声匹配体、超声波探测器以及超声波测定装置制造方法 [0002]作为超声波测定装置的一个具体示例，通常已知有超声波诊断装置。超声波诊断装置用于例如形成体内组织的图像。当形成图像时，超声波探测器被按压在体表。此时，在超声波探测器和体表之间，取代空气而充满水这种声耦合材料。声耦合材料起使超声波探测器的声阻抗和人体的声阻抗匹配的作用。这样，超声波可以根据声耦合材料的作用，在超声波探测器和体表之间有效地传送。 [0003]在专利文献I中，超声波探测器的前端面，即、超声波的发射面形成有微少的凹凸。在发射面的中间配置有供水喷嘴的供水口。当进行超声波诊断时由供水口供水。水充满发射面和体表之间。 [0004]在专利文献I的记载中，根据基于微少的凹凸的毛细现象，尝试了进行水的扩散。根据毛细现象，水保持在发射面。然而，当发射面被按压在体表时，有微少的凹凸由于适应于体表而被体表堵住之忧。如果发射面相对于体表移动，则在发射面和体表之间，水不能得到充分补充。而且，当发射面不是以供水口为中心的圆形时，导致水从供水口附近的轮廓逃逸，从而水不能扩散至远离供水口的范围。 [0005]在先技术文献 [0006]专利文献 [0007]专利文献1:日本专利特开平9-262237号公报



[0008]根据本发明的至少一个方式，可以提供一种能够在外表面和柔软的对象物之间充分地扩散声耦合I材料的声匹配体。
[0009](1)本发明的一个方式涉及一种声匹配体，具有:由相互平行延伸的母线形成的凸形的弯曲面、以及沿着和上述母线交叉的平面与上述弯曲面的交线在上述弯曲面形成的槽。
[0010]槽作为水这种声耦合材料(介质)的通道起作用。即使弯曲面被按压在例如体表这样的柔软对象物上，声耦合材料也能够通过整个通道扩散。声耦合材料从通道被供给弯曲面。通过这种方式,声耦合材料可以沿着弯曲面扩散。
[0011](2)上述槽可以沿着上述交线的全长，从上述交线的一端形成至另一端。通过这种方式，声耦合材料可以在槽内从弯曲面的一端扩散至另一端。
[0012](3)上述槽可以沿着垂直于上述母线的平面与上述弯曲面的交线形成。槽可以以最短距离横穿过弯曲面。这样，声耦合材料可以沿着槽的全长在槽内扩散。
[0013](4)在垂直于上述母线方向的截面上，上述弯曲面可以具有第一曲率半径，上述槽的底面可以具有比上述第一曲率半径小的第二曲率半径。形成固定深度的槽。
[0014]( 5 )上述槽可以等间隔地配置在上述母线的方向上。这样，声耦合材料可以均匀地分布在母线的方向上。
[0015](6)声匹配体还可以具有形成于上述弯曲面，且平行于上述母线的直线槽。这样，声率禹合材料可以沿着母线扩散。
[0016](7)声匹配体还可以具有贯通孔，所述贯通孔的一端在使位于上述交线的一端的母线与位于上述交线的另一端的母线相互连接的平面上开口，所述贯通孔的另一端在上述弯曲面上与上述槽连接并开口。声匹配体和超声波器件连接时，可以从贯通孔向槽提供声耦合材料。
[0017](8)声匹配体可以具有在位于上述弯曲面的上述交线的一端的母线和位于上述交线的另一端的母线的各自的外侧的框架，上述框架可以具有一端连接到上述槽的连通路。声匹配体和超声波器件连接时，可以从连通路向槽提供声耦合材料。
[0018](9)声匹配体可以安装在超声波探测器中使用。此时，超声波探测器具备声匹配体即可。
[0019](10)在超声波探测器中，在对应于上述槽的位置可以配置声耦合材料的吐出单元。可以从吐出单元提供声耦合材料。
[0020](11)声匹配体可以安装在超声波测定装置中使用。这时，超声波测定装置具备声匹配体即可。
[0021](12)在超声波测定装置中，在对应于上述槽的位置可以配置声耦合材料的吐出单元。可以从吐出单元提供声耦合材料。




[0022]图1是简要地示出一个实施方式涉及的电子设备的一个具体例子，即超声波诊断装置的外观图。
[0023]图2是第一实施方式涉及的超声波探测器的放大主视图。
[0024]图3是超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0025]图4是超声波器件的放大俯视图。
[0026]图5相当于沿图4的A-A线的截面图，是超声波换能器元件单元的截面图。
[0027]图6是槽的放大截面图。
[0028]图7是对应于图5的、按压在体表上的超声波换能器元件单元的截面图。
[0029]图8是对应于图3的、简要地示出声耦合材料的扩散的超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0030]图9是对应于图5的、包括其他实施方式涉及的声透镜部件的超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0031]图10是对应于图3的、包括变形例涉及的声透镜部件的超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0032]图11是对应于图3的、包括其他变形例涉及的声透镜部件的超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0033]图12是对应于图3的、包括另外的变形例涉及的声透镜部件的超声波换能器元件单元的放大立体图。
[0034]图13是第二实施方式涉及的超声波探测器的放大部分垂直截面图。
[0035]图14是第二实施方式的一个变形例涉及的超声波探测器的放大部分垂直截面图。
[0036]图15是第二实施方式的其他变形例涉及的超声波探测器的放大部分垂直截面图。
[0037]图16是第二实施方式的另外的变形例涉及的超声波探测器的放大部分垂直截面图。
[0038]符号说明
[0039]11电子设备和作为超声波图像装置的超声波诊断装置、
[0040]13超声波探测器、22声匹配体(声透镜部件)、
[0041]22a声匹配体(声透镜部件)、22b声匹配体(声透镜部件)、
[0042]27弯曲面、28槽、58交线、59贯通孔、64框架、
[0043]65贯通孔、66直线槽、72声匹配体(声透镜部件)、
[0044]76声匹配体(声透镜部件)、77框架


[0045]以下一边参照附图一边对本发明的一个实施方式进行说明。此外，以下说明的本实施方式并非不合理地限制权利要求书所记载的本发明的内容，在本实施方式中说明的所有结构并非是作为本发明的解决手段都必须的。
[0046]( I)超声波诊断装置的整体结构
[0047]图1简要地示出本发明的一个实施方式涉及的电子设备的一个具体例子，即超声波诊断装置11的结构。超声波诊断装置11具备装置终端12和超声波探测器(探测器)13。装置终端12和超声波探测器13通过电缆14相互连接。装置终端12和超声波探测器13通过电缆14交换电信号。装置终端12中组装有显示面板15。显示面板15的画面在装置终端12的表面露出。如后所述，在装置终端12中，根据由超声波探测器13检测到的超声波生成图像。图像化的检测结果显示在显示面板15的画面上。
[0048]如图2所示，第一实施方式涉及的超声波探测器13具有壳体16。壳体16中容纳有超声波换能器元件单元(以下称“元件单元”)17。元件单元17的表面可以在壳体16的表面露出。元件单元17从表面输出超声波并接收超声波的反射波。此外，超声波探测器13可以具有与探测器主体13a装卸自由地连接的探头13b。这种情况下，元件单元17可以组装在探头13b的壳体16中。
[0049]图3简要地示出元件单元17的结构。元件单元17具有超声波器件18和声匹配部
19。如后所述，超声波器件18具有在例如基板这种基体上阵列状配置的多个超声波换能器元件。声匹配部19与超声波器件18的表面、即超声波的发射面连接。声匹配部19具有声匹配层21和声透镜部件(声匹配体)22。声匹配层21形成在超声波器件18的表面上。声匹配层21在整个区域上紧贴超声波器件18的表面。声透镜部件22配置在声匹配层21的表面。声透镜部件22也可以和声匹配层21 —体化。声匹配层21在生物体这种被检测对象物与超声波器件18之间实现声阻抗匹配。声透镜部件22起将从各个超声波换能器元件同时发射的超声波汇聚在一个焦点的作用。其中，声匹配层21和声透镜部件(声匹配体)22分别由例如有机硅树脂形成。并且，超声波器件18上分别连接有第一柔性印刷配线板(以下称“第一配线板”)23及第二柔性印刷配线板(以下称“第二配线板”)24。超声波器件18衬有背衬材料25。
[0050]声透镜部件22具有由与第一方向Dl相互平行延伸的母线形成的凸形的弯曲面27。即、弯曲面27具有在垂直于母线的截面上向远离与声匹配层21连接的面的方向突出的形状的表面。弯曲面27上形成有多个槽28。槽28沿着和弯曲面27的母线交叉的平面与弯曲面27的交线，在第二方向D2上延伸。第一方向Dl和第二方向D2被规定在例如包括超声波器件18的表面的平面内，并相互垂直。在此，交线由弯曲面27与和弯曲面27的母线垂直的平面规定。槽28等间隔地配置在第一方向(母线的方向)Dl上。
[0051]图4简要地示出超声波器件18的俯视图。超声波器件18具有基体31。基体31上形成有元件阵列32。元件阵列32由超声波换能器元件(以下称“元件”)33的阵列构成。阵列由多行多列的矩阵形成。此外，阵列也可以设立为交错配置。交错配置中，偶数列的元件33组相对于奇数列的元件33组错开行间距的二分之一即可。奇数列和偶数列中的一方的元件数目也可以比另一方的元件数目少一个。
[0052]每个元件33具有振动膜34。图4中，在和振动膜34的膜面正交的方向的俯视观察(基板厚度方向的俯视观察)中，振动膜34的轮廓用虚线绘制。轮廓的内侧相当于振动膜34的内侧区域。轮廓的外侧相当于振动膜34的外侧区域。振动膜34上形成有压电元件35。压电元件35由上电极36、下电极37和压电体膜38构成。每个元件33的上电极36和下电极37之间均夹有压电体膜38。这些按照下电极37、压电体膜38和上电极36的顺序重叠。超声波器件18构成为一片超声波换能器元件芯片。
[0053]基体31的表面形成有多根第一导电体39。第一导电体39与排列的行方向相互平行地延伸。每一行兀件3 3分配有一根第一导电体39。一根第一导电体39与在排列的行方向上排列的元件33的压电体膜38公共地连接。第一导电体39在每个元件33形成上电极36。第一导电体39的两端分别与一对引出配线41连接。引出配线41与排列的列方向相互平行地延伸。因此，所有第一导电体39具有相同的长度。这样，上电极36与整个矩阵的元件33公共地连接。第一导电体39可以由例如铱(Ir)形成。但第一导电体39也可以利用其他导电材料。
[0054]基体31的表面上形成有多根第二导电体42。第二导电体42与排列的列方向相互平行地延伸。每一列兀件33分配有一根第二导电体42。在排列的列方向排列的兀件33的压电体膜38公共地配置有一根第二导电体42。第二导电体42在每个元件33形成下电极37。第二导电体42可以使用例如钛(Ti)、铱(Ir)、钼(Pt)以及钛(Ti)的层压膜。但第二导电体42也可以利用其他导电材料。
[0055]每列元件33的通电可以进行切换。相应于这样通电的切换，实现线性扫描和扇形扫描。由于一列兀件33同时输出超声波，因此,可以根据超声波的输出电平决定一列的个数，即排列的行数。行数可以设定为例如10行~15行。图中作了省略，只绘出5行。排列的列数取决于扫描范围的扩大。列数可以设定为例如128列或256列。图中作了省略，只绘出8列。上电极36和下电极37作用可以互换。即、可以是下电极与整个阵列的元件33公共地连接,而上电极与排列的每一列上的元件33公共地连接。
[0056]基体31的轮廓具有被相互平行的一对直线隔开而相对的第一边31a和第二边31b。第一边31a和元件阵列32的轮廓之间配置有一排第一端子阵列43a。第二边31b和元件阵列32的轮廓之间配置有一排第二端子阵列43b。第一端子阵列43a可以与第一边31a平行地形成一排，第二端子阵列43b可以与第二边31b平行地形成一排。第一端子阵列43a由一对上电极端子44和多个下电极端子45构成。同样地，第二端子阵列43b由一对上电极端子46和多个下电极端子47构成。在一根引出配线41的两端分别连接有上电极端子44、46。引出配线41和上电极端子44、46可以关于将元件阵列32 二等分的垂直面形成面对称。一根第二导电体42的两端分别连接有下电极端子45、47。第二导电体42和下电极端子45、47可以关于将元件阵列32 二等分的垂直面形成面对称。在此，基体31的轮廓形成为矩形。基体31的轮廓可以是正方形，也可以是梯形。
[0057]第一配线板23覆盖在第一端子阵列43a上。在第一配线板23的一端，分别对应上电极端子44和下电极端子45而形成导线，即第一信号线48。第一信号线48分别与上电极端子44和下电极端子45相对并分别接合。同样地，第二配线板24覆盖在第二端子阵列43b上。在第二配线板24的一端，分别对应上电极端子46和下电极端子47而形成导电线，即第二信号线49。第二信号线49分别与上电极端子46和下电极端子47相对并分别接合。
[0058]如图5所示，基体31具有基板52和柔性膜53。柔性膜53形成在基板52的整个表面上。针对每个元件33在基板52上形成开口 54。开口 54相对于基板52配置成阵列状。配置有开口 54的区域的轮廓相当于元件阵列32的轮廓。邻接的两个开口 54之间由间隔壁55划分开。邻接的开口 54被间隔壁55隔开。间隔壁55的壁厚相当于开口 54的间隔。间隔壁55在相互平行地延伸的平面内规定两个壁面。壁厚相当于两个壁面的距离。即、壁厚可以由与壁面垂直且夹在壁面之间的垂线的长度规定。基板52可以由例如硅基板形成。
[0059]柔性膜53由层压在基板52的表面的氧化娃(S12)层56、以及层压在氧化娃层56的表面的氧化锆(ZrO2)层57构成。柔性膜53与开口 54接触。这样，柔性膜53的一部分与开口 54的轮廓相对应而形成振动膜34。振动膜34是柔性膜53中因面对开口 54而可以在基板52的厚度方向上进行膜振动的部分。氧化硅层56的膜厚可以根据谐振频率来确定。
[0060]下电极37、压电体膜38和上电极36按顺序层压在振动膜34的表面上。压电体膜38可以由例如锆钛酸铅(PZT)形成。压电体膜38也可以使用其他压电材料。在此，在第一导电体39的下方,压电体膜38完全覆盖第二导电体42。由于压电体膜38的作用，可以避免第一导电体39和第二导电体42之间短路。
[0061]基体31的背面固定有背衬材料25。基体31的背面重叠在背衬材料25的表面。背衬材料25在超声波器件18的背面盖住开口 54。背衬材料25可以具有硬质基材。在此，间隔壁55与背衬材料25连接。背衬材料25通过至少一处接合区域与各个隔板55接合。接合时可以使用粘合剂。
[0062]声匹配层21层压在基体31的表面上。声匹配层21覆盖例如基体31的整个表面。其结果，元件阵列32和第一及第二端子阵列43a、43b、第一及第二配线板23、24被声匹配层219覆盖。声匹配层21保护元件阵列32的构造、第一端子阵列43a和第一配线板23的接合、以及第二端子阵列43b和第二配线板24的接合。
[0063]弯曲面27形成为例如圆柱的部分圆筒面。弯曲面27具有围绕圆柱的中心轴的第一曲率半径Rl。垂直于弯曲面27的平面与弯曲面27之间的交线58画出第一曲率半径Rl的圆弧。第一曲率半径Rl可以根据超声波的频率和被检测部位的深度决定。此时，槽28的底面画出比第一曲率半径Rl小的第二曲率半径R2的圆弧。即、形成固定深度的槽28。但是，槽28的深度可以不固定，例如也可以朝向槽28的两端深度加深。
[0064]声透镜部件22形成有在垂直于超声波器件18的基体31的表面的方向延伸的贯通孔59。每个槽28上分配有例如一对贯通孔59。贯通孔59的一端开口于使位于垂直于弯曲面27的平面和弯曲面27的交线58的一端的母线以及位于该交线58的另一端的母线相互连接的平面61。贯通孔59的另一端在弯曲面27上与槽28连接。在此，贯通孔59配置于在俯视观察中规定的元件阵列32的轮廓的外侧。槽28可以沿着交线58的全长从交线58的一端延伸至另一端。但是，只要不损害声透镜部件22的功能，槽28可以在贯通孔59的外侧到达交线58的一端和另一端之前中断。
[0065]声匹配层21的表面形成有在例如基体31的第一边31a和第二边31b上开口的槽62。槽62从声匹配层21的表面凹进。因此，当声匹配层21的表面形成声透镜部件22时，槽28在声匹配部19中形成管道。槽62的另一端连接到贯通孔59。以这种方式，由一侧的槽62、一侧的贯通孔59、槽28、另一侧的贯通孔59以及另一侧的槽62形成从基体31的第一边31a延伸至第二边31b的连续通道。通道上连接有例如声耦合材料的供给源(未图示)。声耦合材料例如在规定的压力下被供给至通道。
[0066]如图6所示，槽28的宽度W设定在大约0.5mm~2.0mm的范围内。如果槽28的宽度W低于大约0.5mm,则水和凝胶这种流体的声耦合材料难以进入槽28。虽然随着槽28的宽度W增大流体容易流动，但如果槽28的宽度W超过大约2.0mm，则导致当弯曲面27被按压在体表这种柔软的对象物上时槽28被对象物堵住。而且，槽28的深度(=R1_R2)至少设定为0.2mm。如果深度低于0.2mm,则导致槽28作为流道的功能受到损害。但是，如果深度过深，则有流体无法充分地流到槽28的底面，槽28中残存气泡，对声波传播特性造成不良影响之忧。因此，深度优选为大约1.0mm以下。在此，由图6所示可知，在弯曲面27和槽28的边界、即棱线上形成有倒角r。倒角r的曲率半径设定为0.2mm~0.3mm左右。如果倒角r低于0.2mm，则棱线有棱角，导致被检测者感到体表不舒服。而另一方面，如果倒角r超过0.3_，则导致超声波的折射增大而声学特性发生偏差。倒角r的曲率半径可以由平行于母线且垂直于槽28的长度方向的平面规定。槽28的宽度W无需固定，宽度W也可以例如朝向两端变窄。
[0067](2)超声波诊断装置的动作
[0068]下面，简单地对超声波诊断装置11的动作进行说明。当发送超声波时，脉冲信号被供给压电元件35。通过下电极端子45、47和上电极端子44、46，按照每列元件33供给脉冲信号。在各个兀件33中，在下电极37和上电极36之间，电场作用于压电体膜38。压电体膜38基于超声波而振动。压电体膜38的振动被传递到振动膜34。这样，振动膜34基于超声波而振动。其结果，向对象物(例如人体内部)发送所需的超声波束。
[0069]超声波的反射波使振动膜34振动。在所需的频率下，振动膜34的超声波振动使压电体膜38产生超声波振动。根据压电元件35的压电效应从压电元件35中输出电流。在每个元件33上，在上电极36和下电极37之间产生电位。电流作为电信号从下电极端子45,47和上电极端子44、46输出。通过这种方式检测超声波。
[0070]重复进行超声波的发送和接收。其结果，实现线性扫描和扇形扫描。扫描结束后，根据输出信号的数字信号形成图像。形成的图像显示在显示面板15的画面上。
[0071]如图7所示，超声波诊断时，当超声波探测器13被按压在体表BD上，声透镜部件22的弯曲面27紧贴体表BD。槽28在体表BD和声透镜部件22之间形成管道。这样，形成将基体31的第一边31a和第二边31b相互连接的管道。当从槽62供给水这种声耦合材料(介质)时，槽28被水充满。槽28起水的通道的作用。即使弯曲面27被按压在柔软的体表BD上，水也能够沿着槽28的全长扩散。然后，如图8所示，水从槽28溢出至弯曲面27。这样，水可以沿着弯曲面27扩散。在每个槽28中，水至少在贯通孔59之间充满槽28即可。这样，在声透镜部件22的有效范围内，水被充分地供给弯曲面27、即外表面。水能够在弯曲面27的有效范围和体表BD之间充分地扩散。
[0072]如上所述，槽28沿着垂直于弯曲面27的母线的平面与弯曲面27的交线延伸。槽28以最短距离横穿过弯曲面27。这样，水可以沿着槽28的全长在槽28内有效地扩散。而且，由于槽28等间距地配置在母线的方向上，因此，水可以均匀地分布在母线的方向上。
[0073](3)第一实施方式的变形例涉及的声透镜部件
[0074]图9简要地示出第一实施方式的变形例涉及的声透镜部件22a。声透镜部件22a在弯曲面27即透镜部的周围具有框架64。和上述同样地，弯曲面27形成为圆柱的部分圆筒面。和上述同样地，在弯曲面27上形成槽28。框架64从位于垂直于弯曲面27的平面与弯曲面27的交线58的一端的母线、以及位于该交线58的另一端的母线分别向弯曲面27的外侧扩展。
[0075]在声透镜部件22a中，框架64上形成有贯通孔65。贯通孔65和上述贯通孔59同样，在垂直于超声波器件18的基体31的表面的方向延伸。贯通孔65贯通框架64。贯通孔65的上端在弯曲面27上分别连接到槽28的两端。贯通孔65的下端连接到声匹配层21的槽62。在此，贯通孔65配置于在俯视观察中规定的元件阵列32的轮廓的外侧。槽28可以沿着交线58的全长从交线58的一端延伸至另一端。此外，声透镜部件22a以外的元件单元17的构造和前述内容相同。
[0076]图10简要地示出其他变形例涉及的声透镜部件22b。在声透镜部件22b中，在弯曲面27上还形成有与弯曲面27的母线平行延伸的直线槽66。直线槽66的两端也可以单独连接声匹配层21的槽62。槽66的宽度W和深度可以和前述的槽28同样地设定。其他构造和上述的声透镜部件22相同。声透镜部件22b中，水这种声耦合材料可以沿着母线在弯曲面27上扩散。此外，例如如图11所示，槽28也可以沿着以规定的倾斜角Θ和弯曲面27的母线交叉的平面与弯曲面27的交线形成。并且，例如如图12所示，槽28并非一定沿着交线58的全长形成,也可以在交线58的一部分上形成。
[0077](4)第二实施方式涉及的超声波探测器
[0078]图13简要地示出第二实施方式涉及的超声波探测器13x的一部分。超声波探测器13x具有支承超声波器件18和背衬材料25的固定台67。固定台67例如可以组装在探测器头13b中，也可以和壳体16 —体化。固定台67上形成有凹部68。凹部68可以容纳超声波器件18和背衬材料25。超声波器件18的表面与固定台67的表面连接成一个平面。固定台67的表面从超声波器件18的轮廓向外侧扩展。
[0079]超声波器件18的表面和固定台67的表面与声匹配部19a连接。声匹配部19a具有声匹配层71和声透镜部件72。声匹配层71从超声波器件18的表面扩展到固定台67的表面。声透镜部件72的弯曲面27形成在声匹配层71的整个区域上。和上述相同，弯曲面27上形成有槽28。弯曲面27和槽28的构造和上述相同。
[0080]在俯视观察中，在超声波器件18的周围，即、超声波器件18的轮廓的外侧，固定台67上形成有贯通孔73。每个贯通孔73在垂直于包括超声波器件18的表面的假想平面的方向上延伸。对应于固定台67的贯通孔73，形成有贯通声匹配层71和声透镜部件72的贯通孔74。贯通孔74连接到贯通孔73。贯通孔74的前端在对应的槽28上开口。固定台67的贯通孔73上连接有声耦合材料的供给源75。贯通孔74作为声耦合材料的吐出单元起作用。其他构造和上述第一实施方式相同。
[0081]这种情况下也可以，例如如图14所示，声透镜部件76中，在弯曲面27的周围形成有框架77。框架77重叠在固定台67的表面上。贯通孔74形成于框架77。框架77的贯通孔74连接到固定台67的贯通孔73。弯曲面27对应于超声波器件18的范围而形成。此外，例如如图15所示，固定台67的表面也可以露出于弯曲面27的周围。而且，例如如图16所示，声透镜部件76的框架77上也可以覆盖刚性的壳体框架78。贯通孔74贯通壳体框架78即可。
[0082]此外，如上所述，对本实施方式进行了详细的说明，但本领域技术人员能够容易地理解，只要实质上不脱离本发明的新事项及效果，本发明可以进行多种变形。因此，这样的变形例全部包括在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同术语一起记述的术语，在说明书或附图的任何位置，均可以置换为其不同术语。另外，超声波诊断装置11和超声波探测器13、元件单元17、元件33、声透镜部件22、22a、72、76等的结构和操作，也不受本实施方式中说明的内容的限制，可以进行各种变形。