JP6024154B2 - 超音波装置、プローブ、電子機器及び診断装置 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態の超音波装置に対する比較例について説明する。図1に、比較例の超音波装置を示す。図1に示す超音波装置は、バッキング部材BK、駆動電極線SL、圧電素子PZ1〜PZ5、整合層AD、音響レンズLNを含む。なお簡単のため、駆動電極線SLに対向して設けられるコモン電極線の図示を省略している。
次に、上記の課題を解決可能な本実施形態の超音波装置について説明する。なお以下では薄膜圧電素子を用いて超音波素子が構成される場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、超音波素子は電気信号を超音波に変換する素子であればよく、超音波素子の電極間に寄生容量が存在していればよい。
図3を用いて、本実施形態においてスライス方向に超音波ビームを収束させる手法について説明する。図3には、スライス方向D1に沿って並ぶ超音波素子P1i〜P5iを模式的に示し、スキャン方向D2は紙面に垂直な方向に対応する。第3の方向D3は、スライス方向D1及びスキャン方向D2に直交する方向であり、深度方向に対応する。なお簡単のためM=5とし、コモン電極線は図示を省略する。
上記の容量C1〜C5の調整手法について詳細に説明する。まず図5(A)、図5(B)に、超音波素子の構成例を示す。図5(A)には、スライス方向D1を紙面垂直方向とする断面図を示し、図5(B)には、ダイアフラムの平面視図を示す。なお図5(B)では、簡単のため配線層130、150の図示を省略する。
図9、図10に、音場シミュレーションにより計算した音場プロファイルの例を示す。超音波素子の駆動周波数は3.5MHzであり、スライス方向における超音波素子の個数は15個であり、スライス方向における超音波素子のピッチは500umであり、ダイアフラムの短辺は40umである。横軸は、スライス方向D1に沿った距離xを表し、縦軸は、深度方向D3に沿った深度zを表す。超音波素子アレイは、x=0、z=0に設置されている。
図11に、超音波素子アレイの駆動電圧を出力する駆動電圧出力回路の詳細な構成例を示す。図11に示す駆動電圧出力回路50は、駆動信号制御回路20、駆動信号発生回路30、アンプ回路AM1〜AMNを含む。
図12(A)、図12(B)に、超音波素子群P11〜PMNを構成する超音波素子の構成例を示す。なお以下では適宜、超音波素子を超音波トランスデューサー素子とも呼ぶ。
図13に、図2の超音波装置が搭載されるヘッドユニット220の構成例を示す。図13に示すヘッドユニット220は、素子チップ200、接続部210、支持部材SUPを含む。なお、本実施形態のヘッドユニット220は図13の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
図15(A)、図15(B)に、上記のヘッドユニット220が適用される超音波プローブ300の構成例を示す。図15(A)はプローブヘッド310がプローブ本体320に装着された場合を示し、図15(B)はプローブヘッド310がプローブ本体320から分離された場合を示す。
図16に、超音波診断装置の構成例を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ300、電子機器本体400を含む。超音波プローブ300は、超音波ヘッドユニット220、処理装置330を含む。電子機器本体400は、制御部410、処理部420、ユーザーインターフェース部430、表示部440を含む。
100 超音波素子アレイ、110 シリコン基板、120 絶縁層、
130 配線層、140 圧電層、150 配線層、
200 素子チップ、210 接続部、220 ヘッドユニット、
230 接触部材、240 プローブ筐体、300 超音波プローブ、
310 プローブヘッド、320 プローブ本体、330 処理装置、
410 制御部、420 処理部、430 UI部、440 表示部、
AFE 受信部、AL1,AL2 共通コモン電極線、
AM1〜AMN アンプ回路、a1 ダイアフラムの長辺の長さ、
a2 ダイアフラムの短辺の長さ、b1 圧電層の長辺の長さ、
b2 圧電層の短辺の長さ、C1〜C5 容量、CL1〜CLM コモン電極線、
CNTL 送受信制御部、CTa1,CTb1,CTa2、CTb2 コモン端子、
D1〜D3 第1〜第3の方向、FC 焦点、HV_P 送信部、MUX 選択部、
P11〜PMN 超音波素子、R0〜R5 配線抵抗、
SL1〜SLN 駆動電極線、T/R_SW スイッチ部、
Ta1〜TaN,Tb1〜TbN 駆動端子、V1〜VN 駆動電圧、
WM 波面、Δt1〜Δt5 遅延時間
Claims (14)
- 第1の方向に沿って複数の超音波素子が配置された超音波素子列が、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿ってN列(Nは2以上の自然数)配置された超音波素子群と、
前記第1の方向に沿って配線された第1〜第Nの駆動電極線と、
第1の端子と、
を含み、
前記N列のうち第i列の超音波素子列を構成する超音波素子には、前記第1〜第Nの駆動電極線のうちの第iの駆動電極線(iはN以下の自然数)が接続され、
前記第iの駆動電極線の一端には、前記第1の端子が接続され、
前記第i列の超音波素子列の各超音波素子は、前記第iの駆動電極線に接続される第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた圧電層と、により構成され、
前記第i列の超音波素子列において、前記第1の端子に近い第1の超音波素子の前記圧電層による容量をCaとし、前記第1の超音波素子よりも前記第1の端子から遠い第2の超音波素子の前記圧電層による容量をCbとする場合に、
Ca>Cbであることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1において、
前記第iの駆動電極線の他端に接続される第2の端子を含むことを特徴とする超音波装置。 - 請求項2において、
前記第i列の超音波素子列において、前記第2の端子に近い第3の超音波素子の前記圧電層による容量をCcとし、前記第3の超音波素子よりも前記第2の端子から遠い第4の超音波素子の前記圧電層による容量をCdとする場合に、
Cc>Cdであることを特徴とする超音波装置。 - 請求項2において、
前記圧電層による容量は、前記第1の端子から前記第iの超音波素子列の中央部に向かって順次小さくなり、前記第2の端子から前記中央部に向かって順次小さくなることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記超音波素子群を構成する超音波素子において、前記圧電層の振動により振動するダイアフラムは、矩形であり、
前記超音波素子は、前記ダイアフラムの前記矩形の長辺が前記第1の方向に沿うように配置されることを特徴とする超音波装置。 - 請求項2において、
前記第i列の超音波素子列において、超音波素子間の前記第iの駆動電極線の配線抵抗は、前記第1の端子から前記第iの超音波素子列の中央部に向かって順次小さくなり、前記第2の端子から前記中央部に向かって順次小さくなることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記第iの駆動電極線の他端に接続される第2の端子を含み、
前記第1の端子及び前記第2の端子に供給された駆動信号が、前記第1の端子及び前記第2の端子から前記第i列の超音波素子列の中央部に向かって順次遅延することにより、前記超音波素子群から出射される超音波ビームは、前記第1の方向であるスライス方向において所定位置にフォーカスすることを特徴とする超音波装置。 - 請求項7において、
前記スライス方向においてフォーカスする前記所定位置は、
前記第2の方向であるスキャン方向において前記超音波ビームがフォーカスする位置であることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記超音波素子列に配置された前記複数の超音波素子は、M(Mは2以上の自然数)個の超音波素子であり、
前記超音波素子群は、
前記超音波素子列が前記N列配置された、M行N列のマトリックス状の超音波素子群であることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記第iの駆動電極線の他端に接続される第2の端子と、
前記第1の端子と前記第2の端子に対して前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を含むことを特徴とする超音波装置。 - 複数の超音波素子が配置された超音波素子列と、
前記複数の超音波素子に接続される駆動電極線と、
前記駆動電極線の一端に接続される第1の端子と、
を含み、
前記超音波素子列の各超音波素子は、前記駆動電極線に接続される第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた圧電層と、により構成され、
前記超音波素子列において、前記第1の端子に近い第1の超音波素子の前記圧電層による容量をCaとし、前記第1の超音波素子よりも前記第1の端子から遠い第2の超音波素子の前記圧電層による容量をCbとする場合に、
Ca>Cbであることを特徴とする超音波装置。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の超音波装置を含むことを特徴とするプローブ。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の超音波装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の超音波装置と、
表示部と、
を含むことを特徴とする診断装置。
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JP2012078933A JP6024154B2 (ja) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | 超音波装置、プローブ、電子機器及び診断装置 |
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