JP6024156B2 - Ultrasonic measuring device, electronic device, diagnostic device and ultrasonic device - Google Patents

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Description

本発明は、超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置等に関する。   The present invention relates to an ultrasonic measurement device, an electronic device, a diagnostic device, an ultrasonic device, and the like.

対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波装置(超音波プローブ)として、特許文献1には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列し、行・列毎に配線を設けることで行方向及び列方向にビームを走査する手法が開示されている。しかしながらこの手法では、列方向の信号遅延に合わせて行方向の遅延を制御することなどが必要となり、信号生成回路の回路規模が大きくなるなどの問題がある。   2. Description of the Related Art As an apparatus for irradiating ultrasonic waves toward an object and receiving reflected waves from interfaces with different acoustic impedances inside the object, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus for inspecting the inside of a human body is known . As an ultrasonic device (ultrasonic probe) used in an ultrasonic diagnostic apparatus, in Patent Document 1, piezoelectric elements are arranged in a matrix array, and a wire is provided for each row and column so that beams are emitted in the row direction and the column direction. A technique for scanning is disclosed. However, with this method, it is necessary to control the delay in the row direction in accordance with the signal delay in the column direction, and there is a problem that the circuit scale of the signal generation circuit increases.

特開2006−61252号公報JP 2006-61252 A

本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic measurement device, an electronic device, a diagnostic device, an ultrasonic device, and the like that can perform efficient scanning with a simple configuration.

本発明の一態様は、超音波素子アレイを有する超音波装置と、前記超音波装置の第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、前記超音波素子アレイは、m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給する超音波測定装置に関係する。   One aspect of the present invention is directed to an ultrasonic device having an ultrasonic element array, and first to first nth direction terminals (n is an integer of 2 or more). A first signal generation circuit that supplies a first drive voltage, and a second second to a mth (m is an integer greater than or equal to 2) second direction terminal of the ultrasonic device. A plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns, and wiring along a first direction. Connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal, and supplies the first drive voltage to the plurality of ultrasonic elements, the first first direction electrode line to the nth. The first direction electrode line and a second direction intersecting the first direction, the first second direction terminal to A first second direction electrode line to an mth second direction electrode line connected to the mth second direction terminal and supplying the second drive voltage to the plurality of ultrasonic elements; The first direction electrode line of the first to the nth direction electrode lines from the first first direction electrode line to the nth first direction electrode line (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) The ultrasonic elements arranged in the j-th column are connected to the first electrodes respectively, and the i-th (i is 1 ≦ 1) of the first to m-th second-direction electrode lines. the second direction electrode line of i ≦ m is connected to the second electrode of each of the ultrasonic elements arranged in the i-th row of the ultrasonic element array, and the second signal generation circuit is , Ultrasonic waves for supplying the second drive voltages having different voltages to the first second direction terminal to the m-th second direction terminal. Related to the constant unit.

本発明の一態様によれば、第1〜第nの第1方向電極線に第1の駆動電圧を供給し、第1〜第mの第2方向電極線に第2の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波測定装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第1〜第mの第2方向電極線に、互いに異なる電圧の第2の駆動電圧を供給することができるから、第j列に配置されるm個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、m個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。   According to one aspect of the present invention, the first driving voltage is supplied to the first to nth first direction electrode lines, and the second driving voltage is supplied to the first to mth second direction electrode lines. As a result, the number of wirings is smaller than when each ultrasonic element is driven independently, and the configuration of the ultrasonic measurement apparatus can be simplified. Further, since the second driving voltages having different voltages can be supplied to the first to m-th second direction electrode lines, the m ultrasonic elements arranged in the j-th column can be mutually connected. Different voltages can be applied. As a result, the intensity of the ultrasonic wave radiated from each of the m ultrasonic elements can be made different.

また本発明の一態様では、前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子から前記第mの第2方向端子に向かって、電圧が単調に増加する前記第2の駆動電圧、又は、電圧が単調に減少する前記第2の駆動電圧を供給してもよい。   In the aspect of the invention, the second signal generation circuit may be configured such that the voltage is monotonously increased from the first second direction terminal toward the mth second direction terminal. Alternatively, the second driving voltage whose voltage decreases monotonously may be supplied.

このようにすれば、第j列に配置され、第1〜第mの第2方向電極線に接続される第1〜第mの超音波素子に対して、第1の超音波素子から第mの超音波素子に向かって単調に減少する電圧、又は、単調に増加する電圧を印加することができる。その結果、各超音波素子から放射される超音波の強度を、第1の超音波素子から第mの超音波素子に向かって単調に増加させる、又は、単調に減少させることができる。   According to this configuration, the first ultrasonic element to the m-th ultrasonic element are arranged in the j-th column and connected to the first to m-th second direction electrode lines. A monotonically decreasing voltage or a monotonically increasing voltage can be applied toward the ultrasonic element. As a result, the intensity of the ultrasonic wave radiated from each ultrasonic element can be monotonously increased or monotonously decreased from the first ultrasonic element toward the m-th ultrasonic element.

また本発明の一態様では、前記第2の信号生成回路は、前記電圧が単調に増加又は減少する前記第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、前記超音波素子アレイから放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させてもよい。   In the aspect of the invention, the second signal generation circuit may radiate from the ultrasonic element array by changing a voltage gradient of the second drive voltage at which the voltage monotonously increases or decreases. You may change the setting position of the scanning surface which is a surface along the scanning direction of the ultrasonic beam.

このようにすれば、第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を可変に設定することができるから、2次元的なスキャンなどが可能になる。   In this way, by changing the voltage gradient of the second drive voltage, the setting position of the scan surface can be variably set, so that two-dimensional scanning or the like becomes possible.

また本発明の一態様では、前記第1の信号生成回路は、前記駆動電極線である前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線に接続される前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に対して、位相走査を行うための第1の駆動電圧を供給してもよい。   In the aspect of the invention, the first signal generation circuit may be connected to the first first-direction electrode line to the n-th first-direction electrode line, which are the drive electrode lines. A first driving voltage for performing phase scanning may be supplied to the first direction terminal to the nth first direction terminal.

このようにすれば、第1〜第nの第1方向電極線に互いに位相の異なる第1の駆動電圧を供給することができるから、超音波素子アレイから放射される超音波ビームを第2の方向に沿ってスキャンすることができる。   In this way, since the first driving voltages having different phases can be supplied to the first to nth first direction electrode lines, the ultrasonic beam radiated from the ultrasonic element array is supplied to the second driving line. Scan along direction.

本発明の他の態様は、超音波素子アレイを有する超音波装置の、第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、前記超音波素子アレイは、m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給する超音波測定装置に関係する。   According to another aspect of the present invention, the first driving is performed with respect to the first direction terminal from the first first direction terminal to the n-th (n is an integer of 2 or more) of the ultrasonic device having the ultrasonic element array. A second driving voltage is applied to a first signal generation circuit that supplies a voltage and a first second direction terminal to m-th (m is an integer of 2 or more) second direction terminals of the ultrasonic apparatus. A second signal generation circuit to be supplied, wherein the ultrasonic element array is wired along a first direction with a plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns, The first first direction electrode line to the nth first direction connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal and supplying the first drive voltage to the plurality of ultrasonic elements. Wired along an electrode line and a second direction intersecting the first direction, the first second direction terminal to the m-th second A first second direction electrode line to an mth second direction electrode line that is connected to a direction terminal and supplies the second driving voltage to the plurality of ultrasonic elements, and the first first direction electrode line. Among the direction electrode lines to the nth first direction electrode lines, the jth (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) first direction electrode lines are arranged in the jth column of the ultrasonic element array. I of the first to second direction electrode lines to the m-th second direction electrode line (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m). ) Second direction electrode lines are connected to the second electrodes of the ultrasonic elements arranged in the i-th row of the ultrasonic element array, respectively, and the second signal generation circuit includes the first Related to an ultrasonic measurement device that supplies the second drive voltage having a different voltage to a second direction terminal to the m-th second direction terminal That.

本発明の他の態様によれば、第1〜第nの第1方向電極線に第1の駆動電圧を供給し、第1〜第mの第2方向電極線に第2の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波測定装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第1〜第mの第2方向電極線に、互いに異なる電圧の第2の駆動電圧を供給することができるから、第j列に配置されるm個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、m個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。   According to another aspect of the present invention, the first driving voltage is supplied to the first to nth first direction electrode lines, and the second driving voltage is supplied to the first to mth second direction electrode lines. By doing so, the number of wirings can be reduced compared to driving each ultrasonic element independently, and the configuration of the ultrasonic measurement apparatus can be simplified. Further, since the second driving voltages having different voltages can be supplied to the first to m-th second direction electrode lines, the m ultrasonic elements arranged in the j-th column can be mutually connected. Different voltages can be applied. As a result, the intensity of the ultrasonic wave radiated from each of the m ultrasonic elements can be made different.

また本発明の一態様では、前記第2の方向は、位相走査により超音波のビームがスキャンされる方向であるスキャン方向であり、前記第1の方向は、前記第2の方向と交差する方向であるスライス方向であってもよい。   In the aspect of the invention, the second direction is a scan direction in which an ultrasonic beam is scanned by phase scanning, and the first direction intersects the second direction. It may be a slice direction.

このようにすれば、第1の方向に沿ってスキャン面の設定位置を可変に設定し、設定されたスキャン面に沿って第2の方向に超音波ビームをスキャンすることができる。その結果、簡素な構成で2次元的なスキャンなどが可能になる。   In this way, the setting position of the scan plane can be variably set along the first direction, and the ultrasonic beam can be scanned along the set scan plane in the second direction. As a result, two-dimensional scanning can be performed with a simple configuration.

また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイは、複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、前記複数の開口の各開口ごとに設けられる各超音波素子は、前記各開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、前記第1の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、前記第2の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であってもよい。   In one embodiment of the present invention, the ultrasonic element array includes a substrate in which a plurality of openings are arranged in an array, and each ultrasonic element provided for each opening of the plurality of openings includes the openings. And a piezoelectric element part provided on the vibration film, the piezoelectric element part covering a lower electrode provided on the vibration film and at least a part of the lower electrode And the upper electrode provided so as to cover at least a part of the piezoelectric film, wherein the first electrode is one of the upper electrode and the lower electrode, The second electrode may be the other of the upper electrode and the lower electrode.

このようにすれば、第1の電極の電圧と第2の電極の電圧との電圧差が圧電体膜に印加されるから、電圧差を変化させることで圧電体膜が伸縮し、超音波を発生させることができる。   In this way, since the voltage difference between the voltage of the first electrode and the voltage of the second electrode is applied to the piezoelectric film, changing the voltage difference expands and contracts the piezoelectric film, Can be generated.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置を含む電子機器に関係する。   Another aspect of the present invention relates to an electronic apparatus including the ultrasonic measurement device according to any one of the above.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置と、表示用画像データを表示する表示部とを含む診断装置に関係する。   Another aspect of the present invention relates to a diagnostic apparatus including any one of the ultrasonic measurement apparatuses described above and a display unit that displays display image data.

本発明の他の態様によれば、超音波ビームのスキャン面の設定位置を可変に設定することができるから、簡素な構成で2次元的なスキャンが可能になり、超音波エコー画像を効率的に取得することなどが可能になる。   According to another aspect of the present invention, since the setting position of the scanning surface of the ultrasonic beam can be variably set, two-dimensional scanning can be performed with a simple configuration, and the ultrasonic echo image can be efficiently used. Can be obtained.

本発明の他の態様は、超音波素子アレイと、第1の駆動電圧が入力される第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子と、第2の駆動電圧を設定する電圧切換回路とを含み、前記超音波素子アレイは、m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記電圧切換回路に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、前記電圧切換回路は、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給する超音波装置に関係する。   In another aspect of the present invention, an ultrasonic element array, a first first direction terminal to which a first drive voltage is input to an nth (n is an integer of 2 or more) first direction terminal, a second A voltage switching circuit for setting a driving voltage of the ultrasonic element array, wherein the ultrasonic element array is wired along a first direction with a plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns, A first first direction electrode line to an nth first terminal connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal and supplying the first drive voltage to the plurality of ultrasonic elements. A directional electrode line is wired along a second direction intersecting the first direction, is connected to the voltage switching circuit, and supplies the second drive voltage to the plurality of ultrasonic elements. A second direction electrode line to an mth second direction electrode line, and the first first direction electrode line to the nth first direction. Among the electrode lines, the j-th (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) first direction electrode line is a first electrode of each ultrasonic element arranged in the j-th column of the ultrasonic element array. The i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m) second-direction electrode lines of the first to second-direction electrode lines to the m-th second-direction electrode lines are Connected to the second electrode of each of the ultrasonic elements arranged in the i-th row of the acoustic wave element array, and the voltage switching circuit includes the first second-direction electrode line to the m-th second-direction electrode line. On the other hand, the present invention relates to an ultrasonic apparatus that supplies the second drive voltages having different voltages.

本発明の他の態様によれば、第1〜第nの第1方向電極線に第1の駆動電圧を供給し、第1〜第mの第2方向電極線に第2の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第1〜第mの第2方向電極線に、互いに異なる電圧の第2の駆動電圧を供給することができるから、第j列に配置されるm個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、m個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。   According to another aspect of the present invention, the first driving voltage is supplied to the first to nth first direction electrode lines, and the second driving voltage is supplied to the first to mth second direction electrode lines. As a result, the number of wirings is smaller than when each ultrasonic element is driven independently, and the configuration of the ultrasonic apparatus can be simplified. Further, since the second driving voltages having different voltages can be supplied to the first to m-th second direction electrode lines, the m ultrasonic elements arranged in the j-th column can be mutually connected. Different voltages can be applied. As a result, the intensity of the ultrasonic wave radiated from each of the m ultrasonic elements can be made different.

図1(A)、図1(B)は、超音波素子の基本的な構成例。1A and 1B are basic configuration examples of an ultrasonic element. 超音波測定装置の構成例。The structural example of an ultrasonic measurement apparatus. 超音波測定装置における位相走査を説明する図。The figure explaining the phase scan in an ultrasonic measuring device. 超音波の強度分布を説明する第1の図。The 1st figure explaining intensity distribution of an ultrasonic wave. 超音波の強度分布を説明する第2の図。FIG. 3 is a second diagram illustrating the intensity distribution of ultrasonic waves. 超音波の強度分布を説明する第3の図。FIG. 3 is a third diagram illustrating the intensity distribution of ultrasonic waves. 超音波素子に印加される電圧と超音波素子の変位量との関係の一例。An example of the relationship between the voltage applied to an ultrasonic element, and the displacement amount of an ultrasonic element. 互いに異なる第2の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第1の図。The 1st figure explaining the intensity distribution of an ultrasonic wave in the case of supplying mutually different 2nd drive voltage. 互いに異なる第2の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第2の図。FIG. 6 is a second diagram illustrating the intensity distribution of ultrasonic waves when supplying different second drive voltages. 互いに異なる第2の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第3の図。The 3rd figure explaining the intensity distribution of an ultrasonic wave in the case of supplying the mutually different 2nd drive voltage. 第1の駆動電圧及び第2の駆動電圧のタイミングチャートの一例。An example of a timing chart of the first drive voltage and the second drive voltage. 図12(A)、図12(B)は、シミュレーションによるスライス方向における超音波ビームの強度分布の一例。12A and 12B are examples of the intensity distribution of the ultrasonic beam in the slice direction by simulation. 図13(A)、図13(B)は、第2の信号生成回路の第1及び第2の構成例。13A and 13B show first and second configuration examples of the second signal generation circuit. 超音波プローブ及び診断装置(電子機器)の基本的な構成例。The basic structural example of an ultrasonic probe and a diagnostic apparatus (electronic device).

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.超音波素子
図1(A)、図1(B)に本実施形態の超音波測定装置(又は超音波装置)に含まれる超音波素子UEの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子UEは、振動膜(メンブレン、支持部材)MBと圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極(第1電極層)EL1、圧電体膜(圧電体層)PE、上部電極(第2電極層)EL2を有する。なお、本実施形態の超音波素子UEは図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
1. Ultrasonic Element FIGS. 1A and 1B show a basic configuration example of an ultrasonic element UE included in the ultrasonic measurement apparatus (or ultrasonic apparatus) of the present embodiment. The ultrasonic element UE of the present embodiment includes a vibration film (membrane, support member) MB and a piezoelectric element unit. The piezoelectric element portion includes a lower electrode (first electrode layer) EL1, a piezoelectric film (piezoelectric layer) PE, and an upper electrode (second electrode layer) EL2. Note that the ultrasonic element UE of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 1, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

図1(A)は、基板(シリコン基板)SUBに形成された超音波素子UEの、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図1(B)は、図1(A)のA−A’に沿った断面を示す断面図である。   FIG. 1A is a plan view of an ultrasonic element UE formed on a substrate (silicon substrate) SUB, as viewed from a direction perpendicular to the substrate on the element formation surface side. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section along A-A ′ of FIG.

第1電極層EL1は、振動膜MBの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第1電極層EL1は、図1(A)に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子UEに接続される配線であってもよい。   The first electrode layer EL1 is formed of, for example, a metal thin film on the vibration film MB. As shown in FIG. 1A, the first electrode layer EL1 may be a wiring that extends to the outside of the element formation region and is connected to the adjacent ultrasonic element UE.

圧電体膜PEは、例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)薄膜により形成され、第1電極層EL1の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜PEの材料は、PZTに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛(PbTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)などを用いてもよい。 The piezoelectric film PE is formed of, for example, a PZT (lead zirconate titanate) thin film, and is provided so as to cover at least a part of the first electrode layer EL1. The material of the piezoelectric film PE is not limited to PZT. For example, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), etc. May be used.

第2電極層EL2は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜PEの少なくとも一部を覆うように設けられる。この第2電極層EL2は、図1(A)に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子UEに接続される配線であってもよい。   The second electrode layer EL2 is formed of, for example, a metal thin film, and is provided so as to cover at least a part of the piezoelectric film PE. As shown in FIG. 1A, the second electrode layer EL2 may be a wiring that extends outside the element formation region and is connected to the adjacent ultrasonic element UE.

振動膜(メンブレン)MBは、例えばSiO薄膜とZrO薄膜との2層構造により開口CAVを塞ぐように設けられる。この振動膜MBは、圧電体膜PE及び第1、第2電極層EL1、EL2を支持すると共に、圧電体膜PEの伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。 The vibration film (membrane) MB is provided so as to close the opening CAV by, for example, a two-layer structure of a SiO 2 thin film and a ZrO 2 thin film. The vibration film MB supports the piezoelectric film PE and the first and second electrode layers EL1 and EL2, and can vibrate according to the expansion and contraction of the piezoelectric film PE to generate ultrasonic waves.

開口(空洞領域)CAVは、シリコン基板SUBの裏面(素子が形成されない面)側から反応性イオンエッチング(RIE)等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域CAVの開口部OPより超音波が放射される。   The opening (cavity region) CAV is formed by etching by reactive ion etching (RIE) or the like from the back surface (surface on which no element is formed) side of the silicon substrate SUB. Ultrasonic waves are radiated from the opening OP of the cavity region CAV.

超音波素子UEの第1の電極は、第1電極層EL1により形成され、第2の電極は、第2電極層EL2により形成される。具体的には、第1電極層EL1のうちの圧電体膜PEに覆われた部分が第1の電極を形成し、第2電極層EL2のうちの圧電体膜PEを覆う部分が第2の電極を形成する。即ち、圧電体膜PEは、第1の電極と第2の電極に挟まれて設けられる。   The first electrode of the ultrasonic element UE is formed by the first electrode layer EL1, and the second electrode is formed by the second electrode layer EL2. Specifically, the portion of the first electrode layer EL1 covered with the piezoelectric film PE forms the first electrode, and the portion of the second electrode layer EL2 that covers the piezoelectric film PE is the second electrode. An electrode is formed. That is, the piezoelectric film PE is provided between the first electrode and the second electrode.

圧電体膜PEは、第1の電極と第2の電極との間、即ち第1電極層EL1と第2電極層EL2との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体膜PEの一方の面は第1電極層EL1を介して振動膜MBに接合されているが、他方の面には第2電極層EL2が形成されるものの、第2電極層EL2上には他の層が形成されない。そのため圧電体膜PEの振動膜MB側が伸縮しにくく、第2電極層EL2側が伸縮し易くなる。従って、圧電体膜PEに電圧を印加すると、空洞領域CAV側に凸となる撓みが生じ、振動膜MBを撓ませる。圧電体膜PEに交流電圧を印加することで、振動膜MBが膜厚方向に対して振動し、この振動膜MBの振動により超音波が開口部OPから放射される。圧電体膜PEに印加される電圧は、例えば10〜30Vであり、周波数は例えば1〜10MHzである。   The piezoelectric film PE expands and contracts in the in-plane direction when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, that is, between the first electrode layer EL1 and the second electrode layer EL2. One surface of the piezoelectric film PE is joined to the vibration film MB via the first electrode layer EL1, but the second electrode layer EL2 is formed on the other surface, but on the second electrode layer EL2. No other layers are formed. Therefore, the vibration film MB side of the piezoelectric film PE is not easily expanded and contracted, and the second electrode layer EL2 side is easily expanded and contracted. Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric film PE, a convex bend is generated on the cavity region CAV side, and the vibration film MB is bent. By applying an AC voltage to the piezoelectric film PE, the vibration film MB vibrates in the film thickness direction, and an ultrasonic wave is radiated from the opening OP by the vibration of the vibration film MB. The voltage applied to the piezoelectric film PE is, for example, 10 to 30 V, and the frequency is, for example, 1 to 10 MHz.

2.超音波測定装置
図2に、本実施形態の超音波測定装置300の構成例を示す。本構成例の超音波測定装置300は、第1の信号生成回路110及び第2の信号生成回路120を含む。また、超音波測定装置300は、超音波装置200をさらに含んでもよい。なお、本実施形態の超音波測定装置300は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. Ultrasonic Measuring Device FIG. 2 shows a configuration example of the ultrasonic measuring device 300 of the present embodiment. The ultrasonic measurement apparatus 300 of this configuration example includes a first signal generation circuit 110 and a second signal generation circuit 120. Further, the ultrasonic measurement device 300 may further include an ultrasonic device 200. The ultrasonic measurement apparatus 300 according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Can be implemented.

第1の信号生成回路110は、超音波素子アレイ100を有する超音波装置200の、第1〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子X1〜Xnに対して、第1の駆動電圧VDR1〜VDRnを供給する。例えば図2では、第1〜第12の第1方向端子X1〜X12に対して、位相走査を行うための第1の駆動電圧VDR1〜VDR12を供給する。具体的には、X1にVDR1を供給し、X2にVDRM2を供給し、以下同様にしてX3〜X8にVDR3〜VDR8を供給する。   The first signal generation circuit 110 includes a first signal generation circuit 110 for the first to n-th (n is an integer of 2 or more) first direction terminals X1 to Xn of the ultrasonic device 200 having the ultrasonic element array 100. Drive voltages VDR1 to VDRn are supplied. For example, in FIG. 2, the first drive voltages VDR1 to VDR12 for performing phase scanning are supplied to the first to twelfth first direction terminals X1 to X12. Specifically, VDR1 is supplied to X1, VDRM2 is supplied to X2, and VDR3 to VDR8 are supplied to X3 to X8 in the same manner.

第2の信号生成回路120は、超音波装置200の第1〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子Y1〜Ymに対して、互いに異なる電圧の第2の駆動電圧VCOM1〜VCOMmを供給する。例えば図2では、第1〜第8の第2方向端子Y1〜Y8に対して、互いに異なる電圧の第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8を供給する。具体的には、Y1にVCOM1を供給し、Y2にVCOM2を供給し、以下同様にしてY3〜Y8にVCOM3〜VCOM8を供給する。第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8は、それぞれ一定の直流電圧であって、必ずしも接地電位(グランド電位、0V)を含む必要はない。   The second signal generation circuit 120 has second drive voltages VCOM <b> 1 to VCOM <b> 1 that are different from each other with respect to the first to m-th (m is an integer of 2 or more) second direction terminals Y <b> 1 to Ym of the ultrasonic device 200. Supply VCOMm. For example, in FIG. 2, the second drive voltages VCOM1 to VCOM8 having different voltages are supplied to the first to eighth second direction terminals Y1 to Y8. Specifically, VCOM1 is supplied to Y1, VCOM2 is supplied to Y2, and VCOM3 to VCOM8 are supplied to Y3 to Y8 in the same manner. Each of the second drive voltages VCOM1 to VCOM8 is a constant DC voltage, and does not necessarily include the ground potential (ground potential, 0 V).

なお、図2では、例としてm=8、n=12の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。   FIG. 2 shows an example where m = 8 and n = 12, but other values may be used.

超音波装置200は、超音波素子アレイ100、第1〜第nの第1方向端子X1〜Xn、第1〜第mの第2方向端子Y1〜Ymを含む。   The ultrasonic device 200 includes an ultrasonic element array 100, first to nth first direction terminals X1 to Xn, and first to mth second direction terminals Y1 to Ym.

超音波素子アレイ100は、m行n列のマトリックスアレイ状に配置される複数の超音波素子UE、第1〜第nの第1方向電極線LX1〜LXn、第1〜第mの第2方向電極線LY1〜LYmを含む。超音波素子UEは、例えば図1(A)、図2(B)に示した構成とすることができる。具体的には、図2に示すように、第1の方向D1に向かって第1行〜第8行(広義には第m行)の超音波素子UEが配置され、第1の方向に交差する第2の方向D2に向かって第1列〜第12列(広義には第n列)の超音波素子UEが配置される。なお、以下の説明において、超音波素子UEのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第4行第6列に位置する超音波素子をUE46と表記する。   The ultrasonic element array 100 includes a plurality of ultrasonic elements UE arranged in a matrix array of m rows and n columns, first to nth first direction electrode lines LX1 to LXn, and first to mth second directions. The electrode lines LY1 to LYm are included. The ultrasonic element UE can be configured as shown in FIGS. 1A and 2B, for example. Specifically, as shown in FIG. 2, the ultrasonic elements UE in the first to eighth rows (mth row in a broad sense) are arranged in the first direction D1, and intersect with the first direction. The ultrasonic elements UE in the first column to the twelfth column (nth column in a broad sense) are arranged in the second direction D2. In the following description, when specifying the position of the ultrasonic element UE in the array, for example, the ultrasonic element positioned in the fourth row and sixth column is denoted as UE46.

第1〜第12(広義には第n)の第1方向電極線LX1〜LX12は、超音波素子アレイ100において第1の方向D1に沿って配線され、超音波素子アレイ100の複数の超音波素子に第1の駆動電圧を供給する。第1〜第12(広義には第n)の第1方向端子X1〜X12は、第1〜第12の第1方向電極線LX1〜LX12に接続される。第1〜第12の第1方向電極線LX1〜LX12のうちの第j(jは1≦j≦12である整数)の第1方向電極線LXjは、超音波素子アレイ100の第j列に配置される超音波素子UEがそれぞれ有する第1の電極に接続される。   The first to twelfth (nth in a broad sense) first direction electrode lines LX1 to LX12 are wired along the first direction D1 in the ultrasonic element array 100, and a plurality of ultrasonic waves of the ultrasonic element array 100 are provided. A first driving voltage is supplied to the element. The first to twelfth (nth in a broad sense) first direction terminals X1 to X12 are connected to the first to twelfth first direction electrode lines LX1 to LX12. Of the first to twelfth first direction electrode lines LX1 to LX12, the jth direction electrode line LXj (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ 12) is arranged in the jth column of the ultrasonic element array 100. It is connected to the 1st electrode which each ultrasonic element UE arranged has.

第1〜第8(広義には第m)の第2方向電極線LY1〜LY8は、第1の方向D1に交差する第2の方向D2に沿って配線され、超音波素子アレイ100の複数の超音波素子に第2の駆動電圧を供給する。第1〜第8(広義には第m)の第2方向端子Y1〜Y8は、第1〜第8の第2方向電極線LY1〜LY8に接続される。第1〜第8の第2方向電極線LY1〜LY8のうちの第i(iは1≦i≦8である整数)の第2方向電極線LYiは、超音波素子アレイ100の第i行に配置される超音波素子UEがそれぞれ有する第2の電極に接続される。   The first to eighth (mth in a broad sense) second direction electrode lines LY <b> 1 to LY <b> 8 are wired along a second direction D <b> 2 that intersects the first direction D <b> 1, and the plurality of ultrasonic element arrays 100. A second drive voltage is supplied to the ultrasonic element. The first to eighth (mth in a broad sense) second direction terminals Y1 to Y8 are connected to the first to eighth second direction electrode lines LY1 to LY8. Of the first to eighth second-direction electrode lines LY1 to LY8, the i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ 8) second-direction electrode line LYi is arranged in the i-th row of the ultrasonic element array 100. It is connected to the 2nd electrode which each ultrasonic element UE arranged has.

具体的には、例えば図2に示す超音波素子UE11については、第1の電極が第1の第1方向電極線LX1に接続され、第2の電極が第1の第2方向電極線LY1に接続される。また、例えば図2に示す超音波素子UE46については、第1の電極が第6の第1方向電極線LX6に接続され、第2の電極が第4の第2方向電極線LY4に接続される。   Specifically, for example, for the ultrasonic element UE11 shown in FIG. 2, the first electrode is connected to the first first-direction electrode line LX1, and the second electrode is connected to the first second-direction electrode line LY1. Connected. For example, for the ultrasonic element UE46 shown in FIG. 2, the first electrode is connected to the sixth first direction electrode line LX6, and the second electrode is connected to the fourth second direction electrode line LY4. .

第2の信号生成回路120は、第1の第2方向端子Y1から第8の第2方向端子Y8に向かって、電圧が単調に増加又は減少する第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8を供給してもよい。ここで、Y1からY8に向かって電圧が単調に増加するとは、Y1〜Y8に供給される第2の駆動電圧がVCOM1<VCOM2<VCOM3<・・・<VCOM8の関係を有することをいう。また、Y1からY8に向かって電圧が単調に減少するとは、Y1〜Y8に供給される第2の駆動電圧がVCOM1>VCOM2>VCOM3>・・・>VCOM8の関係を有することをいう。   The second signal generation circuit 120 supplies second drive voltages VCOM1 to VCOM8 whose voltage monotonously increases or decreases from the first second direction terminal Y1 to the eighth second direction terminal Y8. Also good. Here, the voltage monotonously increasing from Y1 to Y8 means that the second drive voltage supplied to Y1 to Y8 has a relationship of VCOM1 <VCOM2 <VCOM3 <... <VCOM8. The voltage monotonously decreasing from Y1 to Y8 means that the second drive voltage supplied to Y1 to Y8 has a relationship of VCOM1> VCOM2> VCOM3>...> VCOM8.

また、第2の信号生成回路120は、電圧が単調に増加する第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8の電圧勾配、又は、電圧が単調に減少する第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。スキャン面とは、超音波素子アレイ100から放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面である。即ち、超音波素子アレイ100から放射される超音波のビームがそれに沿ってスキャンされる面である。例えば第1の方向D1がスライス方向であり、第2の方向D2が位相走査のスキャン方向である場合には、スキャン面はアレイ面に垂直で、第2の方向D2と平行な面である。なお、第2の駆動電圧の電圧勾配とスキャン面の設定位置との関係については、後で詳細に説明する。   Further, the second signal generation circuit 120 changes the voltage gradient of the second drive voltages VCOM1 to VCOM8 in which the voltage monotonously increases or the voltage gradient of the second drive voltages VCOM1 to VCOM8 in which the voltage monotonously decreases. By doing so, the setting position of the scan plane can be changed. The scan plane is a plane along the scan direction of the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic element array 100. That is, this is a surface on which the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic element array 100 is scanned. For example, when the first direction D1 is the slice direction and the second direction D2 is the scan direction of the phase scan, the scan plane is a plane perpendicular to the array plane and parallel to the second direction D2. The relationship between the voltage gradient of the second drive voltage and the scan surface setting position will be described later in detail.

ここで第2の駆動電圧の電圧勾配は、超音波素子アレイ100の第k(kは1≦k≦m−1である整数)行の超音波素子と第k+1行の超音波素子との間隔(行間隔)をΔYkとした場合に、(VCOMk+1−VCOMk)/ΔYkで与えられる。各行間隔が等しい場合、即ち各行が等間隔で配置される場合には、行間隔をΔYとして、(VCOMk+1−VCOMk)/ΔYで与えられる。また、電圧差VCOMk+1−VCOMkがkに依らず一定である場合には、電圧差をΔVCOMとして、ΔVCOM/ΔYで与えられる。例えば図2の構成例では、行間隔ΔYは固定値であるから、電圧差VCOMk+1−VCOMkを変化させることで、第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることができる。   Here, the voltage gradient of the second drive voltage is the interval between the ultrasonic elements in the k-th (k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ m−1) rows and the ultrasonic elements in the (k + 1) -th row of the ultrasonic element array 100. When (row interval) is ΔYk, it is given by (VCOMk + 1−VCOMk) / ΔYk. When the line intervals are equal, that is, when the lines are arranged at equal intervals, (VCOMk + 1−VCOMk) / ΔY is given as ΔY. When the voltage difference VCOMk + 1−VCOMk is constant regardless of k, the voltage difference is given by ΔVCOM / ΔY with ΔVCOM. For example, in the configuration example of FIG. 2, since the row interval ΔY is a fixed value, the voltage gradient of the second drive voltage can be changed by changing the voltage difference VCOMk + 1−VCOMk.

なお、第1の信号生成回路110及び第2の信号生成回路120をまとめて、1つの信号生成回路としてもよい。或いは、第2の信号生成回路120の一部を超音波素子アレイ100と同一基板上に設けてもよい。   Note that the first signal generation circuit 110 and the second signal generation circuit 120 may be combined into one signal generation circuit. Alternatively, a part of the second signal generation circuit 120 may be provided on the same substrate as the ultrasonic element array 100.

図2の構成例では、第1〜第12の第1方向電極線LX1〜LX12が第1の駆動電圧を供給し、第1〜第8の第2方向電極線LY1〜LY8が第2の駆動電圧を供給するが、これに限定されるものではない。第1方向電極線LX1〜LX12が第2の駆動電圧を供給し、第2方向電極線LY1〜LY8が第1の駆動電圧を供給してもよい。   In the configuration example of FIG. 2, the first to twelfth first direction electrode lines LX1 to LX12 supply the first drive voltage, and the first to eighth second direction electrode lines LY1 to LY8 are the second drive. Although a voltage is supplied, it is not limited to this. The first direction electrode lines LX1 to LX12 may supply the second drive voltage, and the second direction electrode lines LY1 to LY8 may supply the first drive voltage.

なお、以下の説明において、第1の駆動電圧を駆動信号(又は駆動信号電圧)、第2の駆動電圧をコモン電圧とも呼ぶ。また、第1方向電極線LX1〜LX12を駆動電極線、第2方向電極線LY1〜LY8をコモン電極線とも呼ぶ。   In the following description, the first drive voltage is also called a drive signal (or drive signal voltage), and the second drive voltage is also called a common voltage. The first direction electrode lines LX1 to LX12 are also called drive electrode lines, and the second direction electrode lines LY1 to LY8 are also called common electrode lines.

駆動電極線(第1方向電極線)LX1〜LX12には、第1の信号生成回路110により、所定の周波数で電圧が変化する駆動信号(第1の駆動電圧)VDR1〜VDR12が供給される。また、コモン電極線(第2方向電極線)LY1〜LY8には、第2の信号生成回路120により、互いに異なる電圧のコモン電圧(第2の駆動電圧)VCOM1〜VCOM8が供給される。駆動信号電圧とコモン電圧との差の電圧が各超音波素子UEに印加され、所定の周波数の超音波が放射される。例えば、図2の超音波素子UE11には、駆動電極線LX1に供給される駆動信号電圧VDR1とコモン電極線LY1に供給されるコモン電圧VCOM1との差VDR1−VCOM1が印加される。同様に、超音波素子UE46には、駆動電極線LX6に供給される駆動信号電圧VDR6とコモン電極線LY4に供給されるコモン電圧VCOM4との差VDR6−VCOM4が印加される。   Drive signals (first drive voltages) VDR1 to VDR12 whose voltages change at a predetermined frequency are supplied to the drive electrode lines (first direction electrode lines) LX1 to LX12 by the first signal generation circuit 110. The common signal lines (second direction electrode lines) LY1 to LY8 are supplied with common voltages (second drive voltages) VCOM1 to VCOM8 having different voltages by the second signal generation circuit 120. A voltage difference between the drive signal voltage and the common voltage is applied to each ultrasonic element UE, and ultrasonic waves with a predetermined frequency are emitted. For example, the difference VDR1−VCOM1 between the drive signal voltage VDR1 supplied to the drive electrode line LX1 and the common voltage VCOM1 supplied to the common electrode line LY1 is applied to the ultrasonic element UE11 of FIG. Similarly, a difference VDR6-VCOM4 between the drive signal voltage VDR6 supplied to the drive electrode line LX6 and the common voltage VCOM4 supplied to the common electrode line LY4 is applied to the ultrasonic element UE46.

駆動電極線LX11〜LX12に供給される12の駆動信号の位相が一致している場合には、各超音波素子からそれぞれ放射される超音波が合成されて、超音波素子アレイ100に垂直な方向(アレイ面の法線方向)に放射される超音波が形成される。一方、駆動電極線LX11〜LX12に供給される12の駆動信号が互いに位相差をもつ場合には、合成された超音波は位相差に応じてアレイ面の法線方向からずれた方向に放射される。この現象を利用すれば、各駆動信号の位相差を変化させることで超音波の放射方向を変化させることができる。各駆動信号の位相差を制御することで、超音波の放射方向(ビーム方向)を走査することを「位相走査」と呼ぶ。   When the phases of the twelve drive signals supplied to the drive electrode lines LX11 to LX12 coincide with each other, the ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements are synthesized, and the direction perpendicular to the ultrasonic element array 100 is obtained. Ultrasonic waves radiated in the (normal direction of the array surface) are formed. On the other hand, when the twelve drive signals supplied to the drive electrode lines LX11 to LX12 have a phase difference with each other, the synthesized ultrasonic wave is radiated in a direction shifted from the normal direction of the array surface according to the phase difference. The If this phenomenon is used, the radiation direction of the ultrasonic wave can be changed by changing the phase difference of each drive signal. Scanning the radiation direction (beam direction) of ultrasonic waves by controlling the phase difference of each drive signal is called “phase scanning”.

図3は、本実施形態の超音波測定装置300における位相走査を説明する図である。簡単にするために、図3では4個の超音波素子UE1〜UE4について説明する。UE1〜UE4は、等間隔dで配置されている。そして供給される駆動信号VDR1〜VDR4の位相はVDR1が最も早く、VDR2、VDR3、VDR4の順に所定の位相差だけ遅くなる。即ち、駆動信号VDR1〜VDR4は、VDR1、VDR2、VDR3、VDR4の順に所定の時間差Δtを伴って供給される。   FIG. 3 is a diagram for explaining phase scanning in the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment. For simplicity, FIG. 3 illustrates four ultrasonic elements UE1 to UE4. UE1 to UE4 are arranged at equal intervals d. The phase of the supplied drive signals VDR1 to VDR4 is the fastest in VDR1, and is delayed by a predetermined phase difference in the order of VDR2, VDR3, and VDR4. That is, the drive signals VDR1 to VDR4 are supplied with a predetermined time difference Δt in the order of VDR1, VDR2, VDR3, and VDR4.

図3には、各超音波素子UE1〜UE4から放射された超音波の或る時刻における波面W1〜W4を示す。各超音波素子から放射された超音波は合成されて、合成された超音波の波面WTを形成する。この波面WTの放線方向DTが合成された超音波の放射方向(ビーム方向)となる。ビーム方向DTとアレイ面の法線方向との成す角度θsは、
sinθs=c×Δt/d (1)
で与えられる。ここでcは音速、Δtは駆動信号の時間差、dは素子間隔である。
FIG. 3 shows wavefronts W1 to W4 of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic elements UE1 to UE4 at a certain time. The ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements are combined to form a wavefront WT of the combined ultrasonic wave. The ray direction DT of the wavefront WT becomes the synthesized ultrasonic radiation direction (beam direction). The angle θs formed by the beam direction DT and the normal direction of the array surface is
sin θs = c × Δt / d (1)
Given in. Here, c is the speed of sound, Δt is the time difference of the drive signals, and d is the element spacing.

このように位相走査、即ち各超音波素子に供給する駆動信号の位相差(時間差)を変化させることで、ビーム方向を変化させることができる。具体的には、例えば図2に示す構成例では、駆動電極線LX1〜LX12のそれぞれに供給する駆動信号の位相差(時間差)を変化させることで、ビーム方向を第2の方向D2に沿って走査(スキャン)させることができる。即ち、第2の方向D2は位相走査のスキャン方向であり、第1の方向D1はスライス方向である。   Thus, the beam direction can be changed by changing the phase difference (time difference) of the drive signals supplied to each ultrasonic element, that is, phase scanning. Specifically, for example, in the configuration example shown in FIG. 2, the beam direction is changed along the second direction D2 by changing the phase difference (time difference) of the drive signals supplied to the drive electrode lines LX1 to LX12. It can be scanned. That is, the second direction D2 is the scan direction of the phase scanning, and the first direction D1 is the slice direction.

3.超音波の強度分布
図4は、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第1の図である。図4では、簡単のために6行6列の超音波素子アレイについて説明する。図4には、第1の方向D1に関するビームプロファイルBP1、第2の方向D2に関するビームプロファイルBP2及びビームのピーク位置PKを示す。また、中心線C1は第1の方向D1に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線であり、中心線C2は第2の方向D2に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線である。
3. FIG. 4 is a first diagram for explaining the ultrasonic intensity distribution (beam profile). In FIG. 4, a 6-row 6-column ultrasonic element array will be described for simplicity. FIG. 4 shows the beam profile BP1 related to the first direction D1, the beam profile BP2 related to the second direction D2, and the peak position PK of the beam. The center line C1 is a straight line passing through the center of the ultrasonic element array along the first direction D1, and the center line C2 is a straight line passing through the center of the ultrasonic element array along the second direction D2.

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、VDR6が最も早く、VDR6からVDR1に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第2の方向D2に関するピーク位置はビームプロファイルBP2が示すように中心線C1からLX1側にシフトする。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied so that VDR6 is the fastest and is delayed from VDR6 to VDR1 by a certain time difference. Therefore, by the above-described phase scanning, the peak position in the second direction D2 is shifted from the center line C1 to the LX1 side as indicated by the beam profile BP2.

コモン電極線LY1〜LY6には、同一電圧のコモン電圧VCOMが供給される。各超音波素子UEに印加される電圧は駆動信号電圧とコモン電圧との差であるから、同一の駆動電極線に接続された6個の超音波素子に印加される電圧は同一になる。例えば駆動電極線LX1に接続される6個の超音波素子UE11、UE21、UE31、UE41、UE51、UE61に印加される電圧は、VDR1−VCOMである。従って、6個の超音波素子から放射される超音波の強度は同一になる。その結果、合成された超音波の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2上にある。   The common voltage VCOM having the same voltage is supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. Since the voltage applied to each ultrasonic element UE is the difference between the drive signal voltage and the common voltage, the voltages applied to the six ultrasonic elements connected to the same drive electrode line are the same. For example, the voltage applied to the six ultrasonic elements UE11, UE21, UE31, UE41, UE51, and UE61 connected to the drive electrode line LX1 is VDR1-VCOM. Therefore, the intensity of the ultrasonic waves emitted from the six ultrasonic elements is the same. As a result, the peak position of the synthesized ultrasonic wave in the first direction D1 is on the center line C2 as indicated by the beam profile BP1.

図5は、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第2の図である。   FIG. 5 is a second diagram for explaining the intensity distribution (beam profile) of ultrasonic waves.

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、同一のタイミングで、即ち位相差(時間差)が無く供給される。従って、各超音波素子から放射される超音波の位相は一致するから、合成された超音波の強度の第2の方向D2に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP2が示すように中心線C1上にある。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied at the same timing, that is, without a phase difference (time difference). Accordingly, since the phases of the ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements coincide with each other, the peak position in the second direction D2 of the intensity of the synthesized ultrasonic wave is on the center line C1 as indicated by the beam profile BP2. .

コモン電極線LY1〜LY6には、同一電圧のコモン電圧VCOMが供給される。従って、合成された超音波の強度の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2上にある。   The common voltage VCOM having the same voltage is supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. Therefore, the peak position in the first direction D1 of the intensity of the synthesized ultrasonic wave is on the center line C2 as indicated by the beam profile BP1.

図6は、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第3の図である。   FIG. 6 is a third diagram for explaining the ultrasonic intensity distribution (beam profile).

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、VDR1が最も早く、VDR1からVDR6に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第2の方向D2に関するピーク位置はビームプロファイルBP2が示すように中心線C1からLX6側にシフトする。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied so that VDR1 is the earliest and is delayed from VDR1 to VDR6 by a certain time difference. Therefore, by the above-described phase scanning, the peak position in the second direction D2 is shifted from the center line C1 to the LX6 side as indicated by the beam profile BP2.

コモン電極線LY1〜LY6には、同一電圧のコモン電圧VCOMが供給される。従って、合成された超音波の強度の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2上にある。   The common voltage VCOM having the same voltage is supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. Therefore, the peak position in the first direction D1 of the intensity of the synthesized ultrasonic wave is on the center line C2 as indicated by the beam profile BP1.

図4〜図6に示すように、コモン電極線LY1〜LY6に同一電圧のコモン電圧VCOMが供給される場合には、超音波強度のピーク位置PKは中心線C2上にある。そして位相走査を行うことで、中心線C2を含みアレイ面に垂直な面(スキャン面)に沿って超音波ビームをスキャンさせることができる。   As shown in FIGS. 4 to 6, when the common voltage VCOM having the same voltage is supplied to the common electrode lines LY1 to LY6, the peak position PK of the ultrasonic intensity is on the center line C2. By performing phase scanning, the ultrasonic beam can be scanned along a plane (scanning plane) that includes the center line C2 and is perpendicular to the array plane.

図7に、超音波素子に印加される電圧(印加電圧)と超音波素子の変位量との関係の一例を示す。横軸は印加電圧であり、縦軸は変位量である。図7に示すように、印加電圧と変位量の関係は非線形である。   FIG. 7 shows an example of the relationship between the voltage (applied voltage) applied to the ultrasonic element and the displacement amount of the ultrasonic element. The horizontal axis is the applied voltage, and the vertical axis is the amount of displacement. As shown in FIG. 7, the relationship between the applied voltage and the amount of displacement is non-linear.

超音波素子に印加される電圧は、駆動信号電圧VDRとコモン電圧VCOMとの差VDR−VCOMであるから、VDRが同一であってもVCOMが異なれば印加電圧が異なる。駆動信号は所定の周波数で電圧が変化する信号(交流成分をもつ信号)であり、例えば交流成分が正弦波である場合には、VDRは時間tの関数として次式で与えられる。   Since the voltage applied to the ultrasonic element is the difference VDR−VCOM between the drive signal voltage VDR and the common voltage VCOM, even if the VDR is the same, the applied voltage is different if the VCOM is different. The drive signal is a signal whose voltage changes at a predetermined frequency (a signal having an AC component). For example, when the AC component is a sine wave, VDR is given by the following equation as a function of time t.

VDR=VA×sinωt+VB (2)
ここでVAは交流成分の電圧振幅、ωは交流成分の角周波数、VBは直流成分の電圧である。
VDR = VA × sin ωt + VB (2)
Here, VA is the voltage amplitude of the AC component, ω is the angular frequency of the AC component, and VB is the voltage of the DC component.

(2)式のVDRがそれぞれに供給され、互いに電圧が異なるコモン電圧VCOM1、VCOM2、VCOM3が供給される3個の超音波素子UE1、UE2、UE3を考える。UE1、UE2、UE3の印加電圧VE1、VE2、VE3は、次式で表される。   Consider three ultrasonic elements UE1, UE2, and UE3 to which common voltages VCOM1, VCOM2, and VCOM3, each of which is supplied with the VDR in the equation (2) and that have different voltages from each other. Applied voltages VE1, VE2, and VE3 of UE1, UE2, and UE3 are expressed by the following equations.

VE1=VDR−VCOM1=VA×sinωt+VB−VCOM1 (3)
VE2=VDR−VCOM2=VA×sinωt+VB−VCOM2 (4)
VE3=VDR−VCOM3=VA×sinωt+VB−VCOM3 (5)
VCOM1>VCOM2>VCOM3である場合には、各印加電圧の直流成分は次のような関係になる。
VE1 = VDR−VCOM1 = VA × sin ωt + VB−VCOM1 (3)
VE2 = VDR−VCOM2 = VA × sin ωt + VB−VCOM2 (4)
VE3 = VDR−VCOM3 = VA × sin ωt + VB−VCOM3 (5)
When VCOM1>VCOM2> VCOM3, the DC component of each applied voltage has the following relationship.

VB−VCOM1<VB−VCOM2<VB−VCOM3 (6)
従って、印加電圧VE1、VE2、VE3は、図7に示すように、それぞれの直流成分VB−VCOM1、VB−VCOM2、VB−VCOM3を中心に±VAの範囲で変化する。印加電圧と変位量の関係が非線形であるために、VE1、VE2、VE3に対応する変位量をD1、D2、D3とすると、D1>D2>D3となる。即ち、UE1の変位量が最も大きく、UE1からUE3に向かって変位量が減少する。
VB-VCOM1 <VB-VCOM2 <VB-VCOM3 (6)
Therefore, as shown in FIG. 7, the applied voltages VE1, VE2, and VE3 vary within a range of ± VA around the respective DC components VB-VCOM1, VB-VCOM2, and VB-VCOM3. Since the relationship between the applied voltage and the displacement amount is non-linear, assuming that the displacement amounts corresponding to VE1, VE2, and VE3 are D1, D2, and D3, D1>D2> D3. That is, the displacement amount of UE1 is the largest, and the displacement amount decreases from UE1 toward UE3.

このように、互いに電圧が異なるコモン電圧が供給される複数の超音波素子では、コモン電圧が大きいほど変位量が大きくなり、従って放射される超音波の強度も大きくなる。   As described above, in a plurality of ultrasonic elements to which common voltages having different voltages are supplied, the displacement amount increases as the common voltage increases, and thus the intensity of the emitted ultrasonic wave increases.

図8は、互いに異なる第2の駆動電圧(コモン電圧)を供給する場合の、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第1の図である。上述した図4〜図6と同様に、6行6列の超音波素子アレイについて、第1の方向D1に関するビームプロファイルBP1、第2の方向D2に関するビームプロファイルBP2及びビームのピーク位置PKを示す。また、中心線C1は第1の方向D1に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線であり、中心線C2は第2の方向D2に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線である。   FIG. 8 is a first diagram illustrating the intensity distribution (beam profile) of ultrasonic waves when supplying different second drive voltages (common voltages). Similar to FIGS. 4 to 6, the beam profile BP1 related to the first direction D1, the beam profile BP2 related to the second direction D2, and the peak position PK of the beam are shown for the 6 × 6 ultrasonic element array. The center line C1 is a straight line passing through the center of the ultrasonic element array along the first direction D1, and the center line C2 is a straight line passing through the center of the ultrasonic element array along the second direction D2.

コモン電極線LY1〜LY6には、LY1からLY6に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧VCOM1〜VCOM6が供給される。図7を用いて説明したように、コモン電圧が大きいほど変位量が大きくなり、放射される超音波の強度も大きくなるから、例えば駆動電極線LX1に接続される6個の超音波素子UE11、UE21、UE31、UE41、UE51、UE61では、UE11から放射される超音波強度が最も大きく、UE11からUE61に向かって超音波強度が徐々に小さくなる。その結果、合成された超音波の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2からLY1側にシフトする。   Common voltages VCOM1 to VCOM6 whose voltages monotonously decrease from LY1 to LY6 are supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. As described with reference to FIG. 7, the displacement amount increases as the common voltage increases, and the intensity of the emitted ultrasonic wave also increases. For example, six ultrasonic elements UE11 connected to the drive electrode line LX1, In UE21, UE31, UE41, UE51, and UE61, the ultrasonic intensity emitted from UE11 is the highest, and the ultrasonic intensity gradually decreases from UE11 toward UE61. As a result, the peak position of the synthesized ultrasonic wave in the first direction D1 is shifted from the center line C2 to the LY1 side as indicated by the beam profile BP1.

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、VDR6が最も早く、VDR6からVDR1に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第2の方向D2に関するピーク位置はビームプロファイルBP2が示すように中心線C1からLX1側にシフトする。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied so that VDR6 is the fastest and is delayed from VDR6 to VDR1 by a certain time difference. Therefore, by the above-described phase scanning, the peak position in the second direction D2 is shifted from the center line C1 to the LX1 side as indicated by the beam profile BP2.

図9は、互いに異なる第2の駆動電圧(コモン電圧)を供給する場合の、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第2の図である。   FIG. 9 is a second diagram illustrating the intensity distribution (beam profile) of ultrasonic waves when supplying different second drive voltages (common voltages).

コモン電極線LY1〜LY6には、図8と同様に、LY1からLY6に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧VCOM1〜VCOM6が供給される。その結果、合成された超音波の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2からLY1側にシフトする。   Similarly to FIG. 8, common voltages VCOM1 to VCOM6 whose voltages monotonously decrease from LY1 to LY6 are supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. As a result, the peak position of the synthesized ultrasonic wave in the first direction D1 is shifted from the center line C2 to the LY1 side as indicated by the beam profile BP1.

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、同一のタイミングで、即ち位相差(時間差)が無く供給される。従って、各超音波素子から放射される超音波の位相は一致するから、合成された超音波の強度の第2の方向D2に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP2が示すように中心線C1上にある。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied at the same timing, that is, without a phase difference (time difference). Accordingly, since the phases of the ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements coincide with each other, the peak position in the second direction D2 of the intensity of the synthesized ultrasonic wave is on the center line C1 as indicated by the beam profile BP2. .

図10は、互いに異なる第2の駆動電圧(コモン電圧)を供給する場合の、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第3の図である。   FIG. 10 is a third diagram for explaining the intensity distribution (beam profile) of ultrasonic waves when different second drive voltages (common voltages) are supplied.

コモン電極線LY1〜LY6には、図8と同様に、LY1からLY6に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧VCOM1〜VCOM6が供給される。その結果、合成された超音波の第1の方向D1に関するピーク位置は、ビームプロファイルBP1が示すように中心線C2からLY1側にシフトする。   Similarly to FIG. 8, common voltages VCOM1 to VCOM6 whose voltages monotonously decrease from LY1 to LY6 are supplied to the common electrode lines LY1 to LY6. As a result, the peak position of the synthesized ultrasonic wave in the first direction D1 is shifted from the center line C2 to the LY1 side as indicated by the beam profile BP1.

駆動電極線LX1〜LX6に供給される駆動信号VDR1〜VDR6は、VDR1が最も早く、VDR1からVDR6に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第2の方向D2に関するピーク位置はビームプロファイルBP2が示すように中心線C1からLX6側にシフトする。   The drive signals VDR1 to VDR6 supplied to the drive electrode lines LX1 to LX6 are supplied so that VDR1 is the earliest and is delayed from VDR1 to VDR6 by a certain time difference. Therefore, by the above-described phase scanning, the peak position in the second direction D2 is shifted from the center line C1 to the LX6 side as indicated by the beam profile BP2.

図8〜図10に示すように、LY1からLY6に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧VCOM1〜VCOM6を供給することで、超音波強度のピーク位置PKを中心線C2からLY1側にシフトすることができる。そして位相走査を行うことで、中心線C2からLY1側にシフトした位置に設定されるスキャン面に沿って超音波ビームをスキャンすることができる。さらに電圧が単調に減少するコモン電圧VCOM1〜VCOM6の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。   As shown in FIGS. 8 to 10, by supplying common voltages VCOM1 to VCOM6 whose voltage monotonously decreases from LY1 to LY6, the peak position PK of the ultrasonic intensity is shifted from the center line C2 to the LY1 side. be able to. By performing phase scanning, it is possible to scan an ultrasonic beam along a scan plane set at a position shifted from the center line C2 to the LY1 side. Furthermore, the setting position of the scan plane can be changed by changing the voltage gradient of the common voltages VCOM1 to VCOM6 at which the voltage monotonously decreases.

また図示していないが、図8〜図10とは反対に、LY1からLY6に向かって電圧が単調に増加するコモン電圧VCOM1〜VCOM6を供給することで、超音波強度のピーク位置PKを中心線C2からLY6側にシフトすることができる。そして位相走査を行うことで、中心線C2からLY6側にシフトした位置に設定されるスキャン面に沿って超音波ビームをスキャンすることができる。さらに電圧が単調に増加するコモン電圧VCOM1〜VCOM6の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。   Although not shown, contrary to FIGS. 8 to 10, by supplying common voltages VCOM1 to VCOM6 in which the voltage monotonously increases from LY1 to LY6, the peak position PK of the ultrasonic intensity is centerlined. It is possible to shift from C2 to LY6. By performing phase scanning, it is possible to scan an ultrasonic beam along a scan plane set at a position shifted from the center line C2 to the LY6 side. Furthermore, the setting position of the scan plane can be changed by changing the voltage gradient of the common voltages VCOM1 to VCOM6 in which the voltage monotonously increases.

このように本実施形態の超音波測定装置300によれば、コモン電極線LY1からLY6に向かって電圧が単調に増加する第2の駆動電圧(コモン電圧)、又は、電圧が単調に減少する第2の駆動電圧を供給し、これらの第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることでスキャン面の設定位置を可変に設定することができる。その結果、本実施形態の超音波測定装置300を例えば超音波診断装置等に用いた場合に、簡素な構成で2次元的なスキャンが可能になるから、超音波エコー画像を効率的に取得することなどが可能になる。   As described above, according to the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment, the second drive voltage (common voltage) in which the voltage monotonously increases from the common electrode line LY1 to LY6, or the first monotone in which the voltage monotonously decreases. By supplying the second drive voltage and changing the voltage gradient of these second drive voltages, the setting position of the scan plane can be variably set. As a result, when the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment is used in, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus or the like, two-dimensional scanning can be performed with a simple configuration, so that an ultrasonic echo image is efficiently acquired. It becomes possible.

本実施形態の超音波測定装置300によらずに2次元的なスキャンを実現する方法として、超音波素子アレイの各超音波素子を個別に駆動する方法がある。しかしこの方法では、素子数の多いアレイでは駆動電極線の配線が困難になる。例えばm行n列のアレイの場合にはm×n本の駆動電極線が必要であり、アレイ内で素子を迂回しながら配線を引き回すことはレイアウト上の大きな問題となる。これに対して、本実施形態の超音波測定装置300では、上述したようにn本の駆動電極線でよいから、上記の問題は生じない。   As a method for realizing two-dimensional scanning without using the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment, there is a method of individually driving each ultrasonic element of the ultrasonic element array. However, this method makes it difficult to wire the drive electrode lines in an array having a large number of elements. For example, in the case of an array of m rows and n columns, m × n drive electrode lines are required, and routing the wiring while detouring the elements in the array is a serious problem in layout. On the other hand, in the ultrasonic measurement apparatus 300 according to the present embodiment, the above problem does not occur because n drive electrode lines are sufficient as described above.

また本実施形態の超音波測定装置300によらずに2次元的なスキャンを実現する別の方法として、第1方向電極線と第2方向電極線の両方に位相走査のための駆動信号を別々に供給する方法がある。しかしこの方法では、第1方向電極線に供給する駆動信号の遅延に合わせて第2方向電極線に供給する駆動信号の遅延を制御する必要があるため、正確な信号処理が必要となり、回路規模が大きくなる。これに対して、本実施形態の超音波測定装置300では、第2方向電極線には直流電圧を供給すればよいから、簡素な回路構成でよい。   Further, as another method for realizing two-dimensional scanning without using the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment, drive signals for phase scanning are separately applied to both the first direction electrode line and the second direction electrode line. There are ways to supply. However, in this method, since it is necessary to control the delay of the drive signal supplied to the second direction electrode line in accordance with the delay of the drive signal supplied to the first direction electrode line, accurate signal processing is required, and the circuit scale Becomes larger. On the other hand, in the ultrasonic measuring apparatus 300 according to the present embodiment, a DC voltage may be supplied to the second direction electrode line, and thus a simple circuit configuration may be used.

図11は、本実施形態の超音波測定装置300における第1の駆動電圧及び第2の駆動電圧のタイミングチャートの一例である。図11では、例として6行6列の超音波素子アレイについて示す。   FIG. 11 is an example of a timing chart of the first drive voltage and the second drive voltage in the ultrasonic measurement apparatus 300 of the present embodiment. FIG. 11 shows an ultrasonic element array of 6 rows and 6 columns as an example.

第1の期間T1では、第2の駆動電圧(コモン電圧)VCOM1〜VCOM6は、VCOM1が最も電圧が高く、VCOM1からVCOM6に向かって電圧が単調に減少する。従ってスキャン面の設定位置は上方向(例えば図8ではC2からLY1に向かう方向)にシフトする。また第1の駆動電圧(駆動信号)VDR1〜VDR6は、第1の期間T1の最初の期間T1aでは、VDR6が最も位相が早く、VDR6からVDR1に向かって一定の時間差で遅くなる。そして中間期間T1bではVDR1〜VDR6は同一位相であり、最後の期間T1cではVDR1が最も位相が早く、VDR1からVDR6に向かって一定の時間差で遅くなる。このように位相走査することで、スキャン面の設定位置を上方向(例えば図8ではC2からLY1に向かう方向)にシフトさせてスキャンを行うことができる。   In the first period T1, the second drive voltage (common voltage) VCOM1 to VCOM6 has the highest voltage VCOM1, and the voltage decreases monotonously from VCOM1 to VCOM6. Accordingly, the set position of the scan plane is shifted upward (for example, the direction from C2 to LY1 in FIG. 8). In the first period T1a of the first period T1, the first drive voltages (drive signals) VDR1 to VDR6 have the earliest phase in VDR6 and are delayed from VDR6 to VDR1 by a certain time difference. In the intermediate period T1b, VDR1 to VDR6 have the same phase, and in the last period T1c, VDR1 has the earliest phase and is delayed from VDR1 to VDR6 by a certain time difference. By performing phase scanning in this way, scanning can be performed by shifting the set position of the scan surface upward (for example, in the direction from C2 to LY1 in FIG. 8).

第2の期間T2では、コモン電圧VCOM1〜VCOM6は同一の電圧であるからスキャン面の設定位置はシフトしない。駆動信号VDR1〜VDR6は、第2の期間T2の最初の期間T2a、中間期間T2b、最後の期間T2cにおいて、第1の期間T1と同様の位相走査を行う。こうすることで、スキャン面の設定位置をシフトさせずにスキャンを行うことができる。   In the second period T2, since the common voltages VCOM1 to VCOM6 are the same voltage, the set position on the scan plane does not shift. The drive signals VDR1 to VDR6 perform phase scanning similar to that of the first period T1 in the first period T2a, the intermediate period T2b, and the last period T2c of the second period T2. By doing so, scanning can be performed without shifting the set position of the scan surface.

第3の期間T3では、コモン電圧VCOM1〜VCOM6は、VCOM1が最も電圧が低く、VCOM1からVCOM6に向かって電圧が単調に増加する。従ってスキャン面の設定位置は下方向(例えば図8ではC2からLY6に向かう方向)にシフトする。駆動信号VDR1〜VDR6は、第3の期間T3の最初の期間T3a、中間期間T3b、最後の期間T3cにおいて、第1の期間T1と同様の位相走査を行う。こうすることで、スキャン面の設定位置を下方向(例えば図8ではC2からLY6に向かう方向)にシフトさせてスキャンを行うことができる。   In the third period T3, the voltage VCOM1 is the lowest among the common voltages VCOM1 to VCOM6, and the voltage monotonously increases from VCOM1 to VCOM6. Accordingly, the setting position of the scan plane is shifted downward (for example, in the direction from C2 to LY6 in FIG. 8). The drive signals VDR1 to VDR6 perform phase scanning similar to the first period T1 in the first period T3a, the intermediate period T3b, and the last period T3c of the third period T3. By doing so, it is possible to perform scanning by shifting the set position of the scan surface downward (for example, in the direction from C2 to LY6 in FIG. 8).

図12(A)、図12(B)に、シミュレーションによるスライス方向における超音波ビームの強度分布(ビームプロファイル)の一例を示す。横軸はアレイの中心を原点とするスライス方向の座標、縦軸は音圧(超音波強度)である。   12A and 12B show an example of the intensity distribution (beam profile) of the ultrasonic beam in the slice direction by simulation. The horizontal axis represents the coordinates in the slice direction with the center of the array as the origin, and the vertical axis represents the sound pressure (ultrasound intensity).

図12(A)は各コモン電極線に同一電圧を供給した場合であり、ビームのピーク位置は原点、即ちアレイの中心にある。一方、図12(B)は各コモン電極線に供給する電圧に電圧勾配をもたせた場合であり、ビームのピーク位置がシフトしていることが分かる。   FIG. 12A shows the case where the same voltage is supplied to each common electrode line, and the peak position of the beam is at the origin, that is, at the center of the array. On the other hand, FIG. 12B shows a case where a voltage gradient is given to the voltage supplied to each common electrode line, and it can be seen that the peak position of the beam is shifted.

図13(A)、図13(B)に、本実施形態の第2の信号生成回路120の第1及び第2の構成例を示す。なお、本実施形態の第2の信号生成回路120は図13(A)、図13(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   FIGS. 13A and 13B show first and second configuration examples of the second signal generation circuit 120 of this embodiment. Note that the second signal generation circuit 120 of the present embodiment is not limited to the configuration in FIGS. 13A and 13B, and some of the components may be omitted or replaced with other components. Various modifications such as adding other components are possible.

図13(A)に示す第1の構成例は、信号生成回路SG1〜SG8を含む。信号生成回路SG1〜SG8は、第2の駆動電圧(コモン電圧)VCOM1〜VCOM8をそれぞれ生成し出力する。信号生成回路SG1〜SG8は、後述する超音波プローブ300(図14)の制御回路CNTLの制御に基づいて、電圧が単調に増加又は減少する第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8を生成し、また第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8の電圧勾配を変化させることができる。信号生成回路SG1〜SG8は、CMOSトランジスターを用いたアナログ回路及びロジック回路により実現することができる。   The first configuration example shown in FIG. 13A includes signal generation circuits SG1 to SG8. The signal generation circuits SG1 to SG8 generate and output second drive voltages (common voltages) VCOM1 to VCOM8, respectively. The signal generation circuits SG1 to SG8 generate second drive voltages VCOM1 to VCOM8 in which the voltage monotonously increases or decreases based on the control of the control circuit CNTL of the ultrasonic probe 300 (FIG. 14) described later. The voltage gradient of the two drive voltages VCOM1 to VCOM8 can be changed. The signal generation circuits SG1 to SG8 can be realized by analog circuits and logic circuits using CMOS transistors.

図13(B)に示す第2の構成例は、電圧生成回路122及び電圧切換回路(マルチプレクサー)124を含む。電圧生成回路122は、第2の駆動電圧(コモン電圧)VCOM1〜VCOM8として必要な複数の電圧を生成する。電圧切換回路(マルチプレクサー)124は、電圧生成回路122からの複数の電圧を受けて、第2方向端子Y1〜Y8のそれぞれに対して複数の電圧のうちの1つを選択して出力する。こうすることで、電圧切換回路124は、電圧が単調に増加又は減少する第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8を出力し、また第2の駆動電圧VCOM1〜VCOM8の電圧勾配を変化させることができる。電圧生成回路122及び電圧切換回路124は、後述する超音波プローブ300(図14)の制御回路CNTLにより制御される。電圧生成回路122及び電圧切換回路124は、CMOSトランジスターを用いたアナログ回路及びロジック回路により実現することができる。なお、電圧切換回路124を超音波素子アレイ100と同一の基板上に設けてもよい。   The second configuration example shown in FIG. 13B includes a voltage generation circuit 122 and a voltage switching circuit (multiplexer) 124. The voltage generation circuit 122 generates a plurality of voltages necessary as the second drive voltages (common voltages) VCOM1 to VCOM8. The voltage switching circuit (multiplexer) 124 receives the plurality of voltages from the voltage generation circuit 122, selects and outputs one of the plurality of voltages to each of the second direction terminals Y1 to Y8. By doing so, the voltage switching circuit 124 can output the second drive voltages VCOM1 to VCOM8 whose voltage monotonously increases or decreases, and can change the voltage gradient of the second drive voltages VCOM1 to VCOM8. The voltage generation circuit 122 and the voltage switching circuit 124 are controlled by a control circuit CNTL of an ultrasonic probe 300 (FIG. 14) described later. The voltage generation circuit 122 and the voltage switching circuit 124 can be realized by an analog circuit and a logic circuit using CMOS transistors. The voltage switching circuit 124 may be provided on the same substrate as the ultrasonic element array 100.

4.超音波プローブ及び診断装置
図14に、本実施形態の超音波測定装置(超音波プローブ)300及び診断装置(電子機器)400の基本的な構成例を示す。超音波プローブ300は、超音波ヘッドユニット220、第1の信号生成回路110、第2の信号生成回路120を含む。超音波ヘッドユニット220は、超音波装置200及び接続部210を含む。第1の信号生成回路110は、マルチプレクサーMUX、パルス信号発生器HV_Pを含む。また、超音波プローブ300は、制御回路CNTL、送受信切換スイッチT/R_SW、アナログフロントエンドAFEをさらに含む。
4). FIG. 14 shows a basic configuration example of an ultrasonic measurement device (ultrasonic probe) 300 and a diagnostic device (electronic device) 400 according to this embodiment. The ultrasonic probe 300 includes an ultrasonic head unit 220, a first signal generation circuit 110, and a second signal generation circuit 120. The ultrasonic head unit 220 includes an ultrasonic device 200 and a connection unit 210. The first signal generation circuit 110 includes a multiplexer MUX and a pulse signal generator HV_P. The ultrasonic probe 300 further includes a control circuit CNTL, a transmission / reception selector switch T / R_SW, and an analog front end AFE.

超音波ヘッドユニット220は、接続部210を介して脱着可能であり、診断対象に合わせて交換することができる。接続部210は、超音波ヘッドユニット220と超音波ヘッドユニット220本体とを電気的に接続するためのものであって、例えばフレキシブル基板とコネクターなどで構成することができる。   The ultrasonic head unit 220 is detachable through the connection unit 210 and can be exchanged according to the diagnosis target. The connection unit 210 is for electrically connecting the ultrasonic head unit 220 and the main body of the ultrasonic head unit 220, and can be constituted by, for example, a flexible substrate and a connector.

超音波装置200は、超音波素子アレイ100、第1〜第nの第1方向端子X1〜Xn、第1〜第mの第2方向端子Y1〜Ymを含む。なお、第2の信号生成回路120のうちの電圧切換回路124(図13(B))を、超音波装置200に設けてもよい。この場合には、電圧切換回路124を、超音波素子アレイ100と同一基板上に形成してもよい。   The ultrasonic device 200 includes an ultrasonic element array 100, first to nth first direction terminals X1 to Xn, and first to mth second direction terminals Y1 to Ym. Note that the voltage switching circuit 124 (FIG. 13B) in the second signal generation circuit 120 may be provided in the ultrasonic device 200. In this case, the voltage switching circuit 124 may be formed on the same substrate as the ultrasonic element array 100.

マルチプレクサーMUXは、第1の駆動電圧(駆動信号)及び受信信号のチャネル切換を行う。例えばパルス信号発生器HV_P、送受信切換スイッチT/R_SW及びアナログフロントエンドAFEが8チャネル分の信号に対応する構成である場合には、マルチプレクサーMUXがこの8チャネル分の信号を超音波素子アレイ100の駆動電極線LX1〜LXnに分配する。   The multiplexer MUX performs channel switching between the first drive voltage (drive signal) and the reception signal. For example, when the pulse signal generator HV_P, the transmission / reception selector switch T / R_SW, and the analog front end AFE are configured to correspond to signals for eight channels, the multiplexer MUX outputs the signals for the eight channels to the ultrasonic element array 100. Are distributed to the drive electrode lines LX1 to LXn.

パルス信号発生器HV_Pは、制御回路CNTLの制御に基づいて、超音波素子UEを駆動するための信号(パルス)を生成する。   The pulse signal generator HV_P generates a signal (pulse) for driving the ultrasonic element UE based on the control of the control circuit CNTL.

送受信切換スイッチT/R_SWは、送信時及び受信時の信号の切換を行う。受信時にはマルチプレクサーMUXとアナログフロントエンドAFEとを電気的に接続して、超音波ヘッドユニット220からの受信信号をアナログフロントエンドAFEに出力する。送信時には、マルチプレクサーMUXとアナログフロントエンドAFEとを電気的に非接続にして、駆動信号がアナログフロントエンドAFEに入力することを防止する。   The transmission / reception change-over switch T / R_SW performs signal switching at the time of transmission and reception. At the time of reception, the multiplexer MUX and the analog front end AFE are electrically connected to output a reception signal from the ultrasonic head unit 220 to the analog front end AFE. At the time of transmission, the multiplexer MUX and the analog front end AFE are electrically disconnected to prevent the drive signal from being input to the analog front end AFE.

アナログフロントエンドAFEは、受信信号の増幅、ゲイン設定、周波数設定、A/D変換(アナログ/デジタル変換)などを行い、検出データ(検出情報)として処理部320に出力する。アナログフロントエンドAFEは、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、A/Dコンバーターなどで構成することができる。   The analog front end AFE performs amplification, gain setting, frequency setting, A / D conversion (analog / digital conversion), and the like of the received signal, and outputs the detection data (detection information) to the processing unit 320. The analog front end AFE can be composed of, for example, a low noise amplifier, a voltage control attenuator, a programmable gain amplifier, a low pass filter, an A / D converter, and the like.

制御回路CNTLは、パルス信号発生器HV_Pに対して駆動信号の位相、周波数の制御を行い、第2の信号生成回路120に対して第2の駆動電圧(コモン電圧)の電圧勾配などの制御を行い、アナログフロントエンドAFEに対して受信信号の周波数設定の制御を行う。制御回路CNTLは、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)で実現することができる。   The control circuit CNTL controls the phase and frequency of the drive signal for the pulse signal generator HV_P, and controls the second signal generation circuit 120 such as the voltage gradient of the second drive voltage (common voltage). The frequency setting of the received signal is controlled for the analog front end AFE. The control circuit CNTL can be realized by, for example, an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

診断装置400は、超音波プローブ300、制御部310、処理部320、UI(ユーザーインターフェース)部330、表示部340を含む。   The diagnostic apparatus 400 includes an ultrasonic probe 300, a control unit 310, a processing unit 320, a UI (user interface) unit 330, and a display unit 340.

制御部310は、超音波プローブ300に対して超音波の送受信制御を行い、処理部320に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部320は、アナログフロントエンドAFEからの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。UI(ユーザーインターフェース)部330は、ユーザーの行う操作(例えばタッチパネル操作など)に基づいて制御部310に必要な命令(コマンド)を出力する。表示部340は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部320からの表示用画像データを表示する。   The control unit 310 performs ultrasonic wave transmission / reception control on the ultrasonic probe 300 and controls the processing unit 320 such as image processing of detection data. The processing unit 320 receives detection data from the analog front end AFE and performs necessary image processing, generation of display image data, and the like. A UI (user interface) unit 330 outputs necessary commands (commands) to the control unit 310 based on an operation (for example, a touch panel operation) performed by the user. The display unit 340 is a liquid crystal display, for example, and displays the display image data from the processing unit 320.

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. In addition, the configurations and operations of the ultrasonic measurement device, the electronic device, the diagnostic device, and the ultrasonic device are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

100 超音波素子アレイ、110 第1の信号生成回路、
120 第2の信号生成回路、122 電圧生成回路、124 電圧切換回路、
200 超音波装置、210 接続部、220 超音波ヘッドユニット、
300 超音波測定装置、310 制御部、320 処理部、330 UI部、
340 表示部、
UE 超音波素子、LX1〜LX12 第1方向電極線(駆動電極線)、
LY1〜LY8 第2方向電極線(コモン電極線)、X1〜X12 第1方向端子、
Y1〜Y8 第2方向端子、VDR1〜VDR12 第1の駆動電圧(駆動信号)、
VCOM1〜VCOM8 第2の駆動電圧(コモン電圧)
100 ultrasonic element array, 110 first signal generation circuit,
120 second signal generation circuit, 122 voltage generation circuit, 124 voltage switching circuit,
200 ultrasonic device, 210 connection, 220 ultrasonic head unit,
300 Ultrasonic Measuring Device, 310 Control Unit, 320 Processing Unit, 330 UI Unit,
340 display,
UE ultrasonic element, LX1 to LX12 first direction electrode line (drive electrode line),
LY1 to LY8 second direction electrode lines (common electrode lines), X1 to X12 first direction terminals,
Y1-Y8 second direction terminal, VDR1-VDR12 first drive voltage (drive signal),
VCOM1 to VCOM8 Second drive voltage (common voltage)

Claims (10)

超音波素子アレイを有する超音波装置と、
前記超音波装置の第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、
前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
An ultrasonic device having an ultrasonic element array;
A first signal generation circuit for supplying a first drive voltage to first to first (n is an integer of 2 or more) first direction terminals of the ultrasonic device;
A second signal generation circuit that supplies a second drive voltage to first to second (m is an integer of 2 or more) second direction terminals of the ultrasonic device.
The ultrasonic element array is:
a plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns;
A first wiring that is wired along a first direction, is connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal, and supplies the first driving voltage to the plurality of ultrasonic elements. A first direction electrode line to an nth first direction electrode line;
Wiring is performed along a second direction intersecting the first direction, connected to the first second direction terminal to the m-th second direction terminal, and the second ultrasonic element is connected to the second ultrasonic element. A first second-direction electrode line for supplying a driving voltage to an m-th second-direction electrode line;
The first direction electrode line of the first to the nth direction electrode lines from the first first direction electrode line to the nth first direction electrode line (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) Each of the ultrasonic elements arranged in the j-th row is connected to a first electrode,
Of the first to second direction electrode lines to the m-th second direction electrode line, the i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m) second-direction electrode line of the ultrasonic element array Connected to the second electrode of each of the ultrasonic elements arranged in the i-th row,
The second signal generation circuit supplies the second drive voltage having a different voltage to the first second direction terminal to the m-th second direction terminal. measuring device.
請求項1において、
前記第2の信号生成回路は、
前記第1の第2方向端子から前記第mの第2方向端子に向かって、電圧が単調に増加する前記第2の駆動電圧、又は、電圧が単調に減少する前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
In claim 1,
The second signal generation circuit includes:
Supplying the second drive voltage from which the voltage monotonously increases or the second drive voltage from which the voltage monotonously decreases from the first second direction terminal toward the m-th second direction terminal An ultrasonic measurement apparatus characterized by:
請求項2において、
前記第2の信号生成回路は、
前記電圧が単調に増加又は減少する前記第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、前記超音波素子アレイから放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることを特徴とする超音波測定装置。
In claim 2,
The second signal generation circuit includes:
Setting a scan plane that is a plane along the scan direction of the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic element array by changing a voltage gradient of the second drive voltage in which the voltage monotonously increases or decreases An ultrasonic measurement apparatus characterized by changing a position.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第1の信号生成回路は、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線に接続される前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に対して、位相走査を行うための前記第1の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The first signal generation circuit includes:
Phase scanning is performed for the first first direction terminal to the nth first direction terminal connected to the first first direction electrode line to the nth first direction electrode line. An ultrasonic measurement apparatus that supplies the first drive voltage.
超音波素子アレイを有する超音波装置の、第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、
前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
A first signal for supplying a first driving voltage to first to n-th (n is an integer of 2 or more) first direction terminals of an ultrasonic device having an ultrasonic element array. A generation circuit;
A second signal generation circuit that supplies a second drive voltage to first to second (m is an integer of 2 or more) second direction terminals of the ultrasonic device.
The ultrasonic element array is:
a plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns;
A first wiring that is wired along a first direction, is connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal, and supplies the first driving voltage to the plurality of ultrasonic elements. A first direction electrode line to an nth first direction electrode line;
Wiring is performed along a second direction intersecting the first direction, connected to the first second direction terminal to the m-th second direction terminal, and the second ultrasonic element is connected to the second ultrasonic element. A first second-direction electrode line for supplying a driving voltage to an m-th second-direction electrode line;
The first direction electrode line of the first to the nth direction electrode lines from the first first direction electrode line to the nth first direction electrode line (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) Each of the ultrasonic elements arranged in the j-th row is connected to a first electrode,
Of the first to second direction electrode lines to the m-th second direction electrode line, the i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m) second-direction electrode line of the ultrasonic element array Connected to the second electrode of each of the ultrasonic elements arranged in the i-th row,
The second signal generation circuit supplies the second drive voltage having a different voltage to the first second direction terminal to the m-th second direction terminal. measuring device.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記第2の方向は、位相走査により超音波のビームがスキャンされる方向であるスキャン方向であり、
前記第1の方向は、前記第2の方向と交差する方向であるスライス方向であることを特徴とする超音波測定装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The second direction is a scanning direction in which an ultrasonic beam is scanned by phase scanning,
The ultrasonic measurement apparatus, wherein the first direction is a slice direction that intersects the second direction.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記超音波装置の前記超音波素子アレイは、
複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、
前記複数の開口の各開口ごとに設けられる各超音波素子は、
前記各開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
前記圧電素子部は、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、
前記第1の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、
前記第2の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であることを特徴とする超音波測定装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The ultrasonic element array of the ultrasonic device is:
A substrate having a plurality of openings arranged in an array;
Each ultrasonic element provided for each opening of the plurality of openings,
A vibrating membrane that closes each opening;
A piezoelectric element portion provided on the vibrating membrane;
The piezoelectric element portion is
A lower electrode provided on the vibrating membrane;
A piezoelectric film provided to cover at least a part of the lower electrode;
An upper electrode provided to cover at least a part of the piezoelectric film,
The first electrode is one of the upper electrode and the lower electrode;
The ultrasonic measurement apparatus, wherein the second electrode is the other of the upper electrode and the lower electrode.
請求項1乃至7のいずれかに記載の超音波測定装置を含むことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the ultrasonic measurement device according to claim 1. 請求項1乃至7のいずれかに記載の超音波測定装置と、
表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする診断装置。
The ultrasonic measurement device according to any one of claims 1 to 7,
And a display unit that displays the display image data.
超音波素子アレイと、
第1の駆動電圧が入力される第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子と、
第2の駆動電圧を出力する電圧切換回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記電圧切換回路に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(iは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記電圧切換回路は、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波装置。
An ultrasonic element array;
From a first first direction terminal to which a first drive voltage is input to an nth (n is an integer of 2 or more) first direction terminal;
A voltage switching circuit for outputting a second drive voltage,
The ultrasonic element array is:
a plurality of ultrasonic elements arranged in a matrix array of m rows and n columns;
A first wiring that is wired along a first direction, is connected to the first first direction terminal to the nth first direction terminal, and supplies the first driving voltage to the plurality of ultrasonic elements. A first direction electrode line to an nth first direction electrode line;
A first second-direction electrode line that is wired along a second direction that intersects the first direction, is connected to the voltage switching circuit, and supplies the second drive voltage to the plurality of ultrasonic elements. To m-th second direction electrode line,
Of the first to unidirectional electrode lines, the j-th (i is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) of the first directional electrode lines, the first directional electrode line of the ultrasonic element array. Each of the ultrasonic elements arranged in the j-th row is connected to a first electrode,
Of the first to second direction electrode lines to the m-th second direction electrode line, the i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m) second-direction electrode line of the ultrasonic element array Connected to the second electrode of each of the ultrasonic elements arranged in the i-th row,
The ultrasonic switching apparatus, wherein the voltage switching circuit supplies the second drive voltages having different voltages to the first second-direction electrode line to the m-th second-direction electrode line. .
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