JP6451216B2

JP6451216B2 - 超音波プローブ、電子機器および超音波画像装置

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Publication number: JP6451216B2
Application number: JP2014222473A
Authority: JP
Inventors: 一輝吉田; 一幸加納
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016092509A

Description

本発明は、超音波プローブ、電子機器および超音波画像装置に関するものである。

超音波を発信または受信する超音波トランスデューサー素子が広く活用されている。超音波トランスデューサー素子は超音波を被検体に照射し反射波を検出する。超音波トランスデューサー素子が設置された超音波プローブが特許文献１に開示されている。これによると、超音波プローブでは支持基板上にデバイス基板が設置され、デバイス基板に薄膜型超音波トランスデューサー素子がアレイ状に配置されている。そして、デバイス基板上に音響レンズが設置されていた。そして、超音波プローブはケースを備え、ケースに超音波デバイスが設置されていた。

特開２０１３−１７５８７８号公報

超音波プローブと被検体との間にはジェルが塗布される。ジェルにより超音波は減衰せずに超音波プローブから被検体に入力される。そして、ジェルにより反射波は減衰せずに被検体から超音波プローブに入力される。ジェルは多くの水分を含み導電性を有している。ジェルが素子アレイや支持基板に接触するとき、その水分により配線部の抵抗が変化し正常な機能が妨げられる。そこで、超音波プローブが被検体にジェルとともに張り付けられることにより、ジェルに長時間接触する場合には超音波プローブ内部にジェルが侵入して正常機能が妨げられることを防止できる超音波プローブが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる超音波プローブであって、アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第１面に有するデバイス基板と、前記デバイス基板の前記第１面の反対側の第２面側に設置された支持基板と、前記デバイス基板の前記第１面側に設置された音響レンズと、前記デバイス基板を囲んで前記支持基板に設置されたケースと、前記音響レンズと前記ケースとに接続して設置された第１防水部と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、デバイス基板の第１面には素子アレイが設置され、素子アレイには薄膜型超音波トランスデューサー素子がアレイ状に配置されている。デバイス基板は支持基板に設置され、第１面の反対側の第２面側に支持基板が設置される。デバイス基板の第１面には音響レンズが設置されている。支持基板にはケースが設置され、ケースはデバイス基板を囲んでいる。素子アレイから超音波が射出される。超音波は音響レンズを通過する。超音波プローブと被検体との間にはジェルが塗布される。ジェルにより超音波は減衰せずに超音波プローブから被検体に入力される。または、ジェルにより超音波の反射波は減衰せずに被検体から超音波プローブに入力される。

ジェルが素子アレイや支持基板に付着するとき、ジェルにより配線から電気が漏電して正常な機能が妨げられる。本適用例では音響レンズとケースとの間に第１防水部が設置されている。従って、ケースと音響レンズとの間からジェルが進入することを防止することができる。その結果、その結果、超音波プローブがジェルに長時間接触する場合にも超音波プローブ内部にジェルが侵入して正常機能が妨げられることを防止することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる超音波プローブにおいて、前記ケースは第１ケース及び第２ケースを有し、前記第１ケースは交差して隣合う第３面及び第４面を備え、前記第２ケースは交差して隣合う第５面及び第６面を備えるとともに、前記第３面と前記第５面は対向して配置され、前記第４面と前記第６面は対向して配置され、前記第３面と前記第５面とに接続し、かつ前記第４面と前記第６面とに接続する第２防水部が設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、ケースは第１ケース及び第２ケースを備えている。そして、第１ケースと第２ケースとの間には第２防水部が設置されている。第１ケースでは第３面及び第４面が交差して隣合っている。第２ケースでは第５面及び第６面が交差して隣合っている。第３面と第５面とが互いに対向し、第４面と第６面とが互いに対向する。従って、第２防水部は交差する２つの面の間に位置し２つの面を接続する。この為、第２防水部が第１ケースまたは第２ケースから剥離するときにも剥離の進行は各面が交差する場所で停止する。従って、第２防水部は平坦な対向する２つの面の間に位置するより防水性を高くすることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる超音波プローブにおいて、前記ケースの内部から外部に延在する配線部を備え、前記ケースは、前記配線部が前記ケースを貫通する場所に前記配線部を囲む屈曲可能な凸部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、配線部がケースの内部から外部に延在している。そして、ケースは凸部を備え、配線部はケースを貫通し凸部からケースの外部に延在している。凸部は屈曲可能である為、配線部が延在する方向を凸部で曲げることができる。そして、配線部は凸部に囲まれている。凸部により配線の曲率半径を制限できる為、配線が曲がることによる断線を抑制することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる超音波プローブにおいて、前記支持基板は、当該支持基板の厚み方向からの平面視において前記デバイス基板に近い場所に比べて遠い場所の可撓性が高いことを特徴とする。

本適用例によれば、支持基板は可撓性が高い場所があり、支持基板を被検体の形状に沿って変形させることができる。これにより、超音波プローブと被検体との接触面積を広くすることができる為、ジェルを設置しても超音波プローブを移動し難くすることができる。デバイス基板に近い場所では可撓性が小さく支持基板が変形し難い為、薄膜型超音波トランスデューサー素子に応力を伝達し難くすることができる。その結果、超音波プローブは信頼性良く被検体の同じ場所に続けて超音波を出力し、被検体で反射した反射波を確実に入力することができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる超音波プローブにおいて、前記第１ケースは前記支持基板の前記デバイス基板が設置された側に位置し、前記第２ケースは前記支持基板の前記デバイス基板が設置された側の反対側に位置し、前記第１ケースは可撓性を有し前記支持基板の厚み方向からの平面視において前記第１ケース、前記第１防水部及び前記音響レンズが占める面積は前記第２ケースが占める面積に比べて広い面積を有することを特徴とする。

本適用例によれば、第１ケースは可撓性を有しているので第１ケースを被検体の形状に沿って変形させることができる。そして、支持基板の平面視において第１ケース、第１防水部及び音響レンズが占める面積は第２ケースが占める面積に比べて広い面積になっている。従って、第１ケースは被検体と接触する面積が広いため、超音波プローブが被検体の表面に沿って移動することを抑制することができる。

［適用例６］
本適用例にかかる電子機器であって、上記のいずれか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、前記超音波プローブの出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、電子機器は超音波プローブ及び処理部を備えている。そして、超音波プローブが超音波の変化を電気信号に変換し、処理部が電気信号を用いた演算を行う。そして、超音波プローブは防水性が高い為、電子機器は防水性が高い超音波プローブを備えた装置とすることができる。

［適用例７］
本適用例にかかる超音波画像装置であって、上記のいずれか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、前記超音波プローブの出力を処理し、画像を生成する処理部と、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。

本適用例によれば、超音波画像装置は超音波プローブ及び処理部を備えている。そして、超音波プローブが超音波の変化を電気信号に変換し、処理部が電気信号を用いて画像を生成する。そして、超音波プローブは防水性が高い為、超音波画像装置は防水性が高い超音波プローブを備えた装置とすることができる。

第１の実施形態にかかわる超音波画像装置の構成を示す概略斜視図。（ａ）は、超音波プローブの構成を示す模式平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、超音波プローブの構成を示す模式側面図。超音波デバイスの模式平面図。超音波プローブの模式側断面図。（ａ）は、超音波デバイスユニットの構造を示す模式平面図、（ｂ）は、被検体に設置された超音波プローブを説明するための模式側面図。コードブッシュの機能を説明するための要部模式平面図。第２の実施形態にかかわり、（ａ）は、超音波プローブの構造を示す模式平面図、（ｂ）は、超音波プローブの構造を示す模式側面図、（ｃ）は、超音波プローブの設置方法を説明するための模式側面図。

本実施形態では、超音波画像装置の特徴的な例について、図１〜図７に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわる超音波画像装置について図１〜図６に従って説明する。図１は、超音波画像装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、電子機器としての超音波画像装置１は処理部としての装置端末２と超音波プローブ３とを備える。装置端末２と超音波プローブ３とは配線部としてのケーブル４で相互に接続される。装置端末２と超音波プローブ３とはケーブル４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末２にはディスプレイパネル５が組み込まれる。ディスプレイパネル５の画面は装置端末２の表面で露出する。装置端末２では、超音波プローブ３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５の画面に表示される。ディスプレイパネル５の表面にはタッチキーが設置され、操作者はタッチキーを操作して各種の設定を行うことができる。

超音波プローブ３はケース６を備える。ケース６内には超音波デバイスが収容される。超音波デバイスは音響レンズ７を備える。音響レンズ７の外表面は一部が円柱の側面の形状になっている。音響レンズ７は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ７は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。ケース６には窓孔６ａが設置され、窓孔６ａには音響レンズ７が配置される。音響レンズ７の外表面はケース６の表面で露出する。超音波プローブ３は図示しない被検体に貼り付けて用いられる。超音波デバイスは音響レンズ７の表面から被検体に超音波を出力するとともに被検体の内部で反射した超音波の反射波を受信する。

図２（ａ）は、超音波プローブの構成を示す模式平面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、超音波プローブの構成を示す模式側面図である。図２に示すように、ケース６は平面視が四角形の板状であり第１ケース８及び第２ケース９を備えている。第１ケース８には窓孔６ａが設置されている。窓孔６ａが設置された面が向く方向をＺ方向とし、ケース６の側面が延在する方向をＸ方向及びＹ方向とする。

音響レンズ７は窓孔６ａから露出し音響レンズ７の円筒面７ａの母線はＸ方向に延在する。ケース６のＹ方向側の側面には−Ｘ方向側に凸部としてのコードブッシュ１０が設置され、コードブッシュ１０にケーブル４が設置されている。コードブッシュ１０はケーブル４を囲んでいる。ケース６の内部にはデバイス基板としての超音波デバイス１１が設置され、超音波デバイス１１は音響レンズ７と対向する場所に位置している。

図３は超音波デバイスの模式平面図であり、図４は超音波プローブの模式側断面図である。図３及び図４に示すように、超音波デバイス１１は基体１２を備える。基体１２の第１面としての表面１２ａには素子アレイ１３が形成される。素子アレイ１３はアレイ状に配置された薄膜型超音波トランスデューサー素子の配列で構成される。以下、薄膜型超音波トランスデューサー素子を素子１４と称す。配列は複数行複数列のマトリックスで形成される。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１４群は奇数列の素子１４群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列及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。

個々の素子１４は振動膜１５を備える。図中では振動膜１５の膜面と垂直な方向の平面視で振動膜１５の輪郭が点線で描かれている。振動膜１５上には圧電素子１６が設置されている。圧電素子１６は上電極１７、下電極１８及び圧電体膜２１で構成される。個々の素子１４において上電極１７及び下電極１８の間に圧電体膜２１が挟まれており、下電極１８、圧電体膜２１及び上電極１７の順番で重ねられている。超音波デバイス１１は基体１２に素子アレイ１３が設置された物を示し、超音波デバイス１１は１枚の超音波トランスデューサー素子チップの形態になっている。

基体１２の表面１２ａには複数本の第１導電体２２が設置されている。第１導電体２２は配列の行方向に相互に平行に延びる。行方向は図中のＸ方向である。１つの行の素子１４を横断して１本の第１導電体２２が設置されている。１本の第１導電体２２は配列の行方向に並ぶ素子１４の圧電体膜２１に共通に接続され、第１導電体２２は個々の素子１４の上電極１７となっている。第１導電体２２の両端には第１導電体２２と接続する一対の引き出し配線２３が設置されている。引き出し配線２３は配列の列方向に延在する。列方向は図中のＹ方向である。総ての第１導電体２２は同一長さとなっている。こうしてマトリックス状に設置された総ての素子１４と上電極１７が接続されている。つまり、第１導電体２２は素子１４の共通電極となっている。第１導電体２２は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体２２にはその他の導電材が利用されてもよい。

基体１２の表面１２ａには複数本の第２導電体２４が設置されている。第２導電体２４は配列の列方向に相互に平行に延びる。１つの列の素子１４を横断して１本の第２導電体２４が設置されている。１本の第２導電体２４は配列の列方向に並ぶ素子１４の圧電体膜２１に共通に接続され、第２導電体２４は個々の素子１４の下電極１８となっている。第２導電体２４には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）及びチタン（Ｔｉ）の積層膜を用いることができる。ただし、第２導電体２４にはその他の導電材が利用されてもよい。

第２導電体２４を通じて列ごとに素子１４の通電が切り替えられる。こうした通電の切り替えによりリニアスキャンやセクタースキャンを実現することができる。そして、１つの列の素子１４は同時に超音波を出力する。１つの列における素子１４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ている。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよく、図中では省略されて５行が描かれている。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ている。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよく、図中では省略されて８列が描かれている。上電極１７及び下電極１８の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリックス全体の素子１４に対して共通の電圧を印加する下電極が設置され、配列された素子１４の列ごとに電圧を印加する上電極が設置された構造にしてもよい。

基体１２の輪郭を構成する４辺のうち第１導電体２２と平行な２辺を第１辺１２ｂ及び第２辺１２ｃとする。第１辺１２ｂと素子アレイ１３の輪郭との間に第１端子アレイ２５ａが配置され、第２辺１２ｃと素子アレイ１３の輪郭との間に第２端子アレイ２５ｂが配置されている。第１端子アレイ２５ａ及び第２端子アレイ２５ｂは第１辺１２ｂ及び第２辺１２ｃと平行な方向に配列して設置されている。

第１端子アレイ２５ａは一対の上電極端子２６及び複数の下電極端子２７で構成される。同様に、第２端子アレイ２５ｂは一対の上電極端子２８及び複数の下電極端子２９で構成されている。１本の引き出し配線２３の両端には上電極端子２６及び上電極端子２８が接続されている。１本の第２導電体２４の両端には下電極端子２７及び下電極端子２９が接続されている。

基体１２上には第１端子アレイ２５ａと重ねてフレキシブルプリント配線板である第１配線板３０が設置されている。第１配線板３０は第１端子アレイ２５ａに覆い被さっている。第１配線板３０の一端には上電極端子２６及び下電極端子２７に個別に対応して第１信号線３１が設置されている。第１信号線３１は導電線であり、第１信号線３１は上電極端子２６及び下電極端子２７とそれぞれ接続されている。

同様に、基体１２上には第２端子アレイ２５ｂと重ねてフレキシブルプリント配線板である第２配線板３２が設置されている。第２配線板３２は第２端子アレイ２５ｂに覆い被さっている。第２配線板３２の一端には上電極端子２８及び下電極端子２９に個別に対応して第２信号線３３が設置されている。第２信号線３３は上電極端子２８及び下電極端子２９とそれぞれ接続されている。

図４に示すように、基体１２は基板３４及び被覆膜３５を備える。基板３４のＺ方向側の表面３４ａには被覆膜３５が設置される。基板３４の−Ｚ方向側の裏面３４ｂには個々の素子１４ごとに開口部３６が設置されている。開口部３６は基板３４に対してマトリックス状に配置され、個々の開口部３６は素子１４ごとに−Ｚ方向側の裏面３４ｂに開口する。開口部３６が配置される領域の輪郭は素子アレイ１３の輪郭に相当する。隣合う開口部３６の間には仕切り壁３７が設置され、仕切り壁３７が基板３４を区画する。隣接する開口部３６は仕切り壁３７で仕切られる。基板３４の材質は特に限定されないが本実施形態では例えばシリコン基板になっている。

被覆膜３５は、基板３４の表面３４ａに積層される酸化シリコン層３８（ＳｉＯ₂）と、酸化シリコン層３８の表面に積層される酸化ジルコニウム層４１（ＺｒＯ₂）とで構成される。被覆膜３５は開口部３６で露出する。そして、開口部３６にて露出する被覆膜３５が振動膜１５となっている。振動膜１５は開口部３６に臨む被覆膜３５の一部であり基板３４の厚み方向に振動する部分である。酸化シリコン層３８の膜厚は共振周波数に基づき決定されている。

振動膜１５と対向する場所の表面１２ａには下電極１８、圧電体膜２１及び上電極１７がこの順番に積層された圧電素子１６が設置されている。圧電体膜２１は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。圧電体膜２１にはその他の圧電材料が用いられてもよい。第１導電体２２と対向する場所では圧電体膜２１が完全に第２導電体２４を覆っている。これにより、第１導電体２２と第２導電体２４とが短絡しないようになっている。

基体１２の表面１２ａには音響整合層４２が設置されている。音響整合層４２は素子アレイ１３を覆っている。音響整合層４２の膜厚は振動膜１５の共振周波数に応じて決定される。音響整合層４２には例えばシリコーン樹脂が用いられている。音響整合層４２上には音響レンズ７が配置されている。音響レンズ７は円筒面７ａの反対側の面で音響整合層４２の表面と密着している。音響整合層４２は接着剤として作用し、音響整合層４２により音響レンズ７は基体１２と接着されている。円筒面７ａの母線は第１導電体２２と平行に配置されている。各列の素子１４から発信される超音波の焦点位置に応じて円筒面７ａの曲率が設定されている。

基体１２の裏面３４ｂにはバッキング材としての補強板４３が接合して設置される。接合にあたって補強板４３は基体１２に接着剤で接着されてもよい。補強板４３は平板形状になっている。補強板４３には貫通口４４が形成される。補強板４３は基体１２の剛性を補強する。補強板４３の働きで基体１２の表面１２ａでは平面度が良好に確保される。補強板４３は例えば剛性のある基材を備えることが好ましく、基材は例えば４２アロイ（鉄ニッケル合金）といった金属材料を用いることができる。超音波デバイス１１は補強板４３及び素子アレイ１３が設置された基体１２から構成されている。

Ｚ方向から見た平面視で貫通口４４は素子アレイ１３の輪郭を収容する広がりを有する。そして、貫通口４４は基板３４の開口部３６と連通する。開口部３６及び貫通口４４は空気で満たされる。開口部３６及び貫通口４４の空気の厚みは超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍に設定される。こうした空気の厚みは基板３４及び補強板４３の板厚に基づき設定される。これにより、素子１４から−Ｚ方向に射出された超音波を反射波と干渉させて減衰させることができる。

補強板４３の−Ｚ方向側である第２面としての裏面４３ｂと接合して支持基板としての配線基板４５が設置されている。配線基板４５は電気信号を伝達する配線を備えると共に超音波デバイス１１を支持する基板となっている。配線基板４５、超音波デバイス１１、音響整合層４２及び音響レンズ７からなる構成体を超音波デバイスユニット４６と称す。配線基板４５上に超音波デバイス１１が設置される。詳しくは、配線基板４５に補強板４３が接合されている。超音波デバイス１１は配線基板４５と樹脂等の接着剤で接着され固定されている。配線基板４５には配線パターン４７が設置されている。超音波デバイス１１の第１配線板３０及び第２配線板３２は配線パターン４７に接続されている。

配線パターン４７は第１導電パッド４８ａ、第２導電パッド４８ｂ、ビア４９ａ、ビア４９ｂ、第１配線５０ａ、第２配線５０ｂ等から構成されている。第１導電パッド４８ａ及び第２導電パッド４８ｂは配線基板４５の＋Ｚ方向側の面に設置されている。第１導電パッド４８ａ及び第２導電パッド４８ｂは第１信号線３１及び第２信号線３３の各信号線に対応して配置されている。第１導電パッド４８ａ及び第２導電パッド４８ｂは例えば銅等の導電材から形成されている。各第１導電パッド４８ａ及び第２導電パッド４８ｂには対応する第１信号線３１及び第２信号線３３がそれぞれ接合される。

配線基板４５には第１導電パッド４８ａと対応してビア４９ａが設置され、第２導電パッド４８ｂと対応してビア４９ｂが設置されている。さらに、配線基板４５の−Ｚ方向側の面にはビア４９ａと接続して第１配線５０ａが設置され、ビア４９ｂと接続して第２配線５０ｂが設置されている。そして、第１配線５０ａと接続して第１コネクター５１ａが設置され、第２配線５０ｂと接続して第２コネクター５１ｂが設置されている。従って、第１端子アレイ２５ａは第１配線板３０、第１導電パッド４８ａ、ビア４９ａ及び第１配線５０ａを介して第１コネクター５１ａと接続されている。そして、第２端子アレイ２５ｂは第２配線板３２、第２導電パッド４８ｂ、ビア４９ｂ及び第２配線５０ｂを介して第２コネクター５１ｂと接続されている。

第１コネクター５１ａには配線５２ａが接続され、第２コネクター５１ｂには配線５２ｂが接続されている。配線５２ａ及び配線５２ｂはケーブル４内に設置され、装置端末２に接続されている。

ケース６は第１ケース８及び第２ケース９を備えている。第１ケース８は超音波デバイス１１が設置された側に位置し、第２ケース９は配線基板４５の−Ｚ方向側に位置している。そして、第１ケース８及び第２ケース９で配線基板４５を挟んで保持している。超音波デバイス１１はケース６に囲まれた形態になっている。第１ケース８は周囲に交差して隣合う第３面８ａ及び第４面８ｂを備えている。第３面８ａは−Ｚ方向を向く面であり、第４面８ｂはＹ方向またはＸ方向を向く面である。第４面８ｂは第３面８ａから連続し、かつ第３面８ａに対して屈曲した面である。第２ケース９も周囲に交差して隣合う第５面９ａ及び第６面９ｂを備えている。第５面９ａは第３面８ａと対応する面であり、第６面９ｂは第４面８ｂと対向する面である。第６面９ｂは第５面９ａから連続し、かつ第５面９ａに対して屈曲した面である。

第３面８ａと第５面９ａとの間及び第４面８ｂと第６面９ｂとの間には第２防水部としてのケース間防水部５５が設置されている。ケース間防水部５５は第３面８ａと第５面９ａとに接続し、かつ第４面８ｂと第６面９ｂとに接続する。ケース間防水部５５は樹脂等の接着剤であり第１ケース８と第２ケース９とを接着し固定している。そして、ケース間防水部５５はケース６の外周に沿って設置され、閉曲線を形成している。従って、ケース間防水部５５は第１ケース８と第２ケース９との間からジェル等の液体が侵入することを防止する。さらに、ケース間防水部５５は交差する２つの面の間に位置する。このため、ケース間防水部５５が第１ケース８または第２ケース９から剥離するときにも剥離の進行は各面が交差する場所で停止する。従って、ケース間防水部５５は平坦な対向する２つの面の間に位置するより防水性の信頼性を高くすることができる。

第１ケース８の窓孔６ａでは音響レンズ７と第１ケース８との間に第１防水部としてのレンズ側防水部５６を備えている。レンズ側防水部５６は音響レンズ７の外周に沿って設置されている。これにより、音響レンズ７と第１ケース８との間からジェル等の液体が侵入することをレンズ側防水部５６が防止することができる。

音響レンズ７の＋Ｙ方向側には第１配線板３０が設置されているので、レンズ側防水部５６は第１配線板３０の＋Ｚ方向側に設置される。レンズ側防水部５６は第１配線板３０と補強板４３との間にも設置されても良く、第１配線板３０と基体１２の間にも設置されても良い。同様に、音響レンズ７の−Ｙ方向側には第２配線板３２が設置されているので、レンズ側防水部５６は第２配線板３２の＋Ｚ方向側に設置される。レンズ側防水部５６は第２配線板３２と補強板４３との間にも設置されても良く、第２配線板３２と基体１２の間にも設置されても良い。音響レンズ７のＸ方向側には第１配線板３０や第２配線板３２が設置されていない。そして、音響レンズ７、音響整合層４２及び超音波デバイス１１と第１ケース８との間にレンズ側防水部５６が設置される。

レンズ側防水部５６は樹脂等の接着剤であり第１ケース８と音響レンズ７とを接着し固定している。そして、レンズ側防水部５６は音響レンズ７の外周に沿って設置され、閉曲線を形成している。従って、レンズ側防水部５６は第１ケース８と音響レンズ７との間からジェル等の液体が侵入することを防止する。

ジェルが素子アレイ１３や配線基板４５に付着するとき、ジェルにより配線から電気が漏電して正常な機能が妨げられる。レンズ側防水部５６が音響レンズ７と第１ケース８との間に設置されている。従って、ジェルが第１ケース８と音響レンズ７との間から進入することを防止することができる。その結果、超音波プローブ３内にジェルが侵入して誤動作することを防止することができる。

次に超音波画像装置１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子１６にパルス信号が供給される。下電極端子２７、下電極端子２９及び上電極端子２６、上電極端子２８を通じて列ごとに各素子１４にパルス信号が供給される。個々の素子１４では下電極１８及び上電極１７により圧電体膜２１に電界が作用する。これにより、圧電体膜２１は超音波の周波数で振動する。圧電体膜２１の振動は振動膜１５に伝わり、振動膜１５が振動する。その結果、振動膜１５から被検体に向けて所望の超音波が射出される。超音波は音響整合層４２及び音響レンズ７を通過する。さらに、超音波はジェルを通過して被検体に到達し、被検体の内部に向けて進行する。

被検体の内部では脂肪層や筋肉層等が位置し、各層の界面で超音波が反射し反射波となる。反射波は被検体の内部を通過する。さらに、反射波はジェル、音響レンズ７及び音響整合層４２を通過して振動膜１５に到達する。

超音波の反射波は振動膜１５を振動させる。振動膜１５の振動は圧電体膜２１を振動させる。圧電素子１６の圧電効果に応じて圧電素子１６から電圧が出力される。個々の素子１４では上電極１７と下電極１８との間で電位が生成される。電位は下電極端子２７、下電極端子２９及び上電極端子２６、上電極端子２８から電気信号として出力される。このように超音波は電気信号に変換されて出力される。

超音波プローブ３では超音波の送信及び反射波の受信が繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンが実現される。スキャンが完了すると装置端末２は出力信号をデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル５に表示される。

超音波の発信時に振動膜１５は超音波の振動数で振動する。超音波は振動膜１５から表面１２ａ側に伝わり超音波デバイス１１から＋Ｚ方向側に射出される。このとき、超音波は同様に振動膜１５から−Ｚ方向側にも射出される。超音波は開口部３６及び貫通口４４内の空気を伝わる。超音波の伝播経路の長さは基板３４の厚みと補強板４３の厚みを加算した長さである。補強板４３により伝播経路の長さが長くなるので超音波は減衰する。こうして振動膜１５から−Ｚ方向側に伝わる超音波の影響は抑制される。

開口部３６及び貫通口４４は特定の材料で満たされてもよい。材料は、超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こすものであることが望まれる。こうした材料には樹脂材が用いられることができる。材料の働きで超音波の減衰は促進される。その結果、振動膜１５から裏側に伝わる超音波の影響は確実に抑制される。このように減衰の度合いが高まれば、超音波の伝播経路を短縮化することができる。言い換えると、補強板４３の薄型化に寄与することができる。

振動膜１５から配線基板４５までの材料の厚みは超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍に設定されればよい。こうした材料の厚みは基板３４及び補強板４３の板厚に基づき設定される。こうした構造にすれば、振動膜１５から−Ｚ方向側に伝わる超音波が配線基板４５の界面で反射しても、素子１４に戻る超音波は振動膜１５から射出される超音波で打ち消し合う。こうして振動膜１５から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。

図５（ａ）は、超音波デバイスユニットの構造を示す模式平面図であり、図５（ｂ）は、被検体に設置された超音波プローブを説明するための模式側面図である。図５（ａ）に示すように、配線基板４５の中央には超音波デバイス１１が設置されている。そして、配線基板４５は超音波デバイス１１と対向する部分と超音波デバイス１１の周囲の部分が硬質基板４５ａとなっており、硬質基板４５ａの周囲は軟質基板４５ｂとなっている。つまり、配線基板４５は超音波デバイス１１に近い場所に比べて遠い場所の可撓性が高くなっている。

硬質基板４５ａはグラスファイバー等の添加物を混入させたエポキシ樹脂等の樹脂材料から形成されている。そして、軟質基板４５ｂはグラスファイバー等の添加物を含まないエポキシ樹脂等の樹脂材料から形成されている。硬質基板４５ａは剛性が高いので曲がり難く、超音波デバイス１１に曲げ応力が加わることを抑制することができる。

図５（ｂ）に示すように、被検体５７に超音波プローブ３が接触した状態で、粘着テープ５８により超音波プローブ３が被検体５７に固定されている。被検体５７は特に限定されないが、例えば本実施形態では、人体腹部になっている。被検体５７の表面形状は円弧状になっている。このとき、軟質基板４５ｂを被検体５７の表面形状に沿って変形させることができる。これにより、超音波プローブ３が被検体５７と接触する場所の面積を広くすることができる。従って、被検体５７と超音波プローブ３との間にジェルを設置しても超音波プローブ３を移動し難くすることができる。そして、超音波デバイス１１に近い場所では硬質基板４５ａの剛性が高い為、軟質基板４５ｂが変形しても超音波デバイス１１に応力を伝達し難くすることができる。その結果、超音波プローブ３は信頼性良く被検体５７の同じ場所に続けて超音波を出力することができる。さらに、超音波プローブ３は被検体５７の同じ場所で反射波を入力することができる。

図６は、コードブッシュの機能を説明するための要部模式平面図である。図６（ａ）に示すように、ケース６の側面の角に近い場所にコードブッシュ１０が設置され、コードブッシュ１０からケース６内にケーブル４が挿入されている。換言すれば、ケーブル４がケース６を貫通する場所にはケース６から突出する屈曲可能なコードブッシュ１０が設置されている。ケーブル４に力が作用しないときにはコードブッシュ１０は曲がらない形態となっている。

図６（ｂ）に示すように、ケーブル４に−Ｘ方向の力が作用するときコードブッシュ１０は屈曲可能である為、ケーブル４が延在する方向をコードブッシュ１０で曲げられる。同様に、図６（ｃ）に示すように、ケーブル４に＋Ｘ方向の力が作用するときコードブッシュ１０は屈曲可能である為、ケーブル４が延在する方向をコードブッシュ１０で曲げられる。同様に、ケーブル４にＺ方向または−Ｚ方向の力が作用するときコードブッシュ１０は屈曲可能である為、ケーブル４が延在する方向をコードブッシュ１０で曲げられる。そして、コードブッシュ１０によりケーブル４の曲率半径を制限できる為、ケーブル４が曲がることによる断線を抑制することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波プローブ３と被検体５７との間にはジェルが塗布される。ジェルが素子アレイ１３や配線基板４５に付着するとき、ジェルにより配線から電気が漏電して正常な機能が妨げられる。本実施形態では音響レンズ７と第１ケース８との間にレンズ側防水部５６が設置されている。従って、音響レンズ７と第１ケース８との間からジェルが進入することを防止することができる。その結果、超音波プローブ３内にジェルが侵入して超音波プローブ３が誤動作することを防止することができる。

（２）本実施形態によれば、ケース６は第１ケース８及び第２ケース９を備えている。そして、第１ケース８と第２ケース９との間にはケース間防水部５５が設置されている。第１ケース８では第３面８ａ及び第４面８ｂが交差して隣合っている。第２ケース９では第５面９ａ及び第６面９ｂが交差して隣合っている。第３面８ａと第５面９ａとが互いに対向し、第４面８ｂと第６面９ｂとが互いに対向する。従って、ケース間防水部５５は交差する２つの面の間に位置する。この為、ケース間防水部５５が第１ケース８または第２ケース９から剥離するときにも剥離の進行は各面が交差する場所で停止する。従って、ケース間防水部５５は平坦な対向する２つの面の間に位置するより防水性の信頼性を高くすることができる。

（３）本実施形態によれば、配線基板４５は硬質基板４５ａ及び可撓性が高い軟質基板４５ｂを備えている。従って、配線基板４５を被検体５７の形状に沿って変形させることができる。その結果、超音波プローブ３が被検体５７と接触する面積を広くすることができる為、被検体５７にジェルを設置しても超音波プローブ３を移動し難くすることができる。そして、超音波デバイス１１に近い場所の硬質基板４５ａは可撓性が小さい為、軟質基板４５ｂが変形しても超音波デバイス１１に応力を伝達し難くすることができる。その結果、超音波プローブ３は信頼性良く被検体５７の同じ場所に続けて超音波を出力することができる。または被検体５７の同じ場所で超音波の反射波を入力することができる。

（４）本実施形態によれば、ケーブル４がケース６の内部から外部に延在している。そして、ケース６はコードブッシュ１０を備え、ケーブル４はケース６を貫通しコードブッシュ１０からケース６の外部に延在している。コードブッシュ１０は屈曲可能である為、ケーブル４が延在する方向をコードブッシュ１０で曲げることができる。そして、コードブッシュ１０によりケーブル４の曲率半径を制限できる為、ケーブル４が曲がることによる断線を抑制することができる。

（５）本実施形態によれば、超音波画像装置１は超音波プローブ３及び装置端末２を備えている。そして、超音波プローブ３が超音波を電気信号に変換し、装置端末２が電気信号を用いた演算を行う。そして、装置端末２は超音波の反射波より検出した被検体５７の内部の画像を作成、ディスプレイパネル５に画像を表示することができる。超音波プローブ３は防水性が高い為、超音波画像装置１は防水性が高い超音波プローブ３を備えた装置とすることができる。

（第２の実施形態）
次に、超音波プローブの一実施形態について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、超音波プローブの構造を示す模式平面図であり、図７（ｂ）は、超音波プローブの構造を示す模式側面図である。図７（ｃ）は、超音波プローブの設置方法を説明するための模式側面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ケース６の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、超音波プローブ６１はケース６２を備え、ケース６２は第１ケース６３及び第２ケース６４を有している。第１ケース６３は可撓性を有しＺ方向から見て第１ケース６３、レンズ側防水部５６及び音響レンズ７が占める面積は第２ケース６４が占める面積に比べて広い面積を有している。第１ケース６３の材質は可撓性を有し防水性があれば良く特に限定されない。シリコーン樹脂等の各種樹脂やゴム等を用いることができる。

図７（ｃ）に示すように、被検体５７に超音波プローブ６１が接触した状態で、粘着テープ５８により超音波プローブ６１が被検体５７に固定されている。被検体５７の表面形状は断面が円弧状になっている。このとき、第１ケース６３を被検体５７の表面形状に沿って変形させることができる。従って、第１ケース６３が被検体５７に密着する面積が広くなり、被検体５７と超音波プローブ６１との間にジェルを設置しても超音波プローブ６１を移動し難くすることができる。その結果、超音波プローブ６１は信頼性良く被検体５７の同じ場所に続けて超音波を出力する。そして、被検体の同じ場所で超音波を入力することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１ケース６３は可撓性を有しているので第１ケース６３を被検体５７の断面形状に沿って変形させることができる。そして、−Ｚ方向からみて第１ケース６３、レンズ側防水部５６及び音響レンズ７が占める面積は第２ケース６４が占める面積に比べて広い面積になっている。従って、第１ケース６３は被検体５７と接触する面積が広いため、超音波プローブ６１が被検体５７の表面に沿って移動することを抑制することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、ケース間防水部５５は接着剤を兼ねた防水材料により形成された。ケース間防水部５５を弾性のあるパッキンにしても良い。そして第１ケース８と第２ケース９とをねじ等の固定具にて接続して固定しても良い。第１ケース８と第２ケース９とを離しやすくすることができる。

同様に、レンズ側防水部５６は接着剤を兼ねた防水材料により形成された。レンズ側防水部５６を弾性のあるパッキンにしても良い。そして第１ケース８と配線基板４５とをねじ等の固定具にて接続して固定しても良い。第１ケース８と超音波デバイス１１とを離しやすくすることができる。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、被検体５７は人体の腹部であった。超音波プローブ３及び超音波プローブ６１は他の被検体５７にも活用することができる。腹部以外の人体、人以外の動物、植物及び超音波を通過する構造物に活用することができる。

（変形例３）
前記第１の実施形態では、ケース６の平面形状は四角形であった。ケース６の平面形状は四角形以外でも良い。例えば、円形、楕円形、多角形の他、円弧と直線とで構成された形状でも良い。

１…電子機器としての超音波画像装置、２…処理部としての装置端末、３，６１…超音波プローブ、４…配線部としてのケーブル、６，６２…ケース、７…音響レンズ、８，６３…第１ケース、８ａ…第３面、８ｂ…第４面、９，６４…第２ケース、９ａ…第５面、９ｂ…第６面、１０…凸部としてのコードブッシュ、１１…デバイス基板としての超音波デバイス、１２ａ…第１面としての表面、１３…素子アレイ、１４…薄膜型超音波トランスデューサー素子としての素子、４３ｂ…第２面としての裏面、４５…支持基板としての配線基板、５５…第２防水部としてのケース間防水部、５６…第１防水部としてのレンズ側防水部。

Claims

アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第１面に有するデバイス基板と、
前記デバイス基板の前記第１面の反対側の第２面側に設置された支持基板と、
前記デバイス基板の前記第１面側に設置された音響レンズと、
前記デバイス基板を囲んで前記支持基板に設置されたケースと、
前記音響レンズと前記ケースとに接続して設置された第１防水部と、
を備えた超音波プローブであって、
前記支持基板は、当該支持基板の厚み方向からの平面視において前記デバイス基板に近い場所に比べて遠い場所の可撓性が高い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であって、
前記ケースの内部から外部に延在する配線部を備え、
前記ケースは、前記配線部が前記ケースを貫通する場所に前記配線部を囲む屈曲可能な凸部を備えることを特徴とする超音波プローブ。
請求項１または２に記載の超音波プローブであって、
前記ケースは第１ケース及び第２ケースを有し、
前記第１ケースは交差して隣合う第３面及び第４面を備え、
前記第２ケースは交差して隣合う第５面及び第６面を備えるとともに、前記第３面と前記第５面は対向して配置され、前記第４面と前記第６面は対向して配置され、
前記第３面と前記第５面とに接続し、かつ前記第４面と前記第６面とに接続する第２防水部が設置されていることを特徴とする超音波プローブ。
請求項３に記載の超音波プローブであって、
前記第１ケースは前記支持基板の前記デバイス基板が設置された側に位置し、
前記第２ケースは前記支持基板の前記デバイス基板が設置された側の反対側に位置し、前記第１ケースは可撓性を有し前記支持基板の厚み方向からの平面視において前記第１ケース、前記第１防水部及び前記音響レンズが占める面積は前記第２ケースが占める面積に比べて広い面積を有することを特徴とする超音波プローブ。
請求項１〜４のいずれか一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、前記超音波プローブの出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜４のいずれか一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、前記超音波プローブの出力を処理し、画像を生成する処理部と、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画像装置。