JP6281262B2 - 超音波デバイスおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波デバイス、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。
特許文献１に開示されるように、超音波診断装置といった超音波画像装置に用いられる超音波探触子が一般に知られる。個々の超音波トランスデューサー素子はいわゆるバルク型の圧電層を備え、圧電層の表面には音響レンズが固定される。超音波画像の形成にあたって音響レンズから超音波信号は発信される。
圧電層の裏面はバッキング層に接合される。バッキング層内には超音波吸収層が形成される。超音波吸収層は超音波散乱体と超音波反射層との間に挟まれる。超音波振動の発信時、圧電層の超音波振動は裏面から超音波吸収層に伝達される。超音波吸収層への進入に先立って超音波振動は超音波散乱体を通過する。超音波吸収層では超音波の散乱と反射とが繰り返されることで超音波は熱エネルギーに変換され、熱エネルギーは熱伝達層および冷却層に伝達される。こうして不要な超音波振動は消失する。こうした超音波振動が圧電層に作用してしまうと、超音波画像内に虚像が形成されてしまう。
特許文献１に記載の超音波探触子では虚像の出現の防止にあたって圧電層の裏側に超音波透過層、超音波散乱体、超音波吸収層、超音波反射層、熱伝達層および冷却層が形成される。個々の超音波トランスデューサー素子や超音波探触子の構造が複雑化してしまう。構造の複雑化は製造工程の複雑化を誘引する。
そして、簡単な構造で超音波画像内の虚像の出現を防止することができる超音波デバイスが望まれていた。
（１）本発明の一態様は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを有する基板と、前記素子アレイを含む領域で前記基板に固着される面を有する支持部材とを備え、前記支持部材は、前記基板に固着される面とは反対側において、前記素子アレイ中で隣り合う２つの前記超音波トランスデューサー素子に関して、前記基板に固着される前記面から前記反対側の面までの距離が異なるように形成された表面形状を有する超音波デバイスに関する。
超音波トランスデューサー素子から超音波振動は発信される。基板の第１面から生体といった対象物に向かって超音波は発信される。同時に、第１面の裏側の第２面から超音波振動は支持部材に伝達される。基板に固着される面（以下「固着面」という）とは反対側の面（以下「反対面」という）では界面に接する媒体の音響インピーダンスに応じて超音波は反射する。このとき、隣り合う２つの超音波トランスデューサー素子では反対面まで超音波の伝達経路の長さが相違することから、超音波トランスデューサー素子に辿り着く超音波は時間軸に沿って分散する。その結果、個々の超音波トランスデューサー素子で不要な超音波振動に基づく検出信号は弱まる。こうして支持部材の表面形状に応じて超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。このように簡単な構造で虚像の出現の防止は実現される。なお、「２つの超音波トランスデューサー素子に関して」とは、基板の厚み方向からの平面視において、それぞれの超音波トランスデューサー素子の重心位置で」を意味し、それぞれの重心位置で支持部材の厚みが相違することになる。
（２）前記超音波トランスデューサー素子は、前記基板に支持される振動板を備えてもよい。振動板は空間に接し、空間は振動板と支持部材との間に位置するので、空間は振動板から支持部材に向かって超音波振動の伝達を抑制することができる。こうして振動板から支持部材に伝達される超音波振動は弱められることができる。
（３）前記表面形状は、前記基板に固着される前記面に対して角度をなす斜面を含んでもよい。斜面が隣り合う２つの超音波トランスデューサー素子に跨れば、１つの斜面の形成で簡単に固着面から反対面までの距離を相違させることができる。しかも、反対面から反射する超音波は、固着面に垂直な伝達経路に戻るのではなく、固着面に対して傾斜した伝達経路を辿る。ゆえに伝達経路の傾斜に応じて超音波トランスデューサー素子に対する超音波の作用は弱まる。こうして超音波画像内の虚像の出現をさらに効果的に防止することができる。
（４）前記斜面は、前記基板の厚み方向からの平面視において前記隣り合う２つの超音波トランスデューサー素子の開口領域を含むような位置および大きさに形成されてもよい。個々の超音波トランスデューサー素子で不要な超音波振動に基づく検出信号は確実に弱まる。こうして支持部材の表面形状に応じて超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。このように簡単な構造で虚像の出現の防止は実現される。
（５）前記斜面は前記素子アレイのスライス方向に傾斜していてもよい。こうした斜面によれば、素子アレイでスライス方向に１列の超音波トランスデューサー素子が同時に超音波を発信する場合に、超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。
（６）前記斜面は、前記平面視において前記スライス方向に関して１列の素子の開口領域を含む位置および大きさに形成されていてもよい。こうした斜面によれば、素子アレイでスライス方向に１列の超音波トランスデューサー素子が同時に超音波を発信する場合に、超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。
（７）前記斜面は前記素子アレイのスキャン方向に傾斜していてもよい。こうした斜面によれば、素子アレイでスキャン方向に１列の超音波トランスデューサー素子が同時に超音波を発信する場合に、超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。
（８）前記斜面は、前記平面視において前記スキャン方向に関して同時駆動される超音波トランスデューサー素子の開口領域を含む位置および大きさに形成されていてもよい。こうした斜面によれば、素子アレイでスキャン方向に１列の超音波トランスデューサー素子が同時に超音波を発信する場合に、超音波画像内の虚像の出現を効果的に防止することができる。
（９）前記斜面は、前記平面視において前記素子アレイの領域において単一の斜面であってもよい。こうした斜面によれば、１つの斜面でスライス方向にもスキャン方向にも傾斜を形成することができる。
（１０）前記支持部材は、前記斜面よりも前記基板に固着される前記面からの高さが大きい筐体連結部を有していてもよい。筐体連結部では超音波は減衰する。
（１１）前記平面視において、前記支持部材は、前記基板よりも大きく、前記基板の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有し、前記基板に固着される前記面は平坦に形成されていてもよい。支持部材は基板を補強し、支持部材の働きで基板の変形を防止することができる。
（１２）超音波デバイスは、前記振動板上に形成された圧電素子を有していてもよい。圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子は振動板の超音波振動を引き起こす。振動板の超音波振動は圧電素子の働きで電気信号に変換されることができる。
（１３）超音波デバイスをプローブに組み込んで利用することができる。このとき、プローブは、超音波デバイスと、前記超音波デバイスを支持する筐体とを備えればよい。
（１４）超音波デバイスを電子機器に組み込んで利用することができる。このとき、電子機器は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理部とを備えればよい。
（１５）超音波デバイスを超音波画像装置に組み込んで利用することができる。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えればよい。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理部）１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理部）１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。
図２に示されるように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６はプローブ本体１３ａおよびプローブヘッド１３ｂを区画する。こうしてプローブ本体１３ａおよびプローブヘッド１３ｂは一体化されてもよく、プローブヘッド１３ｂはプローブ本体１３ａに着脱自在に連結されてもよい。
図３に示されるように、プローブヘッド１３ｂには超音波デバイス１７が組み込まれる。超音波デバイス１７は音響レンズ１８を備える。音響レンズ１８は筐体１６の表面で露出する。音響レンズ１８の外表面には部分円筒面が形成される。部分円筒面の曲率は超音波の焦点位置に応じて決定される。音響レンズ１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。超音波デバイス１７は音響レンズ１８の表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。
筐体１６には開口１９が形成される。開口１９内に音響レンズ１８が配置される。開口１９では筐体１６の縁と音響レンズ１８の外縁との間にシール材２１が詰め込まれる。こうして音響レンズ１８の外縁に沿って封止は実現される。ここでは、音響レンズ１８の母線に平行に第１方向ＤＲ１が規定され、音響レンズ１８の母線に直交し、開口１９を含む仮想平面に平行に第２方向ＤＲ２が規定される。開口１９を含む仮想平面内で第１方向ＤＲ１および第２方向ＤＲ２は互いに直交する。
図４に示されるように、超音波デバイス１７は基板２２を備える。基板２２は基板本体２３を有する。後述されるように、基板本体２３に超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）が形成される。基板本体２３の裏面にはバッキング材２４が固定される。バッキング材２４の表面に基板本体２３の裏面が重ね合わせられる。基板本体２３の裏面はバッキング材２４の表面に接着されればよい。基板本体２３には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）２５ａおよび第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）２５ｂが結合される。第１配線板２５ａおよび第２配線板２５ｂは基板本体２３の表面に端部で重ねられて接合される。
基板２２の表面すなわち基板本体２３の表面には音響整合層２６が積層される。音響整合層２６は基板本体２３の表面を覆う。音響整合層２６には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。音響整合層２６上に音響レンズ１８が配置される。音響レンズ１８は音響整合層２６の表面に密着する。音響レンズ１８は音響整合層２６の働きで基板２２に接着される。
超音波デバイス１７は支持部材２７を備える。支持部材２７は、基板２２の厚み方向からの平面視（以下、単に「平面視」という）で基板２２よりも大きく、基板２２の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有する。支持部材２７は例えばアクリル樹脂から成形されることができる。支持部材２７には窪み２８が形成される。窪み２８には、平面視で基板２２よりも大きい平面２９が形成される。この平面２９に基板２２は重ねられる。平面２９は基板２２に固着される。固着にあたって例えば接着剤３１が用いられる。支持部材２７は筐体１６の内側に結合される。結合にあたって支持部材２７と筐体１６との間に第１配線板２５ａおよび第２配線板２５ｂは挟まれる。
図５は基板２２の平面図を概略的に示す。基板２２は基板本体２３を備える。基板本体２３には素子アレイ３２が形成される。素子アレイ３２はアレイ状に配置された素子３３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子３３群は奇数列の素子３３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。
個々の素子３３は振動板３４を備える。図５では振動板３４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向からの平面視）で振動板３４の輪郭が点線で描かれる。振動板３４上には圧電素子３５が形成される。圧電素子３５は上電極３６、下電極３７および圧電体膜３８で構成される。個々の素子３３ごとに上電極３６および下電極３７の間に圧電体膜３８が挟まれる。これらは下電極３７、圧電体膜３８および上電極３６の順番で重ねられる。基板２２は１枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。
基板本体２３の表面には複数本の第１導電体３９が形成される。第１導電体３９は配列の行方向に相互に平行に延びる。行方向は第２方向ＤＲ２すなわちスライス方向に一致する。１行の素子３３ごとに１本の第１導電体３９が割り当てられる。１本の第１導電体３９は配列の行方向に並ぶ素子３３の圧電体膜３８に共通に接続される。第１導電体３９は個々の素子３３ごとに上電極３６を形成する。第１導電体３９の両端は１対の引き出し配線４１にそれぞれ接続される。引き出し配線４１は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体３９は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子３３に共通に上電極３６は接続される。第１導電体３９は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体３９にはその他の導電材が利用されてもよい。
基板本体２３の表面には複数本の第２導電体４２が形成される。第２導電体４２は配列の列方向に相互に平行に延びる。列方向は第２方向ＤＲ２すなわちスキャン方向に一致する。１列の素子３３ごとに１本の第２導電体４２が割り当てられる。１本の第２導電体４２は配列の列方向に並ぶ素子３３の圧電体膜３８に共通に配置される。第２導電体４２は個々の素子３３ごとに下電極３７を形成する。第２導電体４２には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体４２にはその他の導電材が利用されてもよい。
列ごとに素子３３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子３３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜３０行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極３６および下電極３７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子３３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子３３に上電極が接続されてもよい。音響レンズ１８の曲率は、１筋の第２導電体４２に接続される１列の素子３３から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。
基板本体２３の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺３１ａおよび第２辺３１ｂを有する。第１辺３１ａと素子アレイ３２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ４３ａが配置される。第２辺３１ｂと素子アレイ３２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ４３ｂが配置される。第１端子アレイ４３ａは第１辺３１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ４３ｂは第２辺３１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ４３ａは１対の上電極端子４４および複数の下電極端子４５で構成される。同様に、第２端子アレイ４３ｂは１対の上電極端子４６および複数の下電極端子４７で構成される。１本の引き出し配線４１の両端にそれぞれ上電極端子４４、４６は接続される。引き出し配線４１および上電極端子４４、４６は素子アレイ３２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体４２の両端にそれぞれ下電極端子４５、４７は接続される。第２導電体４２および下電極端子４５、４７は素子アレイ３２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基板本体２３の輪郭は矩形に形成される。基板本体２３の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。
第１配線板２５ａは第１端子アレイ４３ａに覆い被さる。第１配線板２５ａの一端には上電極端子４４および下電極端子４５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線４９が形成される。第１信号線４９は上電極端子４４および下電極端子４５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、第２配線板２５ｂは第２端子アレイ４３ｂに覆い被さる。第２配線板２５ｂの一端には上電極端子４６および下電極端子４７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線５２が形成される。第２信号線５２は上電極端子４６および下電極端子４７に個別に向き合わせられ個別に接合される。
図６に示されるように、基板本体２３は基材５３および被覆膜５４を備える。基材５３の表面に被覆膜５４が一面に形成される。基材５３には個々の素子３３ごとに開口５５が形成される。開口５５は基材５３に対してアレイ状に配置される。開口５５が配置される領域の輪郭は素子アレイ３２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口５５の間には仕切り壁５６が区画される。隣接する開口５５は仕切り壁５６で仕切られる。仕切り壁５６の壁厚みは開口５５の間隔に相当する。仕切り壁５６は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基材５３は例えばシリコン基板で形成されればよい。バッキング材２４は基板本体２３の裏面で開口５５を閉じる。バッキング材２４はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁５６はバッキング材２４に結合される。バッキング材２４は個々の仕切り壁５６に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。
被覆膜５４は、基材５３の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ２）層５７と、酸化シリコン層５７の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層５８とで構成される。被覆膜５４は開口５５に接する。こうして開口５５の輪郭に対応して被覆膜５４の一部が振動板３４を形成する。振動板３４は、被覆膜５４のうち、開口５５に臨むことから基材５３の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層５７の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。音響整合層２６の膜厚は振動板３４の共振周波数に応じて決定される。
振動板３４の表面に下電極３７、圧電体膜３８および上電極３６が順番に積層される。圧電体膜３８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜３８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体３９の下で圧電体膜３８は完全に第２導電体４２を覆う。圧電体膜３８の働きで第１導電体３９と第２導電体４２との間で短絡は回避されることができる。
（２）第１実施形態に係る支持部材
図７に示されるように、支持部材２７では平面２９の輪郭は平面視で基板２２の輪郭に対応する。平面２９は少なくとも基板２２の輪郭を上回る広がりを有する。ここでは、平面２９の輪郭は矩形に形成される。平面２９は窪み２８の底面として形成される。
図７に示されるように、支持部材２７では平面２９の輪郭は平面視で基板２２の輪郭に対応する。平面２９は少なくとも基板２２の輪郭を上回る広がりを有する。ここでは、平面２９の輪郭は矩形に形成される。平面２９は窪み２８の底面として形成される。
支持部材２７には取り付け片（筐体連結部）６１が一体に形成される。取り付け片６１は、平面２９とは反対側において、平面２９の裏側から平面２９から遠ざかるように平面２９に直交する方向に延びる。取り付け片６１には貫通孔６２が形成される。貫通孔６２は第２方向ＤＲ２に平行な中心軸を有する円筒形に形成される。貫通孔６２に取り付けねじ（図示されず）が挿入される。支持部材２７は取り付けねじで筐体１６に固定される。
図８に示されるように、支持部材２７は斜面６３を含む表面形状を有する。斜面６３は平面２９の裏側で平面２９に対して角度θをなす。斜面６３は素子アレイ３２のスライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に傾斜する。ここでは、斜面６３は平面視で素子アレイ３２の領域において単一の斜面である。したがって、斜面６３は、平面視においてスライス方向（第２方向ＤＲ２）に関して１列の素子３３の開口領域を含む位置および大きさに形成される。取り付け片６１は平面２９からの高さで斜面６３の高さに比べて大きい高さを有する。取り付け片６１の高さは、画像形成の範囲となる対象物の表面からの深さよりも大きいことが望まれる。
図９に示されるように、支持部材２７では、素子アレイ３２中でスライス方向（第２方向ＤＲ２）に隣り合う２つの素子３３に関して、平面２９から斜面６３までの距離は相違する。すなわち、基板２２の厚み方向からの平面視において、それぞれの素子３３の重心位置で支持部材２７の厚みは相違することとなる。斜面６３は、スライス方向（第２方向ＤＲ２）に隣り合う２つの素子３３の開口領域を含むような位置および大きさに形成される。このとき、隣り合う素子３３の配列ピッチｄ［ｍ］、支持部材２７の音速ｃ［ｍ／ｓ］および斜面６３の角度θ［ｄｅｇ］によれば、素子３３から支持部材２７に伝播して斜面６３で反射して素子３３に受信される超音波の伝播時間の差ｔ１−ｔ２は次式で算出される。
時間差ｔ１−ｔ２が超音波の半周期になったときが最もキャンセル効果が大きい。したがって、
に基づき、
を満たす角度θが設定されることが望まれる。ここで、ｆ［Ｈｚ］は振動板３４の周波数である。
（３）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子３５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子４５、４７および上電極端子４４、４６を通じて列ごとに素子３３に供給される。個々の素子３３では下電極３７および上電極３６の間で圧電体膜３８に電界が作用する。圧電体膜３８は超音波の周波数で振動する。圧電体膜３８の振動は振動板３４に伝わる。こうして圧電素子３５に電圧が印加されると、振動板３４は超音波振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子３５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子４５、４７および上電極端子４４、４６を通じて列ごとに素子３３に供給される。個々の素子３３では下電極３７および上電極３６の間で圧電体膜３８に電界が作用する。圧電体膜３８は超音波の周波数で振動する。圧電体膜３８の振動は振動板３４に伝わる。こうして圧電素子３５に電圧が印加されると、振動板３４は超音波振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。
超音波の反射波は振動板３４を振動させる。振動板３４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜３８の超音波振動を引き起こす。振動板３４の超音波振動は圧電素子３５の圧電効果に応じて電気信号に変換される。圧電素子３５から電圧が出力される。個々の素子３３では上電極３６と下電極３７との間で電位が生成される。電位は下電極端子４５、４７および上電極端子４４、４６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。
超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。
基板２２の第１面から対象物に向かって超音波は発信される。同時に、第１面の裏側の第２面から超音波振動は支持部材２７に伝達される。支持部材２７の斜面６３では空気が界面に接することから、伝播する超音波振動は斜面６３で反射する。このとき、隣り合う２つの素子３３では斜面６３まで超音波振動の伝達経路の長さが相違することから、超音波振動は時間差で素子３３に辿り着く。辿り着く超音波振動は時間軸に沿って分散する。その結果、個々の素子３３で不要な超音波振動に基づく検出信号は弱まる。こうして支持部材２７の表面形状に応じて超音波画像内の虚像の出現は効果的に防止されることができる。簡単な構造で虚像の出現の防止は実現される。
超音波デバイス１７では素子３３は振動板３４を備える。振動板３４は開口５５内の空間に接する。空間は振動板３４と支持部材２７との間に位置する。空間は振動板３４から支持部材２７に向かって超音波振動の伝達を抑制することができる。こうして振動板３４から支持部材２７に伝達される超音波振動は弱められることができる。
斜面６３は隣り合う２つの素子３３を跨る。１つの斜面６３の形成で簡単に平面２９から反対側の面までの距離を相違させることができる。しかも、斜面６３から反射する超音波振動は平面２９に垂直な伝達経路に戻るだけでなく、平面２９に対して傾斜した伝達経路も辿る。伝達経路の傾斜に応じて素子３３に対する超音波振動の作用は弱まる。こうして超音波画像内の虚像の出現はさらに効果的に防止されることができる。
斜面６３は、平面視において隣り合う２つの素子３３の開口領域を含むような位置および大きさに形成される。個々の素子３３で不要な超音波振動に基づく検出信号は確実に弱まる。こうして支持部材２７の表面形状に応じて超音波画像内の虚像の出現は効果的に防止されることができる。簡単な構造で虚像の出現の防止は実現される。
超音波デバイス１７では斜面６３はスライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に傾斜する。前述のように素子アレイ３２ではスライス方向に１列の素子３３が同時に超音波を発信することから、１列の素子３３から伝達される超音波振動は斜面６３で反射して時間差で素子３３に辿り着く。こうして斜面６３は超音波画像内で虚像の出現を効果的に防止することができる。
前述のように、斜面６３は、平面視において素子アレイ３２の全域をカバーする単一の斜面である。斜面６３は、前述のようにスライス方向に傾斜するだけでなく、スキャン方向にも傾斜することができる。こうした斜面６３によれば、１つの斜面でスライス方向にもスキャン方向にも傾斜が形成されることができる。
支持部材２７では取り付け片６１は平面２９からの高さで斜面６３の高さに比べて大きい高さを有する。したがって、取り付け片６１の先端で超音波振動が反射しても、超音波振動は長い伝播経路を辿ることから、超音波振動は減衰する。たとえ平面視で素子アレイ３２の領域内に取り付け片６１が配置されても、超音波画像内で虚像の出現は効果的に防止されることができる。
支持部材２７は平面視で基板２２よりも大きい。加えて、支持部材２７は基板２２の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有する。支持部材２７は基板２２を補強する。支持部材２７の働きで基板２２の変形は防止されることができる。
（４）検証
本発明者は支持部材２７の効果を検証した。検証にあたって仮想被検体が用意された。仮想被検体ではシリコーン樹脂体中に複数本の仮想ターゲットが埋め込まれた。仮想ターゲットはシリコーン樹脂体の表面から特定の深さに配置された。複数種類の深さが設定された。超音波診断装置１１を用いて仮想被検体に対して超音波画像が作成された。図１０に示されるように、本実施形態では画像中で仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが消失することが確認された。図１１に示されるように、本発明者は比較例に係る支持部材２７ｚを用意した。この支持部材２７ｚでは平面２９の裏側で平面２９に平行に広がる表面６４が形成された。前述の超音波診断装置１１で支持部材２７に代えて支持部材２７ｚが組み込まれた。図１２に示されるように、比較例では仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが見受けられた。
本発明者は支持部材２７の効果を検証した。検証にあたって仮想被検体が用意された。仮想被検体ではシリコーン樹脂体中に複数本の仮想ターゲットが埋め込まれた。仮想ターゲットはシリコーン樹脂体の表面から特定の深さに配置された。複数種類の深さが設定された。超音波診断装置１１を用いて仮想被検体に対して超音波画像が作成された。図１０に示されるように、本実施形態では画像中で仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが消失することが確認された。図１１に示されるように、本発明者は比較例に係る支持部材２７ｚを用意した。この支持部材２７ｚでは平面２９の裏側で平面２９に平行に広がる表面６４が形成された。前述の超音波診断装置１１で支持部材２７に代えて支持部材２７ｚが組み込まれた。図１２に示されるように、比較例では仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが見受けられた。
（５）第２実施形態に係る支持部材
図１３に示されるように、第２実施形態に係る支持部材２７ａは斜面６５を含む表面形状を有する。斜面６５は平面２９の裏側で平面２９に対して角度θをなす。斜面６５は素子アレイ３２のスキャン方向すなわち第１方向ＤＲ１に傾斜する。スライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に斜面６５は平行に広がる。ここでは、斜面６５はスキャン方向（第１方向ＤＲ１）の繰り返し形状に基づき平面視で素子アレイ３２の領域において複数に分割される。こうした分割に応じて平面２９に直交する方向に支持部材２７ａの厚みは抑制される。隣り合う２つの斜面６５は垂直面６６で相互に接続される。斜面６５と垂直面６６とは稜線６７で相互に接続される。支持部材２７ａでは、素子アレイ３２中でスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に隣り合う２つの素子３３に関して、１つの斜面６５内で平面２９から斜面６５までの距離は相違する。その他の構成は前述の支持部材２７と同様である。
図１３に示されるように、第２実施形態に係る支持部材２７ａは斜面６５を含む表面形状を有する。斜面６５は平面２９の裏側で平面２９に対して角度θをなす。斜面６５は素子アレイ３２のスキャン方向すなわち第１方向ＤＲ１に傾斜する。スライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に斜面６５は平行に広がる。ここでは、斜面６５はスキャン方向（第１方向ＤＲ１）の繰り返し形状に基づき平面視で素子アレイ３２の領域において複数に分割される。こうした分割に応じて平面２９に直交する方向に支持部材２７ａの厚みは抑制される。隣り合う２つの斜面６５は垂直面６６で相互に接続される。斜面６５と垂直面６６とは稜線６７で相互に接続される。支持部材２７ａでは、素子アレイ３２中でスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に隣り合う２つの素子３３に関して、１つの斜面６５内で平面２９から斜面６５までの距離は相違する。その他の構成は前述の支持部材２７と同様である。
超音波画像の形成にあたってスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に１５列〜３０列程度の素子３３は同時に超音波を発信する。スキャン方向に複数の素子３３から同時に超音波は送信される。複数の素子３３から伝達される超音波振動は斜面６５で反射して時間差で素子３３に辿り着く。こうして斜面６５は超音波画像内で虚像の出現を効果的に防止することができる。斜面６５は同時に駆動される素子３３の開口領域をカバーする大きさを有すればよい。
前述と同様に、本発明者は支持部材２７ａの効果を検証した。検証にあたって前述の仮想被検体が用意された。超音波診断装置１１では支持部材２７に代えて支持部材２７ａが組み込まれた。図１４に示されるように、斜面６５と垂直面６６との稜線６７で反射する超音波に基づき像が残存するものの、概ね画像中で仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが消失することが確認された。ただし、第１実施形態に係る支持部材２７に比べて第１深さおよび第２深さの仮想ターゲットは確認されることができなかった。
（６）第３実施形態に係る支持部材
図１５に示されるように、第３実施形態に係る支持部材２７ｂは第１斜面６８および第２斜面６９を含む表面形状を有する。第１斜面６８は平面２９の裏側で平面２９に対して角度θ１をなす。第２斜面６９は平面２９の裏側で平面２９に対して第１斜面６８とは反対向きに角度θ２をなす。角度θ１と角度θ２とは等しくてよい。第１斜面６８および第２斜面６９は素子アレイ３２のスキャン方向すなわち第１方向ＤＲ１に傾斜する。スライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に第１斜面６８および第２斜面６９は平行に広がる。ここでは、第１斜面６８および第２斜面６９はスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に交互に連続して配置される。こうした相互に反対向きの第１斜面６８および第２斜面６９に応じて平面２９に直交する方向に支持部材２７ｂの厚みは抑制される。隣り合う第１斜面６８および第２斜面６９は稜線７１や谷線７２を形成する。支持部材２７ｂでは、素子アレイ３２中でスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に隣り合う２つの素子３３に関して、１つの斜面６８、６９内で平面２９から斜面６８、６９までの距離は相違する。その他の構成は前述の支持部材２７と同様である。
図１５に示されるように、第３実施形態に係る支持部材２７ｂは第１斜面６８および第２斜面６９を含む表面形状を有する。第１斜面６８は平面２９の裏側で平面２９に対して角度θ１をなす。第２斜面６９は平面２９の裏側で平面２９に対して第１斜面６８とは反対向きに角度θ２をなす。角度θ１と角度θ２とは等しくてよい。第１斜面６８および第２斜面６９は素子アレイ３２のスキャン方向すなわち第１方向ＤＲ１に傾斜する。スライス方向すなわち第２方向ＤＲ２に第１斜面６８および第２斜面６９は平行に広がる。ここでは、第１斜面６８および第２斜面６９はスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に交互に連続して配置される。こうした相互に反対向きの第１斜面６８および第２斜面６９に応じて平面２９に直交する方向に支持部材２７ｂの厚みは抑制される。隣り合う第１斜面６８および第２斜面６９は稜線７１や谷線７２を形成する。支持部材２７ｂでは、素子アレイ３２中でスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に隣り合う２つの素子３３に関して、１つの斜面６８、６９内で平面２９から斜面６８、６９までの距離は相違する。その他の構成は前述の支持部材２７と同様である。
超音波画像の形成にあたってスキャン方向（第１方向ＤＲ１）に１５列〜３０列程度の素子３３は同時に超音波を発信する。スキャン方向に複数の素子３３から同時に超音波は送信される。複数の素子３３から伝達される超音波振動は第１斜面６８および第２斜面６９で反射して時間差で素子３３に辿り着く。こうして第１斜面６８および第２斜面６９は超音波画像内で虚像の出現を効果的に防止することができる。第１斜面６８および第２斜面６９はそれぞれ同時に駆動される素子３３の開口領域をカバーする大きさを有すればよい。
前述と同様に、本発明者は支持部材２７ｂの効果を検証した。検証にあたって前述の仮想被検体が用意された。超音波診断装置１１では支持部材２７に代えて支持部材２７ｂが組み込まれた。図１６に示されるように、第１斜面６８と第２斜面６９との稜線７１や谷線７２で反射する超音波に基づき像が残存するものの、概ね画像中で仮想被検体の表面に平行な線状ノイズが消失することが確認された。ただし、第１実施形態に係る支持部材２７に比べて第１深さの仮想ターゲットは確認されることができなかった。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波プローブ１３や筐体１６、超音波デバイス１７、基板２２、素子３３等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
１１ 電子機器としての超音波画像装置（超音波診断装置）、１２ 処理部（装置端末）、１３ プローブ（超音波プローブ）、１５ 表示装置（ディスプレイパネル）、１６ 筐体、１７ 超音波デバイス、２２ 基板、２７ 支持部材、２７ａ 支持部材、２７ｂ 支持部材、２９ 基板に固着される面（平面）、３２ 素子アレイ、３３ 超音波トランスデューサー素子、３４ 振動板、３５ 圧電素子、６１ 筐体連結部（取り付け片）、６３ 反対側の面としての斜面、６５ 反対側の面としての斜面、６８ 反対側の面としての斜面（第１斜面）、６９ 反対側の面としての斜面（第２斜面）、ＤＲ１ スキャン方向（第１方向）、ＤＲ２ スライス方向（第２方向）。
Claims (15)
- アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを有する基板と、
前記素子アレイを含む領域で前記基板に固着される面を有し、対象物に向かって前記素子アレイから超音波が発信される時に超音波振動が伝達される支持部材と、を備え、
前記支持部材は、前記基板に固着される面とは反対側において、前記素子アレイ中で隣り合う２つの前記超音波トランスデューサー素子に関して、前記基板に固着される前記面から前記反対側の面までの距離が異なるように形成された表面形状を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、前記超音波トランスデューサー素子は、前記基板に支持される振動板を備えることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１または２に記載の超音波デバイスにおいて、前記表面形状は、前記基板に固着される前記面に対して角度をなす斜面を含むことを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は、前記基板の厚み方向からの平面視において前記隣り合う２つの超音波トランスデューサー素子の開口領域を含むような位置および大きさに形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は前記素子アレイのスライス方向に傾斜していることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は、前記平面視において前記スライス方向に関して１列の素子の開口領域を含む位置および大きさに形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は前記素子アレイのスキャン方向に傾斜していることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項７に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は、前記平面視において前記スキャン方向に関して同時駆動される超音波トランスデューサー素子の開口領域を含む位置および大きさに形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、前記斜面は、前記平面視において前記素子アレイの領域において単一の斜面であることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項３〜９のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記支持部材は、前記斜面よりも前記基板に固着される前記面からの高さが大きい筐体連結部を有することを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記基板の厚み方向からの平面視において、前記支持部材は、前記基板よりも大きく、前記基板の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有し、前記基板に固着される前記面は平坦に形成されていることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、前記振動板上に形成された圧電素子を有することを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波画像装置。
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