超聲波探測器器件、頭單元、探測器及超聲波圖像裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了超聲波探測器器件、頭單元、探測器及超聲波圖像裝置，該超聲波探測器器件包括：超聲波換能器元件陣列，具有第一元件組～第k元件組（k是k≥2的自然數(shù)）；第一信號端子，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部；以及第二信號端子，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列與所述第一信號端子連接，所述第一元件組～所述第k元件組中的各元件組所包括的多個超聲波換能器元件在所述各元件組內(nèi)電氣串聯(lián)，所述第一元件組～所述第k元件組在所述第一信號端子和所述第二信號端子之間電氣并聯(lián)。
【專利說明】超聲波探測器器件、頭單元、探測器及超聲波圖像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波換能器(transducer)設(shè)備、頭(head)單元、探測器及超聲波圖
像裝置等。
【背景技術(shù)】
[0002]已知從探測器前端向?qū)ο笪锍錾涑暡úz測從該對象物反射的超聲波的超聲波圖像裝置(例如，專利文獻I)。例如，作為用于將患者體內(nèi)圖像化并診斷的超聲波診斷裝置等使用。使用例如壓電元件作為發(fā)送/接收超聲波的超聲波換能器元件。
[0003]【現(xiàn)有技術(shù)文獻】
[0004]【專利文獻】
[0005]專利文獻1:日本特開2011-50571號公報
[0006]專利文獻I的超聲波探測器中，通過使用了排列超聲波換能器元件而成的超聲波換能器陣列的超聲波的發(fā)送/接收，在發(fā)送時和接收時，通過開關(guān)電路將超聲波換能器元件的連接關(guān)系在串聯(lián)和并聯(lián)之間切換，從而提高發(fā)送接收的敏感度。但是，存在如下的問題:用于切換的開關(guān)電路、其所用的配線變得復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的幾個方式，能夠提供不使用切換開關(guān)而能夠提高發(fā)送接收的敏感度的超聲波換能器器件、頭單元、探測器及超聲波圖像裝置等。
[0008]本發(fā)明的一個方面涉及的超聲波探測器器件包括:超聲波換能器元件陣列，具有第一元件組~第k元件組，k是k > 2的自然數(shù)；第一信號端子，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部；以及第二信號端子，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列與所述第一信號端子連接，所述第一元件組~所述第k元件組中的各元件組所包括的多個超聲波換能器元件在所述各元件組內(nèi)電氣串聯(lián)，所述第一元件組~所述第k元件組在所述第一信號端子和所述第二信號端子之間電氣并聯(lián)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方式，第一元件組~第k元件組在第一信號端子和第二信號端子之間電氣并聯(lián)，該各元件組所包括的多個超聲波換能器元件在各元件組內(nèi)電氣串聯(lián)。由此，不使用切換開關(guān)就能夠提高超聲波的發(fā)送接收的敏感度。
[0010]另外，在本發(fā)明的另一方面中，所述第一信號端子也可以連接于進行信號的發(fā)送及接收的所述控制部。
[0011]如此，控制部能夠經(jīng)由第一信號端子進行信號的發(fā)送及接收，且能夠進行超聲波的發(fā)送接收。
[0012]另外，在本發(fā)明的其他方面中，電氣串聯(lián)的所述多個超聲波換能器元件也可以在作為掃描方向的第一方向排列配置。
[0013]如此，由于能夠從沿作為掃描方向的第一方向排列而配置多個超聲波換能器元件出射同一相位/同一振幅的超聲波，因此能夠改善掃描方向中的射束輪廓。[0014]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述第一元件組~所述第k元件組也可以在與所述第一方向交叉的第二方向排列配置。
[0015]如此，能夠通過于與所述第一方向交叉的第二方向排列配置的第一元件組~第k元件組構(gòu)成信道，且通過配置多個該信道而控制發(fā)送接收，從而能夠進行掃描動作。
[0016]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述各元件組也可以具有第一超聲波換能器元件~第j超聲波換能器元件作為所述多個超聲波換能器元件，所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的各超聲波換能器元件具有第一電極、第二電極、設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間的換能器部，所述第一超聲波換能器元件的所述第一電極連接于所述第一信號端子，所述第一超聲波換能器元件的所述第二電極連接于所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的第二超聲波換能器元件的所述第一電極。
[0017]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的第j-Ι超聲波換能器元件的所述第二電極也可以連接于所述第j超聲波換能器元件的所述第一電極，所述第j超聲波換能器元件的所述第二電極連接于所述第二信號端子。
[0018]如此，能夠在第一信號端子和第二信號端子之間串聯(lián)第一超聲波換能器元件~第j超聲波換能器元件。此外，由于連接第一信號端子和第一電極的配線的電阻、連接第二信號端子和第二電極的配線的電阻可能產(chǎn)生發(fā)送信號的相位延遲，但根據(jù)本發(fā)明的一方式，由于在第一信號端子和 第二信號端子之間串聯(lián)有多個超聲波換能器元件，因此能夠抑制元件組內(nèi)的相位延遲。
[0019]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述超聲波探測器器件也可以包括:第一信號電極線，形成于與所述第一方向交叉的第二方向，所述第一信號電極線連接于所述第一信號端子；以及第二信號電極線，形成于所述第二方向，所述第二信號電極線連接于所述第二信號端子，所述第一元件組~所述第k元件組在所述第一信號電極線和所述第二信號電極線之間共通連接。
[0020]如此，能夠在形成于與第一方向交叉的第二方向的信號電極線和共通電極線之間，連接配置于第二方向的多個元件組。由此，能夠高效地布局配置信道的元件組。
[0021]另外，在本發(fā)明的其他方面中，構(gòu)成為包括在與作為掃描方向的所述第一方向交叉的第二方向排列配置的所述第一元件組~所述第k元件組、所述第一信號端子、以及所述第二信號端子的信道也可以沿所述第一方向排列配置有兩個，所述控制部對所述兩個信道中的各信道的所述第一信號端子進行所述信號的發(fā)送及接收的至少一個。
[0022]如此，至少配置有兩個包括第一元件組~第k元件組、第一信號端子和第二信號端子而構(gòu)成的信道。由此，與將多個信道連接于一個共通的第二信號端子的情況相比，能夠減小電極線的配線電阻，且能夠抑制電極線的配線電阻產(chǎn)生的發(fā)送信號的延遲等。此外，通過各信道分開第二信號端子，從而能夠抑制經(jīng)由第二信號端子、連接于該第二信號端子的第二信號電極線的信道間的串?dāng)_。
[0023]此外，本發(fā)明的其他方面涉及超聲波探測器器件包括:超聲波換能器元件陣列；第一信號端子，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部；以及第二信號端子，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列與所述第一信號端子連接，所述超聲波換能器元件陣列具有一個或者多個元件組，所述一個或者多個元件組的各元件組具有:沿作為掃描方向的所述第一方向排列配置的電氣串聯(lián)的多個超聲波換能器元件。
[0024]此外，本發(fā)明的其他方面涉及的超聲波探測器器件包括:第一元件組，電氣串聯(lián)有多個超聲波換能器元件；第二元件組，電氣串聯(lián)有多個超聲波換能器元件；以及連接配線，電氣并聯(lián)所述第一元件組和所述第二元件組。
[0025]另外，本發(fā)明的其他方面涉及的頭單元是探測器的頭單元，所述頭單元包括上述任一方面的超聲波探測器器件，所述頭單元相對于所述探測器的探測器主體能夠拆裝。
[0026]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述頭單元也可以包括第一柔性基板，所述第一柔性基板設(shè)置在所述超聲波探測器器件的一端，所述第一柔性基板具有與配置于所述超聲波探測器器件的所述一端的所述第一信號端子及所述第二信號端子相連接的配線組。
[0027]另外，在本發(fā)明的其他方面中，所述頭單元也可以包括第二柔性基板，所述第二柔性基板設(shè)置在所述超聲波探測器器件的另一端，所 述第二柔性基板具有與配置于所述超聲波探測器器件的所述另一端的所述第一信號端子及所述第二信號端子相連接的配線組。
[0028]如此，能夠經(jīng)由第一柔性基板和第二柔性基板，從超聲波探測器器件的一端及另一端供給發(fā)送信號。由此，與僅從超聲波探測器器件的一端供給發(fā)送信號的情況相比，能夠抑制層方向中的射束輪廓的偏移。
[0029]本發(fā)明的其他方面涉及的探測器包括上述任一方面所述的超聲波探測器器件。
[0030]本發(fā)明的其他方面涉及的超聲波圖像裝置包括:上述記載的探測器；以及顯示部，對顯示用圖像數(shù)據(jù)進行顯示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1的(A)~圖1的(C)是超聲波換能器元件的構(gòu)成例。
[0032]圖2是超聲波換能器器件的構(gòu)成例。
[0033]圖3是信道(channel)元件組的構(gòu)成例。
[0034]圖4是信道元件組的布局構(gòu)成例的俯視圖。
[0035]圖5的(A)、圖5的(B)是信道元件組的布局構(gòu)成例的截面圖。
[0036]圖6是信道元件組的變形例。
[0037]圖7是頭單元的構(gòu)成例。
[0038]圖8的(A)~圖8的(C)是頭單元的詳細構(gòu)成例。
[0039]圖9的(A)、圖9的是(B)是超聲波探測器的構(gòu)成例。
[0040]圖10是超聲波圖像裝置的構(gòu)成例。
【具體實施方式】
[0041]下面，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細的說明。另外，以下描述的本實施方式并不會不當(dāng)限制本發(fā)明保護范圍所記載的本發(fā)明的內(nèi)容，在本實施方式中描述的所有構(gòu)成并非是作為本發(fā)明的解決手段所必須的。
[0042]1.超聲波換能器元件
[0043]圖1的(A)~圖1的(C)中示出適用于本實施方式的超聲波換能器器件的超聲波換能器元件10的構(gòu)成例。該超聲波換能器元件10包括:振動膜50(膜片、支撐部件)、第一電極層21 (下部電極層)、壓電體層30 (壓電體膜)、第二電極層22 (上部電極層)。
[0044]超聲波換能器兀件10形成于基板60?；?0例如是娃基板。圖1的(A)是從垂直于兀件形成面?zhèn)鹊幕?0的方向觀察超聲波換能器兀件10的俯視圖。圖1的(B)是表示沿圖1的(A)的AA’的截面的截面圖。圖1的(C)是表示沿圖1的(A)的BB’的截面的截面圖。
[0045]第一電極層21例如由金屬薄膜形成于振動膜50的上層。如圖1是(A)所示，該第一電極層21也可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延伸且連接到鄰接的超聲波元件10的導(dǎo)線。
[0046]壓電體膜30由例如PZT (鋯鈦酸鉛)薄膜形成，壓電體膜30被設(shè)置為覆蓋第一電極層21的至少一部分。另外，壓電體膜30的材料不僅限于PZT，也可以使用例如鈦酸鉛(PbTiO3)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鑭鈦酸鉛((Pb，La) TiO3)等。
[0047]第二電極層22例如由金屬薄膜形成，第二電極層22被設(shè)置為覆蓋壓電體膜30的至少一部分。如圖1的(A)所示，該第二電極層22也可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延伸且連接到鄰接的超聲波元件10的導(dǎo)線。
[0048]第一電極層21中的被壓電體層30覆蓋的部分以及第二電極層22中的覆蓋壓電體層30的部分中的一個形成第一電極，另一個形成第二電極。壓電體層30被第一電極和第二電極夾著而設(shè)置。也將這些第一電極、第二電極、壓電體層30稱為壓電元件部。
[0049]振動膜50被設(shè)置成通過例如SiO2薄膜和ZrO2薄膜構(gòu)成的雙層構(gòu)造封閉開口 40。該振動膜50可在支撐壓電體層30及第一電極層21、第二電極層22的同時，隨著壓電體層30的伸縮而振動，從而產(chǎn)生超聲波。
[0050]開口(空穴區(qū)域)40通過從硅基板60的背面(未形成有元件的面)側(cè)利用反應(yīng)離子蝕刻(RIE:Reactive 1n Etching)等進行蝕刻而形成。根據(jù)由于該開口 40的形成而能夠振動的振動膜50的尺寸，決定超聲波的共振頻率，該超聲波向壓電體層30側(cè)(在圖1的(A)中從紙面里側(cè)向前面方向)放射。
[0051]壓電體層30通過在第一電極和第二電極之間、即第一電極層21和第二電極層22之間施加電壓，而向面內(nèi)方向伸縮。超聲波換能器元件10使用貼合薄的壓電元件(壓電體層30)和金屬板(振動膜50)而成的單晶物(單晶片(unimorph))構(gòu)造，由于當(dāng)壓電體層30在面內(nèi)伸縮時，貼合的振動膜50的尺寸保持不變，因此產(chǎn)生翹曲。通過向壓電體層30施加交流電壓，從而振動膜50相對于膜厚方向振動,通過該振動膜50的振動放射超聲波。施加于該壓電體層30的電壓例如為IOV~30V，頻率例如為IMHz~10MHz。
[0052]通過構(gòu)成如上所述超聲波元件10，與大體積式(bulk)的超聲波換能器元件相比，能夠使元件小型化，且能夠使元件間距變窄。由此，能夠抑制柵瓣的發(fā)生。并且，由于能夠以相比大體積式的超聲波換能器元件更小的電壓振幅驅(qū)動，因此能夠以低耐壓的電路元件構(gòu)成驅(qū)動電路。
[0053]2.超聲波換能器器件
[0054]在圖2示出本實施方式的超聲波換能器器件200的構(gòu)成例。作為超聲波換能器器件200，能夠采用使用上述的壓電元件(薄膜壓電元件)的類型的換能器，但本實施方式并不限定于此。例如可米用使用c-MUT (Capacitive Micro-machined UltrasonicTransducers,電容式微制造超聲換能器)等的電容性元件的類型的換能器。
[0055]另外，以下，以通過第一~第64信道構(gòu)成發(fā)送接收信道的情況為例進行說明，但本實施方式并不限定于此，可以通過n=64以外的第一~第η信道構(gòu)成。此外，在以下，以端子連接于信號電極線及共通電極線的兩端情況為例進行說明，但本實施方式并不限定于此，也可以將端子僅連接于信號電極線及共通電極線的僅一端。此外，在以下，以元件組連接于信號端子和共通端子之間的情況為例進行說明，但本實施方式并不限定于此。即，可以將元件組連接于兩個信號端子之間，向該兩個信號端子供給例如反相的信號。
[0056]超聲波探測器器件200包括:基板60、形成于基板60的超聲波換能器元件陣列100、形成于基板60的信號端子XAl~ΧΑ64及信號端子XBl~ΧΒ64、形成于基板60的共通端子CAl~CA64 (廣義上為信號端子)及共通端子CBl~CB64 (廣義上為信號端子)、形成于基板60的信號電極線LSl~LS64、形成于基板60的共通電極線LCl~LC64 (廣義上為信號電極線)。
[0057]信號端子XAl~ΧΑ64及共通端子CAl~CA64配置于層(slice)方向DL中的超聲波換能器元件陣列100的一端部，信號端子XBl~XB64及共通端子CBl~CB64配置于另一端部。例如，基板60是以掃描方向DS為長邊方向的矩形，其沿該矩形的一長邊交互地配置信號端子XAl~XA64及共通端子CAl~CA64，沿另一長邊交互地配置信號端子XBl~XB64及共通端子CBl~CB64。
[0058]這里，掃描方向DS和層方向DL表不基板60的平面上的方向。所謂掃描方向DS是指對應(yīng)于例如扇形掃描、線性掃描等的掃描動作中掃描超聲波聲束的方向。所謂層方向DL是指與掃描方向DS交叉(例如正交)的方向，例如在掃描超聲波聲束而得到斷層圖像的情況下，對 應(yīng)于正交于該斷層的方向。
[0059]信號電極線LSl~LS64及共通電極線LCl~LC64沿掃描方向DS交互地配置。各信號電極線LSi和各共通電極線LCi沿層方向DL配線(i為64以下的自然數(shù))。信號端子XAi連接于信號電極線LSi的一端，信號端子XBi連接于另一端。共通端子CAi連接于共通電極線LCi的一端，共通端子CBi連接于另一端。
[0060]超聲波換能器元件陣列100包括沿掃描方向DS配置的信道元件組CHl~CH64。各信道元件組CHi由電連接的多個超聲波換能器元件10構(gòu)成，且其連接于信號電極線LSi及共通電極線LCi。信道元件組CHi的詳細構(gòu)成將于后述。
[0061]一個發(fā)送接收信道由信號端子XA1、XB1、信號電極線LS1、信道元件組CH1、共通電極線LCi和共通端子CA1、CBi構(gòu)成。即，當(dāng)發(fā)送信號(例如同一相位/同一振幅的電壓脈沖)被供給至信號端子XA1、XBi時，信道元件組CHi的超聲波換能器元件10將該發(fā)送信號變換為超聲波，并出射超聲波。然后，超聲波換能器元件10將對象物反射的超聲回波變換為接收信號(例如為電壓信號)，該接收信號從信號端子XA1、XBi被輸出。此外，共通電壓(例如固定的電壓)被供給至共通端子CA1、CBi。
[0062]3.信道元件組
[0063]為了高敏感度地檢測超聲回波，需要進行增加發(fā)送聲壓及提高接收敏感度中的至少一個。
[0064]作為增加發(fā)送聲壓的方法，可以考慮將多個超聲波換能器元件10并聯(lián)于信號端子XAi (及XBi)和共通端子CAi (及CBi)之間。并聯(lián)的情況下，由于端子XA1、CAi之間的發(fā)送電壓施加至多個超聲波換能器元件10，因此相比超聲波換能器元件10為一個的情況，能夠提高發(fā)送聲壓。[0065]但是，在并聯(lián)的情況下，由于各超聲波換能器元件10的接收電壓的振幅不相加而輸出至端子XAi，因此不能期待接收敏感度的提高。例如，為了觀察身體的深部而需要接收微弱的回波，需要提高接收中的S/N。此外，由于考慮到對人體的影響等，發(fā)送聲壓存在上限，因此需要提高接收敏感度。
[0066]作為提高接收敏感度的方法，可以考慮將多個超聲波換能器元件10串聯(lián)于信號端子XAi (及XBi)和共通端子CAi (及CBi)之間。串聯(lián)的情況下，由于各超聲波換能器元件10的端子間的接收電壓被相加而輸出至端子XAi，因此能夠提高接收敏感度。
[0067]但是，由于發(fā)送電壓被電壓分割而施加至多個超聲波換能器元件10，因此不能期待發(fā)送聲壓的提高。這樣，存在如下的問題:提高發(fā)送聲壓和接收敏感度這雙方，作為整體地提高發(fā)送接收的敏感度是困難的。
[0068]圖3示出能夠解決上述課題的本實施方式的信道元件組CHi的構(gòu)成例。信道元件組CHi包括并聯(lián)在信號電極線LSi和共通電極線LCi之間的元件組EGl~EGk(k為k≥2的自然數(shù))。另外，在以下以k=4的情況為例進行說明，但本實施方式并不限定于此。
[0069]元件組EGl~EG4的各元件組具有串聯(lián)的j個超聲波換能器元件10 (j為j≥2的自然數(shù))。另外，在以下以j=3的情況為例進行說明，但本實施方式并不限定于此。具體而言，元件組EGt (t為t≤4=k的自然數(shù))具有設(shè)置于信號電極線LSi和節(jié)點NAtl之間的超聲波換能器元件UEtl ;設(shè)置于節(jié)點NAtl和節(jié)點NAt2之間的超聲波換能器元件UEt2 ;以及設(shè)置于節(jié)點NAt2和共通電極線LCi之間的超聲波換能器元件UEt3。
[0070]各元件組EGt的超聲波換能器元件UEtl~UEt3沿掃描方向DS配置，元件組EGl~EG4沿層方向DL配置。具體而言，元件組EGl~EG4的第s超聲波換能器元件UElS、UE2s.UE3s.UE4s (s為s≤3=j的自然數(shù))沿層方向DL配置。
[0071]此外，在本實施方式中，超聲波換能器元件UEls、UE2s、UE3s、UE4s不限定于沿層方向DL排列為一直線的情況，例如可以相對于一直線相互交錯配置(例如，可以為UEls、UE3s偏向紙面右邊，UE2s、UE4s偏向紙面左邊)。另外，各元件組所具有的超聲波換能器元件的數(shù)量不限定于相同數(shù)量的j個，各元件組中超聲波換能器元件的數(shù)量可以不同。
[0072]4.布局構(gòu)成
[0073]圖4~圖5的(B)中顯示上述信道元件組CHi的布局構(gòu)成例。圖4是從超聲波發(fā)射方向側(cè)向基板60厚度方向觀察時的俯視圖。圖5的(A)是圖4的AA’截面中的截面圖，圖5的(B)是圖4的BB’截面中的截面圖。另外，簡單起見，以下僅對兩個元件組EGl、EG2進行了說明，元件組EG3、EG4也同樣。
[0074]首先，以元件組EG2為例對各元件組的布局構(gòu)成進行說明。元件組EG2由第一電極層71a、72a~72a，，、73a~73a’’、74a、第二電極層81a~83a、壓電體層91a~93a構(gòu)成。如圖5的(A)、圖5的(B)所示，這些構(gòu)成要素配置于振動膜50上。這里“上”是指基板60的厚度方向中的在超聲波發(fā)射方向上的遠離基板60的方向。
[0075]如圖4所示，俯視時，矩形的第一電極層71a~73a沿掃描方向DS配置，以其矩形的長邊沿層方向DL的方式而配置。壓電體層91a~93a以沿掃描方向DS等間隔地、覆蓋第一電極層71a~73a之上。壓電體層91a~93a，俯視為矩形，以其矩形的長邊沿層方向DL的方式而配置。第二電極層81a~83a以覆蓋壓電體層91a~93a上的方式配置，通過壓電體層91a~93a與第一電極層71a~73a絕緣。[0076]這些壓電體層91a~93a及其上下的電極層對應(yīng)于元件組EG2的超聲波換能器元件UE21~UE23。元件UE21的第一電極層71a對應(yīng)于信號電極線LSi。另外，元件UE21的第二電極層81a配置在矩形的長邊沿層方向DL配置的第一電極層72a’’上。第一電極層72a’’通過第一電極層72a’連接于元件UE22的第一電極層72a。即，元件UE21的第二電極層81a和元件UE22的第一電極層72a導(dǎo)通。同樣地，元件UE22的第二電極層82a和元件UE23的第一電極層73a導(dǎo)通。元件UE23的第二電極層83a配置在長方向沿層方向DL配置的第一電極線74a上。該第一電極線74a對應(yīng)于共通電極線LCi。如此,成為兀件UE21~UE23在信號電極線LSi和共通電極線LCi之間串聯(lián)的構(gòu)成。
[0077]此外,第一電極層71a、71b、第一電極層72a~72a’ ’、第一電極層73a~73a’ ’、第一電極層72b~72b’’、第一電極層73b~73b’’是方便分割的結(jié)構(gòu)(在圖4中以虛線表示)，其分別由一個電極層(以實線表示)構(gòu)成。
[0078]串聯(lián)的壓電體層91a~93a的被其電極層夾著的部分的面積相同。這種情況下，施加至夾著壓電體層91a~93a的電極間的電壓相等，出射的超聲波的相位、聲壓也相同。如此，由于從在掃描方向DS上等間隔的兀件出射同一相位/同一聲壓的超聲波，所以能夠提高掃描方向DS中的射束輪廓。
[0079]更具體地說明，例如使元件組EGl的元件UEll~UE13并聯(lián)于信號端子XAi和共通端子CAi之間。這種情況下，由于至各元件的配線長度(即，配線電阻)的不同等，發(fā)送信號的相位、振幅有可能在各元件上不同。于是，盡管為同一信道的元件，而導(dǎo)致出射相位、聲壓不同的超聲波。這一點，在本實施方式中，通過串聯(lián)而能夠出射同一相位/同一聲壓的超聲波。
[0080]下面,對元件組EGl~EG4的布局構(gòu)成進行說明。元件組EGl~EG4的元件UEll~UE41的第一電極層(圖4中EGl的71b、EG2的71a)是導(dǎo)通的一個電極層或者電連接的電極層，其對應(yīng)于信號電極線LSi。元件組EGl~EG4的元件UE13~UE43的第二電極層所連接的第一電極層(圖4中的74b、74a)是導(dǎo)通的一個電極層或者電連接的電極層，其對應(yīng)于共通電極線LCi。即，成為元件組EGl~EG4在信號電極線LSi和共通電極線LCi之間并聯(lián)的構(gòu)成。
[0081]元件組EGl~EG4的元件UEll~UE41的壓電體層(圖4中的91b、91a)沿層方向DL等間隔地配置。同樣地，元件UE12~UE42的壓電體層(圖4中的92b、92a)、元件UE13~UE43的壓電體層(圖4中的93b、93a)沿層方向DL等間隔地配置。即，沿掃描方向DS及層方向DL等間隔地配置3X4個壓電體層，通過該3X4個超聲波換能器元件構(gòu)成一個信道。
[0082]此外，上述中，舉例說明了壓電體層(91a~93a等)為矩形，其矩形長邊沿層方向DL配置，本實施方式并不限定于此，例如壓電體層可以為正方形(大致正方形等)。
[0083]根據(jù)以上實施方式，超聲波探測器器件200包括:超聲波換能器元件陣列100，具有第一~第k元件組(例如EGl~EG4(k=4));第一信號端子(XAi)，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部(例如圖10的處理裝置330);第二信號端子(CAi)，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列100與第一信號端子(XAi)連接。第一~第k元件組的各元件組EGt所包括的多個超聲波換能器元件(例如，UEtl~UEt3)在各元件組EGt內(nèi)電氣串聯(lián)。第一~第k元件組(EGl~EG4)在第一信號端子(XAi)和第二信號端子(CAi)之間電氣并聯(lián)。
[0084]如此，由于將各元件組EGt的超聲波換能器元件(UEtl~UEt3)串聯(lián)，從而能夠?qū)⒔邮针妷旱恼穹嗉樱虼四軌蛱岣呓邮彰舾卸?。此?通過將元件組EGl~EG4并聯(lián)于端子XA1、CAi之間，從而能夠增大發(fā)送聲壓。如此，能夠兼顧發(fā)送聲壓的增大和接收敏感度的提高，在抑制發(fā)送超聲波對人體產(chǎn)生的影響的同時，能夠以高S/N接收來自人體深部的微小的回波。
[0085]這里，所謂元件組是指電連接于兩個節(jié)點之間的多個超聲波換能器元件。該多個超聲波換能器元件既可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)、或者還可以通過串聯(lián)及并聯(lián)的組合連接。
[0086]此外，在本實施方式中，電氣串聯(lián)的多個超聲波換能器元件(UEtl~UEt3)珠作為掃描方向DS的第一方向排列配置。
[0087]如此，如圖4等所說明的那樣，能夠改善掃描方向DS中的射束輪廓。即，能夠從沿掃描方向DS排列的多個兀件出射同一相位/同一振幅的的超聲波。
[0088]這里，所謂“在第一方向排列配置”是指例如沿第一方向配置。例如，多個超聲波換能器元件沿第一方向排列配置的情況下，不限于多個超聲波換能器元件于沿第一方向的直線上排列的情況，也可以例如多個超聲波換能器元件相對于沿第一方向的直線鋸齒狀地配置。
[0089]此外，在本實施方式中，第一~第k元件組(EGl~EG4)在與所述第一方向交叉(例如正交)的第二方向排列配置。例如在本實施方式中，第二方向為層方向DL。
[0090]如此，能夠通過沿層方向DL配置的第一~第k元件組(EGl~EG4)構(gòu)成一信道。由此，通過將多個信道沿掃描方向配置且控制該多個信道的發(fā)送接收，而能夠進行掃描動作。
[0091]此外，在本實施方式中包括:形成于第二方向、連接于第一信號端子(XAi)的第一信號電極線(LSi);和形成于第二方向、連接于第二信號端子(CAi)的第二信號電極線(LCi)0第一~第k元件組(EGl~EG4)在第二信號電極線(LSi)和第二信號電極線(LCi)之間共通連接。例如，本實施方式中，第二方向為層方向DL。
[0092]如此，在沿層方向DL配線的第一信號電極線(LSi )和第二信號電極線(LCi )之間，能夠沿層方向DL配置元件組(EGl~EG4)。由此,能夠高效地配置一信道的元件組。
[0093]例如在本實施方式中，第一信號電極線(LSi)沿第二方向(層方向DL)延伸形成。這里“延伸”是指例如通過MEMS處理、半導(dǎo)體處理等將導(dǎo)電層(配線層)層疊于基板60，通過該導(dǎo)電層連接至少兩點間(例如從超聲波換能器元件至信號端子)。
[0094]此外，在本實施方式中，構(gòu)成為包括在第二方向(層方向DL)排列而配置的第一~第k元件組(EGl~EG4)、第一信號端子(XAi)和第二信號端子(CAi)的信道，在作為掃描方向DS的第一方向排列配置有兩個(例如，圖2的CH1、CH2)。并且，控制部(例如，圖10的處理裝置330)對兩個信道中的各信道的第一信號端子(XAi)進行信號的接收及發(fā)送的至少一個。
[0095]如此，由于共通端子CAi連接于各信道，與將共通的共通端子連接于多個信道的情況相比，能夠減小共通電極線LCi的配線電阻。由此，能夠抑制由于共通電極線LCi的配線電阻引起的發(fā)送信號的延遲、振幅的下降。另外，通過各信道分開共通端子CAi，從而能夠抑制經(jīng)由共通端子CA1、共通電極線LCi的信道間的串?dāng)_。
[0096]另外，在上述實施方式中舉例說明了一根共通電極線連接于一個通道的情況，本實施方式不限于此，也可以多個通道共享一根共通電極線。[0097]5.信道元件組的變形例
[0098]以上實施方式中，舉例說明了通道元件組CHi包括多個元件組EGl~EG4的情況，本實施方式不限于此，通道元件組CHi也可以僅包括一個元件組。圖6中示出這種情況下的通道元件組CHi。
[0099]圖6所示的信道元件組CHi包括沿掃描方向DS配置的超聲波換能器元件UEl~UEj (例如j=3)。超聲波換能器元件UEl~UE3串聯(lián)于信號電極線LSi和共通電極線LCi之間。具體而言，UEl連接于信號電極線LSi和節(jié)點NBl之間，UE2連接于節(jié)點NBl和節(jié)點NB2之間，UE3連接于節(jié)點NB2和共通電極線LCi之間。
[0100]有關(guān)布局構(gòu)成，能夠與圖4等說明的一個元件組的布局構(gòu)成同樣地構(gòu)成。
[0101]在上述變形例中， 能夠?qū)崿F(xiàn)如圖4等說明的掃描方向DS中的射束形狀的改善。即，通過將串聯(lián)的多個超聲波換能器元件UEl~UE3沿掃描方向DS配置，從而能夠在掃描方向DS上將同一相位/同一振幅的的發(fā)送電壓施加至各超聲波換能器元件的端子間。由此，從各超聲波換能器兀件出射同一相位/同一聲壓的超聲波，從而能夠在掃描方向DS上接近理想的射束形狀。
[0102]6.頭單元
[0103]圖7中示出安裝有本實施方式的超聲波探測器器件200的頭單元220的構(gòu)成例。圖7中示出的頭單元220包括:超聲波探測器器件200(以下稱為“元件芯片”)、連接部210、以及支撐部件250。
[0104]元件芯片200包括:超聲波換能器元件陣列100、設(shè)置于元件芯片200的第一邊側(cè)的第一芯片端子組(信號端子XAl~XA64、共通端子CAl~CA64)、設(shè)置于元件芯片200的第二邊側(cè)的第二芯片端子組(信號端子XBl~XB64、共通端子CBl~CB64)。元件芯片200通過連接部210，與探測器主體所具有的處理裝置(例如圖10的處理裝置330)電連接。
[0105]連接部210用于電連接探測器主體和頭單元220，連接部210具有:設(shè)置于元件芯片200的第一邊側(cè)的第一柔性基板130、具有端子組(多個連接端子)的連接器421、設(shè)置于元件芯片200的第二邊側(cè)的第二柔性基板140、以及具有端子組(多個連接端子)的連接器422。連接第一芯片端子組和連接器421的端子組的配線組(多個信號線、多個共通線)形成于柔性基板130。連接第二芯片端子組和連接器422的端子組的配線組(多個信號線、多個共通線)形成于柔性基板140。
[0106]如上所述，通過設(shè)置連接部210，從而能夠電連接探測器主體和頭單元220，進一步能夠使頭單元220對于探測器主體可拆裝。
[0107]施加于元件芯片200的信號端子(圖2、圖3的XAi)的發(fā)送信號由于元件的電容成分、電極線的配線電阻的影響，在信道內(nèi)隨著遠離信號端子而相位延遲，振幅變小。因此，僅從信道一端施加發(fā)送信號的話，在層方向DL在超聲波的射束輪廓上產(chǎn)生偏移。這一點，在本實施方式中，通過設(shè)置第一柔性基板130、第二柔性基板140，能夠從信道的兩端(圖2、圖3的信號端子XA1、XBi)輸入發(fā)送信號。由此，能夠抑制層方向DL中的射束輪廓的偏移。
[0108]圖8的(A)~圖8的(C)中示出頭單元220的詳細的構(gòu)成例。圖8的(A)示出支撐部件250的第二面SF2側(cè)，圖8的(B)示出支撐部件250的第一面SFl側(cè)，圖8的(C)示出支撐部件250的側(cè)面?zhèn)取?br> [0109]支撐部件250是支撐元件芯片200的部件。連接器421、422設(shè)置于支撐部件250的第一面SFl側(cè)。該連接器421、422相對于探測器主體側(cè)對應(yīng)的連接器能夠拆裝。在作為支撐部件250的第一面SFl的里面的第二面SF2側(cè)，支撐有元件芯片200。固定用部件260設(shè)置于支撐部件250的各角部，用于將頭單元220固定于探測器殼體。
[0110]這里，所謂支撐部件250的第一面SFl側(cè)是指支撐部件250的第一面SFl的法線方向側(cè)，所謂支撐部件250的第二面SF2側(cè)是指作為支撐部件250的第一面SFl的里面的第二面SF2的法線方向側(cè)。
[0111]如圖8的(C)所示，保護元件芯片200的保護部件270 (保護膜)設(shè)置于元件芯片200的表面(圖1的(B)中形成有壓電體層30的面)。保護部件270例如可以兼具聲音整合層、聲音透鏡等。
[0112]7.超聲波探測器
[0113]在圖9的(A)、圖9的(B)示出適用上述的超聲波頭單元220的超聲波探測器300(探測器)的結(jié)構(gòu)例。圖9的(A)示出探測器頭310安裝于探測器主體320的情況，圖9的(B)示出探測器頭310從探測器主體320分離的情況。
[0114]探測器頭310包括:頭單元220、與被檢體接觸的接觸部件230及收容頭單元220的探測器殼體240。元件芯片200設(shè)于接觸部件230和支撐部件250之間。
[0115]探測器主體320包括處理裝置330及探測器主體側(cè)連接器426。處理裝置330包括發(fā)送部332、接收部335 (模擬前端部)、發(fā)送接收控制部334。發(fā)送部332進行向元件芯片200的驅(qū)動脈沖(發(fā)送信號)的發(fā)送處理。接收部335進行來自元件芯片200的超聲回波信號(接收信號)的接收處理。發(fā)送接收控制部334進行發(fā)送部332、接收部335的控制。探測器主體側(cè)連接器426與頭單元側(cè)連接器425 (或者探測器頭側(cè)連接器)連接。探測器主體320利用電纜350與電子設(shè)備(例如超聲波圖像裝置)主體連接。
[0116]頭單元220收容于探測器殼體240，但能夠從探測器殼體240卸下頭單元220。這樣的話，能夠僅更換頭單元220?；蛘咭材軌蛟诖娣庞谔綔y器殼體240的狀態(tài)下，即作為探測器頭310進行交換。
[0117]8.超聲波圖像裝置
[0118]在圖10示出超聲波圖像裝置的結(jié)構(gòu)例。超聲波圖像裝置包括超聲波探測器300以及電子設(shè)備主體400。超聲波探測器300包括頭單元220 (超聲波頭單元)以及處理裝置330。電子設(shè)備主體400包括控制部410、處理部420、用戶接口部430以及顯示部440。
[0119]處理裝置330包括發(fā)送部332、發(fā)送接收控制部334、接收部335 (模擬前端部)。頭單元220包括:元件芯片200、將元件芯片200與電路基板(例如剛性基板)連接的連接部210 (連接器部)。在電路基板安裝有發(fā)送部332、發(fā)送接收控制部334、接收部335。發(fā)送部332可包括產(chǎn)生脈沖發(fā)生器的電源電壓的高電壓生成電路(例如升壓電路)。
[0120]在發(fā)送超聲波的情況下，發(fā)送接收控制部334對發(fā)送部332進行發(fā)送指示，發(fā)送部332接受該發(fā)送指示并將驅(qū)動信號放大為高電壓，輸出驅(qū)動電壓。在接收超聲波的反射波的情況下，接收部335接收利用元件芯片200檢測到的反射波的信號。接收部335基于來自發(fā)送接收控制部334的接收指示，處理反射波的信號(例如放大處理、A/D轉(zhuǎn)換處理等)，并將處理后的信號發(fā)送到處理部420。處理部420將該信號影像化并顯示于顯示部440。
[0121]此外，本實施方式的超聲波換能器器件并不限于如上所述的醫(yī)療用的超聲波圖像裝置，可適用于各種的電子設(shè)備。例如，作為適用超聲波換能器器件的電子設(shè)備，假設(shè)有對建筑物等的內(nèi)部進行非破壞檢查的診斷設(shè)備、利用超聲波的反射檢測用戶手指的運動的用戶接口設(shè)備等。
[0122]另外，如上所述，雖然對本實施方式詳細地進行了說明，然而在實質(zhì)上不脫離本發(fā)明的內(nèi)容以及效果的情況下可以進行各種變形，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很容易理解。因而，這樣的變形例均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在說明書或附圖中，至少有一次與更廣義或同義的不同術(shù)語一起記載的術(shù)語在說明書或附圖的任何處都能替換為該不同術(shù)語。并且，本實施方式及變形例的全部的組合也包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，超聲波換能器器件、探測器、超聲波圖像裝置的構(gòu)成/動作等，也不限于本實施方式所說明的內(nèi)容，能夠進行各種變形實施。
[0123]符號說明
[0124]10超聲波換能器元件21第一電極層
[0125]22第二電極層30壓電體層
[0126]40開口50振動膜
[0127]60 基板
[0128]71a ~74a、72a，、73a，、72a，，、73a” 第一電極層
[0129]81a~83a第二電極層91a~93a壓電體層
[0130]100超聲波換能器元件陣列 130第一柔性基板
[0131]140第二柔性基板200超聲波探測器器件
[0132]210連接部220頭單元
[0133]230接觸部件240探測器殼體
[0134]250支撐部件260固定用部件
[0135]270保護部件300超聲波探測器
[0136]310探測器頭320探測器主體
[0137]330處理裝置332發(fā)送部
[0138]334發(fā)送接收控制部335接收部
[0139]350電纜400電子設(shè)備主體
[0140]410控制部420處理部
[0141]421、422連接器425頭單元側(cè)連接器
[0142]426探測器主體側(cè)連接器430用戶接口部
[0143]440顯示部
[0144]CAl ~CA64、CBl ~CB64 共通端子
[0145]CHl~CH64信道元件組DL層方向
[0146]DS掃描方向EGl~EG4元件組
[0147]LCl~LC64共通電極線LSl~LS64信號電極線
[0148]UEl~UE3、UEll~UE43超聲波換能器元件
[0149]XAl ~XA64、XBl ~XB64 信號端子
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波探測器器件，其特征在于，包括: 超聲波換能器元件陣列，具有第一元件組~第k元件組，k是k > 2的自然數(shù)； 第一信號端子，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部；以及 第二信號端子，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列與所述第一信號端子連接， 所述第一元件組~所述第k元件組中的各元件組所包括的多個超聲波換能器元件在所述各元件組內(nèi)電氣串聯(lián)， 所述第一元件組~所述第k元件組在所述第一信號端子和所述第二信號端子之間電氣并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 所述第一信號端子連接于進行信號的發(fā)送及接收的所述控制部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 電氣串聯(lián)的所述多個超聲波換能器兀件在作為掃描方向的第一方向排列配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 所述第一元件組~所述第k元件組在與所述第一方向交叉的第二方向排列配置。
5.根據(jù)權(quán)利要 求3或4所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 所述各元件組具有第一超聲波換能器元件~第j超聲波換能器元件作為所述多個超聲波換能器元件，j是2以上的自然數(shù)，所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的各超聲波換能器元件具有第一電極、第二電極、設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間的換能器部， 所述第一超聲波換能器元件的所述第一電極連接于所述第一信號端子， 所述第一超聲波換能器元件的所述第二電極連接于所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的第二超聲波換能器元件的所述第一電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 所述第一超聲波換能器元件~所述第j超聲波換能器元件中的第j-ι超聲波換能器元件的所述第二電極連接于所述第j超聲波換能器元件的所述第一電極， 所述第j超聲波換能器元件的所述第二電極連接于所述第二信號端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 所述超聲波探測器器件包括: 第一信號電極線，形成于與所述第一方向交叉的第二方向，所述第一信號電極線連接于所述第一信號端子；以及 第二信號電極線，形成于所述第二方向，所述第二信號電極線連接于所述第二信號端子， 所述第一元件組~所述第k元件組在所述第一信號電極線和所述第二信號電極線之間共通連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的超聲波探測器器件，其特征在于， 構(gòu)成為包括在與作為掃描方向的所述第一方向交叉的第二方向排列配置的所述第一元件組~所述第k元件組、所述第一信號端子、以及所述第二信號端子的信道，沿所述第一方向排列配置有兩個， 所述控制部對所述兩個信道中的各信道的所述第一信號端子進行所述信號的發(fā)送及接收的至少一個。
9.一種超聲波探測器器件，其特征在于，包括: 超聲波換能器元件陣列； 第一信號端子，連接于進行信號的接收及發(fā)送的至少一個的控制部；以及 第二信號端子，經(jīng)由所述超聲波換能器元件陣列與所述第一信號端子連接， 所述超聲波換能器元件陣列具有一個或者多個元件組， 所述一個或者多個元件組的各元件組具有:沿作為掃描方向的所述第一方向排列配置的電氣串聯(lián)的多個超聲波換能器元件。
10.一種超聲波探測器器件，其特征在于，包括: 第一元件組，電氣串聯(lián)有多個超聲波換能器元件； 第二元件組，電氣串聯(lián)有多個超聲波換能器元件；以及 連接配線，電氣并聯(lián)所述第一元件組和所述第二元件組。
11.一種頭單元，其特征在于，所述頭單元是探測器的頭單元， 所述頭單元包括權(quán)利要求1至10中任一項所述的超聲波探測器器件， 所述頭單元相對于所述探測器的探測器主體能夠拆裝。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的頭單元，其特征在于， 所述頭單元包括第一柔性基板，所述第一柔性基板設(shè)置在所述超聲波探測器器件的一端，所述第一柔性基板具有與配置于所述超聲波探測器器件的所述一端的所述第一信號端子及所述第二信號端子中的一個相連接的配線組。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的頭單元，其特征在于， 所述頭單元包括第二柔性基板，所述第二柔性基板設(shè)置在所述超聲波探測器器件的另一端，所述第二柔性基板具有與配置于所述超聲波探測器器件的所述另一端的所述第一信號端子及所述第二信號端子中的另一個相連接的配線組。
14.一種探測器，其特征在于，包括權(quán)利要求1至10中任一項所述的超聲波探測器器件。
15.一種超聲波圖像裝置，其特征在于，包括: 權(quán)利要求14所述的探測器；以及 顯示部，對顯示用圖像數(shù)據(jù)進行顯示。
【文檔編號】A61B8/00GK104013420SQ201410064047
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】松田洋史, 舩坂司 申請人:精工愛普生株式會社