以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
(第1実施の形態)
図1は、本実施の形態の超音波観察装置を概略的に示す斜視図、図2は、図1中のII-II線に沿う超音波観察装置の部分断面図である。
また、図3は、図1の超音波観察装置から接着部を除去してシートを展開して示す断面図、図4は、図1の第1超音波振動子の第1上部電極が直接、膜部に固定された変形例を示す部分断面図である。
図1に示すように、超音波観察装置30は、シート39と、接着部50とを具備している。
シート39は、後述する配列方向Cに沿って360°丸められるとともに延在方向Hに沿って細長な形状を有している。
具体的には、シート39は、図3に示すように、複数の第1振動子34と、第1振動子領域38と、柱状部37と、音響整合層36と、膜部35とを具備して主要部が構成されている。
複数の第1振動子34は、延在方向Hにおいて一端39iから他端39tまで延在しており、第1下部電極33と、第1下部電極33上に配置された第1圧電素子31と、第1圧電素子31上に配置された第1上部電極32とをそれぞれ有する電子ラジアル型の超音波振動子である。
また、複数の第1振動子34は、それぞれ配列方向CにC1の幅を有するとともに、配列方向Cにおいて所定の間隔C2を有して配列されている。
第1圧電素子31は、振動に伴い、超音波を第1上部電極32側に放射するとともに、被検部位から反射された音波を受信する。
第1上部電極32と第1下部電極33とは、第1圧電素子31に対してパルス電圧を印加することにより第1圧電素子31を振動させるものである。また、第1上部電極32はGND電極を構成しているとともに、第1下部電極33はプラス電極を構成している。
第1振動子領域38は、複数の第1振動子34が、配列方向Cにおいて所定の間隔C2を有して複数配列されていることにより構成されている。
尚、所定の間隔C2は、小さければ小さい程、C1を大きくでき、その結果として各第1振動子34の感度が向上する。
柱状部37は、少なくとも第1の面37xが非導電性であるとともに、第1振動子領域38において、複数の第1振動子34の内、配列方向Cにおける第1の端部38aに位置する第1振動子34aに対して所定の間隔C2を有して隣接して配置されている。
また、柱状部37は、配列方向CにC1の幅を有しているとともに、延在方向Hにおいて一端39iから他端39tまで延在している。尚、柱状部37は、延在方向Hにおいて、一端39i及び他端39t付近のみに個別に設けられていても構わない。
膜部35は、可撓性を有するとともに、第1振動子領域38における複数の第1上部電極32と、柱状部37の第1の面37xに対向する第2の面37yとを配列方向Cに沿ってつないでいる。尚、膜部35は、音響整合層または音響レンズとして機能しても構わない。
また、本実施の形態においては、図1~図3に示すように、各第1上部電極32と膜部35との間に、それぞれ音響整合層36が配置されている構成を例に挙げて示しているが、即ち、各第1上部電極32は、各音響整合層36を介して、第2の面37yと膜部35によりつながれている構成を例に挙げて示している。
これに限らず、図4に示すように、各第1上部電極32は、直接、膜部35に固定されることにより、各第1上部電極32が第2の面37yと膜部35によりつながれている構成であっても構わない。
接着部50は、シート39における延在方向Hにおいて一端39iから他端39tまで延在する空間となる配列方向Cの各端部39a、39b間のつなぎ目Tを、延在方向Hに沿ってシート39の一端39iから他端39tまで接着する。
具体的には、接着部50は、図1に示すように、膜部35が外表となり、図2に示すように、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと柱状部37の非導電性を有する第1の面37xの一部とが付き合うようにシート39が丸められた状態において、シート39の配列方向Cにおける各端部39a、39b間のつなぎ目Tにおいて、柱状部37と第1振動子34bとの間を延在方向Hに沿って接着するものである。
尚、接着部50は、例えば接着剤から構成されている。また、接着部50は、膜部35と同じ材料から構成されていても構わない。
次に、このように構成された超音波観察装置30の製造方法について簡単に説明する。
先ず、図3に示すシート39を作製する工程を行う。シート39を作製する場合は、先ず、膜部35を形成する。次いで、膜部35上に音響整合層36を用いる場合は、音響整合層36を、柱状部37が形成される部位を除いて形成する。
次いで、音響整合層36上に上下面に電極32、33が形成された第1圧電素子31を配列方向Cにおいて音響整合層36と同じ幅に接合するとともに、膜部35上に配列方向Cに幅C1を有する柱状部37を接合する。
その後、電極32、33、第1圧電素子31、音響整合層36に対して、配列方向Cにおいて幅C1毎に、ブレード幅C2を有するダイシングブレードを用いて配列方向Cに幅C2を有する溝を複数形成する。
その結果、膜部35上に音響整合層36を介して、配列方向Cに所定の間隔C2を有して幅C1を有する複数の第1振動子34が配列されるとともに、配列方向Cにおける第1振動子34aと柱状部37との間に所定の間隔C2を有するシート39が作製される。
次いで、シート39を、図1、図2に示すように、膜部35が外表となり、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと、柱状部37の第1の面37xの一部とが付き合うよう、360°丸める工程を行う。
最後に、シート39が丸められた状態において、配列方向Cにおける柱状部37と第1振動子34bとの間に接着部50を注入して、接着部50により接着する工程を行う。このことにより、超音波観察装置30は製造される。
このように、本実施の形態においては、超音波観察装置30のシート39における第1振動子領域38において、複数の第1振動子34の内、配列方向Cにおける第1の端部38aに位置する第1振動子34aに対して所定の間隔C2を有して隣接して、少なくとも第1の面37xが非導電性を有する柱状部37が配置されていると示した。
また、接着部50は、膜部35が外表となり、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと柱状部37の非導電性を有する第1の面37xの一部とが付き合うようにシート39が丸められた状態において、シート39のつなぎ目Tにおいて、配列方向Cにおける柱状部37と第1振動子34bとの間を延在方向Hに沿って接着すると示した。
このことによれば、シート39のつなぎ目Tにおいて、第1振動子34bの下部電極33には、柱状部37の非導電性を有する第1の面37xの一部が接触していることから、従来のように第1振動子34aの下部電極33が接触してしまうことがない。
このため、第1振動子34bと第1振動子34aとのつなぎ目Tにおける電気的なショートを、上述したスペーサ等を別途用いなくとも柱状部37により確実に防ぐことができるため、超音波観察装置30の製造歩留まりが向上する。
尚、このことは、各第1振動子34の感度を向上させるため所定の間隔C2を小さくした場合において特に有効である。
また、柱状部37の第1の面37xの一部が第1振動子34bに付き合っていることにより、つなぎ目Tに注入した接着部50がシート39の内周側に流れ出てしまうことが無い。このため、接着剤の流出分を補填する作業を追加で行わなくとも済む可能性がある。
さらに、作業者は、柱状部37の第1の面37xの一部を第1振動子34bに付き当て、つなぎ目Tに接着部50を注入するのみにより、つなぎ目Tの接着作業を行うことができることから、つなぎ目Tの位置合わせを容易に行うことができるとともに、接着作業性が向上する。
以上から、簡単な構成かつ手法により、丸められたシートの各端部のつなぎ目において、隣り合う超音波振動子の下部電極同士の接触を防ぐことのできる超音波観察装置、超音波観察装置の製造方法を提供することができる。
(第2実施の形態)
図5は、本実施の形態の超音波観察装置のシートにおけるつなぎ目付近の部分断面図、図6は、図5の超音波観察装置から接着部を除去してシート全体を展開して示す断面図である。
この第2実施の形態の超音波観察装置の構成は、上述した図1~図4に示した第1実施の形態の超音波観察装置と比して、柱状部が少なくとも第2振動子から構成されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図6に示すように、本実施の形態において、シート139は、複数の第1振動子34と、第1振動子領域38と、柱状部137と、音響整合層36、136と、膜部35とを具備して主要部が構成されている。
柱状部137は、後述する少なくとも第1の面137xが非導電性であるとともに、複数の第1振動子34の内、配列方向Cにおける第1の端部38aに位置する第1振動子34aに対して所定の間隔C2を有して隣接して配置されている。
また、柱状部137は、配列方向Cにおいて、幅C1よりもC2だけ大きなC3の幅を有しているとともに、延在方向Hにおいて一端39iから他端39tまで延在している。
より具体的には、柱状部137は、第2下部電極133と、第2下部電極133上に配置された第2圧電素子131と、第2圧電素子131上に配置された第2上部電極132とをそれぞれ有する第2振動子を少なくとも具備しており、第2振動子は、配列方向CにC3の幅を有している電子ラジアル型の超音波振動子である。
第2圧電素子131は、第1圧電素子31と同様に、振動に伴い、超音波を第2上部電極132側に放射するとともに、被検部位から反射された音波を受信する。
第2上部電極132と第2下部電極133とは、第2圧電素子131に対してパルス電圧を印加することにより第2圧電素子131を振動させるものである。また、第2上部電極132はGND電極を構成しているとともに、第2下部電極133はプラス電極を構成している。
また、図5に示すように、柱状部137において、第2下部電極133の配列方向Cにおける端部133aが、第1振動子領域38の第2の端部38bから所定の距離C2離間して位置していることにより、第2圧電素子131の一部が露出され、露出された第2圧電素子131下に第1の面137xが構成されている。
尚、所定の距離C2は、第1振動子領域38における複数の第1振動子34の配列方向Cにおける所定の間隔C2に一致している。
第1の面137xは、第2下部電極133におけるシート139の配列方向Cの端部139a側が、第2圧電素子131の一部とともに、ブレード幅C2を有するダイシングブレードを用いてダイシングされ、切り欠きKが形成されることにより、切り欠きKによって露出される第2圧電素子131下に、配列方向Cに所定の距離C2を有して構成されている。また、前述した第1の面137Xは、第2下部電極133をエッチングして、露出部Kを設けてもよい。
尚、柱状部137は、延在方向Hにおいて、シート139の延在方向Hの一端及び他端付近のみに個別に設けられていても構わない。
膜部35は、可撓性を有するとともに、第1振動子領域38における複数の第1上部電極32と、柱状部137の第1の面137xに対向する第2の面137yとを配列方向Cに沿ってつないでいる。
また、本実施の形態においては、図5、図6に示すように、柱状部137は、第2上部電極132と膜部35との間に、音響整合層136を具備している構成を例に挙げて示しているが、これに限らず、第2上部電極132は、直接、膜部35に固定されていても構わない。
接着部50は、図5に示すように、膜部35が外表となり、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと柱状部137の非導電性を有する第1の面137xの一部とが付き合うようにシート139が丸められた状態において、シート139の配列方向Cにおける各端部139a、139b間のつなぎ目Tにおいて、柱状部137と第1振動子34bとの間を延在方向Hに沿って接着するものである。
尚、接着部50は、本実施の形態においても、例えば接着剤から構成されている。また、接着部50は、膜部35と同じ材料から構成されていても構わない。
また、本実施に形態においては、図5に示すように、第1振動子34bと柱状部137の非導電性を有する第1の面137xの一部とが付き合うつなぎ目Tにおいても、上述したように、第1振動子領域38における複数の第1振動子34の配列方向Cにおける所定の間隔C2に一致する所定の距離C2が生じている。
次に、このように構成された超音波観察装置30の製造方法について簡単に説明する。
先ず、図6に示すシート139を作製する工程を行う。シート139を作製する場合は、先ず、膜部35を形成する。次いで、膜部35上に音響整合層36、136を用いる場合は、音響整合層36、136を同時に形成する。
次いで、音響整合層36および音響整合層136上に上下面に電極32、33および電極132、133が形成された第1圧電素子31および第2圧電素子132を配列方向Cにおいて音響整合層36および音響整合層136と同じ幅に接合する。
その後、電極32、33、第1圧電素子31、音響整合層36に対して、配列方向Cにおいて幅C1毎に、ブレード幅C2を有するダイシングブレードを用いて配列方向Cに幅C2を有する溝を複数形成する。
さらに、シート139の端部139a側における電極133の一部及び第2圧電素子131の一部に対して、ブレード幅C2を有するダイシングブレードを用いて配列方向Cに幅C2を有する溝を形成することにより、切り欠きKを形成する。もしくは、エッチング幅C2でエッチングすることにより露出部Kを形成する。
その結果、膜部35上に音響整合層36を介して、配列方向Cに所定の間隔C2を有して幅C1を有する複数の第1振動子34が配列されるとともに、配列方向Cにおける第1振動子34aと柱状部137との間に所定の間隔C2を有し、さらに、柱状部137のシート139の端部139a側において、端部133aと端部139aとの間に所定の距離C2を有する切り欠きKが形成されたシート139が作製される。
次いで、シート139を、図5に示すように、膜部35が外表となり、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと、柱状部137の第1の面137xの一部とが付き合うよう、360°丸める工程を行う。
最後に、シート139が丸められた状態において、配列方向Cにおける柱状部137と第1振動子34bとの間に接着部50を注入して、接着部50により接着する工程を行う。このことにより、超音波観察装置30は製造される。
このように、本実施の形態においては、超音波観察装置30のシート139における第1振動子領域38において、複数の第1振動子34の内、配列方向Cにおける第1の端部38aに位置する第1振動子34aに対して所定の間隔C2を有して隣接して、少なくとも第1の面137xが非導電性を有する柱状部137が配置されていると示した。
また、柱状部137は、少なくとも第2下部電極133と、第2下部電極133上に配置された第2圧電素子131と、第2圧電素子131上に配置された第2上部電極132とをそれぞれ有する第2振動子を具備していると示した。
さらに、第1の面137xは、第2下部電極133におけるシート139の端部139a側が、第2圧電素子131の一部とともに、ブレード幅C2を有するダイシングブレードを用いてダイシングされて切り欠きKが形成されることにより、もしくはエッチング幅C2でエッチングされることによって、切り欠きKまたは露出部Kによって露出される第2圧電素子131下に、配列方向Cに所定の距離C2を有して構成されていると示した。
尚、所定の距離C2は、第1振動子領域38における複数の第1振動子34の配列方向Cにおける所定の間隔C2に一致していると示した。
さらに、接着部50は、膜部35が外表となり、第2の端部38bに位置する第1振動子34bと柱状部137の非導電性を有する第1の面137xの一部とが付き合うようにシート139が丸められた状態において、シート139のつなぎ目Tにおいて、配列方向Cにおいて、柱状部137と第1振動子34bとの間を延在方向Hに沿って接着すると示した。
このことによれば、シート139のつなぎ目Tにおいて、第1振動子34bの下部電極33には、第2振動子134の非導電性を有する第1の面137xの一部が接触していることから、第1振動子34aの下部電極33が第2振動子134の下部電極133に接触してしまうことがない。
このため、本実施の形態においても、第1振動子34bと第2振動子134とのつなぎ目Tにおける電気的なショートを、上述したスペーサ等を別途用いなくとも柱状部137により確実に防ぐことができる。
また、柱状部137の第1の面137xの一部が第1振動子34bに付き合っていることにより、つなぎ目Tに注入した接着部50がシート139の内周側に流れ出てしまうことが無い。
また、柱状部137における第2振動子134に対し、所定の距離C2を有する切り欠きKが形成されていることにより、第1振動子34bと柱状部137の非導電性を有する第1の面137xの一部とが付き合うつなぎ目Tにおいても、上述したように、第1振動子領域38における複数の第1振動子34の配列方向Cにおける所定の間隔C2に一致する所定の距離C2が生じている。
このことから、シート139には、全周に亘って複数の振動子が間隔C2を有して等間隔に設けられていることから、超音波観察装置30によって取得した被検部位の超音波画像に乱れが生じてしまうことを防ぐことができる。
さらに、作業者は、柱状部137の第1の面137xの一部を第1振動子34bに付き当て、つなぎ目Tに接着部50を注入するのみにより、つなぎ目Tの接着作業を行うとともに、つなぎ目Tに所定の距離C2を生じさせる位置合わせも簡単に行うことができることから、接着作業性が向上する。
また、柱状部137を構成する第2振動子134も配列方向Cにおいて切り欠きKまたは、露出部Kを除く部位が、第1振動子34と同様に幅C1を有しているとともに、第1振動子34aに対して、複数の第1振動子34a間の所定の間隔C2と同じ所定の間隔C2を有して離間していることから、柱状部137を設けることにより、超音波観察装置30によって取得した被検部位の超音波画像に乱れが生じてしまうことを防ぐことができる。
尚、その他の効果は、上述した第1実施の形態と同じである。
以下、上述した第1、第2実施の形態に用いた超音波観察装置30を有する超音波内視鏡装置の構成の一例を、図7を用いて説明する。図7は、第1、第2実施の形態の超音波観察装置を具備した超音波内視鏡装置を示す図である。
図7に示すように、超音波内視鏡装置100は、超音波内視鏡1と、光源装置11と、ビデオプロセッサ12と、観測装置14と、吸引ポンプ15と、送水タンク16とを具備している。
超音波内視鏡1は、細長な挿入部2と、操作部3と、操作部3から延出された可撓性を有するユニバーサルコード4と、該ユニバーサルコード4の延出端に設けられた内視鏡コネクタ5とにより主要部が構成されている。
内視鏡コネクタ5に、光源コネクタ6と、電気コネクタ7と、超音波コネクタ8と、吸引口金9と、送気送水口金10とが設けられている。
光源コネクタ6に、図示しないライトガイドを介して被検体内に照明光を供給する光源装置11が着脱自在な構成となっている。
また、電気コネクタ7に、図示しないイメージガイドや信号ケーブルを介して各種の信号処理等を行うビデオプロセッサ12が着脱自在な構成となっている。
さらに、超音波観察装置30内の振動子34、134から延出する超音波振動子ケーブル40の基端側に設けられたコネクタ45が電気的に接続された超音波コネクタ8に、超音波ケーブル13を介して観測装置14が着脱自在な構成となっている。
また、図示しない処置具挿通チャンネルの他端の開口に設けられた吸引口金9に、図示しない吸引チューブを介して吸引ポンプ15が着脱自在な構成となっている。さらに、図示しない流体供給管路に接続された送気送水口金10に、図示しない送気・送水チューブを介して送水タンク16が着脱自在な構成となっている。
観測装置14は、超音波内視鏡1の各種動作制御を行うものであって、例えば超音波振動子の駆動制御や、この超音波振動子の駆動制御によって取得した電気信号の信号処理を行って映像信号を生成する動作を行う。
尚、観測装置14で生成された映像信号は、図示しない表示装置に出力される。その結果、この映像信号を受けた表示装置の画面上には超音波画像が表示される。
超音波内視鏡1の挿入部2は、先端側から順に、先端部21と、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部22と、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部23とが連設されて構成されている。尚、先端部21内に、超音波観察装置30が位置している。
操作部3に、湾曲部22の湾曲操作を行う湾曲操作ノブ25、26が設けられている。また、操作部3の挿入部2側の位置には、処置具を、処置具挿通チャンネルを介して体内に導入する処置具挿通口金27が設けられている。
ビデオプロセッサ12は、先端部21内に設けられた図示しない撮像ユニットから伝送された電気信号に対して信号処理を行うことにより、標準的な映像信号を生成し、その映像信号を図示しない表示装置に出力し、表示装置の画面上に内視鏡観察画像を表示させるものである。
尚、上述した超音波内視鏡1の構成は、あくまでも一例であり、図7の構成に限定されないことは勿論である。
また、超音波観察装置30は、超音波内視鏡装置100以外の装置、例えば超音波処置具を有する装置にも適用可能である。
さらに、上述した第1、第2実施の形態においては、第1振動子34、第2振動子134は、電子ラジアル型の超音波振動子であると示したが、これに限らず、C-MUT(Capacitive micromachined ultrasonic transducers)型の超音波振動子にも適用可能であることは云うまでもない。
本出願は、2014年8月8日に日本国に出願された特願2014-162807号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものである。