超音波ユニットおよび超音波内視鏡
【課題】製造が容易な超音波ユニット３０を提供する。
【解決手段】超音波ユニット３０は、送受信部６０とシグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが長辺方向に配置された長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメント２０を有し複数の超音波エレメント２０のそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイ４０と、複数のグランド電極端子５１と接続された少なくとも１本の短絡線４１と、短絡線４１と接続されたグランド線４３と、それぞれが１個のシグナル電極端子５２と接続された複数の信号線４２と、を具備し、隣り合う前記超音波エレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２が長方形の送受信部６０をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。
【解決手段】超音波ユニット３０は、送受信部６０とシグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが長辺方向に配置された長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメント２０を有し複数の超音波エレメント２０のそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイ４０と、複数のグランド電極端子５１と接続された少なくとも１本の短絡線４１と、短絡線４１と接続されたグランド線４３と、それぞれが１個のシグナル電極端子５２と接続された複数の信号線４２と、を具備し、隣り合う前記超音波エレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２が長方形の送受信部６０をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波エレメントを有する超音波ユニット、および超音波ユニットを具備する超音波内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出することができる。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは、細長い長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメントの長辺が連結されて構成されている。それぞれの超音波エレメントには、送受信部と、信号送受信用のシグナル電極端子と、グランド電位のグランド電極端子とが長辺方向に配置されている。
【０００３】
そして、それぞれの超音波エレメントのシグナル電極端子には、それぞれ１本の信号線（同軸ケーブル芯線）が半田付け等により接続され、グランド電極端子にも１本のグランド線（同軸ケーブルシールド線）が接続されている。
【０００４】
電極端子の配設ピッチが狭い、すなわち平面視矩形の超音波エレメントの短辺の長さが短い超音波アレイでは、電極端子へのワイヤの接続作業は容易ではない。
【０００５】
特許第４３７７７８７号明細書には、中継電極を有する円筒部材を用いて超音波アレイと同軸ケーブルとを接続する振動子が開示されている。前記振動子では、それぞれの超音波エレメントの電極端子と円筒部材の中継電極端子とをワイヤで接続し、中継電極端子に同軸ケーブルを接続している。
【０００６】
しかし、電極ピッチが狭い超音波ユニットでは、中継電極端子を有する円筒部材を用いても、超音波エレメントの電極端子と中継電極とをワイヤで接続するのは容易ではないことがあった。
【０００７】
すなわち、それぞれの電極端子と外部接続用配線とを接続する必要のある、複数の超音波エレメントを狭いピッチで配列した超音波ユニットは製造が容易ではないことがあり、前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡の製造が容易ではないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４３７７７８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニットおよび製造が容易な超音波内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、
複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、
前記短絡線と接続されたグランド線と、
それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、
前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、
隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。
【００１１】
また別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニットおよび製造が容易な超音波内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を具備する内視鏡システムを説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波ユニットの構成を説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図５】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の上面図である。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図９】第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】第２実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１１】第３実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１２】第４実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１３】第５実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１４】第６実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１５】第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの上面図である。
【図１６】第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの下面図である。
【図１７】第６実施形態の変形例１の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１８】第６実施形態の変形例２の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して第１実施形態の超音波ユニット（以下、「ＵＳユニット」という）３０、および、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡（以下、「ＵＳ内視鏡」という）２について説明する。
【００１５】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すようにＵＳ内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。ＵＳ内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１６】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００１７】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下「先端部」という））３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には、超音波送受部である超音波ユニット３０が配設されている。
【００１８】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００１９】
そして、図２に示すように、超音波を送受信するＵＳユニット３０が、設けられた先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、吸引口を兼ねる鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００２０】
図３に示すように、ＵＳユニット３０は、超音波アレイ（以下「ＵＳアレイ」という）４０と、短絡線４１Ａ、４１Ｂと、グランド線５３Ａ、５３Ｂと、信号線４２Ａ、４２Ｂと、を具備する。なお、同じ構成要素のそれぞれをいうときは末尾のアルファベット１文字を省略する。例えば短絡線４１Ａ、４１Ｂのそれぞれを、短絡線４１という。また、例えば、短絡線４１Ａは先端側の短絡線４１であり、短絡線４１Ｂは基端側の短絡線４１である。
【００２１】
ＵＳアレイ４０は、複数の細長いＵＳエレメント２０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、ＵＳアレイ４０では、例えば、直径２ｍｍの円筒の側面に、短辺が０．１ｍｍ以下のＵＳエレメント２０が２００個、配設されている。
【００２２】
なお、ＵＳアレイ４０は、ラジアル型振動子群であるが、ＵＳアレイは、凸形状に湾曲したコンベックス型振動子群であってもよい。
【００２３】
複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０のシグナル電極端子５２と接続されている。短絡線４１は、複数のＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１を接続する短絡線であり、グランド線５３と接続されている。
【００２４】
複数のＵＳエレメント２０と同軸ケーブル束３５とは、短絡線４１、グランド線５３、信号線４２およびケーブル接続基板部（不図示）を介して接続されている。すなわち同軸ケーブル束３５は、複数の信号線４２と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
【００２５】
同軸ケーブル束３５は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００２６】
＜超音波アレイの構成＞
図４および図５に示すように、それぞれのＵＳエレメント２０の長方形の第１の主面２０ＳＡには、送受信部６０と、シグナル電極端子５２と、グランド電極端子５１と、が長辺方向に配置されている。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、厚さおよび大きさ等の比率は実際とは異なる。
【００２７】
ＵＳエレメント２０は、シグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが送受信部６０をはさんで配置されている。そして、送受信部６０とシグナル電極端子５２との間に、グランド電極端子５１が配置可能なスペースがあり、グランド電極端子５１と端面との間にはシグナル電極端子５２が配置可能なスペースがある。言い換えれば、ＵＳエレメント２０の第１の主面２０ＳＡは、送受信部６０と、２つのシグナル電極端子５２と、２つのグランド電極端子５１と、を長辺方向に配置可能である。
【００２８】
シグナル電極端子５２は、送受信部６０のシグナル電極である下部電極１２と接続されている。グランド電極端子５１は、送受信部６０のグランド電極である上部電極１６と接続されている。
【００２９】
送受信部６０は下部電極１２と上部電極１６との間に印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部６０は、超音波を受信すると、下部電極１２と上部電極１６との間に電気信号を発生する。
【００３０】
＜送受信部の構成＞
次に、図６および図７を用いて、送受信部６０の構成について説明する
【００３１】
図６に示すように、超音波ユニット３０の送受信部６０には、複数の静電容量型の超音波セル（以下、「ＵＳセル」）１０がマトリックス配置されている。ＵＳセル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００３２】
図７に示すように、ＵＳセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、シグナル電極端子５２と接続された下部電極１２と、第１絶縁層（下部絶縁層）１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された第２絶縁層（上部絶縁層）１５と、グランド電極端子５１と接続された上部電極１６と、保護層１７と、を有する。
【００３３】
すなわち、それぞれのＵＳセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している円形のシグナル電極部である下部電極部１２Ａとグランド電極部である円形の上部電極部１６Ａとを有する。複数の下部電極部１２Ａがシグナル電極である下部電極１２を構成し、複数の上部電極部１６Ａがグランド電極である上部電極１６を構成している。すなわち。同じＵＳエレメント２０に配置された複数のＵＳセル１０の下部電極部１２Ａは互いに接続されており、上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３４】
シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。シリコン基板１１の一面上に形成される下部電極１２は、金属またシリコンなどの導電性材料からなる。導電性材料はシリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極１２が形成される。
【００３５】
例えば、下部電極１２は、円形の下部電極部１２Ａと、下部電極１２の縁辺部から延設している配線部１２Ｂとからなる。配線部１２Ｂにより、下部電極部１２Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの下部電極部と接続されている。
【００３６】
下部電極１２を覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる第１絶縁層１３がＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜される。
【００３７】
そして第１絶縁層１３の上に、犠牲層材料を成膜しパターニングすることで、キャビティ１４の形状（円柱状）の犠牲層が形成される。
【００３８】
犠牲層の厚さは、キャビティ１４の高さとなるために、例えば、０．０５〜０．３μｍであり、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス（ＰＳＧ：含リン酸化シリコン）、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
【００３９】
犠牲層パターンが形成された第１絶縁層１３の上面に、第２絶縁層１５が、例えば第１絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。
【００４０】
そして、第２絶縁層１５の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部（不図示）が形成される。
【００４１】
次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ１４が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液（バッファードＨＦ溶液）を用いる。
【００４２】
次に、上部電極部１６Ａと配線部１６Ｂとからなる上部電極１６が、下部電極１２と同様に形成される。例えば、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａは、キャビティ１４と略同径である。
【００４３】
キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの形状も多角形とすることが好ましい。
【００４４】
最後に、上部電極１６を覆う保護層１７が形成される。保護層１７は、第２絶縁層１５と同様の方法および同様の材料により形成される絶縁層である。なお、保護層１７はＳｉＮ等からなる絶縁層の上に、更にポリパラキシリレン等の生体適合性のある外皮膜が形成された２層構造であってもよい。
【００４５】
図７に示す上記構造のＵＳセル１０では、キャビティ１４の直上領域の、第２絶縁層１５と上部電極１６と保護層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００４６】
＜超音波アレイおよび超音波ユニットの構成＞
図８は、ＵＳユニット３０の平面展開図、すなわち、ラジアル面（円筒側面）に配列している複数のＵＳエレメント２０を平面状態で示した説明図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【００４７】
すでに説明したように、ＵＳアレイ４０の複数のＵＳエレメント２０は、それぞれの長辺が連結されている。そして図８に示すように、同じ構成の複数のＵＳエレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２と、隣り合うＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１と、が隣り合うように、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。
【００４８】
すなわち、複数の同じ構造のＵＳエレメント２０を、配設方向を変えながら連接することでＵＳアレイ４０は作製される。このため、ＵＳアレイ４０は作製が容易である。
【００４９】
そして、ＵＳアレイ４０の両端面側には、ＵＳエレメント１個おきにシグナル電極端子５２が直線状に配列している。このため、それぞれの端面側におけるシグナル電極端子５２の配設間隔（ピッチ）Ｐ１は、連続してシグナル電極端子５２が配列している従来のＵＳアレイの２倍である。また、送受信部６０の左右に、ＵＳエレメント１個おきに、グランド電極端子５１が直線状に配列している。
【００５０】
なお、ＵＳアレイ４０は３次元の曲面状に配置されている。このために、「直線状」とは、厳密には、「円弧状」または「２次元平面に投影したときの配置が直線状」という意味である。
【００５１】
ＵＳユニット３０は、シグナル電極端子５２の配設ピッチＰ１が広いため、信号線４２とシグナル電極端子５２との接続が容易である。このため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
【００５２】
なお、複数の信号線４２は、それぞれが１本のケーブル（ワイヤ）でもよいし、フレキシブル配線板に複数の信号線４２が配設されていてもよい。接続方法は、例えば、はんだ接合によるが、接続部の接続強度を高くすることが容易であるため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２は信頼性が高い。
【００５３】
また、複数のグランド電極端子５１が直線状に配列しているため、２本の短絡線４１Ａ、４１Ｂにより、全てのグランド電極端子５１を接続することができる。そして、それぞれの短絡線４１は少なくとも１箇所でグランド線５３と接続されているだけである。
【００５４】
短絡線４１は、線状またはリボン状のアルミニウムまたは銅等の導体からなり、超音波または熱等の公知の方法によりグランド電極端子５１と接続される。または、アルミニウムまたは銅等の導体からなる導電膜を、例えばメタルマスクを介して成膜することで短絡線４１を形成してもよい。前記導電膜は、スパッタ法、蒸着法またはめっき法により成膜できる。
【００５５】
複数のグランド電極端子５１を、それぞれのグランド線５３と接続する必要がないため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、超音波ユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
【００５６】
なお、超音波エレメントが、複数の静電容量型のＵＳセル１０を配列した送受信部６０に替えて、ＰＺＴ等の圧電層を積層した送受信部を有していても、同様の効果を有することは明らかである。
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態のＵＳユニット３０Ａ、およびＵＳユニット３０Ａを有するＵＳ内視鏡２Ａについて説明する。ＵＳユニット３０Ａ、ＵＳ内視鏡２Ａは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００５７】
図１０に示すように、ＵＳユニット３０ＡのＵＳアレイ４０Ａは、複数の超音波エレメント２０Ａが、超音波アレイ４０Ａの両端面における短辺位置がに交互に異なるように連結されている。このため、超音波アレイ４０Ａの両端面には切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側、すなわち円筒状の超音波アレイ４０Ａの内部側に延設されている。
【００５８】
ＵＳユニット３０Ａは、ＵＳユニット３０と同様の効果を有する。更に超音波アレイ４０Ａの両端面から信号線４２が突出していない。このため、ＵＳユニット３０ＡはＵＳエレメント２０Ａの長辺寸法が短い。またＵＳユニット３０Ａを具備するＵＳ内視鏡２Ａは先端部３７が短い。
【００５９】
更に、ＵＳユニット３０Ａは、隣接する信号線４２の間の干渉を減少することができる。すなわち、図８に示した、ＵＳユニット３０では、ＵＳエレメント２０の長軸方向に対して平行に信号線４２Ａ、４２Ｂが引き出される。このため、信号線４２Ａ、４２Ｂは、アーチ状になり、たわみ等が生じる。たわみ量が多いと隣り合う信号線４２Ａ、４２Ｂが干渉してしまうおそれがあった。
これに対して、図１０に示すＵＳユニット３０Ａでは、切り欠き４５Ａ、４５Ｂという所定箇所の空いたスペースに１本ずつ信号線４２Ａ、４２Ｂを通すため、干渉する恐れがない。
【００６０】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態のＵＳユニット３０Ｂ、およびＵＳユニット３０Ｂを有するＵＳ内視鏡２Ｂについて説明する。ＵＳユニット３０Ｂ、ＵＳ内視鏡２Ｂは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６１】
図１１に示すように、ＵＳユニット３０ＢのＵＳアレイ４０Ｂを構成する超音波エレメント２０Ｂが２種類ある。すなわち、第１の超音波エレメント２０Ｂ１または第２の超音波エレメント２０Ｂ２のいずれかである。第１の超音波エレメント２０Ｂ１は、第１の主面２０ＳＡにシグナル電極端子５２と送受信部６０との間にグランド電極端子５１が配置されている。第２の超音波エレメント２０Ｂ２は、第１の主面２０ＳＡにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２との間に送受信部６０が配置されている。そして、第１の超音波エレメント２０Ｂ１と第２の超音波エレメント２０Ｂ２とが、グランド電極端子５１が隣り合うように、連結されている。
【００６２】
更に、２つの異なる超音波エレメント２０Ｂ１、２０Ｂ２が、短辺位置が交互に異なるように連結されているため、ＵＳアレイ４０Ｂの両端面に、複数の切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。
【００６３】
図１１に示すように、ＵＳユニット３０Ｂでは、短絡線４１が１本でよい。このため、ＵＳエレメント２０Ｂの長辺方向の寸法が、ＵＳエレメント２０よりも短い。
【００６４】
ＵＳユニット３０Ｂは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に長さが短い。また、ＵＳ内視鏡２ＢはＵＳ内視鏡２が有する効果を有し、更に先端部３７が短い。
【００６５】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態のＵＳユニット３０Ｃ、およびＵＳユニット３０Ｃを有するＵＳ内視鏡２Ｃについて説明する。ＵＳユニット３０Ｃ、ＵＳ内視鏡２Ｃは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６６】
図１２に示すように、ＵＳユニット３０ＣのＵＳエレメント２０Ｃは、１端部にシグナル電極端子５２が配置され、第１送受信部６０Ａと第２送受信部６０Ｂとに２分割された送受信部６０Ｃの中央に、グランド電極端子５１が配置されている。
【００６７】
そして、信号線（シグナル配線）４２は端部の切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。複数のグランド電極端子５１は１本の短絡線４１により接続されている。なお、短絡線４１と接続されたグランド線（不図示）は、隣り合うＵＳエレメント２０Ｃの連結部（隣り合う送受信部６０の間）を介して引き出したり、貫通配線を介して引き出したりされる。
【００６８】
ＵＳユニット３０ＣおよびＵＳ内視鏡２Ｃは、ＵＳユニット３０Ｂ等が有する効果を有する。
【００６９】
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態のＵＳユニット３０Ｄ、およびＵＳユニット３０Ｄを有するＵＳ内視鏡２Ｄについて説明する。ＵＳユニット３０Ｄ、ＵＳ内視鏡２Ｄは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７０】
図１３に示すように、ＵＳユニット３０ＤのＵＳエレメント２０Ｄは、シグナル電極端子５２の配設面およびグランド電極端子５１の配設面が、送受信部６０の表面よりも低い。そして、送受信部６０の表面の高さが、信号線４２の最大高さおよびグランド線５３（不図示）の最大高さよりも高い。すなわち、シグナル電極端子５２に信号線４２を接続し、グランド電極端子５１に短絡線４１、グランド線５３を接続しても、送受信部６０の高さを超えないように、基体であるシリコン基板１１Ｄの端部に段差が形成されている。
【００７１】
ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有する。更に、複数のＵＳエレメント２０Ｄを円筒状に配設したＵＳユニット３０Ｄは、送受信部６０の表面よりも外側に配線（ワイヤ）等が突出することない。このため、ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄの先端部３７は外径が小さい。
【００７２】
＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態のＵＳユニット３０Ｅ、およびＵＳユニット３０Ｅを有するＵＳ内視鏡２Ｅについて説明する。ＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７３】
図１４に示すように、ＵＳユニット３０ＥのＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１およびシグナル電極端子５２が配設されている。グランド電極端子５１と上部電極１６は基体であるシリコン基板１１を貫通する貫通配線４７を介して接続されており、シグナル電極端子５２と下部電極１２も貫通配線４８を介して接続されている。
【００７４】
すなわち、ＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡと第２の主面２０ＳＢを有する基体の第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が形成され、第２の主面２０ＳＢにシグナル電極端子５２およびグランド電極端子５１が形成されている。なお、貫通配線４７、４８に替えて他の配線方法、例えば側面配線により配線をシリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢまで延設してもよい。
【００７５】
図１５および図１６に示すように、ＵＳアレイ４０Ｅでは、第１の主面２０ＳＡの略中央に送受信部６０が配置されている。そして、第２の主面２０ＳＢに配設されたシグナル電極端子５２は、第１の主面２０ＳＡに配設された送受信部６０をはさんで交互に反対側の端部に直線状に配列している。一方、複数のグランド電極端子５１は、シグナル電極端子５２よりも中央側に直線状に２列に配列している。
【００７６】
そして、図８に示したＵＳアレイ４０と同様に、複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０Ｅのシグナル電極端子５２と接続されている。２本の短絡線４１は、それぞれが複数のＵＳエレメント２０Ｅのグランド電極端子５１を接続し、それぞれ１箇所が、それぞれのグランド線５３と接続されている。
なお、信号線４２およびグランド線５３は、ＵＳアレイ４０Ｅの端面から突出することがないように、ＵＳアレイ４０Ｅの内部側に延設されている。
【００７７】
ＵＳユニット３０ＥおよびＵＳ内視鏡２Ｅは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に外径が小さい。
【００７８】
＜第６実施形態の変形例＞
以下、第６実施形態の変形例１および変形例２のＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、およびＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇを有するＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇについて説明する。ＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、ＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇは、それぞれＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅと類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７９】
図１７に示すように、ＵＳユニット３０ＦのＵＳエレメント２０Ｆは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０とシグナル電極端子５２とが配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１が配設されている。
【００８０】
複数のＵＳエレメント２０Ｆは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第１の主面２０ＳＡ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の両端部には交互に短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。
【００８１】
ＵＳユニット３０ＦおよびＵＳ内視鏡２Ｆは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
【００８２】
図１８に示すように、ＵＳユニット３０ＧのＵＳエレメント２０Ｇは、第１の主面２０ＳＡの略中央部に送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２が配設されている。ここで、シグナル電極端子５２は、第２の主面２０ＳＢの略中央部に配設されている。
【００８３】
複数のＵＳエレメント２０Ｇは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第２の主面２０ＳＢ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の中央部には、短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。このため、１本の短絡線４１により全てのグランド電極端子５１を接続することができる。
【００８４】
ＵＳユニット３０ＧおよびＵＳ内視鏡２Ｇは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
【００８５】
以上の説明のように、超音波エレメントの第１の主面には、少なくもシグナル電極端子またはグランド電極端子のいずれかと、送受信部と、が配設されていればよい。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…超音波内視鏡システム、２〜２Ｇ…超音波内視鏡、３…超音波観測装置、１０…超音波セル、１１…シリコン基板、１２…下部電極、１２Ａ…下部電極部、１３…絶縁層、１４…キャビティ、１５…絶縁層、１６…上部電極、１６Ａ…上部電極部、１７…保護層、１８…メンブレン、２０…超音波エレメント、２０ＳＡ…第１の主面、２０ＳＢ…第２の主面、３０〜３０Ｇ…超音波ユニット、４０…超音波アレイ、４１…短絡線、４２…信号線、４５…切り欠き部、５１…グランド電極端子、５２…シグナル電極端子、５３…グランド線、６０…送受信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波エレメントを有する超音波ユニット、および超音波ユニットを具備する超音波内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出することができる。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは、細長い長方形の第１の主面のある複数の超音波エレメントの長辺が連結されて構成されている。それぞれの超音波エレメントには、送受信部と、信号送受信用のシグナル電極端子と、グランド電位のグランド電極端子とが長辺方向に配置されている。
【０００３】
そして、それぞれの超音波エレメントのシグナル電極端子には、それぞれ１本の信号線（同軸ケーブル芯線）が半田付け等により接続され、グランド電極端子にも１本のグランド線（同軸ケーブルシールド線）が接続されている。
【０００４】
電極端子の配設ピッチが狭い、すなわち平面視矩形の超音波エレメントの短辺の長さが短い超音波アレイでは、電極端子へのワイヤの接続作業は容易ではない。
【０００５】
特許第４３７７７８７号明細書には、中継電極を有する円筒部材を用いて超音波アレイと同軸ケーブルとを接続する振動子が開示されている。前記振動子では、それぞれの超音波エレメントの電極端子と円筒部材の中継電極端子とをワイヤで接続し、中継電極端子に同軸ケーブルを接続している。
【０００６】
しかし、電極ピッチが狭い超音波ユニットでは、中継電極端子を有する円筒部材を用いても、超音波エレメントの電極端子と中継電極とをワイヤで接続するのは容易ではないことがあった。
【０００７】
すなわち、それぞれの電極端子と外部接続用配線とを接続する必要のある、複数の超音波エレメントを狭いピッチで配列した超音波ユニットは製造が容易ではないことがあり、前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡の製造が容易ではないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４３７７７８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニットおよび製造が容易な超音波内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、
複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、
前記短絡線と接続されたグランド線と、
それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、
前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、
隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されている。
【００１１】
また別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニットおよび製造が容易な超音波内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を具備する内視鏡システムを説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波ユニットの構成を説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図５】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の上面図である。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの送受信部の図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図９】第１実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】第２実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１１】第３実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１２】第４実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの平面展開図である。
【図１３】第５実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１４】第６実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１５】第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの上面図である。
【図１６】第６実施形態の超音波ユニットの超音波アレイの下面図である。
【図１７】第６実施形態の変形例１の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【図１８】第６実施形態の変形例２の超音波ユニットの超音波エレメントの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して第１実施形態の超音波ユニット（以下、「ＵＳユニット」という）３０、および、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡（以下、「ＵＳ内視鏡」という）２について説明する。
【００１５】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すようにＵＳ内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。ＵＳ内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１６】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００１７】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下「先端部」という））３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には、超音波送受部である超音波ユニット３０が配設されている。
【００１８】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００１９】
そして、図２に示すように、超音波を送受信するＵＳユニット３０が、設けられた先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、吸引口を兼ねる鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００２０】
図３に示すように、ＵＳユニット３０は、超音波アレイ（以下「ＵＳアレイ」という）４０と、短絡線４１Ａ、４１Ｂと、グランド線５３Ａ、５３Ｂと、信号線４２Ａ、４２Ｂと、を具備する。なお、同じ構成要素のそれぞれをいうときは末尾のアルファベット１文字を省略する。例えば短絡線４１Ａ、４１Ｂのそれぞれを、短絡線４１という。また、例えば、短絡線４１Ａは先端側の短絡線４１であり、短絡線４１Ｂは基端側の短絡線４１である。
【００２１】
ＵＳアレイ４０は、複数の細長いＵＳエレメント２０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、ＵＳアレイ４０では、例えば、直径２ｍｍの円筒の側面に、短辺が０．１ｍｍ以下のＵＳエレメント２０が２００個、配設されている。
【００２２】
なお、ＵＳアレイ４０は、ラジアル型振動子群であるが、ＵＳアレイは、凸形状に湾曲したコンベックス型振動子群であってもよい。
【００２３】
複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０のシグナル電極端子５２と接続されている。短絡線４１は、複数のＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１を接続する短絡線であり、グランド線５３と接続されている。
【００２４】
複数のＵＳエレメント２０と同軸ケーブル束３５とは、短絡線４１、グランド線５３、信号線４２およびケーブル接続基板部（不図示）を介して接続されている。すなわち同軸ケーブル束３５は、複数の信号線４２と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
【００２５】
同軸ケーブル束３５は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００２６】
＜超音波アレイの構成＞
図４および図５に示すように、それぞれのＵＳエレメント２０の長方形の第１の主面２０ＳＡには、送受信部６０と、シグナル電極端子５２と、グランド電極端子５１と、が長辺方向に配置されている。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、厚さおよび大きさ等の比率は実際とは異なる。
【００２７】
ＵＳエレメント２０は、シグナル電極端子５２とグランド電極端子５１とが送受信部６０をはさんで配置されている。そして、送受信部６０とシグナル電極端子５２との間に、グランド電極端子５１が配置可能なスペースがあり、グランド電極端子５１と端面との間にはシグナル電極端子５２が配置可能なスペースがある。言い換えれば、ＵＳエレメント２０の第１の主面２０ＳＡは、送受信部６０と、２つのシグナル電極端子５２と、２つのグランド電極端子５１と、を長辺方向に配置可能である。
【００２８】
シグナル電極端子５２は、送受信部６０のシグナル電極である下部電極１２と接続されている。グランド電極端子５１は、送受信部６０のグランド電極である上部電極１６と接続されている。
【００２９】
送受信部６０は下部電極１２と上部電極１６との間に印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部６０は、超音波を受信すると、下部電極１２と上部電極１６との間に電気信号を発生する。
【００３０】
＜送受信部の構成＞
次に、図６および図７を用いて、送受信部６０の構成について説明する
【００３１】
図６に示すように、超音波ユニット３０の送受信部６０には、複数の静電容量型の超音波セル（以下、「ＵＳセル」）１０がマトリックス配置されている。ＵＳセル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００３２】
図７に示すように、ＵＳセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、シグナル電極端子５２と接続された下部電極１２と、第１絶縁層（下部絶縁層）１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された第２絶縁層（上部絶縁層）１５と、グランド電極端子５１と接続された上部電極１６と、保護層１７と、を有する。
【００３３】
すなわち、それぞれのＵＳセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している円形のシグナル電極部である下部電極部１２Ａとグランド電極部である円形の上部電極部１６Ａとを有する。複数の下部電極部１２Ａがシグナル電極である下部電極１２を構成し、複数の上部電極部１６Ａがグランド電極である上部電極１６を構成している。すなわち。同じＵＳエレメント２０に配置された複数のＵＳセル１０の下部電極部１２Ａは互いに接続されており、上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３４】
シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。シリコン基板１１の一面上に形成される下部電極１２は、金属またシリコンなどの導電性材料からなる。導電性材料はシリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極１２が形成される。
【００３５】
例えば、下部電極１２は、円形の下部電極部１２Ａと、下部電極１２の縁辺部から延設している配線部１２Ｂとからなる。配線部１２Ｂにより、下部電極部１２Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの下部電極部と接続されている。
【００３６】
下部電極１２を覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる第１絶縁層１３がＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜される。
【００３７】
そして第１絶縁層１３の上に、犠牲層材料を成膜しパターニングすることで、キャビティ１４の形状（円柱状）の犠牲層が形成される。
【００３８】
犠牲層の厚さは、キャビティ１４の高さとなるために、例えば、０．０５〜０．３μｍであり、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス（ＰＳＧ：含リン酸化シリコン）、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
【００３９】
犠牲層パターンが形成された第１絶縁層１３の上面に、第２絶縁層１５が、例えば第１絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。
【００４０】
そして、第２絶縁層１５の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部（不図示）が形成される。
【００４１】
次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ１４が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液（バッファードＨＦ溶液）を用いる。
【００４２】
次に、上部電極部１６Ａと配線部１６Ｂとからなる上部電極１６が、下部電極１２と同様に形成される。例えば、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａは、キャビティ１４と略同径である。
【００４３】
キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの形状も多角形とすることが好ましい。
【００４４】
最後に、上部電極１６を覆う保護層１７が形成される。保護層１７は、第２絶縁層１５と同様の方法および同様の材料により形成される絶縁層である。なお、保護層１７はＳｉＮ等からなる絶縁層の上に、更にポリパラキシリレン等の生体適合性のある外皮膜が形成された２層構造であってもよい。
【００４５】
図７に示す上記構造のＵＳセル１０では、キャビティ１４の直上領域の、第２絶縁層１５と上部電極１６と保護層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００４６】
＜超音波アレイおよび超音波ユニットの構成＞
図８は、ＵＳユニット３０の平面展開図、すなわち、ラジアル面（円筒側面）に配列している複数のＵＳエレメント２０を平面状態で示した説明図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【００４７】
すでに説明したように、ＵＳアレイ４０の複数のＵＳエレメント２０は、それぞれの長辺が連結されている。そして図８に示すように、同じ構成の複数のＵＳエレメント２０が、それぞれのシグナル電極端子５２と、隣り合うＵＳエレメント２０のグランド電極端子５１と、が隣り合うように、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。
【００４８】
すなわち、複数の同じ構造のＵＳエレメント２０を、配設方向を変えながら連接することでＵＳアレイ４０は作製される。このため、ＵＳアレイ４０は作製が容易である。
【００４９】
そして、ＵＳアレイ４０の両端面側には、ＵＳエレメント１個おきにシグナル電極端子５２が直線状に配列している。このため、それぞれの端面側におけるシグナル電極端子５２の配設間隔（ピッチ）Ｐ１は、連続してシグナル電極端子５２が配列している従来のＵＳアレイの２倍である。また、送受信部６０の左右に、ＵＳエレメント１個おきに、グランド電極端子５１が直線状に配列している。
【００５０】
なお、ＵＳアレイ４０は３次元の曲面状に配置されている。このために、「直線状」とは、厳密には、「円弧状」または「２次元平面に投影したときの配置が直線状」という意味である。
【００５１】
ＵＳユニット３０は、シグナル電極端子５２の配設ピッチＰ１が広いため、信号線４２とシグナル電極端子５２との接続が容易である。このため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
【００５２】
なお、複数の信号線４２は、それぞれが１本のケーブル（ワイヤ）でもよいし、フレキシブル配線板に複数の信号線４２が配設されていてもよい。接続方法は、例えば、はんだ接合によるが、接続部の接続強度を高くすることが容易であるため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２は信頼性が高い。
【００５３】
また、複数のグランド電極端子５１が直線状に配列しているため、２本の短絡線４１Ａ、４１Ｂにより、全てのグランド電極端子５１を接続することができる。そして、それぞれの短絡線４１は少なくとも１箇所でグランド線５３と接続されているだけである。
【００５４】
短絡線４１は、線状またはリボン状のアルミニウムまたは銅等の導体からなり、超音波または熱等の公知の方法によりグランド電極端子５１と接続される。または、アルミニウムまたは銅等の導体からなる導電膜を、例えばメタルマスクを介して成膜することで短絡線４１を形成してもよい。前記導電膜は、スパッタ法、蒸着法またはめっき法により成膜できる。
【００５５】
複数のグランド電極端子５１を、それぞれのグランド線５３と接続する必要がないため、超音波ユニット３０は製造が容易であり、超音波ユニット３０を有する超音波内視鏡２は製造が容易である。
【００５６】
なお、超音波エレメントが、複数の静電容量型のＵＳセル１０を配列した送受信部６０に替えて、ＰＺＴ等の圧電層を積層した送受信部を有していても、同様の効果を有することは明らかである。
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態のＵＳユニット３０Ａ、およびＵＳユニット３０Ａを有するＵＳ内視鏡２Ａについて説明する。ＵＳユニット３０Ａ、ＵＳ内視鏡２Ａは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００５７】
図１０に示すように、ＵＳユニット３０ＡのＵＳアレイ４０Ａは、複数の超音波エレメント２０Ａが、超音波アレイ４０Ａの両端面における短辺位置がに交互に異なるように連結されている。このため、超音波アレイ４０Ａの両端面には切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側、すなわち円筒状の超音波アレイ４０Ａの内部側に延設されている。
【００５８】
ＵＳユニット３０Ａは、ＵＳユニット３０と同様の効果を有する。更に超音波アレイ４０Ａの両端面から信号線４２が突出していない。このため、ＵＳユニット３０ＡはＵＳエレメント２０Ａの長辺寸法が短い。またＵＳユニット３０Ａを具備するＵＳ内視鏡２Ａは先端部３７が短い。
【００５９】
更に、ＵＳユニット３０Ａは、隣接する信号線４２の間の干渉を減少することができる。すなわち、図８に示した、ＵＳユニット３０では、ＵＳエレメント２０の長軸方向に対して平行に信号線４２Ａ、４２Ｂが引き出される。このため、信号線４２Ａ、４２Ｂは、アーチ状になり、たわみ等が生じる。たわみ量が多いと隣り合う信号線４２Ａ、４２Ｂが干渉してしまうおそれがあった。
これに対して、図１０に示すＵＳユニット３０Ａでは、切り欠き４５Ａ、４５Ｂという所定箇所の空いたスペースに１本ずつ信号線４２Ａ、４２Ｂを通すため、干渉する恐れがない。
【００６０】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態のＵＳユニット３０Ｂ、およびＵＳユニット３０Ｂを有するＵＳ内視鏡２Ｂについて説明する。ＵＳユニット３０Ｂ、ＵＳ内視鏡２Ｂは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６１】
図１１に示すように、ＵＳユニット３０ＢのＵＳアレイ４０Ｂを構成する超音波エレメント２０Ｂが２種類ある。すなわち、第１の超音波エレメント２０Ｂ１または第２の超音波エレメント２０Ｂ２のいずれかである。第１の超音波エレメント２０Ｂ１は、第１の主面２０ＳＡにシグナル電極端子５２と送受信部６０との間にグランド電極端子５１が配置されている。第２の超音波エレメント２０Ｂ２は、第１の主面２０ＳＡにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２との間に送受信部６０が配置されている。そして、第１の超音波エレメント２０Ｂ１と第２の超音波エレメント２０Ｂ２とが、グランド電極端子５１が隣り合うように、連結されている。
【００６２】
更に、２つの異なる超音波エレメント２０Ｂ１、２０Ｂ２が、短辺位置が交互に異なるように連結されているため、ＵＳアレイ４０Ｂの両端面に、複数の切り欠き部４５Ａ、４５Ｂが形成されている。そして、信号線４２が切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。
【００６３】
図１１に示すように、ＵＳユニット３０Ｂでは、短絡線４１が１本でよい。このため、ＵＳエレメント２０Ｂの長辺方向の寸法が、ＵＳエレメント２０よりも短い。
【００６４】
ＵＳユニット３０Ｂは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に長さが短い。また、ＵＳ内視鏡２ＢはＵＳ内視鏡２が有する効果を有し、更に先端部３７が短い。
【００６５】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態のＵＳユニット３０Ｃ、およびＵＳユニット３０Ｃを有するＵＳ内視鏡２Ｃについて説明する。ＵＳユニット３０Ｃ、ＵＳ内視鏡２Ｃは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６６】
図１２に示すように、ＵＳユニット３０ＣのＵＳエレメント２０Ｃは、１端部にシグナル電極端子５２が配置され、第１送受信部６０Ａと第２送受信部６０Ｂとに２分割された送受信部６０Ｃの中央に、グランド電極端子５１が配置されている。
【００６７】
そして、信号線（シグナル配線）４２は端部の切り欠き部４５を介して第２の主面２０ＳＢの側に延設されている。複数のグランド電極端子５１は１本の短絡線４１により接続されている。なお、短絡線４１と接続されたグランド線（不図示）は、隣り合うＵＳエレメント２０Ｃの連結部（隣り合う送受信部６０の間）を介して引き出したり、貫通配線を介して引き出したりされる。
【００６８】
ＵＳユニット３０ＣおよびＵＳ内視鏡２Ｃは、ＵＳユニット３０Ｂ等が有する効果を有する。
【００６９】
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態のＵＳユニット３０Ｄ、およびＵＳユニット３０Ｄを有するＵＳ内視鏡２Ｄについて説明する。ＵＳユニット３０Ｄ、ＵＳ内視鏡２Ｄは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７０】
図１３に示すように、ＵＳユニット３０ＤのＵＳエレメント２０Ｄは、シグナル電極端子５２の配設面およびグランド電極端子５１の配設面が、送受信部６０の表面よりも低い。そして、送受信部６０の表面の高さが、信号線４２の最大高さおよびグランド線５３（不図示）の最大高さよりも高い。すなわち、シグナル電極端子５２に信号線４２を接続し、グランド電極端子５１に短絡線４１、グランド線５３を接続しても、送受信部６０の高さを超えないように、基体であるシリコン基板１１Ｄの端部に段差が形成されている。
【００７１】
ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有する。更に、複数のＵＳエレメント２０Ｄを円筒状に配設したＵＳユニット３０Ｄは、送受信部６０の表面よりも外側に配線（ワイヤ）等が突出することない。このため、ＵＳユニット３０ＤおよびＵＳ内視鏡２Ｄの先端部３７は外径が小さい。
【００７２】
＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態のＵＳユニット３０Ｅ、およびＵＳユニット３０Ｅを有するＵＳ内視鏡２Ｅについて説明する。ＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅは、それぞれＵＳユニット３０、ＵＳ内視鏡２と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７３】
図１４に示すように、ＵＳユニット３０ＥのＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１およびシグナル電極端子５２が配設されている。グランド電極端子５１と上部電極１６は基体であるシリコン基板１１を貫通する貫通配線４７を介して接続されており、シグナル電極端子５２と下部電極１２も貫通配線４８を介して接続されている。
【００７４】
すなわち、ＵＳエレメント２０Ｅは、第１の主面２０ＳＡと第２の主面２０ＳＢを有する基体の第１の主面２０ＳＡに送受信部６０が形成され、第２の主面２０ＳＢにシグナル電極端子５２およびグランド電極端子５１が形成されている。なお、貫通配線４７、４８に替えて他の配線方法、例えば側面配線により配線をシリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢまで延設してもよい。
【００７５】
図１５および図１６に示すように、ＵＳアレイ４０Ｅでは、第１の主面２０ＳＡの略中央に送受信部６０が配置されている。そして、第２の主面２０ＳＢに配設されたシグナル電極端子５２は、第１の主面２０ＳＡに配設された送受信部６０をはさんで交互に反対側の端部に直線状に配列している。一方、複数のグランド電極端子５１は、シグナル電極端子５２よりも中央側に直線状に２列に配列している。
【００７６】
そして、図８に示したＵＳアレイ４０と同様に、複数の信号線４２は、それぞれが、１個のＵＳエレメント２０Ｅのシグナル電極端子５２と接続されている。２本の短絡線４１は、それぞれが複数のＵＳエレメント２０Ｅのグランド電極端子５１を接続し、それぞれ１箇所が、それぞれのグランド線５３と接続されている。
なお、信号線４２およびグランド線５３は、ＵＳアレイ４０Ｅの端面から突出することがないように、ＵＳアレイ４０Ｅの内部側に延設されている。
【００７７】
ＵＳユニット３０ＥおよびＵＳ内視鏡２Ｅは、ＵＳユニット３０等が有する効果を有し、更に外径が小さい。
【００７８】
＜第６実施形態の変形例＞
以下、第６実施形態の変形例１および変形例２のＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、およびＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇを有するＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇについて説明する。ＵＳユニット３０Ｆ、３０Ｇ、ＵＳ内視鏡２Ｆ、２Ｇは、それぞれＵＳユニット３０Ｅ、ＵＳ内視鏡２Ｅと類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７９】
図１７に示すように、ＵＳユニット３０ＦのＵＳエレメント２０Ｆは、第１の主面２０ＳＡに送受信部６０とシグナル電極端子５２とが配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１が配設されている。
【００８０】
複数のＵＳエレメント２０Ｆは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第１の主面２０ＳＡ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の両端部には交互に短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。
【００８１】
ＵＳユニット３０ＦおよびＵＳ内視鏡２Ｆは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
【００８２】
図１８に示すように、ＵＳユニット３０ＧのＵＳエレメント２０Ｇは、第１の主面２０ＳＡの略中央部に送受信部６０が配設されており、第２の主面２０ＳＢにグランド電極端子５１とシグナル電極端子５２が配設されている。ここで、シグナル電極端子５２は、第２の主面２０ＳＢの略中央部に配設されている。
【００８３】
複数のＵＳエレメント２０Ｇは交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されている。このため、第２の主面２０ＳＢ側の端部には交互に信号線４２と接続されるシグナル電極端子５２が配置されている。また第２の主面２０ＳＢ側の中央部には、短絡線４１と接続されるグランド電極端子５１が直線状に配置されている。このため、１本の短絡線４１により全てのグランド電極端子５１を接続することができる。
【００８４】
ＵＳユニット３０ＧおよびＵＳ内視鏡２Ｇは、ＵＳユニット３０Ｅ等が有する効果を有し、更に長さが短い。
【００８５】
以上の説明のように、超音波エレメントの第１の主面には、少なくもシグナル電極端子またはグランド電極端子のいずれかと、送受信部と、が配設されていればよい。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…超音波内視鏡システム、２〜２Ｇ…超音波内視鏡、３…超音波観測装置、１０…超音波セル、１１…シリコン基板、１２…下部電極、１２Ａ…下部電極部、１３…絶縁層、１４…キャビティ、１５…絶縁層、１６…上部電極、１６Ａ…上部電極部、１７…保護層、１８…メンブレン、２０…超音波エレメント、２０ＳＡ…第１の主面、２０ＳＢ…第２の主面、３０〜３０Ｇ…超音波ユニット、４０…超音波アレイ、４１…短絡線、４２…信号線、４５…切り欠き部、５１…グランド電極端子、５２…シグナル電極端子、５３…グランド線、６０…送受信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、
複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、
前記短絡線と接続されたグランド線と、
それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、
前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、
隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されていることを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
１本の前記短絡線と接続される前記複数のグランド電極端子が直線状に配列していることを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記送受信部と前記シグナル電極端子と前記グランド電極端子の配置形態が同じ複数の超音波エレメントが、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記超音波エレメントの第１の主面に、少なくとも前記シグナル電極端子または前記グランド電極端子のいずれかと、前記送受信部と、が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記超音波エレメントの第１の主面に、前記送受信部と、前記シグナル電極端子と、前記グランド電極端子と、が配設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
前記複数の超音波エレメントが、
前記シグナル電極端子と前記送受信部との間に、前記グランド電極端子が配置された複数の第１の超音波エレメントと、
前記グランド電極端子と前記シグナル電極端子との間に、前記送受信部が配置された複数の第２の超音波エレメントと、からなり、
前記第１の超音波エレメントと前記第２の超音波エレメントとが、前記グランド電極端子が隣り合うように、連結されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波ユニット。
【請求項８】
前記複数の超音波エレメントが、前記超音波アレイの両端面に、複数の切り欠き部を形成するように、交互に短辺位置が異なるように連結されており、
前記信号線が、前記切り欠き部を介して第２の主面側に延設されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の超音波ユニット。
【請求項９】
前記送受信部の表面の高さが、前記信号線の最大高さおよび前記グランド線の最大高さよりも高いことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項１０】
前記送受信部に複数の超音波セルが配設されており、それぞれの前記超音波セルがキャビティを介して対向配置しているシグナル電極部とグランド電極部とを有し、複数の前記シグナル電極部が前記シグナル電極を構成し、複数の前記グランド電極部が前記グランド電極を構成していることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項１】
送受信部と、シグナル電極端子と、グランド電極端子と、が配設された複数の超音波エレメントを有し、前記複数の超音波エレメントのそれぞれの長辺が連結されている超音波アレイと、
複数の前記グランド電極端子と接続された少なくとも１本の短絡線と、
前記短絡線と接続されたグランド線と、
それぞれが１個の前記シグナル電極端子と接続された複数の信号線と、を具備し、
前記送受信部は、超音波を送受信するためのシグナル電極とグランド電極とを有し、前記シグナル電極が前記シグナル電極端子に接続されているとともに、前記グランド電極が前記グランド電極端子に接続されており、
隣り合う前記超音波エレメントが、それぞれの前記シグナル電極端子が長方形の前記送受信部をはさんで長辺方向の反対側に交互に配置されるように連結されていることを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
１本の前記短絡線と接続される前記複数のグランド電極端子が直線状に配列していることを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記送受信部と前記シグナル電極端子と前記グランド電極端子の配置形態が同じ複数の超音波エレメントが、交互に長辺方向が１８０度回転した状態で連結されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記超音波エレメントの第１の主面に、少なくとも前記シグナル電極端子または前記グランド電極端子のいずれかと、前記送受信部と、が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記超音波エレメントの第１の主面に、前記送受信部と、前記シグナル電極端子と、前記グランド電極端子と、が配設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
前記複数の超音波エレメントが、
前記シグナル電極端子と前記送受信部との間に、前記グランド電極端子が配置された複数の第１の超音波エレメントと、
前記グランド電極端子と前記シグナル電極端子との間に、前記送受信部が配置された複数の第２の超音波エレメントと、からなり、
前記第１の超音波エレメントと前記第２の超音波エレメントとが、前記グランド電極端子が隣り合うように、連結されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波ユニット。
【請求項８】
前記複数の超音波エレメントが、前記超音波アレイの両端面に、複数の切り欠き部を形成するように、交互に短辺位置が異なるように連結されており、
前記信号線が、前記切り欠き部を介して第２の主面側に延設されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の超音波ユニット。
【請求項９】
前記送受信部の表面の高さが、前記信号線の最大高さおよび前記グランド線の最大高さよりも高いことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項１０】
前記送受信部に複数の超音波セルが配設されており、それぞれの前記超音波セルがキャビティを介して対向配置しているシグナル電極部とグランド電極部とを有し、複数の前記シグナル電極部が前記シグナル電極を構成し、複数の前記グランド電極部が前記グランド電極を構成していることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−１３５７０（Ｐ２０１３−１３５７０Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８５９３（Ｐ２０１１−１４８５９３）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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