單層壓電片式超聲波探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單層壓電片式超聲波探頭，尤其是，涉及實(shí)現(xiàn)短軸方向的旁瓣的降低的探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，在醫(yī)療領(lǐng)域中，利用超聲波圖像的超聲波診斷裝置被實(shí)用化。通常，這種超聲波診斷裝置從超聲波探頭向被檢體內(nèi)發(fā)送超聲波束，在超聲波探頭中接收來自被檢體的超聲波回波，對該接收信號進(jìn)行電處理，從而生成超聲波圖像。
[0003]公知的是，在從超聲波探頭發(fā)送超聲波束時(shí)，不僅在發(fā)送方向的中心軸上發(fā)射聲壓高的主瓣，還在從中心軸偏離的方向上發(fā)射聲壓低的旁瓣。由于來自位于該旁瓣上的反射體的超聲波回波與基于主瓣的超聲波回波一起被接收，存在超聲波圖像變得不清晰的問題。
[0004]作為減少旁瓣的方法，通常使用旁瓣縮減法(apodizat1n)這樣的方法。該方法為如下方法:針對沿長軸方向排列的換能器陣列的各個(gè)換能器，代替如圖9(A)所示那樣施加均勻的電壓的方式，而如圖9(B)所示那樣針對越是位于陣列的端部的換能器則施加越低的電壓，從而抑制自陣列的端部的超聲波束的發(fā)射而集中超聲波束。能夠降低在從中心軸偏離的方向上發(fā)射的旁瓣。
[0005]其中，在換能器沿長軸方向排列成一列的一維陣列中，雖然能夠在長軸方向上使用旁瓣縮減法，但由于在短軸方向上只存在一個(gè)換能器，所以無法使用旁瓣縮減法來降低旁瓣。
[0006]因此，例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了如下的超聲波探頭:將構(gòu)成各個(gè)換能器的壓電體整形為具有隨著朝向短軸方向的端部而寬度減小的所謂的菱形的平面形狀，并將這些壓電體沿長軸方向排列。
[0007]通過使壓電體具有這樣的平面形狀，抑制從各個(gè)換能器的短軸方向的端部發(fā)射的超聲波束，能夠形成在短軸方向上集中的超聲波束。由此，在短軸方向上也能夠?qū)崿F(xiàn)旁瓣的降低。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平2-41144號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的課題
[0012]但是，將以往的由無機(jī)材料構(gòu)成的散裝壓電體整形為具有菱形的平面形狀并不容易，嘗試著使用切割機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但需要在相對于壓電體的排列方向傾斜的方向上實(shí)施特殊的切割，需要大量的勞力和時(shí)間以及成本。
[0013]本發(fā)明是為了解決這樣的以往的問題點(diǎn)而完成的，其目的在于，提供一種能夠在短軸方向上降低旁瓣并且能夠容易地制造的單層壓電片式超聲波探頭。
[0014]用于解決課題的技術(shù)方案
[0015]本發(fā)明的單層壓電片式超聲波探頭具有分別沿短軸方向延伸且沿長軸方向以預(yù)定的排列間距排列的多個(gè)壓電元件區(qū)域，其中，在各個(gè)壓電元件區(qū)域中排列形成有多個(gè)微小的壓電元件部，多個(gè)微小的壓電元件部沿短軸方向改變壓電元件部的個(gè)數(shù)或者改變壓電元件部的尺寸地配置。
[0016]優(yōu)選的是，多個(gè)微小的壓電元件部配置為，短軸方向的兩端部的壓電元件部的個(gè)數(shù)比短軸方向的中心部的壓電元件部的個(gè)數(shù)少。此時(shí)，多個(gè)微小的壓電元件部能夠配置為，在對應(yīng)的壓電元件區(qū)域內(nèi)，鋪滿通過中心的對角線朝向短軸方向的六邊形或者具有沿著短軸方向以及長軸方向的對角線的菱形的內(nèi)部。
[0017]此外，多個(gè)微小的壓電元件部能夠構(gòu)成為，沿短軸方向改變壓電元件部的尺寸地配置，從尺寸不同的壓電元件部發(fā)出頻率不同的超聲波。多個(gè)微小的壓電元件部還能夠配置為，短軸方向的兩端部的壓電元件部的尺寸比短軸方向的中心部的壓電元件部的尺寸小。此時(shí)，多個(gè)微小的壓電元件部能夠構(gòu)成為，包括具有第一直徑且在短軸方向的中心部排列的多個(gè)第一壓電元件部以及具有比第一直徑小的第二直徑且在短軸方向的兩端部排列的多個(gè)第二壓電元件部。
[0018]另外，優(yōu)選的是，各個(gè)所述壓電元件部具有正八邊形的平面形狀。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，在各個(gè)壓電元件區(qū)域中形成的多個(gè)微小的壓電元件部沿短軸方向改變壓電元件部的個(gè)數(shù)或者壓電元件部的尺寸地配置，因此能夠在短軸方向上降低旁瓣，并且不需要切斷散裝壓電體而能夠容易地進(jìn)行制造。
【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0022]圖2是表示去除了被覆層的狀態(tài)的實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的俯視圖。
[0023]圖3是表示實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的主要部分的剖視圖。
[0024]圖4是表示在實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的壓電元件區(qū)域中形成的多個(gè)微小的壓電元件部的部分放大俯視圖。
[0025]圖5是表示將實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭搭載在FPC上的狀態(tài)的俯視圖。
[0026]圖6是表示使用了實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0027]圖7是表示在實(shí)施方式I的變形例的單層壓電片式超聲波探頭的壓電元件區(qū)域中形成的多個(gè)微小的壓電元件部的部分放大俯視圖。
[0028]圖8是表示在實(shí)施方式2的單層壓電片式超聲波探頭的壓電元件區(qū)域中形成的多個(gè)微小的壓電元件部的部分放大俯視圖。
[0029]圖9㈧是表示不使用旁瓣縮減法時(shí)的對換能器陣列的施加電壓的圖表，⑶是表示使用了旁瓣縮減法時(shí)的對換能器陣列的施加電壓的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下，基于【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0031]實(shí)施方式I
[0032]圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的單層壓電片式超聲波探頭的結(jié)構(gòu)。
[0033]在基板I的表面上形成有分別沿短軸方向(仰角(elevat1n)方向)細(xì)長地延伸且沿長軸方向(方位角(azimuth)方向)彼此隔開微小的間隔地排列的多個(gè)壓電元件區(qū)域2，在各個(gè)壓電元件區(qū)域2中排列形成有多個(gè)微小的壓電元件部。此外，在各個(gè)壓電元件區(qū)域2沿短軸方向連接有對應(yīng)的引出電極3。這些引出電極3為了確保相互的排列間距，交替地延伸到基板I的一對側(cè)緣Ia以及Ib中的任一個(gè)。
[0034]并且，以覆蓋全部壓電元件區(qū)域2的方式在基板I上配置有被覆層4。
[0035]圖2表示去除了被覆層4的狀態(tài)，明確地示出分別沿短軸方向延伸的多個(gè)壓電元件區(qū)域2。這些壓電元件區(qū)域2以間距P沿長軸方向排列。
[0036]如圖3所示，在壓電元件區(qū)域2中排列形成的多個(gè)微小的壓電元件部5分別具有在基板I的表面Ic上形成的下部電極層6、在下部電極層6的上方形成的壓電體層7以及在壓電體層7的上方形成的上部電極層8。壓電體層7具有正八邊形的平面形狀，上部電極層8也形成為與壓電體層7相同的正八邊形。
[0037]此外，在與各個(gè)壓電元件部5的配置位置對應(yīng)的基板I的背面Id側(cè)形成有多個(gè)開口 9，從而形成厚度薄的振動板10，壓電元件部5分別配置在對應(yīng)的振動板10的上方。
[0038]進(jìn)而，在基板I上形成的全部壓電元件部5由被覆層4覆蓋。被覆層4具有相對于單層壓電片式超聲波探頭的使用頻率滿足音響整合條件即1/4波長條件的厚度。
[0039]如圖4所示，多個(gè)微小的壓電元件部5配置為將設(shè)定在壓電元件區(qū)域2內(nèi)的六邊形Ml的范圍的內(nèi)部鋪滿，而不是在各個(gè)壓電元件區(qū)域2的整個(gè)面上配置。在六邊形Ml中，通過其中心的對角線D朝向短軸方向，對角線D上的一對頂點(diǎn)Al以及A2分別位于壓電元件區(qū)域2的短軸方向的端部。因此，在六邊形Ml的范圍的內(nèi)部鋪滿的多個(gè)微小的壓電元件部5配置為，短軸方向的兩端部的壓電元件部5的個(gè)數(shù)比短軸方向的中心部的壓電元件部5的個(gè)數(shù)少。
[0040]在六邊形Ml的范圍的內(nèi)部鋪滿的壓電元件部5的正八邊形的上部電極層8在同一個(gè)壓電元件區(qū)域2內(nèi)連接成一個(gè)而與對應(yīng)的引出電極3連接，壓電體層7按照每個(gè)壓電元件部5分離。此外，在全部壓電元件區(qū)域2中排列形成的壓電元件部5的下部電極層6彼此連接成一個(gè)，在基板I的表面Ic上形成有I片電極層。
[0041]這樣的單層壓電片式超聲波探頭能夠通過如下方式制作:使用微加工技術(shù)，通過圖案形成，將由硅等構(gòu)成的基板I部分性地進(jìn)行加工而形成振動板10，并且在振動板10的上方按順序?qū)盈B下部電極層6、壓電體層7和上部電極層8。由于不切斷散裝壓電體而是使用微加工技術(shù)來制作探頭，所以能夠容易地以鋪滿六邊形Ml的范圍的內(nèi)部的方式形成多個(gè)微小的壓電兀件部5。
[0042]如圖2所示，在制作出不具有被覆層4的狀態(tài)的探頭時(shí)，如圖5所示，將該狀態(tài)的探頭搭載在FPC (柔性印刷電路)11等上，將多個(gè)引出電極3分別連接到FPCll的對應(yīng)的配線圖案12，并且將相對于全部壓電元件部5共用地存在的下部電極層6連接到FPCll的接地圖案13。之后，以覆蓋全部壓電元件區(qū)域2的方式在基板I的上方涂敷形成被覆層4，從而完成單層壓電片式超聲波探頭21。
[0043]圖6表示用于使用圖5所示的單層壓電片式超聲波探頭21而生成超聲波圖像的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)。單層壓電片式超聲波探頭21經(jīng)由多路復(fù)用器22與發(fā)送接收切換開關(guān)23連接，在發(fā)送接收切換開關(guān)23分別連接有發(fā)送電路24和接收電路25。在接收電路25連接有圖像生成部26，進(jìn)而，圖像生成部26經(jīng)由顯示控制部27與顯示部28連接。此夕卜，多路復(fù)用器22、發(fā)送接收切換開關(guān)23、發(fā)送電路24、接收電路25、圖像生成部26以及顯示控制部27與控制部29連接。
[0044]多路復(fù)用器22經(jīng)由單層壓電片式超聲波探頭21的多個(gè)配線圖案12而與分別從對應(yīng)的壓電元件區(qū)域2引出的引出電極3連接，在控制部29的控制之下，選擇要發(fā)送超聲波的壓電元件區(qū)域2，并且選擇要接收超聲波回波的壓電元件區(qū)域2。
[0045]發(fā)送接收切換開關(guān)23在控制部29的控制之下，在超聲波束的發(fā)送時(shí)，將發(fā)送電路24連接到多路復(fù)用器22并且將接收電路25和多路復(fù)用器22之間切斷，在超聲波回波的接收時(shí)，將發(fā)送電路24從多路復(fù)用器22切斷并將接收電路25連接到多路復(fù)用器22。
[0046]發(fā)送電路24例如包括多個(gè)發(fā)射器，調(diào)節(jié)各自的發(fā)送信號的延遲量并供給到多個(gè)超聲波換能器，以便基于根據(jù)來自控制部29的控制信號而選擇的發(fā)送延遲模式，將從單層壓電片式超聲波探頭21的多個(gè)超聲波換能器發(fā)送的超聲波形成超聲波束。
[0047]接收電路25對從單層壓電片式超聲