超声波探头以及超声波诊断装置的制作方法

专利名称：超声波探头以及超声波诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用MUT (Micromachining Ultrasound Transducer,微力口工 超音波换能器)元件的超声波探头以及超声波诊断装置。
背景技术：
超声波探头通过驱动多个振动元件而从多个振动元件放射超声波。并 利用多个振动元件接收由被检体等反射后的超声波。
为了对多个振动元件进行延迟控制以形成超声波束，使相位控制的超 声波叠加。此时，通过将振动元件的宽度设计为中心频率波长的大约1/2， 能够防止振动元件的方向性的降低。
例如，在使超声波束从中心倾斜30度的情况下，其声压比O度方向的 声压低大约3dB至6dB。这是因为超声波并不是从各振动元件朝全方位均 匀地放射。超声波的频率越高越朝前方尖锐地放射，而不在广阔的范围内 均匀地放射。因此，在谐波成像法等以高频率波段进行使用的情况下，需 要根据使用频率縮小元件宽度。但是，如果縮小元件宽度，则会导致制造 上的成品率降低和每个元件的能量的降低。
但是，作为振动元件，存在以压电陶瓷为主体的元件、和通过使用微 加工技术对半导体基板进行加工而制造的cMUT ( Capacitive Micromachining Ultrasound Transducer:电容式换能器)元件等。由于使用 压电陶瓷的元件为长方体、cMUT元件形成在平面上，因此无论是哪种形 式，振动元件的超声波放射面都是平面。在日本特开2005—210710号公报 中，记载了通过使平坦地排列多个MUT元件形成的MUT列弯曲而使MUT列整体的超声波放射面弯曲的技术。日本特开2005—210710号公报中所记 载的振动元件(MUT元件)是平面型的振动元件。

发明内容
本发明的目的在于提供遍及广波段都能够维持方向性的超声波探头以 及超声波诊断装置。
本发明的第一技术方案涉及的超声波探头，具有具有多个凸部或凹 部的基座；以及，排列于所述多个凸部或凹部的每个上的多个MUT元件。
本发明的第二技术方案涉及的超声波探头，具有基座，具有至少沿 着一个方向排列的多个凸部或凹部；以及，多个振动元件，分别排列在所 述多个凸部或凹部上，且具有沿着所述凸部或凹部的表面弯曲的超声波放 射面。
本发明的第三技术方案涉及的超声波诊断装置，具有第一技术方案 的超声波探头；信号处理部，基于来自所述超声波探头的回波信号而产生 图像数据；以及，显示部，显示所述产生的图像数据。
本发明的附加目的和优点将在后面的描述中提出， 一部分能够从描述 中显而易见地得出，或者可以从本发明的实施中得出。本发明的目的和优 点可以通过在下文中特别指出的方法和组合理解并得出。


合并在本发明中并组成本发明的一部分的

本发明的实施例， 并与上面给出的概括描述和后面给出的实施例的详细描述一起用于解释本 发明的原理。
图l是示出本发明的第一实施方式涉及的超声波探头的整体结构的图。
图2是图1的振动元件单元的立体图。
图3是示出图2的基座的立体图。
图4是示出图2的振动元件的结构的图。
图5是示出图2的振动元件的尺寸关系的图。
图6是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S2的图。
图7是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S3的图。图8是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S4的图。 图9是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S5的图。 图10是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S6的图。 图11是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S7的图。 图12是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S8的图。 图13是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S9的图。 图14是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S10的图。 图15是示出图2的振动元件的制造工序的步骤Sll的图。 图16是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S11的其他的图。 图17是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S12的图。 图18是示出图2的MUT元件30的电系统的俯视图。 图19是示出图2的振动元件的制造工序的步骤S13的图。 图20是第一实施方式涉及的其他的基座的立体图。 图21是示出具有图20的基座的振动元件的结构的图。 图22是示出现有型振动元件、半圆柱型振动元件、方型振动元件A、 以及方型振动元件B的方向性的模拟结果的图。 图23是示出现有型振动元件的波形图的图。
图24是示出第一实施方式涉及的半圆柱形振动元件的波形图的图。
图25是示出第一实施方式涉及的方型振动元件A的波形图的图。
图26是示出第一实施方式涉及的棱柱型振动元件B的波形图的图。
图27是示出第一实施方式涉及的超声波诊断装置的结构的图。
图28是示出本发明的第二实施方式涉及的超声波探头的整体结构的图。
图29是图28的振动元件单元的立体图。
图30是从上方观察图29的振动元件单元的俯视图。
图31是图28的其他的振动元件单元的立体图。
图32是从上方观察图31的振动元件单元的俯视图。
图33是图28的另外的其他的振动元件单元的立体图。
图34是从上方观察图33的振动元件单元的俯视图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明的实施方式涉及的超声波探头和超声波诊断装 置进行说明。
(第一实施方式)
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的超声波探头1的整体结构的
图。如图1所示，超声波探头1具有探头外壳2。在探头外壳2的内部收纳 有发送接收超声波的振动元件单元4。
图2是振动元件单元4的立体图。如图2所示，振动元件单元4具有 由石英(Si02)基板或硅(Si)基板等能够用于半导体工艺的材料形成的基 座20。图3是示出基座20的一例的立体图。如图2和图3所示，在基座 20的表面上沿着一个方向配列有多个呈垄状地隆起的凸部20a。即，基座 20具有多个凸面。凸部20a例如具有半圆柱形状。凸部20a的排列方向与 凸部20a的中心轴方向正交。此处，规定凸部20a的排列方向为X方向、 凸部20a的中心轴方向为Y方向、与X方向和Y方向正交的凸部20的厚度 方向为Z方向。凸部20a在Z方向隆起。各凸部20a在Y方向相互平行地 排列。
如图2所示，在基座20的多个凸部20a上通过半导体工艺分别设置有 多个振动元件22。各振动元件22具有多个MUT(Micromachining Ultrasound Transducer,微加工超音波换能器)列24。 MUT列24具有沿着Y方向排列 成一列的多个MUT元件30。 一个振动元件22所包含的多个MUT列24 中的一列配置在凸部20a的顶部。其他的MUT列24相互隔开相等的间隔 配置在凸部20a的表面上。在各MUT元件30上连接有信号线。各振动元 件22的信号线汇集成一个。即， 一个振动元件22成为一个波道。更详细 地说，汇集排列在各振动元件22上的多个MUT元件30而构成一个波道。 各MUT元件30发送接收超声波。振动元件22的超声波放射面不是平面， 而是沿着凸部20a的表面弯曲。MUT元件30可以是cMUT (Capacitive Micromachining Ultrasound Transducer:电容式换能器)元件或者pMUT (Piezoelectric Micromachining Ultrasound Transducer:压电式换能器)元件 中的任一个。以下，MUT元件30是cMUT元件。
如图1所示，在振动元件单元4的上表面上，以从探头外壳2露出的方式贴附有声透镜6。声透镜6的厚度沿着Y轴变化，使超声波会聚。并 且，声透镜6还具有保护振动元件单元4的作用。
在振动元件单元4的下表面上贴附有用于吸收放射至振动元件单元4 的后方的超声波或者使其衰减的垫(未图示)、以及用于支承振动元件单元 4的支承体8。并且，在振动元件单元4的侧面上贴附有柔性印刷电路板 (FPC) 10。柔性印刷电路板10上印制有用于独立地对振动元件单元4所 包含的多个振动元件22输入输出电信号的多条信号线。
探头外壳2经由探头缆线12与探头连接器14连接。探头缆线12是将 多条信号线的缆线16总括到一起进行包覆的部件。探头连接器14与超声 波诊断装置主体连接。
接下来，对振动元件22的详细结构进行说明。以下，设振动元件22 具有三个MUT列24。图4是横截一个振动元件22所包含的三个MUT列 24的三个MUT元件30的XZ剖视图。如图4所示，在凸部20a的顶部设 有第一 MUT列24—1 ，在第一 MUT列的两侧分别设有第二 MUT列24_2 和第三MUT列24—3。另外，MUT列也可以排列有三列以上。
各MUT元件30具有保护层32。保护层32以大致均等的厚度堆积在 凸部20a的表面上。保护层32的材料例如为氮化硅(SiN)。在保护层32 的内部，以夹着空洞38对置的方式形成有下部电极34和上部电极36。下 部电极34和上部电极36相互平行地形成。下部电极34保持为接地电位。 在将上部电极36作为信号电极进行使用的情况下，为了保护患者，需要使 用机壳地进行屏蔽，但在此处省略描述。虽然没有图示，上部电极36与信 号线连接并被提供来自超声波诊断装置主体的电信号。并且，保护层32具 有保护下部电极34和上部电极36的作用。振动板40是与保护层32相同 的材料，并与保护层32形成为一体。空洞38中可以充满空气或其他气体， 也可以是真空。在保护层32的上面以覆盖空洞38的方式形成有树脂层42。
如果经由未图示的信号线在下部电极34和上部电极36之间施加随时 间变化的电压，则通过库仑力根据时间的不同会在下部电极34和上部电极 36之间产生引力或斥力。通过该引力和斥力的反复，配置在上部电极36 的下表面上的振动板40在与下部电极34和上部电极36大致垂直的方向(即 与凸部20a的表面垂直的方向)上振动。进而，通过振动板40的振动，在振动方向上放射超声波。如上所述，振动元件22具有振动方向相互不同的 多个MUT元件30。通过排列在振动元件22上的多个MUT元件30同时接 收来自超声波诊断装置主体的驱动信号，振动元件22能够放射接近于球面 波的超声波。通过对提供给各振动元件22的驱动信号进行延迟控制，能够
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接下来，对振动元件单元4的制造方法的一例进行说明。图5是示出 振动元件22的尺寸关系的一例的图。另外，在此先说明振动元件单元4的 各构成要素的尺寸并不限于本例。如图5所示，振动元件22的宽度 WV-250nm、相邻的振动元件22之间的间隔I-50^m、振动元件22的长度 L=5mm、振动元件22的高度H=33.5^m、开口角AA-30。 、 MUT元件30 的宽度目=60拜、振动元件22的端部的基座仰角EA-30。。另夕卜，所谓 开口角AA是振动元件22的第二 MUT列24—2的振动方向和第三MUT 列24—3的振动方向所成的角度。并且，基座仰角EA是凸部20a的端部 处的接触面(接面)与ZY平面所成的角度。
振动元件22使用半导体工艺制作在基座20上。首先，对在半导体工艺 中的光刻工序中所使用的曝光系统的概要进行说明。第一实施方式涉及的 光学系统的概略设计使用下述的式(1)和式(2)进行。
DOF-土O. 5 A/NA2 (1) R-k . ;i/NA . - (2)
DOF:视场深度(聚焦深度) R:分辨率
入曝光所使用的光的波长 NA:透镜的数值孔径
k:工艺系数(根据工艺条件或抗蚀剂(卜)等材料决定的系数)
在第一实施方式中，以k-0.8设计了光学系统。并且，将DOF设定为 基座20的凸部20a的高度的二倍左右、即2X33Mm-66nm。作为曝光系统 的光源使用氟化氪(KrF)准分子激光器，其波长入=0.284拜。从这些设定 值和(1)式以及(2)式求出分辨率11=4.6阿，数值孔径NA-0.04。并且， 信号线的宽度(样式规则)设定为10^im。
另外，与基座20具有平面形状时的数值孔径NA相比，第一实施方式中的数值孔径NA小。因此，第一实施方式中的曝光时间设定为比基座20 具有平面形状时长。
首先，利用切割等机械加工和蚀刻在石英基板上形成多个半圆柱形状 的凸部20a，形成如图3所示的基座20 (步骤S1)。另外，凸部20a的形成 方法并不仅限于上述方法。例如也可以使用自组织化法。并且，也可以通 过使基座20的材料流入铸型来一体成形基座20和凸部20a。
在形成基座20后，如图6所示，在基座20上形成例如由氮化硅构成 的第一保护层61。并通过溅射在所形成的第一保护层61的上面形成第一电 极层62。在所形成的第一电极层62的上面形成下部电极图案形成用的第一 抗蚀剂层63 (步骤S2)。接下来，如图7所示，使用如上设定的曝光系统 形成用于形成下部电极34的抗蚀剂图案63'(步骤S3)。所形成的抗蚀剂 图案63，的大小与下部电极34大致相同。接下来，如图8所示，以所形成 的抗蚀剂图案63，作为掩模对第一电极层62进行蚀刻。由此形成下部电极 34 (步骤S4)。
在利用除去剂除去残留的抗蚀剂图案63，之后，如图9所示，在所形成 的下部电极34和第一保护层61的上面形成用于保护下部电极34的第二保 护层64 (步骤S5)。第二保护层64例如由氮化硅形成。形成第二保护层 64后，如图10所示，在第二保护层64的上面形成用于形成空洞38的抗蚀 剂的牺牲层65 (步骤S6)。接下来，如图ll所示，在牺牲层65的上面形 成作为上部电极36的保护层和振动板40发挥功能的第三保护层66 (步骤 S7)。第三保护层66例如由氮化硅形成。接下来，如图12所示，通过溅射 在第三保护层66的上面形成第二电极层67。在所形成的第二电极层67的 上面形成用于形成上部电极图案的抗蚀剂层68 (步骤S8)。接下来，如图 13所示，使用上述的曝光系统形成用于形成上部电极36的抗蚀剂图案68'， 以所形成的抗蚀剂图案68，作为掩模对第二电极层67进行蚀刻。由此形成 上部电极36 (步骤S9)。
在利用除去剂除去残留的抗蚀剂图案68'之后，如图14所示，在所形 成的上部电极36的上面形成用于保护上部电极36的第四保护层69 (步骤 SIO)。第四保护层69例如由氮化硅形成。利用第一保护层61、第二保护 层64、第三保护层66、以及第四保护层69来构成保护层32。接下来，如图15和图16所示，在第三保护层66和第四保护层69上形成槽70和竖孔71 。槽70和竖孔71形成为从第四保护层69到达牺牲层65。通过形成槽70和竖孔71，形成MUT元件30的轮廓(步骤Sll)。更详细地说，以残留有用于支承上部电极36和振动板40的四个支承部72的方式形成围绕上部电极36的周围的第一槽70—1、第二槽70—2、第一竖孔71 —1、以及第二竖孔71—2。
接下来，如图17所示，利用所形成的竖孔71使用除去剂除去牺牲层65，从而形成空洞38 (步骤S12)。
图18是示出MUT元件30的电系统的俯视图。在形成树脂层42之前，在第四保护层69上形成用于引出下部电极34的第一贯通通路和用于引出上部电极36的第二贯通通路。进而，在第三保护层66或者第四保护层69上，将地线73连接在第一贯通通路中，将信号线74连接在第二贯通通路中。由此从电极34和36分别引出信号线和地线。 一个MUT列24所包含的多个MUT元件30与一条信号线连接， 一个振动元件22所包含的三个MUT列24的三条信号线经由第二贯通通路与一条信号线连接。即， 一个振动元件22构成一个波道。
在引出信号线和地线之后，如图19所示，在第四保护层69的上部形成用于覆盖空洞38 (竖孔71)的树脂层42 (步骤S13)。
在上述的说明中说明了凸部20a具有半圆柱形状。但是并不限于此。例如，如图20所示，凸部20b也可以具有棱柱形状。凸部20b在XZ截面上具有梯形形状。将形成在该具有梯形形状的凸部20b上的振动元件称为棱柱型振动元件。并且，将形成在上述的具有半圆柱形状的凸部20a上的振动元件22称为半圆柱型振动元件22。
图21是示出棱柱型振动元件52的ZX截面的图。如图21所示，凸部20b具有与Z轴正交的第一平面HM1、以及相互不平行的第二平面HM2和第三平面HM3。在第一平面HM1上配置有第一MUT列24—1，在第二平面HM2上配置有第二 MUT列24—2，在第三平面HM3上配置有第三MUT列24—3。方形MUT元件30以其振动方向与所设置的平面HM正交的方式安装。平面HM1、 HM2、以及HM3可以完全平坦，也可以稍稍变形。MUT列24所包含的各MUT元件30的结构与半圆柱型振动元件22的MUT元件30的结构相同。
接下来， 一边将半圆柱型振动元件22和棱柱型振动元件52的超声波特性与现有型振动元件的超声波特性进行比较一边进行说明。图22是示出现有型振动元件、半圆柱型振动元件、棱柱型振动元件A、以及棱柱型振动元件B的方向性的模拟结果的图。
现有型振动元件是由压电陶瓷形成的压电元件。压电元件的宽度为25(Him。压电元件的宽度设计为超声波波长的1/2。因此，宽度25(Vm的压电元件最适用于发送超声波频率为3MHz的频带。另一方面，在使用谐波成像法的情况下，发送超声波频率需要6MHz的频带的高波段。此处，为了容易进行性能比较，以更高的波段即10MHz的频带为例进行模拟。作为参考，在10MHz的频带的情况下，现有方法中的最合适的压电元件的宽度为大约75pm。此处，假定压电元件的宽度为比现有技术中的理想化元件宽度宽很多的250pm进行模拟。即，图22中所示的现有型振动元件的宽度为250(im。
对于棱柱型振动元件A，振动元件宽度WV=250^im，与三个平面HM1、HM2、以及HM3内切的内切圆的半径Re-170imi。对于棱柱型振动元件B，元件宽度WV=366|am，与三个平面内切的内切圆的半径Re-250imi。棱柱型振动元件A和棱柱型振动元件B的MUT元件的宽度都是60pm。
图22的模拟结果是各振动元件发送的超声波都为10MHz时的结果。Odeg是使超声波放射面的中心与上述的XYZ坐标的原点一致时的Z轴方向。角度[deg]表示距离超声波放射面的中心一定距离的点从Z轴朝X轴的倾斜角度。声压[dB]是将Odeg处的声压作为OdB时的相对声压。理想的是希望声压不根据角度而变化。另外，半圆柱型振动元件、棱柱型振动元件A、以及棱柱型振动元件B所包含的多个MUT元件同时放射超声波。艮P，
不对朝向MUT元件的驱动信号进行延迟控制。
如图22所示，对于现有型振动元件的方向性，与Odeg处的声压相比45deg处的声压大约降低至一15dB。半圆柱型振动元件的方向性比现有型振动元件的方向性有所改善，与Odeg处的声压相比45deg处的声压被抑制为大约降低至一lldB的程度。棱柱型振动元件A的方向性也比现有型振动元件的方向性有所改善，与Odeg处的声压相比45deg处的声压被抑制为大约降低至一9dB。棱柱型振动元件B的方向性比半圆柱型振动元件的方向性有所改善，与0deg处的声压相比45deg处的声压被限制为大约降低至一8dB的程度。
图23、图24、图25、图26是分别示出现有型振动元件、半圆柱型振动元件、棱柱型振动元件A、以及棱柱型振动元件B的波形图的图。波形图是以距离超声波放射面的中心的距离[mm]为横轴、以角度[deg]为纵轴，用灰度的浓度表示各点处的声压值的图。理想的是灰度浓的部分在纵向笔直。换言之，理想的是声压高或低的部分位于恒定距离处。如图23、图24、图25、图26所示，第一实施方式所涉及的半圆柱型振动元件和棱柱型振动元件A的方向性比现有型振动元件的方向性好。棱柱型振动元件B的方向性从理想状态稍稍偏移，但其原因在于过度增大了振动元件的设计参数。以上，从声压分布和波形图可知，对于元件形状，棱柱型振动元件A是妥当的。该棱柱型振动元件A的形状与在图5和图21的说明中所使用的形状相同。
接下来对具有超声波探头1的超声波诊断装置进行说明。图27是示出超声波诊断装置100的结构的图。如图27所示，超声波诊断装置100具有超声波探头1和超声波诊断装置主体110。超声波诊断装置主体110以控制电路112为中枢，具有发送接收电路114、信号处理电路116、以及显示装置118。
发送接收电路114产生用于放射超声波的驱动信号，通过将产生的驱动信号提供给各振动元件22使各振动元件22放射超声波。并且，发送接收电路114对从各振动元件22提供的回波信号进行延迟加法计算处理。信号处理电路116对从发送接收电路114提供的回波信号进行图像处理从而产生图像数据。作为产生的图像可以列举B模式图像或多普勒图像。显示装置118显示产生的图像(例如B模式图像或多普勒图像)。
上述结构的振动元件单元4具有在凸部20a或凸部20b上配置有多个MUT元件30的振动元件22或振动元件52。因此，振动元件22或振动元件52的超声波放射面不是平面形状而是具有凸形状。其结果是，在高频率波段中，与以往的具有平面形状的超声波放射面的振动元件相比，各个振动元件22或振动元件52能够放射接近于球面波的超声波。这样，根据第一实施方式，不用过度地縮小振动元件宽度，能够提供一种遍及宽波段都能够维持方向性的超声波探头和超声波诊断装置。
另外，在第一实施方式中，基座20具有多个凸部20a、 20b。但是第一实施方式并不仅限于此，基座20也可以是具有多个凹部。在该情况下，多个振动元件分别配置在多个凹部中。并且，在多个凹部中的每个凹部中都排列有多个MUT元件30。(第二实施方式)
图28是示出本发明的第二实施方式所涉及的超声波探头200的整体结构的图。如图28所示，超声波探头200具有探头外壳202。在探头外壳202的内部收纳有发送接收超声波的振动元件单元204。在振动元件单元204的上表面上以从探头外壳202露出的方式贴附有声透镜206。声透镜206例如形成为大致正方形。在振动元件单元204的下表面上安装有支承体208。并且，多个柔性印刷电路板210贯通支承体208安装在振动元件单元204的下表面上。柔性印刷电路板210上印制有用于独立地对振动元件222输入输出电信号的多条信号线216。探头外壳202经由探头缆线212与探头连接器214连接。探头连接器14与超声波诊断装置主体连接。
图29是振动元件单元204的立体图。图30是从上方观察振动元件单元204的俯视图。如图29和图30所示，振动元件单元204具有由石英基板或硅基板等能够用于半导体工艺的材料形成的基座220。在基座220的表面上呈二维状地离散地排列有多个凸部221。即，基座220具有多个凸面。凸部221具有以与XY平面大致平行的平面221a为顶点的立体结构。平面221a可以完全平坦、也可以稍稍变形。以包围平面221a的边缘的方式设置有曲面221b。曲面221b相对于平面221a倾斜地形成，连接平面221a和基座220的表面。换言之，如图29所示，凸部221具有圆锥的尖端部被除去的立体结构。g卩，凸部221在XY平面上具有圆形状。凸部221在与基座平面(XY平面)正交的Z方向隆起。
平面221a的直径WP例如被设计为150|iim。并且，凸部221的底面的直径WC例如被设计为300pm。优选相邻的凸部221的中心之间的间隔恒定。但是，相邻的凸部221的中心之间的间隔也可以不恒定。
在多个凸部221上通过半导体工艺分别设置有多个振动元件222。此处，将配置在具有圆锥的尖端部被除去的立体结构的凸部221上的振动元件222称为半圆锥型振动元件222。半圆锥型振动元件222具有排列在平面221a和曲面221b上的多个MUT元件230。在各MUT元件230上连接有信号线216。在基座220内每个半圆锥型振动元件222的信号线216汇集成一个。即， 一个半圆锥型振动元件222成为一个波道。更详细地说，汇集排列在各半圆锥型振动元件222上的多个MUT元件230构成一个波道。各MUT元件230发送接收超声波。半圆锥型振动元件222的超声波放射面沿着凸部221的表面弯曲。MUT元件230的结构与第一实施方式所涉及的MUT元件30的结构相同。
各MUT元件230接收来自超声波诊断装置主体110 (更详细地说，发送接收电路114)的驱动信号从而在与平面或者曲面垂直的方向上振动。因此，半圆锥型振动元件222具有三维方向的振动方向相互不同的多个MUT元件230。通过使排列在半圆锥型振动元件222上的多个MUT元件230同时接收来自超声波诊断装置主体1K)(更详细地说，发送接收电路114)的驱动信号，半圆锥型振动元件222能够放射更加接近球面波的超声波。通过对提供给各半圆锥型振动元件222的驱动信号进行延迟控制，能够形成三维的尖锐的超声波束。
另外，凸部221并不仅限于圆锥的尖端部被除去的立体结构。例如，凸部也可以具有球的一半被除去的半球结构。以下，将形成在具有半球结构的凸部上的振动元件称为半球型振动元件。
图31是具有半球型振动元件242的振动元件单元240的立体图。图32是从上方观察振动元件单元240的俯视图。在基座220的表面上呈二维状地离散地排列有多个凸部244。凸部244具有球的一半被除去的立体结构。即，凸部244具有在Z轴方向隆起的一个半球形状的面(半球面)。半球型振动元件242具有排列在凸部244上的多个MUT元件230。典型的是，多个MUT元件230中的一个配置在凸部244的顶点。
凸部244的开口角例如被设计为60度。与半球面内切的球的半径例如被设计为25(Vm。
另外，凸部244也可以不完全是球的一半，也可以是球的一部分被除去的形状。并且，凸部244也可以不需要是数学上的严密的球，也可以是变形的球形状。
进一步，第二实施方式所涉及的凸部221和244的形状并不仅限于在XY平面呈圆形。例如，凸部也可以在XY平面具有多边形形状。作为多边形，第二实施方式的凸部可以是三角形以上的任意的多边形，但尤其优选为六边形或八边形。以下，将形成于在XY平面具有六边形形状的凸部上的振动元件称为六边型振动元件。
图33是具有六边型振动元件262的振动元件单元260的立体图。图34是从上方观察振动元件单元260的俯视图。在基座220的表面上呈二维状地离散地排列有多个在XY平面具有六边形形状的凸部261 。凸部261具有以与XY平面大致平行的平面261a为顶点的立体结构。平面261a关于XY平面具有六边形形状。在平面261a的六个边上分别设有侧面261b。六个侧面261b都是平面。并且，六个侧面261b的每个相对于平面261a倾斜地形成，并与基座220的表面连接。即，如图33所示，凸部261具有六棱锥的尖端部被除去的立体结构。六边型振动元件262具有排列在平面261a和六个侧面261b上的多个MUT元件230。
半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262的制造方法与将第一实施方式中所记载的制造方法扩张至三维的方法大致相同。因此，省略对半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262的制造方法的说明。并且，从半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262放射的超声波的超声波特性与将第一实施方式中所记载的超声波特性扩张至三维的特性大致相同。因此，省略对从半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262放射出的超声波的超声波特性的说明。
根据上述结构，半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262分别配置于呈二维状地离散地排列的多个凸部221 、凸部244、以及凸部261。因此，半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262的超声波放射面具有三维的凸形状。其结果是，在高频率波段中，与以往的具有平面形状的超声波放射面的振动元件相比，各个半圆锥型振动元件222、半球型振动元件242、以及六边型振动元件262
能够放射三维地接近于球面波的超声波。这样，根据第二实施方式，不用
16过度地缩小振动元件宽度，能够提供一种遍及宽波段都能够维持方向性的超声波探头和超声波诊断装置。
另外，在第二实施方式中，基座220具有多个凸部221、凸部244、凸部261。但是第二实施方式并不仅限于此。例如基座220也可以具有多个凹部。凹部关于XY截面具有圆形形状或多边形形状。多个振动元件分别配置在多个凹部中。并且，在多个凹部中的每个凹部中都排列有多个MUT元件230。
本领域技术人员容易发现附加的优点和变更。因此，本发明在更广阔的方面并不仅限于此处示出和描述的具体细节和典型的实施例。因此，在不脱离由附加的权利要求及其等同物所定义的总的发明构思的思想和范围的情况下能够做出各种各样的变更。
权利要求
1、一种超声波探头，具有具有多个凸部或凹部的基座；以及排列于所述多个凸部或凹部的每个上的多个MUT元件。
2、 根据权利要求1所述的超声波探头，所述多个凸部沿着第一方向呈垄状地排列在所述基座上，沿着与所述 第一方向正交的第二方向平行地排列，且分别沿着与所述第一方向和所述 第二方向正交的第三方向隆起。
3、 根据权利要求2所述的超声波探头， 在多个凸部上分别配置有多个振动元件，所述多个振动元件的每个具有沿着所述第一方向排列在所述凸部上的 多个MUT歹iJ，所述多个MUT列的每个具有沿着所述第二方向配置在所述凸部上的 多个所述MUT元件。
4、 根据权利要求3所述的超声波探头， 所述多个凸部的每个具有三个平面， 所述三个平面中的一个面与所述第三方向正交， 在所述三个平面上排列有三个以上的所述MUT列。
5、 根据权利要求3所述的超声波探头， 所述多个凸部的每个具有在所述第三方向上弯曲的一个面， 在所述弯曲的一个面上排列有三个所述MUT列。
6、 根据权利要求1所述的超声波探头，所述多个凸部沿着第一方向和与所述第一方向大致正交的第二方向呈 二维状地离散地排列在所述基座上，且分别在与所述第一方向和所述第二 方向正交的第三方向上隆起。
7、 根据权利要求6所述的超声波探头， 在所述多个凸部上分别配置有多个振动元件，所述多个振动元件的每个具有沿着所述第一方向和所述第二方向排列 的多个所述MUT元件。
8、 根据权利要求7所述的超声波探头， 所述多个凸部的每个具有六个或八个平面， 所述六个或八个平面中的一个面与所述第三方向大致正交， 在所述六个或八个平面上分别排列有多个所述MUT元件。
9、 根据权利要求7所述的超声波探头， 所述多个凸部的每个具有一个平面和一个曲面， ^f述一个平面与所述第三方向大致正交，在所述一个平面和所述一个曲面上分别排列有多个所述MUT元件。
10、 根据权利要求7所述的超声波探头， 所述多个凸部的每个具有一个半球面， 所述半球面在所述第三方向上隆起， 在所述半球面上分别排列有多个所述MUT元件。
11、 一种超声波探头，具有基座，具有至少沿着一个方向排列的多个凸部或凹部；以及 多个振动元件，分别排列在所述多个凸部或凹部上，且具有沿着所述 凸部或凹部的表面弯曲的超声波放射面。
12、 根据权利要求ll所述的超声波探头，所述多个振动元件的每个具有排列在所述多个凸部或凹部上的多个 MUT元件。
13、 根据权利要求ll所述的超声波探头， 所述多个振动元件的每个构成一个波道。
14、 一种超声波诊断装置，具有 权利要求1所述的超声波探头；信号处理部，对来自所述超声波探头的回波信号进行图像处理并产生 图像数据；以及显示部，显示所述产生的图像数据。
全文摘要
本发明提供超声波探头和超声波诊断装置。基座具有多个凸部或凹部。各凸部和凹部分别相当于振动元件一个波道的量。各振动元件具有多个MUT元件。各MUT元件发送接收超声波。即，在各凸部或凹部上排列有多个MUT元件。由此，各振动元件能够发送接收超声波，该超声波具有沿着凸部或凹部的表面弯曲的放射面。
文档编号A61B8/00GK101524283SQ200910005749
公开日2009年9月9日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者尾名康裕, 芝本弘一 申请人:株式会社东芝;东芝医疗系统株式会社