具体实施方式
在本发明的超声波探头中,为了对超声波元件和接地线进行电连接,与超声波元件相连接的传感器接地基板、以及与接地线相连接的电缆基板直接或者通过中继接地基板进行连接。因此,不同于通过连接器来连接这两者的情况,能避免受连接器极数的限制而使电阻增大,能减小该传感器接地基板和电缆基板之间的接地电阻。并且,由于该接地电阻减小,所以,能抑制因外部磁场的杂波电流而引起的接地电位变化;能减小该接地电位变化对接收信号的不良影响,防止发生图像杂波。
希望在上述超声波探头中,上述传感器信号基板的至少一部分被上述传感器接地基板或者上述中继接地基板覆盖。
此外,希望在上述超声波探头中,上述电缆基板的至少一部分由上述传感器接地基板或者上述中继接地基板进行覆盖。
并且,希望在上述超声波探头中,上述传感器信号基板和上述电缆基板的连接部,由上述传感器接地基板或上述中继接地基板覆盖。
若采用这些希望的例子,则能够使上述传感器接地基板或上述中继接地基板具有屏蔽功能,对上述传感器信号基板、上述电缆基板及其连接部中的至少一部分进行屏蔽,能够抑制因来自外部的电磁波而产生的杂波,能够提高超声波探头的抗电磁波的耐久性。
再者,希望在上述超声波探头中,上述超声波元件的至少一部分被上述传感器接地基板或者上述中继接地基板覆盖。若采用该希望的例子,则能够提高超声波探头的抗电磁波的耐久性。
并且,希望在上述超声波探头中,上述超声波探头元件的超声波收发面、以及超声波收发面和侧周面由上述传感器接地基板或者上述中继接地基板进行覆盖,在该希望的例子中,除了能够提高超声波探头的抗电磁波的耐久性外,还能够使传感器接地基板或中继接地基板具有声匹配板的功能。在此情况下,不必另外设置声匹配板,所以能够提高操作性。
再者,在该希望的例中,在上述传感器接地基板或者上述中继接地基板的、对上述超声波探头的超声波收发面进行覆盖的部分形成有多个沟槽,由于该沟槽的存在,所以也能够把上述超声波元件从电气上分割成多个振子。
以下,利用附图详细说明本发明的实施方式。
<第1实施方式>
图1表示本发明第1实施方式的超声波探头的一例。该超声波探头具有:传感部100,用于把电信号变换成超声波,发送到生物上,接收从生物来的反射波,并将其变换成电信号;电缆部101,与传感部100进行电信号的接收发送;以及连接器部102,用于把探头连接到超声波诊断装置主体上。
传感部100具有:超声波元件103、以及与超声波元件103电连接的传感器信号基板104和传感器接地基板105。此外,也可以在超声波探头元件103的超声波收发面设置用于高效率地收发超声波的声匹配板。再者,在超声波元件103的超声波收发面上设置了使超声波收束而提高所关心的生物内区域的分辨率的声透镜107。并且,在超声波元件103的背面(与超声波发射面相反的一面),布置了用于吸收超声波的背后层106。
超声波元件103采用具有压电特性的材料,例如,采用钛酸钡等压电陶瓷。在该超声波元件103的表面上形成由金属等导电材料构成的信号电极和接地电极,这些电极、传感器信号基板104和传感器接地基板105的导电部分别进行电连接。虽然不特别限定这两个基板的布置,但例如图1所示,可以把传感器信号基板104布置成对超声波元件103的整个背面进行覆盖的状态,把传感器接地基板105布置成对超声波元件103的整个超声波收发面进行覆盖的状态。
传感器信号基板104采用在绝缘基板表面上形成导电层的结构。绝缘基板采用例如环氧树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚苯基亚硫酸酯等高分子材料。并且,导电层采用例如Ni、Cr、Au、Ag、AI、Cu、Ti等金属。导电层的厚度并不特别限定,例如可以是30μm以下。该导电层被构图成规定的形状,与超声波元件的信号电极进行电连接。该连接,例如通过焊锡和导电性粘接剂等,或者利用机械式接触来实现。
传感器接地基板105和传感器信号基板一样,可以采用在绝缘基板105a表面上形成导电层105b的结构。尤其是,在把传感器接地基板105连接成对超声波元件103的整个超声波收发面进行覆盖的情况下,导电层的厚度必须设定为不妨碍超声波收发的值。这种导电层厚度例如为30μm以下。并且,传感器接地基板105也可以采用由金属等导电性材料构成的基板。
再者,如图1的例所示,在把传感器接地基板105连接成对超声波元件103的整个超声波收发面进行覆盖的情况下,如果传感器接地基板105采用具有声匹配功能的材料,则能够使该传感器接地基板105具有声匹配板的功能。在此情况下,能够减少在超声波元件和声透镜之间积层的材料;或者不必另外设置声匹配板,所以能够抑制由于传感器接地基板和声匹配板之间的粘接剂等所造成的声的不匹配,而且容易制作超声波探头。这种具有声匹配功能的材料可以是:例如在环氧树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚苯基亚硫酸酯等高分子材料上,在压电板的面上形成例如30μm以下的Ni、Cr、Au、Ag、AI、Cu、Ti等金属材料而形成的结构,或者是材料本身具有导电性能的、由导电性塑料或者石墨构成的材料等。
传感器接地基板105的导电层105b(在采用导电性基板的情况下,为该基板),与超声波元件103的接地电极进行电连接。该连接同传感器信号基板104的导电层一样,例如,通过焊锡和导电性粘合剂等,或者利用机械性接触来实现。
如图1所示,希望传感器接地基板105布置成对传感器信号基板104的至少一部分进行覆盖。采用这样的布置,能够使传感器接地基板105的导电层105b具有屏蔽板功能,对传感器信号基板104的至少一部分进行屏蔽,所以能够提高抗电磁波的耐久性。例如图1所示,把传感器信号基板104和传感器接地基板105从超声波元件103中沿相同的取出方向(在图1的例中为超声波元件的左侧)拉出来,从而实现该布置方法。
而且,在图1的例中,超声波元件103和传感器接地基板105的导电部105a直接进行连接。但也可以在这两者之间设置导电性材料,例如石墨板等。并且,在超声波元件103的整个超声波收发面上连接着传感器接地基板105。但并非仅限于此,也可以使传感器接地基板105仅与超声波元件103的端部相连接。超声波元件103和传感器信号基板104的连接部也是一样,既可以使两者直接连接,也可以通过导电性材料来连接。
在电缆部101中,多条信号线109由电缆屏蔽110进行包覆,然后由***111进行保护。再者,电缆部101具有电缆基板108,以便使信号线109与传感器信号基板104和传感器接地基板105相连接。
信号线109包括:信号线109a,用于向传感部传送从进行各种超声波信号处理的超声波诊断装置主体(未图示)发送来的电信号,或者,向超声波诊断装置主体传送由包含生物信息的超声波变换成的电信号;以及接地线109b,用于向传感部的超声波元件103供给接地电位。希望该信号线109是用金属编织线等内部屏蔽材料对中心铜线进行包围的、具有同轴结构的信号线。该多条信号线109捆成束,用***111进行保护。***111可以采用例如氯乙烯和硅等绝缘性材料。并且,希望在信号线109和***111之间,布置例如金属编织线、金属箔等电缆屏蔽110,用于外来电磁波的屏蔽和避免电磁波的辐射。
上述信号线109与电缆基板108相连接。电缆基板108和传感器信号基板104一样,可以采用在绝缘基板表面上形成导电层的结构。并且,也可以在电缆基板108上安装电子线路。电缆基板108的导电层被构图成规定的形状,这样来形成信号图形和接地图形。该电缆基板108的信号图形与上述信号线电连接;接地图形与接地线电连接。
再者,电缆基板108的信号图形与传感器信号基板104的导电层进行电连接。该电缆基板108和传感器信号基板104的连接,例如,可以通过引线接合、基板之间的热压接、或者卡边缘连接器和其他连接器来实现。
并且,电缆基板108的接地图形与传感器接地基板105的导电层105b进行电连接。在本实施方式中,该电缆基板108的接地图形和传感器接地基板105的导电层105b的连接通过中继接地基板112来实现。中继接地基板112可以采用例如铜线、铜箔片等金属板等导电性基板。并且,不特别限定中继接地基板112的尺寸,但为了进一步减小接地电阻,希望在电缆基板108的接地图形和传感器接地基板105的导电层105b之间,使截面面积大、距离短。并且,在存在多个电缆基板108的情况下,可以把与各个电缆基板108相连接的中继接地基板112连接在传感器接地基板105上。
中继接地基板112与上述传感器接地基板105的导电层105b连接。这时,希望弯曲传感器接地基板105的引出端部(成为与中继接地基板112的连接部的部分),尤其希望将该端部弯曲90度以上,更希望弯曲约108度。这时,因为能够使传感器接地基板105的导电层105b向外侧露出,容易连接该导电层105b和中继接地基板112。并且,希望中继接地基板112和传感器接地基板105的导电层105b的连接面积尽量大,以便减小接地电阻。
并且,中继接地基板112与电缆基板108的接地图形连接。这时,如图1所示,希望中继接地基板112连接成对传感器信号基板104和电缆基板108的连接部进行覆盖的状态。这样进行布置,能够使中继接地基板112具有屏蔽板的功能,对传感器信号基板104和电缆基板108的连接部进行屏蔽,所以使抗电磁波的耐久性提高。其结果,不需要屏蔽板,容易制作超声波探头,而且,也能够使框体小型化。并且,希望中继接地基板112和电缆基板108的接地图形的连接面积尽量大,以便减小接地电阻。
连接器部102具有:主体连接器115、以及分别连接有信号线109a和接地线109b的销子116,并将其收容在连接器框体113内。连接器框体113能够用例如金属、树脂等构成,在其内壁面上具有金属等导电层114。电缆屏蔽110连接到与上述销子绝缘的主体连接用连接器的外周部的金属部分,或者与连接器框体113内面的导电层114连接;当与超声波诊断装置主体相连接时,连接到超声波诊断装置主体的框架接地或者信号接地上。
以下,详细说明利用上述超声波探头能够达到的效果。
在上述超声波探头中,如上所述,传感器接地基板105的导电层105b和电缆基板108的接地图形通过中继接地基板112进行连接。因此,不同于通过连接器对这两者进行连接的情况,能够避免连接器极数的限制而引起的电阻增大,所以,能够减小传感器接地基板105和电缆基板108之间的接地电阻。再者,通过降低该接地电阻,能够抑制外来电磁波产生的杂波电流所引起的接地电位变化,能够减小该接地电位变化对接收信号的不良影响,能够防止图像杂波的发生,提供优质的超声波图形。
并且,电缆部101和传感部100的连接,在电缆基板108和传感器信号基板104的连接部、以及电缆基板108和传感器接地基板105的连接部的至少这2处实现。因此,也能够获得提高电缆部101和传感部100的连接强度的效果。尤其,因使用了中继接地基板112,所以,即使在电缆基板108和传感器信号基板104之间产设拉应力,也能够利用中继接地基板112的张力来防止传感器信号基板104和电缆基板108的连接部剥离等而造成的断线。
<第2实施方式>
在第1实施方式中,举例说明了传感器接地基板的导电层和电缆基板的接地图形通过中继接地基板进行连接。但是,本发明也可以不通过中继接地基板,而直接连接上述两者。以下说明这种实施方式。
图2是表示涉及本发明第2实施方式的超声波探头的一例的模式剖面图。该超声波探头和第1实施方式一样具有:传感部100、电缆部101和连接器部102。
和第1实施方式一样,传感部100具有:超声波元件103、与其相连接的传感器信号基板104、以及传感器接地基板105。在图2的例中,传感器信号基板104布置成对超声波元件103的整个背面进行覆盖的状态,而且从超声波元件103的两侧面侧引出。并且,传感器接地基板105布置成对超声波元件103的整个超声波收发面覆盖的状态,而且从超声波元件103的两侧面侧引出。这样,能够把传感器接地基板105布置成对超声波元件103的超声波收发面和两侧面进行覆盖的状态。利用这样的布置,能够使传感器接地基板105的导电层105b具有屏蔽板的功能,对超声波元件103进行屏蔽,所以能够提高抗电磁波的耐久性。
而且,构成传感部100的各构件的材料和结构等,实质上和第1实施方式一样。尤其,在本实施方式所示的例中,传感器接地基板105从超声波元件103的两侧面引出,能够可靠地覆盖该超声波收发面整体,所以,采用具有声匹配功能的材料作为传感器接地基板105使用,能够获得大的效果。
电缆部101和第1实施方式一样,具有:包括信号线109a和接地线109b在内的多条信号线109、***111、以及包括信号图形和接地图形在内的电缆基板108。在图2的例中,采用2块电缆基板108,分别连接在向超声波元件103的两个侧面侧引出的传感器信号基板104和传感器接地基板105的两个引出部上。
电缆基板108的信号图形与信号线的信号线109a和上述传感部的传感器信号基板104电连接。这些连接与第1实施方式相同。
并且,电缆基板108的接地图形与信号线的接地线109b和上述传感器接地基板105电连接。在本实施方式中,电缆基板108的接地图形和传感器接地基板105的导电层105b,例如用焊锡等直接连接。这时,如图2所示,希望传感器接地基板105把电缆基板108和传感器接地基板105连接成对传感器信号基板104和电缆基板108的连接部的至少一部分进行覆盖的状态。利用这种布置,能够使传感器接地基板105具有屏蔽板的功能,对传感器信号基板104和电缆基板108的连接部进行屏蔽,所以,能够提高抗电磁波的耐久性。并且,传感器接地基板105和电缆基板108的接地图形的连接面积,能够进一步减小接地电阻,所以,希望尽量增大。
而且,构成电缆部101的各个构件的材料和结构等,实质上与第1
实施方式相同。
并且,因为连接部102的结构实质上与第1实施方式相同,所以,其说明从略。
而且,在上述说明中,举例说明了把传感器信号基板和传感器接地基板从超声波元件的两侧面侧引出来的情况。但和第1实施方式相同,该结构也可以是把这2个基板仅从超声波元件的一个侧面引出的结构。
但是,采用从超声波元件的两侧面侧引出这些基板的结构,如上所述,能够用传感器接地基板来覆盖超声波元件的两则面,提高抗电磁波的耐久性,所以效果良好。并且,若采用从两侧面侧引出的结构,则如图2所示,电缆基板108和传感器信号基板104的整个连接部均能够用传感器接地基板105进行覆盖,所以,能够用传感器接地基板105来对该连接部进行屏蔽,提高抗电磁波的耐久性。其结果,不需要屏蔽板,容易制作超声波探头,而且也能够实现框体小型化,因此效果良好。
若采用上述超声波探头,则直接连接传感器接地基板105和电缆基板108。因此,和第1实施方式一样,不同于通过连接器来连接两者的情况,能够避免因连接器极数的限制而产生的电阻增大,所以,能够减小传感器接地基板和电缆基板之间的接地电阻,抑制因外来电磁波产生的杂波电流而造成的接地电位变化,提供优质的超声波图像。
尤其,在本实施方式中,由于直接连接传感器接地基板105和电缆基板108,所以与采用中继接地基板的第1实施方式相比,能够减少用焊锡等进行连接的部位,因此,制造时作业性良好,能够抑制焊锡等对电缆部和传感部造成的热损伤。
并且,电缆部和传感部的连接,在电缆基板和传感器信号基板的连接部、以及电缆基板和传感器接地基板的连接部的至少这两个地方进行。这样,也能够获得提高电缆部和传感部的连接强度的效果。
<第3实施方式>
如第1和第2实施方式中也已说明的那样,传感器接地基板可以具有屏蔽功能。
为了超声波探头的小型化、轻量化所导致的操作性的提高,必须减小收容传感部的框体,但在另行设置屏蔽板的情况下,必须考虑其形状和厚度,来确保框体内的空间,所以很难进行小型化和轻量化。并且,用屏蔽板来包围电缆连接器部,不填充足够的封装材料,有可能无法充分固定内部结构体。再者,用屏蔽板不能够覆盖超声波探头的超声波收发面,所以很难充分防止电磁波侵入超声波元件内。
但是,若采用本发明的一实施方式,则如上所述,传感器接地基板具有屏蔽功能,不必另行设置屏蔽板,因此,也能够解决上述问题。
在本实施方式中,说明该传感器接地基板产生的屏蔽效果尤其显著的方式。
图3是表示涉及本发明第3实施方式的超声波探头的一例的模式立体图。该超声波探头,除了传感器接地基板105和形状不同外,其结构实质上与第2实施方式相同。因此,这里详细说明传感器接地基板105的形状。
传感部和第2实施方式一样,具有:超声波元件103、以及与其相连接的传感器信号基板104和传感器接地基板105,传感器信号基板104布置成对超声波元件103的整个背面进行包覆的状态,并且,从超声波元件103的两侧面侧引出。
传感器接地基板105布置成对超声波元件103的整个超声波收发面覆盖的状态,并且,和传感器信号基板104相同,从超声波元件103的两侧面侧引出。再者,如图3所示,传感器接地基板105的形状还能够覆盖引出传感器信号基板104的那一侧之外的侧面,即与引出传感器信号基板104的那一侧的侧面相邻接的侧面。这样,能够进一步增大传感器接地基板105对超声波元件103的屏蔽效果。
电缆部和第2实施方式一样,具有:包括信号线和接地线在内的多条信号线109、***111、以及包含信号图形和接地图形的电缆基板108。如图13所示,采用2块电缆基板108,它们分别连接到向超声波元件103的两侧面侧引出的传感器信号基板104和传感器接地基板105的两个引出部上。
电缆基板108的接地图形与信号线109的接地线及上述传感器接地基板105电连接。这时,如图3所示,电缆基板108和传感器接地基板105进行连接,使传感器接地基板105对传感器信号基板104和电缆基板108的整个连接部进行覆盖。并且,如图3所示,传感器接地基板105不仅覆盖形成有电缆基板108的接地图形的面,而且也覆盖与该面相垂直的面(即侧面)。这样,能够进一步增大传感器接地基板105对电缆基板108的屏蔽效果。
图4是上述传感器接地基板105的屏开图。如图4所示,上述传感器接地基板105,其形状是把对超声波元件的超声波收发面进行覆盖的面作为底面部分,在该底面部分的四边分别连接侧面部分。而且,图4的斜线部分表示与电缆基板的连接部分。
并且,希望在传感器接地基板的底面部分形成多个沟槽105c。该沟槽是为了把超声波元件从电气上分割成多个振子而形成的,利用该沟槽,减弱与相邻的振子之间的机械性结合,或者提高振子的机械振动的独立性,因此能够提高串音,扩大方向角。在沟槽内充填环氧树脂和硅等绝缘性材料,较柔的材料对提高振子独立性的效果显著。
传感器接地基板105的上述侧面部分被布置成对超声波元件103、传感器信号基板104和电缆基板108的周围(四周)进行包围的状态。这时,希望在传感器接地基板105的侧面部分中,向超声波元件103的传感器信号基板104被引出的那一侧之外的侧面(电缆基板108的侧面)引出的部分,利用焊锡等与电缆基板108、或者传感器接地基板105的另一侧面部分相连接。这是因为能够保持传感器接地基板105的形状。
这样,在本实施方式中,传感器接地基板105布置成对超声波元件103、传感器信号基板104、和电缆基板108的周围进行包围的状态,所以,传感器接地基板105对超声波元件103、传感器信号基板104和电缆基板108及其连接部的屏蔽效果提高,因此,能够提高抗电磁波的耐久性,减小电磁波侵入等所造成的杂波电流。其结果,不必另外设置屏蔽板,所以,容易制作超声波探头,而且也能够实现框体小型化。