JP2013208212A - 超音波測定装置、電子機器及び診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で使用環境の管理などができる超音波測定装置、電子機器及び診断装置等を提供すること。
【解決手段】超音波測定装置は、複数の超音波素子がアレイ状に配置される超音波素子アレイ１００と環境センサーＡＳ１、ＡＳ２とを有するセンサー部２１０と、超音波素子アレイ１００に対して駆動信号を出力する送信部２４０と、超音波素子アレイ１００からの受信信号及び環境センサーＡＳ１、ＡＳ２からの検出信号が入力される測定部２３０と、センサー部２１０、送信部２４０及び測定部２３０に接続されるスイッチ部２２０とを含む。測定部２３０は、センサー部２１０からスイッチ部２２０を介して入力される受信信号及び検出信号の測定処理を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波測定装置、電子機器及び診断装置等に関する。

超音波診断装置では、安全規格や機器の信頼性確保のために超音波プローブの温度管理など使用環境の管理が必須である。また、携帯型の超音波診断装置では、低コストで小型であることが要求される。この課題に対して例えば特許文献１には、半導体基板上に超音波素子と温度センサーとを形成することにより、低コストで温度検出を行う手法が開示されている。

しかしながらこの手法では、温度検出のために専用の回路を設ける必要があり、コストの削減や小型化が十分ではないなどの課題があった。

特開２００６−３４６１０５号公報

本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で使用環境の管理などができる超音波測定装置、電子機器及び診断装置等を提供できる。

本発明の一態様は、複数の超音波素子がアレイ状に配置される超音波素子アレイと環境センサーとを有するセンサー部と、前記超音波素子アレイに対して駆動信号を出力する送信部と、前記超音波素子アレイからの受信信号及び前記環境センサーからの検出信号が入力される測定部と、前記センサー部、前記送信部及び前記測定部に接続されるスイッチ部とを含み、前記測定部は、前記センサー部から前記スイッチ部を介して入力される前記受信信号及び前記検出信号の測定処理を行う超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様によれば、センサー部が超音波素子アレイと環境センサーとを有し、測定部が超音波素子アレイからの受信信号及び環境センサーからの検出信号の測定処理を行うことができるから、例えばセンサー部の温度や被測定物との距離などを精度良く測定することができる。その結果、超音波測定装置の使用環境を精度良く管理することができるから、安全で信頼性の高い超音波測定装置を実現することなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記送信部は、第１の期間において、前記超音波素子アレイに対して前記駆動信号を出力し、前記測定部は、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記超音波素子アレイからの前記受信信号の測定処理を行い、第１の期間において、前記環境センサーからの前記検出信号の測定処理を行ってもよい。

このようにすれば、測定部が、受信信号の測定処理を行わない第１の期間において環境センサーからの検出信号の測定処理を行うことができるから、環境センサーのための専用の測定回路等を設ける必要がなくなる。その結果、簡素な構成でセンサー部の温度などを精度良く測定することができる。

また本発明の一態様では、前記測定部は、前記第１の期間のうちの前半期間又は後半期間において、前記環境センサーからの前記検出信号の測定処理を行ってもよい。

このようにすれば、駆動信号が供給されていない期間に検出信号の測定処理を行うことができるから、環境センサーからの検出信号が駆動信号によるノイズ等の影響を受けることを防止することができる。

また本発明の一態様では、前記送信部は、前記測定部が出力する、前記環境センサーからの前記検出信号の測定結果に基づいて、前記第１の期間の繰り返し周波数又は前記駆動信号の振幅を可変に設定してもよい。

このようにすれば、例えばセンサー部の温度測定結果に基づいて、超音波素子アレイから発生する熱を制御することができるから、センサー部の温度上昇を抑制することなどができる。その結果、簡素な構成で人体に安全で信頼性の高い超音波測定装置を実現することなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記センサー部は、前記環境センサーとして、前記超音波素子アレイの第１の方向側に設けられる第１の環境センサーと、前記超音波素子アレイの、前記第１の方向の反対方向である第２の方向側に設けられる第２の環境センサーとを有してもよい。

このようにすれば、超音波素子アレイの第１の方向側と第２の方向側とにそれぞれ環境センサーを設けることができるから、２つの環境センサーからの検出信号に基づいて、センサー部の温度などを精度良く測定することができる。

また本発明の一態様では、前記センサー部は、前記超音波素子アレイからの第１の信号線〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線と、前記第１の環境センサーに接続され、前記第１の信号線の前記第１方向側に設けられる第１の環境センサー線と、前記第２の環境センサーに接続され、前記第ｎの信号線の前記第２方向側に設けられる第２の環境センサー線とを有してもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第１〜第ｎの信号線を介して送信部からの駆動信号を超音波素子アレイに供給し、第１及び第２の環境センサー線を介して第１及び第２の環境センサーからの検出信号をスイッチ部に入力することができる。

また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイは、アレイ状に配置される前記複数の超音波素子として、第１の超音波素子群〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の超音波素子群を有し、前記スイッチ部は、前記第１の超音波素子群〜前記第ｐの超音波素子群に対応して設けられる第１の送受信切換用スイッチ回路〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路を有し、前記第１の環境センサー線は、前記第１の送受信切換用スイッチ回路を介して前記測定部に接続され、前記第２の環境センサー線は、前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路を介して前記測定部に接続されてもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第１の環境センサーからの検出信号を第１の送受信切換用スイッチ回路を介して測定部に入力し、第２の環境センサーからの検出信号を第ｐの送受信切換用スイッチ回路を介して測定部に入力することができる。

また本発明の一態様では、前記測定部は、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路に対応して設けられ、複数チャネル分のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有する第１のアナログフロントエンド回路〜第ｐのアナログフロントエンド回路を有し、前記第１のアナログフロントエンド回路は、前記第１の環境センサー線を介して入力される検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行い、前記第ｐのアナログフロントエンド回路は、前記第２の環境センサー線を介して入力される検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行ってもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第１のアナログフロントエンド回路により第１の環境センサーからの検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行い、第ｐのアナログフロントエンド回路により第２の環境センサーからの検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記センサー部は、前記環境センサーとして、前記超音波素子アレイの前記第１の方向側に設けられ、前記第１の環境センサー線に接続される第３の環境センサーと、前記超音波素子アレイの前記第２の方向側に設けられ、前記第２の環境センサー線に接続される第４の環境センサーとをさらに有してもよい。

このようにすれば、超音波素子アレイの第１の方向側と第２の方向側とにそれぞれ２個の環境センサーを設けることができるから、センサー部の温度をより高い精度で測定することができる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ部は、第１の送受信切換用スイッチ回路〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の送受信切換用スイッチ回路を有し、前記測定部は、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路に対応して設けられ、複数チャネル分のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有する第１のアナログフロントエンド回路〜第ｐのアナログフロントエンド回路を有し、前記環境センサーからの前記検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のいずれか１つを介して、前記測定部に入力されてもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第１〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路のいずれか１つを介して、環境センサーからの検出信号を対応するアナログフロントエンド回路に入力し、Ａ／Ｄ変換処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記センサー部は、前記環境センサーとして、第１の環境センサーと第２の環境センサーとを有し、前記第１の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｉのアナログフロントエンド回路に入力され、前記第２の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｐ且つｉ≠ｊである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｊのアナログフロントエンド回路に入力されてもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第ｉのアナログフロントエンド回路により第１の環境センサーからの検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行い、第ｊのアナログフロントエンド回路により第２の環境センサーからの検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記センサー部は、前記環境センサーとして、第１の環境センサーと第２の環境センサーとを有し、前記第１の環境センサー及び前記第２の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｋのアナログフロントエンド回路に入力されてもよい。

このようにすれば、第１の期間には、第ｋのアナログフロントエンド回路により第１及び第２の環境センサーからの検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記環境センサーは、前記超音波素子アレイが形成される基板上に形成されてもよい。

このようにすれば、超音波素子アレイと環境センサーとが同一基板上に形成されることで、センサー部の温度などを精度良く測定することができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置を含む電子機器に関係する。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置と、表示用画像データを表示する表示部とを含む診断装置に関係する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波素子及び環境センサーの基本的な構成例。 センサー部の第１の構成例。 センサー部の第２の構成例。 超音波測定装置の基本的な構成例。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、第１の送受信切換用スイッチ回路の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、第２の送受信切換用スイッチ回路の構成例。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、第３の送受信切換用スイッチ回路の構成例。 第１のアナログフロントエンド回路の基本的な構成例。 比較例の動作を説明するタイミングチャート。 超音波測定装置の動作を説明するタイミングチャート。 位相走査を説明する図。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、環境センサーからの検出信号の測定処理を行うタイミングの一例。 第１の期間の繰り返し周波数又は駆動信号振幅の設定の一例を説明する図。 超音波診断装置（電子機器）の基本的な構成例。

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。

１．超音波素子及び環境センサー
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に、本実施形態の超音波測定装置に含まれる超音波素子ＵＥ及び環境センサーＡＳの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子ＵＥは、第１電極層ＥＬ１、圧電体層ＰＥ、第２電極層ＥＬ２、メンブレン（支持部材）ＭＢ、空洞領域（空洞部）ＣＡＶを含む。また、本実施形態の環境センサーＡＳは、第１電極層ＥＬ１、Ｐ型半導体層ＰＳ、Ｎ型半導体層ＮＳ、層間絶縁膜ＩＮＳ、コンタクトホールＣＨ、第２電極層ＥＬ２を含む。

なお、本実施形態の超音波素子ＵＥ及び環境センサーＡＳは図１（Ａ）、図１（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。

図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）ＳＵＢに形成された超音波素子ＵＥ及び環境センサーＡＳの、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層ＥＬ１は、メンブレンＭＢの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層ＥＬ１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子ＵＥに接続される配線であってもよい。

圧電体層ＰＥは、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層ＰＥの材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

第２電極層ＥＬ２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層ＰＥの少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層ＥＬ２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子ＵＥに接続される配線であってもよい。

メンブレンＭＢは、例えばＳｉＯ_２薄膜とＺｒＯ_２薄膜との２層構造により空洞領域ＣＡＶの上層に設けられる。このメンブレンＭＢは、圧電体層ＰＥ及び第１、第２電極層ＥＬ１、ＥＬ２を支持すると共に、圧電体層ＰＥの伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

空洞領域ＣＡＶは、シリコン基板ＳＵＢの裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域ＣＡＶの開口部ＯＰより超音波が放射される。

超音波素子ＵＥの第１の電極は、第１電極層ＥＬ１により形成され、第２の電極は、第２電極層ＥＬ２により形成される。具体的には、第１電極層ＥＬ１のうちの圧電体層ＰＥに覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層ＥＬ２のうちの圧電体層ＰＥを覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。

圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層ＥＬ１と第２電極層ＥＬ２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体層ＰＥの一方の面は第１電極層ＥＬ１を介してメンブレンＭＢに接合されているが、他方の面には第２電極層ＥＬ２が形成されるものの、第２電極層ＥＬ２上には他の層が形成されない。そのため圧電体層ＰＥのメンブレンＭＢ側が伸縮しにくく、第２電極層ＥＬ２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体層ＰＥに電圧を印加すると、空洞領域ＣＡＶ側に凸となる撓みが生じ、メンブレンＭＢを撓ませる。圧電体層ＰＥに交流電圧を印加することで、メンブレンＭＢが膜厚方向に対して振動し、このメンブレンＭＢの振動により超音波が開口部ＯＰから放射される。圧電体層ＰＥに印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

環境センサーＡＳは、例えば温度センサーであって、Ｐ型半導体層ＰＳとＮ型半導体層ＮＳとのＰＮ接合から成るダイオードで構成することができる。ダイオードの電流−電圧特性が温度に依存することを利用して、センサーの周囲の温度を測定することができる。具体的には、例えば定電流源によりダイオードの正極（アノード電極）から負極（カソード電極）へ一定の電流を流し、その時のアノード・カソード電極間の電圧を検出することで温度を測定することができる。

第１電極層ＥＬ１のうちのＰ型半導体層ＰＳに接合する部分がアノード電極を形成する。また、第２電極層ＥＬ２のうちの、コンタクトホールＣＨを介してＮ型半導体層ＮＳに接合する部分がカソード電極を形成する。第２電極層ＥＬ２は、隣接する超音波素子ＵＥに接続されてもよい。

このように本実施形態の超音波測定装置では、超音波素子と環境センサーとを同一基板上に形成することができる。こうすることで、超音波素子が形成されている基板の温度を精度良く測定することができる。

本実施形態の環境センサーは、上記の温度センサーに限定されず、例えば距離センサー、圧力センサー、或いは速度センサーなどであってもよい。距離センサーは被測定物との距離を検出し、圧力センサーは被測定物から受ける圧力を検出し、速度センサーは超音波測定装置の動きを検出する。

２．センサー部
図２に、本実施形態の超音波測定装置に含まれるセンサー部２１０の第１の構成例を示す。第１の構成例のセンサー部２１０は、超音波素子アレイ１００、第１、第２の環境センサーＡＳ１、ＡＳ２、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線ＳＬ１〜ＳＬｎ、第１、第２の環境センサー線ＡＳＬ１、ＡＳＬ２、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍ、共通コモン電極線ＣＯＭを含む。図２では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、ｍ、ｎはこれ以外の値であってもよい。なお、本実施形態のセンサー部２１０は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波素子アレイ１００は、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状（広義にはアレイ状）に配置される複数の超音波素子ＵＥを含む。超音波素子ＵＥは、例えば図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示した構成とすることができる。具体的には、図２に示すように、第４の方向Ｄ４に向かって第１行〜第８行（広義には第ｍ行）の超音波素子ＵＥが配置され、第４の方向Ｄ４に交差する第２の方向Ｄ２に向かって第１列〜第１２列（広義には第ｎ列）の超音波素子ＵＥが配置される。なお、以下の説明において、超音波素子ＵＥのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第４行第６列に位置する超音波素子をＵＥ４−６と表記する。

超音波素子ＵＥの配置は、図２に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の列にｍ個の超音波素子が配置され、偶数番目の列にｍ−１個の超音波素子が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。

第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、超音波素子アレイ１００において第１の方向Ｄ１又は第２の方向Ｄ２に沿って配線される。第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＣＬｉは、超音波素子アレイ１００の第ｉ行に配置される超音波素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの一方の電極に接続される。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号線ＳＬ１〜ＳＬ１２は、超音波素子アレイ１００において第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。第１〜第１２の信号線ＳＬ１〜ＳＬ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の信号線ＳＬｊは、超音波素子アレイ１００の第ｊ列に配置される超音波素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの他方の電極に接続される。

具体的には、例えば図２に示す超音波素子ＵＥ１−１については、第１の電極が第１の信号線ＳＬ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。また、例えば図２に示す超音波素子ＵＥ４−６については、第１の電極が第６の信号線ＳＬ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極ＣＬ４に接続される。

共通コモン電極線ＣＯＭは、第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８に共通接続され、第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。共通コモン電極線ＣＯＭにはコモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは、第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８を介して各超音波素子ＵＥの第２の電極に供給される。コモン電圧ＶＣＯＭは、一定の直流電圧であって、必ずしも接地電位（グランド電位、０Ｖ）である必要はない。

信号線ＳＬ１〜ＳＬ１２には、図示していない送信部により、所定の周波数で電圧が変化する駆動信号がそれぞれ供給される。駆動信号電圧とコモン電圧ＶＣＯＭとの差の電圧が各超音波素子ＵＥに印加され、所定の周波数の超音波が放射される。例えば、第１列の超音波素子には、信号線ＳＬ１に供給される駆動信号電圧Ｖ（ＳＬ１）とコモン電圧ＶＣＯＭとの差Ｖ（ＳＬ１）−ＶＣＯＭが印加される。同様に、第６列の超音波素子には、信号線ＳＬ６に供給される駆動信号電圧Ｖ（ＳＬ６）とコモン電圧ＶＣＯＭとの差Ｖ（ＳＬ６）−ＶＣＯＭが印加される。

また信号線ＳＬ１〜ＳＬ１２を介して、各超音波素子ＵＥが受信した超音波エコー信号（受信信号）が図示していない測定部に出力される。例えば、第１列の超音波素子が受信した受信信号は信号線ＳＬ１を介して測定部に出力され、第６列の超音波素子が受信した受信信号は信号線ＳＬ６を介して測定部に出力される。

超音波素子アレイ１００は、マトリックスアレイ状（広義にはアレイ状）に配置される複数の超音波素子ＵＥとして、第１の超音波素子群ＧＵ１〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の超音波素子群ＧＵｐを有する。具体的には、例えば図２に示すように、超音波素子アレイ１００は、第１、第２、第３の超音波素子群ＧＵ１、ＧＵ２、ＧＵ３を有する。そして第１の超音波素子群ＧＵ１は第１列〜第４列の超音波素子を含み、第２の超音波素子群ＧＵ２は第５列〜第８列の超音波素子を含み、第３の超音波素子群ＧＵ３は第９列〜第１２列の超音波素子を含む。

図２では、例としてｐ＝３の場合を示すが、ｐはこれ以外の値であってもよい。例えばｐ＝２の場合では、超音波素子アレイ１００は第１、第２の超音波素子群ＧＵ１、ＧＵ２を有し、ＧＵ１は第１列〜第６列の超音波素子を含み、ＧＵ２は第７列〜第１２列の超音波素子を含む。或いは、ｐ＝４の場合では、超音波素子アレイ１００は第１〜第４の超音波素子群ＧＵ１〜ＧＵ４を有し、ＧＵ１は第１列〜第３列の超音波素子を含み、ＧＵ２は第４列〜第６列の超音波素子を含み、ＧＵ３は第７列〜第９列の超音波素子を含み、ＧＵ４は第１０列〜第１２列の超音波素子を含む。

第１の環境センサーＡＳ１は、超音波素子アレイ１００の第１の方向Ｄ１側に設けられる。具体的には、図２に示すように、第８行第１列の超音波素子ＵＥ８−１の第１の方向Ｄ１側に設けられる。第１の環境センサーＡＳ１は、例えば図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示した構成とすることができる。

第２の環境センサーＡＳ２は、超音波素子アレイ１００の第１の方向Ｄ１の反対方向である第２の方向Ｄ２側に設けられる。具体的には、図２に示すように、第８行第１２列の超音波素子ＵＥ８−１２の第２の方向Ｄ２側に設けられる。第２の環境センサーＡＳ２は、例えば図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示した構成とすることができる。

第１の環境センサー線ＡＳＬ１は、第１の環境センサーＡＳ１に接続され、第１の信号線ＳＬ１の第１方向Ｄ１側に設けられる。具体的には、例えば第１の環境センサーＡＳ１のアノード電極は第１の環境センサー線ＡＳＬ１に接続され、カソード電極は第８のコモン電極線ＣＬ８に接続される。第１の環境センサーＡＳ１からの検出信号は、第１の環境センサー線ＡＳＬ１を介して測定部に出力される。

第２の環境センサー線ＡＳＬ２は、第２の環境センサーＡＳ２に接続され、第１２（広義には第ｎ）の信号線ＳＬ１２の第２方向Ｄ２側に設けられる。具体的には、例えば第２の環境センサーＡＳ２のアノード電極は第２の環境センサー線ＡＳＬ２に接続され、カソード電極は第８のコモン電極線ＣＬ８に接続される。第２の環境センサーＡＳ２からの検出信号は、第２の環境センサー線ＡＳＬ２を介して測定部に出力される。

本実施形態のセンサー部２１０によれば、超音波素子が形成される基板上に環境センサーＡＳ１、ＡＳ２を形成することができるから、センサー部２１０の温度（基板の温度）を精度良く測定することができる。

超音波素子を用いる超音波診断装置では、プローブ部分（センサー部）を人体の皮膚に接触させて用いるため、センサー部の温度が体温（例えば３７°Ｃ）より過度に高くならないように認証基準が定められている。本実施形態の超音波測定装置によれば、環境センサーＡＳ１、ＡＳ２として温度センサーを設けることで、センサー部の温度を精度良く測定することができるから、人体に安全な超音波診断装置等を実現することができる。

また、本実施形態の超音波測定装置によれば、環境センサーＡＳ１、ＡＳ２として距離センサー又は圧力センサーを設けることができるから、超音波測定装置と被測定物とが確実に接触しているか否かを検出して、接触していない場合には超音波の出力を停止するなどの処理を行うことができる。また、環境センサーＡＳ１、ＡＳ２として速度センサーを設けることができるから、超音波測定装置の動き（速度）に対応して超音波の出力を制御することなどができる。

図３に、本実施形態の超音波測定装置に含まれるセンサー部２１０の第２の構成例を示す。第２の構成例のセンサー部２１０は、第１の構成例（図２）に第３、第４の環境センサーＡＳ３、ＡＳ４をさらに含む。図３では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、ｍ、ｎはこれ以外の値であってもよい。なお、本実施形態のセンサー部２１０は図３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。

上述した第１の構成例（図２）と同一の構成要素については、詳細な説明を省略する。

第３の環境センサーＡＳ３は、超音波素子アレイ１００の第１の方向Ｄ１側に設けられ、第１の環境センサー線ＡＳＬ１に接続される。具体的には、第３の環境センサーＡＳ３は、例えば第１行第１列の超音波素子ＵＥ１−１の第１の方向Ｄ１側に設けられ、アノード電極は第１の環境センサー線ＡＳＬ１に接続され、カソード電極は第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。第１、第３の環境センサーＡＳ１、ＡＳ３からの各検出信号は合成されて、第１の環境センサー線ＡＳＬ１を介して測定部に出力される。

第４の環境センサーＡＳ４は、超音波素子アレイ１００の第２の方向Ｄ２側に設けられ、第２の環境センサー線ＡＳＬ２に接続される。具体的には、第４の環境センサーＡＳ４は、例えば第１行第１２列の超音波素子ＵＥ１−１２の第２の方向Ｄ２側に設けられ、アノード電極は第２の環境センサー線ＡＳＬ２に接続され、カソード電極は第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。第２、第４の環境センサーＡＳ２、ＡＳ４からの各検出信号は合成されて、第２の環境センサー線ＡＳＬ２を介して測定部に出力される。

このように第２の構成例のセンサー部２１０によれば、４個の環境センサーＡＳ１〜ＡＳ４を用いて温度を測定することができるから、センサー部２１０の温度をより高い精度で測定することができる。

３．超音波測定装置
図４に、本実施形態の超音波測定装置２００の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波測定装置２００は、センサー部２１０、スイッチ部２２０、測定部２３０、送信部２４０を含む。なお、本実施形態のセンサー部２１０は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

センサー部２１０は、上述した第１の構成例（図２）又は第２の構成例（図３）のセンサー部２１０である。

スイッチ部２２０は、センサー部２１０、送信部２４０及び測定部２３０に接続され、第１〜第３（広義には第ｐ）の超音波素子群ＧＵ１〜ＧＵ３に対応して設けられる第１〜第３（広義には第ｐ）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ３を有する。送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ３は、制御部３１０の制御に基づいて切換動作を行う。具体的には、例えば第１の超音波素子群ＧＵ１からの信号線ＳＬ１〜ＳＬ４は、第１の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１を介して、第１の期間には駆動信号線ＤＬ１〜ＤＬ４に接続され、第２の期間には測定信号線ＭＬ１〜ＭＬ４に接続される。また、第１の環境センサー線ＡＳＬ１は、第１の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１を介して、第１の期間には測定信号線ＭＬ１、即ち測定部２３０に接続され、第２の期間には非接続となる。

第２の超音波素子群ＧＵ２からの信号線ＳＬ５〜ＳＬ８は、第２の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ２を介して、第１の期間には駆動信号線ＤＬ５〜ＤＬ８に接続され、第２の期間には測定信号線ＭＬ５〜ＭＬ８に接続される。

第３の超音波素子群ＧＵ３からの信号線ＳＬ９〜ＳＬ１２は、第３の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ３を介して、第１の期間には駆動信号線ＤＬ９〜ＤＬ１２に接続され、第２の期間には測定信号線ＭＬ９〜ＭＬ１２に接続される。また、第２の環境センサー線ＡＳＬ２は、第３の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ３を介して、第１の期間には測定信号線ＭＬ１２、即ち測定部２３０に接続され、第２の期間には非接続となる。

第１の期間とは、各超音波素子群からの信号線が、送受信切換用スイッチ回路を介して駆動信号線と接続される期間であって、送信期間とも呼ぶ。また、第２の期間とは、各超音波素子群からの信号線が、送受信切換用スイッチ回路を介して測定信号線と接続される期間であって、受信期間とも呼ぶ。

測定部２３０は、超音波素子アレイ１００からの受信信号及び環境センサーＡＳ１、ＡＳ２からの検出信号が入力される。測定部２３０は、第２の期間において、超音波素子アレイ１００からの受信信号の測定処理を行い、第１の期間において、環境センサーＡＳ１、ＡＳ２からの検出信号の測定処理を行う。こうすることで、超音波素子アレイ１００からの受信信号の測定処理を行わない第１の期間（超音波エコー信号を受信しない期間）において、測定部２３０を環境センサーＡＳ１、ＡＳ２からの検出信号の測定処理に活用することができる。

測定部２３０は、第１〜第３（広義には第ｐ）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ３に対応して設けられ、複数チャネル分のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有する第１〜第３（広義には第ｐ）のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１〜ＡＦＥ３を有する。例えば図４では、ＡＦＥ１〜ＡＦＥ３はそれぞれ４チャネル分のＡ／Ｄ変換器を有し、第２の期間には、ＡＦＥ１〜ＡＦＥ３はＧＵ１〜ＧＵ３からの受信信号の測定処理を行う。また、第１の期間には、ＡＦＥ１が第１の環境センサーＡＳ１からの検出信号の測定処理を行い、ＡＦＥ３が第２の環境センサーＡＳ２からの検出信号の測定処理を行う。

送信部２４０は、第１の期間において、超音波素子アレイ１００に対して駆動信号を出力する。送信部２４０は、駆動信号発生器ＨＶ＿Ｐ及びマルチプレクサーＭＵＸを含む。駆動信号発生器ＨＶ＿Ｐは、制御部３１０の制御に基づいて、超音波素子ＵＥを駆動するための信号（パルス）を生成する。マルチプレクサーＭＵＸは、駆動信号発生器ＨＶ＿Ｐから出力された駆動信号を、例えば駆動信号線ＤＬ１〜ＤＬ１２に分配する。

制御部３１０は、超音波測定装置２００における超音波の送受信及び測定処理の制御を行う。具体的には、スイッチ部２２０に対して送信・受信の切換制御を行い、送信部２４０に対して駆動信号の振幅、位相、周波数などの制御を行い、測定部２３０に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。制御部３１０は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などで実現することができる。

このように本実施形態の超音波測定装置２００によれば、超音波エコー信号（受信信号）の測定処理を行わない第１の期間において、測定部２３０を環境センサーからの検出信号の測定処理に活用することができる。その結果、環境センサーのための専用の測定回路を設ける必要がなくなるから、簡素な構成でセンサー部の温度を精度良く測定することが可能になる。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、第１の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１の構成例を示す。図５（Ａ）は第１の期間での接続状態を示し、図５（Ｂ）は第２の期間での接続状態を示す。

第１の期間では、図５（Ａ）に示すように、信号線ＳＬ１〜ＳＬ４は駆動信号線ＤＬ１〜ＤＬ４に接続され、また第１の環境センサー線ＡＳＬ１は測定信号線ＭＬ１に接続される。こうすることで、送信部２４０から出力される駆動信号が信号線ＳＬ１〜ＳＬ４を介して第１の超音波素子群ＧＵ１に供給され、また第１の環境センサーＡＳ１からの検出信号が測定信号線ＭＬ１を介して第１のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１に入力される。

第２の期間では、図５（Ｂ）に示すように、信号線ＳＬ１〜ＳＬ４は測定信号線ＭＬ１〜ＭＬ４に接続され、また第１の環境センサー線ＡＳＬ１は非接続となる。こうすることで、第１の超音波素子群ＧＵ１からの受信信号が測定信号線ＭＬ１〜ＭＬ４を介して第１のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１に入力される。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、第２の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ２の構成例を示す。図６（Ａ）は第１の期間での接続状態を示し、図６（Ｂ）は第２の期間での接続状態を示す。

第１の期間では、図６（Ａ）に示すように、信号線ＳＬ５〜ＳＬ８は駆動信号線ＤＬ５〜ＤＬ８に接続される。こうすることで、送信部２４０から出力される駆動信号が信号線ＳＬ５〜ＳＬ８を介して第２の超音波素子群ＧＵ２に供給される。

第２の期間では、図６（Ｂ）に示すように、信号線ＳＬ５〜ＳＬ８は測定信号線ＭＬ５〜ＭＬ８に接続される。こうすることで、第２の超音波素子群ＧＵ２からの受信信号が測定信号線ＭＬ５〜ＭＬ８を介して第２のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ２に入力される。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、第３の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ３の構成例を示す。図７（Ａ）は第１の期間での接続状態を示し、図７（Ｂ）は第２の期間での接続状態を示す。

第１の期間では、図７（Ａ）に示すように、信号線ＳＬ９〜ＳＬ１２は駆動信号線ＤＬ９〜ＤＬ１２に接続され、また第２の環境センサー線ＡＳＬ２は測定信号線ＭＬ１２に接続される。こうすることで、送信部２４０から出力される駆動信号が信号線ＳＬ９〜ＳＬ１２を介して第３の超音波素子群ＧＵ３に供給され、また第２の環境センサーＡＳ２からの検出信号が測定信号線ＭＬ１２を介して第３のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ３に入力される。

第２の期間では、図７（Ｂ）に示すように、信号線ＳＬ９〜ＳＬ１２は測定信号線ＭＬ９〜ＭＬ１２に接続され、また第２の環境センサー線ＡＳＬ２は非接続となる。こうすることで、第３の超音波素子群ＧＵ３からの受信信号が測定信号線ＭＬ９〜ＭＬ１２を介して第３のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ３に入力される。

上述した送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ３に含まれるスイッチ素子は、例えばＣＭＯＳトランジスターを用いて実現することができる。

図８に、第１のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１の基本的な構成例を示す。図８では、例として４チャネル分のＡ／Ｄ変換器を有する場合を示す。各チャネルは同一の構成であるから、測定信号線ＭＬ１の信号を受ける第１のチャネルについて説明する。

測定信号線ＭＬ１から入力された信号は低雑音増幅器ＬＮＡ１により増幅される。その後、電圧制御アッテネーターＶＣＡＴ１及びプログラマブルゲインアンプＰＧＡ１により適正な信号レベルに調整される。そしてローパスフィルターＬＰＦ１により不要な周波数成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣ１によりデジタルデータに変換される。電圧制御アッテネーターＶＣＡＴ１の減衰量、プログラマブルゲインアンプＰＧＡ１のゲイン、ローパスフィルターＬＰＦ１のカットオフ周波数などは、制御部３１０により可変に設定することができる。

図９は、比較例、即ち第１の期間において測定部が環境センサーからの検出信号の測定処理をしない構成の動作を説明するタイミングチャートである。

基準クロックの１サイクル期間において、第１の期間と第２の期間とが設けられる。第１の期間では、送受信切換用スイッチ制御信号がＨレベル（高電位レベル）に設定され、これにより送受信切換用スイッチ回路が送信状態（例えば図５（Ａ））に設定される。そして送信部からの駆動信号が超音波素子に供給される。第１の期間では、アナログフロントエンド回路ＡＦＥに受信信号が入力されないから、Ａ／Ｄ変換器の出力を取り込むためのクロック（Ａ／Ｄクロック）は停止し、１つ前のサイクルの受信結果が保持される。

第２の期間では、送受信切換用スイッチ制御信号がＬレベル（低電位レベル）に設定され、これにより送受信切換用スイッチ回路が受信状態（例えば図５（Ｂ））に設定される。そして超音波素子からの受信信号がアナログフロントエンド回路ＡＦＥに入力される。第２の期間では、アナログフロントエンド回路ＡＦＥのＡ／Ｄクロックに基づいて、デジタルデータに変換された受信結果が書き込まれる。次の第１の期間では、この受信結果が保持される。

図１０は、本実施形態の超音波測定装置２００の動作を説明するタイミングチャートである。本実施形態の超音波測定装置２００によれば、第１の期間では送信部２４０からの駆動信号が超音波素子に供給されると共に、環境センサーからの検出信号がアナログフロントエンド回路ＡＦＥに入力される。そしてＡ／Ｄクロックに基づいて、デジタルデータに変換された検出結果が書き込まれる。次の第２の期間では、この検出結果が保持される。

このように本実施形態の超音波測定装置２００によれば、超音波エコー信号（受信信号）の測定処理を行わない第１の期間において、測定部２３０を環境センサーからの検出信号の測定処理に活用することができる。その結果、環境センサーのための専用の測定回路を設ける必要がなくなるから、簡素な構成でセンサー部の温度を精度良く測定することが可能になる。

上述した構成例（図４）では、第１の環境センサーＡＳ１からの検出信号は第１の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１を介して第１のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１に入力され、第２の環境センサーＡＳ２からの検出信号は第３の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ３を介して第３のアナログフロントエンド回路ＡＦＥ３に入力されるが、これに限定されるものではない。

環境センサーからの検出信号は、第１〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷｐのいずれか１つを介して、測定部２３０に入力されてもよい。

具体的には、第１の環境センサーＡＳ１からの検出信号が、第１〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷｐのうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷｉを介して、第１〜第ｐのアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１〜ＡＦＥｐのうちの第ｉのアナログフロントエンド回路ＡＦＥｉに入力されてもよい。また、第２の環境センサーＡＳ２からの検出信号が、第１〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷｐのうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｐ且つｉ≠ｊである整数）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷｊを介して、第１〜第ｐのアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１〜ＡＦＥｐのうちの第ｊのアナログフロントエンド回路ＡＦＥｊに入力されてもよい。

或いは、第１及び第２の環境センサーＡＳ１、ＡＳ２からの検出信号が、第１〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷｐのうちの第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路ＴＲＳＷｋを介して、第１〜第ｐのアナログフロントエンド回路ＡＦＥ１〜ＡＦＥｐのうちの第ｋのアナログフロントエンド回路ＡＦＥｋに入力されてもよい。

図１１は、本実施形態の超音波測定装置２００における位相走査を説明する図である。簡単にするために、図１１では４個の超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ４について説明する。ＵＥ１〜ＵＥ４は、等間隔ｄで配置されている。そして供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４の位相はＶＤＲ１が最も早く、ＶＤＲ２、ＶＤＲ３、ＶＤＲ４の順に所定の位相差だけ遅くなる。即ち、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４は、ＶＤＲ１、ＶＤＲ２、ＶＤＲ３、ＶＤＲ４の順に所定の時間差Δｔを伴って供給される。

図３には、各超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ４から放射された超音波の或る時刻における波面Ｗ１〜Ｗ４を示す。各超音波素子から放射された超音波は合成されて、合成された超音波の波面ＷＴを形成する。この波面ＷＴの放線方向ＤＴが合成された超音波の放射方向（ビーム方向）となる。ビーム方向ＤＴとアレイ面の法線方向との成す角度θｓは、
ｓｉｎθｓ＝ｃ×Δｔ／ｄ （１）
で与えられる。ここでｃは音速、Δｔは駆動信号の時間差、ｄは素子間隔である。

このように位相走査、即ち各超音波素子に供給する駆動信号の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を変化させることができる。具体的には、例えば図２に示す構成例では、信号線ＳＬ１〜ＳＬ１２のそれぞれに供給する駆動信号の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を第１の方向Ｄ１又は第２の方向Ｄ２に沿って走査（スキャン）させることができる。即ち、第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２は位相走査のスキャン方向であり、第３及び第４の方向Ｄ３、Ｄ４はスライス方向である。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、本実施形態の超音波測定装置２００における環境センサーからの検出信号の測定処理を行うタイミングの一例を説明する図である。図１２（Ａ）は図１１で説明した位相走査を行う場合であり、図１２（Ｂ）は位相走査を行わない場合であり、どちらも６個の超音波素子に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６を示す。なお、駆動信号の波形及び検出信号の測定処理を行うタイミングは、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すものに限定されるものではない。

上述したように位相走査においては、位相差（時間差）を伴った駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６が供給される。例えば図１２（Ａ）の第１の期間ＴＡでは、ＶＤＲ６の位相が最も早く、ＶＤＲ６からＶＤＲ１に向かって所定の位相差だけ遅くなる。測定部２３０は、第１の期間ＴＡのうちの前半期間ＴＡ１又は後半期間ＴＡ２において、環境センサーからの検出信号の測定処理を行うことができる。

また例えば図１２（Ｂ）の第１の期間ＴＢでは、ＶＤＲ１の位相が最も早く、ＶＤＲ１からＶＤＲ６に向かって所定の位相差だけ遅くなる。測定部２３０は、第１の期間ＴＢのうちの前半期間ＴＢ１又は後半期間ＴＢ２において、環境センサーからの検出信号の測定処理を行うことができる。

位相走査を行わない場合には、図１２（Ｂ）に示すようにＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は同一の位相で供給される。測定部２３０は、第１の期間ＴＣのうちの前半期間ＴＣ１又は後半期間ＴＣ２において、環境センサーからの検出信号の測定処理を行うことができる。

前半期間とは、第１の期間のうちの始めの期間であって、駆動信号が出力されない期間である。また、後半期間とは、第１の期間のうちの終わりの期間であって、駆動信号が出力されない期間である。

このように第１の期間のうちの前半期間又は後半期間、即ち駆動信号が供給されていない期間において、測定部２３０が検出信号の測定処理を行うことができる。こうすることで、環境センサーからの検出信号が駆動信号によるノイズ等の影響を受けることを防止することができる。

超音波素子に駆動信号を印加することで超音波が放射されるが、それに伴って熱が発生し、センサー部の温度が上昇する。超音波診断装置では、プローブ部分（センサー部）を人体の皮膚に接触させて用いるため、センサー部の温度が体温（例えば３７°Ｃ）より過度に高くならないように認証基準が定められている。

本実施形態の超音波測定装置２００によれば、センサー部２１０に設けられた温度センサー（環境センサー）（例えば図２のＡＳ１、ＡＳ２）からの検出信号に基づいてセンサー部２１０の温度を測定し、この測定結果に基づいてセンサー部２１０の温度上昇を抑制することができる。

図１３は、環境センサーからの検出信号の測定結果に基づく、第１の期間の繰り返し周波数又は駆動信号振幅の設定の一例を説明する図である。横軸は測定されたセンサー部２１０の温度を示し、縦軸は第１の期間の繰り返し周波数又は駆動信号の振幅を示す。なお、第１の期間の繰り返し周波数又は駆動信号振幅の制御は、図１３に示すものに限定されるものではない。

図１３に示すように、センサー部２１０の温度が第１の温度Ｔ１以下の場合には、第１の期間の繰り返し周波数は初期設定値ｆ０に設定されている。そしてセンサー部２１０の温度がＴ１より高くなった場合には、第１の期間の繰り返し周波数はｆ０より低い値ｆ１に設定される。さらにセンサー部２１０の温度が第２の温度Ｔ２より高くなった場合には、第１の期間の繰り返し周波数はｆ１より低い値ｆ２に設定される。なお、第１の温度Ｔ１は例えば３８°Ｃに設定し、第２の温度は例えば４２°Ｃに設定することができる。

或いは、駆動信号の振幅を可変に設定してもよい。図１３に示すように、センサー部２１０の温度が第１の温度Ｔ１以下の場合には、駆動信号の振幅は初期設定値Ｖ０に設定されている。そしてセンサー部２１０の温度がＴ１より高くなった場合には、駆動信号の振幅はＶ０より低い値Ｖ１に設定される。さらにセンサー部２１０の温度が第２の温度Ｔ２より高くなった場合には、駆動信号の振幅はＶ１より低い値Ｖ２に設定される。

このようにセンサー部２１０の温度が上昇した場合に、第１の期間の繰り返し周波数を低下させ、又は駆動信号振幅を減少させることで、超音波素子から発生する熱を制御することができるから、センサー部２１０の温度上昇を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の超音波測定装置２００によれば、超音波素子と温度センサー（環境センサー）とを同一基板上に形成することができるから、基板（センサー部）の温度を精度良く測定することができる。そして測定された温度に基づいて、第１の期間の繰り返し周波数又は駆動信号振幅を可変に設定することができるから、センサー部の温度が過度に上昇することを防止することができる。さらに、第１の期間において測定部を環境センサーからの検出信号の測定処理に活用することで、専用の測定回路が不要になる。その結果、簡素な構成で人体に安全で信頼性の高い超音波測定装置を実現することなどが可能になる。

４．診断装置
図１４に、本実施形態の超音波測定装置（超音波プローブ）２００を含む診断装置（電子機器）４００の基本的な構成例を示す。診断装置４００は、超音波プローブ２００、制御部３１０、処理部３２０、ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０、表示部３４０を含む。なお、本実施形態の診断装置（電子機器）４００は図１４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。

制御部３１０は、超音波プローブ２００に対して超音波の送受信制御を行い、処理部３２０に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部３２０は、測定部２３０からの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０は、ユーザーの行う操作（例えばタッチパネル操作など）に基づいて制御部３１０に必要な命令（コマンド）を出力する。表示部３４０は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部３２０からの表示用画像データを表示する。

なお、制御部３１０をメイン制御部とサブ制御部とに分割して、サブ制御部を超音波プローブ２００に含める構成にしてもよい。

図１４には示していないが、センサー部２１０と接続部（図示せず）とを含むプローブヘッドを設ける構成にしてもよい。プローブヘッドは脱着可能であって、センサー部２１０は、装着時に接続部を介してスイッチ部２２０と接続される。こうすることで、センサー部２１０が破損した場合などにプローブヘッドだけを交換すればよいから修理費の低減やユーザーの利便性の向上などが可能になり、さらにプローブヘッドを使い捨てにすることで衛生面の向上なども期待できる。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波測定装置、電子機器及び診断装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００ 超音波素子アレイ、２００ 超音波測定装置、２１０ センサー部、
２２０ スイッチ部、２３０ 測定部、２４０ 送信部、３１０ 制御部、
３２０ 処理部、３３０ ＵＩ部、３４０ 表示部、
ＵＥ 超音波素子、ＧＵ１〜ＧＵ３ 超音波素子群、
ＡＳ１、ＡＳ２ 環境センサー、ＣＬ１〜ＣＬ８ コモン電極線、
ＣＯＭ 共通コモン電極線、ＳＬ１〜ＳＬ１２ 信号線、
ＡＳＬ１、ＡＳＬ２ 環境センサー線、
ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ３ 送受信切換用スイッチ回路、
ＡＦＥ１〜ＡＦＥ３ アナログフロントエンド回路、ＭＵＸ マルチプレクサー、
ＨＶ＿Ｐ 駆動信号発生器

Claims (15)

1. 複数の超音波素子がアレイ状に配置される超音波素子アレイと環境センサーとを有するセンサー部と、
   前記超音波素子アレイに対して駆動信号を出力する送信部と、
   前記超音波素子アレイからの受信信号及び前記環境センサーからの検出信号が入力される測定部と、
   前記センサー部、前記送信部及び前記測定部に接続されるスイッチ部とを含み、
   前記測定部は、
   前記センサー部から前記スイッチ部を介して入力される前記受信信号及び前記検出信号の測定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記送信部は、
   第１の期間において、前記超音波素子アレイに対して前記駆動信号を出力し、
   前記測定部は、
   前記第１の期間に続く第２の期間において、前記超音波素子アレイからの前記受信信号の測定処理を行い、
   前記第１の期間において、前記環境センサーからの前記検出信号の測定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２において、
   前記測定部は、
   前記第１の期間のうちの前半期間又は後半期間において、前記環境センサーからの前記検出信号の測定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項２又は３において、
   前記送信部は、
   前記測定部が出力する、前記環境センサーからの前記検出信号の測定結果に基づいて、前記第１の期間の繰り返し周波数又は前記駆動信号の振幅を可変に設定することを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記センサー部は、前記環境センサーとして、
   前記超音波素子アレイの第１の方向側に設けられる第１の環境センサーと、
   前記超音波素子アレイの、前記第１の方向の反対方向である第２の方向側に設けられる第２の環境センサーとを有することを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項５において、
   前記センサー部は、
   前記超音波素子アレイからの第１の信号線〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線と、
   前記第１の環境センサーに接続され、前記第１の信号線の前記第１方向側に設けられる第１の環境センサー線と、
   前記第２の環境センサーに接続され、前記第ｎの信号線の前記第２方向側に設けられる第２の環境センサー線とを有することを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項６において、
   前記超音波素子アレイは、
   アレイ状に配置される前記複数の超音波素子として、
   第１の超音波素子群〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の超音波素子群を有し、
   前記スイッチ部は、
   前記第１の超音波素子群〜前記第ｐの超音波素子群に対応して設けられる第１の送受信切換用スイッチ回路〜第ｐの送受信切換用スイッチ回路を有し、
   前記第１の環境センサー線は、前記第１の送受信切換用スイッチ回路を介して前記測定部に接続され、
   前記第２の環境センサー線は、前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路を介して前記測定部に接続されることを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項７において、
   前記測定部は、
   前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路に対応して設けられ、複数チャネル分のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有する第１のアナログフロントエンド回路〜第ｐのアナログフロントエンド回路を有し、
   前記第１のアナログフロントエンド回路は、前記第１の環境センサー線を介して入力される検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行い、
   前記第ｐのアナログフロントエンド回路は、前記第２の環境センサー線を介して入力される検出信号のＡ／Ｄ変換処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項８において、
   前記センサー部は、前記環境センサーとして、
   前記超音波素子アレイの前記第１の方向側に設けられ、前記第１の環境センサー線に接続される第３の環境センサーと、
   前記超音波素子アレイの前記第２の方向側に設けられ、前記第２の環境センサー線に接続される第４の環境センサーとをさらに有することを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    前記スイッチ部は、
    第１の送受信切換用スイッチ回路〜第ｐ（ｐは２以上の整数）の送受信切換用スイッチ回路を有し、
    前記測定部は、
    前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路に対応して設けられ、複数チャネル分のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ有する第１のアナログフロントエンド回路〜第ｐのアナログフロントエンド回路を有し、
    前記環境センサーからの前記検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のいずれか１つを介して、前記測定部に入力されることを特徴とする超音波測定装置。
11. 請求項１０において、
    前記センサー部は、前記環境センサーとして、
    第１の環境センサーと第２の環境センサーとを有し、
    前記第１の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｉのアナログフロントエンド回路に入力され、
    前記第２の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｐ且つｉ≠ｊである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｊのアナログフロントエンド回路に入力されることを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項１０において、
    前記センサー部は、前記環境センサーとして、
    第１の環境センサーと第２の環境センサーとを有し、
    前記第１の環境センサー及び前記第２の環境センサーからの検出信号が、前記第１の送受信切換用スイッチ回路〜前記第ｐの送受信切換用スイッチ回路のうちの第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｐである整数）の送受信切換用スイッチ回路を介して、前記第１のアナログフロントエンド回路〜前記第ｐのアナログフロントエンド回路のうちの第ｋのアナログフロントエンド回路に入力されることを特徴とする超音波測定装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    前記環境センサーは、前記超音波素子アレイが形成される基板上に形成されることを特徴とする超音波測定装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の超音波測定装置を含むことを特徴とする電子機器。
15. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の超音波測定装置と、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする診断装置。

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