JPH10262968A

JPH10262968A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH10262968A
Application number: JP9091357A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ito; 由喜男伊藤; Yutaka Sato; 佐藤　　裕; Takaya Osawa; 孝也大澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-06
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JP3934202B2

Abstract

(57)【要約】【課題】各振動素子間の電気的クロストークが小さい
電子走査用アレイ型超音波探触子を実現する。【解決手段】圧電振動子２を、その裏面の一端で切欠
部Ｌ２により信号電極６とグランド電極７とを分離する
構造とし、信号線９およびグランド線８が絶縁体をはさ
んで形成された配線板１０の該信号線９とグランド線８
の先端を、前記圧電振動子２の切欠部Ｌ２に対応する信
号電極６とグランド電極７の部分Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ
電気的に接続する。配線板１０はグランド電極８と信号
線９が一体構成のマイクロストリップ線路構成となり、
信号線間の電気的クロストークが低減する。

Description

【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、信号線電極およびグランド電極を分離する少なくと
も一つの切欠部を下面の一端に設けた圧電振動子と、信
号線およびグランド線が絶縁体をはさんで形成された配
線板とを具備し、前記圧電振動子の前記切欠部に対応す
る信号電極およびグランド電極の部分に、前記配線板の
信号線およびグランド線の先端を電気的に接続してなる
ことを特徴とする。

【０００９】また、配線板は、絶縁体の上面に一定ピッ
チで信号線を形成し、該絶縁板の下面に全面銅はくの第
一のグランド線を形成し、さらに前記絶縁体の上面の前
記信号線の間に第二のグランド線を形成し、第一のグラ
ンド線と前記第二のグランド線とをスルーホールで接続
してなることを特徴とする。

【００１０】また、配線板は、絶縁板の内部に一定ピッ
チで信号線を埋設し、該絶縁板の上下両面に全面銅はく
の第一および第二のグランド線を形成し、該第一および
第二のグランド線をスルーホールで接続してなることを
特徴とする。さらに、配線板の後端部の一方の面に信号
ピンを設け、該信号ピンに配線板に形成された信号線を
接続するとともに、前記信号ピンの間にグランドピンを
設け、該グランドピンと配線板の他方の面に形成された
グランド線とをスルーホールで接続したことを特徴とす
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Ｌ
１，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１
５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１
６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１
８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１
６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１１，１
１’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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電振動子を配列した超音波探触
子において、信号線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を下面の一端に設けた圧電振動
子と、信号線およびグランド線が絶縁体をはさんで形成
された配線板とを具備し、前記圧電振動子の前記切欠部
に対応する信号電極およびグランド電極の部分に、前記
配線板の信号線およびグランド線の先端を電気的に接続
してなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】配線板は、絶縁体の上面に一定ピッチで
信号線を形成し、該絶縁板の下面に全面銅はくの第一の
グランド線を形成し、さらに前記絶縁体の上面の前記信
号線の間に第二のグランド線を形成し、第一のグランド
線と前記第二のグランド線とをスルーホールで接続して
なることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】配線板は、絶縁板の内部に一定ピッチで
信号線を埋設し、該絶縁板の上下両面に全面銅はくの第
一および第二のグランド線を形成し、該第一および第二
のグランド線をスルーホールで接続してなることを特徴
とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】配線板の後端部の一方の面に信号ピンを
設け、該信号ピンに配線板に形成された信号線を接続す
るとともに、前記信号ピンの間にグランドピンを設け、
該グランドピンと配線板の他方の面に形成されたグラン
ド線とをスルーホールで接続したことを特徴とする請求
項１，２または３記載の超音波探触子。