(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波照射側に配置される音響整合層及び音響レンズと、前記圧電振動子の背面に配置される吸音材と、前記圧電振動子の周辺に信号電極およびグランド電極を分離する少なくとも一つの切欠部とを有する超音波探触子において、
前記信号電極に接続する信号線と、前記グランド電極に接続する全面ベタの銅はくよりなる第１のグランド線及び第２のグランド線と、絶縁板とを有する配線板を備え、
前記信号線は前記絶縁板内部に前記圧電振動子のピッチと一致した一定のピッチで埋め込まれ、前記信号線の先端の上面は前記絶縁板から露出され前記信号電極と接続できるように形成され、
前記絶縁板の上面に前記第１のグランド線が配置され、前記絶縁板の下面に前記第２のグランド線が配置され、前記第１のグランド線と前記第２のグランド線は前記絶縁板を貫通して接続されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記配線板は、前記配線板の後端部の一方の面に信号ピンと、前記信号ピンの間にグランドピンとを有し、前記信号線は該信号ピンに接続され、前記グランドピンは前記配線板の他方の面に形成された前記第１グランド線又は前記第２のグランド線とをスルーホールで接続されることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて被検体内を画像として描出する超音波装置の分野で用いられる超音波探触子に係り、特に電気的クロストーク等を軽減して良好な超音波画像を得るための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療画像診断に用いられる超音波診断装置は超音波パルス反射法を用いて、生体の軟部組織の断層像や生成内を流れる血流像等をほぼリアルタイムでモニタに表示して観察でき、また放射線被爆のようなものもなく安全性が高いとされ、さらに小型で安価なこともあって、広く医療の分野で利用されている。かかる超音波診断装置では、被検体内への超音波の送信と被検体内からのエコー信号の受信のために超音波探触子を用いる。
【０００３】
超音波探触子の基本構成は一般に、圧電振動子の背面に吸音材，超音波の放射面に音響整合層を設けたものから形成されている。電子走査型の超音波装置に用いられる探触子は、通常細長い短冊状の振動子が多数配列されたものからなっている。この細長い短冊状の振動子の複数個を一群として、その一群の中の各振動子をそれぞれ所定の遅延時間を与えて駆動する。これにより、探触子から被検体内の所定深度及び所定方向へ、収束する超音波ビームを送信する。また、受信時にも各振動子へ時間とともに変化する遅延時間を与えて所定方向から超音波ビームを受信する。そして、前記送受信の超音波ビームを振動子の配列方向に移動して、被検体内を走査することにより、超音波画像データを得る。
【０００４】
上記走査により良好な超音波画像を得るには、超音波ビームの走査範囲全体にわたり、超音波ビームの指向性が優れ、かつ細い超音波ビームが形成される必要がある。このためには、配列振動子の振動子間での電気的クロストークが小さく、高Ｓ／Ｎ化が重要である。
【０００５】
一般に超音波探触子では、振動子の裏面の電極に信号を印加し、超音波放射面，即ち表面の電極をグランドし、電磁的にはシールド電極として使用するのが通常である。複数個の振動子を配列したアレイ型超音波探触子においては、各微細振動子素子の裏面電極に各々信号を印加するために配線板を接続し、各々の素子間は絶縁され、電気的クロストークが小さいことが要求される。一方、超音波放射面の表面電極はすべて共通グランドにおとす構成になっている。従来、このような電極構成にするために、信号印加用の配線板と共通グランド用の引出し線あるいは板を別々に振動子に接続する方法がとられている。また、この配線板と超音波装置本体とは同軸ケーブルによりつながれるが、配線板と同軸ケーブル間はコネクタによって接続されている。この場合、従来は、コネクタのレセタクルと接続される配線板のピンパターンは隣接した信号ピンより構成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の超音波探触子には次のような欠点があった。配線板には、振動子に接続される信号線のみが配線されているために、信号が印加されると、信号線間に電界が生じ、電気的なクロストークの発生は免れなかった。また、共通グランドの引出し線は細い銅線よりなっているためにグランドが弱く、それによっても振動子素子間の電気的クロストークが発生した。さらに、コネクタは信号ピンのみが隣接した構成になっているために、その間でもクロストークが発生した。
【０００７】
本発明の目的は、複数個の振動子を配列した電子走査用アレイ型探触子等において、上記従来の欠点を除去した超音波探触子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波探触子は、圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波照射側に配置される音響整合層及び音響レンズと、前記圧電振動子の背面に配置される吸音材と、前記圧電振動子の周辺に信号電極およびグランド電極を分離する少なくとも一つの切欠部とを有する超音波探触子において、前記信号電極に接続する信号線と、前記グランド電極に接続する全面ベタの銅はくよりなる第１のグランド線及び第２のグランド線と、絶縁板とを有する配線板を備え、前記信号線は前記絶縁板内部に前記圧電振動子のピッチと一致した一定のピッチで埋め込まれ、前記信号線の先端の上面は前記絶縁板から露出され前記信号電極と接続できるように形成され、前記絶縁板の上面に前記第１のグランド線が配置され、前記絶縁板の下面に前記第２のグランド線が配置され、前記第１のグランド線と前記第２のグランド線は前記絶縁板を貫通して接続される。
【０００９】
また、前記配線板は、前記配線板の後端部の一方の面に信号ピンと、前記信号ピンの間にグランドピンとを有し、前記信号線は該信号ピンに接続され、前記グランドピンは前記配線板の他方の面に形成された前記第１グランド線又は前記第２のグランド線とをスルーホールで接続される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態としてのいくつかの実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明の超音波探触子の第一の実施例で、ケースをとりはずした状態の内部構造を構成要素の一部を切断して示した図、図２はその主要部を拡大して示した断面図である。
【００１２】
図１において、１は吸音材で、例えばバリウムフェライトの粉末をゴムに混入し固めたもの、２は吸音材１の上に接着剤を用いて固着された圧電振動子で、例えばＰＺＴ圧電セラミックと、その上方向と下方向の２面及び両側面に焼き付けまたは印刷技術を用いて形成された電極とからなる。圧電振動子２は、図１のように、その横断面が矩形をしている短冊状の振動子素子をそれぞれ所定の間隔をおいて配列した構成となっている。３は第１音響整合層、４は第２音響整合層で、それぞれ振動子２の長さと同じ長さを有し、例えば、第１音響整合層３はタングステン粉末を混入したエポキシ樹脂の成形材からなり、第２音響整合層４はポリウレタン系樹脂の成形材からなり、各々の材料の超音波伝播速度から決まる波長（λ）の１／４の厚みに形成されている。５は音響レンズで、第２音響整合層４の上に接着剤で接着され、圧電振動子２から送信された超音波を振動子の配列方向と直交する面内（配列振動子の短軸方向）にて超音波をある深さに収束するものである。これらの構成は、従来の超波探触子と基本的に同様である。
【００１３】
次に、本実施例の特徴的構成について図２を用いて詳述する。圧電振動子２に設けられた電極は、二つの切欠部Ｌ１およびＬ２により分離されて、その上面すなわち超音波放射面に設けたグランド電極７と、裏面すなわち吸音材１と対接する面に設けた信号電極６とからなっている。ここで、グランド電極７は、振動子２の上面に設けた切欠部Ｌ１から側面を通じ、裏面の一端に設けた切欠部Ｌ２に対応する部分（これを端子Ｔ１とする）までまわり込むように形成する。一方、信号電極６は、圧電振動子２の裏面の該切欠部Ｌ２に対応する部分（これを端子Ｔ２とする）でグランド電極７と分離配置され、振動子２の切欠部Ｌ１まで表面に逆にまわり込むように形成する。１０は信号線９とグランド線８とを有するフレキシブル配線板であり、この配線板１０のグランド線８の先端がグランド電極７の端子Ｔ１に接続され、信号線９の先端が信号電極６の端子Ｔ２に接続される。なお、本超音波探触子の製造方法については後述する。
【００１４】
本実施例では、振動子２の裏面の一端で信号電極６とグランド電極７を対向配置することで、配線板１０として、信号線９とグランド線８が一体構成でグランドが全面ベタの上に信号線が配置された、いわゆるマイクロストリップ線路のフレキシブル配線板が使用できるため、信号線間の電気的クロストークを小さくすることができる。
【００１５】
図３は本発明の超音波探触子の第二の実施例の主要部の断面図を示すものであって、全体の構成は第一の実施例と基本的に同じ構成をとっている。第一の実施例と異なる点は、圧電振動子が二層のＰＺＴセラミックからなり、内部電極を有する二層振動子２から構成されていることにある。この場合の信号電極とグランド電極は、三つの切欠部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３により分離され、振動子２の表面と裏面の両面がグランド電極７になり、内部電極が信号電極６となる。信号電極６は、振動子の表面と裏面まで側面を通じてまわり込むように形成され、特に振動子２の裏面の一端では切欠部Ｌ２によりグランド電極７と分離されている。この切欠部Ｌ２に対応するグランド電極７および信号電極６の部分を、それぞれ、端子Ｔ１およびＴ２とし、これら端子Ｔ１およびＴ２に配線板１０のグランド線８の先端および信号線９の先端が接続される。
【００１６】
本実施例では、配線板１０は、グランド線用の全面導体と絶縁層（ポリイミド等）をはさんでその上に形成された信号線路からなった、いわゆるマイクロストリップ線路を有する配線板が用いられる。この場合も、配線板裏面の全面導体によりグランドにおとすことができるために、信号配線間のクロストークを低減させられる。また、グランドを大面積の導体により形成することができるため、グランド線を通じたクロストークも抑制される。
【００１７】
図４は、本発明の超音波探触子のさらに第三の実施例の主要部の断面図を示すもので、本実施例も、全体の構成は前述の二つの実施例と基本的には同じである。異なる点は圧電振動子２として三層のＰＺＴセラミックスからなる積層圧電体を用いている点にある。この三層振動子２の信号電極とグランド電極は切欠部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４により分離された、振動子２の表面がグランド電極７，振動子２の裏面が信号電極６からなる。ここで、振動子２の裏面の一端における電極構造は図１と同じであり、これら電極の端子Ｔ１，Ｔ２に、配線板１０のグランド線８と信号線９が接続される。本実施例においても、第一の実施例と同様のマイクロストリップ線路を有するフレキシブル配線板が使用できるため、信号線間の電気的クロストークを小さくできる。
【００１８】
図５は、図２および図４に示した超音波探触子に用いられるフレキシブル配線板１０の平面図であり、図６はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は絶縁板１１の上側に全面ベタの銅はくよりなるグランド線８を形成し、その下側には絶縁板１１’で支持された信号線９を設ける。信号線９の先端はグランド線８の先端よりも長くなるようにする。そして、信号線９のピッチは振動子２のピッチと一致するようにする。このような配線板１０を図２および図４のように振動子２に接続するには、まだ短冊状に切断されていない圧電振動子２のグランド電極７の端子Ｔ１に配線板１０のグランド線８の先端を接続し、信号電極６の端子Ｔ２には配線板１０の信号線９の先端を接続する。そして、振動子２を短冊状に切断するときに、同時に配線板１０のグランド線８および絶縁板１１，１１’を一定ピッチで所定の深さＣまで切断する。その結果、切断された振動子２ごとに、配線板１０のグランド線８および信号線９の先端が分離した形で、それぞれ、グランド電極７および信号電極６に接続されるようになる。
【００１９】
図７は図３の超音波探触子に用いられる配線板１０の平面図であり、図８はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は絶縁板１１の上側に信号線９を形成し、下側には全面ベタの銅はくよりなるグランド線８を設ける。グランド線８の先端は信号線９の先端よりも長くするように形成する。信号線９のピッチは振動子２のピッチと一致するようにする。振動子との接続は、まだ切断されていない振動子２のグランド電極７の端子Ｔ１に配線板１０のグランド線８の先端を接続し、信号電極６の端子Ｔ２には配線板１０の信号線９を接続することで行う。短冊状の振動子２を形成するときに、同時に配線板１０のグランド線８および絶縁板１１の先端を一定ピッチで深さＣまで切断する。
【００２０】
図９は配線板１０の他の実施例を示す平面図であり、図１０はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は、図５や図７に示す配線板１０の信号線９の間に第二のグランド線８’を設け、これと全面ベタの第一のグランド線８とを多数のスルーホール１２で接続したものである。すなわち、例えばポリイミド樹脂部材よりなる絶縁板１１の表面に信号線９を形成し、その間に第二のグランド線８’を設ける。絶縁板１１の裏面には全面ベタの銅はくよりなる第一のグランド線８を形成する。そして、これらグランド線８’とグランド線８とを多数のスルーホール１２で接続する。このように形成された配線板１０は、これまで説明してきたと同様な手法で、振動子の電極に接続され、振動子がカットされるとき、配線板の先端もカットされる。
【００２１】
本実施例の配線板１０では、信号線９の間にグランド線８’を挿入した構造になっている。これにより、配線板内の信号線間の電気的クロストークをいっそう小さくすることができる。なお、本実施例では、直線状の配線パターンについて説明したが、別にこれに限るわけではなく、曲線状パターンであっても良く、その信号線パターンの間にグランド線パターンが挿入されていれば良い。
【００２２】
図１１は配線板１０のさらに他の実施例を示す平面図であり、図１２はそのＡ−Ａ’線上の断面図、図１３はＢ−Ｂ’線上の断面図である。本実施例は、ポリイミド樹脂などよりなる絶縁板１１のほぼ中央部に短冊状の振動子のピッチと一致したピッチで信号線９を埋め込む。そして、絶縁板１１の上側と下側に、それぞれ、全面ベタの銅はくよりなるグランド線８，８”を設け、その間を多数のスルーホール１２で接続する。図１２および１３に示すように、信号線９の先端は絶縁板１１から露出され、振動子の信号電極と接続できるように形成される。この配線板１０の振動子電極との接続および先端部分の切断も、これまで説明してきたと同様の手法でなされる。
【００２３】
本実施例の配線板１０は、銅からなる信号線９が銅箔の上下グランド８、８”にはさまれた絶縁体ポリイミド樹脂１１の中に配置されたストリップライン型からなっている。本構成の配線板１０を用いることにより、これまで説明した配線板と同様に信号線間の電気的クロストークを小さくすることができる。また、伝送線路の特性インピーダンスを設計することができるため、インピーダンス整合がとりやすいなどの利点も有する。
【００２４】
以上の各実施例において、配線板１０の振動子電極との接続先端とは反対側の後端部において、信号線とグランド線は、それぞれ、超音波装置本体に接続された同軸ケーブルの信号線およびグランド線に直接接続してもよいが、コネクタを介して同軸ケーブルに接続するのが望しい。
【００２５】
図１４はその実施例を説明するための接続構成ブロック図である。図において、配線板１０は、例えば、図７および図８に示したものであって、その信号線の先端およびグランド線の先端は、それぞれ、振動子２の一端の信号電極およびグランド電極に接続されている。配線板１０の後端部において、信号線とグランド線とは、ここでは４個のコネクタ１３を介して超音波診断装置への接続用コネクタ１５に接続された同軸ケーブル１４に接続する。各々のコネクタ１３はレセタクルとヘッダとからなり、レセタクルは配線板１０に取付けられ、ヘッダは同軸ケーブル１４に接続されている。図１５は一つのコネクタ１３のレセタクルに接続するための配線板１０の後端部に設けられた配線パターンを示したものである。すなわち、配線板１０の表面に信号ピン１６を設け、これと信号線９とを接続する。信号ピン１６の間には、グランド線ピン１７を設け、スルーホール１８を介して配線板１０の裏面のグランド線に接続する。コネクタ１３のレセタクルの端子は、これら信号ピン１６およびグランドピン１７に対応するように形成されて電気的に接続される。
【００２６】
ここで、図５および図６に示す配線板１０の後端部に図１５に示した信号ピン１６およびグランド１７を設ける場合には、絶縁板１１’の後端部を切り欠き、信号線９を露出させてそこに信号ピンを設け、その間にグランドピンを設ける。グランドピンとグランド線との接続は前記同様にスルーホールを介してなされる。また、図７および図８の配線板１０に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、信号線９に対応して信号ピンを設け、その間にグランドピンを設けて、裏面のグランド線をスルーホールで接続する。図９および図１０の配線板１０の後端板に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、この後端部にはグランド線８’を設けず、信号線９のみとし、上記と同様に信号線９と信号ピンとを接続し、また、グランド線８とグランドピンとをスルーホールで接続する。
【００２７】
さらに、図１１〜図１２の配線板１０の後端部に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、この端部には、グランド線８および上側の絶縁板１１を切り欠いた状態に形成して信号線９を露出させてそこに信号ピンを設け、その間にグランドピンを設け、グランドピンはスルーホールを介してグランド線８”と接続すればよい。
【００２８】
次に、図１および図２の実施例を参照して、本発明の超音波探触子の製造方法説明する。まず、公知の手段により、セラミック粉体を焼結してＰＺＴ圧電セラミック板を形成する（短冊状にカットされていない矩形状のセラミック板）。このセラミック板の全面にスクリーン印刷手段（公知）により電極を形成して圧電振動子とする。このとき、電極上面の片側にセラミック板の長手方向に沿って切欠部Ｌ１を設け、また、電極下面に同様の方向に沿って切欠部Ｌ２を設け、電極上面をグランド電極７とし、電極下面を信号電極６とする。また、グランド電極７および信号電極６の切欠部Ｌ２に対応する部分をそれぞれの端子Ｔ１およびＴ２とする。次に、図５および図６に示したような配線板１０を電極に半田づけ接続する。すなわち、配線板１０の信号線９の先端部分を信号電極６の端子Ｔ２に半田づけし、配線板１０のグランド線８の先端部分をグランド電極７の端子Ｔ１に接続する。このように配線板１０をとりつけた圧電振動子を吸音材１の上に接着材を用いて固着する。その後、圧電振動子板の前面に音響整合層３および４を接着剤を用いて固着する。以上のようにして得た積層配置した振動子板を配線板とともに所定ピッチでアレイ形状に切断加工する。その結果、振動子板は短冊状に切断され、図１に示す振動子２のように加工される。さらに、図５に示すように配線板１０の先端の絶縁板１１，１１’およびグランド線８は点線で示したように深さＣまで切断され、その信号線９およびグランド線８の各々は、それに対応する振動子２と個々に接続された状態になる。
【００２９】
以上のステップにより、図１および図２に示した探触子が製造される。図３，図４に示す探触子は二層および三層の振動子を用いる点に特徴があるが、その製造方法は上記と同様である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、圧電振動子をその裏面の一端において信号電極とグランド電極を分離する切欠部を設ける構造とし、該切欠部に対応する信号電極とグランド電極の部分に、一枚の配線板に絶縁体をはさんで形成された信号線とグランド線の先端部を電気的に接続することにより、配線板が信号線とグランド線が一体構成のいわゆるマイクロストリップ線路型あるいはストリップライン型構成となり、信号線間の電気的クロストークを低減できる。そして、このクロストークの低減により、Ｓ／Ｎの良好な特性を有する超音波探触子を提供することができる。
【００３１】
また、請求項２の発明によれば、配線板上の信号線の間にもグランド線を設けたので、信号線間に発生するクロストロークをさらに低減させることができる。
また、請求項３の発明によれば、配線板を、絶縁体の内部の中央部に信号線を埋設し、絶縁板の上下面全面を銅はくよりなるグランド線とする構造としたので、特性インピーダンスの調整が可能で、インピーダンス整合をとることができるため、信号線間に発生するクロストークをさらに低減させることができる。
【００３２】
さらに、請求項４の発明によれば、配線板の後端部に設けた信号ピンの間にグランドピンを設け、このグランドピンと配線板の全面銅はくとをスルーホールで接続したので、信号ピン間に発生するクロストークも低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波探触子の第一の実施例の一部を断面で示した斜視図である。
【図２】図１の主要部の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の超音波探触子の第二の実施例の主要部の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の超音波探触子の第三の実施例の主要部の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の一実施例の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図７】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の他の実施例の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図９】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の他の実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図１１】本発明の超音波探触子で用いられる配線板のさらに他の実施例を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ′線上の断面図である。
【図１４】本発明の超音波探触子で用いられる配線板と同軸ケーブルとの接続を説明するためのブロック図である。
【図１５】本発明の超音波探触子で用いられる配線板のケーブル接続用コネクタ部の配線パターンの一部を示す図である。
【符号の説明】
１  吸音材
２  圧電振動子
３  第１音響整合層
４  第２音響整合層
５  音響レンズ
６  信号電極
７  グランド電極
８  グランド線
９  信号線
１０  配線板
１１  絶縁板
１２  スルーホール
１６  信号ピン
１７  グランドピン
１８  スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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