(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング材と、
前記バッキング材の表面上に配列された複数の無機圧電素子と、
前記複数の無機圧電素子の上に配置され且つ前記複数の無機圧電素子にわたって延在する音響整合層と、
前記音響整合層の上に配列された複数の有機圧電素子と
を備え、
前記複数の有機圧電素子は、
前記音響整合層の上に配列形成され且つ互いに分離された複数の有機圧電素子用信号電極層と、
前記複数の有機圧電素子用信号電極層の上に接合され且つ前記複数の有機圧電素子用信号電極層にわたって延在する有機圧電体と、
前記有機圧電体の全面上に形成された有機圧電素子用接地電極層と
を有し、
前記複数の有機圧電素子用信号電極層のそれぞれは、前記複数の有機圧電素子に面する前記音響整合層の表面部に形成された溝を介して隣接する有機圧電素子用信号電極層から分離されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記複数の有機圧電素子は、前記複数の無機圧電素子の配列ピッチと異なるピッチで配列されている請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の有機圧電素子は、前記複数の無機圧電素子の配列ピッチより狭いピッチで配列されている請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記複数の無機圧電素子は、
互いに分離された複数の無機圧電体と、
前記複数の無機圧電体の両面にそれぞれ配置された複数の無機圧電素子用信号電極層および複数の無機圧電素子用接地電極層と
を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記複数の無機圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛またはマグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体からなり、前記有機圧電体は、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体からなる請求項４に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記複数の有機圧電素子の上に保護層を介して配置された音響レンズをさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項７】
バッキング材の表面上に複数の無機圧電素子を配列形成し、
前記複数の無機圧電素子の上に前記複数の無機圧電素子にわたって延在する音響整合層を接合し、
前記音響整合層の全面上に有機圧電素子用導電層を形成した後、前記音響整合層の表面部分に到達するまで前記有機圧電素子用導電層をダイシングすることにより互いに分離された複数の有機圧電素子用信号電極層を配列形成し、
前記複数の有機圧電素子用信号電極層の上に前記複数の有機圧電素子用信号電極層にわたって延在する有機圧電体を接合し、
前記有機圧電体の全面上に有機圧電素子用接地電極層を形成することにより複数の有機圧電素子を配列形成する
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項８】
前記複数の無機圧電素子は、
前記バッキング材の表面全域にわたって延びる無機圧電体の両面の全面上にそれぞれ無機圧電素子用導電層が形成されたものを前記バッキング材の表面上に接合し、
前記バッキング材の表面部分に到達するまで前記無機圧電体と前記無機圧電体の両面上の前記無機圧電素子用導電層をダイシングする
ことにより配列形成される請求項７に記載の超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波探触子およびその製造方法に係り、特に、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子とが互いに積層形成された超音波探触子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
また、近年、より正確な診断を行うために、被検体の非線形性により超音波波形が歪むことで発生する高調波成分を受信して映像化するハーモニックイメージングが脚光を浴びつつある。
このハーモニックイメージングに適した超音波探触子として、例えば、特許文献１に開示されているように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の無機圧電体を用いた複数の無機圧電素子とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の有機圧電体を用いた複数の有機圧電素子とを積層形成したものが提案されている。
無機圧電素子により高出力の超音波ビームを送信し、有機圧電素子により高調波の信号を高感度に受信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５５８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子は、超音波を効率よく透過させるために音響整合層を介して積層されるが、従来、特許文献１の図１０に示されるように、複数の無機圧電素子に対応して音響整合層が複数に分断され、分断された音響整合層の上に対応する有機圧電素子が配置されていた。このため、無機圧電素子と有機圧電素子は、互いに同一のチャンネル数および同一のピッチで配列されることとなる。その結果、高次の高調波成分を有機圧電素子で受信する際にグレーティングローブが発生しやすくなり、画質の低下をもたらすおそれがある。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、複数の無機圧電素子と複数の有機圧電素子とが積層形成されながらも高画質の超音波画像の生成を可能とする超音波探触子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列された複数の無機圧電素子と、複数の無機圧電素子の上に配置され且つ複数の無機圧電素子にわたって延在する音響整合層と、音響整合層の上に配列された複数の有機圧電素子とを備え、複数の有機圧電素子は、音響整合層の上に配列形成され且つ互いに分離された複数の有機圧電素子用信号電極層と、複数の有機圧電素子用信号電極層の上に接合され且つ複数の有機圧電素子用信号電極層にわたって延在する有機圧電体と、有機圧電体の全面上に形成された有機圧電素子用接地電極層とを有し、複数の有機圧電素子用信号電極層のそれぞれは、複数の有機圧電素子に面する音響整合層の表面部に形成された溝を介して隣接する有機圧電素子用信号電極層から分離されているものである。
【０００８】
なお、複数の有機圧電素子は、複数の無機圧電素子の配列ピッチと異なるピッチで配列してもよい。例えば、複数の有機圧電素子は、複数の無機圧電素子の配列ピッチより狭いピッチで配列することができる。
また、複数の無機圧電素子は、互いに分離された複数の無機圧電体と、複数の無機圧電体の両面にそれぞれ配置された複数の信号電極層および複数の接地電極層とを有することが好ましい。
複数の無機圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛またはマグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体から形成し、有機圧電体は、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体から形成することができる。
さらに、複数の有機圧電素子の上に保護層を介して音響レンズを配置することが好ましい。
【０００９】
この発明に係る超音波探触子の製造方法は、バッキング材の表面上に複数の無機圧電素子を配列形成し、複数の無機圧電素子の上に複数の無機圧電素子にわたって延在する音響整合層を接合し、音響整合層の全面上に有機圧電素子用導電層を形成した後、音響整合層の表面部分に到達するまで有機圧電素子用導電層をダイシングすることにより互いに分離された複数の有機圧電素子用信号電極層を配列形成し、複数の有機圧電素子用信号電極層の上に複数の有機圧電素子用信号電極層にわたって延在する有機圧電体を接合し、有機圧電体の全面上に有機圧電素子用接地電極層を形成することにより複数の有機圧電素子を配列形成する方法である。
【００１０】
ここで、複数の無機圧電素子は、バッキング材の表面全域にわたって延びる無機圧電体の両面の全面上にそれぞれ無機圧電素子用導電層が形成されたものをバッキング材の表面上に接合し、バッキング材の表面部分に到達するまで無機圧電体と無機圧電体の両面上の無機圧電素子用導電層をダイシングすることにより配列形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、複数の無機圧電素子にわたって延在する音響整合層の上に複数の有機圧電素子が配列されるので、複数の有機圧電素子を複数の無機圧電素子の配列ピッチに関わらずに配列することができ、高画質の超音波画像の生成を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る超音波探触子を示す部分斜視図である。
【図３】実施の形態に係る超音波探触子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】変形例に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１および図２に、この発明の実施の形態に係る超音波探触子の構成を示す。
バッキング材１の表面上に複数の無機圧電素子２がピッチＰ１で配列形成されている。複数の無機圧電素子２は、互いに分離された複数の無機圧電体２１を有し、それぞれの無機圧電体２１の一方の面に信号電極層２２が接合され、他方の面に接地電極層２３が接合されている。すなわち、それぞれの無機圧電素子２は、専用の無機圧電体２１と信号電極層２２と接地電極層２３から形成されている。また、互いに隣接する無機圧電素子２の間には、充填材２４が充填されている。
このような複数の無機圧電素子２の上に音響整合層３が接合されている。音響整合層３は、複数に分断されることなく、複数の無機圧電素子２の全体にわたって延在している。
【００１４】
この音響整合層３の上に複数の有機圧電素子４が配列形成されている。複数の有機圧電素子４は、複数に分断されることなく、これら複数の有機圧電素子４にわたって延在する共通の有機圧電体４１を有している。そして、音響整合層３に対向する有機圧電体４１の面上に複数の有機圧電素子４に対応して互いに分離された複数の信号電極層４２が接合され、音響整合層３とは反対側の有機圧電体４１の全面上に複数の有機圧電素子４にわたって延在する共通の接地電極層４３が接合されている。なお、各信号電極層４２は、音響整合層３の表面部に形成された溝３１を介して隣接する信号電極層４２から分離されている。
【００１５】
すなわち、それぞれの有機圧電素子４は、専用の信号電極層４２と、複数の有機圧電素子４に共通の有機圧電体４１および接地電極層４３から形成されている。このため、複数の有機圧電素子４の配列ピッチは、有機圧電体４１の面上に接合された複数の信号電極層４２の配列ピッチのみにより決定されることとなる。この実施の形態においては、複数の信号電極層４２は、無機圧電素子２の配列ピッチＰ１よりも狭いピッチＰ２で配列されており、これにより、配列ピッチＰ２の複数の有機圧電素子４が形成されている。
さらに、複数の有機圧電素子４の上に保護層５を介して音響レンズ６が接合されている。
【００１６】
無機圧電素子２の無機圧電体２１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代表される圧電セラミックまたはマグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ−ＰＴ）に代表される圧電単結晶から形成されている。一方、有機圧電素子４の有機圧電体４１は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体等の高分子圧電素子から形成されている。
【００１７】
バッキング材１は、複数の無機圧電素子２を支持すると共に後方へ放出された超音波を吸収するもので、フェライトゴム等のゴム材から形成することができる。
音響整合層３は、複数の無機圧電素子２からの超音波ビームを効率よく被検体内に入射させるためのもので、無機圧電素子２の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの中間的な値の音響インピーダンスを有する材料から形成される。
保護層５は、有機圧電素子４の接地電極層４３を保護するもので、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）により形成される。
音響レンズ６は、屈折を利用して超音波ビームを絞り、エレベーション方向の分解能を向上させるもので、シリコンゴム等から形成されている。
【００１８】
動作時には、例えば、複数の無機圧電素子２が超音波の送信専用の振動子として、複数の有機圧電素子４が超音波の受信専用の振動子として使用される。
複数の無機圧電素子２の信号電極層２２と接地電極層２３の間にそれぞれパルス状または連続波の電圧を印加すると、それぞれの無機圧電素子２の無機圧電体２１が伸縮してパルス状または連続波の超音波が発生する。これらの超音波は、音響整合層３、有機圧電素子４、保護層５および音響レンズ６を介して被検体内に入射し、互いに合成され、超音波ビームを形成して被検体内を伝搬する。
被検体からの超音波エコーが音響レンズ６および保護層５を介してそれぞれの有機圧電素子４に入射すると、有機圧電体４１が超音波の高調波成分に高感度に応答して伸縮し、信号電極層４２と接地電極層４３の間に電気信号が発生し、受信信号として出力される。
複数の有機圧電素子４から出力された受信信号に基づいて、高調波画像を生成することができる。
【００１９】
また、複数の無機圧電素子２を超音波の送受信兼用の振動子として使用することもできる。この場合、音響レンズ６および保護層５を介して有機圧電素子４で受信された超音波エコーが、さらに有機圧電素子４および音響整合層３を介してそれぞれの無機圧電素子２に入射し、無機圧電体２１が主に超音波の基本波成分に応答して伸縮し、信号電極層２２と接地電極層２３の間に電気信号を発生する。
このようにして複数の無機圧電素子２から得られた基本波成分に対応する受信信号と、有機圧電素子４から得られた高調波成分に対応する受信信号とに基づいて、基本波成分と高調波成分を複合したコンパウンド画像を生成することができる。
【００２０】
このとき、複数の有機圧電素子４が、複数の無機圧電素子２の配列ピッチＰ１よりも狭い配列ピッチＰ２を有しているので、有機圧電素子４により高次の高調波成分を受信しても、グレーティングローブが発生しにくく、このため、高画質の超音波画像を生成することが可能となる。
【００２１】
このような超音波探触子は、次のようにして製造することができる。
まず、図３（Ａ）に示されるように、バッキング材１の表面全域にわたって延びる無機圧電体７１の両面の全面上にそれぞれ導電層７２および７３が形成されたものを、接着剤等によりバッキング材１の表面上に接合する。
次に、図３（Ｂ）に示されるように、無機圧電体７１と導電層７２および７３をピッチＰ１でダイシングすることにより、バッキング材１の表面上に配列ピッチＰ１で配列された複数の無機圧電素子２を形成する。このとき、無機圧電体７１とバッキング材１との間に位置する導電層７２を完全に分断するため、ダイシングは、バッキング材１の表面部分に到達するまで行われ、それぞれの無機圧電素子２は溝２５を介して隣接する無機圧電素子２から分断されることとなる。
【００２２】
このようにして隣接する無機圧電素子２の間に形成された溝２５の内部に充填材２４を充填して、図３（Ｃ）に示されるように、複数の無機圧電素子２の位置および姿勢を固定した後、これら複数の無機圧電素子２の上に音響整合層３を接合する。音響整合層３は、複数の無機圧電素子２の全体にわたって延びるだけの大きさを有し、複数の無機圧電素子２に対向する面とは反対側の音響整合層３の表面の全面上に導電層７４が予め形成されている。
次に、図３（Ｄ）に示されるように、導電層７４をピッチＰ２でダイシングすることにより、音響整合層３の表面上に、複数の有機圧電素子４に対応して配列ピッチＰ２で配列された複数の信号電極層４２を形成する。このとき、導電層７４を完全にピッチＰ２で分断するため、ダイシングは、音響整合層３の表面部分に到達するまで行われ、それぞれの信号電極層４２は溝３１を介して隣接する信号電極層４２から分断されることとなる。
【００２３】
さらに、図３（Ｅ）に示されるように、複数の信号電極層４２の上に導電性接着剤等により有機圧電体４１を接合する。有機圧電体４１は、複数の信号電極層４２の全体にわたって延びるだけの大きさを有し、複数の信号電極層４２に対向する面とは反対側の有機圧電体４１の表面の全面上に接地電極層４３が予め形成されている。これにより、配列ピッチＰ２で配列された複数の有機圧電素子４が形成される。
その後、複数の有機圧電素子４の接地電極層４３の上に保護層５を介して音響レンズ６を接合することにより、図１および図２に示した超音波探触子が製造される。
【００２４】
このように、音響整合層３が、複数に分断されずに、複数の無機圧電素子２の全体にわたって延びるだけの大きさを有しており、また、複数の有機圧電素子４は、これら複数の有機圧電素子４にわたって延在する共通の有機圧電体４１および接地電極層４３を有しているため、図３（Ｄ）に示した導電層７４のダイシングを任意のピッチで行うだけで、極めて容易に複数の有機圧電素子４の配列ピッチＰ２を自由に設定することができる。
複数の有機圧電素子４の配列ピッチＰ２は、複数の無機圧電素子２の配列ピッチＰ１に何ら拘束されることなく、導電層７４のダイシングのピッチのみで決定される。
このため、使用目的等に最適な構造の超音波探触子を容易に製造して、高画質の超音波画像を生成することが可能となる。
【００２５】
なお、音響整合層３の全面上に形成されている導電層７４をダイシングすることにより複数の信号電極層４２を形成したが、これに限るものではなく、例えば、音響整合層３の全面上に任意のピッチで導電層をパターン形成することで、複数の信号電極層４２を形成することもできる。
【００２６】
また、表面上に導電層７４が予め形成された音響整合層３を複数の無機圧電素子２の上に接合したが、これに限るものではなく、複数の無機圧電素子２の上に音響整合層３を接合し、その後、音響整合層３の表面上に導電層７４を形成してもよい。
同様に、表面上に接地電極層４３が予め形成された有機圧電体４１を複数の信号電極層４２の上に接合したが、複数の無機圧電素子２の上に有機圧電体４１を接合した後、有機圧電体４１の表面上に接地電極層４３を形成してもよい。
【００２７】
複数の有機圧電素子４は、必ずしも複数の無機圧電素子２の配列ピッチＰ１より狭いピッチで配列形成する必要はなく、例えば、図４に示されるように、複数の有機圧電素子４を複数の無機圧電素子２と同じ配列ピッチＰ１で配列することもできる。さらに、複数の無機圧電素子２の配列ピッチＰ１より広いピッチで複数の有機圧電素子４を配列してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  バッキング材、２  無機圧電素子、３  音響整合層、４  有機圧電素子、５  保護層、６  音響レンズ、２１  無機圧電体、２２  信号電極層、２３  接地電極層、２４  充填材、２５，３１  溝、４１  有機圧電体、４２  信号電極層、４３  接地電極層、７１  無機圧電体、７２〜７４  導電層、Ｐ１  複数の無機圧電素子の配列ピッチ、Ｐ２  複数の有機圧電素子の配列ピッチ。
【図１】
0005530994.tif 000002
【図２】
0005530994.tif 000003
【図３】
0005530994.tif 000004
【図４】
0005530994.tif 000005