WO2013005563A1 - 超音波ユニットおよび超音波内視鏡 - Google Patents

超音波ユニットおよび超音波内視鏡 Download PDF

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WO2013005563A1
WO2013005563A1 PCT/JP2012/065464 JP2012065464W WO2013005563A1 WO 2013005563 A1 WO2013005563 A1 WO 2013005563A1 JP 2012065464 W JP2012065464 W JP 2012065464W WO 2013005563 A1 WO2013005563 A1 WO 2013005563A1
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ultrasonic
unit
ground electrode
electrode terminal
signal
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PCT/JP2012/065464
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智史 乾
松本　一哉
深 吉沢
洋志 祝迫
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オリンパス株式会社
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0633—Cylindrical array

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic unit having an ultrasonic element, and an ultrasonic endoscope including the ultrasonic unit.
  • the ultrasonic endoscope can clearly depict the digestive tract wall or deep organs with good image quality without being affected by gas or bone in the body.
  • An electronic scanning ultrasonic endoscope is provided with an ultrasonic unit having an ultrasonic array at the tip.
  • the ultrasonic array is configured by connecting the long sides of a plurality of ultrasonic elements having a first main surface having an elongated rectangular shape.
  • a transmission / reception unit, a signal electrode terminal for signal transmission / reception, and a ground electrode terminal of a ground potential are arranged in the long side direction.
  • one signal line (coaxial cable core wire) is connected to the signal electrode terminal of each ultrasonic element by soldering or the like, and one ground line (coaxial cable shield line) is also connected to the ground electrode terminal. It is connected.
  • the short side length of the ultrasonic element having a rectangular shape in plan view is short, it is not easy to connect the wires to the electrode terminals.
  • Japanese Patent No. 4377787 discloses a vibrator that connects an ultrasonic array and a coaxial cable using a cylindrical member having a relay electrode.
  • the electrode terminal of each ultrasonic element and the relay electrode terminal of the cylindrical member are connected by a wire, and a coaxial cable is connected to the relay electrode terminal.
  • an ultrasonic unit in which a plurality of ultrasonic elements that are required to connect each electrode terminal and external connection wiring are arranged at a narrow pitch may not be easy to manufacture, and includes the ultrasonic unit.
  • the production of an ultrasonic endoscope may not be easy.
  • Embodiments of the present invention are intended to provide an ultrasonic unit that is easy to manufacture and an ultrasonic endoscope that is easy to manufacture.
  • An ultrasonic unit includes a plurality of ultrasonic elements in which a transmission / reception unit, a signal electrode terminal, and a ground electrode terminal are arranged, and each of the long sides of the plurality of ultrasonic elements Connected to the plurality of ground electrode terminals, at least one short-circuit line connected to the plurality of ground electrode terminals, and a ground line connected to the short-circuit line, each connected to one signal electrode terminal.
  • a plurality of signal lines, and the transmission / reception unit includes a signal electrode and a ground electrode for transmitting / receiving ultrasonic waves, the signal electrode is connected to the signal electrode terminal, and A ground electrode is connected to the ground electrode terminal, and the adjacent ultrasonic element sandwiches the transmission / reception unit in which each of the signal electrode terminals is rectangular. In being connected so as to be arranged alternately on the opposite side of the long side direction.
  • an ultrasonic endoscope includes a hard tip portion having the ultrasonic unit described above.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic element of the ultrasonic unit according to the first embodiment, taken along line VV in FIG. 4. It is a top view of the transmission / reception part of the ultrasonic unit of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6 of the transmission / reception unit of the ultrasonic unit according to the first embodiment. It is a plane development view of the ultrasonic array of the ultrasonic unit of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the ultrasonic array of the ultrasonic unit according to the first embodiment, taken along line IX-IX in FIG. 8. It is a plane development view of the ultrasonic array of the ultrasonic unit of the second embodiment. It is a plane development view of the ultrasonic array of the ultrasonic unit of the third embodiment. It is a plane development view of the ultrasonic array of the ultrasonic unit of the fourth embodiment.
  • USB unit the ultrasonic unit
  • US endoscope an ultrasonic endoscope
  • the US endoscope 2 constitutes an ultrasonic endoscope system 1 together with the ultrasonic observation device 3 and the monitor 4.
  • the US endoscope 2 includes an elongated insertion portion 21 to be inserted into the body, an operation portion 22 disposed at the proximal end of the insertion portion 21, and a universal cord 23 extending from a side portion of the operation portion 22. It has.
  • a connector 24A connected to a light source device (not shown) is disposed at the base end of the universal cord 23. From the connector 24A, there are a cable 25 that is detachably connected to a camera control unit (not shown) via a connector 25A, and a cable 26 that is detachably connected to the ultrasonic observation apparatus 3 via a connector 26A. It is extended.
  • a monitor 4 is connected to the ultrasonic observation apparatus 3.
  • the insertion portion 21 is operated in order from the distal end side, the distal end rigid portion (hereinafter referred to as “the distal end portion”) 37, the bending portion 38 positioned at the rear end of the distal end portion 37, and the rear end of the bending portion 38.
  • a flexible tube portion 39 having a small diameter, a long length, and flexibility that reaches the portion 22 is provided continuously.
  • An ultrasonic unit 30 that is an ultrasonic transmission / reception unit is disposed on the distal end side of the distal end portion 37.
  • the operation unit 22 includes an angle knob 22A for controlling the bending of the bending unit 38 in a desired direction, an air / water supply button 22B for performing air supply and water supply operations, a suction button 22C for performing suction operations, and a treatment introduced into the body.
  • a treatment instrument insertion port 22D and the like serving as an instrument entrance are disposed.
  • the distal end portion 37 provided with the US unit 30 for transmitting and receiving ultrasonic waves has an illumination lens cover 31 constituting an illumination optical system and an observation lens cover 32 of the observation optical system.
  • a forceps port 33 that also serves as a suction port and an air / water supply nozzle (not shown) are provided.
  • the US unit 30 includes an ultrasonic array (hereinafter referred to as “US array”) 40, short-circuit lines 41A and 41B, ground lines 53A and 53B, and signal lines 42A and 42B. .
  • US array ultrasonic array
  • short-circuit lines 41A and 41B ground lines 53A and 53B
  • signal lines 42A and 42B signal lines
  • the last alphabetic character is omitted.
  • each of the short-circuit lines 41 ⁇ / b> A and 41 ⁇ / b> B is referred to as a short-circuit line 41.
  • the short-circuit line 41 ⁇ / b> A is the distal-side short-circuit line 41
  • the short-circuit line 41 ⁇ / b> B is the proximal-side short-circuit line 41.
  • the US array 40 is a radial transducer group in which the long sides of a plurality of elongated US elements 20 are connected and curved in a cylindrical shape. That is, in the US array 40, for example, 200 US elements 20 having a short side of 0.1 mm or less are arranged on the side surface of a cylinder having a diameter of 2 mm.
  • the US array 40 is a radial type transducer group, but the US array may be a convex type transducer group curved in a convex shape.
  • Each of the plurality of signal lines 42 is connected to the signal electrode terminal 52 of one US element 20.
  • the short-circuit line 41 is a short-circuit line that connects the ground electrode terminals 51 of the plurality of US elements 20, and is connected to the ground line 53.
  • the plurality of US elements 20 and the coaxial cable bundle 35 are connected via a short-circuit line 41, a ground line 53, a signal line 42, and a cable connection board (not shown). That is, the coaxial cable bundle 35 is formed of a coaxial cable having the same number of core wires as the plurality of signal lines 42.
  • the coaxial cable bundle 35 is inserted into the distal end portion 37, the bending portion 38, the flexible tube portion 39, the operation portion 22, the universal cord 23, and the ultrasonic cable 26, and via the ultrasonic connector 26a.
  • the ultrasonic observation apparatus 3 is connected.
  • the rectangular first main surface 20SA of each US element 20 has a transmitting / receiving unit 60, a signal electrode terminal 52, and a ground electrode terminal 51 arranged in the long side direction.
  • a transmitting / receiving unit 60 has a transmitting / receiving unit 60, a signal electrode terminal 52, and a ground electrode terminal 51 arranged in the long side direction.
  • a signal electrode terminal 52 has been arranged in the long side direction.
  • a ground electrode terminal 51 arranged in the long side direction.
  • Each figure is a schematic diagram for explanation, and ratios such as thickness and size are different from actual ones.
  • the signal electrode terminal 52 and the ground electrode terminal 51 are arranged with the transmitter / receiver 60 interposed therebetween. There is a space where the ground electrode terminal 51 can be disposed between the transmission / reception unit 60 and the signal electrode terminal 52, and there is a space where the signal electrode terminal 52 can be disposed between the ground electrode terminal 51 and the end surface.
  • the transmitting / receiving unit 60, the two signal electrode terminals 52, and the two ground electrode terminals 51 can be arranged in the long side direction.
  • the signal electrode terminal 52 is connected to the lower electrode 12 that is a signal electrode of the transmission / reception unit 60.
  • the ground electrode terminal 51 is connected to the upper electrode 16 that is a ground electrode of the transmission / reception unit 60.
  • the transmitting / receiving unit 60 generates an ultrasonic wave by a driving signal applied between the lower electrode 12 and the upper electrode 16. Further, when receiving the ultrasonic wave, the transmission / reception unit 60 generates an electrical signal between the lower electrode 12 and the upper electrode 16.
  • US cell 10 are arranged in a matrix.
  • the arrangement of the US cells 10 may be a regular lattice arrangement, a staggered arrangement, a triangular mesh arrangement, or the like, or a random arrangement.
  • the US cell 10 includes a lower electrode 12 connected to a signal electrode terminal 52, a first insulating layer (lower insulating layer) 13, and a laminated structure sequentially on a silicon substrate 11 as a base. And a second insulating layer (upper insulating layer) 15 in which a cylindrical cavity 14 is formed, an upper electrode 16 connected to the ground electrode terminal 51, and a protective layer 17.
  • each US cell 10 has a lower electrode portion 12A that is a circular signal electrode portion and a circular upper electrode portion 16A that is a ground electrode portion, which are opposed to each other via a cavity 14.
  • the plurality of lower electrode portions 12A constitute the lower electrode 12 that is a signal electrode
  • the plurality of upper electrode portions 16A constitute the upper electrode 16 that is a ground electrode. That is.
  • the lower electrode portions 12A of the plurality of US cells 10 arranged in the same US element 20 are connected to each other, and the upper electrode portions 16A are also connected to each other.
  • the silicon substrate 11 is a substrate in which silicon thermal oxide films 11B and 11C are formed on the surface of silicon 11A.
  • the lower electrode 12 formed on one surface of the silicon substrate 11 is made of a conductive material such as metal or silicon.
  • the conductive material is formed on the entire surface of the silicon substrate 11 by sputtering or the like.
  • the lower electrode 12 is formed by partially removing the mask pattern by etching after forming the mask pattern by photolithography.
  • the lower electrode 12 includes a circular lower electrode portion 12A and a wiring portion 12B extending from the edge portion of the lower electrode 12.
  • the lower electrode part 12A is connected to the lower electrode part of another US cell of the same US element 20 by the wiring part 12B.
  • a first insulating layer 13 made of an insulating material such as SiN is formed by CVD (chemical vapor deposition) or the like so as to cover the lower electrode 12.
  • a sacrificial layer material is formed on the first insulating layer 13 and patterned to form a sacrificial layer in the shape of the cavity 14 (columnar shape).
  • the thickness of the sacrificial layer is, for example, 0.05 to 0.3 ⁇ m and preferably 0.05 to 0.15 ⁇ m in order to be the height of the cavity 14.
  • the sacrificial layer material for example, phosphorus glass (PSG: phosphorous-containing silicon oxide), silicon dioxide, polysilicon, or metal is used.
  • the second insulating layer 15 is formed by the same method and the same material as the first insulating layer 13, for example.
  • an opening (not shown) through which an etchant flows is formed at a predetermined position of the second insulating layer 15 in order to remove the sacrificial layer.
  • the cavity 14 is formed by etching the sacrificial layer.
  • a hydrofluoric acid solution (buffered HF solution) is used as the etchant.
  • the upper electrode 16 composed of the upper electrode portion 16A and the wiring portion 16B is formed in the same manner as the lower electrode 12.
  • the upper electrode portion 16A and the lower electrode portion 12A have substantially the same diameter as the cavity 14.
  • the cavity 14 is not limited to a cylindrical shape, and may be a polygonal column shape or the like. When the cavity 14 has a polygonal column shape, it is preferable that the shapes of the upper electrode portion 16A and the lower electrode portion 12A are also polygonal.
  • the protective layer 17 is an insulating layer formed by the same method and the same material as the second insulating layer 15.
  • the protective layer 17 may have a two-layer structure in which a biocompatible outer film such as polyparaxylylene is further formed on an insulating layer made of SiN or the like.
  • the second insulating layer 15, the upper electrode 16, and the protective layer 17 in the region immediately above the cavity 14 constitute a membrane 18 that is a vibrating portion.
  • FIG. 8 is a developed plan view of the US unit 30, that is, an explanatory diagram showing a plurality of US elements 20 arranged on a radial surface (cylindrical side surface) in a planar state.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG.
  • the long sides of the plurality of US elements 20 of the US array 40 are connected.
  • the plurality of US elements 20 having the same configuration are alternately arranged in the long side direction so that the signal electrode terminals 52 and the ground electrode terminals 51 of the adjacent US elements 20 are adjacent to each other. They are connected in a state rotated by 180 degrees.
  • the US array 40 is manufactured by connecting a plurality of US elements 20 having the same structure while changing the arrangement direction. For this reason, the US array 40 is easy to manufacture.
  • the ultrasonic unit 30 is easy to manufacture, and the ultrasonic endoscope 2 having the US unit 30 is easy to manufacture.
  • each of the plurality of signal lines 42 may be a single cable (wire), or the plurality of signal lines 42 may be arranged on a flexible wiring board.
  • connection method is, for example, by solder bonding, since it is easy to increase the connection strength of the connection portion, the ultrasonic unit 30 and the ultrasonic endoscope 2 have high reliability.
  • ground electrode terminals 51 are arranged in a straight line, all the ground electrode terminals 51 can be connected by the two short-circuit lines 41A and 41B.
  • Each short-circuit line 41 is only connected to the ground line 53 at at least one location.
  • the short-circuit wire 41 is made of a wire or ribbon-like conductor such as aluminum or copper, and is connected to the ground electrode terminal 51 by a known method such as ultrasonic waves or heat.
  • the short-circuit line 41 may be formed by forming a conductive film made of a conductor such as aluminum or copper through a metal mask, for example.
  • the conductive film can be formed by sputtering, vapor deposition, or plating.
  • the ultrasonic unit 30 Since it is not necessary to connect the plurality of ground electrode terminals 51 to the respective ground wires 53, the ultrasonic unit 30 is easy to manufacture, and the ultrasonic endoscope 2 having the ultrasonic unit 30 is easy to manufacture. .
  • the ultrasonic element has a transmission / reception unit in which a piezoelectric layer such as PZT is laminated instead of the transmission / reception unit 60 in which a plurality of capacitance type US cells 10 are arranged, the same effect is obtained. Is clear.
  • a plurality of ultrasonic elements 20A are connected such that the short side positions on both end faces of the ultrasonic array 40A are alternately different. For this reason, notches 45A and 45B are formed on both end faces of the ultrasonic array 40A.
  • the signal line 42 is extended through the notch 45 to the second main surface 20SB side, that is, to the inside of the cylindrical ultrasonic array 40A.
  • the US unit 30A has the same effect as the US unit 30. Further, the signal line 42 does not protrude from both end faces of the ultrasonic array 40A. For this reason, the US unit 30A has a short side dimension of the US element 20A. Further, the distal end portion 37 of the US endoscope 2A including the US unit 30A is short.
  • the US unit 30A can reduce interference between the adjacent signal lines. That is, in the US unit 30 shown in FIG. 8, the signal lines 42 ⁇ / b> A and 42 ⁇ / b> B are drawn out in parallel to the long axis direction of the US element 20. For this reason, the signal lines 42A and 42B are arched to cause deflection or the like. When the amount of deflection is large, adjacent signal lines 42A and 42B may interfere with each other.
  • the US array 40B of the US unit 30B there are two types of ultrasonic elements 20B constituting the US array 40B of the US unit 30B. That is, it is either the first ultrasonic element 20B1 or the second ultrasonic element 20B2.
  • the ground electrode terminal 51 is disposed between the signal electrode terminal 52 and the transmission / reception unit 60 on the first main surface 20SA.
  • the transmission / reception unit 60 is disposed between the ground electrode terminal 51 and the signal electrode terminal 52 on the first main surface 20SA.
  • the first ultrasonic element 20B1 and the second ultrasonic element 20B2 are coupled so that the ground electrode terminals 51 are adjacent to each other.
  • a plurality of cutout portions 45A and 45B are formed on both end faces of the US array 40B.
  • the signal line 42 extends to the second main surface 20SB side through the notch 45.
  • the US unit 30B has the effect of the US unit 30 and the like, and is shorter in length. Further, the US endoscope 2B has the effect that the US endoscope 2 has, and the distal end portion 37 is short.
  • the ultrasonic unit of the embodiment may have the following configuration.
  • the plurality of ultrasonic elements include a plurality of first ultrasonic elements in which the ground electrode terminal is disposed between the signal electrode terminal and the transmitting / receiving unit, and the ground electrode terminal and the signal electrode terminal.
  • a plurality of second ultrasonic elements having the transmission / reception unit disposed therebetween, wherein the first ultrasonic element and the second ultrasonic element are adjacent to each other with the ground electrode terminals adjacent to each other.
  • Ultrasonic unit characterized by being connected.
  • the US element 20C of the US unit 30C has a signal electrode terminal 52 arranged at one end, and the center of the transmission / reception unit 60C divided into a first transmission / reception unit 60A and a second transmission / reception unit 60B.
  • a ground electrode terminal 51 is disposed.
  • the signal line (signal wiring) 42 is extended to the second main surface 20SB side through a notch 45 at the end.
  • the plurality of ground electrode terminals 51 are connected by a single short-circuit line 41. Note that a ground line (not shown) connected to the short-circuit line 41 is drawn out through a connecting portion (between adjacent transmitting / receiving units 60) of adjacent US elements 20C, or drawn out through a through wiring.
  • the US unit 30C and the US endoscope 2C have the effects that the US unit 30B has.
  • the arrangement surface of the signal electrode terminal 52 and the arrangement surface of the ground electrode terminal 51 are lower than the surface of the transmission / reception unit 60.
  • the height of the surface of the transmission / reception unit 60 is higher than the maximum height of the signal line 42 and the maximum height of the ground line 53 (not shown). That is, even if the signal line 42 is connected to the signal electrode terminal 52 and the short-circuit line 41 and the ground line 53 are connected to the ground electrode terminal 51, the silicon substrate 11 ⁇ / b> D that is the base body does not exceed the height of the transmitting / receiving unit 60 A step is formed at the end of the.
  • the US unit 30D and the US endoscope 2D have the effects of the US unit 30 and the like. Furthermore, in the US unit 30 ⁇ / b> D in which a plurality of US elements 20 ⁇ / b> D are arranged in a cylindrical shape, wiring (wires) or the like does not protrude outside the surface of the transmitting / receiving unit 60. For this reason, the outer diameters of the distal end portions 37 of the US unit 30D and the US endoscope 2D are small.
  • the transmitting / receiving unit 60 is disposed on the first main surface 20SA, and the ground electrode terminal 51 and the signal electrode terminal 52 are disposed on the second main surface 20SB. It is arranged.
  • the ground electrode terminal 51 and the upper electrode 16 are connected through a through wiring 47 that penetrates the silicon substrate 11 as a base, and the signal electrode terminal 52 and the lower electrode 12 are also connected through a through wiring 48.
  • the transmitting / receiving unit 60 is formed on the first main surface 20SA of the base body having the first main surface 20SA and the second main surface 20SB, and the signal electrode terminal 52 and the second main surface 20SB are formed on the second main surface 20SB.
  • a ground electrode terminal 51 is formed.
  • the wiring may be extended to the second main surface 20SB of the silicon substrate 11 by another wiring method, for example, side wiring instead of the through wirings 47 and 48.
  • the transmission / reception unit 60 is disposed substantially at the center of the first main surface 20SA.
  • the signal electrode terminals 52 arranged on the second main surface 20SB are arranged in a straight line alternately on the opposite end with the transmitter / receiver 60 arranged on the first main surface 20SA interposed therebetween.
  • the plurality of ground electrode terminals 51 are arranged in two lines in a straight line on the center side of the signal electrode terminals 52.
  • each of the plurality of signal lines 42 is connected to the signal electrode terminal 52 of one US element 20E.
  • Each of the two short-circuit lines 41 connects the ground electrode terminals 51 of the plurality of US elements 20 ⁇ / b> E, and one place is connected to each ground line 53.
  • the signal line 42 and the ground line 53 are extended inside the US array 40E so as not to protrude from the end face of the US array 40E.
  • the US unit 30E and the US endoscope 2E have the effects of the US unit 30 and the like, and further have a small outer diameter.
  • the transmitting / receiving unit 60 and the signal electrode terminal 52 are disposed on the first main surface 20SA, and the ground electrode terminal 51 is disposed on the second main surface 20SB. Is arranged.
  • the plurality of US elements 20F are alternately connected with the long side direction rotated 180 degrees. For this reason, the signal electrode terminals 52 that are alternately connected to the signal lines 42 are arranged at the end on the first main surface 20SA side. In addition, ground electrode terminals 51 alternately connected to the short-circuit lines 41 are linearly arranged at both ends on the second main surface 20SB side.
  • the US unit 30F and the US endoscope 2F have the effect that the US unit 30E has, and are shorter in length.
  • the transmitting / receiving unit 60 is disposed at a substantially central portion of the first main surface 20SA, and the ground electrode terminal 51 and the signal are provided on the second main surface 20SB.
  • An electrode terminal 52 is provided.
  • the signal electrode terminal 52 is disposed at a substantially central portion of the second main surface 20SB.
  • the plurality of US elements 20G are alternately connected with the long side direction rotated 180 degrees. For this reason, signal electrode terminals 52 that are alternately connected to the signal lines 42 are arranged at the end on the second main surface 20SB side. In addition, a ground electrode terminal 51 connected to the short-circuit line 41 is linearly arranged in the center portion on the second main surface 20SB side. For this reason, all the ground electrode terminals 51 can be connected by one short-circuit line 41.
  • the US unit 30G and the US endoscope 2G have the effect that the US unit 30E has, and are shorter in length.
  • At least either the signal electrode terminal or the ground electrode terminal and the transmission / reception unit may be disposed on the first main surface of the ultrasonic element.

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Abstract

超音波ユニット３０は、送受信部６０とシグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが長辺方向に配置された長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメント２０を有し、超音波エレメント２０のそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイ４０と、複数のグランド電極端子５１と接続された少なくとも１本の短絡線４１と、短絡線４１と接続されたグランド線４３と、それぞれが１個のシグナル電極端子５２と接続された複数の信号線４２と、を具備し、かつ、隣り合う超音波エレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２が長方形の送受信部６０をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。

Description

超音波ユニットおよび超音波内視鏡
　本発明は、超音波エレメントを有する超音波ユニット、および前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡に関する。
　超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出することができる。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは、細長い長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメントの長辺が連結されて構成されている。それぞれの超音波エレメントには、送受信部と、信号送受信用のシグナル電極端子と、グランド電位のグランド電極端子とが長辺方向に配置されている。
　そして、それぞれの超音波エレメントのシグナル電極端子には、それぞれ１本の信号線（同軸ケーブル芯線）が半田付け等により接続され、グランド電極端子にも１本のグランド線（同軸ケーブルシールド線）が接続されている。
　電極端子の配設ピッチが狭い、すなわち平面視矩形の超音波エレメントの短辺の長さが短い超音波アレイでは、電極端子へのワイヤの接続作業は容易ではない。
　日本国特許第４３７７７８７号明細書には、中継電極を有する円筒部材を用いて超音波アレイと同軸ケーブルとを接続する振動子が開示されている。前記振動子では、それぞれの超音波エレメントの電極端子と円筒部材の中継電極端子とをワイヤで接続し、中継電極端子に同軸ケーブルを接続している。
　しかし、電極ピッチが狭い超音波ユニットでは、中継電極端子を有する円筒部材を用いても、超音波エレメントの電極端子と中継電極とをワイヤで接続するのは容易ではないことがあった。
　すなわち、それぞれの電極端子と外部接続用配線とを接続する必要のある、複数の超音波エレメントを狭いピッチで配列した超音波ユニットは製造が容易ではないことがあり、前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡の製造が容易ではないことがあった。
　本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニットおよび製造が容易な超音波内視鏡を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態の超音波ユニットは、送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、前記短絡線と接続されたグランド線と、それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。
　また別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。
第１実施形態の超音波内視鏡を具備する内視鏡システムを説明するための外観図である。 第１実施形態の超音波内視鏡の先端部を説明するための斜視図である。 第１実施形態の超音波ユニットの構成を説明するための斜視図である。 第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。 第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の上面図である。 第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。 第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。 第２実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。 第３実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。 第４実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。 第５実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。 第６実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。 第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの上面図である。 第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの下面図である。 第６実施形態の変形例１の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。 第６実施形態の変形例２の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
＜第１実施形態＞
　以下、図面を参照して第１実施形態の超音波ユニット（以下、「ＵＳユニット」という）３０、および、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡（以下、「ＵＳ内視鏡」という）２について説明する。
＜超音波内視鏡の構成＞
　図１に示すようにＵＳ内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。ＵＳ内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
　ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
　挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下「先端部」という））３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には、超音波送受部である超音波ユニット３０が配設されている。
　操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
　そして、図２に示すように、超音波を送受信するＵＳユニット３０が、設けられた先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、吸引口を兼ねる鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
　図３に示すように、ＵＳユニット３０は、超音波アレイ（以下「ＵＳアレイ」という）４０と、短絡線４１Ａ、４１Ｂと、グランド線５３Ａ、５３Ｂと、信号線４２Ａ、４２Ｂと、を具備する。なお、同じ構成要素のそれぞれをいうときは末尾のアルファベット１文字を省略する。例えば短絡線４１Ａ、４１Ｂのそれぞれを、短絡線４１という。また、例えば、短絡線４１Ａは先端側の短絡線４１であり、短絡線４１Ｂは基端側の短絡線４１である。
　ＵＳアレイ４０は、複数の細長いＵＳエレメント２０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、ＵＳアレイ４０では、例えば、直径２ｍｍの円筒の側面に、短辺が０．１ｍｍ以下のＵＳエレメント２０が２００個、配設されている。
　なお、ＵＳアレイ４０は、ラジアル型振動子群であるが、ＵＳアレイは、凸形状に湾曲したコンベックス型振動子群であってもよい。
　複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０のシグナル電極端子５２と接続されている。短絡線４１は、複数のＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１を接続する短絡線であり、グランド線５３と接続されている。
　複数のＵＳエレメント２０と同軸ケーブル束３５とは、短絡線４１、グランド線５３、信号線４２およびケーブル接続基板部（不図示）を介して接続されている。すなわち同軸ケーブル束３５は、複数の信号線４２と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
　同軸ケーブル束３５は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
＜超音波アレイの構成＞
　図４および図５に示すように、それぞれのＵＳエレメント２０の長方形の第１の主面２０ＳＡには、送受信部６０と、シグナル電極端子５２と、グランド電極端子５１と、が長辺方向に配置されている。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、厚さおよび大きさ等の比率は実際とは異なる。
　ＵＳエレメント２０は、シグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが送受信部６０をはさんで配置されている。そして、送受信部６０とシグナル電極端子５２との間に、グランド電極端子５１が配置可能なスペースがあり、グランド電極端子５１と端面との間にはシグナル電極端子５２が配置可能なスペースがある。言い換えれば、ＵＳエレメント２０の第１の主面２０ＳＡは、送受信部６０と、２つのシグナル電極端子５２と、２つのグランド電極端子５１と、を長辺方向に配置可能である。
　シグナル電極端子５２は、送受信部６０のシグナル電極である下部電極１２と接続されている。グランド電極端子５１は、送受信部６０のグランド電極である上部電極１６と接続されている。
　送受信部６０は下部電極１２と上部電極１６との間に印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部６０は、超音波を受信すると、下部電極１２と上部電極１６との間に電気信号を発生する。
＜送受信部の構成＞
　次に、図６および図７を用いて、送受信部６０の構成について説明する
　図６に示すように、超音波ユニット３０の送受信部６０には、複数の静電容量型の超音波セル（以下、「ＵＳセル」）１０がマトリックス配置されている。ＵＳセル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
　図７に示すように、ＵＳセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、シグナル電極端子５２と接続された下部電極１２と、第１絶縁層（下部絶縁層）１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された第２絶縁層（上部絶縁層）１５と、グランド電極端子５１と接続された上部電極１６と、保護層１７と、を有する。
　すなわち、それぞれのＵＳセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している円形のシグナル電極部である下部電極部１２Ａとグランド電極部である円形の上部電極部１６Ａとを有する。複数の下部電極部１２Ａがシグナル電極である下部電極１２を構成し、複数の上部電極部１６Ａがグランド電極である上部電極１６を構成している。すなわち。同じＵＳエレメント２０に配置された複数のＵＳセル１０の下部電極部１２Ａは互いに接続されており、上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
　シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。シリコン基板１１の一面上に形成される下部電極１２は、金属またシリコンなどの導電性材料からなる。導電性材料はシリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極１２が形成される。
　例えば、下部電極１２は、円形の下部電極部１２Ａと、下部電極１２の縁辺部から延設している配線部１２Ｂとからなる。配線部１２Ｂにより、下部電極部１２Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの下部電極部と接続されている。
　下部電極１２を覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる第１絶縁層１３がＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜される。
　そして第１絶縁層１３の上に、犠牲層材料を成膜しパターニングすることで、キャビティ１４の形状（円柱状）の犠牲層が形成される。
　犠牲層の厚さは、キャビティ１４の高さとなるために、例えば、０．０５～０．３μｍであり、好ましくは０．０５～０．１５μｍである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス（ＰＳＧ：含リン酸化シリコン）、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
　犠牲層パターンが形成された第１絶縁層１３の上面に、第２絶縁層１５が、例えば第１絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。
　そして、第２絶縁層１５の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部（不図示）が形成される。
　次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ１４が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液（バッファードＨＦ溶液）を用いる。
　次に、上部電極部１６Ａと配線部１６Ｂとからなる上部電極１６が、下部電極１２と同様に形成される。例えば、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａは、キャビティ１４と略同径である。
　キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの形状も多角形とすることが好ましい。
　最後に、上部電極１６を覆う保護層１７が形成される。保護層１７は、第２絶縁層１５と同様の方法および同様の材料により形成される絶縁層である。なお、保護層１７はＳｉＮ等からなる絶縁層の上に、更にポリパラキシリレン等の生体適合性のある外皮膜が形成された２層構造であってもよい。
　図７に示す上記構造のＵＳセル１０では、キャビティ１４の直上領域の、第２絶縁層１５と上部電極１６と保護層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
＜超音波アレイおよび超音波ユニットの構成＞
　図８は、ＵＳユニット３０の平面展開図、すなわち、ラジアル面（円筒側面）に配列している複数のＵＳエレメント２０を平面状態で示した説明図である。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。
　すでに説明したように、ＵＳアレイ４０の複数のＵＳエレメント２０は、それぞれの長辺が連結されている。そして図８に示すように、同じ構成の複数のＵＳエレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２と、隣り合うＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１と、が隣り合うように、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。
　すなわち、複数の同じ構造のＵＳエレメント２０を、配設方向を変えながら連接することでＵＳアレイ４０は作製される。このため、ＵＳアレイ４０は作製が容易である。
　そして、ＵＳアレイ４０の両端面側には、ＵＳエレメント１個おきにシグナル電極端子５２が直線状に配列している。このため、それぞれの端面側におけるシグナル電極端子５２の配設間隔（ピッチ）Ｐ１は、連続してシグナル電極端子５２が配列している従来のＵＳアレイの２倍である。また、送受信部６０の左右に、ＵＳエレメント１個おきに、グランド電極端子５１が直線状に配列している。
　なお、ＵＳアレイ４０は３次元の曲面状に配置されている。このために、「直線状」とは、厳密には、「円弧状」または「２次元平面に投影したときの配置が直線状」という意味である。
　ＵＳユニット３０は、シグナル電極端子５２の配設ピッチＰ１が広いため、信号線４２とシグナル電極端子５２との接続が容易である。このため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
　なお、複数の信号線４２は、それぞれが１本のケーブル（ワイヤ）でもよいし、フレキシブル配線板に複数の信号線４２が配設されていてもよい。接続方法は、例えば、はんだ接合によるが、接続部の接続強度を高くすることが容易であるため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２は信頼性が高い。
　また、複数のグランド電極端子５１が直線状に配列しているため、２本の短絡線４１Ａ、４１Ｂにより、全てのグランド電極端子５１を接続することができる。そして、それぞれの短絡線４１は少なくとも１箇所でグランド線５３と接続されているだけである。
　短絡線４１は、線状またはリボン状のアルミニウムまたは銅等の導体からなり、超音波または熱等の公知の方法によりグランド電極端子５１と接続される。または、アルミニウムまたは銅等の導体からなる導電膜を、例えばメタルマスクを介して成膜することで短絡線４１を形成してもよい。前記導電膜は、スパッタ法、蒸着法またはめっき法により成膜できる。
　複数のグランド電極端子５１を、それぞれのグランド線５３と接続する必要がないため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、超音波ユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
　なお、超音波エレメントが、複数の静電容量型のＵＳセル１０を配列した送受信部６０に替えて、ＰＺＴ等の圧電層を積層した送受信部を有していても、同様の効果を有することは明らかである。
＜第２実施形態＞
　以下、第２実施形態のＵＳユニット３０Ａ、およびＵＳユニット３０Ａを有するＵＳ内視鏡２Ａについて説明する。ＵＳユニット３０Ａ、ＵＳ内視鏡２Ａは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１０に示すように、ＵＳユニット３０ＡのＵＳアレイ４０Ａは、複数の超音波エレメント２０Ａが、超音波アレイ４０Ａの両端面における短辺位置がに交互に異なるように連結されている。このため、超音波アレイ４０Ａの両端面には切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側、すなわち円筒状の超音波アレイ４０Ａの内部側に延設されている。
　ＵＳユニット３０Ａは、ＵＳユニット３０と同様の効果を有する。更に超音波アレイ４０Ａの両端面から信号線４２が突出していない。このため、ＵＳユニット３０ＡはＵＳエレメント２０Ａの長辺寸法が短い。またＵＳユニット３０Ａを具備するＵＳ内視鏡２Ａは先端部３７が短い。
　更に、ＵＳユニット３０Ａは、隣接する信号線４２の間の干渉を減少することができる。すなわち、図８に示した、ＵＳユニット３０では、ＵＳエレメント２０の長軸方向に対して平行に信号線４２Ａ、４２Ｂが引き出される。このため、信号線４２Ａ、４２Ｂは、アーチ状になり、たわみ等が生じる。たわみ量が多いと隣り合う信号線４２Ａ、４２Ｂが干渉してしまうおそれがあった。
　これに対して、図１０に示すＵＳユニット３０Ａでは、切り欠き４５Ａ、４５Ｂという所定箇所の空いたスペースに１本ずつ信号線４２Ａ、４２Ｂを通すため、干渉する恐れがない。
＜第３実施形態＞
　以下、第３実施形態のＵＳユニット３０Ｂ、およびＵＳユニット３０Ｂを有するＵＳ内視鏡２Ｂについて説明する。ＵＳユニット３０Ｂ、ＵＳ内視鏡２Ｂは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１１に示すように、ＵＳユニット３０ＢのＵＳアレイ４０Ｂを構成する超音波エレメント２０Ｂが２種類ある。すなわち、第１の超音波エレメント２０Ｂ１または第２の超音波エレメント２０Ｂ２のいずれかである。第１の超音波エレメント２０Ｂ１は、第１の主面２０ＳＡにシグナル電極端子５２と送受信部６０との間にグランド電極端子５１が配置されている。第２の超音波エレメント２０Ｂ２は、第１の主面２０ＳＡにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２との間に送受信部６０が配置されている。そして、第１の超音波エレメント２０Ｂ１と第２の超音波エレメント２０Ｂ２とが、グランド電極端子５１が隣り合うように、連結されている。
　更に、２つの異なる超音波エレメント２０Ｂ１、２０Ｂ２が、短辺位置が交互に異なるように連結されているため、ＵＳアレイ４０Ｂの両端面に、複数の切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。
　図１１に示すように、ＵＳユニット３０Ｂでは、短絡線４１が１本でよい。このため、ＵＳエレメント２０Ｂの長辺方向の寸法が、ＵＳエレメント２０よりも短い。
　ＵＳユニット３０Ｂは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に長さが短い。また、ＵＳ内視鏡２ＢはＵＳ内視鏡２が有する効果を有し、更に先端部３７が短い。
　以上の説明のように、実施形態の超音波ユニットは以下の構成であってもよい。
　前記複数の超音波エレメントが、前記シグナル電極端子と前記送受信部との間に、前記グランド電極端子が配置された複数の第１の超音波エレメントと、前記グランド電極端子と前記シグナル電極端子との間に、前記送受信部が配置された複数の第２の超音波エレメントと、からなり、前記第１の超音波エレメントと前記第２の超音波エレメントとが、前記グランド電極端子が隣り合うように、連結されていることを特徴とする超音波ユニット。
＜第４実施形態＞
　以下、第４実施形態のＵＳユニット３０Ｃ、およびＵＳユニット３０Ｃを有するＵＳ内視鏡２Ｃについて説明する。ＵＳユニット３０Ｃ、ＵＳ内視鏡２Ｃは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１２に示すように、ＵＳユニット３０ＣのＵＳエレメント２０Ｃは、１端部にシグナル電極端子５２が配置され、第１送受信部６０Ａと第２送受信部６０Ｂとに２分割された送受信部６０Ｃの中央に、グランド電極端子５１が配置されている。
　そして、信号線（シグナル配線）４２は端部の切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。複数のグランド電極端子５１は１本の短絡線４１により接続されている。なお、短絡線４１と接続されたグランド線（不図示）は、隣り合うＵＳエレメント２０Ｃの連結部（隣り合う送受信部６０の間）を介して引き出したり、貫通配線を介して引き出したりされる。
　ＵＳユニット３０ＣおよびＵＳ内視鏡２Ｃは、ＵＳユニット３０Ｂ等が有する効果を有する。
＜第５実施形態＞
　以下、第５実施形態のＵＳユニット３０Ｄ、およびＵＳユニット３０Ｄを有するＵＳ内視鏡２Ｄについて説明する。ＵＳユニット３０Ｄ、ＵＳ内視鏡２Ｄは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１３に示すように、ＵＳユニット３０ＤのＵＳエレメント２０Ｄは、シグナル電極端子５２の配設面およびグランド電極端子５１の配設面が、送受信部６０の表面よりも低い。そして、送受信部６０の表面の高さが、信号線４２の最大高さおよびグランド線５３（不図示）の最大高さよりも高い。すなわち、シグナル電極端子５２に信号線４２を接続し、グランド電極端子５１に短絡線４１、グランド線５３を接続しても、送受信部６０の高さを超えないように、基体であるシリコン基板１１Ｄの端部に段差が形成されている。
　ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有する。更に、複数のＵＳエレメント２０Ｄを円筒状に配設したＵＳユニット３０Ｄは、送受信部６０の表面よりも外側に配線（ワイヤ）等が突出することない。このため、ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄの先端部３７は外径が小さい。
＜第６実施形態＞
　以下、第６実施形態のＵＳユニット３０Ｅ、およびＵＳユニット３０Ｅを有するＵＳ内視鏡２Ｅについて説明する。ＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１４に示すように、ＵＳユニット３０ＥのＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１およびシグナル電極端子５２が配設されている。グランド電極端子５１と上部電極１６は基体であるシリコン基板１１を貫通する貫通配線４７を介して接続されており、シグナル電極端子５２と下部電極１２も貫通配線４８を介して接続されている。
　すなわち、ＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡと第２の主面２０ＳＢを有する基体の第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が形成され、第２の主面２０ＳＢにシグナル電極端子５２およびグランド電極端子５１が形成されている。なお、貫通配線４７、４８に替えて他の配線方法、例えば側面配線により配線をシリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢまで延設してもよい。
　図１５および図１６に示すように、ＵＳアレイ４０Ｅでは、第１の主面２０ＳＡの略中央に送受信部６０が配置されている。そして、第２の主面２０ＳＢに配設されたシグナル電極端子５２は、第１の主面２０ＳＡに配設された送受信部６０をはさんで交互に反対側の端部に直線状に配列している。一方、複数のグランド電極端子５１は、シグナル電極端子５２よりも中央側に直線状に２列に配列している。
　そして、図８に示したＵＳアレイ４０と同様に、複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０Ｅのシグナル電極端子５２と接続されている。２本の短絡線４１は、それぞれが複数のＵＳエレメント２０Ｅのグランド電極端子５１を接続し、それぞれ１箇所が、それぞれのグランド線５３と接続されている。
　なお、信号線４２およびグランド線５３は、ＵＳアレイ４０Ｅの端面から突出することがないように、ＵＳアレイ４０Ｅの内部側に延設されている。
　ＵＳユニット３０ＥおよびＵＳ内視鏡２Ｅは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に外径が小さい。
＜第６実施形態の変形例＞
　以下、第６実施形態の変形例１および変形例２のＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、およびＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇを有するＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇについて説明する。ＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、ＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇは、それぞれＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅと類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１７に示すように、ＵＳユニット３０ＦのＵＳエレメント２０Ｆは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０とシグナル電極端子５２とが配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１が配設されている。
　複数のＵＳエレメント２０Ｆは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第１の主面２０ＳＡ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の両端部には交互に短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。
　ＵＳユニット３０ＦおよびＵＳ内視鏡２Ｆは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
　図１８に示すように、ＵＳユニット３０ＧのＵＳエレメント２０Ｇは、第１の主面２０ＳＡの略中央部に送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２が配設されている。ここで、シグナル電極端子５２は、第２の主面２０ＳＢの略中央部に配設されている。
　複数のＵＳエレメント２０Ｇは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第２の主面２０ＳＢ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の中央部には、短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。このため、１本の短絡線４１により全てのグランド電極端子５１を接続することができる。
　ＵＳユニット３０ＧおよびＵＳ内視鏡２Ｇは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
　以上の説明のように、超音波エレメントの第１の主面には、少なくもシグナル電極端子またはグランド電極端子のいずれかと、送受信部と、が配設されていればよい。
　本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
　本出願は、２０１１年７月４日に日本国に出願された特願２０１１‐１４８５９３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲および図面に引用されたものとする。

Claims (14)

  1. 　送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、
    　複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、
    　前記短絡線と接続されたグランド線と、
    　それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、
    　前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、
    　隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されていることを特徴とする超音波ユニット。
  2. 　１本の前記短絡線と接続される前記複数のグランド電極端子が直線状に配列していることを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
  3. 　複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
  4. 　前記超音波エレメントの第１の主面に、少なくとも前記シグナル電極端子または前記グランド電極端子のいずれかと、前記送受信部と、が配設されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波ユニット。
  5. 　前記超音波エレメントの第１の主面に、前記送受信部と、前記シグナル電極端子と、前記グランド電極端子と、が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波ユニット。
  6. 　前記送受信部と前記シグナル電極端子と前記グランド電極端子の配置形態が同じ複数の超音波エレメントが、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波ユニット。
  7. 　前記送受信部に複数の超音波セルが配設されており、それぞれの前記超音波セルがキャビティを介して対向配置しているシグナル電極部とグランド電極部とを有し、複数の前記シグナル電極部が前記シグナル電極を構成し、複数の前記グランド電極部が前記グランド電極を構成していることを特徴とする請求項６に記載の超音波ユニット。
  8. 　前記複数の超音波エレメントが、前記超音波アレイの両端面に、複数の切り欠き部を形成するように、交互に短辺位置が異なるように連結されており、
    　前記信号線が、前記切り欠き部を介して第２の主面側に延設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波ユニット。
  9. 　前記送受信部と前記シグナル電極端子と前記グランド電極端子の配置形態が同じ複数の超音波エレメントが、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されていることを特徴とする請求項８に記載の超音波ユニット。
  10. 　前記送受信部に複数の超音波セルが配設されており、それぞれの前記超音波セルがキャビティを介して対向配置しているシグナル電極部とグランド電極部とを有し、複数の前記シグナル電極部が前記シグナル電極を構成し、複数の前記グランド電極部が前記グランド電極を構成していることを特徴とする請求項９に記載の超音波ユニット。
  11. 　前記送受信部の表面の高さが、前記信号線の最大高さおよび前記グランド線の最大高さよりも高いことを特徴とする請求項５に記載の超音波ユニット。
  12. 　前記送受信部と前記シグナル電極端子と前記グランド電極端子の配置形態が同じ複数の超音波エレメントが、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波ユニット。
  13. 　前記送受信部に複数の超音波セルが配設されており、それぞれの前記超音波セルがキャビティを介して対向配置しているシグナル電極部とグランド電極部とを有し、複数の前記シグナル電極部が前記シグナル電極を構成し、複数の前記グランド電極部が前記グランド電極を構成していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波ユニット。
  14. 　請求項３に記載の超音波ユニットを具備することを特徴とする超音波内視鏡。
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