CN106473772A - 超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪 - Google Patents

超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪，超声波器件具备超声波元件组(5)，所述超声波元件组包含发送超声波的发送元件(51)和接收超声波的接收元件(52)，并沿X方向配置多个超声波元件组，在沿Y方向的投影观察中，在该超声波元件组(5)中配置超声波元件组中包含的接收元件(52)的接收区域的重心位置与配置超声波元件组(5)中包含的发送元件(51)的发送区域重叠。

Description

超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪
技术领域
本发明涉及超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪。
背景技术
以往，已知通过使用超声波探头来进行发送接收超声波而形成超声波图像的超声波诊断装置(超声波测定装置)(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1记载的装置中，超声波探头具有发送用阵列和接收用阵列。其中，发送用阵列由与基波相对应的多个基波振子按照与该基波相对应的排列条件沿一方向(扫描方向)排列的一维阵列构成。另外，接收用阵列由与对于基波的高次谐波的超声波相对应的多个谐波振子按照与高次谐波的次数相对应的预定的排列条件沿上述一方向排列的一维阵列构成。上述的发送用阵列和接收用阵列接近平行地配置。
然而，在专利文献1所记载的超声波探头中，相对于由发送用阵列构成的发送开口，由接收用阵列构成的接收开口在与扫描方向正交的切片方向上分开。即，切片方向上的发送开口以及接收开口的中心位置不同，特别是在专利文献1的构成中，接收开口的中心位置位于发送开口的外侧。
因此，需要以下述方式使得发送波汇聚，即，从发送开口发送的超声波(发送波)的汇聚区域(所谓的热点)在超声波阵列的法线方向上，相比与发送开口的中心位置重叠的位置，更靠在切片方向上发送开口一侧。因此，与发送开口及接收开口的中心位置在切片方向上一致的情况相比，热点上的声强变小、分辨率下降，因此，超声波测定的精度下降。
此外，还存在如下的技术问题：如上所述，如果在向相对于超声波的切片方向以预定角度倾斜的方向发送超声波，则基于由接收用阵列接收的超声波的接收结果而生成对象物的内部断层图像的情况下，考虑该角度变化，需要实施接收信号的信号处理、图像处理，处理变得复杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-160856号公报
发明内容
本发明的目的之一在于提供能够通过简易的处理实施高精度的超声波测定的超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪。
本发明的一应用例涉及的超声波器件，其特征在于，具备元件组，所述元件组包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件，并沿第一方向配置多个所述元件组，在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
在本应用例中，元件组具有发送元件和接收元件，并以能够发送接收超声波而构成，沿第一方向配置多个元件组。在沿第一方向的投影观察中，在上述的元件组中接收区域的重心位置与发送区域重叠。
在此，在从第一方向观察时，在发送区域及接收区域在与第一方向交叉的第二方向上错开配置的情况下，由于需要在第二方向上以向接收区域侧倾斜的方式发送超声波，因此，无法使发送波充分地汇聚，从而分辨率有可能下降。
另外，在第二方向上以向接收区域侧倾斜的方式发送超声波，并由接收区域接收由测定对象反射的反射超声波的情况下，由接收区域接收的反射超声波向接收区域的侵入角度(入射角度)由于超声波的反射位置而发生变化。因此，在实施基于接收信号的信号处理时，例如，需要考虑与入射角度相对应的反射波的延迟时间的变化等的该入射角度的变化而带来的影响，所述信号处理、基于信号处理的图像处理有可能变得复杂。
对此，在本应用例中，在从第一方向观察时，由于接收区域的重心位置和发送区域重叠，因此，能够提高热点的声强，能够抑制上述分辨率的下降。另外，如果从发送区域向大致法线方向发送超声波的话，能够通过接收区域接收由对象物反射的超声波。因此，无需考虑上述入射角度的变化的影响而能够实施各种信号处理，抑制处理的复杂化，并能够通过简易的处理形成超声波图像。
如上所述，根据本应用例，能够提供能够通过简易的处理实施高精度的超声波测定的超声波器件。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，在沿所述第一方向的投影观察中，所述接收区域位于所述发送区域的内侧。
在本应用例中，在沿第一方向的投影观察中，接收区域位于发送区域的内侧。由此，如上所述，能够抑制由于发送区域及接收区域在第二方向上错开而导致的分辨率的下降和信号处理或图像处理的复杂化。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，在沿所述第一方向的投影观察中，所述接收区域的重心位置与所述发送区域的重心位置重叠。
在本应用例中，至少在沿第一方向的投影观察中，接收区域的重心位置和发送区域的重心位置一致。由此，如上所述，能够更加抑制由于发送区域及接收区域的重心位置在第二方向上错开而导致的分辨率的下降和信号处理或图像处理的复杂化。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述接收区域的重心位置与所述发送区域的重心位置一致。
在本应用例中，进一步，发送区域和接收区域的重心位置一致。因此，能够在第一方向及第二方向的双方向上更可靠地抑制分辨率的下降。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述元件组中包含的所述发送元件配置在相对于通过所述发送区域的重心位置且与所述第一方向平行的假想线呈线对称的位置，所述元件组中包含的所述接收元件配置在相对于所述假想线呈线对称的位置。
在本应用例中，发送元件及接收元件分别配置在相对于通过发送区域(接收区域)的重心位置且与第一方向平行的假想线呈线对称的位置。由此，由于能够提高发送区域及接收区域在第二方向上的对称性，因此，能够提高第二方向上的分辨率，能够提高接收精度。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述元件组中包含的所述发送元件配置在相对于所述发送区域的重心位置呈点对称的位置，所述元件组中包含的所述接收元件配置在相对于所述发送区域的重心位置呈点对称的位置。
在本应用例中，发送元件配置在相对于发送区域的重心位置呈点对称的位置，接收元件配置在相对于接收区域的重心位置呈点对称的位置。由此，能够提高发送区域及接收区域的平面对称性。因此，能够使从发送元件发送的超声波汇聚，提高由接收元件接收由对象反射的反射波时的分辨率，能够提高接收精度。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述元件组具有包含所述发送元件和所述接收元件的超声波元件沿所述第一方向及与所述第一方向交叉的第二方向以二维阵列状配置的阵列结构。
在本应用例中，由于沿第一方向及第二方向配置超声波元件，因此，能够进一步提高超声波元件的配置中的平面对称性。因此，能够从发送元件以三维的方式发送更加均匀的超声波，能够提高超声波测定的精度。
在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述元件组具有多个所述接收元件，多个所述接收元件包括：接收将从所述发送元件发送的超声波作为基波的高次谐波的第一接收元件、和接收与所述第一接收元件不同次数的高次谐波的第二接收元件，所述第一接收元件配置在相对于所述接收区域的重心位置呈点对称的位置，所述第二接收元件配置在相对于所述接收区域的重心位置呈点对称的位置。
在本应用例中，作为接收元件具有接收彼此不同的次数的高次谐波的第一接收元件及第二接收元件。并且，第一接收元件及第二接收元件分别配置在相对于接收区域的重心位置呈点对称的位置。由此，能够分别高精度地接收不同次数的高次谐波。
本发明的一应用例涉及的超声波模块，其特征在于，具备：超声波器件，具备包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件的元件组，并沿第一方向配置多个所述元件组；以及电路基板，所述超声波器件设于所述电路基板，在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
在本应用例中，与上述应用例同样地，元件组具有发送元件和接收元件，以能够发送接收超声波的方式而构成，沿第一方向配置多个元件组。在沿第一方向的投影观察中，在上述元件组中接收区域的重心位置与发送区域重叠。
由此，能够提高热点的声强，能够抑制上述分辨率的下降。另外，如果从发送区域向大致法线方向发送超声波的话，能够通过接收区域接收由对象物反射的超声波。因此，无需考虑与超声波的反射位置相对应的、反射超声波向接收区域的入射角度的变化的影响而能够实施各种信号处理，抑制处理的复杂化，能够通过简易的处理形成超声波图像。
如上所述，根据本应用例，能够提供能够以简易的处理实施高精度的超声波测定的超声波模块。
本发明的一应用例涉及的超声波测量仪，其特征在于，具备：超声波器件，具备包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件的元件组，并沿第一方向配置多个所述元件组；以及控制部，控制所述超声波器件，在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
在本应用例中，与上述应用例同样地，元件组具有发送元件和接收元件，以能够发送接收超声波的方式而构成，沿第一方向配置多个元件组。在沿第一方向的投影观察中，在上述元件组中接收区域的重心位置与发送区域重叠。
由此，能够提高热点的声强，能够抑制上述分辨率的下降。另外，如果从发送区域向大致法线方向发送超声波的话，能够通过接收区域接收由对象物反射的超声波。因此，无需考虑与超声波的反射位置相对应的、反射超声波向接收区域的入射角度的变化的影响而能够实施各种信号处理，抑制处理的复杂化，能够通过简易的处理形成超声波图像。
如上所述，根据本应用例，能够提供能够以简易的处理实施高精度的超声波测定的超声波测量仪。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的超声波测量仪的概略构成的立体图。
图2是示出本实施方式的超声波测量仪的概略构成的模块图。
图3是示出本实施方式的超声波探头的概略构成的截面图。
图4是示出本实施方式的超声波器件的概略构成的俯视图。
图5的(A)至(C)是示出本实施方式的超声波器件的概略构成的截面图。
图6是示出本实施方式的超声波元件组的概略构成的俯视图。
图7是示出本实施方式的超声波元件组的动作例的图。
图8是示出比较例中的超声波器件的动作例的图。
图9是示出第一实施方式的变形例的超声波元件组的概略构成的俯视图。
图10是示出第二实施方式的超声波元件组的概略构成的俯视图。
图11是示出第三实施方式的超声波元件组的概略构成的俯视图。
图12是示出第四实施方式的超声波元件组的概略构成的俯视图。
图13是示出本发明的一变形例涉及的超声波元件组的概略构成的俯视图。
具体实施方式
第一实施方式
以下，基于附图说明本发明涉及的作为第一实施方式的电子设备的超声波测量仪。
超声波测量仪的构成
图1是示出本实施方式的超声波测量仪1的概略构成的立体图。图2是示出超声波测量仪1的概略构成的模块图。
如图1所示，本实施方式的超声波测量仪1，具备：超声波探头2、经由电缆3而电气连接于超声波探头2的控制装置10。
该超声波测量仪1使超声波探头2抵接于生物体(例如人体)的表面，从超声波探头2向生物体内发出超声波。另外，在由生物体内的器官反射的超声波中的、相对于上述基波的高次谐波通过超声波探头2接收，并基于该接收信号例如取得生物体内的内部断层图像或者测定生物体内的器官的状态(例如血流量等)。
超声波探头的构成
图3是示出通过图1的III-III线切断的超声波探头2的概略构成的截面图。
超声波探头2具备壳体21、超声波传感器22。
壳体的构成
如图1所示，壳体21形成为俯视观察下矩形状的箱状，支承超声波传感器22。在与壳体21的厚度方向正交的一面(传感器面21A)设置传感器窗21B，超声波传感器22的一部分(后述的声透镜8)露出。另外，在壳体21的一部分(在图1示出的例子中的侧面)设置电缆3的通过孔21C，电缆3插入壳体21的内部。该电缆3在壳体21的内部与超声波传感器22(后述的电路基板6)相连接，这一点未图示。另外，电缆3与孔21C之间的间隙通过例如填充树脂材料等，从而确保了防水性。
此外，在本实施方式中，示出了使用电缆3而连接超声波探头2与控制装置10的构成例，但并不限于此，例如，也可以通过无线通信的方式连接超声波探头2与控制装置10，在超声波探头2内可以设置控制装置10的各种构成。
超声波传感器的构成
超声波传感器22相当于本发明的超声波模块，如图3所示，具备：超声波器件4、电路基板6、柔性基板7和声透镜8。如后所述，在电路基板6上设置用于控制超声波器件4的驱动器电路等，超声波器件4经由柔性基板7而与电路基板6电气连接。在该超声波器件4的超声波发送接收侧的面配置声透镜8。该超声波传感器22以声透镜8露出的方式收纳于壳体21，从露出部分向对象发出超声波，并接收来自对象的反射波。
声透镜的构成
声透镜8使从超声波器件4发送的超声波高效地向作为测定对象的生物体传播，另外，使由生物体内反射的超声波高效地传播至超声波器件4。该声透镜8沿超声波器件4发送接收超声波的面而配置。此外，虽然未图示，但在超声波器件4与声透镜8之间设置有声匹配层。上述的声透镜8及声匹配层设定为元件基板41的超声波元件50(发送元件51及接收元件52)的声阻抗与生物体的声阻抗的中间的声阻抗。
超声波器件的构成
图4是示出从声透镜8侧观察超声波器件4的概略构成的俯视图。
在以下的说明中，如后所述，将具有一维阵列结构的超声波器件4的扫描方向(第一方向)设为X方向，将与扫描方向正交的切片方向(第二方向)设为Y方向。
超声波器件4构成如下：具有多个超声波元件50(参照图5)的多个超声波元件组5以沿Y方向排列的方式设置于元件基板41。沿切片方向配置的多个超声波元件组5分别为使用超声波元件50发送接收超声波的一个发送接收信道。作为该发送接收信道的超声波元件组5沿Y方向配置多个，从而构成作为一维阵列的超声波阵列500。
此外，在元件基板41上设置有用于驱动多个超声波元件50的布线(未图示)、和与该布线连接的且通过柔性基板7而连接于电路基板6的信号端子Sc。此外，在附图示例中，信号端子Sc在元件基板41的Y方向的两侧的端部沿X方向而设置。
(元件基板的构成)
图5的(A)至(C)中示出元件基板41及超声波元件50的构成的一例。图5的(A)是超声波元件50的俯视图，图5的(B)是示出沿图5的(A)的A-A线的截面的截面图，图5的(C)是示出沿图5的(A)的B-B线的截面的截面图。
如图5所示，元件基板41具备：基板主体部411、层叠于基板主体部411的振动膜412。
基板主体部411是例如Si等的半导体基板。在该基板主体部411的阵列区域内设置有与各个超声波元件相对应的开口部411A。另外，各开口部411A通过设置于基板主体部411的背面41A侧的振动膜412而闭塞。
振动膜412例如由SiO2、SiO2及ZrO2的层叠体等构成，并设为覆盖基板主体部411的整个背面41A侧。该振动膜412的厚度尺寸是足够小于基板主体部411的厚度尺寸。在由Si构成基板主体部411、并由SiO2构成振动膜412的情况下，通过例如对基板主体部411的背面41A侧进行氧化处理，从而能够容易地形成所期望的厚度尺寸的振动膜412。另外，在这种情况下，通过将SiO2的振动膜412作为蚀刻阻挡层而对基板主体部411进行蚀刻处理，从而能够容易地形成所述开口部411A。
(超声波发送部的构成)
如图5所示，超声波元件50构成为包含振动膜412和压电元件413。
压电元件413为下部电极414、压电膜415及上部电极416的层叠体，如图5所示，设置于闭塞各开口部411A的振动膜412上。
下部电极414经由未图示的信号线而连接于信号端子，被施加驱动电压。此外，一个发送接收信道中所包含的超声波元件50中的后述的发送元件51的下部电极414经由信号线而彼此电气连接。同样地，一个发送接收信道中所包含的超声波元件50中的后述的接收元件52的下部电极414经由信号线而彼此电气连接。
压电膜415通过PZT(锆钛酸铅)等的薄膜形成，以至少覆盖下部电极414的方式而构成。
上部电极416经由未图示的信号线而与共用端子连接并被施加共用电压。此外，多个上部电极416经由信号线而电气连接。
此处，如后所述，超声波元件50包括：发送超声波(基波)的发送元件51、和能够接收对于基波的高次谐波的接收元件52。
发送元件51以能够通过所期望的效率发送预定的频率的基波的方式构成。即，通过发送元件51通过在下部电极414及上部电极416之间施加预定频率的矩形波电压，能够使开口部411A的开口区域内的振动膜412振动而发送超声波。该发送元件51中，根据基波的频率，设定振动膜412的形状(开口部411A的开口形状)，能够以所期望的频率发送基波。
接收元件52尽管以能够通过所期望的效率接收对于基波的预定次数的高次谐波的方式构成，但基本上与发送元件51同样地构成，与对于基波的高次谐波的频率相对应而设定振动膜412的形状，能够以希望的频率接收高次谐波。
(超声波元件组的构成)
图6是示出从声透镜8侧观察元件基板41时的超声波元件组5的概略构成的俯视图。
超声波元件组5构成为通过包括发送元件51及接收元件52的多个超声波元件50沿X方向及Y方向呈二维阵列状配置。在该超声波元件组5中，通过接收元件52接收从发送元件51发出的相对于基波的高次谐波。此外，在以下的说明中，将包围构成超声波元件组5的多个超声波元件50的配置位置的区域作为发送接收区域Ar0。该发送接收区域Ar0例如在从元件基板41的厚度方向观察的俯视观察下为以与构成超声波元件组5的多个超声波元件50外接的方式包围的矩形状的区域中的最大的区域。换言之，其为包围构成超声波元件组5的全部超声波元件50的矩形状区域中的最小的区域。另外，将发送接收区域Ar0的中心作为中心位置P0，将通过中心位置P0并与X方向平行的假想线作为中心线L0。
发送元件51除了中心线L0上，沿X方向及Y方向配置有多个。由多个发送元件51中的、配置于中心线L0的+Y侧的发送元件51构成第一发送开口511，由配置于中心线L0的-Y侧的发送元件51构成第二发送开口512。
通过上述第一发送开口511及第一发送开口512而构成合成发送开口513。设置有该合成发送开口513的第一区域Ar1为包围第一发送开口511及第二发送开口512的矩形状的区域(发送区域)。在本实施方式中，该第一区域Ar1与发送接收区域Ar0一致。该发送区域与上述发送接收区域同样地，在俯视观察下为以与构成超声波元件组5的多个发送元件51外接的方式包围的矩形状的区域中的最大的区域。换言之，其为包围全部发送元件51的矩形状区域中的最小的区域。
另外，以上述的第一发送开口511及第一发送开口512相对于中心线L0呈线对称的关系、且相对于中心位置P0呈点对称的方式配置发送元件51。即，配置有发送元件51的区域(发送区域)的重心位置与中心位置P0一致。发送元件51配置于相对于中心线L0呈线对称并且相对于作为重心位置的中心位置P0呈点对称的位置。
沿中心线L0在X方向上配置多个接收元件52，从而构成接收开口521。作为该接收开口521而设定的第二区域Ar2为包围接收开口521的矩形状的区域(接收区域)，在从元件基板41的法线方向观察的俯视观察下，包含于发送接收区域Ar0。该接收区域与上述发送接收区域同样地，在俯视观察下为以与构成超声波元件组5的多个接收元件52外接的方式包围的矩形状的区域中的最大的区域。换言之，其为包围全部接收元件52的矩形状区域中的最小的区域。
在接收开口521中，以相对于中心线L0呈线对称并且相对于中心位置P0呈点对称的方式配置接收元件52。即，配置有接收元件52的区域(接收区域)的重心位置与中心位置P0一致。接收元件52配置于相对于中心线L0呈线对称且相对于作为重心位置的中心位置P0呈点对称的位置。另外，接收开口521(接收区域)在X方向上观察位于合成发送开口513(发送区域)的内侧。
(通过超声波元件组进行的超声波的发送接收)
图7是示意性地示出驱动超声波元件组5发送接收超声波的状态的图。图8是示意性地示出以发送开口以及接收开口沿切片方向排列的方式构成的比较例的图。此外，在图7中省略了声透镜8，但在本实施方式中，超声波通过声透镜8在切片方向上被汇聚。
如图7所示，当同时驱动超声波元件组5的发送元件51而发送超声波时，超声波被声透镜8汇聚。在本实施方式的超声波元件组5中，发送元件51的合成发送开口513的中心位置与接收元件52的接收开口521的中心位置一致。因此，接收元件52能够接收来自位于通过该中心位置的超声波阵列的法线N上和该附近的对象X的反射波。由此，即使在对象的深度方向的位置不同的情况下，也能够抑制向接收元件52的反射波的反射角度发送变化。
另一方面，如图8所示，在以发送开口531与接收开口532沿切片方向排列的方式构成的超声波元件组530中，当反射波的发生位置Pn在沿相对于超声波元件组530的超声波发送接收面的法线N的方向、即深度方向上发生变化时，反射波向接收开口532的入射角度θn也发生变化(在图8中，对于n＝1、2、3的三个发生位置Pn进行了例示)。因此，除了反射波的接收定时之外，还需要考虑反射波的入射角度而算出对象的位置，处理有可能变得复杂。
对此，在图7所示的本实施方式的超声波元件组5中，由于根据对象的深度方向的位置，能够抑制向接收元件52的反射波的入射角度发生变化，因此，能够抑制由于考虑入射角度的变化而算出对象的位置而带来的处理的复杂化。
电路基板的构成
图2示出的电路基板6具备驱动信号端子(未图示)和共用端子(未图示)，通过柔性基板7而连接超声波器件4。另外，电路基板6经由电缆3而与控制装置10相连接。
该电路基板6中设置有用于驱动超声波器件4的驱动器电路。具体而言，如图2所示，电路基板6具备：选择电路61、发送电路62以及接收电路63。
选择电路61基于控制装置10的控制而选择与发送电路62相连接的发送元件51。
发送电路62通过控制装置10的控制而输出经由选择电路61向超声波器件4发出超声波的发送信号。此外，由选择电路61选择的超声波元件组5所包含的发送元件51根据发送信号的输出而被驱动，从而发送超声波。
接收电路63向控制装置10输出从超声波传感器22输入的接收信号。接收电路63构成为例如包括低噪声放大电路、电压控制衰减器、可编程增益放大器、低通滤波器、模数转换器、相位(整相)求和运算电路等，在实施接收信号的向数字信号的转换、噪声分量的除去、向所期望信号电平的放大、各信道的各自的相位求和运算等的各信号处理之后，将处理后的接收信号向控制装置10输出。
控制装置的构成
如图2所示，控制装置10构成为例如具备操作部11、显示部12、存储部13、控制部14。该控制装置10例如可以使用平板终端或手机、个人电脑等的终端装置，也可以为用于操作超声波探头2的专用终端装置。
操作部11是用户用于操作超声波测量仪1的UI(user interface：用户界面)，例如可以通过设置于显示部12上的触摸面板、操作按钮、键盘、鼠标等构成。
显示部12例如通过液晶显示器等构成，使图像显示。
存储部13存储用于控制超声波测量仪1的各种程序或各种数据。
控制部14例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等的运算电路、实施后述的各处理的处理电路、存储器等的存储电路构成。并且，通过控制部14读取并执行存储于存储部13的各种程序，而作为发送接收控制部141、谐波处理部142、信号处理部143而发挥作用。
发送接收控制部141对选择电路61进行选择驱动对象的发送信道T的控制。另外，发送接收控制部141对发送电路62进行发送信号的生成及输出处理的控制。另外，发送接收控制部141对接收电路63进行接收信号的频率设定、增益设定等的控制。
谐波处理部142基于每个信道的接收信号，在每个信道提取谐波成分(也称为谐波成分)。
信号处理部143对于被谐波处理的接收信号，实施用于取得良好的断层图像的各种处理。作为各种处理，可以例示为了易于同时确认接收信号的信号强度的最大部分和最小部分而进行的转换表现形式的对数转换处理等的非线性压缩处理、或根据反射波的传播时间(即深度)而校正放大度(明亮度)的STC(Sensitive Time Control：灵敏度时间控制)处理等。另外，信号处理部143生成B模式图像或M模式图像等的各种超声波图像，并显示于显示部12。
第一实施方式的作用效果
超声波元件组5具有发送元件51和接收元件52，以能够发送接收超声波的方式而构成，沿X方向(扫描方向)配置多个，作为一个发送接收信道而发挥作用。在上述的超声波元件组5中，配置有接收元件52的接收区域的重心位置与配置有发送元件51的发送区域的重心位置(中心位置P0)一致，并且发送区域和接收区域重叠。
在此，在从X方向观察下，在发送区域及接收区域沿Y方向(切片方向)上错开配置的情况下，由于需要在切片方向上以向接收区域一侧倾斜的方式发送超声波，因此，无法使发送波充分地汇聚，从而导致分辨率有可能下降。对此，在本实施方式中，由于第一区域Ar1及第二区域Ar2重叠，因此，能够抑制上述分辨率的下降。
另外，由于接收区域的重心位置与发送区域的重心位置一致，因此，不仅切片方向上的、在扫描方向上的分辨率的下降也能够更加可靠地抑制。
此外，在从X方向观察时，在发送区域及接收区域沿Y方向上错开配置的情况下，如图8所示，反射波的入射角度根据沿法线N的方向上的从接收区域至反射位置为止的距离而发生变化。因此，在处理接收信号时，考虑该入射角度的变化，需要实施对于接收信号的信号处理或其后的图像处理(例如，反射波的延迟时间的设定处理、对于传播距离的信号强度的校正处理等)，处理有可能变得复杂。对此，在本实施方式中，由于能够抑制上述入射角度变化，能够抑制上述处理的复杂化，因此，能够通过简易的处理形成超声波图像。
另外，在本实施方式中，发送元件51及接收元件52配置于相对于中心线L0呈线对称的位置。由此，能够提高发送区域及接收区域在Y方向即切片方向上的对称性。因此，能够使切片方向上的分辨率提高，并能够使接收精度提高。
另外，发送元件51及接收元件52配置于相对于中心位置P0(发送区域及接收区域的重心位置)呈点对称的位置。即，由此能够提高发送区域及接收区域的平面对称性。因此，使从发送元件51发出的超声波汇聚，能够使由接收元件52接收被对象反射的反射波时的分辨率提高，并能够使接收精度提高。
在超声波元件组5中，由于沿X方向及Y方向配置超声波元件50，因此，能够进一步提高超声波元件50的配置上的平面对称性。因此，能够从发送元件51以三维地方式更均匀地发送超声波，能够使得超声波测定的精度提高。
第一实施方式的变形例
图9是示意性地示出第一实施方式的变形例1所涉及的超声波元件组5A的俯视图。
在上述第一实施方式中，多个接收元件52在X方向上配置为一列，在图9示出的超声波元件组5A中，以多个接收元件52沿X方向及Y方向排列的方式而配置。在图9中，例示了配置9个接收元件52的构成。在这种构成中，通过增加接收元件52的个数而能够提高接收灵敏度。
第二实施方式
下面，对本发明涉及的第二实施方式进行说明。
在上述第一实施方式中，相邻配置接收元件52。对此，在第二实施方式中不同点在于，在超声波元件组中，在接收元件52的X方向及Y方向上配置发送元件51。
此外，在以下的说明中，对于与第一实施方式同样的构成标注相同符号并省略或者简化该说明。
图10是示意性地示出第二实施方式的超声波元件组5B的俯视图。
如图10所示，多个接收元件52在矩形状的第二区域Ar2内，配置多个发送元件51及接收元件52。配置有上述接收元件52的接收区域的重心位置与超声波元件组5B的发送接收区域Ar0的中心位置P0一致。即，多个接收元件52之一配置于与中心位置P0重叠的位置。另外，多个接收元件52以在X方向及Y方向上隔着发送元件51的方式配置。
此外，在发送接收区域Ar0内，配置有发送元件51的发送区域的重心位置与发送接收区域Ar0的中心位置P0及配置有接收元件52的接收区域的重心位置一致。另外，发送元件51及接收元件52分别配置于相对于中心线L0呈线对称的位置。
第二实施方式的作用效果
在第二实施方式中，由于在发送接收区域Ar0的中心附近设定的第二区域Ar2中，发送元件51及接收元件52在X方向及Y方向上交错地配置，因此，能够抑制来自中心位置P0附近的发送波的输出下降。另外，能够抑制由于接收元件52的配置中的平面对称性下降而导致的超声波图像的画质的下降。
第三实施方式
下面，对本发明涉及的第三实施方式进行说明。
在第二实施方式中，在第二区域Ar2内发送元件51及接收元件52在X方向及Y方向上交错地配置。对此，在第三实施方式中不同点在于，接收元件52沿接收区域的对角线而配置。
图11是示意性地示出第三实施方式的超声波元件组5C的俯视图。
如图11所示，多个接收元件52以在+X侧及+Y侧以一个一个地错开地方式沿第二区域Ar2的对角线L1而配置。另外，一个接收元件52配置于与中心位置P0重叠的位置。配置有接收元件52的接收区域的重心位置与超声波元件组5C的发送接收区域Ar0的中心位置P0一致，并且接收元件52配置于相对于中心位置P0呈点对称的位置。
此外，配置有发送元件51的发送区域的重心位置与中心位置P0一致，发送元件51配置于相对于中心位置P0呈点对称的位置。
另外，接收元件52在扫描方向上以预定间隔d配置。即，一个超声波元件组5C所包含的接收信道在扫描方向上以预定间隔d配置。此外，该预定间隔d设定为与对于从发送元件51发送的基波的接收对象的高次谐波的频率(波长)相对应的值。
此外，在本实施方式中，不限于接收元件52以在+X侧及+Y侧一个一个错开地方式而配置的构成，接收元件52以在+X侧及-Y侧一个一个错开地方式而配置的构成等，只要为在第二区域Ar2内接收元件52相对于中心位置P0呈点对称地配置，并且，在扫描方向上接收元件52以预定间隔d配置的构成的话，可以采用各种接收元件52的配置方式。
第三实施方式的作用效果
在本实施方式中，由于接收元件52沿第二区域Ar2的对角线L1配置，因此，能够抑制来自中心位置P0的附近的反射波的输出下降。
另外，发送元件51及接收元件52配置于相对于中心位置P0呈点对称的位置。因此，在发送接收区域Ar0中，能够提高发送元件51及接收元件52的配置上的平面对称性，能够提高接收精度。
另外，接收元件52沿第二区域Ar2的对角线L1配置而构成的接收信道在扫描方向(X方向)上以预定间隔d而配置。通过根据接收对象的高次谐波的频率(波长)等设定该预定间隔d，从而能够提高高次谐波的接收精度。
第四实施方式
下面，对本发明涉及的第四实施方式进行说明。
在上述各实施方式中，超声波元件组作为接收元件52而具备能够接收预定次数的高次谐波的同一种的超声波元件。对此，在第四实施方式中，与上述各实施方式的不同点在于，具备以能够适当地接收不同的次数的高次谐波的方式而构成的多种接收元件。
图12是示意性地示出第四实施方式的超声波元件组5D的俯视图。
图12示出的超声波元件组5D作为接收元件52而具备以能够接收彼此不同的次数的高次谐波的方式而构成的第一接收元件52A和第二接收元件52B。
第一接收元件52A为接收预定次数例如对于基波的二次谐波的超声波元件。即，第一接收元件52A具有与该二次谐波的频率(波长)相对应的振动膜412的振动区域的形状(即开口部411A的开口形状)、压电元件413的特性，以能够适当地接收二次谐波的方式而构成。
第二接收元件52B为接收与第一接收元件52A不同的次数例如三次谐波的超声波元件，以能够适当地接收三次谐波的方式而构成。
在图12中，通过包含第一接收元件52A及第二接收元件52B的四个接收元件52构成第二区域Ar2。配置有接收元件52的接收区域的重心位置与发送接收区域Ar0的中心位置P0和第二区域Ar2的中心位置一致。在该第二区域Ar2中，在X方向及Y方向上，第一接收元件52A和第二接收元件52B交错地配置。如此，在第二区域Ar2中，第一接收元件52A及第二接收元件52B分别配置于相对于接收区域的重心位置呈点对称的位置。
另外，多个超声波元件组5D在X方向上配置，第一接收元件52A及第二接收元件52B横跨多个超声波元件组5D沿X方向交错地配置。
第四实施方式的作用效果
在本实施方式中，作为接收元件52而具有接收彼此不同的次数的高次谐波的第一接收元件52A及第二接收元件52B。由此，能够提高对于不同的次数的高次谐波的接收精度。
另外，第一接收元件52A及第二接收元件52B配置于相对于第二区域Ar2的中心位置即在本实施方式中为相对于中心位置P0呈点对称的位置。因此，对于第一接收元件52A及第二接收元件52B的各自，能够提高配置位置的平面对称性，能够高精度地接收分别对应的次数的高次谐波。
变形例
此外，本发明不限于上述的各实施方式，通过在能够达成本发明的目的范围内的变形、改良以及适当组合各实施方式等而得到的构成也包含于本发明。
图13是示出本发明涉及的超声波器件的一变形例中的超声波元件组的概略构成的俯视图。
在上述各实施方式中，虽然例示了作为在Y方向(切片方向)上配置的多个超声波元件50具备发送元件51及接收元件52的构成，但本发明并不限于此。即，如图13所示，也可以采用配置有在Y方向上多个发送元件51的发送信道T和在Y方向上配置有多个接收元件52的接收信道R在X方向上并列配置而构成的超声波元件组5E。
如图13所示，发送信道T的中心位置P1位于通过包围发送信道T及接收信道R的矩形状的发送接收区域Ar0的中心的中心线L0上。同样地，接收信道R的中心位置P2位于中心线L0上。即，在X方向上的投影观察中，发送区域的重心位置和接收区域的重心位置重叠。并且，在各超声波元件组5E中，发送元件51及接收元件52配置于相对于中心线L0呈线对称的位置。
另外，在多个超声波元件组5E在Y方向上配置而构成的超声波阵列中，发送信道T及接收信道R分别在Y方向上以预定间隔配置。此外，该预定间隔为与接收信道R所接收的高次谐波的频率相对应的间隔。即，以能够以希望的精度接收高次谐波的接收信道R间的最大间隔以下的间隔配置接收信道R。
在这种构成中，发送信道T及接收信道R的各中心位置(重心位置)P1、P2位于通过发送接收区域Ar0的中心位置P1的中心线L0上，在扫描方向上的投影观察下一致。因此，与发送信道T及接收信道R在切片方向上并列配置的构成(参照图8)相比较，能够提高切片方向上的分辨率，并且，能够抑制基于接收信号的超声波图像生成所涉及的处理的复杂化。
另外，通过在扫描方向上并列配置发送信道T及接收信道R，能够在抑制发送开口的面积的减少的同时，并能够增大接收开口的面积。因此，能够在抑制分辨率的下降的同时，提高反射波的接收精度，能够抑制超声波图像的画质的下降。
在上述各实施方式中，例示了在Y方向(扫描方向)上，接收区域的重心位置与发送区域的重心位置一致的构成，但本发明不限于此。例如，也可以以在X方向(扫描方向)上的投影观察中，接收区域的重心位置与发送区域重叠的方式而构成。在这种构成中，在X方向上观察时，与发送区域及接收区域在Y方向(切片方向)上错开配置的情况相比，能够拉近接收区域的重心位置和发送区域的重心位置即第一区域Ar1的中心位置和第二区域Ar2的中心位置的距离，能够抑制分辨率的下降。
在上述各实施方式中，例示了在X方向(扫描方向)上的投影观察中，接收区域(接收开口)位于发送区域(合成发送开口)的内侧的构成，但本发明并不限于此。例如，也可以在投影观察中，在接收区域的重心位置与发送区域重叠的范围内，接收区域和发送区域在Y方向上偏移，接收区域的一部分位于发送区域的外侧。在这种构成中，在X方向上观察时，与发送区域及接收区域在Y方向(切片方向)上错开配置的情况相比，能够拉近接收区域的重心位置和发送区域的重心位置即第一区域Ar1的中心位置和第二区域Ar2的中心位置的距离，能够抑制分辨率的下降。
在上述第四实施方式中，例示了具备两种接收元件52的构成，也可以为同时地具备适当地接收彼此不同的次数的高次谐波的三种以上的接收元件52的构成。
另外，例示了沿X方向的接收元件52的列在Y方向上两列配置的构成，但也可以采用仅一列的构成或3列以上配置的构成。另外，也可以为仅在Y方向上配置多个接收元件52的构成。而且，也可以不同种类的接收元件52不交错地配置而是在X方向及Y方向上相邻地配置。
在上述各实施方式中，例示了作为超声波器件以同时地驱动构成超声波元件组的各发送元件51的方式而构成的、具有一维阵列结构的构成，但本发明并不限于此。即，在一个超声波元件组中，可以以能够至少个别地驱动一部分的发送元件51的方式而构成。例如，在扫描方向上并列配置的发送元件51可以以在切片方向上延迟的同时能够个别地驱动的方式构成。
在上述各实施方式中，例示了将生物体作为测定对象的超声波测定装置，但本发明并不限于此。例如，能够将本发明适用于以各种构造物为测定对象、进行该构造物的缺陷的检测或老化的检测的电子设备。另外，例如也可以将本发明也适用于以半导体封装件或晶片等为测定对象、检测该测定对象的缺陷的电子设备。
此外，本发明实施时的具体的构造，也可以通过在能够实现本发明的目的的范围内适当组合上述各实施方式及变形例而构成，也可以适当地变更为其他的构造等。
作为参考，2015年8月31日提交的日本专利申请No.2015-171174的全部公开内容明确包含在此。

Claims (10)

1.一种超声波器件，其特征在于，
具备：
元件组，所述元件组包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件，并沿第一方向配置多个所述元件组，
在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
2.根据权利要求1所述的超声波器件，其特征在于，
在沿所述第一方向的投影观察中，所述接收区域位于所述发送区域的内侧。
3.根据权利要求1或2所述的超声波器件，其特征在于，
在沿所述第一方向的投影观察中，所述接收区域的重心位置与所述发送区域的重心位置重叠。
4.根据权利要求3所述的超声波器件，其特征在于，
所述接收区域的重心位置与所述发送区域的重心位置一致。
5.根据权利要求4所述的超声波器件，其特征在于，
所述元件组中包含的所述发送元件配置在相对于通过所述发送区域的重心位置且与所述第一方向平行的假想线呈线对称的位置，
所述元件组中包含的所述接收元件配置在相对于所述假想线呈线对称的位置。
6.根据权利要求4或5所述的超声波器件，其特征在于，
所述元件组中包含的所述发送元件配置在相对于所述发送区域的重心位置呈点对称的位置，
所述元件组中包含的所述接收元件配置在相对于所述发送区域的重心位置呈点对称的位置。
7.根据权利要求6所述的超声波器件，其特征在于，
所述元件组具有包含所述发送元件和所述接收元件的超声波元件沿所述第一方向及与所述第一方向交叉的第二方向以二维阵列状配置的阵列结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超声波器件，其特征在于，
所述元件组具有多个所述接收元件，
多个所述接收元件包括：接收将从所述发送元件发送的超声波作为基波的高次谐波的第一接收元件、和接收与所述第一接收元件不同次数的高次谐波的第二接收元件，
所述第一接收元件配置在相对于所述接收区域的重心位置呈点对称的位置，
所述第二接收元件配置在相对于所述接收区域的重心位置呈点对称的位置。
9.一种超声波模块，其特征在于，
具备：
超声波器件，具备包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件的元件组，并沿第一方向配置多个所述元件组；以及
电路基板，所述超声波器件设于所述电路基板，
在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
10.一种超声波测量仪，其特征在于，
具备：
超声波器件，具备包含发送超声波的发送元件和接收超声波的接收元件的元件组，并沿第一方向配置多个所述元件组；以及
控制部，控制所述超声波器件，
在沿所述第一方向的投影观察中，所述元件组中配置所述元件组中包含的所述接收元件的接收区域的重心位置与配置所述元件组中包含的所述发送元件的发送区域重叠。
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