JPH04119800A

JPH04119800A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH04119800A
Application number: JP2239637A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Hara; 靖原; Nobushiro Shimura; 孚城志村; Kazuhiro Watanabe; 一宏渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-21
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940110B2

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】〔概要］圧電振動子を行列状に配し、各圧電振動子を独立に駆動
できるマトリクス型超音波探触子において、リード線の端末処理を簡易にすることを目的とし、前記行列状の圧電振動子の各行又は各列、又は複数行又
は複数列毎に、前記各行又は各列、又は複数行又は複数
列に対応した厚さのバッキングを設け、前記バッキング
の側面に露出した電極を設けた構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、圧電素子をマトリックス状に分割して２次元
配列とした超音波探触子に関する。

［従来の技術〕超音波探触子において１例えばリニア型の探触子は１画
像の高分解能化のためダイナミックフォーカスの技術に
より走査方向のビームを細く絞ることが可能となってき
た。しかし、従来の探触子では、走査方向と直交する短
軸方向のビームは走査方向のビームに比ベフォーカス点
以外では著しく広がっているのが現状である。そこで、
短軸方向に対しても素子を細かく分割してマトリックス
状の構造にすると、走査方向と同様にダイナミックフォ
ーカスが可能となり、ビームを細く絞ることができ２画
像の高分解能化に寄与するものと考えられている。

また、従来走査方向に対してのみ偏向をかけていたが、
マトリックス状の構造にすると、３次元的に偏向をかけ
ることが可能であるため、Ｃモード画像、任意方向の断
面、あるいは立体画像を得ることを可能にしている。

以上のように、走査方向と短軸方向に対しダイナミック
フォーカスを行う方法として、また３次元的な走査を行
う方法として、圧電素子をマトリックス状に分割する方
法が考えられてきた。しかし、素子が２次元に配置され
ているため、信号線の取り出し方が問題となっていた。

その解決方法として、特開昭５５−９６１４７号公報、
特開昭６２−２７９９号公報等がある。

前者の方法は、第１１図に示すように、圧電素子の片面
電極を７１−リソクス状に分割し１個々に電極を接続し
、前記振動子を貼り合わせるバッキング材のＺ方向に孔
をあけ、前記リード線がこの孔を通るようにバッキング
材上に振動子を貼り合わせる。その後バッキング裏面で
端末処理を行う方法である。

又、後者の方法は、第１２図に示すように、各行又は各
列に配置された複数の超音波振動子の下面に振動子面と
交差する板状のプリント配線板をそれぞれ前記各行又は
各列に対応させて設け、この各プリント配線板の間にバ
ッキング材を積層する方法である。

［発明が解決しようとする課Ｂ］走査方向と短軸方向に対し、ダイナミ・ノクフオーカス
が可能なリニア走査が可能で、また３次元的にビーム偏
向が可能なように、マトリックス状に圧電素子を配置し
た超音波探触子は、従来走査方向に対して、理想的には
グレーティングローブが出ないように分割した素子ピッ
チと同じかまたはそれ以下の素子ピッチで短軸方向に対
して素子を分割する必要がある。つまり、短軸方向にリ
ニア走査を行うためには９周波数３．５ＭＨｚで素子ピ
・ノチ約６００μｍ以下３セクタ走査するには２００〜
３００μｍ以下のピンチで素子を分割しなければならな
い。従ってマトリックスアレイの１素子のＸ−Ｙ平面で
の大きさは、はぼ数百ミクロンＸ数百ミクロン程度にな
る。従来の方法を用いた場合。

第１１図の方法では、素子の配置がそのままバッキング
の背面側の信号線配置となるため、リード線の端末処理
も複雑になってしまう。

次に第１２図に示す方法を用いた場合、ハシキング側に
放射される超音波の中で、バッキング材の中に放射され
る超音波と、プリント配線板の中に放射される超音波が
ある。このため、プリント配線板に放射される超音波の
影響で、探触子の効率が低下したり３　リングダウン時
間が長くなってしまうという問題が発生する。更にプリ
ント配線板が素子ピッチで重なり、且つバッキングの深
さ方向に対して同じ位置にあるため、端末処理が複雑に
なってしまう。

以上、１素子の大きさが小さいために、端末処理が複雑
になったり、プリント配線板の影響で効率が低下したり
、−リングダウン時間が長くなってしまうという問題が
あった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題を解決する手段を１本発明の原理図である第１
図、及び本発明の原理図である第２図を用いて説明する
。本原理図では１本発明に係る構造のみを示し、整合層
、音響レンズ等は省略した。

第１図においてマトリックスアレイ状圧電素子の行方向
をＸ１列方向をＹとする。そのＸ、Ｙ方向と垂直なハシ
キングの深さ方向をＺとする。

問題解決の方法として、マトリックスアレイでは、各行
または各列、あるいは複数行または複数列ごとに、アニ
ユラアレイでは、各同心円ごとにバッキングの厚さを段
階的に変化させ、このバッキングの側面に露出した電極
を設けた構造にする。

また最も素子に近い電極露出部までのバッキングの厚さ
は、背面方向に放射される超音波を十分減衰させる厚さ
である。

［作用〕以上の構造にすることにより、圧電素子と信号線の取り
つけ部では、信号線の周囲は全て同一バッキングである
ため、効率及びリングダウン時間がプリント配線板の影
響を受けることがなく。

また外部接続面をバッキングの側面に設けるため。

外部ケーブルあるいは、プリアンプ、アナログスイッチ
等の回路との配線空間に余裕が生まれる。

従って端末処理が容易に行うことが可能である。

超音波放射面側の電極引き出しは図示していないが、導
電性整合層、または銀箔、または蒸着等を用いることで
製作できる。

〔実施例］第３図〜第１０図、に本発明実施例を示す。

第５図は製作方法の概要を示している。ハシキングの深
さを段階的に変化させ、側面に、外部からのケーブル、
あるいはアナログスイッチ、プリアンプ等の回路を取り
付ける外部接続部を設け。

また圧電素子取りつけ面側の電極も露出させた構造を持
つバッキングに、圧電板を導電性材で接合した後、この
圧電板とハシキングをバッキングの接着面電極に対応し
てマトリックス状に分割するか、あるいは同心円状で且
つ中心から放射状に分割して製作する。その後、超音波
放射面側の電極を導電性整合層、または銀箔、または蒸
着等を用いて取り出し、さらに整合層、レンズを取りつ
けて製作を行う。

バッキングの製作方法について、第６〜８図に実施例を
示しである。

第６図は、厚さが段階的に変化したバッキング枠型中に
、各圧電素子の配置に合わせて信号線を配し、ハシキン
グ材を流し込み硬化させて製作する方法である。

第７図は、内部に各圧電素子の配置に合わせて信号線を
配したバッキング枠型に、バッキング材を流し込み硬化
させた後、バッキングの厚さが段階的に変化し、また各
電極が露出するように切削して製作を行う方法を示して
いる。

第８図は、薄板状にしたバッキングに、各行または各列
の電極パターンを形成し、該バッキングの薄板を積層す
ることによって製作する方法である。

第６〜８図に示すバッキングはいずれも圧電素子取りつ
け面を研磨して平面とし、電極を露出させた後、該面に
ランドや、真空蒸着，メッキ等のべタ電極を設け、半田
処理を行っておく。バッキングと圧電素子の取付け方法
として、圧電素子のキュリー点以下の温度で溶は出す低
温半田を用いて、圧電素子の超音波放射面側から熱を加
えて半田付けを行う方法が考えられる。この低温半田は
一般に強度が弱く、素子分割時に該素子の剥がれが発生
する可能性があるため、バッキングと圧電素子との取付
けを、低温半田に比べ接着強度が強い導電ペーストを用
いて行うことにより、より信転性の高い接着が可能であ
る。

次に、バッキングの側面に形成する電極露出部の製作、
及びバッキング薄板の積層に関して、第３図、第４図、
第８図、第９図に実施例を示す。

第３図は、複数行、複数列、複数の同心円ごとに、１つ
のバッキング面に電極露出部を形成する方法を示してい
る。これはバッキング中の電極と表面にある電極をスル
ーホールを用いてつなげる方法である。

第４図は電極露出部にアナログスイッチを取りつけた実
施例を示している。図ではバッキングは省略しである。

このアナログスイッチの位置に。

プリアンプ等の回路を持ってきても良い。

第８図は、積層構造を持つバッキングについて説明して
いる。（ｂ）に示されるバッキング薄板に電極パターン
を形成し、　（ａ）の如く積層して形成する。このとき
各薄板の長さは、隣接するバッキング薄板の電極露出部
が隠れない長さとしている。また、バッキング薄板に電
極を形成する方法としては、バッキングの面に真空蒸着
、無電解メツキ、スクリーンマスク印刷、導電ペースト
等により形成する方法が考えられる。さらにバッキング
表面に溝を形成して５該溝中に信号線パターンを形成し
ても良い。またこの方法を用いた場合、積層した端部の
バッキング薄板上の信号線に対して２圧電素子との接続
用ランドを設けようとすると、信号線側の面にはバッキ
ング薄板がないため、ランドが半分しか取りつけること
ができない。そこで図中１４に示すバッキング薄板を取
りつけることによりランドの形成が容易である。

第９図に示す実施例は、各行、各列ごとに信号線パター
ンの長さを変え、各外部接続部が重ならないようにする
と、バッキングのＺ方向の長さが長くなってしまう。そ
こで信号線パターンを複数枚重ね合わせて、スルホール
を用いて、外部接続面を共通面に集中させることにより
、Ｚ方向の長さを小さくした実施例である。

バッキングの材料としては、ゴム、シリコン。

エポキシ等の樹脂、またはそれらに鉄粉、タングステン
粉末等の粉体を加えた樹脂を用いることが考えられる。

また各バッキング薄板の積層には。

同一材料のバッキング材を用いて接着すると、信号線の
周囲が同一材料からなるため、効率及びリングダウン時
間がプリント配線板の影響を受けることがない。また他
のバッキング材料としてセラミックスのグリーンシート
を用い、信号線パターンを形成後、積層して焼成するこ
とによって一体のバッキングを製作しても良い。この場
合、樹脂等を用いた場合と同様に、信号線の周囲が同一
材料からなるため、効率及びリングダウン時間がプリン
ト配線板の影響を受けることがない。

第１０図は積層形状に関する実施例を示している。

〔発明の効果〕

以上、説明した様に１本発明によれば、圧電素子と信号
線の取りつけ部では、信号線の周囲は全て同一バッキン
グであるため、プリント配線板の影響で効率が低下した
り、リングダウン時間が長くなってしまうという問題が
ない。また外部接続面をバッキングの側面に設けるため
、外部ケープルあるいは、プリアンプ９　アナログスイ
ッチ等の回路との配線空間に余裕が生まれる。従って端
末処理が容易に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図（マトリックスアレイ型）であ
る。１・・・圧電素子２・・・電極（圧電素子）３・・・バッキング４・・・信号線５・・・電極（バッキング側面）６・・・電極露出部７・・・切り込み第２図は本発明の原理図（アニユラアレイ型）である。第３図はスルーホールを用いた電極取り出し方法の説明
図である。８・・・スルホール第４図は、アナログスイッチのブロック図である。９・・・アナログスイッチ第５図は、製作方法の説明図である。１０・・・電極（バッキングの圧電材取りつけ面）第６図は、バッキングの製作方法の説明図である。１１・・・バッキング枠型第７図は、バッキングの製作方法の説明図である。第８図は、バッキングの製作方法の説明図である。（ａ）積層状態（ｂ）薄板状態１２・・・ランド１３・・・バッキングの薄板第９図は、複数枚の積層方法の説明図である。第１０図は、積層形状に関する実施例の説明図である。１４・・・バッキングのみの薄板第１１図は、従来例の説明図である。・孔第１２図は、従来例の説明図である。・プリント配線板第３図第７図（ａ）第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動子を行列状に配し、各圧電振動子を独立
に駆動できるマトリクス型超音波探触子において、前記行列状の圧電振動子の各行又は各列，又は複数行又
は複数列毎に、前記各行又は各列，又は複数行又は複数
列に対応した厚さのバツキングを設け、前記バッキングの側面に露出した電極を設けたことを特
徴とする超音波探触子。
（２）圧電振動子を中心から同心円状に配し，各圧電振
動子を独立に駆動できるいわゆるアニュラアレイを放射
状に分割した超音波探触子において、前記各同心円ある
いは複数の前記同心円ごとに、厚さを段階的に変化させ
たバッキングと、前バッキングの側面に露出した電極を設けたことを特徴
とする超音波探触子。
（３）複数行または複数列，あるいは複数の同心円ごと
にバッキングの厚さを段階的に変化させた超音波探触子
において，スルーホールを用いて，複数行または複数列
，あるいは複数の同心円間の電極を接続し，該バッキン
グの側面に該電極を露出させたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の超音波探触子。
（４）超音波探触子の側面に露出した電極部に，プリア
ンプ，アナログスイッチ等の回路を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の超音波探触
子。
（５）厚さが段階的に変化したバッキング枠型中に，各
圧電素子の配置に合わせて信号線を配し，バッキング材
を流し込み硬化させて製作したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の超音波探触子。
（６）内部に各圧電素子の配置に合わせて信号線を配し
たバッキング枠型に，バッキング材を流し込み硬化させ
た後，バッキングの厚さが段階的に変化し，また各電極
が露出するように切削して製作したことを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載の超音波探触子。
（７）マトリックスアレイ型超音波探触子におけるバッ
キングを，薄板状にしたバッキングに各行または各列の
電極パターンを形成し，該バッキングの薄板を積層する
ことによって製作したことを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の超音波探触子。
（８）薄板を複数枚グルービングして，その間の電極を
スルーホール接続させることを特徴とする特許請求の範
囲第７項記載の超音波探触子。
（９）バッキング薄板の材料にセラミックスを用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
超音波探触子。
（１０）バッキングの圧電素子取り付け面にランドを設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の超音波探触子。
（１１）バッキングの圧電素子取り付け面に，真空蒸着
，メッキ等のべタ電極を付けたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の超音波探触子。
（１２）バッキングと圧電素子を導電ペーストを用いて
接着したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の超音波探触子。