CN102132584A - 超声波换能器、电子设备和超声波内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声波换能器、电子设备和超声波内窥镜。本发明的超声波换能器的特征在于，包括：元器件，其包括机电转换元件，该机电转换元件将输入到第1电极与第2电极之间的电信号转换为振动；阵列部，其将上述元器件配置成在行方向上n个、在列方向上m(n≤m)个的矩阵状而成；阵列形成部，其在上述阵列部中对列方向一维阵列状态和行方向一维阵列状态之间进行切换，上述列方向一维阵列状态由对配置于同一列的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的m个元器件组构成，上述行方向一维阵列状态由对配置于同一行的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的n个元器件组构成。
Description
技术领域
本发明涉及将元器件配置成矩阵状而成的超声波换能器、电子设备和超声波内窥镜，其中，所述元器件通过具备机电转换元件而成。
背景技术
公知有通过形成二维阵列并改变依次驱动各个机电转换元件的方向而能够双向切换超声波的电子扫描方向的超声波换能器，其中，上述二维阵列是将能够发送接收超声波的多个压电体等机电转换元件排列成矩阵的阵列。例如，在日本特开2005-277864号公报中公开有具有这种二维阵列的电子扫描式超声波换能器。
在具有二维阵列的电子扫描式超声波换能器中，因为需要对构成二维阵列的各个机电转换元件连接用于进行信号的输入输出的信号配线，所以信号配线的条数变多，线缆束(复合同轴线缆)变粗，因此存在导致装置大型化这样的问题。例如，在二维阵列是由n行m列机电转换元件构成的情况下，就需要n×m条信号配线。
在电子扫描式超声波换能器中，作为削减信号配线条数的方法，公知有配设多路转接器等切换装置的方法，该多路转接器在二维阵列附近切换针对各个机电转换元件的信号输入输出路径。但是，在实现二维扫描时，不会大幅度削减二维阵列与多路转接器之间的配线数。而且，为了驱动机电转换元件并发送超声波，所需的电压比较高，因此多路转接器自身比较难以小型化，仍然无法回避装置的大型化。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而做出来的，其目的在于提供一种超声波换能器以及具有该超声波换能器的电子设备、超声波内窥镜，该超声波换能器能够双向切换超声波的电子扫描方向，并且能够大幅度削减信号配线的条数而使装置小型化。
本发明的超声波换能器的特征在于，包括：元器件，其包括机电转换元件、第1电极端子以及第2电极端子，所述机电转换元件包括相对配置的第1电极和第2电极，并将输入到上述第1电极与上述第2电极之间的电信号转换为振动，上述第1电极端子与上述第1电极进行电连接，上述第2电极端子与上述第2电极进行电连接；阵列部，其将上述元器件配置成在行方向上n个、在列方向上m(n≤m)个的矩阵状而成；阵列形成部，其在上述阵列部中对列方向一维阵列状态和行方向一维阵列状态之间进行切换，上述列方向一维阵列状态由对配置于同一列的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的m个元器件组构成，上述行方向一维阵列状态由对配置于同一行的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的n个元器件组构成；信号配线，该信号配线配置为，在上述列方向一维阵列状态下，与构成各个上述m个元器件组的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接，并且在上述行方向一维阵列状态下，与构成各个上述n个元器件组的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接；以及接地电位配线，该接地电位配线配置为，在上述列方向一维阵列状态和上述行方向一维阵列状态下，与所有的上述第2电极进行电连接。
本发明的电子设备的特征在于，包括上述超声波换能器。另外，本发明的超声波内窥镜的特征在于，包括上述电子设备。
附图说明
图1是第1实施方式的超声波换能器的立体图；
图2是在第1实施方式中、在机电转换元件中使用c-MUT时的超声波换能器的立体图；
图3是第1实施方式的超声波换能器的俯视图；
图4是图3的IV-IV剖面图；
图5是表示列方向一维阵列状态的图；
图6是图5的VI-VI剖面图；
图7是表示行方向一维阵列状态的图；
图8是说明第2实施方式的阵列部与接地电位配线的连接方式的图；
图9是说明第3实施方式的阵列部与信号配线的连接方式的图；
图10是说明第4实施方式的阵列部与信号配线的连接方式的图；
图11是说明第5实施方式的元器件与电极端子的形态的图；
图12是说明第6实施方式的阵列部的形态的图；
图13是说明第7实施方式的阵列形成部的形态的俯视图；
图14是图13的XIV-XIV剖面图；
图15是表示第7实施方式的变形例的图；
图16是说明第8实施方式的阵列形成部的形态的剖面图；
图17是说明第8实施方式的阵列形成部的动作的俯视图；
图18是说明第8实施方式的阵列形成部的动作的俯视图；
图19是表示第8实施方式的变形例的图；
图20是说明第9实施方式的超声波换能器的结构的剖面图；
图21是说明应用本发明的超声波换能器的超声波内窥镜的结构的图；
图22是说明应用本发明的超声波换能器的超声波探伤装置的结构的图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的超声波换能器、电子设备和超声波内窥镜的优选方式。另外，在以下说明所使用的各个图中，为了将各个结构元件设为在附图上能够识别程度的大小，而根据各个构成件使缩小比例不同，本发明并不仅限定于这些图所记载的构成件的数量、构成件的形状、构成件的大小比例以及各个构成件的相对位置关系。
(第1实施方式)
以下，说明本发明的第1实施方式。如图1所示，本实施方式的超声波换能器1包括：阵列部3，其将多个元器件2配置成矩阵状而成，该元器件2具有机电转换元件10；以及阵列形成部6，其用于切换上述阵列部3的状态。
机电转换元件10具有相对配置的第1电极20和第2电极30，是能够通过进行电信号的变化与机械振动的相互转换而发送接收超声波的元件，其中，所述电信号是输入到上述第1电极20与上述第2电极30之间的电信号。
在本实施方式中，当将超声波换能器1的超声波的发射方向设为上方时，第1电极20配设在机电转换元件10的下方，第2电极30配设在机电转换元件10的上方。
机电转换元件10的结构并不受特别的限定，例如能够应用由压电陶瓷等压电元件或电致伸缩元件构成的结构、或者静电容量型超声波换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer，以下称为c-MUT)等，该静电容量型超声波换能器进行静电容量的变化与包含第2电极30的振动膜的振动(位移)的转换，上述静电容量在第1电极20与第2电极30之间的电极间距离的变化中产生。
例如，如图1所示，当由压电陶瓷等压电元件构成机电转换元件10时，机电转换元件10在第1电极20与上述第2电极30之间夹设压电元件而成。
当由压电元件构成机电转换元件10时，也可以在元器件2上，根据机电转换元件10的声响特性，在机电转换元件10的下侧配设衬垫件并在机电转换元件10的上侧配设声匹配层和声波透镜。
另外，例如，如图2所示，当由c-MUT构成机电转换元件10时，机电转换元件10在第1电极20与上述第2电极30之间夹设空隙部10b而成。在该情况下，包含位于空隙部10b的上方的第2电极30的膜状部位作为振动膜发挥作用。
当由c-MUT构成机电转换元件10时，也可以为了防止机电转换元件20振动，在机电转换元件10的下侧配设刚性比振动膜高的构件即基板。另外，构成1个元器件2的机电转换元件10也可以是具有多个振动膜的结构，即在第1电极20与上述第2电极30之间设置有多个空隙部10b的结构。
以下，以图1所示的由压电元件构成机电转换元件10的情况为例，说明实施方式。
构成阵列部3的多个元器件2是排列成在行方向上n个、在列方向上m个的矩阵状。在此，n和m是2以上的自然数，满足关系n≤m。另外，在本实施方式中，作为一个例子，如图2和图3所示，阵列部3是将元器件2排列成在行方向上5个、在列方向上5个而构成。另外，构成阵列部3的元器件2的数量是只要满足上述条件即可，并不受特别的限定。
另外，在本实施方式中，将阵列部3的行方向和列方向图示为正交的关系，但是阵列部3中的元器件2的排列方式并不限于此。例如，阵列部3的行方向和列方向也可以是斜交的关系。
如图1和图4所示，在元器件2的周围配设有与第1电极20进行电连接的第1电极端子21和与第2电极30进行电连接的第2电极端子31。在元器件2上，第1电极端子21和第2电极端子31至少配置在与在行方向和列方向上相邻的其他元器件2相对的面上。
另外，在超声波换能器1上配设有：信号配线，其用于向机电转换元件10的第1电极20传输来自驱动电路9的电信号；以及接地电位配线，其用于对第2电极30与接地电位GND进行电连接。
具体而言，信号配线配设为：在由被排列成n行m列的元器件2构成的阵列部3中，与配置于各列的元器件2中的1个第1电极20进行电连接，并且与配置于各行的元器件2中的至少1个第1电极20进行电连接。即，在超声波换能器1上最低配设m条信号配线。
如图3和图4所示，在本实施方式的超声波换能器1中，以与配置于各列的元器件2中的1个第1电极20进行电连接并且与配置于各行的元器件2中的至少1个第1电极20进行电连接的方式，配设有5条信号配线22a、22b、22c、22d和22e。
另外，在本实施方式中，信号配线22a、22b、22c、22d和22e分别与5个元器件2的第1电极20进行电连接，该5个元器件2配置在与图3的纸面正对地从左上到右下的对角线上，但是如后所述，连接信号配线的元器件2的配置方式并不限于此。
另一方面，在由排列成n行m列的元器件2构成的阵列部3中，接地电位配线32配设为：与配置于各列的元器件2中的至少1个第2电极30进行电连接，并且与配置于各行的元器件2中的至少1个第2电极30进行电连接。
阵列形成部6配设在上述阵列部3的下方。阵列形成部6具有未图示的致动器，构成为能够改变上述阵列部3中的元器件2的行方向或列方向上的排列间隔。
具体而言，阵列形成部6在阵列部3中能够在以下两个状态之间进行选择性切换：图5所示那样以仅缩短元器件2的行方向上的排列间隔的方式靠拢的状态和图7所示那样以仅缩短元器件2的列方向上的排列间隔的方式靠拢的状态。
当利用阵列形成部6仅在行方向上归拢阵列部3的元器件2时，如图6的剖面图所示，在行方向上相邻的元器件2彼此的第1电极端子21之间以及第2电极端子31之间相接触。即，在该状态下，如图5所示，在多个配置于同一列的元器件2的组(以下称为元器件组4a、4b、4c、4d和4e)内，第1电极端子21之间以及第2电极端子31之间被进行电连接。
在此，如上所述，信号配线22a、22b、22c、22d和22e与阵列部3的配置于各列的元器件2中的1个进行电连接，因此能够分别通过信号配线22a、22b、22c、22d和22e向元器件组4a、4b、4c、4d和4e输入电信号。
同样，接地电位配线32也与阵列部3的配置于各列的元器件2中的至少1个进行电连接，因此元器件组4a、4b、4c、4d和4e通过接地电位配线32与接地电位GND进行电连接。
例如，若着眼于元器件组4a进行说明，则如图6所示，元器件组4a内的机电转换元件10的第1电极20全部通过信号配线22a与驱动电路9进行电连接。另外，元器件组4a内的机电转换元件10的第2电极30全部通过接地电位配线32与接地电位GND进行电连接。即，在该状态下，元器件组4a成为单个驱动单位。
因此，利用阵列形成部6仅在行方向上归拢阵列部3的元器件2，从而形成一维阵列，该一维阵列在列方向上排列m个(在本实施方式中为5个)驱动单位、即元器件组4a、4b、4c、4d和4e。以下，将该状态称为列方向一维阵列状态。
另一方面，当利用阵列形成部6仅在列方向上归拢阵列部3的元器件2时，如图7所示，在列方向上相邻的元器件2彼此的第1电极端子21与第2电极端子31相接触。在该状态下，在多个配置于同一行的元器件2的组(以下称为元器件组5a、5b、5c、5d和5e)内，第1电极端子21之间以及第2电极端子31之间进行电连接。
在此，信号配线22a、22b、22c、22d和22e与阵列部3的配置于各行的元器件2中的至少1个进行电连接，因此能够分别通过信号配线22a、22b、22c、22d和22e向元器件组5a、5b、5c、5d和5e输入电信号。
同样，接地电位配线32也与阵列部3的配置于各行的元器件2中的至少1个进行电连接，因此元器件组5a、5b、5c、5d和5e通过接地电位配线32与接地电位GND进行电连接。
因此，与列方向一维阵列状态的情况相同，利用阵列形成部6仅在列方向上归拢阵列部3的元器件2，从而形成一维阵列，该一维阵列在行方向上排列n个(在本实施方式中为5个)驱动单位、即元器件组5a、5b、5c、5d和5e。以下，将该状态称为行方向一维阵列状态。
根据如上构成的本实施方式的超声波换能器1，利用阵列形成部6将阵列部3的状态切换为列方向一维阵列状态，依次向信号配线22a、22b、22c、22d和22e输入电信号而驱动元器件组4a、4b、4c、4d和4e，从而能够在列方向上进行超声波扫描。
另外，利用阵列形成部6将阵列部3的状态切换为行方向一维阵列状态，依次向信号配线22a、22b、22c、22d和22e输入电信号而驱动元器件组5a、5b、5c、5d和5e，从而能够在行方向上进行超声波扫描。
即，根据本实施方式，能够利用m条信号配线进行超声波换能器1的驱动，该超声波换能器1具有能够双向切换超声波扫描方向的n行m列(n≤m)阵列部3。
因此，根据本实施方式，与以往相比，能够通过大幅度减少的信号配线来实现能够双向切换扫描方向的超声波换能器1，从而能够使线缆束直径变细，而且能够使装置小型化。因此，一旦在内窥镜的顶端上安装本超声波换能器，就能够做到直径变细，从而能够提供有助于减轻患者的痛苦的超声波内窥镜。
另外，根据本实施方式，与以往相比，能够减少超声波换能器1的信号配线的数量，因此提高了装配时的可作业性。
另外，在本实施方式中，图示出当从超声波的发射方向观察元器件2时具有矩形形状的形态，但是元器件2的形状并不限于此。例如，也可以当从声波的发射方向观察元器件2时为圆形。在该情况下，相邻的元器件2之间的空间距离不均匀，因此能够减轻在相邻的元器件2之间产生的声响影响(串音)。
另外，在本实施方式中，图示出第1电极端子21和第2电极端子31从元器件2的侧面向侧方突出的形状，但是第1电极端子21和第2电极端子31只要是从元器件2的侧面露出并在缩短了相邻的元器件2之间的距离时相对的电极端子彼此被进行电连接的结构即可。
(第2实施方式)
以下，说明本发明的第2实施方式。第2实施方式表示将元器件2的第2电极与接地电位相连接的方式的另一例子。第2实施方式相对于上述的第1实施方式，只有元器件与接地电位配线的连接方式不同。因此，以下仅说明该不同点，另外，对与第1实施方式相同的构成件标注相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件或电致伸缩元件等构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，接地电位配线32d构成为覆盖构件，其覆盖在构成阵列部3的所有的元器件2d上，并且由与从元器件2d的上方露出的所有的第2电极端子31d抵接的导电性构件构成。
另外，接地电位配线32d的形状或材料并不受特别的限定，例如在接地电位配线32d由比较硬的材料构成的情况下，可考虑以下结构：在由于阵列形成部6的动作而元器件2d移动时第2电极端子31d相对于接地电位配线32d滑动。
另外，在接地电位配线32d由具有弹性的构件构成的情况下，可考虑以下结构：接地电位配线32d固定安装在各个第2电极端子31d上，在由于阵列形成部6的动作而元器件2d移动时根据元器件2d的移动而伸缩的结构。
只要是这种结构，就能够容易地配设用于将元器件2d与接地电位GND进行电连接的配线。另外，接地电位配线32d也作为电磁屏蔽件发挥作用。
另外，覆盖构件也可以是只有下侧的表面即与第2电极端子31d抵接的表面具有导电性，而作为接地电位配线32d发挥作用的形式。另外，覆盖构件也可以构成为具有声匹配层和声波透镜的至少一者的功能。
另外，阵列部3配设在包含覆盖构件的封闭的空间内，该空间内也可以是充满电绝缘性的流体的结构。在该情况下，电绝缘性的流体作为传递超声波的介质发挥作用。
(第3实施方式)
以下，说明本发明的第3实施方式。第3实施方式表示在构成阵列部3的多个元器件2上连接信号配线的方式的另一例子。第3实施方式相对于上述的第1实施方式只有阵列部3与信号配线的连接方式不同。因此，以下仅说明该不同点，另外，对与第1实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，在阵列部3上，以使得被分别相连的元器件2的分离距离变大的方式配设有信号配线22a、22b、22c、22d和22e。
如此增大连接信号配线22a、22b、22c、22d和22e的元器件2的分离距离，由此能够降低信号配线22a、22b、22c、22d和22e之间的串音的影响，从而能够提高由超声波换能器1得到的超声波图像的画质。另外，将信号配线22a、22b、22c、22d和22e与元器件2连接时的作业也变得容易。
(第4实施方式)
以下，说明本发明的第4实施方式。第4实施方式表示构成阵列部的多个元器件的排列方式的另一例子。第4实施方式相对于上述的第1实施方式只有阵列部的排列方式不同。因此，以下仅说明该不同点，另外，对与第1实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，阵列部3a由排列成在行方向上4个、在列方向上6个的矩阵状。即，n＝4、m＝6。
在此，如在第1实施方式中所说明的那样，在各列上连接有1个信号配线并且在各行上连接有至少1个信号配线，因此在本实施方式中，如图10所示，在6个信号配线22a、22b、22c、22d、22e和22f中，在1行上连接有2个信号配线22b和22e。
即使是这样的方式，也与第1实施方式相同，如果利用阵列形成部6使元器件2在行方向上靠拢，则阵列部3a成为由在列方向上排列的6个元器件组构成的列方向一维阵列状态，如果使元器件2在列方向上靠拢，则阵列部3a成为由在行方向上排列的4个元器件组构成的行方向一维阵列状态。而且，不管在列方向一维阵列状态和行方向一维阵列状态的哪一者中，在所有的元器件组上连接有至少1个信号配线。
(第5实施方式)
以下，说明本发明的第5实施方式。第5实施方式表示对相邻的元器件之间进行电连接的电极端子的方式的另一例子。第5实施方式相对于上述的第1实施方式只有第1电极端子与第2电极端子的形态不同。因此，以下仅说明该不同点，另外，对与第1实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，配设在相邻的元器件2的彼此相对的侧面上的一对第1电极端子21a、21b具有当相邻的元器件2相靠近时相互嵌合的形状。
另外，一对第1电极端子21a、21b的嵌合方式并不受特别的限定，例如如图11所示，可考虑将一个第1电极端子21a设为凸形状并将另一个第1电极端子21b设为凹形状的形态。
如此，将相对的第1电极端子21a、21b设为相互嵌合的形状，由此能够可靠地进行在列方向一维阵列状态和行方向一维阵列状态下的元器件组中的第1电极20之间的电连接。
同样，优选的是，配设在相邻的元器件2的彼此相对的侧面上的一对第2电极端子31a、31b也是当相邻的元器件2相靠近时相互嵌合的形状。
(第6实施方式)
以下，说明本发明的第6实施方式。第6实施方式表示对相邻的元器件之间进行电连接的方式的另一例子。第6实施方式相对于上述的第1实施方式只有对相邻的元器件之间进行电连接的方式不同。因此，以下仅说明该不同点，另外，对与第1实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，在相邻的元器件2之间配设隔离件40。隔离件40具有作为导电性构件的第1隔离件41，该第1隔离件41在通过阵列形成部6的动作使元器件2靠拢了的情况下被配设在相邻的元器件2的侧面上的一对第1电极端子21夹持。
另外，隔离件40具有作为导电性构件的第2隔离件42，该第2隔离件42在通过阵列形成部6的动作使元器件2靠拢了的情况下被配设在相邻的元器件2的侧面上的一对第2电极端子31夹持。
在隔离件40上，在第1隔离件41与第2隔离件42之间夹设有电绝缘性构件43。
通过在相邻的元器件2之间配设隔离件40，能够缩小利用阵列形成部6形成列方向一维阵列状态或行方向一维阵列状态时的元器件的移动量。
另外，例如，即使在扩大间隔至相邻的一对元器件2不会相互带来声波影响的程度的情况下，也不会增大对两者之间进行电连接时的移动距离。
因此，能够一边提高由超声波换能器1得到的超声波图像的画质，一边缩短阵列部3从列方向一维阵列状态向行方向一维阵列状态转换、即超声波换能器1的扫描方向的切换所需的时间。另外，能够使阵列形成部6小型化。
另外，在如第2实施方式所示那样所有的第2电极端子31始终通过接地电极配线与接地电位GND进行电连接的情况下，隔离件40仅由第1隔离件41构成。
(第7实施方式)
以下，说明本发明的第7实施方式。第7实施方式表示阵列部的例子。第7实施方式相对于上述的第1实施方式表示阵列形成部的详细结构。因此，以下仅说明与第1实施方式不同之处，另外，对与第1实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
阵列形成部6包括致动器50、一对推压构件51、一对推压构件52、以及弹性构件53。在本实施方式中，构成阵列部3的元器件2配设在具有弹性且能够伸缩的弹性构件53上。
一对推压构件51分别配设在阵列部3的行方向上两端。另外，在一对推压构件51上配设有接地电位配线32，并且配设有导通端子32a，该导通端子32a用于对接地电位配线32与元器件2的第2电极端子31进行电连接。
另外，一对推压构件52分别配设在阵列部3的列方向上两端。另外，在一对推压构件52上配设有接地电位配线32，并且配设有导通端子32a，该导通端子32a用于对接地电位配线32与元器件2的第2电极端子31进行电连接。
致动器50构成为：能够使一对推压构件51在行方向上移动，并且能够使一对推压构件52在列方向上移动。
另外，在本实施方式中，在阵列部3的各个元器件2的上方配设有声匹配层8。
在将阵列部3设为列方向一维阵列状态的情况下，如上构成的阵列形成部6利用致动器50使一对推压构件51向相互靠近的方向移动而压缩弹性构件53，从而使元器件2在行方向上靠拢。另外，此时，另一个推压构件52向列方向上外侧退避至与推压构件51不相干涉的位置。
另外，在将阵列部3设为行方向一维阵列状态的情况下，阵列形成部6利用致动器50使一对推压构件52向相互靠近的方向移动而压缩弹性构件53，从而使元器件2在列方向上靠拢。此时，另一个推压构件51向行方向上外侧退避至与推压构件51不相干涉的位置。
另外，向推压构件51和推压构件52的外侧的移动也可以通过弹性构件53的恢复力进行，而不通过致动器50产生的力进行。
另外，如图15所示的变形例所示，弹性构件53也可以夹设在相邻的元器件2之间。
另外，在本实施方式中，设为通过利用致动器50使弹性构件53在压缩方向上变形而使元器件2向靠拢方向移动的结构，但是进行元器件2的离合的结构并不限于此。例如，也可以是如下结构：在未作用有致动器50的力的情况下是由弹性构件53要收缩的方向的力使元器件2在行方向和列方向上靠拢了的状态，通过利用致动器50施加使元器件2在行方向和列方向中的任一个方向上分离的方向的力来产生使元器件2仅在另一方向上靠拢了的状态。
(第8实施方式)
以下，说明本发明的第8实施方式。第8实施方式表示阵列部的其他例子。第8实施方式相对于上述的第2实施方式只有元器件与阵列形成部的结构不同。因此，以下仅说明与第2实施方式不同之处，另外，对与第2实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
如图16所示，以第1电极20b露出在周围的状态配设有本实施方式的元器件2b，该第1电极20b的从元器件2的侧面露出的部位作为第1电极端子发挥作用。
另外，阵列形成部6b包括：开关构件60，如图17所示，该开关构件60设置在由4个元器件2b包围的区域中；以及致动器69，其使开关构件60绕与超声波发射方向大致平行的转动轴64转动。
开关构件60包括圆盘状的接点部61，该接点部61与周围4个元器件2b的各个第1电极20b的角部相抵接。接点部61由转动轴64以与周围的4个第1电极20b的角部抵接的状态能够转动地支承。
接点部61由绝缘部63(图中由网格线表示的区域)和导通部62构成，该绝缘部63由电绝缘性的材料构成，并以当从上方观察时沿预定的直线分割圆的中央部的方式延伸，该导通部62由导电性的材料构成，并配设在绝缘部63的两侧。
在接点部61以绝缘部63的延伸方向沿行方向的方式被定位了的状态下，导通部62对周围4个第1电极20b中的在行方向上相邻的第1电极20b之间进行电连接(图17所示的状态)。
另一方面，在接点部61以绝缘部63的延伸方向沿列方向的方式被定位了的状态下，导通部62对周围4个第1电极20b中的在列方向上相邻的第1电极20b之间进行电连接(图18所示的状态)。
在具有以上结构的本实施方式中，利用致动器69使开关构件的接点部61转动，以绝缘部63的延伸方向沿行方向的方式进行定位，从而在阵列部3上对配置于同一列的元器件组内的第1电极20b之间进行电连接。即，阵列部3成为列方向一维阵列状态。
另外，利用致动器69使开关构件的接点部61转动，以绝缘部63的延伸方向沿列方向的方式进行定位，从而在阵列部3上对配置于同一行的元器件组内的第1电极20b之间进行电连接。即，阵列部3成为行方向一维阵列状态。
另外，也可以如图19所示的变形例所示那样构成为：以绝缘部63的延伸方向大致正交的方式重叠配置开关构件60a的圆盘状的接点部61，使得由利用致动器6使其重合的一对接点部61在轴向(超声波的发射方向)上能够移动。在该情况下，仅对重合的一对接点部61中的任一者被定位成与周围4个第1电极20b的角部相抵接。
在该实施方式的情况下，通过使开关构件60a上下移动，能够使元器件组内的第1电极时而在行方向上进行电连接，时而在列方向上进行电连接。
(第9实施方式)
以下，说明本发明的第9实施方式。第9实施方式表示超声波换能器的其他例子。第9实施方式相对于上述的第7实施方式只有阵列部与阵列形成部的周围的结构不同。因此，以下仅说明与第7实施方式不同之处，另外，对与第7实施方式相同的构成件标记相同的符号，并适当省略其说明。另外，在本实施方式中，与上述的第1实施方式相同，机电转换元件10可以由压电陶瓷等压电元件构成，也可以由c-MUT构成。
在本实施方式中，如图20所示，阵列部3和阵列形成部6配设在由覆盖壳体70形成的封闭的空间内，该覆盖壳体70由具有水密性的材料构成。在覆盖壳体70的位于阵列部3的上方的区域中配设有电磁体71。电磁体71与未图示的电源装置相连接，控制电力供给的有无。而且，在由覆盖壳体70形成的封闭的空间内，封入有磁性流体72。磁性流体72使用具有电绝缘性的形式的物质。
在如上构成的本实施方式中，首先，在切断向电磁体71供给电力的状态下，利用阵列形成部6将阵列部3设为列方向一维阵列状态或行方向一维阵列状态。然后，在开始向电磁体71供给电力后，利用阵列部3进行超声波扫描。
此时，通过电磁体71产生的磁力，使磁性流体72在封闭的空间内向电磁体71侧、即阵列部3的超声波发射侧汇集。由此，在阵列部3与覆盖壳体70之间，能够根据位置改变施加的磁场的强度，利用声阻抗较高的磁性流体72进行填充，因此实现了良好的声匹配。通过在元器件组的中央部汇集声速快慢不一的磁性流体，也能够带来透镜效果。
另外，通过使磁性流体72向阵列部3的超声波发射侧汇集，挤走存在于发送接收超声波的区域中的气泡，能够得到良好的超声波图像。
(第10实施方式)
接着，作为第10实施方式，说明能够应用本发明的超声波换能器的电子设备的例子。如图21所示，本实施方式的超声波内窥镜100主要包括：细长的插入部102，其导入被检体的体内；操作部103，其位于该插入部102的基端；以及通用线缆104，其从该操作部103的侧部延伸出来。
在上述通用线缆104的基端部设有内窥镜连接器104a，该内窥镜连接器104a与未图示的光源装置相连接。从该内窥镜连接器104a延伸出电缆105和超声波线缆106，该电缆105通过电连接器105a自由拆卸地与未图示的相机控制单元相连接，该超声波线缆106通过超声波连接器106a自由拆卸地与未图示的超声波观测装置相连接。
所述插入部102是通过成列连接顶端部120、自由弯曲的弯曲部108和具有挠性的挠性管部109而成，该顶端部120配设在顶端侧，该弯曲部108配设在顶端部120的基端侧，该挠性管部109配设在弯曲部108的基端侧并与上述操作部103的顶端侧相连接。另外，在上述顶端部120的顶端侧设有超声波换能器1。
在上述操作部103上设有角度旋钮111、送气送水按钮112、抽吸按钮113和处置器具插入口114等，该角度旋钮111向期望的方向弯曲控制上述弯曲部108，该送气送水按钮112用于进行送气和送水操作，该抽吸按钮113用于进行抽吸操作，该处置器具插入口114成为导入管腔内或体腔内的处置器具的入口。
设置在顶端部120的顶端上的超声波换能器1能够双向切换超声波的电子扫描的方向，因此本实施方式的超声波内窥镜100能够获取扫描范围SA1和扫描范围SA2中的超声波图像。
另外，在顶端部120上设有照明透镜、观察光学部、抽吸兼钳子口以及送气送水口等，该照明透镜构成向观察部位照射照明光的照明光学部，该观察光学部捕捉观察部位的光学图像，该抽吸兼钳子口是抽吸切除部位或供处置器具突出的开口，该送气送水口用于进行送气和送水。
另外，本发明的超声波换能器1并不限于上述的超声波内窥镜，能够应用于以往公知的作为电子设备的超声波诊断装置。例如，也可以应用于用于从被检体的体外观察被检体内的体外式超声波诊断装置。
图22是将本发明的超声波换能器应用于作为非破坏检查装置的一个例子的超声波探伤装置的图。图22是表示超声波探伤装置的简要结构的说明图。
超声波探伤装置200包括发送接收超声波的探测器202、用于控制该探测器202的箱型的装置主体部203。
在装置主体部203的前表面中央设有显示装置206，该显示装置206表示用于探伤的图像，在该显示装置206的附近设有承担各种任务的开关207。
另外，探测器202通过复合同轴线缆208与装置主体部203相连接。在探测器202的内部，在使探测器202与被检体相抵接的抵接面部202a上配设有1个或多个超声波换能器1。
在探测器202的抵接面部202a与被检体相抵接的状态下，超声波探伤装置200发出超声波，能够根据该超声波的反射的变化而在不破坏被检体的情况下检测出被检体内的伤口。
另外，本发明的超声波换能器1并不限于上述的超声波探伤装置，能够应用于以往公知的作为电子设备的非破坏检查装置。例如，也可以应用于通过发送接收超声波来测量被检体的厚度的厚度测量装置。
另外，本发明并不限于上述实施方式，可在不脱离能够从权利要求书和说明书全文读取的发明主旨或思想的范围内进行适当的变形，伴随这种变形的超声波换能器和电子设备也包含在本发明的技术范围内。
本申请是在主张以2008年11月28日在日本提出申请的特愿2008-304744号为优先权的基础上提交的，该公开内容引用到本申请的说明书、权利要求书以及附图中。
Claims (19)
1.一种超声波换能器，其特征在于，包括：
元器件，其包括机电转换元件、第1电极端子以及第2电极端子，所述机电转换元件包括相对配置的第1电极和第2电极，并将输入到上述第1电极与上述第2电极之间的电信号转换为振动，上述第1电极端子与上述第1电极进行电连接，上述第2电极端子与上述第2电极进行电连接；
阵列部，其将上述元器件配置成在行方向上n个、在列方向上m个的矩阵状而成，其中m大于等于n；
阵列形成部，其在上述阵列部中对列方向一维阵列状态和行方向一维阵列状态之间进行切换，上述列方向一维阵列状态由对配置于同一列的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的m个元器件组构成，上述行方向一维阵列状态由对配置于同一行的上述元器件组内的上述第1电极端子进行了电连接的n个元器件组构成；
信号配线，该信号配线配置为，在上述列方向一维阵列状态下，与构成各个上述m个元器件组的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接，并且在上述行方向一维阵列状态下，与构成各个上述n个元器件组的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接；以及
接地电位配线，该接地电位配线配置为，在上述列方向一维阵列状态和上述行方向一维阵列状态下，与所有的上述第2电极进行电连接。
2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，
上述阵列形成部在上述阵列部中通过使上述元器件在行方向或列方向上靠拢来形成上述列方向一维阵列状态或上述行方向一维阵列状态。
3.根据权利要求1或2所述的超声波换能器，其特征在于，
上述信号配线在上述阵列部中与配置于各列的上述元器件中的1个上述第1电极进行电连接，并且与配置于各行的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接，
上述接地电位配线在上述阵列部中与配置于各列的上述元器件中的至少1个上述第2电极进行电连接，并且与配置于各行的上述元器件中的至少1个上述第2电极进行电连接。
4.根据权利要求1或2所述的超声波换能器，其特征在于，
上述信号配线在上述阵列部中与配置于各列的上述元器件中的1个上述第1电极进行电连接，并且与配置于各行的上述元器件中的至少1个上述第1电极进行电连接，
上述接地电位配线与构成上述阵列部的所有的上述元器件的上述第2电极端子进行电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
上述第1电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述第1电极端子具有在上述列方向一维阵列状态或上述行方向一维阵列状态下在行方向或列方向上相对的该第1电极端子彼此嵌合的形状，
上述第2电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述第2电极端子具有在上述列方向一维阵列状态或上述行方向一维阵列状态下在行方向或列方向上相对的该第2电极端子彼此嵌合的形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
上述第1电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述第1电极端子具有在上述列方向一维阵列状态或上述行方向一维阵列状态下在行方向或列方向上相对的该第1电极端子彼此嵌合的形状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
上述第1电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述第2电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述超声波换能器还包括：
第1隔离件，其是配设在上述元器件之间的导电性构件，并在上述列方向一维阵列状态下被夹持于在行方向上相对的上述第1电极端子之间，在上述行方向一维阵列状态下被夹持于在列方向上相对的上述第1电极端子之间；以及
第2隔离件，其是配设在上述元器件之间的导电性构件，并在上述列方向一维阵列状态下被夹持于在行方向上相对的上述第2电极端子之间，在上述行方向一维阵列状态下被夹持于在列方向上相对的上述第2电极端子之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
上述第1电极端子配设在排列成矩阵状的上述元器件的在行方向和列方向上彼此相对的面上，
上述超声波换能器还包括第1隔离件，该第1隔离件是配设在上述元器件之间的导电性构件，并在上述列方向一维阵列状态下被夹持于在行方向上相对的上述第1电极端子之间，在上述行方向一维阵列状态下被夹持于在列方向上相对的上述第1电极端子之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
在上述元器件之间配设有弹性构件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
在上述阵列部的超声波发射侧配设有覆盖部，该覆盖部覆盖上述阵列部。
11.根据权利要求10所述的超声波换能器，其特征在于，
上述覆盖部具有声匹配层和声波透镜中至少一者的功能。
12.根据权利要求11所述的超声波换能器，其特征在于，
上述阵列部配设在包含上述覆盖部的封闭的空间内，
上述封闭的空间内充满有电绝缘性的流体。
13.根据权利要求12所述的超声波换能器，其特征在于，
上述电绝缘性的流体包含磁性流体，
上述超声波换能器还包括电磁体，该电磁体用于使上述磁性流体在上述封闭的空间内向超声波发射侧移动。
14.根据权利要求4、6和8中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
在上述阵列部的超声波发射侧配设有覆盖部，该覆盖部具有导电性并覆盖上述阵列部，上述覆盖部的至少一部分兼作上述接地电位配线。
15.根据权利要求14所述的超声波换能器，其特征在于，
上述覆盖部具有声匹配层和声波透镜中至少一者的功能。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的超声波换能器，其特征在于，
上述阵列部配设在由覆盖壳体形成的封闭的空间内，
上述封闭的空间内充满有电绝缘性的流体。
17.根据权利要求16所述的超声波换能器，其特征在于，
上述电绝缘性的流体包含磁性流体，
上述超声波换能器还包括电磁体，该电磁体用于使上述磁性流体在上述封闭的空间内向超声波发射侧移动。
18.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的超声波换能器。
19.一种超声波内窥镜，其特征在于，包括权利要求18所述的电子设备。
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