JPH02503753A - 改良された接続回路を備えるエコーグラフィー用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された接続回路を備えるエコーグラフィー用プローブ本発明は、改良された 接続回路を備えるエコーグラフィー用プローブに関するものである。本発明は特 に医学の分野に応用され、この分野では、検査している人体の組織の内Ｒ構造を 明らかにすることのできるエコーグラフによる検査にこのタイプのプローブが使 用されている。しかし、本発明は、音響信号の周波数が高いエコーグラフィーを 使用する産業上のあらゆる他の分野に応用することが可能である。実際、この周 波数が高いとプローブのサイズが対応して小さくなる。その結果、微小化に起因 する接続の特別な問題が発生する。本発明はその解決法を提供する。

エコーグラフは、主として、音響周波数で振動する電気信号を発生させる手段と 、この電気信号を受信して機械的励起に変換する変換プローブとを備えている。

このプローブは音波を放射する媒質に押し付けられる。一般に、媒質に音波を放 射した結果として発生する後方散乱信号は、放射の停止中に同じプローブで受信 される。このように可逆なプローブは、このプローブに到達した音響信号を再び 電気信号に変換する。この電気信号は受信装置に印加される。プローブ内では、 電気信号から音響信号への変換および／または逆の変換のための手段は、公知の ように、圧電性結晶を備えている。本発明の対象である接続装置は、プローブの 全素子の電気的接続に関する。プローブ内では、圧電素子は一般に一列に並置さ れて棒状体を形成している。音響現象に関しては、この棒状体において、有効な 音響信号が伝播する側である前面と、この前面の反対側の裏面とが区別される。

電気−音響変換のプロセスは、棒状体の素子の前面と裏面に電極が設けられてい るときに最も効果的である。電気信号は、放射されるとこれら電極に印加されて 圧電結晶内に交流電場が発生する。圧電結晶は振動して音響信号を放射する。受 信の際には逆のことが起こる。圧電素子のサイズは、プローブの動作音響周波数 と結晶内の音波の伝播速度の関数として計算されることが好ましい。これら２つ の物理量により、結晶内の音Ｖ振動の波長λが決まる。棒状体内では、複数の圧 電素子が長手方向に平行に一列に並置されている。これら圧電素子の高さは２つ の電極を隔てる距離である。この場合、素子は長さがλの１０倍よりも長く、高 さがほぼλ／２に等しく、これら２つの長さに直角に測定した幅がλ／６以下で ある必要があることが知られている。伝播速度が約１５００ｍ　７秒であり、動 作周波数が約７．５ＭＨｚで番、るこ七を考慮すると、棒状体中の素子は、幅、 従って接続のピッチが約３０ミクロン以下である必要がある。さらに、隣接した 圧電素子同士の間のクロストークによるノイズ現象を避けるため、圧電素子を輻 の中央で切断することが知られている。このようにすると、接続のピッチが２つ に分割されて約１５ミクロンになる。

接続を実現するため、従来技術において、半導体技術にヒントを得た方法が開発 された。この方法においては、接続用ワイヤの層が棒状体の各面に押し付けられ る。これら２つの層の中で、個々の接続線は圧電素子の分離された各電極に割り 当てられる。製造にあたっては、２つの層が棒状体の両側に突起部として延びる 。このようなプローブのサイズを小さくするため、これら２つの突起部はあとで 後方に曲げる。ところで、技術の発展により今や白かった棒状体を使用できるよ うになっている。

棒状体中では素子列は凸形状であり、検査する身体に直接接触させるのに適して いるだけでなく、扇形走査の際に棒状体を使用するに当たって棒状体の制御用電 子回路の数と複雑さを制限するのに役立つ。簡単にするという明らかな理由によ り、棒状体はまず最初に可撓性支持体の上に平らに製造され、次いで曲げられる 。従って、推薦されている接続方法を使用できないことがわかる。２回にわたっ て層を直交する方向に曲げることはできない。

１９８４年１２月３日に出願されたヨーロッパ特許第８４３０８３７３．４号に は、棒状体が曲がっていることに起因する接続の問題に対する解決法が記載され ている。この方法では、互いに隣接した素子のグループが小さなサイズの複数の 層に接続される（というのは、１つのグループ内の素子の数が棒状体内の素子の 数よりも少ないからである）。棒状体が白がっている場合には、これらの層が互 いに積層された平面の間のスペースを占めるようされている。しかし、この方法 は完全に満足のゆくものではない。たとえサイズが小さくとも層によって曲げら れたときに、この層が接続されている上記のグループの素子に及ぼされる応力に より、棒状体の全体の曲率の連続性が破れることが知られている。棒状体は、極 限では、実現すべき理論曲線に近い分断された線状の区画の連続であると考える ことができる。その結が難しくなる。この問題に対する解決法である１つの層ご とに接続線を１つだけにしてその接続線を単一の素子に割り当てるようにした複 数の層を実現するという方法は、棒状体内に含まれるべき素子の数、すなわち可 能な最大の数（典型例は１２８）を考慮すると利用することができない。実現す べき接続線の数は素子の数の３倍にも達することがあるため、ワイヤの太い東を 扱う必要があり、ワイヤのサイズが小さくされて約５ミクロンの直径となり、よ り弱くなる。

本発明は、製造上のこの問題に対する本当に工業的なスケールの解決法を提供す ることを目的とする。本発明では、各素子の横の位置に、隣接した少なくとも２ つの面にメタライズ層を備えるという特徴をもつ平行六面体の形状の中継ブロッ クを使用する。従って、この中継ブロック自体に所望の折り目が設けられている 。実際、この中継ブロックは、１つの面を通じて同一平面内で素子の電極と接続 することが可能である。この中継ブロックの面のうちでこの第１の面と電気的に 接続されているのとは別の面により、この中継ブロックを直角方向の接続回路に 接続することができる。凸状であれ凹状であれ、曲がった棒状体を利用する場合 に特に有効なこの解決法は、もちろん直線状の棒状体や分断された線状の棒状体 などに対しても適用することができる。すなわち、この方法が層の折り曲げに代 わる。

本発明は、全圧電素子に共通する支持体上に一列に並置された複数の圧電素子と 、電気回路をこれら素子に接続するための電気的接続手段とを備えるタイプのエ コーグラフィー用プローブであって、上記接続手段が、上記素子列の少なくとも １つの側で各素子に直角に、全体の形状が平行六面体であり隣接した少なくとも ２つの面にメタライズ層を有していて上記支持体に固定される少なくとも１つの ブロックを備えることを特徴とするプローブに関する。

本発明は、以下の説明を読み、添付の図面を参照することによりさらによく理解 できよう。しかし、図面は単なる例であって、本発明を限定するものではない。

図面で同じ参照番号は同じ要素を表す。図面は以下のものを示す。

第１図は、本発明のエコーグラフィー用プローブの一部を示す図である。

第２図ａ−第２図ｅは、本発明の接続回路の組み立て方法の各段階を示す図であ る。

第３図ａと第３図すは、本発明の改良が施されたプローブの素子の電気的接続法 の２つの変形例を示す図である。

第１図は、本発明のエコーグラフィー用プローブの棒状体を示している。この棒 状体１は、複数の圧電素子、例えば２つの単素子２ａと２ｂで構成された素子２ を備えている。これら素子は、全素子に共通する支持体３と音響変換ブレード４ ０間に並べて取り付けられている。ブレード４は２つの半ブレード４ａと４ｂに 分割されて、各素子に割り当てられている０素子２はこのように２つの単素子で 構成されている。この分割により、隣接した素子である例えば素子２と５の間に 発生する可能性のあるクロストークの問題を解決することができる。各素子の前 面６と裏面７にはそれぞれメタライズ層８．９が形成されている。メタライズ層 があるために、電気信号がこれらメタライズ層に印加されたときに素子内に電場 が誘起される。前面と裏面のメタライズ層により、音響信号の伝播方向に平行な 電場を印加することができる。この構成は有利である。というのは、電場と音場 の間のカップリング係数を向上させることができるからである。

圧電素子は、例えば、Ｐ　Ｖ　Ｆ　ａまたはＰ　Ｖ　Ｔ、Ｆコポリマーなどのプ ラスチック、あるいは、ＰＺＴ、ＰＺＴ複合ポリマー、ＰｂＴｉ０ａ　、または 水晶などのセラミックからなる素子を備えている。

本発明を特徴付けているのは、主として、素子列Ａの少なくとも一方の側、ここ では右側に、各素子に割り当てられていて全体の形状が平行六面体のブロック１ ０（ブロック１０は素子２に割り当てられている）が存在していることである。

ブロックは、隣接した少なくとも２つの面にメタライズ層を備えるという特徴を 有する。ここでは、ブロック１００面１１〜１４のすべてにメタライズ層が形成 されている。その結果、棒状体の平面に平行な平面内に実現されている素子のメ タライズ層８．９は、平行な平面内でブロックのメタライズ層を有する面に簡単 に接続することができる。また、ブロックの隣接した面との間でメタライズ層の 連続性があると、今や棒状体の平面に垂直な平面内でこれら素子に電気的な接続 を行える可能性が出る。このようにして、層の折り曲げと等価な操作が実現され た。中継ブロックは任意の形状をとることができる。平行六面体の場合には、ブ ロックの少なくとも２つのメタライズ面がほぼ垂直な２つの平面内に位置するこ とがわかる。

第２図ａ−第２図ｅを参照して、本発明の棒状体の一般的な製造方法を検討する 。例えばポリウレタンで製造されていて逆子字形の薄い支持体３０表面に、公知 の方法でメタライズ層を形成する。例えば真空蒸着や電着を行う。次に、この支 持体の中央部の上に圧電性結晶の棒状体１５を固定する。この棒状体１５におい ては、あとで素子が区画されることになるさらに、長さしが結晶１５の長さと等 しい、すなわち棒状体を実現するのに必要ブ１長さに等しいセラミック製のスベ ニサ（第２図ａ）を準備する。次に、このスペーサ１６のすべての面１１〜１４ にメタライズ層を形成し、その周囲の電気的連続性が保証されるようにする。

次に、簡単な溝形成操作により（第２図Ｃ）、メタライズ層を電気的に互いに独 立な２つのメタライズ部２１．２２に分割する。

例えば、メタライズ層を横断する溝１７．１８を、スペーサのセラミック本体の 中まで形成する。各棒状体に対して、このようにして２つのスペーサを準備する ことが好ましい。次に、各スペーサ］６．１９を、支持体３の突起部２３と２４ の上で結晶１５０両側の位置に固定する。支持体の全体の形状が逆Ｔ字であるこ とを利用してこの支持体の両側にスペーサ１６．１９を固定する。

次に、同様の方法により、厚さが公知のようにプローブの音波の将来の動作波長 の２に等しい変換（遷移）ブレードと呼ばれるブレード２０を形成する。このブ レード２０は下部にメタライズ層が形成される。次に、このブレードを結晶１５ とスペーサ１６．１９に固定する。各スペーサの２つのメタライズ部のうちの１ つであるメタライズ部２１は、支持体３の鉛直面と水平面でこの支持体のメタラ イズ層と接触することができる。一方、他方のメタライズ部であるメタライズ部 ２２は、ブレード２０のメタライズ層の下に接触することができる。これら２つ のメタライズ部２１゜２２がスペーサ１６の側面１３の側に延びているため、結 晶１５の平面に垂直な側面に、この結晶の上面と下面のメタライズ層を電気的に 形成することができた。結晶の表面のメタライズ層８とブレード２０のメタライ ズ層であるメタライズ層２２０間、支持体のメタライズ層であるメタライズ層９ とメタライズ層２１０間の電気的連続性は、プレスし、必要に応じて導電性接着 剤を用いて接着することにより保証される。結晶、スペーサ、ブレード、それに 支持体を製造するのに必要な実現精度を考慮すると、ブレード２０の柔軟性を必 要に応じて変化させることにより、完全な組み立てを実現することができる。こ の目的で、結晶の側部の境界とスペーサの側部の間に弾性スペースｅを設けて、 このブレードが撓むことができるようにすることさえ可能である。

変形例では、スペーサに対して第２図ｄに示したようにメタライズ層を形成する ことができる。この図面では、スペーサ２５が、面２６から面２７に延びる唯一 のメタライズ層を備えている。

このようにして、スペーサ１６と１９の代わりに、結晶１５の一方の側と他方の 側では半回転している２つのスペーサ２５を使用することができる。例えば、結 晶の右側部分では、面２６のメタライズ層が支持体３の突起Ｂ２３のメタライズ 層と接触し、側方の鉛直なメタライズ層２７は棒状体の右側からの接続に割り当 てられる。棒状体の左側ではメタライズ層２６がブレード２０のメタライズ層と 接触し、今度は左側に示されている側方の鉛直なメタライスＦｊ２７が接続の連 続性を保証する。このようにして、左側から結晶１５の他方の電極に電気的にア クセスできる。

この組み立て操作が実行された後には、このようにして構成した複合棒状体内の 圧電素子の棒状体を区画する。公知のように、所定のピッチでこの棒状体に沿っ て例えばカッターで切断を行う。素子間の切断６２７（第１図）は、同じ素子の 内部の切断部２８よりも深いことが好ましい。点線２９で切断部２７の底が示さ れていることから、これら切断部が支持体３の中まで、すなわちスペーサの底よ りも下まで延びていることがゎがる。このことから、スペーサは一連のブロック （例えば１０）に切断され、そのためにそれぞれが１つの圧電素子に割り当てら れる。中間切断部２８は、各素子の中央部に、点線３０によって示された深さま で設けられる。この点線３０の平面は溝１７の高さ位置の下にある。溝１７は、 スペーサ１６のメタライズ層を電気的に独立な２つのメタライズ部に分割してい ることが好ましい。このようにすると、同じ素子に対して、この素子の中継ブロ ックの側面３１に取り付けられた接続線によって下方電極にアクセスすることが 可能になる。この素子を構成する２つの半素子のそれぞれの上部電極には、同じ ブロックに属しており、切断８２８によって電気的に絶縁されたメタライズ部３ ２．３３によってアクセスする。

接続部３１〜３３は、今や棒状体１の平面に垂直な平面内に実際に位置すること がわかる。

第３図ａと第３図すは、本発明により簡単化された接続手段の残りの部分の実施 例を示している。先に指摘したように、本発明は曲がった棒状体を実現する場合 に特に重要である。曲げ操作は、適当な曲線状の型の上に変形可能な支持体３を 押し付けて切断部２７．２８を形成した後に実行される。第３図ａに示されてい る微小組み立て法には、全面にメタライズ層が形成されているスペーサの溝１７ ．１８を有する実施例と、（例えばエツチングにより得られる）２つのプリント 回路３５．３６が含まれている。各プリント回路は、頭部が丸くなっていて白か った支持体３の下に、またはこの支持体の近くで重なり合う拡がった部分を備え ている。各プリント回路は、この回路の頭部で花冠状に拡がった多数のトラック ３７．３８を備えている。トラックの数はプローブの圧電素子の数に等しい。プ リント回路は、トラック３７．３８の他に、このプリント回路を取り囲むトラッ ク３９を備えている。トラック３９は、電気的接続用ワイヤ４０と４２によって 平行六面体の各ブロックの接続部３２．３３に接続されることになる。

各トラック３７．３８の端部は接続用ワイヤ４１によって平行六面体ブロックの 接続部４２に接続されることになる。同様の接続用ワイヤがプリント回路３６に 対しても設けられている。

この接続法によると、上で説明した従来の組み立てと比較して、接続の対称性と いうさらなる利点が保証される。実際、上で説明した従来技術では、素子の面の うちの１つの面に対する接続が棒状体の一方の側だけで行われるのに対し、（素 子の他方の面の）別の接続はこの棒状体の他方の側で行われる。その結果、圧電 性結晶の動作が悪い方に変化する。本発明では棒状体の同一の側から、好ましく は棒状体の２つの側から同時に各素子の２つの電極に電力供給を行っているので この欠点を回避できるという効果がある。接続用ワイヤ４０〜４２を実現するの に利用する方法は、半導体技術で使用されているタイプの接続方法から導かれる 。この方法は、一方では接続用ワイヤ４０と４２、他方では接続用ワイヤ４１が 規則正しいピッチで分配されているために工業化が完全に可能である。従って、 非常に厳密なこの操作は、この操作を実行する機械に対して棒状体とプリント回 路の組立体を円形運動させる場合に自動化することができる。

第３図すに示された変形例では、使用されている接続法はいわゆる再溶融法であ る。この方法では、プリント回路、例えばプリント回路３５が曲がった棒状体の それぞれの側から近づけられる。プリント回路３５は、トラックの端部の位置と 環状トラックの該当する位置にメタライズ層で覆われた穴４３〜４５を備えてい る。メタライズ層で覆われたこれら穴は、各圧電素子の中継ブロックのそれぞれ の側面３１〜３３と対向して配置されている。

これら穴のメタライズ層とこれら側面のメタライズ層は、成長させることにより 得られるインジウムの微小粒状体を受は入れるのに適した状態にされている。再 溶融操作を行う前に、プリント回路を棒状体に押し付けて対応する粒状体を互い に接触させる。次に、真空中で適当な温度に加熱（９０℃）して再溶融操作を行 う。この場合、粒状体は互いに溶は合い、さらに、粒状体が載せられているメタ ライズ層の中にも溶は込む。この方法の利点は、全ブロック、従って全素子に対 して同時に接続を行えることである。次に、他の操作を従来と同様に実行する。

特に、プローブを上記の電気回路（図示せず）に接続するコネクタと、このよう にして製造されたプローブの保護用エンベロープを製造する。

′−−１ 補正書の翻訳文得出書（特許法第１８４条の８）１８国際出願番号　ＰＣＴ／Ｆ Ｒ８７１００４６２３、特許出願人 住所　　　フランス国９２１３０イシーレムリノーリニ　力ミーユ　タム−ラン １００ 代表者　　シュミット、クリスチャン ４、代理人 住　　所　　■１０１東京都千代田区東神田１−１０−７篠田ビル７階　電話（ ０３）　８６４−９４６１６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　　〔１通〕別の接続法を例えばヨ ーロッパ特許出願公開第１４０．３６３号またはイギリス国特許出願公開！　２ ，０７９，１０９号に見ることができる。しかし、これらの方法を用いても、あ とでプローブを形成することも、同時に電気的接続の独立性を得ることもできな い。

請求の範囲 １、　全圧電素子に共通する支持体（３）上に一列に並置された（Δ）複数の圧 電素子（２）と、電気回路をこれら素子に接続するための電気的接続手段（３５ ，３６）とを備えるタイプのエコーグラフィー用プローブであって、上記接続手 段が、上記素にメタライズ層を有していて上記支持体に固定される少なくとも１ つのブロック（１０）を備えることを特徴とするプローブ。

２、　上記素子のそれぞれが音Ｗ変換ブレード（４）で覆われており、上記ブロ ックが上記支持体と上記ブレードの間に挿入されていることを特徴とする請求項 １に記載のプローブ。

３、　上記素子列が曲がっている（第３図ａ、第３図ｂ）ことを特徴とする請求 項１または２に記載のプローブ。

４、　上記素子列が凸状であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。

５、　上記素子列が凹状であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。

６、　上記電気的接続手段が各素子に直角に、該素子の両側の位置に上記支持体 と上記変換ブレードの間に挿入された２つのブロック　（１６，１９）を備える ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のプローブ。

７、　上記ブロックの隣接した少なくとも３つの面にメタライズ層を備え、該メ タライズ層が、上記支持体と上記ブレードにそれぞれ押し付けられる素子の面（ ７，６）に接続されることになる電気的に互いに独立な２つの接触面（２１，２ ２）を形成することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のプローブ 。

８、　上記接続手段が、プリント回路（３５）と、上記ブロックのメタライズ層 （３１〜３３）を上記プリント回路のプリントされた接続線（３７〜３９）に接 続するだめの一群のワイヤ（４０〜４２）とを備えることを特徴とする請求項１ 〜７のいずれか１項に記載のプローブ。

９、　上記接続手段が、プリント回路と、上記ブロックの側面（３１〜３３）な らびに上記プリント回路に設けられた接続部（４３〜４５）に堆積されていて再 溶融される金属粒状体とを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項 に記載のプローブ。

１０、　　上記ブロックが、上記メタライズ層を分割するだめの少なくとも１つ の中間溝（１７）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載 の装置。

１１、　　上記ブロックを隣接した２つの単素子に接続することができるよう、 該ブロックが中間切断部（２８）を備えることを特徴とする請求項１〜１０のい ずれか１項に記載の装置。

１２、　　上記素子の側縁部と該素子に対応するブロックの側縁部の間に弾性ス ペース（ｅ）を備えることを特徴とする請求項１〜１］のいずれか１項に記載の 装置。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ８７００４６２ ＳＡ　　　　１９７００

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．全圧電素子に共通する支持体（３）上に一列に並置された（Ａ）複数の圧電 素子（２）と、電気回路をこれら素子に接続するための電気的接続手段（３５、 ３６）とを備えるタイプのエコーグラフィー用プローブであって、上記接続手段 が、上記素子列の少なくとも１つの側で各素子に直角に、全体の形状が平行六面 体であり隣接した少なくとも２つの面（１２、１３）にメタライズ層を有してい て上記支持体に固定される少なくとも１つのブロック（１０）を備えることを特 徴とするプローブ。
2. ２．上記素子のそれぞれが音き響変換ブレード（４）で覆われており、上記ブロ ックが上記支持体と上記ブレードの間に挿入されていることを特徴とする請求項 １に記載のプローブ。
3. ３．上記素子列が曲がっている（第３図ａ、第３図ｂ）ことを特徴とする請求項 １または２に記載のプローブ。
4. ４．上記素子列が凸状であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
5. ５．上記素子列が凹状であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
6. ６．上記電気的接続手段が各素子に直角に、該素子の両側の位置に上記支持体と 上記変換ブレードの間に挿入された２つのブロック（１６、１９）を備えること を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のプローブ。
7. ７．上記ブロックの隣接した少なくとも３つの面にメタライズ層を備え、該メタ ライズ属が、上記支持体と上記ブレードにそれぞれ押し付けられる素子の面（７ 、６｝に接続されることになる電気的に互いに独立な２つの接触面（２１、２２ ）を形成することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のプローブ。
8. ８．上記接続手段が、プリント回路（３５）と、上記ブロックのメタライズ層（ ３１〜３３）を上記プリント回路のプリントされた接続線（３７〜３９）に接続 するための一群のワイヤ（４０〜４２）とを備えることを特徴とする請求項１〜 ７のいずれか１項に記載のプローブ。
9. ９．上記接続手段が、プリント回路と、上記ブロックの側面（３１〜３３）なら びに上記プリント回路に設けられた接続部（４３〜４５）に堆積されていて再溶 融される金属粒状体とを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に 記載のプローブ。
10. １０．上記ブロックが、上記メタライズ層を分割するための少なくとも１つの中 間溝（１７）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装 置。
11. １１．上記ブロックを隣接した２つの半素子に接続することができるよう、該ブ ロックが中間切断部（２８）を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ か１項に記載の装置。
12. １２．上記素子の側縁部と該素子に対応するブロックの側縁部の間に弾性スペー ス（ｅ）を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置 。