路TX1〜TX64、第1の制御回路CTS1、第2の制御回路CTS2を含む。なお図11では、第1の集積回路装置110を例にレイアウト構成例を説明するが、第2の集積回路装置120についても同様にレイアウト構成できる。
上記では、集積回路装置110が送信回路TX1〜TX64のみを含む場合を例に説明したが、本実施形態ではこれに限定されず、集積回路装置110は更にスイッチ素子やマルチプレクサーを含んでもよい。以下では、この場合の超音波測定装置の構成例について説明する。なお以下では第1の集積回路装置110を例に説明するが、第2の集積回路装置120についても同様に構成できる。
図13(A)に、超音波測定装置の構成例の回路ブロック図を示す。この超音波測定装置は、素子チップ200、集積回路装置500、アナログフロントエンド回路550、送受信制御回路560を含む。なお以下では集積回路装置500が第1の集積回路装置110に対応する場合を例に説明するが、集積回路装置500は第2の集積回路装置120に対応してもよいし、第1の集積回路装置110及び第2の集積回路装置120の両方を含んでもよい。
図15に、集積回路装置110の第2のレイアウト構成例を示す。この集積回路装置110は、第1〜第64のマルチプレクサーMUX1〜MUX64、第1〜第64の送信回路TX1〜TX64、第1〜第64のスイッチ素子SW1〜SW64、第1の制御回路CTS1、第2の制御回路CTS2を含む。
図16に、本実施形態の超音波測定装置が搭載されるヘッドユニット220の構成例を示す。図16に示すヘッドユニット220は、素子チップ200、接続部210、支持部材250を含む。なお、本実施形態のヘッドユニット220は図16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18(A)、図18(B)に、上記のヘッドユニット220が適用される超音波プローブ300の構成例を示す。図18(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18(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19に、超音波診断装置の構成例を示す。超音波診断装置は、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。
40 開口、45 開口部、50 振動膜、60 シリコン基板、
100 超音波素子アレイ、110 第1の集積回路装置、
115 異方性導電フィルム、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、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、270 保護部材、
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、
421〜424 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、
431〜433 リジッド基板、440 表示部、
441〜448 集積回路装置、451〜455 回路素子、
500 集積回路装置、510 マルチプレクサー、520 送信回路、
530 送受信切替回路、550 アナログフロントエンド回路、
560 送受信制御回路、570 リミッター回路、600 筐体、
610 音響部材、
CTS1,CTS2 制御回路、D1 第1の方向、D2 第2の方向、
DL スライス方向、DS スキャン方向、HL1 第1の長辺、
HL2 第2の長辺、HS1 第1の短辺、HS2 第2の短辺、
LR1〜LR64 第1〜第64の受信信号線、
LT1〜LT64 第1〜第64の信号線、
LX1〜LX64 第1〜第64の信号電極線、
MUX1〜MUX64 マルチプレクサー、
SW1〜SW64 第1〜第64のスイッチ素子、
TD1〜TD64 第1〜第64のダミー端子、
TR1〜TR64 第1〜第64の受信信号出力端子、
TT1〜TT64 第1〜第64の送信端子、
TX1〜TX64 第1〜第64の送信回路、
XA1〜XA64 第1〜第64の信号端子
Claims (15)
- 開口を有し、前記開口を閉塞する振動膜が設けられた基板と、
前記基板上に配置された複数の超音波素子を有する超音波素子アレイと、前記基板上に形成され、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数の信号電極線と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、
前記超音波素子アレイに対して送信信号を出力するための複数の端子を有する集積回路装置と、
を含み、
前記超音波素子は、前記振動膜に設けられ、かつ、前記基板の厚み方向からの平面視で前記開口と重なる領域である開口対応部位に設けられた圧電素子を有し、
前記複数の信号電極線の各信号電極線は、前記複数の超音波素子のうちの一部の超音波素子の少なくとも1つの信号電極が前記基板上に延在形成されている電極層を含み、
前記集積回路装置は前記基板に実装され、前記集積回路装置の前記複数の端子の各端子が前記複数の信号電極線のいずれかに接続されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1において、
前記超音波素子アレイは矩形であり、
前記矩形の長辺方向を第1の方向とする場合に、前記集積回路装置の長辺方向が前記第1の方向に沿うように、前記集積回路装置が前記基板に実装され、
前記複数の信号電極線は、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って前記基板に形成されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1又は2において、
前記複数の超音波素子の各超音波素子は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられたトランスデューサー部とを有し、
前記第1の電極又は前記第2の電極が前記少なくとも1つの信号電極線として前記基板上に延在形成されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記集積回路装置の前記複数の端子は、
突起電極により構成され、
前記集積回路装置は、
前記基板に対してフリップチップ実装されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記集積回路装置の回路素子はシリコン基板に形成され、
前記超音波トランスデューサーデバイスの前記基板はシリコンで構成され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、
前記振動膜が前記基板上に形成され、前記少なくとも1つの信号電極は前記振動膜上に延在形成されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項6において、
前記基板に実装される第2の集積回路装置を含み、
前記超音波素子アレイは矩形であり、
前記集積回路装置は前記矩形の第1の長辺側に実装され、前記第2の集積回路装置は前記矩形の第2の長辺側に実装されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記超音波素子アレイは矩形であり、
前記集積回路装置は、前記送信信号を出力するための送信回路を前記複数の端子ごとに有し、
前記矩形の長辺方向を第1の方向とする場合に、複数の前記送信回路は、前記集積回路装置を前記基板に対して実装した状態において前記第1の方向に沿って配置されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項8において、
前記集積回路装置は、前記複数の端子ごとに、当該端子に接続される送受信切り替えスイッチを有し、
複数の前記送受信切り替えスイッチは、前記集積回路装置を前記基板に対して実装した状態において前記第1の方向に沿って配置されていることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項8又は9において、
前記集積回路装置は、
前記第1の方向に沿って配置されている前記複数の端子と前記第1の方向に沿って配置されている前記複数の送信回路との間に配置されるマルチプレクサー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のいずれかにおいて、
前記超音波素子アレイを保護する保護膜層が、前記基板及び前記基板に実装された前記集積回路装置上に形成されることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項10において、
前記保護膜層は音響整合層を兼ねることを特徴とする超音波測定装置。 - プローブのヘッドユニットであって、
請求項1乃至12のいずれかに記載された超音波測定装置を含み、
前記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ヘッドユニット。 - プローブ本体と、
請求項1乃至12のいずれかに記載された超音波測定装置を有し、前記プローブ本体に脱着可能なヘッドユニットと、
を含むことを特徴とするプローブ。 - 請求項1乃至12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診断装置。
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