JP6206033B2 - Ultrasonic transducer device and ultrasonic measurement apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、超音波トランスデューサーデバイス及び超音波測定装置等に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transducer device and an ultrasonic measurement apparatus.

超音波トランスデューサーデバイスには、複数の超音波トランスデューサー素子が一定の配置ピッチで配列されている。この配置ピッチが狭いほど超音波ビームの方位分解能が高くなり、超音波画像の解像度が向上する。しかし配置ピッチを狭くするためには、素子サイズを小さくする必要があり、製造上の負担が大きくなりコストの上昇を招くなどの課題があった。   In the ultrasonic transducer device, a plurality of ultrasonic transducer elements are arranged at a constant arrangement pitch. The narrower the arrangement pitch, the higher the azimuth resolution of the ultrasonic beam, thereby improving the resolution of the ultrasonic image. However, in order to reduce the arrangement pitch, it is necessary to reduce the element size, and there is a problem in that the manufacturing burden increases and the cost increases.

この課題に対して例えば特許文献1には、スキャン方向に配列された複数の超音波トランスデューサー素子から成る素子列を所定のピッチだけスキャン方向に偏位させて並べる手法が開示されている。   To deal with this problem, for example, Patent Document 1 discloses a technique in which element rows made up of a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in the scan direction are arranged by being displaced in the scan direction by a predetermined pitch.

特開平10−5215号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-5215

しかしながらこの手法では、1つの素子列の位置と次の素子列の位置とはスライス方向について素子サイズ分のずれがあるために、ビーム方向のずれが生じ、超音波画像の解像度が低下するなどの問題がある。本発明の幾つかの態様によれば、素子サイズを縮小させずに超音波画像の解像度を向上させることができる超音波トランスデューサーデバイス及び超音波測定装置等を提供できる。   However, in this method, since the position of one element row and the position of the next element row are shifted by the element size in the slice direction, the beam direction is shifted, and the resolution of the ultrasonic image is reduced. There's a problem. According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic transducer device, an ultrasonic measurement apparatus, and the like that can improve the resolution of an ultrasonic image without reducing the element size.

本発明の一態様は、対象物に対して超音波ビームを送信し、前記対象物からの超音波エコーを受信する超音波トランスデューサーデバイスであって、第1の方向に沿ってジグザグ配置される第1の超音波トランスデューサー素子〜第n(nは2以上の整数)の超音波トランスデューサー素子を含み、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子の前記第1の方向における最大長をWXとし、前記第1の方向に直交する第2の方向における最大長をWYとし、第k(kは1≦k≦n−1である整数)の超音波トランスデューサー素子と第k+1の超音波トランスデューサー素子との前記第1の方向における配置ピッチをPXとし、前記第2の方向における配置ピッチをPYとした場合に、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYである超音波トランスデューサーデバイスに関係する。   One aspect of the present invention is an ultrasonic transducer device that transmits an ultrasonic beam to an object and receives an ultrasonic echo from the object, and is arranged in a zigzag manner along a first direction. 1st ultrasonic transducer element-nth (n is an integer greater than or equal to 2) ultrasonic transducer element, and each ultrasonic wave of said 1st ultrasonic transducer element-said nth ultrasonic transducer element The maximum length of the acoustic transducer element in the first direction is WX, the maximum length in the second direction orthogonal to the first direction is WY, and the kth (k is 1 ≦ k ≦ n−1). An arrangement pitch in the first direction between the (integer) ultrasonic transducer elements and the (k + 1) th ultrasonic transducer elements is PX, and the arrangement pitch in the second direction is PX. When the PY, 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX, and relates to ultrasonic transducer device located in PY <WY.

本発明の一態様によれば、第1の方向における配置ピッチPXを超音波トランスデューサー素子の第1の方向における最大長WXより小さくできるから、超音波ビームの第1の方向における間隔を素子サイズよりも狭くすることができる。さらに、第2の方向における配置ピッチPYを超音波トランスデューサー素子の第2の方向における最大長WYより小さくできるから、超音波ビームのスライス方向のずれを小さくすることができる。その結果、素子サイズを縮小させずに超音波画像の解像度を向上させることなどが可能になる。   According to one aspect of the present invention, since the arrangement pitch PX in the first direction can be made smaller than the maximum length WX in the first direction of the ultrasonic transducer elements, the interval between the ultrasonic beams in the first direction is set to the element size. Can be made narrower. Furthermore, since the arrangement pitch PY in the second direction can be made smaller than the maximum length WY in the second direction of the ultrasonic transducer elements, the deviation in the slice direction of the ultrasonic beam can be reduced. As a result, it is possible to improve the resolution of the ultrasonic image without reducing the element size.

また本発明の一態様では、前記第k+1の超音波トランスデューサー素子は、前記第kの超音波トランスデューサー素子に対して、前記第1の方向に前記配置ピッチPX、前記第2の方向に前記配置ピッチPYだけ変位した位置に配置され、第k+2の超音波トランスデューサー素子は、前記第k+1の超音波トランスデューサー素子に対して、前記第1の方向に前記配置ピッチPX、前記第2の方向の反対方向に前記配置ピッチPYだけ変位した位置に配置されてもよい。   In the aspect of the invention, the (k + 1) th ultrasonic transducer element may have the arrangement pitch PX in the first direction and the arrangement pitch PX in the second direction with respect to the kth ultrasonic transducer element. The k + 2th ultrasonic transducer element is disposed at a position displaced by the arrangement pitch PY, and the k + 1th ultrasonic transducer element has the arrangement pitch PX in the first direction and the second direction with respect to the k + 1th ultrasonic transducer element. May be arranged at a position displaced by the arrangement pitch PY in the opposite direction.

このようにすれば、複数の超音波トランスデューサー素子を、第1の方向に配置ピッチPX、且つ第2の方向に配置ピッチPYで、第1の方向に沿ってジグザグ配置することができる。その結果、複数の超音波トランスデューサー素子を第1の方向に沿って効率良く配置すると共に、素子サイズを縮小させずに超音波画像の解像度をより向上させることなどが可能になる。   In this way, a plurality of ultrasonic transducer elements can be arranged in a zigzag manner along the first direction with the arrangement pitch PX in the first direction and the arrangement pitch PY in the second direction. As a result, it is possible to efficiently arrange a plurality of ultrasonic transducer elements along the first direction and further improve the resolution of the ultrasonic image without reducing the element size.

また本発明の一態様では、前記第k+1の超音波トランスデューサー素子は、平面視において、前記第kの超音波トランスデューサー素子を所定の角度だけ回転させた形状を有してもよい。   In the aspect of the invention, the (k + 1) th ultrasonic transducer element may have a shape obtained by rotating the kth ultrasonic transducer element by a predetermined angle in plan view.

このようにすれば、複数の超音波トランスデューサー素子を、所定の角度だけ回転させて、第1の方向に沿ってジグザグ配置することができる。   In this way, the plurality of ultrasonic transducer elements can be rotated by a predetermined angle and zigzag arranged along the first direction.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において、矩形の形状を有してもよい。   In one embodiment of the present invention, each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element may have a rectangular shape in plan view.

このようにすれば、矩形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を第1の方向に沿ってジグザグ配置することができる。   In this way, a plurality of ultrasonic transducer elements having a rectangular shape can be arranged in a zigzag manner along the first direction.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において、正方形の形状を有し、前記各超音波トランスデューサー素子の前記正方形の1つの対角線が前記第1の方向に沿うように、前記各超音波トランスデューサー素子が配置され、前記各超音波トランスデューサー素子の前記正方形の対角線の長さをLAとした場合に、前記配置ピッチPXは、PX=0.5×WX=0.5×LAであり、前記配置ピッチPYは、PY=0.5×WY=0.5×LAであってもよい。   In one embodiment of the present invention, each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element has a square shape in plan view, and The ultrasonic transducer elements are arranged so that one diagonal of the square of the ultrasonic transducer elements is along the first direction, and the length of the diagonal of the square of the ultrasonic transducer elements is LA. In this case, the arrangement pitch PX is PX = 0.5 × WX = 0.5 × LA, and the arrangement pitch PY is PY = 0.5 × WY = 0.5 × LA. Good.

このようにすれば、正方形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を、対角線の長さより短い配置ピッチでジグザグ配置することができる。   In this way, a plurality of ultrasonic transducer elements having a square shape can be zigzag arranged at an arrangement pitch shorter than the length of the diagonal line.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において、円形の形状を有してもよい。   In one embodiment of the present invention, each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element may have a circular shape in plan view.

このようにすれば、円形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を第1の方向に沿ってジグザグ配置することができる。   In this way, it is possible to arrange a plurality of ultrasonic transducer elements having a circular shape in a zigzag manner along the first direction.

また本発明の一態様では、前記各超音波トランスデューサー素子の半径の長さをRAとした場合に、前記配置ピッチPXは、PX=0.5×WX=RAであり、前記配置ピッチPYは、PY=WY×sin60°=2×RA×sin60°であってもよい。   In one aspect of the present invention, when the radius length of each ultrasonic transducer element is RA, the arrangement pitch PX is PX = 0.5 × WX = RA, and the arrangement pitch PY is PY = WY × sin 60 ° = 2 × RA × sin 60 °.

このようにすれば、円形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を、円の直径より短い配置ピッチでジグザグ配置することができる。   In this way, a plurality of ultrasonic transducer elements having a circular shape can be arranged in a zigzag manner at an arrangement pitch shorter than the diameter of the circle.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において、三角形の形状を有してもよい。   In the aspect of the invention, each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element may have a triangular shape in plan view.

このようにすれば、三角形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を第1の方向に沿ってジグザグ配置することができる。   In this way, it is possible to arrange a plurality of ultrasonic transducer elements having a triangular shape in a zigzag manner along the first direction.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、単一の振動膜を有する薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよい。   In one embodiment of the present invention, each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is a thin film piezoelectric ultrasonic transducer having a single vibration film. It may be an element.

このようにすれば、超音波トランスデューサー素子を高密度にジグザグ配置することができる。   In this way, the ultrasonic transducer elements can be arranged in a zigzag manner at a high density.

また本発明の一態様では、複数の開口が配置された基板を含み、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、前記複数の開口の各開口ごとに設けられ、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、前記開口を塞ぐ前記単一の振動膜と、前記単一の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、前記単一の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てもよい。   In one embodiment of the present invention, the ultrasonic transducer element includes a substrate on which a plurality of openings are arranged, and each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element includes the plurality of ultrasonic transducer elements. Each of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is provided for each of the openings, and each of the ultrasonic transducer elements closes the opening; and A piezoelectric element portion provided on a single vibrating membrane, and the piezoelectric element portion covers a lower electrode provided on the single vibrating membrane and at least a part of the lower electrode. You may have a piezoelectric film provided, and an upper electrode provided so that at least one part of the said piezoelectric film may be covered.

このようにすれば、超音波トランスデューサー素子の上部電極と下部電極との間に信号電圧を印加させることにより、単一の振動膜を振動させて、超音波ビームを送信することができる。   In this way, by applying a signal voltage between the upper electrode and the lower electrode of the ultrasonic transducer element, it is possible to vibrate the single vibrating membrane and transmit the ultrasonic beam.

また本発明の一態様では、前記第1の方向に沿って配線されるコモン電極線と、前記第2の方向に沿って配線される第1の信号電極線〜第nの信号電極線とを有し、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の一方は、前記コモン電極線に接続され、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の他方は、前記第1の信号電極線〜前記第nの信号電極線のうちの第jの信号電極線に接続されてもよい。   In one embodiment of the present invention, a common electrode line wired along the first direction and a first signal electrode line to an nth signal electrode line wired along the second direction are provided. One of the upper electrode and the lower electrode of each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is connected to the common electrode line, Of the upper ultrasonic transducer element and the lower electrode of the jth ultrasonic transducer element (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) among the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element. The other of the first signal electrode line to the nth signal electrode line may be connected to the jth signal electrode line.

このようにすれば、第1〜第nの信号電極線を介して、各超音波トランスデューサー素子に対して送信信号を供給することができる。また、第1〜第nの信号電極線を介して、各超音波トランスデューサー素子からの受信信号を出力することができる。   If it does in this way, a transmission signal can be supplied to each ultrasonic transducer element via the 1st-nth signal electrode line. In addition, a reception signal from each ultrasonic transducer element can be output via the first to nth signal electrode lines.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子が、平面視において、前記矩形の形状を有する場合に、前記第jの超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の一方は、前記矩形の端辺部において前記コモン電極に接続され、前記第jの超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の他方は、前記矩形の頂点部において前記第jの信号電極線に接続されてもよい。   Moreover, in one aspect of the present invention, when each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element has the rectangular shape in plan view, One of the upper electrode and the lower electrode of the jth ultrasonic transducer element is connected to the common electrode at the rectangular end, and the upper electrode and the lower electrode of the jth ultrasonic transducer element The other of the electrodes may be connected to the jth signal electrode line at the rectangular vertex.

このようにすれば、矩形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を高密度にジグザグ配置することができる。   In this way, a plurality of ultrasonic transducer elements having a rectangular shape can be arranged in a zigzag manner at a high density.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波トランスデューサーデバイスを含む超音波測定装置に関係する。   Another aspect of the present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus including the ultrasonic transducer device described above.

超音波トランスデューサーデバイスの第1の構成例。1 is a first configuration example of an ultrasonic transducer device. 第1の構成例において、超音波トランスデューサー素子を2行設けた場合。In the first configuration example, two rows of ultrasonic transducer elements are provided. 超音波ビームのスキャン方向及びスライス方向を説明する図。The figure explaining the scanning direction and slice direction of an ultrasonic beam. 図4(A)、図4(B)、図4(C)は、比較例における超音波トランスデューサー素子の形状と配置ピッチとの関係を説明する図。FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are diagrams for explaining the relationship between the shape and the arrangement pitch of the ultrasonic transducer elements in the comparative example. 図5(A)は、超音波トランスデューサーデバイスの第1の構成例における素子の形状及び配置の一例。図5(B)は、第1の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例。FIG. 5A shows an example of the shape and arrangement of elements in the first configuration example of the ultrasonic transducer device. FIG. 5B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the first configuration example. 図6(A)は、超音波トランスデューサーデバイスの第2の構成例における素子の形状及び配置の一例。図6(B)は、第2の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例。FIG. 6A shows an example of the shape and arrangement of elements in the second configuration example of the ultrasonic transducer device. FIG. 6B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the second configuration example. 図7(A)は、超音波トランスデューサーデバイスの第3の構成例における素子の形状及び配置の一例。図7(B)は、第3の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例。FIG. 7A shows an example of the shape and arrangement of elements in the third configuration example of the ultrasonic transducer device. FIG. 7B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the third configuration example. 超音波トランスデューサーデバイスの第1の構成例のレイアウト例。The layout example of the 1st structural example of an ultrasonic transducer device. 超音波トランスデューサーデバイスの第2の構成例のレイアウト例。The layout example of the 2nd structural example of an ultrasonic transducer device. 図10(A)、図10(B)は、超音波トランスデューサーデバイスの第3の構成例のレイアウト例。10A and 10B are layout examples of the third configuration example of the ultrasonic transducer device. 図11(A)、図11(B)は、超音波トランスデューサー素子の構成例。FIG. 11A and FIG. 11B are configuration examples of ultrasonic transducer elements. 超音波測定装置及び超音波画像装置の基本的な構成例。2 is a basic configuration example of an ultrasonic measurement apparatus and an ultrasonic imaging apparatus. 図13(A)、図13(B)は、超音波画像装置の具体的な構成例。図13(C)は、超音波プローブの具体的な構成例。13A and 13B are specific configuration examples of the ultrasonic imaging apparatus. FIG. 13C shows a specific configuration example of the ultrasonic probe.

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.超音波トランスデューサーデバイス
図1に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1の構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200は、第1〜第n(nは2以上の整数)の超音波トランスデューサー素子UE1〜UEn、第1〜第nの信号電極線SL1〜SLn、コモン電極線CL、信号端子S1〜Sn、及びコモン端子COMを含む。なお、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200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 Transducer Device FIG. 1 shows a first configuration example of an ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. The ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment includes first to nth (n is an integer of 2 or more) ultrasonic transducer elements UE1 to UEn, first to nth signal electrode lines SL1 to SLn, common electrodes. A line CL, signal terminals S1 to Sn, and a common terminal COM are included. Note that the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 1, and some of the components are omitted, replaced with other components, or other components are added. Various modifications are possible.

超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnは、例えば薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子であって、基板60上に第1の方向(スキャン方向)D1に沿ってジグザグ配置される。超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnは、電気信号である送信信号を超音波に変換し、また対象物(被検体)からの超音波エコーを電気信号に変換する。   The ultrasonic transducer elements UE1 to UEn are, for example, thin film piezoelectric ultrasonic transducer elements, and are arranged on the substrate 60 in a zigzag manner along the first direction (scan direction) D1. The ultrasonic transducer elements UE1 to UEn convert a transmission signal, which is an electric signal, into an ultrasonic wave, and convert an ultrasonic echo from an object (subject) into an electric signal.

第1の構成例では、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの各素子は、平面視において、矩形(略矩形)の形状を有する。例えば図1では、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの各素子は、正方形(略正方形)の形状を有する。各素子の正方形の1つの対角線が第1の方向(スキャン方向)D1に沿うように、各素子が配置される。即ち、各素子の正方形の各辺が第1の方向D1と45°の角度で交差するように、各素子が配置される。ここで平面視とは、基板60の素子形成面側から素子形成面に対して垂直に見ることをいう。なお、各素子の正方形の各辺と第1の方向D1との角度は正確に45°でなくてもよい。   In the first configuration example, each of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn has a rectangular (substantially rectangular) shape in plan view. For example, in FIG. 1, each element of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn has a square (substantially square) shape. Each element is arranged so that one diagonal line of each element is along the first direction (scan direction) D1. That is, each element is arranged so that each square side of each element intersects the first direction D1 at an angle of 45 °. Here, the plan view means that the substrate 60 is viewed from the element formation surface side perpendicular to the element formation surface. Note that the angle between each side of the square of each element and the first direction D1 may not be exactly 45 °.

超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの平面視における形状は、図1に示す矩形に限定されず、円形(略円形)又は三角形(略三角形)であってもよい。超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの形状及び配置の詳細は、後述する。   The shape of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn in a plan view is not limited to the rectangle illustrated in FIG. 1 and may be a circle (substantially circular) or a triangle (substantially triangular). Details of the shape and arrangement of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn will be described later.

なお、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnは、薄膜圧電型素子に限定されず、例えば容量性微細加工超音波トランスデューサー素子(CMUT:Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)などであってもよい。   Note that the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn are not limited to thin film piezoelectric elements, and may be, for example, capacitive micromachined ultrasonic transducer elements (CMUTs).

第1〜第nの信号電極線SL1〜SLnは、第1の方向D1に直交(略直交)する第2の方向(スライス方向)D2に沿って配線される。また、コモン電極線CLは、第1の方向D1に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの各素子の上部電極及び下部電極の一方(第1の電極)は、コモン電極線CLに接続される。超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnのうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波トランスデューサー素子UEjの上部電極及び下部電極の他方(第2の電極)は、第1〜第nの信号電極線SL1〜SLnのうちの第jの信号電極線SLjに接続される。例えば、第5の超音波トランスデューサー素子UE5の第1の電極は、コモン電極線CLに接続され、第2の電極は第5の信号電極線SL5に接続される。   The first to nth signal electrode lines SL1 to SLn are wired along a second direction (slice direction) D2 orthogonal (substantially orthogonal) to the first direction D1. Further, the common electrode line CL is wired along the first direction D1. One of the upper and lower electrodes (first electrode) of each of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn is connected to the common electrode line CL. Among the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn, the other of the upper electrode and the lower electrode (second electrode) of the jth ultrasonic transducer element UEj (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) is the first electrode. To the j-th signal electrode line SLj among the n-th signal electrode lines SL1 to SLn. For example, the first electrode of the fifth ultrasonic transducer element UE5 is connected to the common electrode line CL, and the second electrode is connected to the fifth signal electrode line SL5.

コモン端子COM及び信号端子S1〜Snは、例えば基板60の端辺部に第1の方向D1に沿って設けられる。コモン電極線CLはコモン端子COMに接続され、第jの信号電極線SLjは第jの信号端子Sjに接続される。   The common terminal COM and the signal terminals S <b> 1 to Sn are provided along the first direction D <b> 1, for example, at the edge of the substrate 60. The common electrode line CL is connected to the common terminal COM, and the jth signal electrode line SLj is connected to the jth signal terminal Sj.

スキャン方向とは、例えばセクタースキャンやリニアスキャン等のスキャン動作において超音波ビームをスキャンする方向に対応する。スライス方向とは、スキャン方向に直交(交差)する方向であり、例えば超音波ビームをスキャンして断層画像を得る場合、その断層に直交する方向に対応する。   The scan direction corresponds to a direction in which an ultrasonic beam is scanned in a scan operation such as a sector scan or a linear scan. The slice direction is a direction orthogonal (crossing) to the scan direction. For example, when a tomographic image is obtained by scanning an ultrasonic beam, the slice direction corresponds to a direction orthogonal to the tomographic image.

超音波を出射する送信期間には、後述する送信部110が出力する送信信号が、信号端子S1〜Sn及び信号電極線SL1〜SLnを介して、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnに供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnからの受信信号が、信号電極線SL1〜SLn及び信号端子S1〜Snを介して、後述する受信部120に出力される。   During a transmission period in which ultrasonic waves are emitted, a transmission signal output from the transmission unit 110 described later is supplied to the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn via the signal terminals S1 to Sn and the signal electrode lines SL1 to SLn. . In the reception period for receiving the ultrasonic echo signal, the reception signals from the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn are transmitted to the receiving unit 120 described later via the signal electrode lines SL1 to SLn and the signal terminals S1 to Sn. Is output.

コモン端子COMにはコモン電圧が供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、0V即ちグランド電位(接地電位)でなくてもよい。   A common voltage is supplied to the common terminal COM. The common voltage may be a constant DC voltage, and may not be 0 V, that is, the ground potential (ground potential).

図1に示す超音波トランスデューサーデバイス200では、信号端子S1〜Snは対向する2つの端辺部の両方に設けられているが、いずれか一方の端辺部に設けられてもよい。   In the ultrasonic transducer device 200 shown in FIG. 1, the signal terminals S <b> 1 to Sn are provided on both of the two opposing end portions, but may be provided on either one of the end portions.

図2に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1の構成例において、超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnを2行設けた場合を示す。即ち、図2に示す超音波トランスデューサーデバイス200は、第1行の超音波トランスデューサー素子UE1a〜UEna及び第2行の超音波トランスデューサー素子UE1b〜UEnbを含む。   FIG. 2 shows a case where two rows of ultrasonic transducer elements UE1 to UEn are provided in the first configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. That is, the ultrasonic transducer device 200 shown in FIG. 2 includes first-row ultrasonic transducer elements UE1a to UEna and second-row ultrasonic transducer elements UE1b to UEnb.

第j列の超音波トランスデューサー素子UEja、UEjbの第1の電極はコモン電極線CL1、CL2、CL3のいずれかに接続され、第2の電極は第jの信号電極線SLjに接続される。   The first electrodes of the ultrasonic transducer elements UEja and UEjb in the j-th column are connected to any one of the common electrode lines CL1, CL2, and CL3, and the second electrode is connected to the j-th signal electrode line SLj.

このように本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200では、ジグザグ配置されたn個の超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnを2行又は3行以上設けてもよい。   As described above, in the ultrasonic transducer device 200 according to the present embodiment, n ultrasonic transducer elements UE1 to UEn arranged in a zigzag manner may be provided in two rows or three or more rows.

図3は、超音波トランスデューサーデバイス200から送信される超音波ビームUBのスキャン方向及びスライス方向を説明する図である。スキャン方向とは、例えばセクタースキャンやリニアスキャン等のスキャン動作において超音波ビームUBをスキャンする方向である。スライス方向とは、スキャン方向に交差(例えば直交)する方向であり、例えば超音波ビームUBをスキャンして断層画像を得る場合、その断層に直交する方向である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the scan direction and the slice direction of the ultrasonic beam UB transmitted from the ultrasonic transducer device 200. The scan direction is a direction in which the ultrasonic beam UB is scanned in a scan operation such as a sector scan or a linear scan. The slice direction is a direction intersecting (for example, orthogonal) to the scan direction. For example, when a tomographic image is obtained by scanning the ultrasonic beam UB, the slice direction is a direction orthogonal to the tomographic image.

超音波ビームUBの間隔は、スキャン方向(第1の方向D1)に配列された超音波トランスデューサー素子UE1〜UEnの配置ピッチに依存する。例えば、スキャン方向の配置ピッチが狭いほど、超音波ビームUBの間隔は狭くなる。超音波ビームUBの間隔が狭くなるほど、解像度の高い超音波画像(例えばBモード画像)を得ることができる。   The interval between the ultrasonic beams UB depends on the arrangement pitch of the ultrasonic transducer elements UE1 to UEn arranged in the scanning direction (first direction D1). For example, the narrower the arrangement pitch in the scan direction, the narrower the interval between the ultrasonic beams UB. As the interval between the ultrasonic beams UB becomes narrower, an ultrasonic image (for example, a B-mode image) with higher resolution can be obtained.

図4(A)、図4(B)、図4(C)は、比較例における超音波トランスデューサー素子の形状と配置ピッチとの関係を説明する図である。なお、以下の説明では、超音波トランスデューサー素子を単に「素子」とも呼ぶ。   FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C are diagrams for explaining the relationship between the shape and the arrangement pitch of the ultrasonic transducer elements in the comparative example. In the following description, the ultrasonic transducer element is also simply referred to as “element”.

図4(A)は、平面視において矩形の形状を有する素子UE1〜UEnを第1の方向D1に沿って配置した場合を示す。素子の第1の方向D1における最大長をWXとし、第2の方向D2における最大長をWYとすると、スキャン方向における配置ピッチPXはWXに等しくなる。従って、スキャン方向における配置ピッチPXを素子サイズより小さくすることができない。   FIG. 4A shows a case where the elements UE1 to UEn having a rectangular shape in a plan view are arranged along the first direction D1. If the maximum length of the element in the first direction D1 is WX and the maximum length in the second direction D2 is WY, the arrangement pitch PX in the scan direction is equal to WX. Therefore, the arrangement pitch PX in the scan direction cannot be made smaller than the element size.

図4(B)は、平面視において矩形の形状を有する素子UE1〜UEnを第1の方向D1に沿ってジグザグ配置した場合を示す。各素子は、各素子の矩形の一辺が第1の方向D1に平行になるように配置される。偶数番目の素子は、奇数番目の素子に対して第1の方向D1にWXの1/2だけ変位した位置に配置される。この場合には、スキャン方向における配置ピッチPXは0.5×WXであり、スライス方向における配置ピッチPYはWYに等しい。   FIG. 4B shows a case where the elements UE1 to UEn having a rectangular shape in plan view are arranged in a zigzag manner along the first direction D1. Each element is arranged so that one side of the rectangle of each element is parallel to the first direction D1. The even-numbered elements are arranged at positions displaced by ½ of WX in the first direction D1 with respect to the odd-numbered elements. In this case, the arrangement pitch PX in the scan direction is 0.5 × WX, and the arrangement pitch PY in the slice direction is equal to WY.

図4(B)に示す配置では、スキャン方向における配置ピッチPXが0.5×WXになるから、配置ピッチPXをWXより小さくすることができる。しかし、奇数番目の素子の位置と偶数番目の素子の位置とがスライス方向においてWYだけ変位しているから、奇数番目の素子から送信された超音波ビームUBと偶数番目の素子から送信された超音波ビームUBとの間で、ビーム方向のずれが生じてしまう。このビーム方向のずれは、得られる超音波画像の解像度を低下させる原因になる。   In the arrangement shown in FIG. 4B, the arrangement pitch PX in the scan direction is 0.5 × WX, and therefore the arrangement pitch PX can be made smaller than WX. However, since the position of the odd-numbered element and the position of the even-numbered element are displaced by WY in the slice direction, the ultrasonic beam UB transmitted from the odd-numbered element and the ultrasonic wave transmitted from the even-numbered element. The beam direction is deviated from the sound beam UB. This deviation in the beam direction causes a reduction in the resolution of the obtained ultrasonic image.

図4(C)は、平面視において正6角形の形状を有する素子UE1〜UEnを第1の方向D1に沿ってジグザグ配置した場合を示す。各素子は、各素子の正6角形の一辺が第1の方向D1に平行になるように配置される。偶数番目の素子は、奇数番目の素子に対して第1の方向D1に0.75×WXだけ変位し、第2の方向D2に0.5×WYだけ変位した位置に配置される。スキャン方向における配置ピッチPXは0.75×WXであり、スライス方向における配置ピッチPYは0.5×WYである。   FIG. 4C shows a case where the elements UE1 to UEn having a regular hexagonal shape in a plan view are arranged in a zigzag manner along the first direction D1. Each element is arranged such that one side of the regular hexagon of each element is parallel to the first direction D1. The even-numbered elements are disposed at positions displaced by 0.75 × WX in the first direction D1 and 0.5 × WY in the second direction D2 with respect to the odd-numbered elements. The arrangement pitch PX in the scan direction is 0.75 × WX, and the arrangement pitch PY in the slice direction is 0.5 × WY.

図4(C)に示す配置では、スライス方向における配置ピッチPYが0.5×WYになるから、奇数番目の素子から送信された超音波ビームUBと偶数番目の素子から送信された超音波ビームUBとの間のビーム方向のずれを小さくすることができる。しかし、スキャン方向における配置ピッチPXが0.75×WXであるから、超音波ビームUBの間隔を図4(B)に示す場合ほど狭くすることはできない。   In the arrangement shown in FIG. 4C, since the arrangement pitch PY in the slice direction is 0.5 × WY, the ultrasonic beam UB transmitted from the odd-numbered elements and the ultrasonic beam transmitted from the even-numbered elements. The deviation of the beam direction from the UB can be reduced. However, since the arrangement pitch PX in the scanning direction is 0.75 × WX, the interval between the ultrasonic beams UB cannot be made as narrow as that shown in FIG.

本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200は、図4(A)、図4(B)、図4(C)に示した比較例における課題を解決するものである。即ち、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200によれば、スキャン方向における配置ピッチPX及びスライス方向における配置ピッチPYについて、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たすように各素子を配置することができる。   The ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment solves the problem in the comparative example shown in FIGS. 4 (A), 4 (B), and 4 (C). That is, according to the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment, with respect to the arrangement pitch PX in the scan direction and the arrangement pitch PY in the slice direction, 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY Each element can be arranged to satisfy the above.

以下では、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1、第2、第3の構成例における素子の形状及び配置について詳細に説明する。なお、素子の形状とは、1個の素子を配置するために必要な領域の形状であって、例えば振動膜や圧電素子を形成する領域だけでなく、隣接する素子との分離に必要な領域も含む形状である。   Below, the shape and arrangement | positioning of the element in the 1st, 2nd, 3rd structural example of the ultrasonic transducer device 200 of this embodiment are demonstrated in detail. The element shape is a shape of an area necessary for arranging one element. For example, not only an area for forming a vibration film or a piezoelectric element but also an area necessary for separation from an adjacent element. The shape also includes.

図5(A)に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1の構成例における素子の形状及び配置の一例を示す。第1の構成例では、各素子UE1〜UEnは平面視において矩形(略矩形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。例えば図5(A)では、各素子UE1〜UEnは正方形(略正方形)の形状を有する。各素子UE1〜UEnの正方形の1つの対角線がスキャン方向D1に沿うように、各素子が配置される。   FIG. 5A shows an example of the shape and arrangement of elements in the first configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. In the first configuration example, each of the elements UE1 to UEn has a rectangular (substantially rectangular) shape in plan view, and is arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1. For example, in FIG. 5A, each of the elements UE1 to UEn has a square (substantially square) shape. Each element is arranged so that one diagonal line of each element UE1 to UEn is along the scan direction D1.

各素子UE1〜UEnのスキャン方向における最大長をWX、スライス方向D2における最大長をWYとし、第k(kは1≦k≦n−1である整数)の素子UEkと第k+1の素子UEk+1とのスキャン方向における配置ピッチをPX、スライス方向における配置ピッチをPYとし、各素子の正方形の対角線の長さをLAとする。各素子の形状が正方形である場合には、WX=WY=LAである。   The maximum length in the scan direction of each element UE1 to UEn is WX, the maximum length in the slice direction D2 is WY, and the kth element kk (k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ n−1) and the k + 1th element UEk + 1 The arrangement pitch in the scan direction is PX, the arrangement pitch in the slice direction is PY, and the length of the diagonal line of each element is LA. When the shape of each element is a square, WX = WY = LA.

UEk+1は、UEkに対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。そして、UEk+2は、UEk+1に対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2の反対方向に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。   UEk + 1 is arranged at a position displaced from UEk by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the slice direction D2. UEk + 2 is arranged at a position displaced from UEk + 1 by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the direction opposite to the slice direction D2.

図5(A)から分かるように、PX=0.5×WX=0.5×LA、且つ、PY=0.5×WY=0.5×LAである。即ち、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たす。なお、PXは正確にWXの0.5倍でなくてもよく、PYは正確にWYの0.5倍でなくてもよい。   As can be seen from FIG. 5A, PX = 0.5 × WX = 0.5 × LA and PY = 0.5 × WY = 0.5 × LA. That is, PX, WX and PY, WY satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY. Note that PX does not have to be exactly 0.5 times WX, and PY does not have to be exactly 0.5 times WY.

図5(B)に、第1の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例を示す。図5(B)に示す素子UE1〜UEnは、図5(A)と同様に、平面視において矩形(略矩形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。また、各素子UE1〜UEnの正方形の1つの対角線がスキャン方向D1に沿うように、各素子が配置される。但し、図5(A)の場合と異なり、隣接する2つの素子の互いに接する辺の位置がずれている。   FIG. 5B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the first configuration example. The elements UE1 to UEn shown in FIG. 5B have a rectangular (substantially rectangular) shape in a plan view and are arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1, as in FIG. Further, each element is arranged so that one diagonal line of each of the elements UE1 to UEn is along the scan direction D1. However, unlike the case of FIG. 5A, the positions of adjacent sides of two adjacent elements are shifted.

図5(B)から分かるように、スキャン方向における配置ピッチPXは0.5×WXより大きく、スライス方向における配置ピッチPYは0.5×WYより小さい。この場合であっても、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たすように配置することができる。   As can be seen from FIG. 5B, the arrangement pitch PX in the scan direction is larger than 0.5 × WX, and the arrangement pitch PY in the slice direction is smaller than 0.5 × WY. Even in this case, PX, WX and PY, WY can be arranged so as to satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY.

図6(A)に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第2の構成例における素子の形状及び配置の一例を示す。第2の構成例では、各素子UE1〜UEnは平面視において円形(略円形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。   FIG. 6A shows an example of the shape and arrangement of elements in the second configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. In the second configuration example, each of the elements UE1 to UEn has a circular (substantially circular) shape in plan view, and is arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1.

各素子UE1〜UEnのスキャン方向における最大長をWX、スライス方向D2における最大長をWYとし、第kの素子UEkと第k+1の素子UEk+1とのスキャン方向における配置ピッチをPX、スライス方向における配置ピッチをPYとし、各素子の半径の長さをRAとする。   The maximum length in the scan direction of each element UE1 to UEn is WX, the maximum length in the slice direction D2 is WY, the arrangement pitch in the scan direction between the kth element UEk and the k + 1th element UEk + 1 is PX, and the arrangement pitch in the slice direction Is PY, and the radius of each element is RA.

UEk+1は、UEkに対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。そして、UEk+2は、UEk+1に対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2の反対方向に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。   UEk + 1 is arranged at a position displaced from UEk by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the slice direction D2. UEk + 2 is arranged at a position displaced from UEk + 1 by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the direction opposite to the slice direction D2.

図6(A)から分かるように、配置ピッチPXは、PX=0.5×WX=RAであり、配置ピッチPYは、PY=WY×sin60°=2×RA×sin60°である。即ち、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たす。なお、PXは正確にWXの0.5倍でなくてもよく、PYは正確にWYのsin60°倍でなくてもよい。   As can be seen from FIG. 6A, the arrangement pitch PX is PX = 0.5 × WX = RA, and the arrangement pitch PY is PY = WY × sin 60 ° = 2 × RA × sin 60 °. That is, PX, WX and PY, WY satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY. Note that PX does not have to be exactly 0.5 times WX, and PY does not have to be exactly sin 60 ° times WY.

図6(B)に、第2の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例を示す。図6(B)に示す素子UE1〜UEnは、図6(A)と同様に、平面視において円形(略円形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。但し、図6(A)の場合と異なり、UEkとUEk+2とは接していない。   FIG. 6B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the second configuration example. The elements UE1 to UEn shown in FIG. 6B have a circular (substantially circular) shape in plan view and are arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1, as in FIG. 6A. However, unlike the case of FIG. 6A, UEk and UEk + 2 are not in contact.

図6(B)から分かるように、スキャン方向における配置ピッチPXは0.5×WXより大きく、スライス方向における配置ピッチPYはWY×sin60°より小さい。この場合であっても、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たすように配置することができる。   As can be seen from FIG. 6B, the arrangement pitch PX in the scan direction is larger than 0.5 × WX, and the arrangement pitch PY in the slice direction is smaller than WY × sin 60 °. Even in this case, PX, WX and PY, WY can be arranged so as to satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY.

図7(A)に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第3の構成例における素子の形状及び配置の一例を示す。第3の構成例では、各素子UE1〜UEnは平面視において三角形(略三角形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。例えば図7(A)では、各素子UE1〜UEnは正三角形(略正三角形)の形状を有する。UEk+1は、平面視において、UEkを180°(広義には所定の角度)だけ回転させた形状を有する。   FIG. 7A shows an example of the shape and arrangement of elements in the third configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. In the third configuration example, each of the elements UE1 to UEn has a triangular (substantially triangular) shape in plan view, and is arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1. For example, in FIG. 7A, each of the elements UE1 to UEn has an equilateral triangle (substantially equilateral triangle) shape. UEk + 1 has a shape obtained by rotating UEk by 180 ° (a predetermined angle in a broad sense) in plan view.

各素子UE1〜UEnのスキャン方向における最大長をWX、スライス方向D2における最大長をWYとする。WXは三角形の底辺の長さに相当し、WYは三角形の高さに相当する。各素子の三角形の重心の位置によって、配置ピッチPX、PYを定義する。これは、三角形の振動膜が振動する際に、三角形の重心部分が最も振動振幅が大きいと考えられるからである。   The maximum length in the scan direction of each element UE1 to UEn is WX, and the maximum length in the slice direction D2 is WY. WX corresponds to the length of the base of the triangle, and WY corresponds to the height of the triangle. The arrangement pitches PX and PY are defined by the position of the center of gravity of the triangle of each element. This is because, when the triangular vibrating membrane vibrates, it is considered that the center of gravity of the triangle has the largest vibration amplitude.

UEk+1は、UEkに対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。そして、UEk+2は、UEk+1に対して、スキャン方向D1に配置ピッチPX、スライス方向D2の反対方向に配置ピッチPYだけ変位した位置に配置される。   UEk + 1 is arranged at a position displaced from UEk by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the slice direction D2. UEk + 2 is arranged at a position displaced from UEk + 1 by the arrangement pitch PX in the scan direction D1 and by the arrangement pitch PY in the direction opposite to the slice direction D2.

図7(A)から分かるように、配置ピッチPXは、PX=0.5×WXであり、配置ピッチPYは、PY=1/3×WYである。即ち、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たす。なお、PXは正確にWXの0.5倍でなくてもよく、PYは正確にWYの1/3倍でなくてもよい。   As can be seen from FIG. 7A, the arrangement pitch PX is PX = 0.5 × WX, and the arrangement pitch PY is PY = 1/3 × WY. That is, PX, WX and PY, WY satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY. Note that PX does not have to be exactly 0.5 times WX, and PY does not have to be exactly 1/3 times WY.

図7(B)に、第3の構成例の変形例における素子の形状及び配置の一例を示す。図7(B)に示す素子UE1〜UEnは、図7(A)と同様に、平面視において正三角形(広義には三角形)の形状を有し、スキャン方向D1に沿ってジグザグ配置される。UEk+1は、平面視において、UEkを180°(広義には所定の角度)だけ回転させた形状を有する。但し、図7(A)の場合と異なり、隣接する2つの素子の互いに接する辺の位置がずれている。   FIG. 7B shows an example of the shape and arrangement of elements in a modification of the third configuration example. The elements UE1 to UEn illustrated in FIG. 7B have a regular triangle shape (triangle in a broad sense) in a plan view and are arranged in a zigzag manner along the scanning direction D1, as in FIG. 7A. UEk + 1 has a shape obtained by rotating UEk by 180 ° (a predetermined angle in a broad sense) in plan view. However, unlike the case of FIG. 7A, the positions of adjacent sides of two adjacent elements are shifted.

図7(B)から分かるように、スキャン方向における配置ピッチPXは0.5×WXより大きく、スライス方向における配置ピッチPYは1/3×WYより小さい。この場合であっても、PX、WX及びPY、WYは、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYを満たすように配置することができる。   As can be seen from FIG. 7B, the arrangement pitch PX in the scan direction is larger than 0.5 × WX, and the arrangement pitch PY in the slice direction is smaller than 1/3 × WY. Even in this case, PX, WX and PY, WY can be arranged so as to satisfy 0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY.

図5(A)〜図7(B)に示したように、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1、第2、第3の構成例及びこれらの変形例によれば、第kの超音波トランスデューサー素子UEkと第k+1の超音波トランスデューサー素子UEk+1とのスキャン方向における配置ピッチをPXとし、スライス方向における配置ピッチをPYとした場合に、0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYとすることができる。   As shown in FIGS. 5A to 7B, according to the first, second, and third configuration examples of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment and the modifications thereof, the k-th Of the ultrasonic transducer element UEk and the (k + 1) th ultrasonic transducer element UEk + 1 in the scanning direction is PX and the arrangement pitch in the slice direction is PY, 0.5 × WX ≦ PX <0. 75 × WX and PY <WY.

このようにすることで、スキャン方向の配置ピッチPXを素子のサイズより狭くすることができるから、超音波ビームの間隔をより狭くすることができる。また、併せてスライス方向の配置ピッチPYも素子のサイズより狭くすることができるから、超音波ビームのスライス方向のずれをより小さくすることができる。その結果、素子サイズを縮小させずに超音波画像の解像度を向上させることが可能になる。   By doing so, the arrangement pitch PX in the scan direction can be made smaller than the size of the element, so that the interval between the ultrasonic beams can be made narrower. In addition, since the arrangement pitch PY in the slice direction can be made smaller than the element size, the deviation of the ultrasonic beam in the slice direction can be further reduced. As a result, it is possible to improve the resolution of the ultrasonic image without reducing the element size.

さらに、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1、第2、第3の構成例の各変形例(図5(B)、図6(B)、図7(B))によれば、スキャン方向の配置ピッチPXとスライス方向の配置ピッチPYとの組み合わせを、要求される解像度に応じて設計することができる。その結果、用途や目的に応じた解像度の超音波画像を取得するための超音波トランスデューサーデバイスを実現することができる。   Furthermore, according to each modification (FIGS. 5B, 6B, and 7B) of the first, second, and third configuration examples of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. The combination of the arrangement pitch PX in the scan direction and the arrangement pitch PY in the slice direction can be designed according to the required resolution. As a result, it is possible to realize an ultrasonic transducer device for acquiring an ultrasonic image having a resolution according to the application and purpose.

図8に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第1の構成例のレイアウト例を示す。図8には、矩形(略矩形)の形状を有する各素子の素子配置領域AR、下部電極層21及び上部電極層22を示す。図示していないが、下部電極層21と上部電極層22とに挟まれる領域には圧電体膜が設けられる。素子配置領域ARは、1個の素子を配置するために必要となる領域であって、例えば振動膜や圧電素子を形成する領域だけでなく、隣接する素子との分離に必要な領域も含む。従って、素子配置領域ARは、振動膜や圧電素子を形成する領域よりもさらに外側に広がっている。   FIG. 8 shows a layout example of the first configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. FIG. 8 shows an element arrangement region AR, a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 22 of each element having a rectangular (substantially rectangular) shape. Although not shown, a piezoelectric film is provided in a region sandwiched between the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 22. The element arrangement area AR is an area necessary for arranging one element, and includes not only an area for forming a vibration film or a piezoelectric element, but also an area necessary for separation from an adjacent element. Therefore, the element arrangement area AR extends further outward than the area where the vibration film and the piezoelectric element are formed.

下部電極層21は、圧電素子の下部電極を形成すると共に、コモン電極線CLを形成する。上部電極層22は、圧電素子の上部電極を形成すると共に、信号電極線SL1〜SLnを形成する。第jの素子UEjの下部電極は、矩形の端辺部においてコモン電極線CLに接続される。また、第jの素子UEjの上部電極は、矩形の頂点部において第jの信号電極線SLjに接続される。このようにレイアウトすることで、矩形の形状を有する複数の超音波トランスデューサー素子を高密度にジグザグ配置することができる。   The lower electrode layer 21 forms a lower electrode of the piezoelectric element and also forms a common electrode line CL. The upper electrode layer 22 forms an upper electrode of the piezoelectric element and also forms signal electrode lines SL1 to SLn. The lower electrode of the j-th element UEj is connected to the common electrode line CL at the rectangular edge. Further, the upper electrode of the j-th element UEj is connected to the j-th signal electrode line SLj at the rectangular apex. By laying out in this way, a plurality of ultrasonic transducer elements having a rectangular shape can be arranged in a zigzag manner with high density.

なお、図8のA−A’及びB−B’に沿った断面の構造を、後述する図11(A)、図11(B)に示す。素子構造については、図11(A)、図11(B)で詳細に説明する。   In addition, the structure of the cross section along A-A 'and B-B' of FIG. 8 is shown to FIG. 11 (A) and FIG.11 (B) mentioned later. The element structure will be described in detail with reference to FIGS. 11A and 11B.

図9に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第2の構成例のレイアウト例を示す。図9には、円形(略円形)の形状を有する各素子の素子配置領域AR、下部電極層21及び上部電極層22を示す。下部電極層21は、圧電素子の下部電極を形成すると共に、コモン電極線CLを形成する。上部電極層22は、圧電素子の上部電極を形成すると共に、信号電極線SL1〜SLnを形成する。図9のA−A’及びB−B’に沿った断面の構造を、後述する図11(A)、図11(B)に示す。   FIG. 9 shows a layout example of the second configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. FIG. 9 shows an element arrangement area AR, a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 22 of each element having a circular (substantially circular) shape. The lower electrode layer 21 forms a lower electrode of the piezoelectric element and also forms a common electrode line CL. The upper electrode layer 22 forms an upper electrode of the piezoelectric element and also forms signal electrode lines SL1 to SLn. A cross-sectional structure along A-A ′ and B-B ′ in FIG. 9 is shown in FIGS.

図10(A)、図10(B)に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス200の第3の構成例のレイアウト例を示す。図10(A)、図10(B)には、三角形(略三角形)の形状を有する各素子の素子配置領域AR、下部電極層21及び上部電極層22を示す。下部電極層21は、圧電素子の下部電極を形成すると共に、コモン電極線CLを形成する。上部電極層22は、圧電素子の上部電極を形成すると共に、信号電極線SL1〜SLnを形成する。図10(A)、図10(B)のA−A’及びB−B’に沿った断面の構造を、後述する図11(A)、図11(B)に示す。   10A and 10B show layout examples of the third configuration example of the ultrasonic transducer device 200 of the present embodiment. 10A and 10B show an element arrangement region AR, a lower electrode layer 21, and an upper electrode layer 22 of each element having a triangular (substantially triangular) shape. The lower electrode layer 21 forms a lower electrode of the piezoelectric element and also forms a common electrode line CL. The upper electrode layer 22 forms an upper electrode of the piezoelectric element and also forms signal electrode lines SL1 to SLn. FIGS. 11A and 11B, which will be described later, show cross-sectional structures taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIGS. 10A and 10B.

2.超音波トランスデューサー素子
図11(A)、図11(B)に、本実施形態の超音波トランスデューサー素子UE(UE1〜UEn)の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子UEは、振動膜(メンブレン、支持部材)50と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極層(下部電極)21、圧電体層(圧電体膜)30、上部電極層(上部電極)22を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子UEは図11(A)、図11(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。
2. Ultrasonic Transducer Element FIGS. 11A and 11B show a configuration example of the ultrasonic transducer element UE (UE1 to UEn) of the present embodiment. This ultrasonic transducer element UE has a vibration film (membrane, support member) 50 and a piezoelectric element part. The piezoelectric element section includes a lower electrode layer (lower electrode) 21, a piezoelectric layer (piezoelectric film) 30, and an upper electrode layer (upper electrode) 22. Note that the ultrasonic transducer element UE of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS. 11A and 11B, and some of the components may be omitted or replaced with other components. Various modifications such as adding other components are possible.

図11(A)は、図8、図9、図10(A)、図10(B)のA−A’に沿った断面を示す断面図である。図11(B)は、図8、図9、図10(A)、図10(B)のB−B’に沿った断面を示す断面図である。   FIG. 11A is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line A-A ′ of FIGS. 8, 9, 10 </ b> A, and 10 </ b> B. FIG. 11B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line B-B ′ of FIGS. 8, 9, 10 </ b> A, and 10 </ b> B.

超音波トランスデューサー素子UEは、基板60に設けられた複数の開口45の各開口ごとに設けられる。基板60は、例えばシリコン基板である。   The ultrasonic transducer element UE is provided for each opening of the plurality of openings 45 provided in the substrate 60. The substrate 60 is, for example, a silicon substrate.

素子配置領域ARは、1個の素子を配置するために必要となる領域であって、例えば振動膜や圧電素子を形成する領域だけでなく、隣接する素子との分離に必要な領域も含む。従って、図11(A)、図11(B)に示すように、素子配置領域ARは、振動膜や圧電素子を形成する領域よりもさらに外側に広がっている。   The element arrangement area AR is an area necessary for arranging one element, and includes not only an area for forming a vibration film or a piezoelectric element, but also an area necessary for separation from an adjacent element. Therefore, as shown in FIGS. 11A and 11B, the element arrangement region AR extends further outward than the region where the vibration film and the piezoelectric element are formed.

下部電極層21は、振動膜50の上層に例えば金属薄膜で形成される。この下部電極層21は、図11(A)、図11(B)に示すように素子配置領域ARの外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子UEに接続される。   The lower electrode layer 21 is formed on the vibration film 50 as a metal thin film, for example. As shown in FIGS. 11A and 11B, the lower electrode layer 21 extends to the outside of the element arrangement region AR and is connected to the adjacent ultrasonic transducer element UE.

圧電体層30は、例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)薄膜により形成され、下部電極層21の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層30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(PbTiO3)、ジルコン酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO3)などを用いてもよい。   The piezoelectric layer 30 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 lower electrode layer 21. The material of the piezoelectric layer 30 is not limited to PZT. For example, lead titanate (PbTiO3), lead zirconate (PbZrO3), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO3), or the like is used. Also good.

上部電極層22は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層30の少なくとも一部を覆うように設けられる。この上部電極層22は、図11(A)、図11(B)に示すように素子配置領域ARの外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子UEに接続される。   The upper electrode layer 22 is formed of, for example, a metal thin film and is provided so as to cover at least a part of the piezoelectric layer 30. As shown in FIGS. 11A and 11B, the upper electrode layer 22 extends to the outside of the element arrangement region AR and is connected to the adjacent ultrasonic transducer element UE.

振動膜(メンブレン)50は、例えばSiO2薄膜とZrO2薄膜との2層構造により空洞領域40を塞ぐように設けられる。1個の素子が有する振動膜50は単一の振動膜であって、複数の振動膜の集合体ではない。単一の振動膜とは、連続した1つの振動膜であって、他の振動膜とは独立に1つの圧電素子によって振動する振動膜である。この振動膜50は、圧電体層30、下部電極層21及び上部電極層22を支持すると共に、圧電体層30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) 50 is provided so as to close the cavity region 40 by a two-layer structure of, for example, a SiO2 thin film and a ZrO2 thin film. The vibration film 50 included in one element is a single vibration film, not an assembly of a plurality of vibration films. A single vibrating membrane is a single vibrating membrane that is vibrated by one piezoelectric element independently of the other vibrating membranes. The vibration film 50 supports the piezoelectric layer 30, the lower electrode layer 21, and the upper electrode layer 22, and can vibrate according to the expansion and contraction of the piezoelectric layer 30 to generate ultrasonic waves.

空洞領域40は、基板60(シリコン基板)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40の形成によって振動可能になった振動膜50のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体膜30側に放射される。   The cavity region 40 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 substrate 60 (silicon substrate). The resonance frequency of the ultrasonic wave is determined by the size of the vibration film 50 that can be vibrated by the formation of the cavity region 40, and the ultrasonic wave is radiated to the piezoelectric film 30 side.

超音波トランスデューサー素子UEの下部電極は、下部電極層21により形成され、上部電極は、上部電極層22により形成される。具体的には、下部電極層21のうちの圧電体層30に覆われた部分が下部電極を形成し、上部電極層22のうちの圧電体層30を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層30は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。   The lower electrode of the ultrasonic transducer element UE is formed by the lower electrode layer 21, and the upper electrode is formed by the upper electrode layer 22. Specifically, a portion of the lower electrode layer 21 covered with the piezoelectric layer 30 forms a lower electrode, and a portion of the upper electrode layer 22 that covers the piezoelectric layer 30 forms an upper electrode. That is, the piezoelectric layer 30 is provided between the lower electrode and the upper electrode.

圧電体膜30は、下部電極と上部電極との間、即ち下部電極層21と上部電極層22との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子UEは、薄手の圧電素子部と振動膜50を貼り合わせたモノモルフ(ユニモルフ)構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜50の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜30に交流電圧を印加することで、振動膜50が膜厚方向に対して振動し、この振動膜50の振動により超音波が放射される。圧電体膜30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 30 expands and contracts in the in-plane direction when a voltage is applied between the lower electrode and the upper electrode, that is, between the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 22. The ultrasonic transducer element UE uses a monomorph (unimorph) structure in which a thin piezoelectric element portion and the vibration film 50 are bonded together. When the piezoelectric element portion expands and contracts in the plane, the dimensions of the bonded vibration film 50 are as follows. As it is, warping occurs. Therefore, by applying an AC voltage to the piezoelectric film 30, the vibration film 50 vibrates in the film thickness direction, and ultrasonic waves are emitted by the vibration of the vibration film 50. The voltage applied to the piezoelectric film 30 is, for example, 10 to 30 V, and the frequency is, for example, 1 to 10 MHz.

バルクの超音波トランスデューサー素子の駆動電圧がピークからピークで100V程度であるのに対して、図11(A)、図11(B)に示すような薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子では、駆動電圧をピークからピークで10〜30V程度に小さくすることができる。   The driving voltage of the bulk ultrasonic transducer element is about 100 V from peak to peak, whereas in the thin film piezoelectric ultrasonic transducer element as shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), driving is performed. The voltage can be reduced from the peak to about 10 to 30 V from the peak.

3.超音波測定装置
図12に、本実施形態の超音波測定装置100及び超音波画像装置400の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波測定装置100は、超音波トランスデューサーデバイス200、送信部110、受信部120、処理部130を含む。また、超音波画像装置400は、超音波測定装置100及び表示部410を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置100及び超音波画像装置400は図12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。
3. Ultrasonic Measuring Device FIG. 12 shows a basic configuration example of the ultrasonic measuring device 100 and the ultrasonic imaging device 400 of the present embodiment. The ultrasonic measurement apparatus 100 of the present embodiment includes an ultrasonic transducer device 200, a transmission unit 110, a reception unit 120, and a processing unit 130. The ultrasonic imaging apparatus 400 includes an ultrasonic measurement apparatus 100 and a display unit 410. Note that the ultrasonic measurement apparatus 100 and the ultrasonic imaging apparatus 400 of the present embodiment are not limited to the configuration shown in FIG. 12, and some of the components are omitted, replaced with other components, or other components. Various modifications, such as adding, are possible.

送信部110は、超音波ビームの送信処理を行う。具体的には、送信部110が処理部130の制御に基づいてパルス信号を生成・増幅し、超音波トランスデューサーデバイス200に対して電気信号である送信信号(駆動信号)を出力する。超音波トランスデューサーデバイス200が電気信号である送信信号を超音波に変換して、超音波を送信する。送信部110は、例えばパルス発生器、増幅器などで構成することができる。   The transmission unit 110 performs ultrasonic beam transmission processing. Specifically, the transmission unit 110 generates and amplifies a pulse signal based on the control of the processing unit 130, and outputs a transmission signal (drive signal) that is an electrical signal to the ultrasonic transducer device 200. The ultrasonic transducer device 200 converts a transmission signal, which is an electrical signal, into an ultrasonic wave and transmits the ultrasonic wave. The transmission unit 110 can be configured by, for example, a pulse generator, an amplifier, or the like.

受信部120は、超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う。具体的には、超音波トランスデューサーデバイス200が被検体(対象物)からの超音波エコーを電気信号に変換して、受信部120に対して出力する。受信部120は、超音波トランスデューサーデバイス200からの電気信号である受信信号(アナログ信号)に対して増幅、検波、A/D変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信信号(デジタルデータ)を処理部130に対して出力する。受信部120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 reception unit 120 performs reception processing of ultrasonic echoes in which the ultrasonic beam is reflected by the subject. Specifically, the ultrasonic transducer device 200 converts an ultrasonic echo from the subject (object) into an electric signal and outputs the electric signal to the receiving unit 120. The reception unit 120 performs reception processing such as amplification, detection, A / D conversion, and phase matching on the reception signal (analog signal) that is an electrical signal from the ultrasonic transducer device 200, and uses the signal after reception processing. A received signal (digital data) is output to the processing unit 130. The receiving unit 120 can be configured by, 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.

処理部130は、送信部110及び受信部120の制御処理や受信部120からの受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理を行う。処理部130は、例えば専用のデジタルシグナルプロセッサー(DSP)で構成してもよいし、汎用のマイクロプロセッサー(MPU)で構成してもよい。或いは、処理部130が実行する処理の一部をパーソナルコンピューター(PC)で実行させてもよい。   The processing unit 130 performs control processing for the transmission unit 110 and the reception unit 120 and processing for generating an ultrasound image based on a reception signal from the reception unit 120. The processing unit 130 may be configured with, for example, a dedicated digital signal processor (DSP) or a general-purpose microprocessor (MPU). Alternatively, a part of processing executed by the processing unit 130 may be executed by a personal computer (PC).

表示部410は、例えば液晶ディスプレイ等の表示デバイスであって、処理部130により生成された表示用画像データを受け取って表示する。この表示用画像データは、例えば超音波画像(Bモード画像)、或いはユーザーに対する報知情報などを含む。   The display unit 410 is a display device such as a liquid crystal display, and receives and displays the display image data generated by the processing unit 130. This display image data includes, for example, an ultrasonic image (B-mode image) or notification information for the user.

4.超音波画像装置
図13(A)、図13(B)に、本実施形態の超音波画像装置400の具体的な構成例を示す。図13(A)は携帯型の超音波画像装置400を示し、図13(B)は据置型の超音波画像装置400を示す。
4). Ultrasonic Image Device FIGS. 13A and 13B show a specific configuration example of the ultrasonic image device 400 of the present embodiment. FIG. 13A shows a portable ultrasonic imaging apparatus 400, and FIG. 13B shows a stationary ultrasonic imaging apparatus 400.

携帯型及び据置型の超音波画像装置400は共に、超音波測定装置100、超音波プローブ300、ケーブル350及び表示部410を含む。超音波プローブ300は、超音波トランスデューサーデバイス200を含み、ケーブル350により超音波測定装置100に接続される。表示部410は、表示用画像データを表示する。   Both the portable and stationary ultrasonic imaging devices 400 include an ultrasonic measurement device 100, an ultrasonic probe 300, a cable 350, and a display unit 410. The ultrasonic probe 300 includes the ultrasonic transducer device 200 and is connected to the ultrasonic measurement apparatus 100 by a cable 350. The display unit 410 displays display image data.

超音波測定装置100が有する送信部110、受信部120及び処理部130の少なくとも一部を超音波プローブ300に設けることもできる。   At least a part of the transmission unit 110, the reception unit 120, and the processing unit 130 included in the ultrasonic measurement apparatus 100 may be provided in the ultrasonic probe 300.

図13(C)に、超音波プローブ300の具体的な構成例を示す。超音波プローブ300はプローブヘッド315及びプローブ本体320を含み、図13(C)に示すように、プローブヘッド315はプローブ本体320と脱着可能である。   FIG. 13C shows a specific configuration example of the ultrasonic probe 300. The ultrasonic probe 300 includes a probe head 315 and a probe main body 320, and the probe head 315 is detachable from the probe main body 320 as shown in FIG.

プローブヘッド315は、超音波トランスデューサーデバイス200、プローブ基体311、プローブ筐体312、プローブヘッド側コネクター313を含む。   The probe head 315 includes an ultrasonic transducer device 200, a probe base 311, a probe housing 312, and a probe head side connector 313.

プローブ本体320は、プローブ本体側コネクター323を含む。プローブ本体側コネクター323は、プローブヘッド側コネクター313と接続される。プローブ本体320は、ケーブル350により超音波測定装置100に接続される。なお、超音波測定装置100が有する送信部110、受信部120の少なくとも一部をプローブ本体320に設けることもできる。   The probe main body 320 includes a probe main body side connector 323. The probe main body side connector 323 is connected to the probe head side connector 313. The probe main body 320 is connected to the ultrasonic measurement apparatus 100 by a cable 350. Note that at least a part of the transmission unit 110 and the reception unit 120 included in the ultrasonic measurement device 100 may be provided in the probe main body 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。また超音波トランスデューサーデバイス及び超音波測定装置の構成、動作等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. Further, the configurations and operations of the ultrasonic transducer device and the ultrasonic measurement apparatus are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

21 下部電極層(下部電極)、22 上部電極層(上部電極)、
30 圧電体膜(圧電体層)、40 空洞領域、45 開口、50 振動膜、
60 基板、
100 超音波測定装置、110 送信部、120 受信部、130 処理部、
200 超音波トランスデューサーデバイス、
300 超音波プローブ、311 プローブ基体、312 プローブ筐体、
313 プローブヘッド側コネクター、315 プローブヘッド、
320 プローブ本体、323 プローブ本体側コネクター、
350 ケーブル、400 超音波画像装置、410 表示部、
UE1〜UEn 超音波トランスデューサー素子、CL コモン電極線、
COM コモン端子、SL1〜SLn 信号電極線、S1〜Sn 信号端子
21 Lower electrode layer (lower electrode), 22 Upper electrode layer (upper electrode),
30 piezoelectric film (piezoelectric layer), 40 cavity region, 45 opening, 50 vibration film,
60 substrates,
100 ultrasonic measurement device, 110 transmission unit, 120 reception unit, 130 processing unit,
200 ultrasonic transducer device,
300 ultrasonic probe, 311 probe base, 312 probe housing,
313 probe head side connector, 315 probe head,
320 probe body, 323 probe body side connector,
350 cable, 400 ultrasonic imaging device, 410 display unit,
UE1-UEn ultrasonic transducer element, CL common electrode wire,
COM common terminal, SL1-SLn signal electrode line, S1-Sn signal terminal

Claims (7)

対象物に対して超音波ビームを送信し、前記対象物からの超音波エコーを受信する超音波トランスデューサーデバイスであって、
第1の方向に沿って配置される第1の超音波トランスデューサー素子〜第n(nは以上の整数)の超音波トランスデューサー素子と、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子のそれぞれに接続された第1〜第nの信号電極線と、を含み、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において矩形の形状を有し、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子の前記第1の方向における最大長をWXとし、前記第1の方向に直交する第2の方向における最大長をWYとし、
第k(kは1≦k≦n−1である整数)の超音波トランスデューサー素子の前記矩形の面積の重心位置と、第k+1の超音波トランスデューサー素子の前記矩形の面積の重心位置との前記第1の方向における間の距離を配置ピッチPXとし、前記第2の方向における間の距離を配置ピッチPYとした場合に、
0.5×WX≦PX<0.75×WX、且つ、PY<WYであり、
前記第k+1の超音波トランスデューサー素子は、前記第kの超音波トランスデューサー素子に対して、前記第1の方向に前記配置ピッチPX、前記第2の方向に前記配置ピッチPYだけ変位した位置に配置され、
第k+2の超音波トランスデューサー素子は、前記第k+1の超音波トランスデューサー素子に対して、前記第1の方向に前記配置ピッチPX、前記第2の方向の反対方向に前記配置ピッチPYだけ変位した位置に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
An ultrasonic transducer device that transmits an ultrasonic beam to an object and receives an ultrasonic echo from the object,
A first ultrasonic transducer element to n-th (n is an integer of 4 or more) ultrasonic transducer elements arranged along a first direction;
First to nth signal electrode lines connected to each of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element ,
Each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element has a rectangular shape in plan view,
The maximum length in the first direction of each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is WX, and a second orthogonal to the first direction The maximum length in the direction is WY,
The centroid position of the rectangular area of the k-th (k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ n−1) and the centroid position of the rectangular area of the (k + 1) th ultrasonic transducer element. When the distance between the first directions is the arrangement pitch PX and the distance between the second directions is the arrangement pitch PY,
0.5 × WX ≦ PX <0.75 × WX and PY <WY,
The k + 1th ultrasonic transducer element is displaced from the kth ultrasonic transducer element by the arrangement pitch PX in the first direction and the arrangement pitch PY in the second direction. Arranged,
The (k + 2) th ultrasonic transducer element is displaced from the (k + 1) th ultrasonic transducer element by the arrangement pitch PX in the first direction and the arrangement pitch PY in the direction opposite to the second direction. An ultrasonic transducer device, wherein the ultrasonic transducer device is disposed at a position .
請求項に記載の超音波トランスデューサーデバイスにおいて、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、平面視において、正方形の形状を有し、
前記各超音波トランスデューサー素子の前記正方形の1つの対角線が前記第1の方向に沿うように、前記各超音波トランスデューサー素子が配置され、
前記各超音波トランスデューサー素子の前記正方形の対角線の長さをLAとした場合に、
前記配置ピッチPXは、PX=0.5×WX=0.5×LAであり、前記配置ピッチPYは、PY=0.5×WY=0.5×LAであることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
The ultrasonic transducer device of claim 1 .
Each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element has a square shape in plan view,
Each ultrasonic transducer element is arranged such that one diagonal of the square of each ultrasonic transducer element is along the first direction;
When the length of the diagonal of the square of each ultrasonic transducer element is LA,
The arrangement pitch PX is PX = 0.5 × WX = 0.5 × LA, and the arrangement pitch PY is PY = 0.5 × WY = 0.5 × LA. Transducer device.
請求項1または2に記載の超音波トランスデューサーデバイスにおいて、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、単一の振動膜を有する薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子であることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
The ultrasonic transducer device according to claim 1 or 2 ,
Each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is a thin film piezoelectric ultrasonic transducer element having a single vibration film. Ultrasonic transducer device.
請求項に記載の超音波トランスデューサーデバイスにおいて、
複数の開口が配置された基板を含み、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、前記複数の開口ごとに設けられ、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、
前記開口を塞ぐ前記単一の振動膜と、
前記単一の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、
前記単一の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することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
The ultrasonic transducer device according to claim 3 .
Including a substrate having a plurality of openings disposed thereon;
Each ultrasonic transducer elements of said first ultrasonic transducer element - the n-th ultrasonic transducer elements are provided in the plurality of apertures your capital,
Each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is:
The single vibrating membrane closing the opening;
A piezoelectric element portion provided on the single vibrating membrane,
The piezoelectric element portion is
A lower electrode provided on the single vibrating membrane;
A piezoelectric film provided to cover at least a part of the lower electrode;
An ultrasonic transducer device comprising: an upper electrode provided to cover at least a part of the piezoelectric film.
請求項に記載の超音波トランスデューサーデバイスにおいて、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子に接続されたコモン電極線を有し
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の一方は、前記コモン電極線に接続され、
前記第1の超音波トランスデューサー素子〜前記第nの超音波トランスデューサー素子のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の他方は、前記第1の信号電極線〜前記第nの信号電極線のうちの第jの信号電極線に接続されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
The ultrasonic transducer device according to claim 4 .
Having said first connected the common electrode line to the ultrasonic transducer elements of the ultrasonic transducer elements - the first n,
One of the upper electrode and the lower electrode of each of the ultrasonic transducer elements of the first ultrasonic transducer element to the nth ultrasonic transducer element is connected to the common electrode line,
The upper electrode and the lower electrode of the jth ultrasonic transducer element (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) among the first to nth ultrasonic transducer elements. The other is connected to a jth signal electrode line among the first signal electrode line to the nth signal electrode line.
請求項に記載の超音波トランスデューサーデバイスにおいて、
前記第jの超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の一方は、前記矩形の端辺部において前記コモン電極に接続され、
前記第jの超音波トランスデューサー素子の前記上部電極及び前記下部電極の他方は、前記矩形の頂点部において前記第jの信号電極線に接続されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
The ultrasonic transducer device according to claim 5 .
One of the upper electrode and the lower electrode of the j-th ultrasonic transducer element is connected to the common electrode at an end portion of the rectangle,
The ultrasonic transducer device, wherein the other of the upper electrode and the lower electrode of the j-th ultrasonic transducer element is connected to the j-th signal electrode line at the vertex of the rectangle.
請求項1乃至のいずれかに記載の超音波トランスデューサーデバイスを含むことを特徴とする超音波測定装置。 Ultrasonic measuring apparatus comprising an ultrasonic transducer device of any one of claims 1 to 6.
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