(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパースアレイパターンをもって二次元的に分散配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、
を含み、
前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記スパースアレイパターンをもって配置され、
前記バッキングにおける前記第１面とは異なる第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記スパースアレイパターンとは異なるパターンをもった信号ライン接続用の整列パターンをもって配置され、
前記バッキング内に埋設された複数のリードが前記スパースアレイパターンから前記整列パターンへの変換を行うパターン変換マトリックスを構成することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
スパースアレイパターンをもって二次元的に分散配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、
を含み、
前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記スパースアレイパターンをもって配置され、
前記バッキングにおける前記第１面とは異なる第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記スパースアレイパターンとは異なるパターンをもった信号ライン接続用の整列パターンをもって配置され、
前記複数の振動素子は素子種別に従って複数の素子グループに区分され、
前記整列パターンは、前記複数の素子グループに対応する複数の区画を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記複数の振動素子は、送信専用素子、受信専用素子、及び、送受信兼用素子の中の少なくとも２種類の素子によって構成されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記複数のリードの一方端部間の最小ピッチよりも、前記複数のリードの他方端部間の最小ピッチの方が大きいことを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記複数のリードの一方端部に設けられる一方側コンタクトよりも、前記複数のリードの他方端部に設けられる他方側コンタクトの方が大きいことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記バッキングは前記第１面からその反対側にある前記第２面にかけて断面が連続的に又は段階的に増大する形態を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各リードは前記バッキング内において直線的な形態を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各リードは導電性をもった線状部材とそれを包む被覆部材とからなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
スパースアレイパターンとしての第１パターンをもって配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、
を含み、
前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記第１パターンをもって配置され、
前記バッキングにおける前記第１面とは反対側の第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記第１パターンとは配列及びピッチが異なる信号ライン接続用の整列パターンとしての第２パターンをもって配置され、
前記バッキング内に埋設された複数のリードが前記スパースアレイパターンから前記整列パターンへの変換を行うパターン変換マトリックスを構成することを特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
アレイ振動子から後方に放射された超音波を吸収するバッキングの製造方法において、
第１パターンをもって複数のリード保持位置が設定された第１プレートと、前記第１パターンとは異なる第２パターンをもって複数のリード保持位置が設定された第２プレートと、を隔てて配置する工程と、
前記第１プレートの複数のリード保持位置と前記第２プレートの複数のリード保持位置との間において、複数のリードがパターン変換マトリックスを構成するように、当該複数のリードを架け渡す工程と、
前記複数のリードの周囲を枠体で囲んで、その内部にバッキング材料を充填し、それを硬化させる工程と、
前記硬化後のバッキング材料に対して外形加工を行う工程と、
を含むことを特徴とするバッキング製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、
前記第１プレート及び前記第２プレートは、前記外形加工においていずれも除去されることを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の方法において、
前記第１プレートは、前記外形加工において除去され、
前記第２プレートは、前記外形加工においてそのまま残される基板であることを特徴とするバッキング製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びバッキング製造方法に関し、特に複数のリードが埋設されたバッキング及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的少ない振動素子数で超音波ビームを二次元走査するためのアレイ振動子として、スパース型アレイ振動子が知られている。このアレイ振動子は、一般に、複数の有効素子（有効振動素子）と複数の無効素子（無効振動素子）とを二次元マトリックス状に配列してなるものである。ここで、各有効素子は、送信専用素子、受信専用素子又は送受信兼用素子である。
【０００３】
そのようなアレイ振動子の背面側にはバッキングが設けられる。バッキングはアレイ振動子から後方に放射される不要な超音波を減衰（散乱、吸収）させる部材である。従来において、バッキング内には、スパースアレイを構成する各有効素子から引き出されたリードが埋設されている。具体的には、バッキング内を互いに並行な複数のリードが貫通している。バッキングの第１面（アレイ振動子側の面）には、各リードの一方端部がスパースアレイ配列をもって配設され、一方、バッキングの第２面（第１面と反対側の面で信号ラインが接続される）には、各リードの他方端部がスパースアレイ配列とまったく同一の配列で配設される。ここで、それぞれの一方端部及び他方端部には、一般に、コンタクト（電極）が個別的に形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると、バッキングの第２面上においては、送信専用、受信専用、送受信兼用といった複数種類のコンタクトが混在し、しかも密集するために、各コンタクトに対して、対応する信号ライン（アンプなどの電子回路であってもよい）を接続するのが非常に困難となる。これに対して、それらをグループ分けするために特別な配線を行うと、その分だけ不必要に信号経路が長くなってしまったり、製造コストが増大したりする。また、振動素子の微小化により、各振動素子は高い電気的インピーダンスを有しており、このため雑音が入りやすい状況にあるが、各リード線が互いに並行に配置されているために、どうしてもリード線間でクロストークが生じやすいという問題がある。
【０００５】
なお、特開２００１−２９２４９６公報には関連する技術が開示されている。また、未公開の先願として、特願２００１−１５２１２２（出願日：２００１年５月２２日）がある。
【０００６】
本発明の目的は、スパース型アレイ振動子に適合するバッキング及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、各リードへの信号ラインの接続作業に当たってその便宜を図ることが可能なバッキング及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電気的な特性が良好な複数のリードを備えたバッキング及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、スパースアレイパターンをもって二次元的に分散配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、を含み、前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記スパースアレイパターンをもって配置され、前記バッキングにおける前記第１面とは異なる第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記スパースアレイパターンとは異なるパターンをもった信号ライン接続用の整列パターンをもって配置され、前記バッキング内に埋設された複数のリードが前記スパースアレイパターンから前記整列パターンへの変換を行うパターン変換マトリックスを構成することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、バッキング内には複数のリードが埋設されるが、それらの一方端部が複数の振動素子の配列（つまり、スパースアレイパターン）をもって配置され、それらの他方端部が信号ライン接続用の整列パターンをもって配置される。よって、バッキング内において、パターンが変換されることになる。
【００１１】
本発明は、スパースアレイパターンをもって二次元的に分散配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、を含み、前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記スパースアレイパターンをもって配置され、前記バッキングにおける前記第１面とは異なる第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記スパースアレイパターンとは異なるパターンをもった信号ライン接続用の整列パターンをもって配置され、前記複数の振動素子は素子種別に従って複数の素子グループに区分され、前記整列パターンは、前記複数の素子グループに対応する複数の区画を有する。素子グループと区画とは必ずしも１対１の関係にある必要はない。例えば、中央部の区間を送信用とし、その両側の区画を受信用としてもよい。
【００１２】
望ましくは、前記複数の振動素子は、送信専用素子、受信専用素子、及び、送受信兼用素子の中の少なくとも２種類の素子によって構成される。
【００１３】
望ましくは、前記複数のリードの一方端部間の最小ピッチよりも、前記複数のリードの他方端部間の最小ピッチの方が大きい。望ましくは、前記複数のリードの一方端部に設けられる一方側コンタクトよりも、前記複数のリードの他方端部に設けられる他方側コンタクトの方が大きい。望ましくは、前記バッキングは前記第１面から反対側にある前記第２面にかけて断面が連続的に又は段階的に増大する形態を有する。
【００１４】
望ましくは、前記各リードは前記バッキング内において直線的な形態を有する。望ましくは、前記各リードは導電性をもった線状部材とそれを包む被覆部材とからなる。被覆部材は絶縁性を有する材料で構成されるのが望ましい。
【００１５】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、スパースアレイパターンとしての第１パターンをもって配置された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記アレイ振動子の背面側に設けられ、前記複数の振動素子に電気的に接続される複数のリードが埋設されたバッキングと、を含み、前記バッキングにおけるアレイ振動子側の第１面には、前記複数のリードの一方端部が前記第１パターンをもって配置され、前記バッキングにおける前記第１面とは反対側の第２面には、前記複数のリードの他方端部が前記第１パターンとは配列及びピッチが異なる信号ライン接続用の整列パターンとしての第２パターンをもって配置され、前記バッキング内に埋設された複数のリードが前記スパースアレイパターンから前記整列パターンへの変換を行うパターン変換マトリックスを構成することを特徴とする。
【００１６】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、アレイ振動子から後方に放射された超音波を吸収するバッキングの製造方法において、第１パターンをもって複数のリード保持位置が設定された第１プレートと、前記第１パターンとは異なる第２パターンをもって複数のリード保持位置が設定された第２プレートと、を隔てて配置する工程と、前記第１プレートの複数のリード保持位置と前記第２プレートの複数のリード保持位置との間において、複数のリードがパターン変換マトリックスを構成するように、当該複数のリードを架け渡す工程と、前記複数のリードの周囲を枠体で囲んで、その内部にバッキング材料を充填し、それを硬化させる工程と、前記硬化後のバッキング材料に対して外形加工を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、第１及び第２プレート間におけるリードの挿通後に、バッキング材料を充填してそれを硬化させることにより、複数のリードを埋設できる。
【００１８】
望ましくは、前記第１プレート及び前記第２プレートは、前記外形加工においていずれも除去される。望ましくは、前記第１プレートは、前記外形加工において除去され、前記第２プレートは、前記外形加工においてそのまま残される基板である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１には、本発明に係るバッキングの構造が模式的に示されている。
【００２１】
バッキング１０は、アレイ振動子の後方側に配置され、アレイ振動子から後方に放射される不要な超音波を吸収する部材である。図１においては、バッキング１０が倒立した状態で描かれている。図１において、バッキング１０の下方にアレイ振動子が設けられる。
【００２２】
バッキング１０は大別してバッキング材料１２とそれに埋設されたリード群１４とによって構成される。バッキング材料１２は、超音波を吸収する部材によって構成される。リード群１４は複数のリード１６によって構成される。後に詳述するようにリード群１４はパターン変換マトリクスを構成する。
【００２３】
バッキング材料１２の第１面１２Ａ上には、コンタクト群２０が形成されている。コンタクト群２０は複数のコンタクト２２によって構成され、その複数のコンタクト２２は本実施形態において、スパース型アレイ振動子における振動素子の配列、すなわちスパース型アレイ配列と同一の第１パターンをもって配置されている。スパース型アレイ振動子については後に図２を用いて説明する。
【００２４】
バッキング材料１２における第１面１２Ａとは反対側の第２面１２Ｂ上には、前記の第１パターンとは異なる第２パターンをもって複数のコンタクト２６が配置されている。すなわち、その第２面１２Ｂ上にはコンタクト群２４が形成されている。各コンタクト２６には信号ラインが接続される。ここでその信号ラインにはアンプなどの電子回路が含まれてもよい。
【００２５】
図２には、スパース型アレイ振動子３０における素子配列が模式的に示されている。スパース型アレイ振動子３０は複数の振動素子を二次元的に配列したものであり、その複数の振動素子は有効素子３２と無効素子３４とに大別される。ここで、無効素子３４は超音波の送受波に当たって機能しない素子であり、その無効素子３４には図１に示したリード１６は接続されない。なお無効素子３４に対しても図１に示したコンタクト２２を形成することは可能であり、たとえばスパース型アレイ振動子３０における二次元的な素子配列に対応して全素子に対してコンタクト２２を形成し、その中において有効素子３２に対応するコンタクトのみに対してリード１６を接続するようにしてもよい。この場合においては、電極層をあらかじめ形成し、その電極層に対して縦及び横の両方向に複数の溝を形成することによってそのような複数のコンタクトを形成することができる。
【００２６】
図２において、有効素子３２は、本実施形態において、受信専用素子３６と送信専用素子３８とに大別される。有効素子３２はランダム的に配置されており、これによって複数の有効素子３２を二次元的に密集配置した場合と同様に超音波ビームを二次元的にスキャンすることが可能となる。図２においては受信専用素子３６及び送信専用素子３８が示されているが、さらに送受信兼用素子などを設けることもできる。すなわち、スパース型アレイ振動子３０は、受信専用素子、送信専用素子及び送受信兼用素子の３種類の中から２又は３つの種類の素子を選択して構成することができる。
【００２７】
図３には、図１に示したバッキング材料１２の第２面１２Ｂが示されている。本実施形態においては、コンタクト群２４が３つの区画に区分されており、すなわち中央の区画４０と左右２つの区画４２，４４とに区分されている。ここで、中央の区画に属する複数のコンタクトは図２に示した複数の送信専用素子３８に電気的に接続されるものであり、左右の区画４２，４４に属する複数のコンタクトは、図２に示した受信専用素子３６に電気的に接続されるものである。したがって、図３に示す構成によれば、各コンタクトがその種別ごとにグループ分けされているため、それぞれのコンタクトに対する信号ラインの接続の便宜を図ることができる。さらに、送信及び受信のラインが複雑にからみ合うことがないので、電気的な取扱いの面でも有利である。
【００２８】
なお、送受信兼用素子が設けられる場合には、さらにそれに対応した区画を形成するようにしてもよい。
【００２９】
このように、図１に示したバッキング１０内においては、スパースアレイパターンから信号ライン接続用のパターンへの変換がなされ、具体的にはリード群１４における各リードの結線関係を所望のものにすることにより、上記のパターン変換を実現することができる。バッキング１０内において、リード１６は直線的に埋設されており、信号の経路が最短距離とされているが、必要に応じて全部または一部のリードについて非直線の経路を設定するようにしてもよい。
【００３０】
図１においては、バッキング材料１２の第２面１２Ｂ上に直接的にコンタクト群２４が形成されていたが、バッキング材料１２の第２面１２Ｂ上に、複数のコンタクトがあらかじめ形成された背面基板を配置するようにしてもよい。
【００３１】
図４には、前述した背面基板４８を有するバッキングの一例が示されている。図４には、そのようなバッキングの製造方法が概念的に示されている。
【００３２】
バッキングを製造する場合には、図４に示す例では、一定間隔を隔てて互いに並行に位置決め板４６と背面基板４８とが設けられる。位置決め板４６には、上記のスパースアレイパターンをもってスルーホール群５０が形成されており、そのスルーホール群５０は複数のスルーホール５０Ａからなるものである。このスルーホール５０Ａは貫通口である。図５には、位置決め板４６の平面図が示されており、上述したようにその位置決め板４６にはスルーホール群５０が形成されている。
【００３３】
一方、背面基板４８上には、信号ライン接続側に、複数のコンタクト５４からなるコンタクト群５２が形成されている。各コンタクト５４には貫通口としてのスルーホール５４Ａが形成されている。
【００３４】
上記のパターン変換を実現するように、位置決め板４６上における各スルーホール５０Ａと、背面基板４８上における各コンタクト５４のスルーホール５４Ａとの間でワイヤ５８が掛け渡される。そのワイヤ５８は、スルーホール５０Ａ及びスルーホール５４Ａの両者を貫通する。それぞれのスルーホールペアごとにワイヤ５８が挿通されると、位置決め板４６と背面基板４８との間には複数のワイヤからなるパターン変換マトリクスが構成される。
【００３５】
その状態において、それらのワイヤ５８の周囲に枠体（型枠）を設け、その内部にバッキング材料１２を注入しそれを硬化させることにより、バッキング材料１２内に複数のワイヤ５８を埋設することが可能となる。各ワイヤ５８における不要な部分を切断し、その結果、各ワイヤ５８によってリード群６０が構成される。ここで、ワイヤ５８（すなわちリード）としては、導電性の芯材に絶縁性の被覆を設けたものを用いるのが望ましい。かかる構成によれば、バッキング内において２つのワイヤが物理的に接触した場合においても両者の絶縁性を確保できるという利点がある。また、バッキング材料１２として、導電性を有する材料を用いる場合においても、電気的な短絡を防止できるという利点がある。なお、図４において、バッキング材料１２が硬化した後、その外形が加工されるが、その際において位置決め板４６は除去され、その後にバッキング材料１２の第１面上に複数のコンタクトが形成される。
【００３６】
背面基板４８を用いない場合には、第１面用の位置決め板と第２面用の位置決め板とが用いられ、同様の手法によって複数のワイヤが掛け渡される。その後それらの位置決め板が除去される。ちなみに、複数のワイヤ５８をスルーホールペア間に掛け渡した状態においては、そのワイヤ１８に対して、それが弛まないようにテンションをかけておくのが望ましい。
【００３７】
図６には、バッキングの製造方法の具体例がフローチャートとして示されている。まず、Ｓ１０１では、図４に示したように、位置決め板４６と背面基板４８とが一定間隔をもって並行に配置される。そして、上述したスルーホールペアごとにワイヤが挿通される。この場合においては、位置決め板４６及び背面基板４８を配置した後にワイヤの挿通を行うようにしてもよいが、あらかじめ位置決め板４６に対してワイヤの挿通を行った上で、各ワイヤを背面基板４８上の各スルーホールに挿通させるようにしてもよいし、あるいはその逆に、あらかじめ背面基板４８における各スルーホールにワイヤを挿通させた上で、それらのワイヤを位置決め板４６上における各スルーホール５０Ａに挿通させるようにしてもよい。
【００３８】
Ｓ１０２では、位置決め板４６と背面基板４８における空間を取り囲むように型枠が取付られる。この場合、本実施形態においては、図４に示されるように、第１面から第２面にかけてその横断面が増大されるように垂直断面が台形の形状をもった型枠が用いられる。
【００３９】
Ｓ１０３では、その型枠内に流動性をもったバッキング材料が充填される。ここで、そのバッキング材料としては、基材としてのエポキシ樹脂に対して、添加剤としてのタングステンやゴムなどの粉末を混入したものを用いることができる。その混入量を適宜調整することにより、所望の音響インピーダンスや所望の減衰率を達成することができる。
【００４０】
Ｓ１０４では、充填されたバッキング材料を放置することにより、あるいは真空脱気を行うことにより、脱泡処理を行う。そして、Ｓ１０５では、その脱泡処理後のバッキング材料を放置して硬化させる。例えば１００℃の恒温槽の中に４時間バッキング材料を置いておくことにより、エポキシ樹脂を硬化させることができる。
【００４１】
Ｓ１０６では、硬化後のバッキング材料に対して外形加工が施される。本実施形態においては、この段階において４つの側面が平面として加工され、また位置決め板４６を除去してバッキング材料の第１面を平面とする加工が施される。もちろん、背面基板に代えて位置決め板を用いる場合には、第２面についても同様の加工が施される。
【００４２】
そして、Ｓ１０７においては、第２面上にスパースアレイ配列をもって複数のコンタクトが形成される。この場合においては、上述したように電極層を形成してそれに対して縦溝及び横溝をマトリクス状に形成することにより、複数のコンタクトを形成してもよい。その中において無効素子に対応するコンタクトについてはリードを接続しないことによって、それが無効化される。このようにしてバッキングが完成する。
【００４３】
図１に示したように、第１面１２Ａ上における複数のコンタクト２２の最小ピッチよりも、第２面１２Ｂ上における複数のコンタクト２６の最小ピッチの方が大きく、また第１面１２Ａ上の各コンタクト２２よりも第２面１２Ｂ上の各コンタクト２６の方が大きなサイズを有する。その結果、信号ラインの接続作業が容易化され、あるいは各チャンネルごとのスペースが増大されているために、直接的な電子回路の接続及び配置も可能となっている。
【００４４】
図１においては、円盤型のコンタクト２２，２６が示されているが、もちろんそのような形状には限定されない。ちなみに、各コンタクトを形成する場合には例えば無電界メッキなどの手法を利用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パターン変換を行えるリード群を内蔵したバッキングを提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバッキングの好適な実施形態を示す模式図である。
【図２】  スパース型アレイ振動子を示す説明図である。
【図３】  バッキングにおける第２面上のコンタクト配列を示す説明図である。
【図４】  バッキングの製造方法を示す模式図である。
【図５】  位置決め板の具体例を示す図である。
【図６】  バッキングの製造方法の具体例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  バッキング、１２  バッキング材料、１４  リード群、１６  リード、２０  コンタクト群、２２  コンタクト、２４  コンタクト群、２６  コンタクト。
【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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