超音波プローブ向け多層インピーダンス整合構造
【課題】超音波プローブ向けに、整合層部分が薄く、減衰が小さい多層インピーダンス整合構造を提供すること。
【解決手段】超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）は、上側と下側とがある圧電層（２７２）および整合層構造体（２２０）を形成する複数の整合層部分（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）を備える。整合層部分（２２２、２３０）のそれぞれが、第１の材料を含むばね層（２３４、２３６、２３８、２４０、２４２）および第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層（２４４、２４６、２４８、２５０、２５２）を備える。圧電層（２７２）に最も接近して配置される整合層部分（２２２）内のばね層（２３４）は、その他の整合層部分（２２４〜２３０）内のばね層（２３６〜２４２）より薄い。
【解決手段】超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）は、上側と下側とがある圧電層（２７２）および整合層構造体（２２０）を形成する複数の整合層部分（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）を備える。整合層部分（２２２、２３０）のそれぞれが、第１の材料を含むばね層（２３４、２３６、２３８、２４０、２４２）および第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層（２４４、２４６、２４８、２５０、２５２）を備える。圧電層（２７２）に最も接近して配置される整合層部分（２２２）内のばね層（２３４）は、その他の整合層部分（２２４〜２３０）内のばね層（２３６〜２４２）より薄い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、一般に超音波プローブに関し、より詳細には、超音波プローブ内の音響スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、一般に、それぞれがプローブの結像要素に相当する多くの音響スタックを有する。各音響スタックは、ともに積層構成に取り付けられたいくつかの層を有する。スタック内の圧電層は、高インピーダンスを有する圧電セラミックなどの圧電材料で形成される。
【０００３】
圧電層の上側に整合層が設けられ、高インピーダンスを有する圧電層と低インピーダンスを有するプローブの外部またはレンズとの間の音響インピーダンスを変換する。この低インピーダンスは、水、人、またはスキャンされることになる他の対象の音響インピーダンスに基づくものでよい。多くのプローブが、４分の１波長整合に基づく２つの整合層を含み、整合層のそれぞれが約４分の１波長の厚さである。各４分の１波長整合層は、限定された帯域幅内のインピーダンスを変換するように働く。２つの４分の１波長整合層を用いると、帯域幅の範囲が８０パーセントと９０パーセントとの間に限定される。より大きな帯域幅でインピーダンス整合を実現するには、多くの４分の１波長整合層が必要である。しかし、４分の１波長整合層の数が増加すると、スタックの厚さが大幅に増加し、信号減衰が増加する。さらに、積層材料をダイシングするのがますます困難になり、また、依然として所望の寸法形状およびインピーダンスを制御する一方で４分の１波長整合層のそれぞれ向けに適切な材料を見いだすのが困難なことがある。
【０００４】
さらに、個別の４分の１波長整合層の代わりに、インピーダンスが連続的に変化する材料を用いた傾斜型整合層、または様々な音響インピーダンスを有する何層もの異なる材料を用いた段階型整合層を用いることが提案されている。しかし、これらの段階型整合層の構成は、必然的に、整合層の全体的厚さが厚すぎるものになる。優れた整合特性が達成されるのは、段階型整合層の厚さが、少なくとも１波長または２波長の範囲内にある場合のみである。この厚さでは、超音波信号の強い減衰が生じる。薄い層でなくより厚い層については、ダイシングが困難であり、大きなブレード突出し量が必要になるので、層の厚さのためにダイシング作業が非常に困難になる。しかし、段階型整合層が１波長未満の厚さであると、帯域幅における整合不良またはリンギングが生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８２２，３７３Ｂ１号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックは、上側および下側を有する圧電層ならびに整合層構造体を形成する複数の整合層部分を備える。整合層部分のそれぞれが、第１の材料を含むばね層および第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層を備える。圧電層に最も接近して配置される整合層部分内のばね層は、その他の整合層部分内のばね層より薄い。
【０００７】
別の実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックの整合層構造体を形成する方法は、下側にばね層を備え、上側に質量層を備える第１の整合層部分を形成するステップを含む。第１の整合層部分の下側は、圧電層および４分の１波長整合層のうちの１つに付着するように構成される。ばね層はばね材料を含み、質量層は、ばね材料より高いインピーダンスを有する質量材料を含む。下側にばね層および上側に質量層を備える少なくとも１つの追加の整合層部分が形成される。追加の整合層部分の下側は、第１の整合層部分の上側に付着するように構成される。ばね層はばね材料を含み、質量層は質量材料を含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックの整合層構造体を形成する方法は、ばね材料を含むばね層を形成し、ばね層の上に、質量材料を含む質量層を形成することにより第１の整合層部分を形成するステップを含む。質量材料は、ばね材料より高密度である。質量材料を含む質量層とばね材料を含むばね層とを交番させて形成することにより、第１の整合層部分の上にＮ個の整合層部分が形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によって形成された超音波システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によって形成された３次元（３Ｄ）対応の小型超音波システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によって形成された移動式超音波結像システムを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によって形成された手持ち式またはポケットサイズの超音波結像システムを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によって形成された、超音波プローブ内で使用するための整合層構造体を示す図である。
【図６】図５の整合層構造体を構築するのに用いられる整合層部分の機械的性質の電気的等価物を与える４分の１波長伝送路向けに本発明の一実施形態によって形成された集中定数回路を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるプローブの整合層構造体内に含む整合層部分の数を求める方法を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によって形成された整合層構造体および４分の１波長整合層の両方を含む音響スタックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の特定の実施形態の上記概要ならびに以下の詳細な説明は、添付図面と共に読まれると一層よく理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す限りでは、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の分割を示すものではない。したがって、例えば１つまたは複数の機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）が、ハードウェア単体（例えば汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）で実施されてよい。同様に、プログラムは、スタンドアローンのプログラム、サブルーチンとしてオペレーティングシステムに組み込まれたもの、インストールされたソフトウェアパッケージ中の関数などでよい。様々な実施形態が、図に示された機構および手段に限定されないことを理解されたい。
【００１１】
本明細書に用いられる、単数形で、「ある」または「１つの」という語が先行して列挙される要素またはステップは、前記要素またはステップのそのような複数形を除外することが明記されなければ、除外されないことを理解されたい。その上、本発明の「一実施形態」への言及は、これも列挙された特徴を内蔵するさらなる実施形態の存在を排除するように解釈されることを意図するものではない。さらに、それと反対に、明記されなかった場合は、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加要素を含んでよい。
【００１２】
図１は、プローブ１０６内の要素（例えば圧電要素）の配列１０４を駆動して身体内へパルス状の超音波信号を発する送信器１０２を含む超音波システム１００を示す。（図５および図１２に示されるように）プローブ１０６は、整合層構造体を含んでよい。要素１０４は、例えば１次元または２次元に配置されてよい。様々な幾何学的配置が用いられてよい。システム１００は、プローブ１０６を受けるためのプローブポート１２０を有してよく、あるいはプローブ１０６はシステム１００に結線で接続されてよい。
【００１３】
超音波信号は、身体内の脂肪組織または筋組織のような組織から後方散乱され、要素１０４へ戻るエコーを生成する。エコーは受信器１０８によって受け取られる。受け取られたエコーは、ビーム形成を行って無線周波数（ＲＦ）信号を出力するビームフォーマ１１０を通過する。次いで、ＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２を通過する。あるいは、ＲＦプロセッサ１１２は、ＲＦ信号を復調して、エコー信号を表す位相一致２次（ＩＱ）データ対を形成する複合復調器（図示せず）を含んでよい。次いで、ＲＦ信号またはＩＱ信号のデータは、記憶のためにメモリ１１４へ直接送られてよい。
【００１４】
超音波システム１００は、取得した超音波情報（例えばＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理して表示器１１８上に表示するために超音波情報のフレームを用意するように、プロセッサモジュール１１６も含む。プロセッサモジュール１１６は、取得された超音波情報上の複数の選択可能な超音波の特徴的属性に従って１つまたは複数の処理動作を行うように適合される。取得された超音波情報は、エコー信号が受信されるとき、スキャン期間中にリアルタイムで処理され、かつ表示されてよい。それに加えて、またはその代わりに、超音波情報は、スキャン期間中にメモリ１１４またはメモリ１２２に一時的に保存され、次いでオフライン動作で処理され、かつ表示されてよい。
【００１５】
ユーザインターフェース１２４は、システム１００へのデータ入力、設定の調整、およびプロセッサモジュール１１６の動作の制御に用いられてよい。ユーザインターフェース１２４は、キーボード、トラックボールおよび／またはマウス、複数のノブ、スイッチまたはタッチスクリーンなどの他の入力デバイスを有してよい。表示器１１８は、ユーザに対して、診断および分析のための超音波診断画像を含む患者の情報を表示する１つまたは複数のモニタを含む。メモリ１１４およびメモリ１２２の一方または両方が超音波データの２次元（２Ｄ）および／または３次元（３Ｄ）のデータセットを保存してよく、そのようなデータセットは２Ｄおよび／または３Ｄの画像を表示するためにアクセスされる。複数の連続した３Ｄデータセットも、リアルタイムの３Ｄまたは４次元（４Ｄ）の表示器をもたらすためなど、時間にわたって取得され、かつ保存されてよい。画像は変更されてよく、また、表示器１１８の表示設定もユーザインターフェース１２４を用いて手動で調整されてよい。
【００１６】
図２は、整合層構造体を含み得るプローブ１３２を有する３Ｄ対応の小型超音波システム１３０を示す。プローブ１３２は、３Ｄ超音波データを取得するように構成されてよい。例えば、図１のプローブ１０６に関して以前に論じられたように、プローブ１３２は、変換器要素１０４の２Ｄの配列を有してよい。ユーザインターフェース１３４（これも一体化された表示器１３６を含んでよい）が設けられて、オペレータから命令を受け取る。
【００１７】
本明細書に用いられる「小型」は、超音波システム１３０が、手持ち式デバイスまたは自分で運ぶデバイスであるか、あるいは人の手、ポケット、ブリーフケース大の容器、またはバックパックで運搬するように構成されることを意味する。例えば、超音波システム１３０は、例えば奥行き約２．５インチ、幅約１４インチ、および高さ約１２インチの寸法の一般的なラップトップコンピュータのサイズを有する手持ち式デバイスでよい。超音波システム１３０は重さ約１０ポンドであり得て、したがってオペレータによって容易に持ち運び可能である。一体化された表示器１３６（例えば内蔵表示器）も設けられ、医療用画像を表示するように構成される。
【００１８】
超音波データは、有線または無線のネットワーク１４０（あるいは例えばシリアルもしくはパラレルのケーブルまたはＵＳＢポートを介した直接接続）によって外部デバイス１３８へ送られてよい。いくつかの実施形態では、外部デバイス１３８は、表示器を有するコンピュータまたはワークステーションでよい。あるいは、外部デバイス１３８は、持ち運び型超音波システム１３０から画像データを受け取ることができ、一体化された表示器１３６より大きな分解能を有する画像を表示するかまたは印刷することができる個別の外部表示器またはプリンタでよい。様々な寸法、重さおよび電力消費の小型超音波システムと関連して、様々な実施形態が実施され得ることに留意されたい。
【００１９】
図３は、可動ベース１４６上に設けられた移動式超音波画像診断システム１４４を示す。超音波画像診断システム１４４は、カートベースのシステムと称されてもよい。表示器１４２およびユーザインターフェース１４８が設けられるが、表示器１４２は、ユーザインターフェース１４８から分離しているかまたは分離可能でよいことを理解されたい。システム１４４は、整合層構造体を含み得るプローブ（図示せず）を受けるために少なくとも１つのプローブポート１５０を有する。
【００２０】
ユーザインターフェース１４８は、適宣タッチスクリーンでよく、オペレータは、表示された図、アイコンなどに触れることにより選択肢を選択することができる。ユーザインターフェース１４８は、望まれたとき、または必要に応じて、かつ／または通常設けられているとき、超音波画像診断システム１４４を制御するのに用いることができる制御ボタン１５２も含む。ユーザインターフェース１４８は、ユーザが、表示され得る超音波データおよび他のデータと相互作用するために、また、情報を入力し、走査パラメータを設定しかつ変更するために、物理的に操作することができる複数のインターフェース選択肢を提供する。インターフェース選択肢は、特定入力、プログラマブル入力、文脈入力などに用いられ得る。例えば、キーボード１５４およびトラックボール１５６が設けられてよい。
【００２１】
図４は、手持ち式またはポケットサイズの超音波画像診断システム１７０を示し、表示器１７２およびユーザインターフェース１７４が単一ユニットを形成する。一例として、ポケットサイズの超音波画像診断システム１７０は、幅約２インチ、長さ約４インチ、かつ奥行き約０．５インチで重さが３オンス未満でよい。表示器１７２は、例えば３２０×３２０ピクセルのカラーＬＣＤ表示器（これに医療用画像１７６が表示され得る）でよい。適宣、ユーザインターフェース１７４には押しボタン１８２のタイプライタ状キーボード１８０が含まれてよい。整合層構造体を含み得るプローブ１７８が、システム１７０と相互に接続される。
【００２２】
多機能制御１８４は、それぞれシステム操作のモードに従って機能を割り当てられてよい。したがって、多機能制御１８４のそれぞれが複数の様々な動作をもたらすように構成されてよい。必要に応じて、表示器１７２上に多機能制御１８４に関連したラベル表示領域１８６が含まれてよい。システム１７０は、特殊用途の機能のために追加のキーおよび／または制御１８８も有してよく、それらは、「静止」、「深度制御」、「利得制御」、「カラーモード」、「プリント」、および「保存」を含んでよいが、これらには限定されない。
【００２３】
本明細書で説明されたような整合層構造体は、４分の１波長整合層または段階型整合層の少なくとも１つの代わりに、超音波プローブ１０６の音響スタック内に用いられてよい。少なくとも１つの実施形態の技術的効果は、整合層構造体によって実現される段階型インピーダンステーパーを近似するのに、集中型の機械的整合回路（本明細書では集中定数回路とも称される）に基づく機械的等価物を用いてよいことである。集中型の機械的整合回路の実用的な実現は、選択された機械的性質を有する薄い材料層の組合せを用いて形成される。様々な機械的性質を有する層の組立体は、等価質量およびばねの発振器を模倣することになる。
【００２４】
整合層構造体は、本明細書では整合層部分と称される整合層等価物の少なくとも２つの部分を含む。整合層部分のそれぞれが、層内に形成され得る少なくとも２つの材料を含む。この２つの材料は、材料の機械的性質に基づいて選択される。例えば、本明細書でばね材料と称される材料のうちの１つは、エポキシ樹脂ベースの負のフォトレジストのＳＵ８（登録商標）またはポリイミド材料のＫａｐｔｏｎ（登録商標）など、高分子またはフィルムなどの比較的低損失かつ低密度の材料であり、１．５メガレイル（ＭＲ）未満の音響インピーダンスを有してよい。本明細書で質量材料と称されるもう一方の材料は、タングステン、銅または他の金属など比較的高密度の材料であり、３０ＭＲにより近い音響インピーダンスを有してよい。他の材料を用いてよいことを理解されたい。整合層部分のそれぞれは、例えば約５０マイクロメートル（μｍ）である４分の１波長よりはるかに薄い厚さを有するが、他の厚さが企図される。
【００２５】
整合層部分は、各整合層部分の材料のそれぞれの量または割合を調整することにより形成される。例えば、最高のインピーダンスを有する整合層部分は、質量材料が最高の割合であってばね材料が最低の割合であり、また、最低のインピーダンスを有する整合層部分は、質量材料が最低の割合であってばね材料が最高の割合である。最高のインピーダンスを有する整合層部分は、スタック内の圧電層に最も接近して配置され、また、最低のインピーダンスを有する整合層部分は、低インピーダンスの媒体と整合するとき、レンズに最も接近して配置される。
【００２６】
図５は、５つの同等な整合層部分を有する整合層構造体２２０を示す。整合層部分の他の数を用いてよいことを理解されたい。整合層部分は、第１の整合層部分（ＭＬ１）２２２、第２の整合層部分（ＭＬ２）２２４、第３の整合層部分（ＭＬ３）２２６、第４の整合層部分（ＭＬ４）２２８および第５の整合層部分（ＭＬ５）２３０と称されてよい。整合層構造体２２０は、厚さ２７６を有し、少なくとも１つの圧電層２７２を有する音響スタック２７０内に含まれる。スタック２７０上にレンズ２７４が形成されてよい。図示されていないが、スタック２７０内には、不整合層部分、支持ブロック、４分の１波長層など追加の整合層等の付加層が含まれてよい。
【００２７】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれは、質量材料およびばね材料の両方を含む厚さ２３２を有する。一実施形態では、それぞれの整合層部分２２２〜２３０は、同一の厚さ２３２を有してよい。別の実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の厚さ２３２が変化してよい。整合層部分２２２〜２３０の厚さは説明だけの目的で示されており、圧電層２７２およびレンズ２７４の厚さに対して原寸に比例しないことに留意されたい。
【００２８】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれは質量層およびばね層を備える。いくつかの実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の１つまたは複数が、質量層だけ、またはばね層だけを含んでよい。用語「ばね層」は、質量層に付着したとき、機械インピーダンスが主としてばねと同様に働く層をもたらす厚さおよび特定のインピーダンスを有する材料の層を指す。用語「質量層」は、ばね層に付着したとき、機械インピーダンスが主として質量と同様に働く層をもたらす厚さおよび特定のインピーダンスを有する材料の層を指す。第１の整合層部分２２２は、ばね層２３４および質量層２４４を含む。第２の整合層部分２２４は、ばね層２３６および質量層２４６を含む。第３の整合層部分２２６は、ばね層２３８および質量層２４８を含む。第４の整合層部分２２８は、ばね層２４０および質量層２５０を含む。第５の整合層部分２３０は、ばね層２４２および質量層２５２を含む。ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２のそれぞれが、ある厚さ（以下でさらに論じる）を有するが、いくつかの実施形態では、ばね層および質量層のそれぞれの厚さが、製造プロセスに基づいて整合層部分２２２〜２３０にわたってわずかに変化することがある。
【００２９】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれに関して、ばね材料に対する質量材料の比または割合は、伝送路に沿って音響インピーダンスの所望の変化を達成するために変化させてよい。第１の整合層部分２２２の下側２７８は、導電性の、のり、接着剤または他の材料などで圧電層２７２に付着される。圧電層２７２の音響インピーダンスと整合するために、第１の整合層部分２２２は整合層部分２２２〜２３０のすべての中で最高のインピーダンスを有する。最高のインピーダンスを達成するために、第１の整合層部分２２２は、他の整合層部分２２４〜２３０と比較して質量材料の割合または比率が最も大きい。したがって、圧電層２７２より低いインピーダンスを有する水またはレンズ２７４などの媒体に対して整合するとき、実際の材料については、一般に、質量層２４４の厚さ２５４は、他の整合層部分２２４〜２３０のうちいかなる質量層２４６〜２５２の厚さより大きく、また、実際の材料については、一般に、ばね層２３４の厚さ２５６は、他の整合層部分２２４〜２３０のうちいかなるばね層２３６〜２４２の厚さより薄い。
【００３０】
第２の整合層部分２２４の下側２８０が、第１の整合層部分２２２の上側２８２に付着される。第２の整合層部分２２４の音響インピーダンスは、第１の整合層部分２２２の音響インピーダンスより低い。より低い音響インピーダンスを達成するために、第２の整合層部分２２４に混合する質量材料は、第１の整合層部分２２２に混合する質量材料より、相対的に少量である。したがって、質量層２４６の厚さ２５８は、質量層２４４の厚さ２５４より薄い。また、ばね層２３６の厚さ２６０は、ばね層２３４の厚さ２５６より大きい。整合層構造体２２０の全体にわたってこのパターンが繰り返され、その結果、第５の整合層部分２３０が、整合層部分２２２〜２３０のすべての中で最低の音響インピーダンスを有する。最低の音響インピーダンスを達成するために、第５の整合層部分２３０は、他の整合層部分２２２〜２２８のすべてと比較して、混合される質量材料が最も少量である。したがって、質量層２５２の厚さ２６２は、他の質量層２４４〜２５０のうちいかなる質量層の厚さより薄く、また、ばね層２４２の厚さ２６４は、他のばね層２３４〜２４０のうちいかなるばね層の厚さより厚い。換言すれば、ばね層２３４〜２４２は、圧電層２７２からの距離が増加するのにつれて連続的に増加する厚さを有してよく、その一方で、質量層２４４〜２５２は、圧電層２７２からの距離が増加するのにつれて連続的に減少する厚さを有してよい。別の実施形態では、厚さの変化が連続的でなくてよく、すなわち、１つまたは複数のばね層２３４〜２４２が別のばね層２３４〜２４２と同一の厚さを有してよく、また、１つまたは複数の質量層２４４〜２５２が別の質量層２４４〜２５２と同一の厚さを有してよい。さらに別の実施形態では、質量またはばねの層のうち一方の厚さを一定に保ってよく、他方の層の厚さを減少または増加させる。
【００３１】
図６は、図５の整合層構造体２２０を構築するのに用いられる整合層部分２２２〜２３０の機械的性質の電気的等価回路を与える、４分の１波長伝送路向けの集中定数回路２００を示す図である。換言すれば、集中定数回路２００内の電子素子（例えばコイル、コンデンサなど）は、ばね層材料および質量層材料の音響特性を推定するのに用いられ得る。したがって、集中定数回路２００は、ばね層２３４〜２４２と質量層２４４〜２５２との関連を示す。この例では、集中定数回路２００は、整合層構造体２２０内の１つの整合層部分２２２〜２３０に相当する。整合層部分２２２〜２３０のそれぞれが、個別の集中定数回路２００によって表されることになる。集中定数回路２００は、３つのコイル２０２、２０４および２０６ならびに２つのコンデンサ２０８および２１０を有する。別の実施形態では、回路２００の最も簡単な形式では、単一コイルおよび単一コンデンサが用いられてよく、他の実施形態では、異なる数のコイルおよびコンデンサが用いられてよい。ばね層２３４〜２４２は、コンデンサ２０８および２１０の静電容量によって特徴づけられてよく、また、質量層２４４〜２５２は、コイル２０２〜２０６のインダクタンスによって特徴づけられてよい。
【００３２】
図６に示される例は、４分の１波長層の機能を模倣するために、３つの質量層（コイル）および２つのばね層（コンデンサ）をシミュレートするが、少なくとも所望の相対的帯域幅次第で、他の構成を用いてこの機能が達成され得ることを理解されたい。最も簡単な構成では、上記で論じられたように、単一コイルおよび単一コンデンサを用いてよい。図６は、整合層部分の構造体についての物理的解釈を説明するのに用いられてよい。一般解も、標準的ＬＣ梯子型フィルタ理論によって解析されてよい。
【００３３】
整合層部分２２２〜２３０を構築するのに用いられる、質量層およびばね層の機械的性質の電気的等価物は、式１および式２で与えられる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
（１）
【００３６】
（２）
したがって、集中定数回路２００の例のインダクタンス（ＬＳ）および静電容量（ＣＰ）の値は、整合層部分２２２〜２３０の回線インピーダンス（ＺＬ）（例えば音響インピーダンス）およびプローブ１０６の中心周波数の共振周波数ωｒに基づくものである。４分の１波長効果は、（ＬＳ＋ＣＰ）と（２×ＬＳ＋ＣＰ）とのセルの連続した結合によって達成される。ＺＬは、選択されたインピーダンス値または所定のインピーダンス値でよく、あるいは以下でさらに論じるように、計算されたものでよい。
【００３７】
質量層およびばね層の電気的等価物の組合せは、整合層部分２２２〜２３０のうちの１つをモデル化するための特性を与える。整合層部分２２２〜２３０のそれぞれに関してＬＳおよびＣＰを計算するために式１および式２が繰り返され、ここで、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれが異なるＺＬを有する。以前に論じられたように、各整合層部分２２２〜２３０に関して、ＺＬは圧電層２７２から遠ざかる方向に低下する。したがって、適切な素子を有する少なくとも２つの回路２００を互いにカスケード接続してよく、共振周波数ωｒのあたりで大きな帯域幅の整合を達成する。各整合層部分２２２〜２３０に関するＬＳおよびＣＰの値は、メーソンモデル（Ｍａｓｏｎ ｍｏｄｅｌ）とも称される提案された音響スタック２７０の電気的シミュレーションに用いられてよく、電気的素子を音響構造体に整合させることが可能になる。
【００３８】
図７〜図１０は、スタック２７０内の整合層構造体２２０に基づく、帯域幅性能の音響シミュレーションを示す。シミュレーションを計算するとき、整合層部分２２２〜２３０の厚さ２７６は、材料特性を最適化しない標準的メーソンモデル、すなわち整合層部分２２２〜２３０における回折法則およびレンズ減衰を考慮に入れないモデルに基づくものでよい。音響シミュレーション３００、３０２、３３０および３３２は、それぞれ式１および式２で計算されたインダクタンス値および静電容量値を用いて計算してよい。
【００３９】
プローブ１０６を設計するとき、プローブ仕様を満たすのに必要な整合層部分２２２〜２３０の最少数が特定されるようにスタック構造をシミュレートしてよい。整合層部分がより少なければ厚さ２７６がより小さくなり、減衰が改善する。規定され得るパラメータの１つに、−６デシベル（ｄＢ）および−２０ｄＢにおける所望の帯域幅がある。他のパラメータも考慮してよい。
【００４０】
図７および図８は、それぞれ、スタック２７０内に整合層構造体２２０を組み込んだプローブ１０６に基づいて計算したプローブ伝達関数の音響シミュレーション３００および３０２を示す。図７では、５００μｍの全体の厚さ２７６を有する１０個の整合層部分２２２〜２３０が用いられている。図８では、２５０μｍの全体の厚さ２７６を有する５つの整合層部分２２２〜２３０が用いられている。シミュレーションは、３メガヘルツ（ＭＨｚ）の中心周波数の配列に基づくものである。
【００４１】
図７は、単純伝送路すなわち片方向伝送路の３０４および両方向伝送路３０６を示す。図８は、片方向伝送路３１６および両方向伝送路３１８を示す。両方向伝送路３０６および３１８は、超音波信号がスタック２７０を（例えば信号の送信および受信で）２回通って進むことによる帯域幅の減少を示している。換言すれば、信号の送受信を考慮するとき、総合減衰量がより大きい。図７では、より多くの整合層部分があるので、伝送路３０４および３０６は、伝送路３１６および３１８と比較して、帯域幅にわたって、より大きなリップルがある。一実施形態では、例えば梯子型フィルタ合成アルゴリズムを用いた層特性の細密調整によって、リップル振幅を低減することができる。５つの整合層部分を有する整合層構造体が所望の性能をもたらすかどうか判断するために、両方向伝送路３０６と３１８との間などで帯域幅を比較してよい。５未満の数または５と１０との間の任意数の整合層部分を用いて、さらなるシミュレーションを行ってよい。また、１０を上回る数の整合層部分を有する整合層構造体２２０が企図される。いくつかの実施形態では、プローブ仕様を満たす整合層部分２２２〜２３０の最少数を特定するためにシミュレーションを行ってよい。
【００４２】
同様に、図９および図１０は、それぞれ、スタック２７０内に整合層構造体２２０を組み込んだプローブ１０６に基づいて計算したプローブ伝達関数の音響シミュレーション３３０および３３２を示す。シミュレーション３３０および３３２は、８ＭＨｚの中心周波数の配列に基づくものである。図９では、５００μｍの全体の厚さ２７６を有する１０個の整合層部分２２２〜２３０が用いられている。図１０では、２５０μｍの全体の厚さ２７６を有する５つの整合層部分２２２〜２３０が用いられている。
【００４３】
図９は、片方向伝送路３３４および両方向伝送路３３６を示す。図１０は、片方向伝送路３４６および両方向伝送路３４８を示す。再び、プローブ仕様を満たす整合層部分２２２〜２３０の最少数を特定するために、２つのシミュレーション３３０と３３２との間の帯域幅性能を比較してよい。
【００４４】
機械的性質、すなわち式１および式２中のもののようなインダクタンスおよび静電容量などの単なる電気的伝送路パラメータではなく、質量とばねとの振動モードへの伝送路パラメータの変換は、単一の４分の１波長整合層の等価物になる２層構造体（例えば整合層部分２２２〜２３０うちの１つ）において重い材料（質量）と弾性材料（ばね）との連係によって達成される。２層構造体の対象となる音響インピーダンスＺＬと２つの層のそれぞれの有効な機械的厚さとの関係は、式３および式４を用いて求めることができる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
（３）
【００４７】
（４）
式３は、質量層の厚さ（Ｔｍａｓｓ）を、整合層インピーダンス（ＺＬ）、重い材料すなわち質量（ｍ）材料の特性およびばね（ｓ）材料の特性、すなわち質量材料の波長（λｍ）、質量材料の音響インピーダンス（ｚｍ）、ならびにばね材料の音響インピーダンス（ｚｓ）の関数として示す。式４は、ばね層の厚さ（Ｔｓｐｒｉｎｇ）を、整合層インピーダンス（ＺＬ）およびばね（ｓ）材料の特性、すなわちばね材料の波長（λｓ）、ならびにばね材料の音響インピーダンス（ｚｓ）の関数として示す。式３および式４は、整合層インピーダンスを変化させることにより整合層部分２２２〜２３０のそれぞれを説明するのに用いられてよい。
【００４８】
図１１は、プローブ１０６の整合層構造体２２０内に含む整合層部分２２２〜２３０の数を求める方法を示す図である。３７０で、プローブ１０６の寸法形状ならびに目標性能または所望の性能が決定される。例えば中心周波数が選択される。また、−６ｄｂおよび−２０ｄｂでのそれぞれの帯域幅の割合など、帯域幅の割合が規定されてよい。
【００４９】
３７２で、ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２向けに材料が選択される。例えば、ばね材料にＳＵ８（登録商標）を選択してよく、質量材料にタングステンを選択してよい。他の材料を用いてよい。一実施形態では、ばね層２３４〜２４２のすべてに同一のばね材料を用いてよく、また、質量層２４４〜２５２のすべてに同一の質量材料を用いてよい。別の実施形態では、層２３４〜２５２の１つまたは複数で、異なるばね材料および／または質量材料を用いてよい。
【００５０】
３７４で、シミュレートされることになる整合層部分２２２〜２３０の数が求められる。以前に論じたように、所望の性能をもたらす整合層部分２２２〜２３０最少数を求めるために、整合層部分２２２〜２３０の様々な数を用いてプローブ性能をシミュレートしてよい。あるいは、３、５または１０個の整合層部分２２２〜２３０など、整合層部分２２２〜２３０の所定数を選択してよい。別の実施形態では、検討されることになる整合層部分２２２〜２３０の最少数として、２つまたは３つの整合層部分２２２〜２３０を選択してよい。
【００５１】
３７６で、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれについて音響インピーダンスを求めてよい。一実施形態では、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれについての音響インピーダンスは、指数関数的に低下する音響インピーダンス、規則的に低下する音響インピーダンス、または圧電層の高い音響インピーダンス（一実施形態では３０ＭＲａｙでよい）からレンズの低い音響インピーダンス（一実施形態では１．５ＭＲａｙでよい）へ音響インピーダンスが低下する他の曲線に基づくものでよい。別の実施形態では、不整合技術については、整合層部分２２２〜２３０に対する目標の音響インピーダンスは以下の式５および式６を用いて求めることができ、
【００５２】
【数３】
【００５３】
（５）
【００５４】
（６）
この式で、ＺＣは圧電層２７２の音響インピーダンスであり、ＺＲは放射媒体の音響インピーダンスであり、ωｒ（ｋ）は圧電結合係数次第である共振周波数（パルセーション）であり、ｋは結合係数であり、Ｎは整合層部分の数であり、ｎは圧電層２７２からレンズ２７４に向けて数えてｎ番目の整合層部分に関するカウンタであり、ＺｍＬ＿（Ｎ，ｎ，ｋ）はｎ番目の整合層部分の音響インピーダンスである。したがって、整合層部分２２２〜２３０の音響インピーダンスは、プローブ１０６の共振周波数（ωｒ）、圧電層２７２の音響インピーダンス（または、もし用いられるなら４分の１波長整合層の音響インピーダンス）およびレンズ２７４の音響インピーダンスの少なくとも１つに基づくものでよい。他の技術に関する様々な式を用いて、整合層部分２２２〜２３０の音響インピーダンスを求めてよいことを理解されたい。別の実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の１つまたは複数向けに様々な材料が選択されてよい。例えば、比較的低いインピーダンスを有するばね材料がレンズ２７４に最も近い層に選択されてよく、その一方で、比較的高いインピーダンスを有する別のばね材料が圧電層２７２に最も近い整合層部分に選択されてよい。
【００５５】
一実施形態では、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれの中の質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２のそれぞれの厚さを、３７８で、式３および式４を用いるなどして音響インピーダンスに基づいて求めてよい。したがって、整合層構造体２２０の全体の厚さ２７６が許容できるかどうか判断することができ、許容できる量の信号減衰がもたらされる。また、以下でさらに論じられるように、製造プロセス中に質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２が形成され、いくつかの実施形態では、一定の許容範囲内で材料の特定の層を形成することに対して材料の特性および生産能力に基づく制約があり得る。
【００５６】
３８０で、図７〜図１０のグラフを生成するために式１および式２で計算された静電容量およびインダクタンスを用いるなどして音響性能を計算する。３８２で、音響性能が許容できるかどうか判断する。さらに、質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２の厚さならびに整合層構造体２２０の全体の厚さ２７６が許容できるかどうか判断してよい。一実施形態では、帯域幅性能が許容できないとき、この方法は、多くの整合層部分２２２〜２３０を規定するために３７４へ戻ってよい。別の実施形態では、帯域幅性能が許容できるとき、この方法は、最も薄い整合層構造体２２０が特定されているかどうか判断するために、整合層部分２２２〜２３０のより少ない数を規定するように３７４へ戻ってよい。例えば、プローブ１０６の性能を依然として満たしながら、整合層構造体の数が最少であること、したがって信号減衰（例えば伝搬損）が最低量であることが望ましい。また、整合層部分２２２〜２３０がより少ないと、製造するのが簡単であり、コスト低減をもたらす。いくつかの実施形態では、目標性能を達成する整合層部分２２２〜２３０の最少数を求めるために、図１１の方法を、整合層部分２２２〜２３０の様々な数を選択して複数回行ってよい。さらに別の実施形態では、例えば性能が許容できないとき、または利用可能な製造技術に基づいて整合層構造体２２０を実現するのが困難である恐れがあるとき、この方法は、質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２の１つまたは複数について別の材料を選択するように、３７２へ戻ってよい。
【００５７】
別の実施形態では、４分の１波長整合層を含むスタックを形成してよい。図１２は、整合層構造体４０２および４分の１波長整合層４０４の両方を含む音響スタック４００を示す。４分の１波長整合層４０４の下側４０６は圧電層４１０の上側４０８に付着しており、また、整合層構造体４０２は、４分の１波長整合層４０４の上側４１２に付着している。
【００５８】
一実施形態では、ばね材料を選択するとき、さらなる柔軟性をもたらすために、スタック４００内に４分の１波長整合層４０４が含まれてよい。例えば、比較的低いインピーダンスを有するばね材料を選択してよく、レンズ４１４に最も近い整合層構造体４０２内の整合層部分に関して、より適切なインピーダンス整合が可能になる。
【００５９】
別の実施形態では、整合層構造体４０２とレンズ４１４との間に４分の１波長整合層４０４を配置してよい。
【００６０】
整合層構造体２２０および４０２内に質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２を形成するのに用いることができる方法がいくつかある。用いられる方法の１つに、マイクロエレクトロニクス技術およびウェハ処理に基づくものがある。ばね材料は特別な処理を施されたフォトレジストでよく、例えば、ばね材料の音響インピーダンス要件に適合する密度／速度特性を与えるために負荷がかけられる。質量材料は、質量材料の音響インピーダンス要件に適合する密度／速度特性を有する金属でよい。質量材料は、タングステンなど、任意の比較的密で堅い材料でよいが、これには限定されない。質量材料およびばね材料は、どちらも可変厚さを挟む製造に適合する必要がある。
【００６１】
一実施形態では、ばね材料としてフォトレジストまたはＳＵ８（登録商標）などの高分子を用いてよく、マイクロエレクトロニクスのフォトリソグラフィを用いてパターニングすることができる。例えば、ＳＵ８（登録商標）の層は、所望厚さを形成するためにスピンコーティングしてよい。別の実施形態では、材料密度を低下させるために、レンズ２７４に近い１つまたは複数の整合層部分２２２〜２３０上に、所望の密度に達するようにドットパターンが完成されてよい。さらに別の実施形態では、質量層を形成する金属は真空蒸着されてよい。
【００６２】
整合層構造体２２０は、スタック２７０の他の層と分離して形成されてよい。一実施形態では、整合層構造体２２０を構築するのに用いられたシリコンウェハ上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層を堆積してよい。整合層構造体２２０を構築するために行うマスキングおよびエッチングの作業中に、整合層構造体２２０の全体に及ぶ、あるいは全体を通って伸びる穴を形成してよい。質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２のすべてが形成されたとき、穴を通してＳｉＯ２層にＳｉＯ２エッチング液を供給してよい。ＳｉＯ２層を完全にエッチングすると、シリコンウェハから整合層構造体２２０を解放することになる。
【００６３】
別の実施形態では、ラミネーションによって整合層構造体２２０を形成してよい。したがって、ばね層２３４〜２４２は、前もって形成されたＫａｐｔｏｎ（登録商標）などの材料の層を用いて形成してよく、また、質量層２４４〜２５２は、前もって形成された銅などの金属素材の層を用いて形成してよい。所望の音響インピーダンスを達成するために様々な整合層部分２２２〜２３０を形成するのに、ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２の様々な厚さを用いてよい。第１の整合層部分２２２を形成するために、ばね材料（例えばばね層２３４）の層の上に金属材料の層（例えば質量層２４４）を積層してよい。金属材料の層（例えば質量層２４４）の上にばね材料の第２の層（例えばばね層２３６）を積層してよく、ばね材料の第２の層（例えばばね層２３６）の上に金属材料の第２の層（例えば質量層２４６）を積層するなどしてよい。
【００６４】
さらに別の実施形態では、材料の堆積を可能にする技術であるデジタルマイクロプリントを用いて整合層構造体２２０を形成してよい。
【００６５】
上記の説明は、例示であって限定するためのものでないように意図されていることを理解されたい。例えば、前述の実施形態（および／またはその態様）は互いに組み合わせて用いてよい。さらに、本発明の教示に対して特定の状況または材料を適応させるために、本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更形態を作製することができる。本明細書に記述された寸法および材料のタイプは、本発明のパラメータを規定するように意図されているが、それらは少しでも限定するものではなく例示的実施形態である。上記説明を再検討すれば、当業者には他の多くの実施形態が明白になるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照しながら、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「含む」および「そこでは」は、それぞれ平易な英語の用語「備える」および「ここで」に相当するものとして用いられる。さらに、以下の特許請求の範囲では、用語「第１の」、「第２の」および「第３の」などは、単に表示として用いられ、それらの対象に数の要件を課するようには意図されていない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、手段プラス機能の書式で書かれておらず、また、さらなる構成のない機能の記述が続く慣用句「ための手段」を明確に用いないとき、および明確に用いるまで、そのような請求の限定事項が米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるようには意図されていない。
【００６６】
この書かれた説明は、最善の様式を含んで本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し用いることならびにあらゆる具体化された方法を実行すること含んで本発明を実施することも可能にするために、例を用いる。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００６７】
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ 要素
１０６ プローブ
１０８ 受信器
１１０ ビームフォーマ
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ メモリ
１１６ プロセッサモジュール
１１８ 表示器
１２０ プローブポート
１２２ メモリ
１２４ ユーザインターフェース
１３０ 小型化した超音波システム
１３２ プローブ
１３４ ユーザインターフェース
１３６ 一体化された表示器
１３８ 外部デバイス
１４０ ネットワーク
１４２ 表示器
１４４ 移動式超音波画像診断システム
１４６ 可動ベース
１４８ ユーザインターフェース
１５０ プローブポート
１５２ 制御ボタン
１５４ キーボード
１５６ トラックボール
１７０ ポケットサイズの超音波画像診断システム
１７２ 表示器
１７４ ユーザインターフェース
１７６ 医療用画像
１７８ プローブ
１８０ キーボード
１８２ 押しボタン
１８４ 多機能制御
１８６ ラベル表示領域
１８８ 制御
２００ 集中定数回路
２０２ コイル
２０４ コイル
２０６ コイル
２０８ コンデンサ
２１０ コンデンサ
２２０ 整合層構造体
２２２ 第１の整合層部分
２２４ 第２の整合層部分
２２６ 第３の整合層部分
２２８ 第４の整合層部分
２３０ 第５の整合層部分
２３２ 厚さ
２３４ ばね層
２３６ ばね層
２３８ ばね層
２４０ ばね層
２４２ ばね層
２４４ 質量層
２４６ 質量層
２４８ 質量層
２５０ 質量層
２５２ 質量層
２５４ 厚さ
２５６ 厚さ
２５８ 厚さ
２６０ 厚さ
２６２ 厚さ
２６４ 厚さ
２７０ 音響スタック
２７２ 圧電層
２７４ レンズ
２７６ 厚さ
２７８ 下側
２８０ 下側
２８２ 上側
３００ 音響シミュレーション
３０２ 音響シミュレーション
３０４ 片方向伝送路
３０６ 両方向伝送路
３１６ 片方向伝送路
３１８ 両方向伝送路
３３０ 音響シミュレーション
３３２ 音響シミュレーション
３３４ 片方向伝送路
３３６ 両方向伝送路
３４６ 片方向伝送路
３４８ 両方向伝送路
３７０ プローブの寸法形状および性能を定義する
３７２ ばね材料および質量材料を選択する
３７４ 整合層部分の数を求める
３７６ 各整合層部分の音響インピーダンスを求める
３７８ 質量層およびばね層の厚さを求める
３８０ 音響性能を計算する
３８２ 性能は許容できるか？
４００ 音響スタック
４０２ 整合層構造体
４０４ ４分の１波長整合層
４０６ 下側
４０８ 上側
４１０ 圧電層
４１２ 上側
４１４ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、一般に超音波プローブに関し、より詳細には、超音波プローブ内の音響スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、一般に、それぞれがプローブの結像要素に相当する多くの音響スタックを有する。各音響スタックは、ともに積層構成に取り付けられたいくつかの層を有する。スタック内の圧電層は、高インピーダンスを有する圧電セラミックなどの圧電材料で形成される。
【０００３】
圧電層の上側に整合層が設けられ、高インピーダンスを有する圧電層と低インピーダンスを有するプローブの外部またはレンズとの間の音響インピーダンスを変換する。この低インピーダンスは、水、人、またはスキャンされることになる他の対象の音響インピーダンスに基づくものでよい。多くのプローブが、４分の１波長整合に基づく２つの整合層を含み、整合層のそれぞれが約４分の１波長の厚さである。各４分の１波長整合層は、限定された帯域幅内のインピーダンスを変換するように働く。２つの４分の１波長整合層を用いると、帯域幅の範囲が８０パーセントと９０パーセントとの間に限定される。より大きな帯域幅でインピーダンス整合を実現するには、多くの４分の１波長整合層が必要である。しかし、４分の１波長整合層の数が増加すると、スタックの厚さが大幅に増加し、信号減衰が増加する。さらに、積層材料をダイシングするのがますます困難になり、また、依然として所望の寸法形状およびインピーダンスを制御する一方で４分の１波長整合層のそれぞれ向けに適切な材料を見いだすのが困難なことがある。
【０００４】
さらに、個別の４分の１波長整合層の代わりに、インピーダンスが連続的に変化する材料を用いた傾斜型整合層、または様々な音響インピーダンスを有する何層もの異なる材料を用いた段階型整合層を用いることが提案されている。しかし、これらの段階型整合層の構成は、必然的に、整合層の全体的厚さが厚すぎるものになる。優れた整合特性が達成されるのは、段階型整合層の厚さが、少なくとも１波長または２波長の範囲内にある場合のみである。この厚さでは、超音波信号の強い減衰が生じる。薄い層でなくより厚い層については、ダイシングが困難であり、大きなブレード突出し量が必要になるので、層の厚さのためにダイシング作業が非常に困難になる。しかし、段階型整合層が１波長未満の厚さであると、帯域幅における整合不良またはリンギングが生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８２２，３７３Ｂ１号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックは、上側および下側を有する圧電層ならびに整合層構造体を形成する複数の整合層部分を備える。整合層部分のそれぞれが、第１の材料を含むばね層および第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層を備える。圧電層に最も接近して配置される整合層部分内のばね層は、その他の整合層部分内のばね層より薄い。
【０００７】
別の実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックの整合層構造体を形成する方法は、下側にばね層を備え、上側に質量層を備える第１の整合層部分を形成するステップを含む。第１の整合層部分の下側は、圧電層および４分の１波長整合層のうちの１つに付着するように構成される。ばね層はばね材料を含み、質量層は、ばね材料より高いインピーダンスを有する質量材料を含む。下側にばね層および上側に質量層を備える少なくとも１つの追加の整合層部分が形成される。追加の整合層部分の下側は、第１の整合層部分の上側に付着するように構成される。ばね層はばね材料を含み、質量層は質量材料を含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、超音波プローブ向け音響スタックの整合層構造体を形成する方法は、ばね材料を含むばね層を形成し、ばね層の上に、質量材料を含む質量層を形成することにより第１の整合層部分を形成するステップを含む。質量材料は、ばね材料より高密度である。質量材料を含む質量層とばね材料を含むばね層とを交番させて形成することにより、第１の整合層部分の上にＮ個の整合層部分が形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によって形成された超音波システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によって形成された３次元（３Ｄ）対応の小型超音波システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によって形成された移動式超音波結像システムを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によって形成された手持ち式またはポケットサイズの超音波結像システムを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によって形成された、超音波プローブ内で使用するための整合層構造体を示す図である。
【図６】図５の整合層構造体を構築するのに用いられる整合層部分の機械的性質の電気的等価物を与える４分の１波長伝送路向けに本発明の一実施形態によって形成された集中定数回路を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による図５の整合層構造体に基づく帯域幅性能の音響シミュレーションを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるプローブの整合層構造体内に含む整合層部分の数を求める方法を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によって形成された整合層構造体および４分の１波長整合層の両方を含む音響スタックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の特定の実施形態の上記概要ならびに以下の詳細な説明は、添付図面と共に読まれると一層よく理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す限りでは、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の分割を示すものではない。したがって、例えば１つまたは複数の機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）が、ハードウェア単体（例えば汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）で実施されてよい。同様に、プログラムは、スタンドアローンのプログラム、サブルーチンとしてオペレーティングシステムに組み込まれたもの、インストールされたソフトウェアパッケージ中の関数などでよい。様々な実施形態が、図に示された機構および手段に限定されないことを理解されたい。
【００１１】
本明細書に用いられる、単数形で、「ある」または「１つの」という語が先行して列挙される要素またはステップは、前記要素またはステップのそのような複数形を除外することが明記されなければ、除外されないことを理解されたい。その上、本発明の「一実施形態」への言及は、これも列挙された特徴を内蔵するさらなる実施形態の存在を排除するように解釈されることを意図するものではない。さらに、それと反対に、明記されなかった場合は、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加要素を含んでよい。
【００１２】
図１は、プローブ１０６内の要素（例えば圧電要素）の配列１０４を駆動して身体内へパルス状の超音波信号を発する送信器１０２を含む超音波システム１００を示す。（図５および図１２に示されるように）プローブ１０６は、整合層構造体を含んでよい。要素１０４は、例えば１次元または２次元に配置されてよい。様々な幾何学的配置が用いられてよい。システム１００は、プローブ１０６を受けるためのプローブポート１２０を有してよく、あるいはプローブ１０６はシステム１００に結線で接続されてよい。
【００１３】
超音波信号は、身体内の脂肪組織または筋組織のような組織から後方散乱され、要素１０４へ戻るエコーを生成する。エコーは受信器１０８によって受け取られる。受け取られたエコーは、ビーム形成を行って無線周波数（ＲＦ）信号を出力するビームフォーマ１１０を通過する。次いで、ＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２を通過する。あるいは、ＲＦプロセッサ１１２は、ＲＦ信号を復調して、エコー信号を表す位相一致２次（ＩＱ）データ対を形成する複合復調器（図示せず）を含んでよい。次いで、ＲＦ信号またはＩＱ信号のデータは、記憶のためにメモリ１１４へ直接送られてよい。
【００１４】
超音波システム１００は、取得した超音波情報（例えばＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理して表示器１１８上に表示するために超音波情報のフレームを用意するように、プロセッサモジュール１１６も含む。プロセッサモジュール１１６は、取得された超音波情報上の複数の選択可能な超音波の特徴的属性に従って１つまたは複数の処理動作を行うように適合される。取得された超音波情報は、エコー信号が受信されるとき、スキャン期間中にリアルタイムで処理され、かつ表示されてよい。それに加えて、またはその代わりに、超音波情報は、スキャン期間中にメモリ１１４またはメモリ１２２に一時的に保存され、次いでオフライン動作で処理され、かつ表示されてよい。
【００１５】
ユーザインターフェース１２４は、システム１００へのデータ入力、設定の調整、およびプロセッサモジュール１１６の動作の制御に用いられてよい。ユーザインターフェース１２４は、キーボード、トラックボールおよび／またはマウス、複数のノブ、スイッチまたはタッチスクリーンなどの他の入力デバイスを有してよい。表示器１１８は、ユーザに対して、診断および分析のための超音波診断画像を含む患者の情報を表示する１つまたは複数のモニタを含む。メモリ１１４およびメモリ１２２の一方または両方が超音波データの２次元（２Ｄ）および／または３次元（３Ｄ）のデータセットを保存してよく、そのようなデータセットは２Ｄおよび／または３Ｄの画像を表示するためにアクセスされる。複数の連続した３Ｄデータセットも、リアルタイムの３Ｄまたは４次元（４Ｄ）の表示器をもたらすためなど、時間にわたって取得され、かつ保存されてよい。画像は変更されてよく、また、表示器１１８の表示設定もユーザインターフェース１２４を用いて手動で調整されてよい。
【００１６】
図２は、整合層構造体を含み得るプローブ１３２を有する３Ｄ対応の小型超音波システム１３０を示す。プローブ１３２は、３Ｄ超音波データを取得するように構成されてよい。例えば、図１のプローブ１０６に関して以前に論じられたように、プローブ１３２は、変換器要素１０４の２Ｄの配列を有してよい。ユーザインターフェース１３４（これも一体化された表示器１３６を含んでよい）が設けられて、オペレータから命令を受け取る。
【００１７】
本明細書に用いられる「小型」は、超音波システム１３０が、手持ち式デバイスまたは自分で運ぶデバイスであるか、あるいは人の手、ポケット、ブリーフケース大の容器、またはバックパックで運搬するように構成されることを意味する。例えば、超音波システム１３０は、例えば奥行き約２．５インチ、幅約１４インチ、および高さ約１２インチの寸法の一般的なラップトップコンピュータのサイズを有する手持ち式デバイスでよい。超音波システム１３０は重さ約１０ポンドであり得て、したがってオペレータによって容易に持ち運び可能である。一体化された表示器１３６（例えば内蔵表示器）も設けられ、医療用画像を表示するように構成される。
【００１８】
超音波データは、有線または無線のネットワーク１４０（あるいは例えばシリアルもしくはパラレルのケーブルまたはＵＳＢポートを介した直接接続）によって外部デバイス１３８へ送られてよい。いくつかの実施形態では、外部デバイス１３８は、表示器を有するコンピュータまたはワークステーションでよい。あるいは、外部デバイス１３８は、持ち運び型超音波システム１３０から画像データを受け取ることができ、一体化された表示器１３６より大きな分解能を有する画像を表示するかまたは印刷することができる個別の外部表示器またはプリンタでよい。様々な寸法、重さおよび電力消費の小型超音波システムと関連して、様々な実施形態が実施され得ることに留意されたい。
【００１９】
図３は、可動ベース１４６上に設けられた移動式超音波画像診断システム１４４を示す。超音波画像診断システム１４４は、カートベースのシステムと称されてもよい。表示器１４２およびユーザインターフェース１４８が設けられるが、表示器１４２は、ユーザインターフェース１４８から分離しているかまたは分離可能でよいことを理解されたい。システム１４４は、整合層構造体を含み得るプローブ（図示せず）を受けるために少なくとも１つのプローブポート１５０を有する。
【００２０】
ユーザインターフェース１４８は、適宣タッチスクリーンでよく、オペレータは、表示された図、アイコンなどに触れることにより選択肢を選択することができる。ユーザインターフェース１４８は、望まれたとき、または必要に応じて、かつ／または通常設けられているとき、超音波画像診断システム１４４を制御するのに用いることができる制御ボタン１５２も含む。ユーザインターフェース１４８は、ユーザが、表示され得る超音波データおよび他のデータと相互作用するために、また、情報を入力し、走査パラメータを設定しかつ変更するために、物理的に操作することができる複数のインターフェース選択肢を提供する。インターフェース選択肢は、特定入力、プログラマブル入力、文脈入力などに用いられ得る。例えば、キーボード１５４およびトラックボール１５６が設けられてよい。
【００２１】
図４は、手持ち式またはポケットサイズの超音波画像診断システム１７０を示し、表示器１７２およびユーザインターフェース１７４が単一ユニットを形成する。一例として、ポケットサイズの超音波画像診断システム１７０は、幅約２インチ、長さ約４インチ、かつ奥行き約０．５インチで重さが３オンス未満でよい。表示器１７２は、例えば３２０×３２０ピクセルのカラーＬＣＤ表示器（これに医療用画像１７６が表示され得る）でよい。適宣、ユーザインターフェース１７４には押しボタン１８２のタイプライタ状キーボード１８０が含まれてよい。整合層構造体を含み得るプローブ１７８が、システム１７０と相互に接続される。
【００２２】
多機能制御１８４は、それぞれシステム操作のモードに従って機能を割り当てられてよい。したがって、多機能制御１８４のそれぞれが複数の様々な動作をもたらすように構成されてよい。必要に応じて、表示器１７２上に多機能制御１８４に関連したラベル表示領域１８６が含まれてよい。システム１７０は、特殊用途の機能のために追加のキーおよび／または制御１８８も有してよく、それらは、「静止」、「深度制御」、「利得制御」、「カラーモード」、「プリント」、および「保存」を含んでよいが、これらには限定されない。
【００２３】
本明細書で説明されたような整合層構造体は、４分の１波長整合層または段階型整合層の少なくとも１つの代わりに、超音波プローブ１０６の音響スタック内に用いられてよい。少なくとも１つの実施形態の技術的効果は、整合層構造体によって実現される段階型インピーダンステーパーを近似するのに、集中型の機械的整合回路（本明細書では集中定数回路とも称される）に基づく機械的等価物を用いてよいことである。集中型の機械的整合回路の実用的な実現は、選択された機械的性質を有する薄い材料層の組合せを用いて形成される。様々な機械的性質を有する層の組立体は、等価質量およびばねの発振器を模倣することになる。
【００２４】
整合層構造体は、本明細書では整合層部分と称される整合層等価物の少なくとも２つの部分を含む。整合層部分のそれぞれが、層内に形成され得る少なくとも２つの材料を含む。この２つの材料は、材料の機械的性質に基づいて選択される。例えば、本明細書でばね材料と称される材料のうちの１つは、エポキシ樹脂ベースの負のフォトレジストのＳＵ８（登録商標）またはポリイミド材料のＫａｐｔｏｎ（登録商標）など、高分子またはフィルムなどの比較的低損失かつ低密度の材料であり、１．５メガレイル（ＭＲ）未満の音響インピーダンスを有してよい。本明細書で質量材料と称されるもう一方の材料は、タングステン、銅または他の金属など比較的高密度の材料であり、３０ＭＲにより近い音響インピーダンスを有してよい。他の材料を用いてよいことを理解されたい。整合層部分のそれぞれは、例えば約５０マイクロメートル（μｍ）である４分の１波長よりはるかに薄い厚さを有するが、他の厚さが企図される。
【００２５】
整合層部分は、各整合層部分の材料のそれぞれの量または割合を調整することにより形成される。例えば、最高のインピーダンスを有する整合層部分は、質量材料が最高の割合であってばね材料が最低の割合であり、また、最低のインピーダンスを有する整合層部分は、質量材料が最低の割合であってばね材料が最高の割合である。最高のインピーダンスを有する整合層部分は、スタック内の圧電層に最も接近して配置され、また、最低のインピーダンスを有する整合層部分は、低インピーダンスの媒体と整合するとき、レンズに最も接近して配置される。
【００２６】
図５は、５つの同等な整合層部分を有する整合層構造体２２０を示す。整合層部分の他の数を用いてよいことを理解されたい。整合層部分は、第１の整合層部分（ＭＬ１）２２２、第２の整合層部分（ＭＬ２）２２４、第３の整合層部分（ＭＬ３）２２６、第４の整合層部分（ＭＬ４）２２８および第５の整合層部分（ＭＬ５）２３０と称されてよい。整合層構造体２２０は、厚さ２７６を有し、少なくとも１つの圧電層２７２を有する音響スタック２７０内に含まれる。スタック２７０上にレンズ２７４が形成されてよい。図示されていないが、スタック２７０内には、不整合層部分、支持ブロック、４分の１波長層など追加の整合層等の付加層が含まれてよい。
【００２７】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれは、質量材料およびばね材料の両方を含む厚さ２３２を有する。一実施形態では、それぞれの整合層部分２２２〜２３０は、同一の厚さ２３２を有してよい。別の実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の厚さ２３２が変化してよい。整合層部分２２２〜２３０の厚さは説明だけの目的で示されており、圧電層２７２およびレンズ２７４の厚さに対して原寸に比例しないことに留意されたい。
【００２８】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれは質量層およびばね層を備える。いくつかの実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の１つまたは複数が、質量層だけ、またはばね層だけを含んでよい。用語「ばね層」は、質量層に付着したとき、機械インピーダンスが主としてばねと同様に働く層をもたらす厚さおよび特定のインピーダンスを有する材料の層を指す。用語「質量層」は、ばね層に付着したとき、機械インピーダンスが主として質量と同様に働く層をもたらす厚さおよび特定のインピーダンスを有する材料の層を指す。第１の整合層部分２２２は、ばね層２３４および質量層２４４を含む。第２の整合層部分２２４は、ばね層２３６および質量層２４６を含む。第３の整合層部分２２６は、ばね層２３８および質量層２４８を含む。第４の整合層部分２２８は、ばね層２４０および質量層２５０を含む。第５の整合層部分２３０は、ばね層２４２および質量層２５２を含む。ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２のそれぞれが、ある厚さ（以下でさらに論じる）を有するが、いくつかの実施形態では、ばね層および質量層のそれぞれの厚さが、製造プロセスに基づいて整合層部分２２２〜２３０にわたってわずかに変化することがある。
【００２９】
整合層部分２２２〜２３０のそれぞれに関して、ばね材料に対する質量材料の比または割合は、伝送路に沿って音響インピーダンスの所望の変化を達成するために変化させてよい。第１の整合層部分２２２の下側２７８は、導電性の、のり、接着剤または他の材料などで圧電層２７２に付着される。圧電層２７２の音響インピーダンスと整合するために、第１の整合層部分２２２は整合層部分２２２〜２３０のすべての中で最高のインピーダンスを有する。最高のインピーダンスを達成するために、第１の整合層部分２２２は、他の整合層部分２２４〜２３０と比較して質量材料の割合または比率が最も大きい。したがって、圧電層２７２より低いインピーダンスを有する水またはレンズ２７４などの媒体に対して整合するとき、実際の材料については、一般に、質量層２４４の厚さ２５４は、他の整合層部分２２４〜２３０のうちいかなる質量層２４６〜２５２の厚さより大きく、また、実際の材料については、一般に、ばね層２３４の厚さ２５６は、他の整合層部分２２４〜２３０のうちいかなるばね層２３６〜２４２の厚さより薄い。
【００３０】
第２の整合層部分２２４の下側２８０が、第１の整合層部分２２２の上側２８２に付着される。第２の整合層部分２２４の音響インピーダンスは、第１の整合層部分２２２の音響インピーダンスより低い。より低い音響インピーダンスを達成するために、第２の整合層部分２２４に混合する質量材料は、第１の整合層部分２２２に混合する質量材料より、相対的に少量である。したがって、質量層２４６の厚さ２５８は、質量層２４４の厚さ２５４より薄い。また、ばね層２３６の厚さ２６０は、ばね層２３４の厚さ２５６より大きい。整合層構造体２２０の全体にわたってこのパターンが繰り返され、その結果、第５の整合層部分２３０が、整合層部分２２２〜２３０のすべての中で最低の音響インピーダンスを有する。最低の音響インピーダンスを達成するために、第５の整合層部分２３０は、他の整合層部分２２２〜２２８のすべてと比較して、混合される質量材料が最も少量である。したがって、質量層２５２の厚さ２６２は、他の質量層２４４〜２５０のうちいかなる質量層の厚さより薄く、また、ばね層２４２の厚さ２６４は、他のばね層２３４〜２４０のうちいかなるばね層の厚さより厚い。換言すれば、ばね層２３４〜２４２は、圧電層２７２からの距離が増加するのにつれて連続的に増加する厚さを有してよく、その一方で、質量層２４４〜２５２は、圧電層２７２からの距離が増加するのにつれて連続的に減少する厚さを有してよい。別の実施形態では、厚さの変化が連続的でなくてよく、すなわち、１つまたは複数のばね層２３４〜２４２が別のばね層２３４〜２４２と同一の厚さを有してよく、また、１つまたは複数の質量層２４４〜２５２が別の質量層２４４〜２５２と同一の厚さを有してよい。さらに別の実施形態では、質量またはばねの層のうち一方の厚さを一定に保ってよく、他方の層の厚さを減少または増加させる。
【００３１】
図６は、図５の整合層構造体２２０を構築するのに用いられる整合層部分２２２〜２３０の機械的性質の電気的等価回路を与える、４分の１波長伝送路向けの集中定数回路２００を示す図である。換言すれば、集中定数回路２００内の電子素子（例えばコイル、コンデンサなど）は、ばね層材料および質量層材料の音響特性を推定するのに用いられ得る。したがって、集中定数回路２００は、ばね層２３４〜２４２と質量層２４４〜２５２との関連を示す。この例では、集中定数回路２００は、整合層構造体２２０内の１つの整合層部分２２２〜２３０に相当する。整合層部分２２２〜２３０のそれぞれが、個別の集中定数回路２００によって表されることになる。集中定数回路２００は、３つのコイル２０２、２０４および２０６ならびに２つのコンデンサ２０８および２１０を有する。別の実施形態では、回路２００の最も簡単な形式では、単一コイルおよび単一コンデンサが用いられてよく、他の実施形態では、異なる数のコイルおよびコンデンサが用いられてよい。ばね層２３４〜２４２は、コンデンサ２０８および２１０の静電容量によって特徴づけられてよく、また、質量層２４４〜２５２は、コイル２０２〜２０６のインダクタンスによって特徴づけられてよい。
【００３２】
図６に示される例は、４分の１波長層の機能を模倣するために、３つの質量層（コイル）および２つのばね層（コンデンサ）をシミュレートするが、少なくとも所望の相対的帯域幅次第で、他の構成を用いてこの機能が達成され得ることを理解されたい。最も簡単な構成では、上記で論じられたように、単一コイルおよび単一コンデンサを用いてよい。図６は、整合層部分の構造体についての物理的解釈を説明するのに用いられてよい。一般解も、標準的ＬＣ梯子型フィルタ理論によって解析されてよい。
【００３３】
整合層部分２２２〜２３０を構築するのに用いられる、質量層およびばね層の機械的性質の電気的等価物は、式１および式２で与えられる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
（１）
【００３６】
（２）
したがって、集中定数回路２００の例のインダクタンス（ＬＳ）および静電容量（ＣＰ）の値は、整合層部分２２２〜２３０の回線インピーダンス（ＺＬ）（例えば音響インピーダンス）およびプローブ１０６の中心周波数の共振周波数ωｒに基づくものである。４分の１波長効果は、（ＬＳ＋ＣＰ）と（２×ＬＳ＋ＣＰ）とのセルの連続した結合によって達成される。ＺＬは、選択されたインピーダンス値または所定のインピーダンス値でよく、あるいは以下でさらに論じるように、計算されたものでよい。
【００３７】
質量層およびばね層の電気的等価物の組合せは、整合層部分２２２〜２３０のうちの１つをモデル化するための特性を与える。整合層部分２２２〜２３０のそれぞれに関してＬＳおよびＣＰを計算するために式１および式２が繰り返され、ここで、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれが異なるＺＬを有する。以前に論じられたように、各整合層部分２２２〜２３０に関して、ＺＬは圧電層２７２から遠ざかる方向に低下する。したがって、適切な素子を有する少なくとも２つの回路２００を互いにカスケード接続してよく、共振周波数ωｒのあたりで大きな帯域幅の整合を達成する。各整合層部分２２２〜２３０に関するＬＳおよびＣＰの値は、メーソンモデル（Ｍａｓｏｎ ｍｏｄｅｌ）とも称される提案された音響スタック２７０の電気的シミュレーションに用いられてよく、電気的素子を音響構造体に整合させることが可能になる。
【００３８】
図７〜図１０は、スタック２７０内の整合層構造体２２０に基づく、帯域幅性能の音響シミュレーションを示す。シミュレーションを計算するとき、整合層部分２２２〜２３０の厚さ２７６は、材料特性を最適化しない標準的メーソンモデル、すなわち整合層部分２２２〜２３０における回折法則およびレンズ減衰を考慮に入れないモデルに基づくものでよい。音響シミュレーション３００、３０２、３３０および３３２は、それぞれ式１および式２で計算されたインダクタンス値および静電容量値を用いて計算してよい。
【００３９】
プローブ１０６を設計するとき、プローブ仕様を満たすのに必要な整合層部分２２２〜２３０の最少数が特定されるようにスタック構造をシミュレートしてよい。整合層部分がより少なければ厚さ２７６がより小さくなり、減衰が改善する。規定され得るパラメータの１つに、−６デシベル（ｄＢ）および−２０ｄＢにおける所望の帯域幅がある。他のパラメータも考慮してよい。
【００４０】
図７および図８は、それぞれ、スタック２７０内に整合層構造体２２０を組み込んだプローブ１０６に基づいて計算したプローブ伝達関数の音響シミュレーション３００および３０２を示す。図７では、５００μｍの全体の厚さ２７６を有する１０個の整合層部分２２２〜２３０が用いられている。図８では、２５０μｍの全体の厚さ２７６を有する５つの整合層部分２２２〜２３０が用いられている。シミュレーションは、３メガヘルツ（ＭＨｚ）の中心周波数の配列に基づくものである。
【００４１】
図７は、単純伝送路すなわち片方向伝送路の３０４および両方向伝送路３０６を示す。図８は、片方向伝送路３１６および両方向伝送路３１８を示す。両方向伝送路３０６および３１８は、超音波信号がスタック２７０を（例えば信号の送信および受信で）２回通って進むことによる帯域幅の減少を示している。換言すれば、信号の送受信を考慮するとき、総合減衰量がより大きい。図７では、より多くの整合層部分があるので、伝送路３０４および３０６は、伝送路３１６および３１８と比較して、帯域幅にわたって、より大きなリップルがある。一実施形態では、例えば梯子型フィルタ合成アルゴリズムを用いた層特性の細密調整によって、リップル振幅を低減することができる。５つの整合層部分を有する整合層構造体が所望の性能をもたらすかどうか判断するために、両方向伝送路３０６と３１８との間などで帯域幅を比較してよい。５未満の数または５と１０との間の任意数の整合層部分を用いて、さらなるシミュレーションを行ってよい。また、１０を上回る数の整合層部分を有する整合層構造体２２０が企図される。いくつかの実施形態では、プローブ仕様を満たす整合層部分２２２〜２３０の最少数を特定するためにシミュレーションを行ってよい。
【００４２】
同様に、図９および図１０は、それぞれ、スタック２７０内に整合層構造体２２０を組み込んだプローブ１０６に基づいて計算したプローブ伝達関数の音響シミュレーション３３０および３３２を示す。シミュレーション３３０および３３２は、８ＭＨｚの中心周波数の配列に基づくものである。図９では、５００μｍの全体の厚さ２７６を有する１０個の整合層部分２２２〜２３０が用いられている。図１０では、２５０μｍの全体の厚さ２７６を有する５つの整合層部分２２２〜２３０が用いられている。
【００４３】
図９は、片方向伝送路３３４および両方向伝送路３３６を示す。図１０は、片方向伝送路３４６および両方向伝送路３４８を示す。再び、プローブ仕様を満たす整合層部分２２２〜２３０の最少数を特定するために、２つのシミュレーション３３０と３３２との間の帯域幅性能を比較してよい。
【００４４】
機械的性質、すなわち式１および式２中のもののようなインダクタンスおよび静電容量などの単なる電気的伝送路パラメータではなく、質量とばねとの振動モードへの伝送路パラメータの変換は、単一の４分の１波長整合層の等価物になる２層構造体（例えば整合層部分２２２〜２３０うちの１つ）において重い材料（質量）と弾性材料（ばね）との連係によって達成される。２層構造体の対象となる音響インピーダンスＺＬと２つの層のそれぞれの有効な機械的厚さとの関係は、式３および式４を用いて求めることができる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
（３）
【００４７】
（４）
式３は、質量層の厚さ（Ｔｍａｓｓ）を、整合層インピーダンス（ＺＬ）、重い材料すなわち質量（ｍ）材料の特性およびばね（ｓ）材料の特性、すなわち質量材料の波長（λｍ）、質量材料の音響インピーダンス（ｚｍ）、ならびにばね材料の音響インピーダンス（ｚｓ）の関数として示す。式４は、ばね層の厚さ（Ｔｓｐｒｉｎｇ）を、整合層インピーダンス（ＺＬ）およびばね（ｓ）材料の特性、すなわちばね材料の波長（λｓ）、ならびにばね材料の音響インピーダンス（ｚｓ）の関数として示す。式３および式４は、整合層インピーダンスを変化させることにより整合層部分２２２〜２３０のそれぞれを説明するのに用いられてよい。
【００４８】
図１１は、プローブ１０６の整合層構造体２２０内に含む整合層部分２２２〜２３０の数を求める方法を示す図である。３７０で、プローブ１０６の寸法形状ならびに目標性能または所望の性能が決定される。例えば中心周波数が選択される。また、−６ｄｂおよび−２０ｄｂでのそれぞれの帯域幅の割合など、帯域幅の割合が規定されてよい。
【００４９】
３７２で、ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２向けに材料が選択される。例えば、ばね材料にＳＵ８（登録商標）を選択してよく、質量材料にタングステンを選択してよい。他の材料を用いてよい。一実施形態では、ばね層２３４〜２４２のすべてに同一のばね材料を用いてよく、また、質量層２４４〜２５２のすべてに同一の質量材料を用いてよい。別の実施形態では、層２３４〜２５２の１つまたは複数で、異なるばね材料および／または質量材料を用いてよい。
【００５０】
３７４で、シミュレートされることになる整合層部分２２２〜２３０の数が求められる。以前に論じたように、所望の性能をもたらす整合層部分２２２〜２３０最少数を求めるために、整合層部分２２２〜２３０の様々な数を用いてプローブ性能をシミュレートしてよい。あるいは、３、５または１０個の整合層部分２２２〜２３０など、整合層部分２２２〜２３０の所定数を選択してよい。別の実施形態では、検討されることになる整合層部分２２２〜２３０の最少数として、２つまたは３つの整合層部分２２２〜２３０を選択してよい。
【００５１】
３７６で、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれについて音響インピーダンスを求めてよい。一実施形態では、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれについての音響インピーダンスは、指数関数的に低下する音響インピーダンス、規則的に低下する音響インピーダンス、または圧電層の高い音響インピーダンス（一実施形態では３０ＭＲａｙでよい）からレンズの低い音響インピーダンス（一実施形態では１．５ＭＲａｙでよい）へ音響インピーダンスが低下する他の曲線に基づくものでよい。別の実施形態では、不整合技術については、整合層部分２２２〜２３０に対する目標の音響インピーダンスは以下の式５および式６を用いて求めることができ、
【００５２】
【数３】
【００５３】
（５）
【００５４】
（６）
この式で、ＺＣは圧電層２７２の音響インピーダンスであり、ＺＲは放射媒体の音響インピーダンスであり、ωｒ（ｋ）は圧電結合係数次第である共振周波数（パルセーション）であり、ｋは結合係数であり、Ｎは整合層部分の数であり、ｎは圧電層２７２からレンズ２７４に向けて数えてｎ番目の整合層部分に関するカウンタであり、ＺｍＬ＿（Ｎ，ｎ，ｋ）はｎ番目の整合層部分の音響インピーダンスである。したがって、整合層部分２２２〜２３０の音響インピーダンスは、プローブ１０６の共振周波数（ωｒ）、圧電層２７２の音響インピーダンス（または、もし用いられるなら４分の１波長整合層の音響インピーダンス）およびレンズ２７４の音響インピーダンスの少なくとも１つに基づくものでよい。他の技術に関する様々な式を用いて、整合層部分２２２〜２３０の音響インピーダンスを求めてよいことを理解されたい。別の実施形態では、整合層部分２２２〜２３０の１つまたは複数向けに様々な材料が選択されてよい。例えば、比較的低いインピーダンスを有するばね材料がレンズ２７４に最も近い層に選択されてよく、その一方で、比較的高いインピーダンスを有する別のばね材料が圧電層２７２に最も近い整合層部分に選択されてよい。
【００５５】
一実施形態では、整合層部分２２２〜２３０のそれぞれの中の質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２のそれぞれの厚さを、３７８で、式３および式４を用いるなどして音響インピーダンスに基づいて求めてよい。したがって、整合層構造体２２０の全体の厚さ２７６が許容できるかどうか判断することができ、許容できる量の信号減衰がもたらされる。また、以下でさらに論じられるように、製造プロセス中に質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２が形成され、いくつかの実施形態では、一定の許容範囲内で材料の特定の層を形成することに対して材料の特性および生産能力に基づく制約があり得る。
【００５６】
３８０で、図７〜図１０のグラフを生成するために式１および式２で計算された静電容量およびインダクタンスを用いるなどして音響性能を計算する。３８２で、音響性能が許容できるかどうか判断する。さらに、質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２の厚さならびに整合層構造体２２０の全体の厚さ２７６が許容できるかどうか判断してよい。一実施形態では、帯域幅性能が許容できないとき、この方法は、多くの整合層部分２２２〜２３０を規定するために３７４へ戻ってよい。別の実施形態では、帯域幅性能が許容できるとき、この方法は、最も薄い整合層構造体２２０が特定されているかどうか判断するために、整合層部分２２２〜２３０のより少ない数を規定するように３７４へ戻ってよい。例えば、プローブ１０６の性能を依然として満たしながら、整合層構造体の数が最少であること、したがって信号減衰（例えば伝搬損）が最低量であることが望ましい。また、整合層部分２２２〜２３０がより少ないと、製造するのが簡単であり、コスト低減をもたらす。いくつかの実施形態では、目標性能を達成する整合層部分２２２〜２３０の最少数を求めるために、図１１の方法を、整合層部分２２２〜２３０の様々な数を選択して複数回行ってよい。さらに別の実施形態では、例えば性能が許容できないとき、または利用可能な製造技術に基づいて整合層構造体２２０を実現するのが困難である恐れがあるとき、この方法は、質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２の１つまたは複数について別の材料を選択するように、３７２へ戻ってよい。
【００５７】
別の実施形態では、４分の１波長整合層を含むスタックを形成してよい。図１２は、整合層構造体４０２および４分の１波長整合層４０４の両方を含む音響スタック４００を示す。４分の１波長整合層４０４の下側４０６は圧電層４１０の上側４０８に付着しており、また、整合層構造体４０２は、４分の１波長整合層４０４の上側４１２に付着している。
【００５８】
一実施形態では、ばね材料を選択するとき、さらなる柔軟性をもたらすために、スタック４００内に４分の１波長整合層４０４が含まれてよい。例えば、比較的低いインピーダンスを有するばね材料を選択してよく、レンズ４１４に最も近い整合層構造体４０２内の整合層部分に関して、より適切なインピーダンス整合が可能になる。
【００５９】
別の実施形態では、整合層構造体４０２とレンズ４１４との間に４分の１波長整合層４０４を配置してよい。
【００６０】
整合層構造体２２０および４０２内に質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２を形成するのに用いることができる方法がいくつかある。用いられる方法の１つに、マイクロエレクトロニクス技術およびウェハ処理に基づくものがある。ばね材料は特別な処理を施されたフォトレジストでよく、例えば、ばね材料の音響インピーダンス要件に適合する密度／速度特性を与えるために負荷がかけられる。質量材料は、質量材料の音響インピーダンス要件に適合する密度／速度特性を有する金属でよい。質量材料は、タングステンなど、任意の比較的密で堅い材料でよいが、これには限定されない。質量材料およびばね材料は、どちらも可変厚さを挟む製造に適合する必要がある。
【００６１】
一実施形態では、ばね材料としてフォトレジストまたはＳＵ８（登録商標）などの高分子を用いてよく、マイクロエレクトロニクスのフォトリソグラフィを用いてパターニングすることができる。例えば、ＳＵ８（登録商標）の層は、所望厚さを形成するためにスピンコーティングしてよい。別の実施形態では、材料密度を低下させるために、レンズ２７４に近い１つまたは複数の整合層部分２２２〜２３０上に、所望の密度に達するようにドットパターンが完成されてよい。さらに別の実施形態では、質量層を形成する金属は真空蒸着されてよい。
【００６２】
整合層構造体２２０は、スタック２７０の他の層と分離して形成されてよい。一実施形態では、整合層構造体２２０を構築するのに用いられたシリコンウェハ上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層を堆積してよい。整合層構造体２２０を構築するために行うマスキングおよびエッチングの作業中に、整合層構造体２２０の全体に及ぶ、あるいは全体を通って伸びる穴を形成してよい。質量層２４４〜２５２およびばね層２３４〜２４２のすべてが形成されたとき、穴を通してＳｉＯ２層にＳｉＯ２エッチング液を供給してよい。ＳｉＯ２層を完全にエッチングすると、シリコンウェハから整合層構造体２２０を解放することになる。
【００６３】
別の実施形態では、ラミネーションによって整合層構造体２２０を形成してよい。したがって、ばね層２３４〜２４２は、前もって形成されたＫａｐｔｏｎ（登録商標）などの材料の層を用いて形成してよく、また、質量層２４４〜２５２は、前もって形成された銅などの金属素材の層を用いて形成してよい。所望の音響インピーダンスを達成するために様々な整合層部分２２２〜２３０を形成するのに、ばね層２３４〜２４２および質量層２４４〜２５２の様々な厚さを用いてよい。第１の整合層部分２２２を形成するために、ばね材料（例えばばね層２３４）の層の上に金属材料の層（例えば質量層２４４）を積層してよい。金属材料の層（例えば質量層２４４）の上にばね材料の第２の層（例えばばね層２３６）を積層してよく、ばね材料の第２の層（例えばばね層２３６）の上に金属材料の第２の層（例えば質量層２４６）を積層するなどしてよい。
【００６４】
さらに別の実施形態では、材料の堆積を可能にする技術であるデジタルマイクロプリントを用いて整合層構造体２２０を形成してよい。
【００６５】
上記の説明は、例示であって限定するためのものでないように意図されていることを理解されたい。例えば、前述の実施形態（および／またはその態様）は互いに組み合わせて用いてよい。さらに、本発明の教示に対して特定の状況または材料を適応させるために、本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更形態を作製することができる。本明細書に記述された寸法および材料のタイプは、本発明のパラメータを規定するように意図されているが、それらは少しでも限定するものではなく例示的実施形態である。上記説明を再検討すれば、当業者には他の多くの実施形態が明白になるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照しながら、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「含む」および「そこでは」は、それぞれ平易な英語の用語「備える」および「ここで」に相当するものとして用いられる。さらに、以下の特許請求の範囲では、用語「第１の」、「第２の」および「第３の」などは、単に表示として用いられ、それらの対象に数の要件を課するようには意図されていない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、手段プラス機能の書式で書かれておらず、また、さらなる構成のない機能の記述が続く慣用句「ための手段」を明確に用いないとき、および明確に用いるまで、そのような請求の限定事項が米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるようには意図されていない。
【００６６】
この書かれた説明は、最善の様式を含んで本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し用いることならびにあらゆる具体化された方法を実行すること含んで本発明を実施することも可能にするために、例を用いる。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００６７】
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ 要素
１０６ プローブ
１０８ 受信器
１１０ ビームフォーマ
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ メモリ
１１６ プロセッサモジュール
１１８ 表示器
１２０ プローブポート
１２２ メモリ
１２４ ユーザインターフェース
１３０ 小型化した超音波システム
１３２ プローブ
１３４ ユーザインターフェース
１３６ 一体化された表示器
１３８ 外部デバイス
１４０ ネットワーク
１４２ 表示器
１４４ 移動式超音波画像診断システム
１４６ 可動ベース
１４８ ユーザインターフェース
１５０ プローブポート
１５２ 制御ボタン
１５４ キーボード
１５６ トラックボール
１７０ ポケットサイズの超音波画像診断システム
１７２ 表示器
１７４ ユーザインターフェース
１７６ 医療用画像
１７８ プローブ
１８０ キーボード
１８２ 押しボタン
１８４ 多機能制御
１８６ ラベル表示領域
１８８ 制御
２００ 集中定数回路
２０２ コイル
２０４ コイル
２０６ コイル
２０８ コンデンサ
２１０ コンデンサ
２２０ 整合層構造体
２２２ 第１の整合層部分
２２４ 第２の整合層部分
２２６ 第３の整合層部分
２２８ 第４の整合層部分
２３０ 第５の整合層部分
２３２ 厚さ
２３４ ばね層
２３６ ばね層
２３８ ばね層
２４０ ばね層
２４２ ばね層
２４４ 質量層
２４６ 質量層
２４８ 質量層
２５０ 質量層
２５２ 質量層
２５４ 厚さ
２５６ 厚さ
２５８ 厚さ
２６０ 厚さ
２６２ 厚さ
２６４ 厚さ
２７０ 音響スタック
２７２ 圧電層
２７４ レンズ
２７６ 厚さ
２７８ 下側
２８０ 下側
２８２ 上側
３００ 音響シミュレーション
３０２ 音響シミュレーション
３０４ 片方向伝送路
３０６ 両方向伝送路
３１６ 片方向伝送路
３１８ 両方向伝送路
３３０ 音響シミュレーション
３３２ 音響シミュレーション
３３４ 片方向伝送路
３３６ 両方向伝送路
３４６ 片方向伝送路
３４８ 両方向伝送路
３７０ プローブの寸法形状および性能を定義する
３７２ ばね材料および質量材料を選択する
３７４ 整合層部分の数を求める
３７６ 各整合層部分の音響インピーダンスを求める
３７８ 質量層およびばね層の厚さを求める
３８０ 音響性能を計算する
３８２ 性能は許容できるか？
４００ 音響スタック
４０２ 整合層構造体
４０４ ４分の１波長整合層
４０６ 下側
４０８ 上側
４１０ 圧電層
４１２ 上側
４１４ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）であって、
上側および下側を有する圧電層（２７２）と、
整合層構造体（２２０）を形成する複数の整合層部分（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）であって、前記整合層部分（２２２〜２３０）のそれぞれが、
第１の材料を含むばね層（２３４、２３６、２３８、２４０、２４２）、および
前記第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層（２４４、２４６、２４８、２５０、２５２）を備え、
前記圧電層（２７２）に最も接近して配置される前記整合層部分（２２２）内の前記ばね層（２３４）が、他の前記整合層部分（２２４〜２３０）内の前記ばね層（２３６〜２４２）より薄い整合層部分（２２２〜２３０）とを備えることを特徴とする超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）。
【請求項２】
前記圧電層（２７２）に最も接近して配置される前記整合層部分（２２２）が、前記圧電層（２７２）から最も遠い前記整合層部分（２３０）の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを備える請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項３】
前記第１の材料が前記第２の材料より低密度である請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項４】
前記圧電層（２７２）と前記整合層構造体（２２０）との間および前記整合層構造体（２２０）とレンズ（２７４）との間のうち１つに配置された４分の１波長整合層部分（４０４）をさらに備える請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項５】
前記整合層部分（２２２〜２３０）内で前記ばね層（２３４〜２４２）の厚さ（２５６）が、前記圧電層（２７２）からの前記整合層部分（２２２〜２３０）の距離の増加につれて増加し、前記整合層部分（２２２〜２３０）内で前記質量層（２４４〜２５２）の厚さ（２５４）が、前記圧電層（２７２）からの前記整合層部分（２２２〜２３０）の距離の増加につれて減少する請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項６】
超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）の整合層構造体（２２０）を形成する方法であって、
下側（２７８）にばね層（２３４）を備え、かつ上側（２８２）に質量層（２４４）を備える第１の整合層部分（２２２）を形成するステップであって、前記第１の整合層部分（２２２）の前記下側（２７８）が、圧電層（２７２）および４分の１波長整合層（４０４）のうちの１つに付着するように構成され、前記ばね層（２３４）がばね材料を含み、前記質量層（２４４）が、前記ばね材料より高いインピーダンスを有する質量材料を含む、第１整合層形成ステップと、
下側（２８０）にばね層（２３６）を備え、かつ上側に質量層（２４６）を備える少なくとも１つの追加の整合層部分（２２４）を形成するステップであって、前記追加の整合層部分（２２４）の前記下側（２８０）が、前記第１の整合層部分（２２２）の前記上側（２８２）に付着するように構成され、前記ばね層（２３６）が前記ばね材料を含み、前記質量層（２４６）が前記質量材料を含むステップとを含む、ことを特徴とする音響スタック（２７０）の整合層構造体（２２０）の形成方法。
【請求項７】
前記第１の整合層部分（２２２）および前記追加の整合層部分（２２４）の音響インピーダンスを求めるステップ（３７６）と、
前記音響インピーダンスおよび前記質量材料の少なくとも１つの材料特性および前記ばね材料の材料特性に基づいて、前記質量層（２４４、２４６）の厚さ（２５４、２５８）を求めるステップ（３７８）とをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の整合層部分（２２２）および前記追加の整合層部分（２２４）の音響インピーダンスを求めるステップ（３７６）と、
前記音響インピーダンスおよび前記ばね材料の少なくとも１つの材料特性に基づいて、前記ばね層（２３４、２３６）の厚さ（２５６、２６０）を求めるステップ（３７８）とをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記ばね材料が関連する音響インピーダンスを有し、前記質量材料が関連する音響インピーダンスおよび材料波長を有し、前記質量材料の前記材料波長、前記質量材料の前記音響インピーダンスおよび前記ばね材料の前記音響インピーダンスに基づいて前記質量層（２４４、２４６）の厚さを求めるステップ（３７８）をさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記ばね材料が、関連する音響インピーダンスおよび材料波長を有し、前記ばね材料の前記材料波長、前記ばね材料の前記音響インピーダンスに基づいて前記ばね層（２３４、２３６）の厚さ（２５６、２６０）を求めるステップ（３７８）をさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項１】
超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）であって、
上側および下側を有する圧電層（２７２）と、
整合層構造体（２２０）を形成する複数の整合層部分（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）であって、前記整合層部分（２２２〜２３０）のそれぞれが、
第１の材料を含むばね層（２３４、２３６、２３８、２４０、２４２）、および
前記第１の材料と異なる第２の材料を含む質量層（２４４、２４６、２４８、２５０、２５２）を備え、
前記圧電層（２７２）に最も接近して配置される前記整合層部分（２２２）内の前記ばね層（２３４）が、他の前記整合層部分（２２４〜２３０）内の前記ばね層（２３６〜２４２）より薄い整合層部分（２２２〜２３０）とを備えることを特徴とする超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）。
【請求項２】
前記圧電層（２７２）に最も接近して配置される前記整合層部分（２２２）が、前記圧電層（２７２）から最も遠い前記整合層部分（２３０）の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを備える請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項３】
前記第１の材料が前記第２の材料より低密度である請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項４】
前記圧電層（２７２）と前記整合層構造体（２２０）との間および前記整合層構造体（２２０）とレンズ（２７４）との間のうち１つに配置された４分の１波長整合層部分（４０４）をさらに備える請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項５】
前記整合層部分（２２２〜２３０）内で前記ばね層（２３４〜２４２）の厚さ（２５６）が、前記圧電層（２７２）からの前記整合層部分（２２２〜２３０）の距離の増加につれて増加し、前記整合層部分（２２２〜２３０）内で前記質量層（２４４〜２５２）の厚さ（２５４）が、前記圧電層（２７２）からの前記整合層部分（２２２〜２３０）の距離の増加につれて減少する請求項１記載の音響スタック（２７０）。
【請求項６】
超音波プローブ（１０６）向け音響スタック（２７０）の整合層構造体（２２０）を形成する方法であって、
下側（２７８）にばね層（２３４）を備え、かつ上側（２８２）に質量層（２４４）を備える第１の整合層部分（２２２）を形成するステップであって、前記第１の整合層部分（２２２）の前記下側（２７８）が、圧電層（２７２）および４分の１波長整合層（４０４）のうちの１つに付着するように構成され、前記ばね層（２３４）がばね材料を含み、前記質量層（２４４）が、前記ばね材料より高いインピーダンスを有する質量材料を含む、第１整合層形成ステップと、
下側（２８０）にばね層（２３６）を備え、かつ上側に質量層（２４６）を備える少なくとも１つの追加の整合層部分（２２４）を形成するステップであって、前記追加の整合層部分（２２４）の前記下側（２８０）が、前記第１の整合層部分（２２２）の前記上側（２８２）に付着するように構成され、前記ばね層（２３６）が前記ばね材料を含み、前記質量層（２４６）が前記質量材料を含むステップとを含む、ことを特徴とする音響スタック（２７０）の整合層構造体（２２０）の形成方法。
【請求項７】
前記第１の整合層部分（２２２）および前記追加の整合層部分（２２４）の音響インピーダンスを求めるステップ（３７６）と、
前記音響インピーダンスおよび前記質量材料の少なくとも１つの材料特性および前記ばね材料の材料特性に基づいて、前記質量層（２４４、２４６）の厚さ（２５４、２５８）を求めるステップ（３７８）とをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の整合層部分（２２２）および前記追加の整合層部分（２２４）の音響インピーダンスを求めるステップ（３７６）と、
前記音響インピーダンスおよび前記ばね材料の少なくとも１つの材料特性に基づいて、前記ばね層（２３４、２３６）の厚さ（２５６、２６０）を求めるステップ（３７８）とをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記ばね材料が関連する音響インピーダンスを有し、前記質量材料が関連する音響インピーダンスおよび材料波長を有し、前記質量材料の前記材料波長、前記質量材料の前記音響インピーダンスおよび前記ばね材料の前記音響インピーダンスに基づいて前記質量層（２４４、２４６）の厚さを求めるステップ（３７８）をさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記ばね材料が、関連する音響インピーダンスおよび材料波長を有し、前記ばね材料の前記材料波長、前記ばね材料の前記音響インピーダンスに基づいて前記ばね層（２３４、２３６）の厚さ（２５６、２６０）を求めるステップ（３７８）をさらに含む請求項６記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２０２１８（Ｐ２０１０−２２０２１８Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８７５９（Ｐ２０１０−５８７５９）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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