超聲波設(shè)備、超聲波探測器、電子設(shè)備及超聲波圖像裝置制造方法
【專利摘要】提供超聲波設(shè)備、超聲波探測器、電子設(shè)備及超聲波圖像裝置。超聲波設(shè)備的特征在于，具備：超聲波元件陣列基板，具備壓電體并具有進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收中的至少一方的多個(gè)超聲波元件；固定框，具有固定有所述超聲波元件陣列基板的凹部和所述凹部的底部平面的一部分被開口而形成有貫通孔的貫通部，所述超聲波元件陣列基板的元件形成面朝向所述貫通部而固定于所述凹部內(nèi)；聲透鏡，覆蓋所述固定框的所述貫通部而與所述固定框粘合，具有使超聲波聚集的透鏡部；以及聲音匹配層，配置于所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間，由將所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡粘合的樹脂形成，所述聲透鏡與所述固定框接觸，所述聲音匹配層的厚度保持一定。
【專利說明】超聲波設(shè)備、超聲波探測器、電子設(shè)備及超聲波圖像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波設(shè)備、超聲波探測器、電子設(shè)備及超聲波圖像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，已知有收發(fā)超聲波的超聲波元件，使用該超聲波元件的超聲波設(shè)備被用于各種用途。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I中，公開有用于超聲波探測器等的超聲波設(shè)備，該超聲波設(shè)備設(shè)有:收發(fā)超聲波的超聲波振子(超聲波元件)、使超聲波聚集的聲透鏡、在超聲波振子與聲透鏡之間的聲音匹配層。
[0004]在這種結(jié)構(gòu)的超聲波設(shè)備中，為了防止超聲波在通過的界面上的反射，聲音匹配層的厚度形成為規(guī)定的厚度。雖然為了高效地收發(fā)超聲波，聲音匹配層的厚度被要求高精度的厚度，但是在使用樹脂形成該聲音匹配層時(shí)，難以將聲音匹配層形成為所期望的厚度。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日 本專利特開2012-100994號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，可以作為下述的方式或應(yīng)用例而實(shí)現(xiàn):
[0009]應(yīng)用例I
[0010]本應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備，其特征在于，具備:超聲波元件陣列基板，具備壓電體，并具有進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收中的至少一方的多個(gè)超聲波元件；固定框，具有固定有所述超聲波元件陣列基板的凹部和所述凹部的底部平面的一部分被開口而形成有貫通孔的貫通部，所述超聲波元件陣列基板的元件形成面朝向所述貫通部而固定于所述凹部內(nèi)；聲透鏡，覆蓋所述固定框的所述貫通部而與所述固定框粘合，具有使超聲波聚集的透鏡部；以及聲音匹配層，配置于所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間，由將所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡粘合的樹脂形成，所述聲透鏡與所述固定框接觸，所述聲音匹配層的厚度保持一定。
[0011]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，超聲波元件陣列基板的元件形成面以通過貫通部而露出的方式固定于固定框的凹部內(nèi)。而且，覆蓋固定框的貫通部的聲透鏡與固定框接觸而粘合。
[0012]由此，能夠規(guī)定超聲波元件陣列基板的表面與聲透鏡的透鏡部的距離，并能夠?qū)⑿纬捎诔暡ㄔ嚵谢迮c聲透鏡之間的聲音匹配層的厚度保持一定。并且，能夠高精度地形成聲音匹配層的厚度，因而能夠高效地收發(fā)超聲波。
[0013]應(yīng)用例2
[0014]在上述應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備中優(yōu)選，所述聲音匹配層是填充于所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間，粘合于所述超聲波元件陣列基板和所述聲透鏡的樹脂。
[0015]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，聲音匹配層由樹脂構(gòu)成，能夠使用樹脂(粘合劑)將超聲波元件陣列基板與聲透鏡粘合。
[0016]因此，固化的樹脂(粘合劑)能夠?qū)⒊暡ㄔ嚵谢迮c聲透鏡粘合，并且能夠發(fā)揮作為聲音匹配層的功能。
[0017]應(yīng)用例3
[0018]在上述應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備中優(yōu)選，在所述固定框的一部分形成第一突起部，所述第一突起部與所述聲透鏡接觸，并規(guī)定所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間的距離。
[0019]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在聲透鏡接觸的固定框的一部分形成有第一突起部。
[0020]因此，由第一突起部承接聲透鏡，能夠不產(chǎn)生固定面上的傾斜等而將聲透鏡高精度地固定于固定框。
[0021]應(yīng)用例4
[0022]在上述應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備中優(yōu)選，在所述聲透鏡的一部分形成第二突起部，所述第二突起部與所述固定框接觸，并規(guī)定所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間的距離。
[0023]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在與固定框接觸的聲透鏡的一部分形成有第二突起部。
[0024]因此，由第二突起部承接固定框，能夠不產(chǎn)生固定面上的傾斜等而將聲透鏡高精度地固定于固定框。
[0025]應(yīng)用例5
[0026]在上述應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備中優(yōu)選，在所述超聲波元件陣列基板的與所述元件形成面相反的面固定有背板，樹脂覆蓋所述背板而填充于所述固定框的所述凹部。
[0027]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在超聲波元件陣列基板的與元件形成面相反的面固定有背板，樹脂填充于固定框的凹部。
[0028]因此，能夠?qū)⒊暡ㄔ嚵谢逡约氨嘲蹇煽康毓潭ㄓ诠潭騼?nèi)。
[0029]應(yīng)用例6
[0030]在上述應(yīng)用例所涉及的超聲波設(shè)備中優(yōu)選，所述超聲波元件陣列基板具有多個(gè)開口部配置為陣列狀的底部基板、覆蓋所述開口部而形成并沿膜厚方向可位移的振動膜、以及設(shè)于所述振動膜的壓電體部，所述壓電體部具有設(shè)于所述振動膜上的第一電極、覆蓋所述第一電極的至少一部分而設(shè)置的壓電體層、以及覆蓋所述壓電體層的至少一部分而設(shè)置的第二電極。
[0031]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，超聲波元件陣列基板具有多個(gè)開口部配置為陣列狀的底部基板、覆蓋開口部而形成并沿膜厚方向可位移的振動膜、以及設(shè)于振動膜的壓電體部，壓電體部由在振動膜上層壓第一電極、壓電體層、第二電極而構(gòu)成。
[0032]這種結(jié)構(gòu)的超聲波元件陣列基板可以小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波設(shè)備的小型化。
[0033]應(yīng)用例7
[0034]本應(yīng)用例所涉及的超聲波探測器，其特征在于，具備上述應(yīng)用例中的任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備和支撐所述超聲波設(shè)備的殼體。
[0035] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，具備上述的超聲波設(shè)備和支撐該超聲波設(shè)備的殼體。
[0036]本應(yīng)用例的超聲波探測器具備能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層的厚度、并進(jìn)行高效的超聲波的收發(fā)的超聲波設(shè)備，能夠提供聞精度的超聲波探測器。[0037]應(yīng)用例8
[0038]本應(yīng)用例所涉及的電子設(shè)備，其特征在于，具備與所述超聲波設(shè)備連接，并處理所述超聲波設(shè)備的輸出的處理電路。
[0039]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，具備上述的超聲波設(shè)備，以及處理超聲波設(shè)備的輸出的處理電路。
[0040]本應(yīng)用例的電子設(shè)備具備能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層的厚度、并進(jìn)行高效的超聲波的收發(fā)的超聲波設(shè)備，能夠提供高精度的電子設(shè)備。 [0041]應(yīng)用例9
[0042]本應(yīng)用例所涉及的超聲波圖像裝置，其特征在于，具備:與所述超聲波設(shè)備連接、處理所述超聲波設(shè)備的輸出并生成圖像的處理電路，和顯示所述圖像的顯示部。
[0043]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，具備上述的超聲波設(shè)備、處理超聲波設(shè)備的輸出并生成圖像的處理電路、以及顯示圖像的顯示部。
[0044]本應(yīng)用例的超聲波圖像裝置具備能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層的厚度、并進(jìn)行高效的超聲波的收發(fā)的超聲波設(shè)備，能夠提供高精度的超聲波圖像裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是第一實(shí)施方式的超聲波圖像裝置的結(jié)構(gòu)的簡要外觀圖。
[0046]圖2是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波探測器的部分截面圖。
[0047]圖3是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波探測器的頭部的截面放大圖。
[0048]圖4是第一實(shí)施方式的超聲波圖像裝置的控制方框圖。
[0049]圖5是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的俯視圖。
[0050]圖6是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的截面圖。
[0051]圖7是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的截面圖。
[0052]圖8是第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的將聲透鏡以及聲音匹配層除去后的俯視圖。
[0053]圖9的(a)至(d)是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的固定框的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0054]圖10的(a)至(C)是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的聲透鏡的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0055]圖11是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波元件的簡要結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0056]圖12是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波元件的簡要結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0057]圖13是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波元件陣列基板的簡要結(jié)構(gòu)的概念圖。
[0058]圖14是表不第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的變形例的截面圖。
[0059]圖15是表示第一實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的變形例的截面圖。
[0060]圖16是第二實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的截面圖。
[0061]圖17是第二實(shí)施方式所涉及的固定框的俯視圖。
[0062]圖18是表示第三實(shí)施方式所涉及的超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0063]圖19是第三實(shí)施方式所涉及的聲透鏡的俯視圖。
[0064]圖20是表示其他超聲波圖像裝置的結(jié)構(gòu)的簡要外觀圖。
[0065]符號說明[0066]1，2，3，4，5…超聲波設(shè)備、10...超聲波元件、11...底部基板、12...開口部、13...振動膜、14...第一電極、15…壓電體層、16...第二電極、18…壓電體部、19…防濕層、20...超聲波兀件陣列基板、22…背板、24...樹脂、30...支撐部件、35...粘合部件、40...聲音匹配層、50,50a…聲透鏡、51...透鏡部、52...第二突起部、60…柔性印刷電路板(FPC)、65...粘合部件、66…防濕層、70，70a，70b…固定框、71…凹部、72…貫通部、73…緩和部、74…底部平面、75…階梯部、76...第一突起部、77...階梯部、100，101…超聲波圖像裝置、110，11L...裝置主體(電子設(shè)備主體)、112，113…顯示部、115…主控制部、116…處理部、117…用戶界面部(UI部)、120...電纜、130…超聲波探測器、132…殼體、134…頭部、135…粘合部件、136…密封部、150…處理電路、152…選擇電路、153…發(fā)送電路、154…接收電路、155…控制部、tl…粘合部件的厚度、t2…固定框的厚度、t3…包括突起部的固定框的厚度、t4…固定框的厚度、t5…聲透鏡的突起部的厚度、T…聲音匹配層的厚度。
【具體實(shí)施方式】
[0067]以下，根據(jù)附圖來說明有關(guān)將本發(fā)明具體化的實(shí)施方式。此外，在用于以下說明的各附圖中，為了使各部件成為可識別的大小，適當(dāng)?shù)刈兏烁鞑考某叽绲谋壤?br> [0068]第一實(shí)施方式
[0069]在本實(shí)施方式中，作為電子設(shè)備的一例，對例如檢查人體內(nèi)部的超聲波圖像裝置進(jìn)行說明。
[0070](I)超聲波圖像裝置的全體結(jié)構(gòu)
[0071]圖1是本實(shí)施方式的超聲波圖像裝置的簡要外觀圖。圖2是超聲波探測器的部分截面圖，圖3是超聲波探測器的頭部的截面放大圖。
[0072]如圖1所示，超聲波圖像裝置100具備裝置主體110和超聲波探測器130。裝置主體110和超聲波探測器130由電纜120連接，能夠在裝置主體110與超聲波探測器130之間通過電纜120進(jìn)行電信號的交換。
[0073]而且，在裝置主體110上，作為顯示部112組裝有顯示面板等。在本實(shí)施方式中，顯示部112是觸摸面板式的顯示屏，兼用作用戶界面部(Π部)。
[0074]在裝置主體110中，根據(jù)由超聲波探測器130檢測到的超聲波生成圖像，被圖像化的檢測結(jié)果顯示于顯示部112的畫面。
[0075]超聲波探測器130具備長方體狀的殼體132，電纜120連接于殼體132的長度方向的一端。而且，在其相反一側(cè)具有進(jìn)行超聲波的收發(fā)的頭部134。
[0076]此外，本實(shí)施方式的超聲波圖像裝置100是由電纜120連接裝置主體110和超聲波探測器130的方式，但也可以是通過無線在裝置主體110與超聲波探測器130之間進(jìn)行信號的交換的方式。
[0077]如圖2、圖3所示，在超聲波探測器130中，固定于支撐部件30的超聲波設(shè)備I被容納于殼體132內(nèi)。超聲波設(shè)備I的表面在殼體132的頭部134的表面露出，能夠從頭部134的表面對對象物輸出超聲波，并且能夠接收從來自對象物的超聲波的反射波(回波)。
[0078]如圖3所示，超聲波探測器130在超聲波設(shè)備I與殼體132的頭部134之間具有間隙，在該間隙中設(shè)有填充了硅膠類的密封材料的密封部136。通過該密封部136，防止水分等侵入超聲波探測器130的殼體132的超聲波設(shè)備I。[0079]并且，超聲波探測器130在與超聲波設(shè)備I的支撐部件30之間具有進(jìn)行密封的密封結(jié)構(gòu)。此處的密封結(jié)構(gòu)是在按壓粘貼于超聲波設(shè)備I的支撐部件30的外周部上的具有彈性的雙面膠等粘合部件35和粘貼于殼體132的具有彈性的雙面膠等粘合部件135的狀態(tài)下保持的結(jié)構(gòu)。
[0080]另外，在該密封結(jié)構(gòu)的一部分上存在有連接超聲波設(shè)備I和處理電路的柔性印刷電路板(以下，有時(shí)稱為FPC (Flexible Printed Circuits)) 60,在該部分上，由粘合部件35、135夾持并按壓FPC60。
[0081]此外，作為粘合部件35、135，使用在聚乙烯或聚氨酯等獨(dú)立氣泡體上涂布有丙烯酸類粘合劑的雙面膠。
[0082]這樣，在本實(shí)施方式的超聲波探測器130中采用雙重的密封結(jié)構(gòu)，防止水分等侵入殼體132內(nèi)。
[0083]圖4是超聲波圖像裝置100的控制方框圖。
[0084]超聲波圖像裝置100如上所述具備裝置主體110和超聲波探測器130。
[0085]超聲波探測器130具備超聲波設(shè)備I和處理電路150。
[0086]處理電路150具有選擇電路152、發(fā)送電路153、接收電路154、控制部155。該處理電路150進(jìn)行超聲波設(shè)備I的發(fā)送處理以及接收處理。
[0087]發(fā)送電路153在發(fā)送期間，經(jīng)由選擇電路152對超聲波設(shè)備I輸出發(fā)送信號VT。具體而言，發(fā)送電路153根據(jù)控制部155的控制生成發(fā)送信號VT，輸出至選擇電路152。然后，選擇電路152根據(jù)控制部155的控制,輸出來自發(fā)送電路153的發(fā)送信號VT。發(fā)送信號VT的頻率以及振幅電壓能夠由控制部155設(shè)定。
[0088]接收電路154進(jìn)行來自超聲波設(shè)備I的接收信號VR的接收處理。具體而言，接收電路154在接收期間，經(jīng)由選擇電路152接收來自超聲波設(shè)備I的接收信號VR，進(jìn)行接收信號的放大、增益設(shè)定、頻率設(shè)定、A/D轉(zhuǎn)換(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換)等接收處理。接收處理的結(jié)果作為檢測數(shù)據(jù)(檢測信息)輸出至裝置主體110的處理部116。接收電路154能夠由例如低噪音放大器、電壓控制衰減器、可編程增益放大器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。
[0089]控制部155控制發(fā)送電路153以及接收電路154。具體而言，控制部155對發(fā)送電路153進(jìn)行發(fā)送信號VT的生成以及輸出處理的控制，對接收電路154進(jìn)行接收信號VR的頻率設(shè)定和增益等的控制。
[0090]選擇電路152根據(jù)控制部155的控制，輸出選擇的發(fā)送信號VT。
[0091]裝置主體110包括:顯示部112、主控制部115、處理部116、Π部(用戶界面部)117。
[0092]主控制部115對超聲波探測器130進(jìn)行超聲波的收發(fā)控制，對處理部116進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)的圖像處理等的控制。
[0093]處理部116接收來自接收電路154的檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行所需的圖像處理和顯示用圖像數(shù)據(jù)的生成等。
[0094]UI部117根據(jù)用戶進(jìn)行的操作(例如觸摸面板操作等)向主控制部115輸出所需的命令(指令)。 [0095]顯示部112例如是液晶顯示器等，顯示來自處理部116的顯示用圖像數(shù)據(jù)。
[0096]此外，既可以使主控制部115進(jìn)行的控制的一部分由處理電路150的控制部155進(jìn)行，也可以使控制部155進(jìn)行的控制的一部分由主控制部115進(jìn)行。
[0097](2)超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)
[0098]接下來，對組裝于超聲波探測器的超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0099]圖5是表示超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)的俯視圖，相當(dāng)于從圖3的超聲波探測器的箭頭H方向觀看到的圖。圖6是沿圖5的A-A截線的截面圖，圖7是沿圖5的B-B截線的截面圖。圖8是將圖5的聲透鏡以及聲音匹配層除去后的俯視圖。
[0100]如圖5、圖6、圖7所示，超聲波設(shè)備I具備:超聲波元件陣列基板20、聲音匹配層40、聲透鏡50、固定框70，并且還可以具備與超聲波元件陣列基板20連接、實(shí)現(xiàn)與電路的連接的柔性印刷電路板(以下，有時(shí)稱為FPC) 60。
[0101]超聲波元件陣列基板20是多個(gè)超聲波元件配置為陣列狀的基板，在俯視觀察中呈長方形的形狀。該超聲波元件陣列基板20使用硅基板而形成，厚度為大約150 μ m~200 μ m。而且，在超聲波元件陣列基板20的與元件形成面相反的面上，粘合有形成為與超聲波元件陣列基板20相同的平面形狀的背板22。背板22起抑制超聲波元件陣列基板20的多余的振動的 作用，使用厚度大約為500 μ m~600 μ m的硅基板。該背板22除了硅基板以外，也可以使用金屬板。并且，作為背板22，也可以在環(huán)氧樹脂等樹脂類材料中混合了聲音匹配用以及超聲波衰減用的填充物。此時(shí)的背板22的厚度優(yōu)選為5_以上。
[0102]此外，根據(jù)情況不同，也可以不使用背板22而構(gòu)成超聲波設(shè)備I。
[0103]有關(guān)超聲波元件陣列基板20的詳細(xì)情況將在后面說明。
[0104]如圖7所示，固定于背板22的超聲波元件陣列基板20經(jīng)由粘合部件65固定于固定框70。
[0105]在圖9中示出固定框的結(jié)構(gòu)。圖9 (a)是上俯視圖，圖9 (b)是該圖(a)的C-C截面圖，圖9 (C)是該圖(a)的D-D截面圖，圖9 (d)是下俯視圖。
[0106]固定框70是外形在俯視觀察中比超聲波元件陣列基板20大一圈的長方形的形狀。在固定框70上具有從一個(gè)面開始向下挖的凹部71，該凹部71形成為超聲波元件陣列基板20在俯視觀察中能夠配置于底部平面74上的大小。
[0107]該凹部71的俯視觀察中的大小優(yōu)選形成為比超聲波元件陣列基板20的外形尺寸稍大。如果如此地形成，則能夠?qū)⒊暡ㄔ嚵谢?0定位在凹部71內(nèi)，超聲波設(shè)備I的組裝變得容易。
[0108]另外，固定框70具有底部平面74的一部分被開口而形成有貫通孔的貫通部72。貫通部72在固定框70的長度方向上保留底部平面74的兩端部分而被開口。該被保留的底部平面74成為粘合固定超聲波元件陣列基板20的固定部。于是，通過將超聲波元件陣列基板20的元件形成面固定于該底部平面74，超聲波元件陣列基板20的超聲波元件能夠以從貫通部72露出的方式配置。
[0109]并且，在固定框70的上平面的短邊方向的兩邊上，形成有從上面向下挖的緩和部73。該緩和部73以連接于超聲波元件陣列基板20的柔性印刷電路板(FPC)60易于安裝的方式而形成，以與柔性印刷電路板60的厚度同等的尺寸(例如120μπι~150μπι左右)向下挖。
[0110]此外，作為固定框70的材料，能夠利用不銹鋼等金屬或丙烯酸樹脂等。
[0111]在超聲波元件陣列基板20的元件形成面上，在俯視觀察中沿相對的長邊呈現(xiàn)出連接于多個(gè)超聲波元件的多個(gè)端子(未圖示)。如圖6、圖8所示，該端子與FPC60的端子(未圖示)連接而實(shí)現(xiàn)電連接。在該兩者的連接中，使用各向異性導(dǎo)電膠、各向異性導(dǎo)電膜等，通過施加熱和壓力，能夠容易地將超聲波元件陣列基板20的端子和FPC60的端子電連接。
[0112]此外，雖然超聲波元件陣列基板20的端子與外部電路的連接使用了 FPC60，但不限于此，作為其他的連接方法，也可以使用例如引線接合等連接方法。
[0113]而且，如圖5、圖6、圖7所示，在固定框70的形成有貫通部72的一側(cè)，覆蓋貫通部72并與固定框70接觸而配置有聲透鏡50。
[0114]該聲透鏡的結(jié)構(gòu)示于圖10。圖10 (a)是俯視圖，圖10 (b)是該圖(a)的E-E截面圖，圖10 (C)是該圖(a)的G-G截面圖。
[0115]聲透鏡50在俯視觀察中為長方形的形狀，在其中央部具備透鏡部51。透鏡部51以規(guī)定的曲率沿厚度方向凸起的方式設(shè)置于聲透鏡50的一個(gè)面上。而且，該透鏡部51以能夠覆蓋與后述的超聲波元件陣列基板20的多個(gè)超聲波元件對應(yīng)的范圍的方式而設(shè)置。另外，聲透鏡50的另一個(gè)面平坦地形成。
[0116]該聲透鏡50起如下作用:將從超聲波元件陣列基板20的超聲波元件發(fā)送的超生波高效地導(dǎo)向?qū)ο笪?，并且將從對象物反射回來的回波高效地?dǎo)向超聲波元件。
[0117]該聲透鏡50由硅膠樹脂等樹脂形成，通過在該硅膠樹脂中添加二氧化硅等改變比重，能夠調(diào)整聲阻抗。
[0118]如圖6、圖7所 示，在超聲波元件陣列基板20與聲透鏡50之間形成有聲音匹配層40。聲音匹配層40使用硅膠類的粘合劑，通過粘合劑固化，使超聲波元件陣列基板20與聲透鏡50粘合(粘結(jié))，固化的粘合劑(樹脂)作為聲音匹配層而起作用。該聲音匹配層40的厚度就所利用的超聲波的波長λ而言，例如設(shè)定為1/4 λ。而且，聲音匹配層40起緩和超聲波元件與聲透鏡50之間的聲阻抗的不匹配的作用。
[0119]另外，也可以是在聲透鏡50的與超聲波元件相對的一側(cè)熱壓接有用于提高耐濕性的聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)。
[0120]另外，也可以是在聲透鏡50的與超聲波元件相對的一側(cè)設(shè)有第二聲音匹配層的結(jié)構(gòu)。
[0121]在此,在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備I中，如圖7所不,聲音匹配層40的厚度T (從超聲波元件陣列基板20的元件形成面到聲透鏡50的透鏡部51的尺寸)，由粘合部件65的厚度tl和固定框70的厚度t2之和(T=tl + t2)決定。
[0122]這樣，在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備I中，聲音匹配層40的厚度T通過固定框70和聲透鏡50接觸而能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，其設(shè)定容易。于是，由于能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層40的厚度，因而能夠高效地收發(fā)超聲波。
[0123]另外，在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備I中，由于超聲波元件陣列基板20固定于固定框70，因而即使施加掉落等大的撞擊，超聲波元件陣列基板20也不會破損，能夠提高超聲波設(shè)備I的耐撞擊性。并且，本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備I在超聲波兀件陣列基板20與聲透鏡50之間配置有由樹脂形成的聲音匹配層40，來自聲透鏡50的撞擊力能夠由聲音匹配層40吸收，進(jìn)而能夠使耐撞擊性提高。
[0124]此外，在本實(shí)施方式中，通過使具有流動性的粘合劑硬化而利用了聲音匹配層40，但也能夠使用片狀材料來構(gòu)成聲音匹配層。另外，在本實(shí)施方式中，雖然由一層構(gòu)成聲音匹配層40，但也可以由多層構(gòu)成聲音匹配層40。
[0125]并且，在固定框70的凹部71填充有覆蓋粘合于超聲波元件陣列基板20的背板22的樹脂24。該樹脂24起保護(hù)超聲波元件陣列基板20和背板22并將其固定于凹部71的作用，以及通過與背板22 —起使用而使從超聲波元件陣列基板20泄露的振動衰減的作用。
[0126]該樹脂24只要可以取得背板22與聲阻抗的匹配性，則可以是任何物質(zhì)，并不特別限定材料。
[0127]此外，在防止振動泄露上能夠由背板22充分地抑制振動的情況下，也可以不使用樹脂24。
[0128](3)超聲波元件以及超聲波元件陣列基板
[0129]接下來，以由薄膜壓電元件構(gòu)成的超聲波元件為例，說明有關(guān)本實(shí)施方式的超聲波元件以及超聲波元件陣列基板。
[0130]圖11是本實(shí)施方式的超聲波元件的簡要俯視圖。圖12是表示沿圖11的H-H截線的截面的簡要截面圖。圖13是表示本實(shí)施方式的超聲波元件陣列基板的簡要結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0131]如圖11、圖12所示，超聲波元件10具有底部基板11、形成于底部基板11的振動膜(隔膜)13、以及設(shè)于振動膜13上的壓電體部18。而且，壓電體部18具有第一電極14、壓電體層15以及第二電極16。
[0132]超聲波元件10在硅等的底部基板11上具有開口部12，并具備覆蓋且閉塞開口部12的振動膜13。
[0133]開口 12通過從底部基板11的背面(未形成元件的面)利用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等進(jìn)行蝕刻而形成。
[0134]振動膜13例如由SiO2膜與ZrO2層的雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在此，SiO2層在底部基板11為Si基板時(shí)，能夠通過對基板表面進(jìn)行熱氧化處理而成膜。另外，ZrO2層通過例如濺射等方法而在SiO2層上成膜。在此，ZrO2層是在作為后述的壓電體層15而使用例如PZT時(shí)，用于防止構(gòu)成PZT的Pb擴(kuò)散至SiO2層的層。另外，ZrO2層也具有提高針對壓電體層的形變的撓曲效率等的效果。
[0135]在振動膜13上形成有第一電極14，在第一電極14上形成有壓電體層15，并且在壓電體層15上形成有第二電極16。
[0136]也就是說，形成在第一電極14與第二電極16之間夾著壓電體層15的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了壓電體部18。
[0137]在由金屬薄膜形成并具備多個(gè)超聲波元件時(shí)，如圖11所示，第一電極14也可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延長并連接于鄰接的超聲波元件的布線。
[0138]壓電體層15例如由PZT (鋯鈦酸鉛)薄膜形成，以覆蓋第一電極14的至少一部分的方式而設(shè)置。此外，壓電體層15的材料并非限于PZT，也可以使用例如鈦酸鉛(PbTi03)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鈦酸鑭鉛((Pb、La) TiO3)等。
[0139]第二電極16由金屬薄膜形成，以覆蓋壓電體層15的至少一部分的方式而設(shè)置。該第二電極16在具備多個(gè)超聲波元件時(shí)，如圖11所示，也可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延長并連接于鄰接的超聲波元件的布線。
[0140] 另外，如圖12所示，具備有覆蓋超聲波元件10，防止從外部透潮的防濕層19。該防濕層19由氧化鋁等材料形成，設(shè)于超聲波元件10的整個(gè)面或一部分。此外，該防濕層19可以根據(jù)所使用的狀態(tài)和環(huán)境來適當(dāng)設(shè)置，也可以是不設(shè)置防濕層19的結(jié)構(gòu)。
[0141]壓電體層15通過在第一電極14與第二電極16之間即第一電極14與第二電極16之間施加電壓而向面內(nèi)方向伸縮。因此，如果向壓電體層15施加電壓，則產(chǎn)生向開口部12側(cè)凸起的撓曲，使振動膜13撓曲。通過向壓電體膜15施加交流電壓，振動膜13相對于膜厚方向振動，通過該振動膜13的振動，從開口部12發(fā)射超聲波。施加于壓電體層15的電壓(驅(qū)動電壓)例如按照從峰值到峰值為IOV~30V，頻率為例如IMHz~IOMHz。
[0142]超聲波元件10也作為接收射出的超聲波被對象物反射回來的回波的接收元件而工作。振動膜13由于回波而振動,通過該振動向壓電體層15施加應(yīng)力，在第一電極14與第二電極16之間產(chǎn)生電壓。能夠?qū)⒃撾妷鹤鳛榻邮招盘柖〕觥?br> [0143]接下來，將說明有關(guān)將上述的超聲波元件10配置為陣列狀的超聲波元件陣列基板。
[0144]圖13示出 本實(shí)施方式的超聲波元件陣列基板的結(jié)構(gòu)。
[0145]超聲波元件陣列基板20包括:配置為陣列狀的多個(gè)超聲波元件10、驅(qū)動電極線DL、公共電極線CL。
[0146]多個(gè)超聲波元件10配置為m行η列的矩陣狀。在本實(shí)施方式中，配置成沿第一方向Dl為8行,并且沿交叉于第一方向Dl的第二方向D2為12列。
[0147]驅(qū)動電極線DLl~DL12沿第一方向Dl布線。
[0148]在射出超聲波的發(fā)送期間，所述處理電路150輸出的發(fā)送信號VTl~VT12經(jīng)由驅(qū)動電極線DLl~DL12供給各超聲波元件10。另外，在接收超聲波回波信號的接收期間，來自超聲波元件10的接收信號VRl~VR12經(jīng)由驅(qū)動電極線DLl~DL12輸出至處理電路150。
[0149]公共電極線CLl~CL8沿第二方向D2布線。
[0150]公共電壓VCOM被供給公共電極線CLl~CL8。該公共電壓VCOM只要是一定的直流電壓即可，也可以不是0V、即地電位(接地電位)。
[0151]此外，超聲波元件10的配置不限于圖13所示的m行η列的矩陣配置。
[0152]在發(fā)送期間，發(fā)送信號電壓與公共電壓之差的電壓被施加于各超聲波元件10，發(fā)射規(guī)定頻率的超聲波。
[0153]如上所述，本實(shí)施方式的超聲波圖像裝置100以及超聲波探測器130具備能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層的厚度，進(jìn)行高效的超聲波的收發(fā)的超聲波設(shè)備1，能夠提供高精度的超聲波圖像裝置100以及超聲波探測器130。
[0154]第一實(shí)施方式的變形例
[0155]接下來，將說明有關(guān)第一實(shí)施方式的超聲波設(shè)備的變形例。
[0156]圖14以及圖15是表示超聲波設(shè)備的變形例的結(jié)構(gòu)的截面圖。在本變形例中，對于與第一實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)賦予相同的符號并省略說明。
[0157]圖14所示的超聲波設(shè)備2在聲音匹配層40與聲透鏡50之間，具有防濕層66。
[0158]防濕層66能夠防止從外部透潮的水分到達(dá)超聲波元件陣列基板20，從而提高超聲波設(shè)備2的可靠性。
[0159]作為防濕層66的材料，可以使用聚苯硫醚(PPS)等薄膜材料，但不限于上述材料。[0160]圖15所示的超聲波設(shè)備3在固定框70的與聲透鏡50面對的部分設(shè)有階梯部75。將第一實(shí)施方式的圖7所示的固定框與聲透鏡的接觸部分的一部分向下挖而形成階梯部75。
[0161]作為聲音匹配層40使用具有流動性的粘合劑時(shí)，固化前的粘合劑可能向外溢出，該階梯部75能夠吸收溢出的粘合劑。另外，在粘合劑含有氣泡時(shí)，階梯部75成為氣泡的逃逸場所，能夠使氣泡從聲音匹配層40的有效部分分離。
[0162]第二實(shí)施方式
[0163]接下來，將說明有關(guān)第二實(shí)施方式的超聲波設(shè)備。
[0164]圖16是表不本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖17是表不固定框的結(jié)構(gòu)，從背面(與超聲波元件陣列基板接觸的面)觀看到的俯視圖。
[0165]在本實(shí)施方式中，固定框的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同，其他與第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同。因此，對于與第一實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)賦予相同的符號并省略說明。 [0166]圖16所示的超聲波設(shè)備4在固定框70a的與聲透鏡50接觸的部分設(shè)有多個(gè)第一突起部76。第一突起部76如圖17所示設(shè)于固定框70a的長度方向的兩側(cè)。第一突起部76形成于比固定框70a的上表面稍低的位置，并且，將第一突起部76的周邊從第一突起部76向下挖而形成階梯部77。階梯部77設(shè)置成聲透鏡50被嵌入定位的形狀。
[0167]這樣，固定框70a的第一突起部76與聲透鏡50接觸，聲透鏡50固定于固定框70a。
[0168]在此,在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備4中，如圖16所不,聲音匹配層40的厚度T(從超聲波元件陣列基板20的元件形成面的表面到聲透鏡50的透鏡部51的尺寸)，由粘合部件65的厚度tl和固定框的厚度(包括第一突起部76的固定框的厚度)t3之和(T=tl + t3)決定。
[0169]這樣，在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備4中，聲音匹配層40的厚度T能夠通過固定框70a和聲透鏡50接觸而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，其設(shè)定容易。于是，由于能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層40的厚度，因而能夠高效地收發(fā)超聲波。
[0170]另外，由第一突起部76承接聲透鏡50，能夠不產(chǎn)生固定面上的傾斜等而將聲透鏡50高精度地固定于固定框70a。
[0171]并且，在固定框70a的第一突起部76的周邊形成有階梯部77，作為聲音匹配層40而使用具有流動性的粘合劑時(shí)，能夠吸收溢出的粘合劑。另外，粘合劑含有氣泡時(shí)，階梯部77成為氣泡的逃逸場所，能夠使氣泡從聲音匹配層40的有效部分分離。
[0172]第三實(shí)施方式
[0173]接下來，將說明有關(guān)第三實(shí)施方式的超聲波設(shè)備。
[0174]圖18是表不本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖19是表不聲透鏡的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0175]在本實(shí)施方式中，聲透鏡和固定框的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同，其他與第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同。因此，對于與第一實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)賦予相同的符號并省略說明。
[0176]圖18所示的超聲波設(shè)備5在聲透鏡50a的與固定框70b接觸的部分上設(shè)有多個(gè)第二突起部52。第二突起部52如圖19所示設(shè)于聲透鏡50a的長度方向的兩側(cè)。
[0177]固定框70b的與第二突起部52接觸的部分形成于比固定框70b的上表面稍低的位置。另外，以聲透鏡50a被嵌入定位的方式將固定框70b的上表面向下挖而形成固定框70b。
[0178]這樣，聲透鏡50a的第二突起部52與固定框70b接觸，聲透鏡50a固定于固定框70b。
[0179]在此，在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備5中，如圖18所示，聲音匹配層40的厚度T(從超聲波元件陣列基板20的元件形成面的表面到聲透鏡50a的透鏡部51的尺寸)，由粘合部件65的厚度tl、固定框的厚度t4以及聲透鏡50a的第二突起部52的厚度t5之和(T=tl +t4 + t5)決定。
[0180]這樣，在本實(shí)施方式的超聲波設(shè)備5中，聲音匹配層40的厚度T能夠通過固定框70b和聲透鏡50a接觸而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，其設(shè)定容易。于是，由于能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定聲音匹配層40的厚度，因而能夠高效地收發(fā)超聲波。
[0181]另外，由第二突起部52承接固定框70b，能夠不產(chǎn)生固定面上的傾斜等而將聲透鏡50a高精度地固定于固定框70b。
[0182]其次，上述第一實(shí)施方式示出便攜式的超聲波圖像裝置，而圖20示出其他實(shí)施方式的超聲波圖像裝置的 具體的結(jié)構(gòu)例。
[0183]超聲波圖像裝置101是固定式的超聲波圖像裝置，具備超聲波探測器130。
[0184]超聲波圖像裝置101具有:裝置主體(電子設(shè)備主體)111、顯示顯示用圖像數(shù)據(jù)的顯示部113、用戶界面部(Π部)117、超聲波探測器130、電纜120。
[0185]即使是這種固定式的超聲波圖像裝置，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的效果。
[0186]另外，本實(shí)施方式的超聲波圖像裝置能夠用于測定生物體的脂肪厚度、肌肉厚度、血流、骨密度等。
[0187]本發(fā)明并不限定于以上說明的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施時(shí)的具體的結(jié)構(gòu)和步驟在能夠達(dá)到本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，能夠適當(dāng)?shù)刈兏鼮槠渌Y(jié)構(gòu)等。而且，在本發(fā)明的技術(shù)思想內(nèi)可以由在本領(lǐng)域具有常識的技術(shù)人員進(jìn)行多種變形。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波設(shè)備，其特征在于， 具備: 超聲波元件陣列基板，具備壓電體，并具有進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收中的至少一方的多個(gè)超聲波元件； 固定框，具有固定有所述超聲波元件陣列基板的凹部和所述凹部的底部平面的一部分被開口而形成有貫通孔的貫通部，所述超聲波元件陣列基板的元件形成面朝向所述貫通部而固定于所述凹部內(nèi)； 聲透鏡，覆蓋所述固定框的所述貫通部而與所述固定框粘合，具有使超聲波聚集的透鏡部;以及 聲音匹配層，配置于所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間，由將所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡粘合的樹脂形成， 所述聲透鏡與所述固定框接觸，所述聲音匹配層的厚度保持一定。
2.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的超聲波設(shè)備，其特征在于， 所述聲音匹配層是填充于所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間，且粘合于所述超聲波元件陣列基板和所述聲透鏡的樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波設(shè)備，其特征在于， 在所述固定框的一部分形成有第一突起部，所述第一突起部與所述聲透鏡接觸，并且，所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間的距離被規(guī)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波設(shè)備，其特征在于， 在所述聲透鏡的一部分形成有第二突起部，所述第二突起部與所述固定框接觸，并且，所述超聲波元件陣列基板與所述聲透鏡之間的距離被規(guī)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備，其特征在于， 在所述超聲波元件陣列基板的與所述元件形成面相反的面固定有背板，樹脂覆蓋所述背板而填充于所述固定框的所述凹部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備，其特征在于， 所述超聲波元件陣列基板具有: 多個(gè)開口部配置為陣列狀的底部基板； 覆蓋所述開口部而形成并沿膜厚方向能夠位移的振動膜；以及 設(shè)置于所述振動膜的壓電體部， 所述壓電體部具有: 設(shè)置于所述振動膜上的第一電極； 覆蓋所述第一電極的至少一部分而設(shè)置的壓電體層；以及 覆蓋所述壓電體層的至少一部分而設(shè)置的第二電極。
7.一種超聲波探測器，其特征在于， 具備權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備；以及 支撐所述超聲波設(shè)備的殼體。
8.—種電子設(shè)備,其特征在于， 具備權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備；以及 與所述超聲波設(shè)備連接、并處理所述超聲波設(shè)備的輸出的處理電路。
9.一種超聲波圖像裝置，其特征在于，具備:權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的超聲波設(shè)備；與所述超聲波設(shè)備連接、處理所述超聲波設(shè)備的輸出并生成圖像的處理電路；以及顯示所述圖像的顯示部。
【文檔編號】A61B8/00GK103961136SQ201410033774
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】清瀨攝內(nèi) 申請人:精工愛普生株式會社