超声波部件以及超声波内窥镜.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104349722 A (43)申请公布日 2015.02.11 C N 1 0 4 3 4 9 7 2 2 A (21)申请号 201380030605.9 (22)申请日 2013.05.10 2012-132026 2012.06.11 JP A61B 8/12(2006.01) H04R 1/40(2006.01) H04R 19/00(2006.01) (71)申请人奥林巴斯株式会社 地址日本东京都 (72)发明人佐藤宪 (74)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事 务所(普通合伙) 11277 代理人刘新宇 (54) 发明名称 超声波部件以及超声波内窥镜 。

2、(57) 摘要 超声波部件(30)具备多个元件(60)，该多 个元件(60)包括下部电极(11A)与构成振动片 (18)的上部电极(16A)隔着空腔(13)相向配 置的N个单体(9)，元件(60)具有N 1 个第一单 体(9A)以及与第一单体(9A)相比接收灵敏度 高且发送灵敏度低的N 2 个第二单体(9B)，其中， N 1 N 2 、N 1 +N 2 N。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.12.10 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/063173 2013.05.10 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/187158 JA。

3、 2013.12.19 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书10页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书10页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104349722 A CN 104349722 A 1/1页 2 1.一种超声波部件，具备多个超声波振子元件，各超声波振子元件包括下部电极与构 成振动片的上部电极隔着空腔相向配置的N个超声波振子单体，该超声波部件的特征在 于， 上述超声波振子元件具有N 1 个第一超声波振子单体以及与上述第一超声波振子单体 相比接收灵敏度高且发送灵敏度低的N 2 个第二超声波振子单体，其中，N 1 。

4、N 2 、N 1 +N 2 N。 2.根据权利要求1所述的超声波部件，其特征在于， 上述第一超声波振子单体的上部电极与上述第二超声波振子单体的上部电极相连接， 上述第一超声波振子单体的下部电极与上述第二超声波振子单体的下部电极相连接，上述 第一超声波振子单体和上述第二超声波振子单体均用于发送和接收。 3.根据权利要求2所述的超声波部件，其特征在于， 上述第一超声波振子单体的发送灵敏度为S T1 、接收灵敏度为S R1 ，上述第二超声波振子 单体的发送灵敏度为S T2 、接收灵敏度为S R2 ，满足以下式， 0.9XN 1 1.1X 其中， S T1 S T2 、S R1 S T 2 、 S R。

5、1 0021 以下，参照附图说明第一实施方式的超声波部件30以及具有超声波部件30的超 声波内窥镜2。此外，附图均为用于进行说明而示出的示意图，结构要素的数量、大小以及大 小等的比率等与实际不同。 0022 0023 如图1所示，超声波内窥镜2与超声波观测装置3和监视器4一起构成超声波内 窥镜系统1。超声波内窥镜2具备向体内插入的细长的插入部41、配置于插入部41的基端 的操作部42以及从操作部42的侧部延伸出的通用线缆43。 0024 在通用线缆43的基端部配置有与光源装置(未图示)相连接的连接器44A。从连 接器44A延伸出线缆45以及线缆46，线缆45经由连接器45A以自由地安装和拆卸的。

6、方式 与摄像头控制部件(未图示)连接，线缆46经由连接器46A以自由地安装和拆卸的方式与 超声波观测装置3连接。在超声波观测装置3上连接监视器4。 0025 插入部41构成为从前端侧起依次连续设置有前端部47、位于前端部47的后端的 弯曲部48以及位于弯曲部48的后端并至操作部42为止是细长而具有挠性的挠性管部49。 而且，在前端部47配置有超声波部件30(参照图5)。 0026 在操作部42中配置有：角旋钮42A，其进行弯曲控制来使弯曲部48向期望的方向 弯曲；送气送水按钮42B，进行送气和送水操作；吸引按钮42C，其进行吸引操作；处置器具 插入口42D，其成为具有后述的向体内导入的穿刺针等。

7、的处置器具的入口等。 0027 而且，如图2所示，在配置了超声波内窥镜2的超声波部件30的前端部47配置有 构成照明光学系统的照明用透镜罩31、观察光学系统的观察用透镜罩32、钳子口33以及未 图示的送气送水喷嘴。如后文中所述，超声波部件30具有多个超声波振子元件(以下称为 “元件”)60。 0028 如图3所示，外部电极62A与线缆80的导线81A相连接，外部电极62B与线缆80 说 明 书CN 104349722 A 3/10页 5 的导线81B相连接。 0029 如图4所示，作为发送接收超声波的基本单位的元件60具有第一主面60SA以及 与第一主面60SA相向的第二主面60SB。而且，在。

8、元件60的第一主面60SA的大致中央部 形成有发送接收超声波的发送接收部61，在第一主面60SA的两端部配置有外部电极62A、 62B。如后文中所述，元件60具有多个超声波振子单体(以下称为“单体”)9。 0030 如图5所示，元件60的单体9具有在作为基体的硅基板10上依次层叠的下部电 极层11、下部绝缘层12、空腔13、其支承层14、上部绝缘层15、上部电极层16以及保护层 17。此外，图5示出一个单体9的截面构造，但是一般由几十个几千个单体9构成一个元 件60。 0031 下部电极层11具有多个下部电极11A以及从下部电极11A的缘边部延伸设置的 多个下部电极布线(未图示)。下部电极层1。

9、1连接相同元件60的其它单体9的下部电极 11A。上部电极层16具有多个上部电极16A以及从上部电极16A延伸设置的多个上部电极 布线(未图示)。上部电极层16连接相同元件60的其它单体9的上部电极16A。而且，各 单体9具有隔着空腔13相向配置的下部电极11A与上部电极16A。 0032 如上所述，配置于相同元件60的多个单体9的全部下部电极11A相互连接，全部 上部电极16A也相互连接。而且，对下部电极层11施加驱动电压，上部电极层16成为接地 电位。 0033 当在元件60的下部电极层11与上部电极层16之间施加脉冲电压时，由于静电力 而包含上部电极16A的振动片(振动部)18振动，由此。

10、产生超声波。另外，当从外部入射超 声波时振动片18变形并下部电极层11与上部电极层16的间隔发生变化，因此根据静电电 容的变化将超声波变换为电信号。 0034 如图6所示，在超声波部件30中，元件60的N个单体9包括N 1a 个第一单体9A和 N 2a 个第二单体9B(其中，N 1a N 2a )。第二单体9B与第一单体9A相比接收灵敏度高且发送 灵敏度低。即，第一单体9A为发送灵敏度S T1a 、接收灵敏度S R1a ，第二单体9B为发送灵敏度 S T2a (其中，S T1a S T2a )、接收灵敏度S R2a (其中，S R1a 0071 接着，说明第二实施方式的超声波部件30b和超声波。

11、内窥镜2b。超声波部件30b 等与超声波部件30等类似，因此对相同的结构要素附加相同的附图标记而省略说明。 0072 在超声波部件30b的元件60b中，个数N 1b 的第一单体9Ab为占有面积A 1b 的发送 专用单体，个数N 2b 的第二单体9Bb为占有面积A 2b (其中，A 1b A 2b )的接收专用单体。 0073 即，在超声波部件30b中，配置于元件60b的作为驱动电位电极的第一单体9Ab的 下部电极与第二单体9Bb的下部电极未连接。此外，作为接地电位电极的第一单体9Ab的 上部电极与第二单体9Bb的上部电极可连接。 0074 当在元件60b中将配置第一单体9Ab和第二单体9Bb的。

12、发送接收部61的面积设 为A、将构成元件60b的超声波单体数的总和设为N b 时，(式21)和(式22)的关系成立。 0075 (式21) 0076 N b N 1b +N 2b 0077 (式22) 0078 AA 1b N 1b +A 2b N 2b 0079 即，单体9b的占有面积例如并非意味着各空腔的直径等，而是指如图7所示那样 由配置于元件60的情况下的将中心与周围的其它单体9b的中心的中间点进行连结的线包 围的部分的面积。 0080 当使(式22)变形时成为(式23)。 0081 (式23) 说 明 书CN 104349722 A 6/10页 8 0082 0083 当将第一单体9。

13、Ab的发送灵敏度设为S Tb 、将第二单体9Bb的接收灵敏度设为S Rb 时，用(式24)表示元件60b的发送接收灵敏度S b 。 0084 (式24) 0085 0086 根据(式24)可知，在第一单体9Ab的数N 1b 满足(式25)的情况下，发送接收灵 敏度S b 变得最大。 0087 (式25) 0088 0089 此外，用(式26)表示该情况下的第二单体9Bb的数N 2b 。 0090 (式26) 0091 0092 因而，根据超声波单体9Ab、9Bb的数之比得到(式27)。 0093 (式27) 0094 0095 0096 0097 根据(式22)和(式27)，超声波单体9Ab、。

14、9Bb的数的关系成为(式28)的关系。 0098 (式28) 说 明 书CN 104349722 A 7/10页 9 0099 0100 因此，在超声波部件30b中发送接收灵敏度S b 变得最大是满足(式29)的情况。 0101 (式29) 0102 0103 此外，用(式30)表示发送接收灵敏度S b 变得最大的第二单体9Bb的数N 2b 。 0104 (式30) 0105 0106 另外，单体9的数(比率)严格地说并不限定于用(式29)等表示的数，根据元件 内的配置等的关系，从用(式29)等表示的数起10的范围内即可。 0107 即，对于用(式29)表示的数(Y)，第一单体9Ab的数N 1。

15、b 满足以下(式29A)即可。 0108 0.9YN 1b 1.1Y(式29A) 0109 以下，作为具体例，说明第二单体9Bb的面积A 2b 为第一单体9Ab的面积A 1b 的2倍、 即A 2b 2A 1b 的情况。根据(式29)和(式30)，用(式31)、(式32)表示发送接收灵敏度 S b 为最大第一单体9Ab的数N 1b 、第二单体9Bb的数N 2b 。 0110 (式31) 0111 0112 (式32) 0113 0114 即，将元件60的多个单体9的个数设定为2/3为第一单体9A并1/3为第二单体 9B，由此发送接收效率变得最大。 0115 此外，如上所述，如果第一单体9Ab的个。

16、数N 1b 为多个单体9的个数N b 的60 (2/3)0.9)以上且73.3(2/3)1.1)以下，则效果如所说明的那样。 0116 如上所述，超声波部件30b仅使用发送专用的第一单体9Ab来进行发送，仅使用接 收专用的第二单体9Bb来进行接收。但是，与以往的超声波部件不同，第一单体9Ab的占有 面积A 1b 与第二单体9Bb的占有面积A 2b 不同。 0117 如上所述，在具有发送专用单体和接收专用单体的元件60b中，成为发送接收灵 敏度的最大值的单体的个数(比率)，与发送灵敏度或者接收灵敏度无关系。 0118 而且，各元件60b具有用(式31)、(式32)表示的数的单体9Ab、9Bb的超。

17、声波部 件30b的发送接收灵敏度高。而且，具备超声波部件30b的超声波内窥镜2b的发送接收灵 敏度高。 0119 说 明 书CN 104349722 A 8/10页 10 0120 接着，说明第三实施方式的超声波部件30c和超声波内窥镜2c。超声波部件30c 等与超声波部件30等类似，因此对相同的结构要素附加相同的附图标记而省略说明。 0121 在超声波部件30c的元件60c中，将能够配置超声波单体的部分的面积设为Ac，第 一单体9Ac为发送灵敏度S T1c 、接收灵敏度S R1c 、面积A 1c ，第二单体9Ac为发送灵敏度S T2c (其 中，S T1c S T2c )、接收灵敏度S R2。

18、c (其中，S R1c S R2c )、面积A 2c (其中，A 1c A 2c )。 0122 即，(式41)成立。 0123 (式41) 0124 A c A 1c N 1c +A 2c N 2c 0125 当使(式41)变形时，得到(式42)。 0126 (式42) 0127 0128 用(式43)表示元件60c的发送灵敏度S Tc 。 0129 (式43) 0130 S Tc S T1c N 1c +S T2c N 2c 0131 另一方面，用(式44)表示元件60c的接收灵敏度S Rc 。 0132 (式44) 0133 S Rc S R1c N 1c +S R2c N 2c 013。

19、4 而且，用(式45)表示元件60c的发送接收灵敏度S c 。 0135 (式45) 0136 0137 在此，以下那样定义、。 0138 S T1c S R1c A 2c 2 -(S T1c S R2c +S T2c S R1c )A 1c A 2c +S T2c S R2c A 1c 2 0139 (S T1c S R2c +S T2c S R1c )A 2c -2S T2c S R2c A 1c A c 0140 S T2c S R2c A C 2 0141 由此，用(式46)表示发送接收灵敏度S c 。 0142 (式46) 0143 0144 根据(式46)可知，在第一单体9Ac的数。

20、N 1c 满足(式47)的情况下，发送接收灵 说 明 书CN 104349722 A 10 9/10页 11 敏度S c 变得最大。 0145 (式47) 0146 0147 另一方面，用(式48)表示发送接收灵敏度S c 变得最大的第二单体9Bc的数N 2c 。 0148 (式48) 0149 0150 因而，根据各单体的数之比得到(式49)。 0151 (式49) 0152 N 1c ：N 2c 2S T2c S R2c A 1c -(S T1c S R2c +S T2c S R1c )A 2c ：2S T1c S R1c A 2c -(S T1c S R2c +S T2c S R1c )。

21、A 1c 0153 0154 当将构成元件60c的单体的数的总和设为N c 时，(式50)和(式51)成立。 0155 (式50) 0156 N c N 1c +N 2c 0157 0158 0159 0160 0161 0162 (式51) 说 明 书CN 104349722 A 11 10/10页 12 0163 0164 第一单体9Ac的数N Tc 和第二单体9Bc的数N Rc 满足(式50)和(式51)的元件 60c(超声波部件30c)的发送接收灵敏度S c 变得最大。 0165 另外，单体9的数(比率)严格地说并不限定于用(式50)等表示的数，根据元件 内的配置等的关系，从用(式50。

22、)等表示的数起10的范围内即可。 0166 即，对于用(式50)表示的数(Z)，第一单体9Ac的数N 1c 满足以下(式50A)即可。 0167 Z0.9N 1c Z1.1(式50A) 0168 例如，在N c 1000、发送灵敏度S T1c 100Pa/V、发送灵敏度S T2c 20Pa/V、接收灵 敏度S R1c 300pV/Pa、接收灵敏度S R2c 900pV/Pa、面积A c 4.2mm 2 、面积A 1c 4000m 2 、 A 2c 5000m 2 的情况下，成为N 1c 800、N 2c 200。 0169 此外，如上所述，如果第一单体9Ac的个数N 1c 为720(8000.。

23、9)以上且 880(8001.1)以下，则具有效果。 0170 超声波部件30c兼备超声波部件30、30b的效果，因此发送接收灵敏度更高。而且， 具备超声波部件30c的超声波内窥镜2c的发送接收灵敏度更高。 0171 本发明并不限定于上述实施方式等，在不改变本发明的宗旨的范围内能够进行各 种变更、改变等。 0172 本申请主张2012年6月11日向日本申请的特愿2012-132026号的优先权，并以 此为基础提出申请，上述公开内容引用于本申请的说明书、权利要求、附图。 说 明 书CN 104349722 A 12 1/4页 13 图1 说 明 书 附 图CN 104349722 A 13 2/4页 14 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104349722 A 14 3/4页 15 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104349722 A 15 4/4页 16 图6 图7 图8 说 明 书 附 图CN 104349722 A 16 。