超音波探触子及び超音波探触子の作製方法
【課題】圧電素子を採用した積層圧電素子２Ｄアレイが生成する超音波信号の強度を高くするには、超音波の受信方向に対して垂直方向に、各々の圧電素子を精度よく位置決めする必要がある。そこで、各々の圧電素子を精度よく位置決めすることで、高い強度の超音波信号を生成する超音波探触子及びその作製方法を提供する。
【解決手段】所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、所定形状を有する裏面電極とを有する有機圧電膜を平行に複数備える超音波探触子であって、前記複数の有機圧電膜を所定の入射光が透過する率を５％以上とする。
【解決手段】所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、所定形状を有する裏面電極とを有する有機圧電膜を平行に複数備える超音波探触子であって、前記複数の有機圧電膜を所定の入射光が透過する率を５％以上とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び超音波探触子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、体内の血流や体組織の断面形状の画像化に広く使われている。超音波診断装置は、生体組織に超音波を細いビームに絞り込みつつ送信し、組織界面のインピーダンス差によって生じる反射エコーを受信し、体内組織の画像形成を行う。
【０００３】
超音波診断装置においては、通常、１次元方向に超音波振動子を配列した１Ｄアレイ型探触子によって超音波を２次元方向にスキャンし、体内断面画像の形成を行っている。この１Ｄアレイ型探触子に対して、配列方向と直行した方向にもビームを走査することで臓器や血流の３次元画像を得ることを目的とした超音波探触子が登場している。３次元画像形成用の超音波探触子は、１Ｄアレイをアレイ配列方向と直行する方向に機械的に揺動させるメカニカルタイプと、２次元方向に超音波振動子を配列した２Ｄアレイのタイプに分けられる。メカニカルタイプは機械駆動系を持つため、フレームレートや質量などの問題があり、次世代超音波探触子の本命は２Ｄアレイのタイプと考えられている。
【０００４】
超音波探触子においては、無機圧電素子を利用した超音波振動子の採用が主流であった。また、小型で高性能の探触子を得るために、一つの無機圧電素子を積層して単一の超音波探触子を作製した後、平面状に配列して２Ｄアレイを作製する積層圧電素子２Ｄアレイが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
一方、無機圧電素子に比べて、高調波成分を含む超音波の受信に威力を発揮する有機圧電膜を積層した超音波受信用有機圧電素子を採用した超音波探触子も知られており、有機圧電膜であるポリ尿素膜と電極であるアルミニウムの蒸着を交互に繰り返して有機圧電素子を作製することも提案されている。（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３８４００号公報
【特許文献２】国際公開第０７／１４５０７３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層圧電素子２Ｄアレイにおいて超音波信号の受信感度を高くしたり送信強度を高くするには、超音波の送受信方向に対して垂直方向に、各々の圧電素子を精度よく位置決めして、各々の圧電素子が送受信する超音波の位相を揃える必要がある。また、積層される単一の超音波探触子の外形形状や、積層される単一の超音波探触子を構成する各無機圧電素子の自体の外形に対する位置精度を、高く保つ必要がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているような、圧電素子を積層する工程や、外形加工する工程は、機械的な工程であることから、圧電素子の外形形状の加工精度や、積層される圧電素子相互の位置精度を高くすることは難しい。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているような、有機圧電膜と電極の蒸着を交互に繰り返して有機圧電素子を作製する場合にあっては、繰り返される電極の形成位置が複数層の電極のそれぞれにおいて、超音波の送受信方向に対して垂直方向に精度よく位置決めされていることが求められる。
【０００９】
本発明の目的は、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成、あるいは超音波信号に対する高い受信感度を有する超音波探触子、及びその作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
１．光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように積層されたことを特徴とする超音波探触子。
２．前記表面電極と前記裏面電極の少なくとも一方に接続され、前記第１の有機圧電素子の有機圧電膜又は前記第２の有機圧電素子の有機圧電膜を貫通している信号線を有することを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
３．前記表面電極及び前記裏面電極の少なくとも一方は、一つの前記有機圧電膜上に複数形成されていることを特徴とする前記１または２記載の超音波探触子。
４．光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を形成する工程と、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように、前記有機圧電膜に参照光を照射して位置合わせしながら積層する工程とを含むことを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、積層される有機圧電膜それぞれの、所定波長光の透過率を５％以上としているので、積層される各有機圧電膜に形成された電極同士の位置合わせを、有機圧電膜の透過光を用いて行うことができるので、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成、あるいは超音波信号に対する高い受信感度を有する超音波探触子を容易に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１３】
なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
［第１の実施形態］
本発明に係る超音波探触子の第１の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る超音波探触子の概要斜視図である。送受別体積層型超音波探触子６７は、支持部材であるバッキング１４４上に、無機圧電素子アレイ１４及び積層有機圧電素子アレイ６６を、整合層１３を介してこの順に積層した構造を有し、さらに後述する音響整合層を積層有機圧電素子アレイ６６上に有する。本実施の形態においては、受信側の圧電素子は積層有機圧電素子アレイ６６であり、送信側の圧電素子は無機圧素子アレイ１４である。
【００１５】
積層有機圧電素子アレイ６６は、後述する有機圧電膜１００の表裏面それぞれに二次元方向に電極を配列した６枚の有機圧電素子アレイ１２−１〜１２−６を積層してなる。ここで、有機圧電素子アレイ１２−１〜１２−６はそれぞれ同様の構造を有しており、以下の説明において有機圧電素子アレイ１２とする。
【００１６】
積層される有機圧電素子アレイ１２の枚数は、積層有機圧電素子アレイ６６に要求される超音波受信性能に基づいて適宜に採用される。
【００１７】
積層有機圧電素子アレイ６６の下部には、信号線１４６等を導通させる異方性導電フィルムＡＣＦ１、音響インピーダンスを整合させる整合層１３を配置する。整合層１３の下部には無機圧電素子アレイ１４を配置する。無機圧電素子アレイ１４は、ダイシングで絶縁樹脂を溝加工したダイシング溝埋め込み絶縁樹脂１４２に、所定の形状に加工されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の無機圧電材料１４ｂを嵌め込み、無機圧電素子アレイ１４上に電圧を印加する共通電極１４ａを形成したものである。無機圧電素子アレイ１４の下部には、信号線１４６等を導通させる異方性導電フィルムＡＣＦ２とバッキング１４４を配置する。
【００１８】
有機圧電素子アレイ１２の詳細について説明する。図２は、有機圧電素子アレイ１２の斜視図である。図３は、有機圧電素子アレイ１２の三面図である。有機圧電素子アレイ１２は、フッ化ビニリデン−フッ化オレフィン共重合体、ポリ尿素等の有機圧電膜１００の表裏面に、金属蒸着膜等の表面電極１０２と、裏面電極１０３とがそれぞれ二次元方向に配列されて複数形成されている。有機圧電膜１００が超音波を受信すると、表面電極１０２と裏面電極１０３の間に電界が発生し、圧電効果に基づき、表面電極１０２と裏面電極１０３の間に電圧が発生する。
【００１９】
本実施の形態においては、無機圧電素子アレイ１４のように、複数の無機圧電材料１４ｂを二次元方向に配列したものとは異なり、単一の有機圧電膜１００上に複数の電極が二次元方向に配列されて有機圧電素子アレイ１２が形成されている。
【００２０】
表面電極１０２と裏面電極１０３には、後述するように、受信した超音波信号を伝達する信号線１４６等を接続する部分である信号線接続部１０４、１０５を設ける。信号線１４６は有機圧電膜１００に対して垂直方向に、表面電極１０２と裏面電極１０３を貫通させる。また、表面電極１０２と裏面電極１０３とが導通しないように、信号線接続部１０４、１０５を表裏で重ならないように配置する。信号線１４６を貫通させることで、表面電極１０２と裏面電極１０３の数が多くとも容易に配線することができる。
【００２１】
積層有機圧電素子アレイ６６の最上部には、最上部の有機圧電素子アレイ１２−１の表面に、所定形状で形成した電極膜を、共通電極１１１として形成する。
【００２２】
以上のような構造を採用することで、高い受信感度で超音波信号を受信することが可能な超音波探触子を提供することができる。
（送受別体積層型超音波探触子６７の作製方法）
続いて、送受別体積層型超音波探触子６７の作製方法について図４から図８を用いて説明する。有機圧電膜は、無機圧電体と異なり、容易に電極膜形成が可能であることから、多数の電極を形成したフィルム状の有機圧電素子アレイを重ね合わせることで、高い受信感度を確保することが可能である。
【００２３】
図４は送受別体積層型超音波探触子６７の作製の概要を示すフロー図である。
【００２４】
ステップＳ１０において、有機圧電膜１００に表面電極１０２及び裏面電極１０３をそれぞれ二次元方向に複数形成して有機圧電素子アレイ１２を作製する。図９を用いて有機圧電素子アレイ１２の作製方法を説明する。図９（ａ）は有機圧電素子アレイ１２の各電極の作製に用いるマスクの概略構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は表面電極と裏面電極の位置を合わせるためのマスクの位置合わせ装置の概要を示す斜視図であり、図９（ｃ）はマスクの位置合わせ装置の概略構成を示す断面図であり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の装置におけるマスクのｘ方向位置と受光素子の出力との関係を示すグラフである。
【００２５】
有機圧電膜１００の作製方法としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（以下「ＰＶＤＦ」と略す。）、を基板上に塗布し、乾燥して得る方法を採用することができる。
【００２６】
表面電極１０２と裏面電極１０３の形成は、真空成膜法である蒸着法やスパッタリング法を採用する。電極の材料としては、電気を導通する材料であるならば、種類を問わない。Ｎｉ合金、金、銀、アルミなどは、入手容易性、低コスト、作製容易性の面で好適である。電極の形状としては、四角形状、円形状等、特に問わず、有機圧電膜１００に電界を形成できる一定の面積を有する形状であればよい。
【００２７】
各電極の形状は真空成膜法を実施する際のマスク形状がそのまま写し込まれる。図９（ａ）に示すように、有機圧電膜１００上に電極形状に抜き取った抜き型マスクを配置し、抜き型マスク４０２を通して成膜を行う。なお、成膜を行う際には有機圧電膜１００の温度特性を考慮し、熱ダメージを与えない温度設定を行う。フォトリソグラフィー法を用いてレジストなどからなるマスクを有機圧電膜１００上に形成した後に成膜を行い、リフトオフなどの手法を用いてマスクを除去してもよい。フォトリソグラフィー法を採用する際には、有機圧電膜１００に熱ダメージを与えないように、レジストのベーキングは実施しないことが好ましい。なお、有機圧電膜１００の厚みは、約４０μｍである。
【００２８】
表面電極１０２と裏面電極１０３の位置合わせについては、裏面電極１０３を先に作製し、裏面電極１０３に合わせて表面電極１０２を位置決めする。位置合わせは、図９（ｂ）に示すように透過光を利用して、座標軸であるｘ、ｙ毎に行う。
【００２９】
最初にｘ方向における位置合わせを行う、図９（ａ）に示すように、裏面電極１０３を形成した有機圧電膜１００上に抜き型マスク４０２を配置する。次に、図９（ｂ）に示すマスクの位置合わせ装置４００を用いて、図示しないレーザ光源により、ｘ方向に長手方向を有し、一方向に収束された参照光４０３を抜き型マスク４０２における信号線接続部１０４に相当するマスク部４０５以外の部分全体に渡るように照射する。図９（ｃ）に示すように、抜き型マスク４０２を透過し、裏面電極１０３の周囲を透過した参照光４０３ａは受光素子１１２で受光され、光電変換されて図示しない演算処理部４１０において抜き型マスク４０２のｘ方向位置と受光素子１１２の出力Ｐ１との関係が図９（ｄ）に示すように得られる。抜き型マスク４０２と、裏面電極１０３の位置が、ちょうど重なる位置ｘ０になると、受光素子１１２の出力Ｐ１は最も少なくなる。次に同様に、抜き型マスク４０２のｙ方向の位置調整を行う。参照光４０３は、長手方向がｙ方向になるようにし、抜き型マスク４０２をｙ方向に調整し、受光素子１１２の出力Ｐ１が最も少なくなる地点を探し出し、位置決めを行う。このようにｘ、ｙの両方向で位置決めを終了した後に、表面電極１０２の真空成膜を行う。
【００３０】
図４に戻り、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で作製した有機圧電素子アレイ１２を複数積層配置する。有機圧電素子アレイ１２の積層形成の概要を図５を用いて説明する。図５（ａ）は有機素子アレイ１２同士を配置する際の位置関係を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、有機圧電素子アレイ１２を複数（ｍ個）配置した状態を示す断面図である。なお、図中の符号における添字は各有機圧電膜１００に対応する数字である。
【００３１】
本実施の形態に係る有機圧電膜１００は、セラミック等の無機圧電素子とは異なり、光を透過させる性質を有するので、図中上部の有機圧電膜１００−１を通して図中下部の有機圧電膜１００−２を目視でき、後述するように、電極の位置合わせを光学的な手法を用いて実施することが可能である。
【００３２】
有機圧電素子アレイ１２を積層配置する際に、積層する有機圧電素子アレイ１２同士の間で、表面電極１０２と裏面電極１０３を図示しない導電性接着剤を用いて電気的に接続する。
【００３３】
有機圧電素子アレイ１２同士を積層する積層方法の詳細について図１０を用いて説明する。
【００３４】
超音波探触子が受信する超音波信号の強度を高めるには、上下の有機圧電素子アレイ１２間の電極が膜面に垂直な方向に揃っている必要があることから、電極の位置に基づいた位置合わせを行う。図１０は、複数積層した有機圧電素子アレイ１２の位置合わせ装置の概要を示す部分斜視図である。
【００３５】
各有機圧電膜１００を積層する前に、導電性接着剤を各電極の表面に塗布しておく。
【００３６】
図９で説明した方法と同様に、圧電素子アレイ位置合わせ装置６００を用いて、図示しないレーザ光源により、ｘ方向に長手方向を有し、一方向に収束された参照光６０１を上部の有機圧電膜１００−１の上方から、表面電極１０２−１における信号線接続部４０５−１以外の部分全体に渡るように照射する。表面電極１０２−１と裏面電極１０３−１に一部を遮光された参照光６０１は、下部に位置する有機圧電膜１００−２の表面電極１０２−２と裏面電極１０３−１にさらに一部を遮光され、受光素子６０２で受光され、光電変換されて図示しない演算処理部４１０において有機圧電膜１００−１、１００−２のｘ方向位置と受光素子６０２の出力Ｐ２との関係が図１０（ｂ）に示すように得られる。有機圧電膜１００−１と、有機圧電膜１００−２の位置が、ちょうど重なる位置ｘ１になると、受光素子６０２の出力Ｐ２は最も少なくなる。次に同様に、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置調整を行う。参照光６０１は、長手方向をｙ方向になるようにし、有機圧電膜１００−１をｙ方向に調整し、受光素子６０２の出力Ｐ２が最も少なくなる地点を探し出し、位置決めを行う。
【００３７】
受光素子６０２としては、入手性、取り扱い性等を考慮して、フォトダイオード６０２ａを用いることが好ましい。フォトダイオード６０２ａの出力は、一般的にショットノイズが主原因となって時間的にやや不安定となる。図１０（ｂ）に示す位置ｘ１は時間的に不安定となり、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置調整における誤差要因となる。有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度は、数μｍ以内に収める必要がある。一方、ショットノイズは参照光の光強度に反比例する。そのため、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度は、参照光６０１の光強度に依存する。そこで、実験を行ったところで、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度を数μｍ以内に収めるには、フォトダイオード６０２ａに入射させる光強度は２．５ｍＷ必要であることが判明した。高光強度のフォトダイオード６０２ａとしては５０ｍＷが一般的であることから、有機圧電膜１００−１、１００−２を参照光が透過する率はそれぞれ５％以上であることが望ましい。複数の有機圧電膜を用いる場合には、それぞれの有機圧電膜１００を透過する光の率が５％以上であることが望ましく、積層した全ての有機圧電膜１００を透過する光の率が５％以上であることがより好ましい。なお、参照光の波長はフォトダイオード６０２ａが有する分光感度に応じて適宜に選択すればよい。
【００３８】
図４に戻り、ステップＳ１２において、積層した有機圧電素子アレイ１２の各表面電極１０２と各裏面電極１０３の間に、積層した各有機圧電膜１００毎に分極方向が交互になるように、予め電圧を印加して分極を行う。分極することで、各有機圧電膜１００の分極方向を揃えることができ、受信する超音波信号の強度を大きくすることができる。
【００３９】
次にステップＳ１３において、積層した有機圧電素子アレイ１２を、ステップＳ１１で塗布された導電性接着剤を固化することで固定する。導電性接着剤が加熱性のタイプであれば積層された有機圧電素子アレイ１２全体をオーブンに入れるなどして加熱し、導電性接着剤が圧着性のタイプであれば積層された有機圧電素子アレイ１２全体に圧力を付与することで、導電性接着剤を固化させる。
【００４０】
なお、有機圧電素子アレイ１２を積層配置する前に、各々の素子アレイ１２を構成する有機圧電膜１００を分極した後に、積層する各有機圧電膜１００毎に分極方向が交互になるように積層配置してもよい。
【００４１】
次にステップＳ１４において、信号線６４の配線を行う。図６はステップＳ１４における信号線の配線方法を示す概要斜視図であり、図７は積層有機圧電素子アレイ６６における共通電極１１１の概要斜視図である。信号線６４の配線は、図６に示すように信号線６４を、有機圧電膜１００に貫通させる形で形成する。なお、図６においては、簡単化のため表面電極１０２と裏面電極１０３が各１つ形成されている有機圧電素子アレイ１２を６つ用いて示した。
【００４２】
また、同図では、模式的に各積層有機圧電素子アレイ１２の間に空間を設けてあるが、有機圧電素子アレイ１２同士の間は近接させることが望ましい。
【００４３】
信号線６４を貫通させた後、積層配置した有機圧電素子アレイ１２−１から１２−６を、バッキング６３に結合された異方性導電フィルムＡＣＦに当接させ、信号線６５と信号線６４とを導通させ、積層有機圧電素子アレイ６６を完成させる。
【００４４】
なお、図７に示すように、表面電極１０２と裏面電極１０３とが、二次元方向に複数形成された有機圧電素子アレイ１２においては、積層有機圧電素子アレイ６６における最上部の有機圧電素子アレイ１２上の電極を、共通電極１１１を用いて共通化させてもよい。
【００４５】
図４に戻り、ステップＳ１５において、図８に示すように、生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１を形成する。図８は、生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１の概要斜視図である。さらに、図示しない絶縁体でモールドする。
【００４６】
以上のように、有機圧電膜１００の表裏面に電極を作製し、膜面に垂直方向に信号線６４を形成し、バッキング６３に結合して積層有機圧電素子アレイ６６を作製する。広い電極面積の有機圧電膜を積層形成して積層有機圧電素子２Ｄアレイの素子容量が向上でき、高い強度の超音波信号を受信する超音波探触子を提供することができる。
【００４７】
なお、上記のバッキング６３にはバッキング６３を採用したところを、図１１に概要を示すように、導電性の微細ドリル１０９、１１０を有機圧電膜１００に貫通させた状態にし、微細ドリル１０９、１１０を信号線６４、６５に併用させてもよい。
【００４８】
信号線６４、６５の作製の容易化を図り、積層有機圧電素子アレイ６６の作製の容易化を達成することができる。
【００４９】
また、有機圧電素子アレイ１２上の表面電極１０２と裏面電極１０３が形成された面に、反りや凹凸が存在する場合、有機圧電素子アレイ１２を積層する際に、表面電極１０２と裏面電極１０３とのコンタクトが困難となる場合がある。この不具合を解消するには、表面電極１０２と裏面電極１０３とを適切な間隔（数十μｍから数百μｍ）を設けて接着し導通させる。以下に図１２を用いて接着方法について説明する。
【００５０】
図１２（ａ）は、表面電極１０２−２、裏面電極１０３−２を配した有機圧電素子アレイ１２−２である。有機圧電素子アレイ１２−２に対して図１２（ｂ）に示すように、表面電極１０２−２のビアパターン部７２以外にスクリーン印刷で絶縁性接着層７１を塗布する。スクリーン印刷を行う際に、絶縁性接着層７１の量や印刷条件を適切に設定することで、下層の有機圧電素子アレイ１２−２の表面電極１０２−２と上層の有機圧電素子アレイ１２−１の裏面電極１０３−１とを適切な間隔（数十μｍから数百μｍ）に設定できる。
【００５１】
次に図１２（ｃ）に示すように、ディスペンサー等を用いて、ビアパターン部７２に導電性接着剤７３を滴下する。次に図１２（ｄ）に示すように、有機圧電膜１００−２の上部に、有機圧電素子アレイ１２−１の裏面電極１０３−１と、有機圧電素子アレイ１２−２の表面電極１０２−２とが導電性接着剤７３で渡されるように有機圧電素子アレイ１２−１を配置し、導電性接着剤７３を固化させる。有機圧電素子アレイ１２を、さらに積層化するには、同様の工程を繰り返せばよい。
【００５２】
なお、絶縁性接着層７１を用いずに、例えばインクジェット法を利用して導電性接着剤７３を所定の位置に肉盛り塗布しても良い。
［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、積層有機圧電素子アレイ６６は、アポダイゼーション処理を施した電極構造を有する。アポダイゼーション処理とは、積層有機圧電超音波探触子が受信する超音波信号の角度分布に発生するサイドローブを抑制する対策のことである。図１３はアポダイゼーションを施す電極の概要を説明する図である。同図において、一点鎖線Ｌ１ｓ〜Ｌ３ｓで指定された各表面電極１３１ｓ、１３２ｓ、１３３ｓは各々同一形状を有し、一点鎖線Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒで指定された各裏面電極１３１ｒ、１３２ｒ、１３３ｒは各々同一形状を有する。
【００５３】
一点鎖線Ｌ１ｓ〜Ｌ３ｓに囲まれた各領域の重心は同図中のＣｓに一致し、一点鎖線Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒに囲まれた各領域の重心は同図中のＣｒに一致する。
【００５４】
表面電極１３１ｓ、１３２ｓ、１３３ｓは、この順で面積が小さくなり、裏面電極１３１ｒ、１３２ｒ、１３３ｒは、この順で面積が小さくなる。
【００５５】
サイドローブを発生させる原因は、重心から離れた場所で受信する超音波の強度大きいことである。従って、重心から離れた場所にある電極の面積を小さくしてやることで、サイドローブの原因を抑えることができる。
【００５６】
以上のように、表裏面の電極が各々形成された領域の重心位置から外側に離れるに従って面積を小さくすることで、アポタイゼーション処理を容易に実施することができる。
［第３の実施形態］
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においては、積層有機圧電素子アレイ６６は、アニュラ構造の電極構造を有する。アニュラ構造とは、超音波を一点に収束させ、または、一点から発散する超音波を受信する電極構造のことを言う。
【００５７】
図１４はアニュラ構造の電極の形状の一例である。表面電極１４１−１と裏面電極１４１−２は各々信号線接続部１５０−１と１５０−２を備え、上記のように、信号線６４は膜面に垂直に形成される。超音波を一点に収束させ、または、一点から発散する超音波を受信する機能を実現するために、表面電極１４１−１と裏面電極１４１−２は同心円状となっている。
【００５８】
各同心円は中心から遠ざかるに連れて幅が狭くなる。電極の幅を小さくしていくことで、アポタイゼーション処理を実施しサイドローブを小さくすることができる。
【００５９】
以上のようなアニュラ構造に限らず、抜き型マスク４０２を電極の形状に合わせて用意することで、他の特殊な形状を有する電極についても容易に作製することができる。従って特殊な機能を有する積層有機圧電超音波探触子６６を作製することができる。
［有機圧電膜１００の多数個取り方法］
続いて、有機圧電素子アレイ１２の多数個取り方法について説明する。図１５は、有機圧電素子アレイ１２の多数個取り方法の概要を示す図である。有機圧電素子アレイ１２は上記のように、有機圧電膜１００に真空成膜法を用いて電極を作製することから、有機圧電膜１００上に多数の電極を形成することができる。複数個の有機圧電素子アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの電極を同一の有機圧電膜１００上に作製できる。従って、複数個の有機圧電素子アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに対応する電極を有機圧電膜１００上に作製し、積層化等の工程を経た後に、図１５に示すように、図示しないダイシングソーを用いて、例えばラインＬＬ１、ＬＬ２に沿って切断することで、積層有機圧電素子アレイ６６を多数個取りすることができる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、積層有機圧電素子アレイ６６において積層される有機圧電膜それぞれの、所定波長光の透過率を５％以上にすることで、積層される各有機圧電膜に形成された電極同士の位置合わせを、有機圧電膜の透過光を用いて行うことができるので、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成する超音波探触子を提供することができる。
【００６１】
また、表面電極１０２と裏面電極１０３とを対向して配置することで、高い超音波信号を得ることができる。
【００６２】
また、表面電極１０２と裏面電極１０３の少なくとも一方に接続された信号線を、積層する有機圧電膜１００を貫通させることで、各電極への信号線の配線を容易に実施することができる。
【００６３】
また、表面電極１０２または裏面電極１０３の少なくとも一方を有機圧電膜１００上に同時に製造することで、大面積の有機圧電膜を得ることができるので、容量の大きい超音波探触子を得ることができ、高い超音波信号を得ることができる。
【００６４】
また、アポタイゼーション処理を施した積層有機圧電素子２Ｄアレイを容易に提供することができる。
【００６５】
また、特殊形状の電極を容易に作製できるので、アミュラ等の特殊形状の電極に対応した積層有機圧電素子２Ｄアレイを提供することができる。
【００６６】
また、電極を形成する工程の後にダイシングソーを用いて切断することで、積層有機圧電素子アレイ６６を多数個取りすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】積層有機圧電超音波探触子６６を送受別体積層型超音波探触子６７に搭載した概要図である。
【図２】有機圧電膜１２−１〜１２−６の各々の有機圧電膜の斜視図である。
【図３】該有機圧電膜の三面図である。
【図４】送受別体積層型超音波探触子６７の作製フローの概要を示す図である。
【図５】有機圧電膜１００を積層形成する概要を示す図である。
【図６】信号線の配線方法を示す概要図である。
【図７】積層有機圧電超音波探触子６６における共通電極１１１の概要図である。
【図８】生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１の概要図である。
【図９】各電極の作製に用いるマスクの位置合わせの概要を示す図である。
【図１０】複数積層した有機圧電膜１００の位置合わせの概要を示す図である。
【図１１】微細ドリル１０９、１１０を信号線６４、６５に併用させた積層有機圧電超音波探触子６６の概要図である。
【図１２】有機圧電膜１００を、導電性接着剤７３を用いて接着する概要を示す図である。
【図１３】アポダイゼーションを施す電極の概要を説明する図である。
【図１４】アニュラ構造の電極の形状の一例である。
【図１５】積層有機圧電超音波探触子６６の多数個取り方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１３ 整合層
１４ 無機圧電素子アレイ
１２ 有機圧電素子アレイ
１００、１００−１、１００−２ 有機圧電膜
６３、１４４ バッキング
６４、６５ 信号線
６６ 積層有機圧電素子アレイ
６７ 送受別体積層型超音波探触子
７１ 絶縁性接着層
７２ ビアパターン部
７３ 導電性接着剤
９１ 音響整合層
１０２ 表面電極
１０３ 裏面電極
１０４、１０５ 信号線接続部
１１１ 共通電極
１４５、１４７ 信号線
４０２ 抜き型マスク
４０３、６０１ 参照光
４１０ 演算処理部
６０２ 受光素子
６０２ａ フォトダイオード
ＡＣＦ、ＡＣＦ１、ＡＣＦ２ 異方性導電フィルム
Ｌ１、Ｌ３ 一点鎖線
ＬＬ１、ＬＬ２ ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び超音波探触子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、体内の血流や体組織の断面形状の画像化に広く使われている。超音波診断装置は、生体組織に超音波を細いビームに絞り込みつつ送信し、組織界面のインピーダンス差によって生じる反射エコーを受信し、体内組織の画像形成を行う。
【０００３】
超音波診断装置においては、通常、１次元方向に超音波振動子を配列した１Ｄアレイ型探触子によって超音波を２次元方向にスキャンし、体内断面画像の形成を行っている。この１Ｄアレイ型探触子に対して、配列方向と直行した方向にもビームを走査することで臓器や血流の３次元画像を得ることを目的とした超音波探触子が登場している。３次元画像形成用の超音波探触子は、１Ｄアレイをアレイ配列方向と直行する方向に機械的に揺動させるメカニカルタイプと、２次元方向に超音波振動子を配列した２Ｄアレイのタイプに分けられる。メカニカルタイプは機械駆動系を持つため、フレームレートや質量などの問題があり、次世代超音波探触子の本命は２Ｄアレイのタイプと考えられている。
【０００４】
超音波探触子においては、無機圧電素子を利用した超音波振動子の採用が主流であった。また、小型で高性能の探触子を得るために、一つの無機圧電素子を積層して単一の超音波探触子を作製した後、平面状に配列して２Ｄアレイを作製する積層圧電素子２Ｄアレイが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
一方、無機圧電素子に比べて、高調波成分を含む超音波の受信に威力を発揮する有機圧電膜を積層した超音波受信用有機圧電素子を採用した超音波探触子も知られており、有機圧電膜であるポリ尿素膜と電極であるアルミニウムの蒸着を交互に繰り返して有機圧電素子を作製することも提案されている。（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３８４００号公報
【特許文献２】国際公開第０７／１４５０７３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層圧電素子２Ｄアレイにおいて超音波信号の受信感度を高くしたり送信強度を高くするには、超音波の送受信方向に対して垂直方向に、各々の圧電素子を精度よく位置決めして、各々の圧電素子が送受信する超音波の位相を揃える必要がある。また、積層される単一の超音波探触子の外形形状や、積層される単一の超音波探触子を構成する各無機圧電素子の自体の外形に対する位置精度を、高く保つ必要がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているような、圧電素子を積層する工程や、外形加工する工程は、機械的な工程であることから、圧電素子の外形形状の加工精度や、積層される圧電素子相互の位置精度を高くすることは難しい。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているような、有機圧電膜と電極の蒸着を交互に繰り返して有機圧電素子を作製する場合にあっては、繰り返される電極の形成位置が複数層の電極のそれぞれにおいて、超音波の送受信方向に対して垂直方向に精度よく位置決めされていることが求められる。
【０００９】
本発明の目的は、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成、あるいは超音波信号に対する高い受信感度を有する超音波探触子、及びその作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
１．光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように積層されたことを特徴とする超音波探触子。
２．前記表面電極と前記裏面電極の少なくとも一方に接続され、前記第１の有機圧電素子の有機圧電膜又は前記第２の有機圧電素子の有機圧電膜を貫通している信号線を有することを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
３．前記表面電極及び前記裏面電極の少なくとも一方は、一つの前記有機圧電膜上に複数形成されていることを特徴とする前記１または２記載の超音波探触子。
４．光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を形成する工程と、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように、前記有機圧電膜に参照光を照射して位置合わせしながら積層する工程とを含むことを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、積層される有機圧電膜それぞれの、所定波長光の透過率を５％以上としているので、積層される各有機圧電膜に形成された電極同士の位置合わせを、有機圧電膜の透過光を用いて行うことができるので、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成、あるいは超音波信号に対する高い受信感度を有する超音波探触子を容易に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１３】
なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
［第１の実施形態］
本発明に係る超音波探触子の第１の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る超音波探触子の概要斜視図である。送受別体積層型超音波探触子６７は、支持部材であるバッキング１４４上に、無機圧電素子アレイ１４及び積層有機圧電素子アレイ６６を、整合層１３を介してこの順に積層した構造を有し、さらに後述する音響整合層を積層有機圧電素子アレイ６６上に有する。本実施の形態においては、受信側の圧電素子は積層有機圧電素子アレイ６６であり、送信側の圧電素子は無機圧素子アレイ１４である。
【００１５】
積層有機圧電素子アレイ６６は、後述する有機圧電膜１００の表裏面それぞれに二次元方向に電極を配列した６枚の有機圧電素子アレイ１２−１〜１２−６を積層してなる。ここで、有機圧電素子アレイ１２−１〜１２−６はそれぞれ同様の構造を有しており、以下の説明において有機圧電素子アレイ１２とする。
【００１６】
積層される有機圧電素子アレイ１２の枚数は、積層有機圧電素子アレイ６６に要求される超音波受信性能に基づいて適宜に採用される。
【００１７】
積層有機圧電素子アレイ６６の下部には、信号線１４６等を導通させる異方性導電フィルムＡＣＦ１、音響インピーダンスを整合させる整合層１３を配置する。整合層１３の下部には無機圧電素子アレイ１４を配置する。無機圧電素子アレイ１４は、ダイシングで絶縁樹脂を溝加工したダイシング溝埋め込み絶縁樹脂１４２に、所定の形状に加工されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の無機圧電材料１４ｂを嵌め込み、無機圧電素子アレイ１４上に電圧を印加する共通電極１４ａを形成したものである。無機圧電素子アレイ１４の下部には、信号線１４６等を導通させる異方性導電フィルムＡＣＦ２とバッキング１４４を配置する。
【００１８】
有機圧電素子アレイ１２の詳細について説明する。図２は、有機圧電素子アレイ１２の斜視図である。図３は、有機圧電素子アレイ１２の三面図である。有機圧電素子アレイ１２は、フッ化ビニリデン−フッ化オレフィン共重合体、ポリ尿素等の有機圧電膜１００の表裏面に、金属蒸着膜等の表面電極１０２と、裏面電極１０３とがそれぞれ二次元方向に配列されて複数形成されている。有機圧電膜１００が超音波を受信すると、表面電極１０２と裏面電極１０３の間に電界が発生し、圧電効果に基づき、表面電極１０２と裏面電極１０３の間に電圧が発生する。
【００１９】
本実施の形態においては、無機圧電素子アレイ１４のように、複数の無機圧電材料１４ｂを二次元方向に配列したものとは異なり、単一の有機圧電膜１００上に複数の電極が二次元方向に配列されて有機圧電素子アレイ１２が形成されている。
【００２０】
表面電極１０２と裏面電極１０３には、後述するように、受信した超音波信号を伝達する信号線１４６等を接続する部分である信号線接続部１０４、１０５を設ける。信号線１４６は有機圧電膜１００に対して垂直方向に、表面電極１０２と裏面電極１０３を貫通させる。また、表面電極１０２と裏面電極１０３とが導通しないように、信号線接続部１０４、１０５を表裏で重ならないように配置する。信号線１４６を貫通させることで、表面電極１０２と裏面電極１０３の数が多くとも容易に配線することができる。
【００２１】
積層有機圧電素子アレイ６６の最上部には、最上部の有機圧電素子アレイ１２−１の表面に、所定形状で形成した電極膜を、共通電極１１１として形成する。
【００２２】
以上のような構造を採用することで、高い受信感度で超音波信号を受信することが可能な超音波探触子を提供することができる。
（送受別体積層型超音波探触子６７の作製方法）
続いて、送受別体積層型超音波探触子６７の作製方法について図４から図８を用いて説明する。有機圧電膜は、無機圧電体と異なり、容易に電極膜形成が可能であることから、多数の電極を形成したフィルム状の有機圧電素子アレイを重ね合わせることで、高い受信感度を確保することが可能である。
【００２３】
図４は送受別体積層型超音波探触子６７の作製の概要を示すフロー図である。
【００２４】
ステップＳ１０において、有機圧電膜１００に表面電極１０２及び裏面電極１０３をそれぞれ二次元方向に複数形成して有機圧電素子アレイ１２を作製する。図９を用いて有機圧電素子アレイ１２の作製方法を説明する。図９（ａ）は有機圧電素子アレイ１２の各電極の作製に用いるマスクの概略構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は表面電極と裏面電極の位置を合わせるためのマスクの位置合わせ装置の概要を示す斜視図であり、図９（ｃ）はマスクの位置合わせ装置の概略構成を示す断面図であり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の装置におけるマスクのｘ方向位置と受光素子の出力との関係を示すグラフである。
【００２５】
有機圧電膜１００の作製方法としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（以下「ＰＶＤＦ」と略す。）、を基板上に塗布し、乾燥して得る方法を採用することができる。
【００２６】
表面電極１０２と裏面電極１０３の形成は、真空成膜法である蒸着法やスパッタリング法を採用する。電極の材料としては、電気を導通する材料であるならば、種類を問わない。Ｎｉ合金、金、銀、アルミなどは、入手容易性、低コスト、作製容易性の面で好適である。電極の形状としては、四角形状、円形状等、特に問わず、有機圧電膜１００に電界を形成できる一定の面積を有する形状であればよい。
【００２７】
各電極の形状は真空成膜法を実施する際のマスク形状がそのまま写し込まれる。図９（ａ）に示すように、有機圧電膜１００上に電極形状に抜き取った抜き型マスクを配置し、抜き型マスク４０２を通して成膜を行う。なお、成膜を行う際には有機圧電膜１００の温度特性を考慮し、熱ダメージを与えない温度設定を行う。フォトリソグラフィー法を用いてレジストなどからなるマスクを有機圧電膜１００上に形成した後に成膜を行い、リフトオフなどの手法を用いてマスクを除去してもよい。フォトリソグラフィー法を採用する際には、有機圧電膜１００に熱ダメージを与えないように、レジストのベーキングは実施しないことが好ましい。なお、有機圧電膜１００の厚みは、約４０μｍである。
【００２８】
表面電極１０２と裏面電極１０３の位置合わせについては、裏面電極１０３を先に作製し、裏面電極１０３に合わせて表面電極１０２を位置決めする。位置合わせは、図９（ｂ）に示すように透過光を利用して、座標軸であるｘ、ｙ毎に行う。
【００２９】
最初にｘ方向における位置合わせを行う、図９（ａ）に示すように、裏面電極１０３を形成した有機圧電膜１００上に抜き型マスク４０２を配置する。次に、図９（ｂ）に示すマスクの位置合わせ装置４００を用いて、図示しないレーザ光源により、ｘ方向に長手方向を有し、一方向に収束された参照光４０３を抜き型マスク４０２における信号線接続部１０４に相当するマスク部４０５以外の部分全体に渡るように照射する。図９（ｃ）に示すように、抜き型マスク４０２を透過し、裏面電極１０３の周囲を透過した参照光４０３ａは受光素子１１２で受光され、光電変換されて図示しない演算処理部４１０において抜き型マスク４０２のｘ方向位置と受光素子１１２の出力Ｐ１との関係が図９（ｄ）に示すように得られる。抜き型マスク４０２と、裏面電極１０３の位置が、ちょうど重なる位置ｘ０になると、受光素子１１２の出力Ｐ１は最も少なくなる。次に同様に、抜き型マスク４０２のｙ方向の位置調整を行う。参照光４０３は、長手方向がｙ方向になるようにし、抜き型マスク４０２をｙ方向に調整し、受光素子１１２の出力Ｐ１が最も少なくなる地点を探し出し、位置決めを行う。このようにｘ、ｙの両方向で位置決めを終了した後に、表面電極１０２の真空成膜を行う。
【００３０】
図４に戻り、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で作製した有機圧電素子アレイ１２を複数積層配置する。有機圧電素子アレイ１２の積層形成の概要を図５を用いて説明する。図５（ａ）は有機素子アレイ１２同士を配置する際の位置関係を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、有機圧電素子アレイ１２を複数（ｍ個）配置した状態を示す断面図である。なお、図中の符号における添字は各有機圧電膜１００に対応する数字である。
【００３１】
本実施の形態に係る有機圧電膜１００は、セラミック等の無機圧電素子とは異なり、光を透過させる性質を有するので、図中上部の有機圧電膜１００−１を通して図中下部の有機圧電膜１００−２を目視でき、後述するように、電極の位置合わせを光学的な手法を用いて実施することが可能である。
【００３２】
有機圧電素子アレイ１２を積層配置する際に、積層する有機圧電素子アレイ１２同士の間で、表面電極１０２と裏面電極１０３を図示しない導電性接着剤を用いて電気的に接続する。
【００３３】
有機圧電素子アレイ１２同士を積層する積層方法の詳細について図１０を用いて説明する。
【００３４】
超音波探触子が受信する超音波信号の強度を高めるには、上下の有機圧電素子アレイ１２間の電極が膜面に垂直な方向に揃っている必要があることから、電極の位置に基づいた位置合わせを行う。図１０は、複数積層した有機圧電素子アレイ１２の位置合わせ装置の概要を示す部分斜視図である。
【００３５】
各有機圧電膜１００を積層する前に、導電性接着剤を各電極の表面に塗布しておく。
【００３６】
図９で説明した方法と同様に、圧電素子アレイ位置合わせ装置６００を用いて、図示しないレーザ光源により、ｘ方向に長手方向を有し、一方向に収束された参照光６０１を上部の有機圧電膜１００−１の上方から、表面電極１０２−１における信号線接続部４０５−１以外の部分全体に渡るように照射する。表面電極１０２−１と裏面電極１０３−１に一部を遮光された参照光６０１は、下部に位置する有機圧電膜１００−２の表面電極１０２−２と裏面電極１０３−１にさらに一部を遮光され、受光素子６０２で受光され、光電変換されて図示しない演算処理部４１０において有機圧電膜１００−１、１００−２のｘ方向位置と受光素子６０２の出力Ｐ２との関係が図１０（ｂ）に示すように得られる。有機圧電膜１００−１と、有機圧電膜１００−２の位置が、ちょうど重なる位置ｘ１になると、受光素子６０２の出力Ｐ２は最も少なくなる。次に同様に、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置調整を行う。参照光６０１は、長手方向をｙ方向になるようにし、有機圧電膜１００−１をｙ方向に調整し、受光素子６０２の出力Ｐ２が最も少なくなる地点を探し出し、位置決めを行う。
【００３７】
受光素子６０２としては、入手性、取り扱い性等を考慮して、フォトダイオード６０２ａを用いることが好ましい。フォトダイオード６０２ａの出力は、一般的にショットノイズが主原因となって時間的にやや不安定となる。図１０（ｂ）に示す位置ｘ１は時間的に不安定となり、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置調整における誤差要因となる。有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度は、数μｍ以内に収める必要がある。一方、ショットノイズは参照光の光強度に反比例する。そのため、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度は、参照光６０１の光強度に依存する。そこで、実験を行ったところで、有機圧電膜１００−１、１００−２のｙ方向の位置合わせ精度を数μｍ以内に収めるには、フォトダイオード６０２ａに入射させる光強度は２．５ｍＷ必要であることが判明した。高光強度のフォトダイオード６０２ａとしては５０ｍＷが一般的であることから、有機圧電膜１００−１、１００−２を参照光が透過する率はそれぞれ５％以上であることが望ましい。複数の有機圧電膜を用いる場合には、それぞれの有機圧電膜１００を透過する光の率が５％以上であることが望ましく、積層した全ての有機圧電膜１００を透過する光の率が５％以上であることがより好ましい。なお、参照光の波長はフォトダイオード６０２ａが有する分光感度に応じて適宜に選択すればよい。
【００３８】
図４に戻り、ステップＳ１２において、積層した有機圧電素子アレイ１２の各表面電極１０２と各裏面電極１０３の間に、積層した各有機圧電膜１００毎に分極方向が交互になるように、予め電圧を印加して分極を行う。分極することで、各有機圧電膜１００の分極方向を揃えることができ、受信する超音波信号の強度を大きくすることができる。
【００３９】
次にステップＳ１３において、積層した有機圧電素子アレイ１２を、ステップＳ１１で塗布された導電性接着剤を固化することで固定する。導電性接着剤が加熱性のタイプであれば積層された有機圧電素子アレイ１２全体をオーブンに入れるなどして加熱し、導電性接着剤が圧着性のタイプであれば積層された有機圧電素子アレイ１２全体に圧力を付与することで、導電性接着剤を固化させる。
【００４０】
なお、有機圧電素子アレイ１２を積層配置する前に、各々の素子アレイ１２を構成する有機圧電膜１００を分極した後に、積層する各有機圧電膜１００毎に分極方向が交互になるように積層配置してもよい。
【００４１】
次にステップＳ１４において、信号線６４の配線を行う。図６はステップＳ１４における信号線の配線方法を示す概要斜視図であり、図７は積層有機圧電素子アレイ６６における共通電極１１１の概要斜視図である。信号線６４の配線は、図６に示すように信号線６４を、有機圧電膜１００に貫通させる形で形成する。なお、図６においては、簡単化のため表面電極１０２と裏面電極１０３が各１つ形成されている有機圧電素子アレイ１２を６つ用いて示した。
【００４２】
また、同図では、模式的に各積層有機圧電素子アレイ１２の間に空間を設けてあるが、有機圧電素子アレイ１２同士の間は近接させることが望ましい。
【００４３】
信号線６４を貫通させた後、積層配置した有機圧電素子アレイ１２−１から１２−６を、バッキング６３に結合された異方性導電フィルムＡＣＦに当接させ、信号線６５と信号線６４とを導通させ、積層有機圧電素子アレイ６６を完成させる。
【００４４】
なお、図７に示すように、表面電極１０２と裏面電極１０３とが、二次元方向に複数形成された有機圧電素子アレイ１２においては、積層有機圧電素子アレイ６６における最上部の有機圧電素子アレイ１２上の電極を、共通電極１１１を用いて共通化させてもよい。
【００４５】
図４に戻り、ステップＳ１５において、図８に示すように、生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１を形成する。図８は、生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１の概要斜視図である。さらに、図示しない絶縁体でモールドする。
【００４６】
以上のように、有機圧電膜１００の表裏面に電極を作製し、膜面に垂直方向に信号線６４を形成し、バッキング６３に結合して積層有機圧電素子アレイ６６を作製する。広い電極面積の有機圧電膜を積層形成して積層有機圧電素子２Ｄアレイの素子容量が向上でき、高い強度の超音波信号を受信する超音波探触子を提供することができる。
【００４７】
なお、上記のバッキング６３にはバッキング６３を採用したところを、図１１に概要を示すように、導電性の微細ドリル１０９、１１０を有機圧電膜１００に貫通させた状態にし、微細ドリル１０９、１１０を信号線６４、６５に併用させてもよい。
【００４８】
信号線６４、６５の作製の容易化を図り、積層有機圧電素子アレイ６６の作製の容易化を達成することができる。
【００４９】
また、有機圧電素子アレイ１２上の表面電極１０２と裏面電極１０３が形成された面に、反りや凹凸が存在する場合、有機圧電素子アレイ１２を積層する際に、表面電極１０２と裏面電極１０３とのコンタクトが困難となる場合がある。この不具合を解消するには、表面電極１０２と裏面電極１０３とを適切な間隔（数十μｍから数百μｍ）を設けて接着し導通させる。以下に図１２を用いて接着方法について説明する。
【００５０】
図１２（ａ）は、表面電極１０２−２、裏面電極１０３−２を配した有機圧電素子アレイ１２−２である。有機圧電素子アレイ１２−２に対して図１２（ｂ）に示すように、表面電極１０２−２のビアパターン部７２以外にスクリーン印刷で絶縁性接着層７１を塗布する。スクリーン印刷を行う際に、絶縁性接着層７１の量や印刷条件を適切に設定することで、下層の有機圧電素子アレイ１２−２の表面電極１０２−２と上層の有機圧電素子アレイ１２−１の裏面電極１０３−１とを適切な間隔（数十μｍから数百μｍ）に設定できる。
【００５１】
次に図１２（ｃ）に示すように、ディスペンサー等を用いて、ビアパターン部７２に導電性接着剤７３を滴下する。次に図１２（ｄ）に示すように、有機圧電膜１００−２の上部に、有機圧電素子アレイ１２−１の裏面電極１０３−１と、有機圧電素子アレイ１２−２の表面電極１０２−２とが導電性接着剤７３で渡されるように有機圧電素子アレイ１２−１を配置し、導電性接着剤７３を固化させる。有機圧電素子アレイ１２を、さらに積層化するには、同様の工程を繰り返せばよい。
【００５２】
なお、絶縁性接着層７１を用いずに、例えばインクジェット法を利用して導電性接着剤７３を所定の位置に肉盛り塗布しても良い。
［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、積層有機圧電素子アレイ６６は、アポダイゼーション処理を施した電極構造を有する。アポダイゼーション処理とは、積層有機圧電超音波探触子が受信する超音波信号の角度分布に発生するサイドローブを抑制する対策のことである。図１３はアポダイゼーションを施す電極の概要を説明する図である。同図において、一点鎖線Ｌ１ｓ〜Ｌ３ｓで指定された各表面電極１３１ｓ、１３２ｓ、１３３ｓは各々同一形状を有し、一点鎖線Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒで指定された各裏面電極１３１ｒ、１３２ｒ、１３３ｒは各々同一形状を有する。
【００５３】
一点鎖線Ｌ１ｓ〜Ｌ３ｓに囲まれた各領域の重心は同図中のＣｓに一致し、一点鎖線Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒに囲まれた各領域の重心は同図中のＣｒに一致する。
【００５４】
表面電極１３１ｓ、１３２ｓ、１３３ｓは、この順で面積が小さくなり、裏面電極１３１ｒ、１３２ｒ、１３３ｒは、この順で面積が小さくなる。
【００５５】
サイドローブを発生させる原因は、重心から離れた場所で受信する超音波の強度大きいことである。従って、重心から離れた場所にある電極の面積を小さくしてやることで、サイドローブの原因を抑えることができる。
【００５６】
以上のように、表裏面の電極が各々形成された領域の重心位置から外側に離れるに従って面積を小さくすることで、アポタイゼーション処理を容易に実施することができる。
［第３の実施形態］
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においては、積層有機圧電素子アレイ６６は、アニュラ構造の電極構造を有する。アニュラ構造とは、超音波を一点に収束させ、または、一点から発散する超音波を受信する電極構造のことを言う。
【００５７】
図１４はアニュラ構造の電極の形状の一例である。表面電極１４１−１と裏面電極１４１−２は各々信号線接続部１５０−１と１５０−２を備え、上記のように、信号線６４は膜面に垂直に形成される。超音波を一点に収束させ、または、一点から発散する超音波を受信する機能を実現するために、表面電極１４１−１と裏面電極１４１−２は同心円状となっている。
【００５８】
各同心円は中心から遠ざかるに連れて幅が狭くなる。電極の幅を小さくしていくことで、アポタイゼーション処理を実施しサイドローブを小さくすることができる。
【００５９】
以上のようなアニュラ構造に限らず、抜き型マスク４０２を電極の形状に合わせて用意することで、他の特殊な形状を有する電極についても容易に作製することができる。従って特殊な機能を有する積層有機圧電超音波探触子６６を作製することができる。
［有機圧電膜１００の多数個取り方法］
続いて、有機圧電素子アレイ１２の多数個取り方法について説明する。図１５は、有機圧電素子アレイ１２の多数個取り方法の概要を示す図である。有機圧電素子アレイ１２は上記のように、有機圧電膜１００に真空成膜法を用いて電極を作製することから、有機圧電膜１００上に多数の電極を形成することができる。複数個の有機圧電素子アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの電極を同一の有機圧電膜１００上に作製できる。従って、複数個の有機圧電素子アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに対応する電極を有機圧電膜１００上に作製し、積層化等の工程を経た後に、図１５に示すように、図示しないダイシングソーを用いて、例えばラインＬＬ１、ＬＬ２に沿って切断することで、積層有機圧電素子アレイ６６を多数個取りすることができる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、積層有機圧電素子アレイ６６において積層される有機圧電膜それぞれの、所定波長光の透過率を５％以上にすることで、積層される各有機圧電膜に形成された電極同士の位置合わせを、有機圧電膜の透過光を用いて行うことができるので、小型でありながら、高い強度の超音波信号を生成する超音波探触子を提供することができる。
【００６１】
また、表面電極１０２と裏面電極１０３とを対向して配置することで、高い超音波信号を得ることができる。
【００６２】
また、表面電極１０２と裏面電極１０３の少なくとも一方に接続された信号線を、積層する有機圧電膜１００を貫通させることで、各電極への信号線の配線を容易に実施することができる。
【００６３】
また、表面電極１０２または裏面電極１０３の少なくとも一方を有機圧電膜１００上に同時に製造することで、大面積の有機圧電膜を得ることができるので、容量の大きい超音波探触子を得ることができ、高い超音波信号を得ることができる。
【００６４】
また、アポタイゼーション処理を施した積層有機圧電素子２Ｄアレイを容易に提供することができる。
【００６５】
また、特殊形状の電極を容易に作製できるので、アミュラ等の特殊形状の電極に対応した積層有機圧電素子２Ｄアレイを提供することができる。
【００６６】
また、電極を形成する工程の後にダイシングソーを用いて切断することで、積層有機圧電素子アレイ６６を多数個取りすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】積層有機圧電超音波探触子６６を送受別体積層型超音波探触子６７に搭載した概要図である。
【図２】有機圧電膜１２−１〜１２−６の各々の有機圧電膜の斜視図である。
【図３】該有機圧電膜の三面図である。
【図４】送受別体積層型超音波探触子６７の作製フローの概要を示す図である。
【図５】有機圧電膜１００を積層形成する概要を示す図である。
【図６】信号線の配線方法を示す概要図である。
【図７】積層有機圧電超音波探触子６６における共通電極１１１の概要図である。
【図８】生体との間の音響インピーダンスを整合させる音響整合層９１の概要図である。
【図９】各電極の作製に用いるマスクの位置合わせの概要を示す図である。
【図１０】複数積層した有機圧電膜１００の位置合わせの概要を示す図である。
【図１１】微細ドリル１０９、１１０を信号線６４、６５に併用させた積層有機圧電超音波探触子６６の概要図である。
【図１２】有機圧電膜１００を、導電性接着剤７３を用いて接着する概要を示す図である。
【図１３】アポダイゼーションを施す電極の概要を説明する図である。
【図１４】アニュラ構造の電極の形状の一例である。
【図１５】積層有機圧電超音波探触子６６の多数個取り方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１３ 整合層
１４ 無機圧電素子アレイ
１２ 有機圧電素子アレイ
１００、１００−１、１００−２ 有機圧電膜
６３、１４４ バッキング
６４、６５ 信号線
６６ 積層有機圧電素子アレイ
６７ 送受別体積層型超音波探触子
７１ 絶縁性接着層
７２ ビアパターン部
７３ 導電性接着剤
９１ 音響整合層
１０２ 表面電極
１０３ 裏面電極
１０４、１０５ 信号線接続部
１１１ 共通電極
１４５、１４７ 信号線
４０２ 抜き型マスク
４０３、６０１ 参照光
４１０ 演算処理部
６０２ 受光素子
６０２ａ フォトダイオード
ＡＣＦ、ＡＣＦ１、ＡＣＦ２ 異方性導電フィルム
Ｌ１、Ｌ３ 一点鎖線
ＬＬ１、ＬＬ２ ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように積層されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記表面電極と前記裏面電極の少なくとも一方に接続され、前記第１の有機圧電素子の有機圧電膜又は前記第２の有機圧電素子の有機圧電膜を貫通している信号線を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記表面電極及び前記裏面電極の少なくとも一方は、一つの前記有機圧電膜上に複数形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波探触子。
【請求項４】
光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を形成する工程と、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように、前記有機圧電膜に参照光を照射して位置合わせしながら積層する工程とを含むことを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【請求項１】
光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように積層されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記表面電極と前記裏面電極の少なくとも一方に接続され、前記第１の有機圧電素子の有機圧電膜又は前記第２の有機圧電素子の有機圧電膜を貫通している信号線を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記表面電極及び前記裏面電極の少なくとも一方は、一つの前記有機圧電膜上に複数形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波探触子。
【請求項４】
光透過率が５％以上の有機圧電膜上に、所定形状を有する少なくとも一つの表面電極と、前記表面電極と前記有機圧電膜を介して対向する位置に配置された、所定形状を有する裏面電極と、を有する有機圧電素子を形成する工程と、
第１の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極と、第２の前記有機圧電素子の表面電極若しくは裏面電極とが互いに対向するように、前記有機圧電膜に参照光を照射して位置合わせしながら積層する工程とを含むことを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【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】
【公開番号】特開２０１０−１３０５９２（Ｐ２０１０−１３０５９２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５７５１（Ｐ２００８−３０５７５１）
【出願日】平成２０年１１月２９日（２００８．１１．２９）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２９日（２００８．１１．２９）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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