JP2013247982A - Processing apparatus, ultrasonic device, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

Processing apparatus, ultrasonic device, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus Download PDF

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勇祐 中澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a processing apparatus with a simple configuration, capable of simultaneously emitting ultrasonic waves of a plurality of different frequencies; an ultrasonic device; an ultrasonic probe; and an ultrasonic diagnostic apparatus.SOLUTION: A processing apparatus 200 for an ultrasonic device 100 includes: a transmission unit 210 for outputting drive signals VDR1 to VDRn to the ultrasonic device 100; and a control unit 220 for controlling the transmission unit 210. The ultrasonic device 100 has first to n-th ultrasonic element groups UEG1 to UEGn having resonance characteristics of first to n-th (n is an integer ≥2). The transmission unit 210 outputs drive signals of a half-wave pulse as the drive signals VDR1 to VDRn to the first to n-th ultrasonic element groups UEG 1 to UEGn.

Description

本発明は、処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置等に関する。   The present invention relates to a processing apparatus, an ultrasonic device, an ultrasonic probe, an ultrasonic diagnostic apparatus, and the like.

対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための診断装置や血管中の血液の流速をドップラー効果を利用して検出する診断装置などが知られている。血液の流速を精度良く検出するためには、フーリエ解析に用いるサンプル数を多くする必要があるが、そのためにはサンプリング周波数を上げたり、複数の異なる周波数の超音波を用いるなどの方法がある。例えば特許文献1には、異なる周波数の超音波素子を混在させる手法が開示されている。しかしながらこの手法では、送信回路の構成が複雑になるなどの課題がある。   As a device for irradiating ultrasonic waves toward an object and receiving reflected waves from interfaces with different acoustic impedances inside the object, for example, a diagnostic device for examining the inside of a human body or the flow velocity of blood in a blood vessel There are known diagnostic devices that detect the Doppler effect using the Doppler effect. In order to detect the blood flow rate with high accuracy, it is necessary to increase the number of samples used for Fourier analysis. For this purpose, there are methods such as increasing the sampling frequency or using ultrasonic waves having a plurality of different frequencies. For example, Patent Document 1 discloses a method of mixing ultrasonic elements having different frequencies. However, this method has problems such as a complicated transmission circuit configuration.

特開2003−169800号公報JP 2003-169800 A

本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で複数の異なる周波数の超音波を同時に出射させることができる処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a processing apparatus, an ultrasonic device, an ultrasonic probe, an ultrasonic diagnostic apparatus, and the like that can simultaneously emit a plurality of ultrasonic waves having different frequencies with a simple configuration.

本発明の一態様は、超音波デバイスの処理装置であって、前記超音波デバイスに対して駆動信号を出力する送信部と、前記送信部を制御する制御部とを含み、前記超音波デバイスは、第1の周波数〜第n(nは2以上の整数)の周波数の共振特性を有する第1の超音波素子群〜第nの超音波素子群を有し、前記送信部は、前記第1の超音波素子群〜前記第nの超音波素子群に対して、前記駆動信号として、半波パルスの駆動信号を出力する処理装置に関係する。   One aspect of the present invention is an ultrasonic device processing apparatus including a transmission unit that outputs a drive signal to the ultrasonic device, and a control unit that controls the transmission unit. , First ultrasonic element group to nth ultrasonic element group having resonance characteristics of a frequency from a first frequency to an nth (n is an integer of 2 or more), and the transmission unit includes the first ultrasonic element group To a processing apparatus that outputs a driving signal of a half-wave pulse as the driving signal for the ultrasonic element group to the n-th ultrasonic element group.

本発明の一態様によれば、第1〜第nの周波数の共振特性を有する超音波デバイスを1つの周波数の半波パルスで駆動することにより、簡素な構成で複数の異なる周波数の超音波を同時に出射させることができる。その結果、効率的で精度の高い検出などが可能になる。   According to one aspect of the present invention, an ultrasonic device having resonance characteristics of the first to nth frequencies is driven by a half-wave pulse of one frequency, so that ultrasonic waves of a plurality of different frequencies can be generated with a simple configuration. It can be made to emit simultaneously. As a result, efficient and highly accurate detection becomes possible.

また本発明の一態様では、前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数及び前記第iの周波数より高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数は、前記第jの周波数が前記第iの周波数の非整数倍であってもよい。   In one embodiment of the present invention, an i-th frequency (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1) of the first to n-th frequencies and a j-th higher frequency than the i-th frequency. As for the frequency (j is an integer satisfying 2 ≦ j ≦ n), the j-th frequency may be a non-integer multiple of the i-th frequency.

このようにすれば、第jの周波数が第iの周波数の高調波にならないから、高調波の周波数成分が受信信号に与える影響を防止することができる。   In this way, since the j-th frequency does not become a harmonic of the i-th frequency, the influence of the frequency component of the harmonic on the received signal can be prevented.

また本発明の一態様では、前記半波パルスの周波数は、前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの最も高い周波数よりも高い周波数であってもよい。   In the aspect of the invention, the frequency of the half-wave pulse may be higher than the highest frequency among the first frequency to the n-th frequency.

このようにすれば、第1の周波数〜第nの周波数の超音波を効率良く出射することができる。   In this way, it is possible to efficiently emit ultrasonic waves having the first to nth frequencies.

また本発明の一態様では、前記半波パルスは、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかであってもよい。   In the aspect of the invention, the half-wave pulse may be any one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangular wave, and a half-wave sine wave.

このようにすれば、1つの周波数の半波パルスで駆動することにより、第1〜第nの周波数の超音波を同時に出射させることができる。   If it does in this way, the ultrasonic wave of the 1st-nth frequency can be radiate | emitted simultaneously by driving with the half wave pulse of one frequency.

また本発明の一態様では、前記超音波デバイスからの受信信号の受信処理を行う受信部を含み、前記受信部は、前記第1の周波数〜前記第nの周波数が通過周波数帯域に含まれる第1のバンドパスフィルター回路〜第nのバンドパスフィルター回路を有してもよい。   According to another aspect of the present invention, a reception unit that performs reception processing of a reception signal from the ultrasonic device includes the first frequency to the nth frequency included in a pass frequency band. 1 band-pass filter circuit to n-th band-pass filter circuit may be included.

このようにすれば、第1〜第nのバンドパスフィルター回路により、受信信号から第1〜第nの周波数を含む所望の周波数成分を分離して出力することができる。   In this way, the first to nth bandpass filter circuits can separate and output desired frequency components including the first to nth frequencies from the received signal.

また本発明の一態様では、前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号に基づいて周波数解析を行う信号解析部を含んでもよい。   In one embodiment of the present invention, a signal analyzing unit that performs frequency analysis based on output signals of the first to nth bandpass filter circuits may be included.

このようにすれば、第1〜第nのバンドパスフィルター回路の出力信号の周波数解析を行うことで、第1〜第nの周波数の超音波によるエコー信号の周波数分布などを解析することができる。   In this way, by performing frequency analysis of the output signals of the first to nth band pass filter circuits, it is possible to analyze the frequency distribution of the echo signal by the ultrasonic waves of the first to nth frequencies. .

また本発明の一態様では、前記信号解析部は、前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号を直交検波する第1の直交検波器〜第nの直交検波器と、前記第1の直交検波器〜前記第nの直交検波器により直交検波された信号に基づいて周波数解析を行う少なくとも1つのフーリエ変換器と、前記少なくとも1つのフーリエ変換器の解析結果に基づいて演算を行う少なくとも1つの演算回路とを有してもよい。   In one aspect of the present invention, the signal analysis unit includes a first quadrature detector to an nth quadrature detection that quadrature-detects output signals of the first bandpass filter circuit to the nth bandpass filter circuit. An analysis result of the at least one Fourier transformer, and at least one Fourier transformer that performs frequency analysis based on a signal quadrature detected by the first to n-th quadrature detectors. You may have at least 1 arithmetic circuit which performs a calculation based on.

このようにすれば、直交検波を行うことで受信信号から周波数シフトの成分だけを取り出すことができるから、精度の高い周波数解析を行うことができる。   In this way, only the frequency shift component can be extracted from the received signal by performing quadrature detection, so that it is possible to perform highly accurate frequency analysis.

また本発明の一態様では、前記信号解析部は、前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の各出力信号ごとに周波数解析を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the signal analysis unit may perform frequency analysis for each output signal of the first band-pass filter circuit to the n-th band-pass filter circuit.

このようにすれば、第1〜第nの周波数ごとに、それぞれの周波数の超音波によるエコー信号の周波数分布などを解析することができる。   In this way, it is possible to analyze the frequency distribution of the echo signal by the ultrasonic waves of each frequency for each of the first to nth frequencies.

また本発明の一態様では、前記信号解析部は、前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の第1の出力信号〜第nの出力信号から得られる第1のサンプルデータ〜第nのサンプルデータに基づいて、前記周波数解析を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the signal analysis unit may include a first sample obtained from the first output signal to the nth output signal of the first bandpass filter circuit to the nth bandpass filter circuit. The frequency analysis may be performed based on data to n-th sample data.

このようにすれば、解析に用いるデータのサンプル数を多くすることができ、また時間応答性を向上させることができるから効率的で精度の高い周波数解析が可能になる。   In this way, the number of data samples used for analysis can be increased, and the time response can be improved, so that efficient and highly accurate frequency analysis can be performed.

また本発明の一態様では、前記信号解析部は、前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号を規格化する第1の規格化回路〜第nの規格化回路を有し、前記第1の規格化回路〜前記第nの規格化回路は、前記第1の周波数〜前記第nの周波数の受信信号を1つの基準周波数の信号に変換する規格化処理を行い、前記フーリエ変換器は、前記第1の規格化回路〜前記第nの規格化回路により規格化された信号を合成して周波数解析を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the signal analysis unit may include a first normalization circuit to an nth normalization that normalizes output signals of the first bandpass filter circuit to the nth bandpass filter circuit. And the first normalization circuit to the nth normalization circuit perform a normalization process for converting a reception signal of the first frequency to the nth frequency into a signal of one reference frequency. The Fourier transformer may perform frequency analysis by combining signals normalized by the first normalization circuit to the nth normalization circuit.

このようにすれば、規格化された信号を合成して周波数解析を行うことができるから、異なる周波数の超音波によるエコー信号の周波数分布などを効率的に解析することができる。   In this way, since frequency analysis can be performed by synthesizing standardized signals, it is possible to efficiently analyze the frequency distribution of echo signals by ultrasonic waves having different frequencies.

本発明の他の態様は、第1の周波数〜第n(nは2以上の整数)の周波数の共振特性を有する第1の超音波素子群〜第nの超音波素子群と、第1の方向に沿って配線される複数の駆動電極線と、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線される複数のコモン電極線とを含み、前記第1の超音波素子群〜前記第nの超音波素子群の各超音波素子群は、前記第2の方向に沿って配置される複数の超音波素子列を有し、前記複数の超音波素子列の各超音波素子列は、前記第1の方向に沿って配置される複数の超音波素子を有し、前記複数の超音波素子の各超音波素子が有する第1の電極は、前記複数の駆動電極線のいずれかに接続され、前記複数の超音波素子の各超音波素子が有する第2の電極は、前記複数のコモン電極線のいずれかに接続される超音波デバイスに関係する。   According to another aspect of the present invention, a first ultrasonic element group to an nth ultrasonic element group having resonance characteristics of a frequency of a first frequency to an nth (n is an integer of 2 or more), Including a plurality of drive electrode lines wired along a direction and a plurality of common electrode lines wired along a second direction intersecting the first direction, the first ultrasonic element group to Each ultrasonic element group of the nth ultrasonic element group includes a plurality of ultrasonic element arrays arranged along the second direction, and each ultrasonic element array of the plurality of ultrasonic element arrays. Has a plurality of ultrasonic elements arranged along the first direction, and the first electrode of each of the plurality of ultrasonic elements is one of the plurality of drive electrode lines. The second electrode of each of the plurality of ultrasonic elements is connected to any one of the plurality of common electrode lines. Is the related to the ultrasound device.

本発明の他の態様によれば、複数の駆動電極線に対して駆動信号を供給することで、第1〜第nの周波数の共振特性を有する第1〜第nの超音波素子群を駆動し、第1〜第nの周波数の超音波を同時に出射することができる。   According to another aspect of the present invention, driving signals are supplied to a plurality of driving electrode lines to drive first to nth ultrasonic element groups having resonance characteristics of first to nth frequencies. In addition, ultrasonic waves having the first to nth frequencies can be emitted simultaneously.

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

このようにすれば、圧電体膜を有する超音波素子を基板上にアレイ状に配置することができる。   In this way, the ultrasonic elements having the piezoelectric film can be arranged on the substrate in an array.

また本発明の他の態様では、前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの、第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数の共振特性を有する超音波素子の前記開口の短辺の長さは、前記第iの周波数より高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数の共振特性を有する超音波素子の前記開口の短辺の長さより長くてもよい。   In another aspect of the present invention, the ultrasonic element having resonance characteristics of an i-th frequency (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1) among the first frequency to the n-th frequency. The length of the short side of the opening of the ultrasonic element having resonance characteristics of the j-th frequency (j is an integer satisfying 2 ≦ j ≦ n) higher than the i-th frequency. It may be longer.

このようにすれば、第1〜第nの周波数の共振特性を有する超音波素子を、同一基板上に混在して形成することができる。   In this way, ultrasonic elements having resonance characteristics of the first to nth frequencies can be mixed and formed on the same substrate.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の処理装置を含む超音波プローブに関係する。   Another aspect of the present invention relates to an ultrasonic probe including any of the processing apparatuses described above.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波デバイスを含む超音波プローブに関係する。   Another aspect of the present invention relates to an ultrasonic probe including any of the ultrasonic devices described above.

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

図1(A)、図1(B)は、超音波素子の基本的な構成例。1A and 1B are basic configuration examples of an ultrasonic element. 半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波の例。Examples of half-wave square wave, half-wave triangle wave, and half-wave sine wave. 図3(A)、図3(B)、図3(C)は、半波の矩形波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布。FIGS. 3A, 3B, and 3C are frequency distributions of ultrasonic waves emitted when a half-wave rectangular wave is input. 図4(A)、図4(B)、図4(C)は、半波の正弦波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布。4A, 4B, and 4C are frequency distributions of ultrasonic waves emitted when a half-wave sine wave is input. 図5(A)、図5(B)、図5(C)は、半波の三角波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布。FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C show the frequency distribution of ultrasonic waves emitted when a half-wave triangular wave is input. 超音波デバイスの構成例。The structural example of an ultrasonic device. 処理装置の構成例。The structural example of a processing apparatus. 図8(A)、図8(B)は、受信部及び信号解析部の第1、第2の構成例。8A and 8B show first and second configuration examples of the receiving unit and the signal analyzing unit. 図9(A)、図9(B)は、ドップラー効果による流速検出を説明する図。FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams for explaining flow velocity detection by the Doppler effect. 超音波プローブ及び超音波診断装置の基本的な構成例。2 is a basic configuration example of an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus. 図11(A)、図11(B)は、超音波診断装置の具体的な構成例。図11(C)は、超音波プローブの具体的な構成例。FIG. 11A and FIG. 11B are specific configuration examples of the ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 11C illustrates 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.超音波素子
図1(A)、図1(B)に本実施形態の超音波装置に含まれる超音波素子UEの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子UEは、振動膜(メンブレン、支持部材)MBと、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極(第1電極層)EL1、圧電体膜(圧電体層)PE、上部電極(第2電極層)EL2を有する。なお、本実施形態の超音波素子UEは図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
1. Ultrasonic Element FIGS. 1A and 1B show a basic configuration example of the ultrasonic element UE included in the ultrasonic apparatus of the present embodiment. The ultrasonic element UE of the present embodiment includes a vibration film (membrane, support member) MB and a piezoelectric element unit. The piezoelectric element portion includes a lower electrode (first electrode layer) EL1, a piezoelectric film (piezoelectric layer) PE, and an upper electrode (second electrode layer) EL2. Note that the ultrasonic element UE of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 1, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

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

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

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

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

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

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OPより超音波が放射される。   The cavity region CAV is formed by etching by reactive ion etching (RIE) or the like from the back surface (surface on which no element is formed) side of the silicon substrate SUB. Ultrasonic waves are radiated from the opening OP of the cavity region CAV.

超音波素子UEの下部電極は、第1電極層EL1により形成され、上部電極は、第2電極層EL2により形成される。具体的には、第1電極層EL1のうちの圧電体膜PEに覆われた部分が下部電極を形成し、第2電極層EL2のうちの圧電体膜PEを覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜PE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 element UE is formed by the first electrode layer EL1, and the upper electrode is formed by the second electrode layer EL2. Specifically, a portion of the first electrode layer EL1 covered with the piezoelectric film PE forms a lower electrode, and a portion of the second electrode layer EL2 that covers the piezoelectric film PE forms an upper electrode. . That is, the piezoelectric film PE is provided between the lower electrode and the upper electrode.

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

超音波素子UEは、開口OPの短辺の長さLOPによって決まる共振特性を有する。開口OPの短辺の長さLOPが長いほど共振周波数が低くなり、開口OPの短辺の長さLOPが短いほど共振周波数が高くなる。第1〜第n(nは2以上の整数)の周波数f1〜fnの共振周波数を有する第1〜第nの超音波素子について、第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数fiの共振特性を有する第iの超音波素子の開口OPの短辺の長さLOPiは、第iの周波数fiより高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数fjの共振特性を有する第jの超音波素子の開口OPの短辺の長さLOPjより長い。即ち、第iの超音波素子の共振周波数をfi、第jの超音波素子の共振周波数をfj(fi<fj)とし、第i、第jの超音波素子の開口OPの短辺の長さをLOPi、LOPjとした場合に、LOPi>LOPjである。   The ultrasonic element UE has a resonance characteristic determined by the length LOP of the short side of the opening OP. The longer the short side length LOP of the opening OP, the lower the resonance frequency, and the shorter the short side length LOP of the opening OP, the higher the resonance frequency. The first to n-th ultrasonic elements having resonance frequencies of the first to n-th (n is an integer of 2 or more) frequencies f1 to fn are i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1). The length LOPi of the short side of the opening OP of the i-th ultrasonic element having the resonance characteristic of the frequency fi is the j-th frequency j (j is an integer satisfying 2 ≦ j ≦ n) higher than the i-th frequency fi. This is longer than the length LOPj of the short side of the opening OP of the j-th ultrasonic element having the following resonance characteristics. That is, the resonance frequency of the i-th ultrasonic element is fi, the resonance frequency of the j-th ultrasonic element is fj (fi <fj), and the length of the short side of the opening OP of the i-th and j-th ultrasonic elements. Is LOPi> LOPj, where LOPi> LOPj.

超音波素子UEが第iの周波数の共振特性を有するとは、超音波素子UEから出射される超音波が第iの周波数においてピークをもつということである。   The ultrasonic element UE having the resonance characteristic of the i-th frequency means that the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic element UE has a peak at the i-th frequency.

後述するように、本実施形態の超音波デバイス100では、開口OPの短辺の長さLOPが異なる超音波素子を設けることで、異なる共振周波数をもつ超音波素子を1つの基板上に混在して配置することができる。   As will be described later, in the ultrasonic device 100 of the present embodiment, ultrasonic elements having different resonance frequencies are mixed on one substrate by providing ultrasonic elements having different lengths LOP of the short sides of the opening OP. Can be arranged.

超音波素子UEの圧電体膜PEに印加する信号(駆動信号)として半波パルスを用いることができる。この半波パルスとして、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかを用いることができる。或いは、半波パルスとして、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかを用いることが望ましい。   A half-wave pulse can be used as a signal (driving signal) applied to the piezoelectric film PE of the ultrasonic element UE. As the half-wave pulse, any one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangular wave, and a half-wave sine wave can be used. Alternatively, it is desirable to use any one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangle wave, and a half-wave sine wave as the half-wave pulse.

半波パルスの信号波形は、電圧が基準電圧から最大電圧まで変化する1つの立ち上がり部と、電圧が最大電圧から基準電圧まで変化する1つの立ち下がり部とから構成される信号波形である。但し、立ち上がり部における電圧変化は単調増加とは限らず、立ち下がり部における電圧変化は単調減少とは限らない。例えば、立ち上がり部がオーバーシュートを含んでもよいし、立ち下がり部がアンダーシュートを含んでもよい。   The signal waveform of the half-wave pulse is a signal waveform composed of one rising portion where the voltage changes from the reference voltage to the maximum voltage and one falling portion where the voltage changes from the maximum voltage to the reference voltage. However, the voltage change at the rising portion is not always monotonically increasing, and the voltage change at the falling portion is not always monotonically decreasing. For example, the rising portion may include overshoot, and the falling portion may include undershoot.

図2に、半波パルスとして、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波の例を示す。図2に示すように、半波パルスは1/2周期分の信号で構成される。このような半波パルスを駆動信号として用いることで、異なる共振周波数をもつ複数の超音波素子を同一周波数の半波パルスで駆動することができる。これは、これらの半波パルスが広い周波数成分をもっているからである。   FIG. 2 shows examples of half-wave pulses, half-wave triangle waves, and half-wave sine waves as half-wave pulses. As shown in FIG. 2, the half-wave pulse is composed of a signal for ½ period. By using such a half-wave pulse as a drive signal, a plurality of ultrasonic elements having different resonance frequencies can be driven by a half-wave pulse having the same frequency. This is because these half-wave pulses have a wide frequency component.

図3(A)、図3(B)、図3(C)に、半波の矩形波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布(周波数スペクトル)を示す。超音波素子の共振周波数は1MHzである。図3(A)は0.5MHzの半波の矩形波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzの近傍で出力が著しく減少している。また、0.5MHz付近で出力のサブピークが見られる。一方、図3(B)、図3(C)はそれぞれ1MHz、1.5MHzの半波の矩形波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzの近傍で出力の減少は見られない。   FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C show the frequency distribution (frequency spectrum) of ultrasonic waves emitted when a half-wave rectangular wave is input. The resonance frequency of the ultrasonic element is 1 MHz. FIG. 3A shows a case where a half-wave rectangular wave of 0.5 MHz is input, but the output is remarkably reduced in the vicinity of the resonance frequency of 1 MHz. In addition, a sub-peak of output is seen around 0.5 MHz. On the other hand, FIG. 3B and FIG. 3C show the case where a 1 MHz and 1.5 MHz half-wave rectangular wave is input, respectively, but no decrease in output is observed near the resonance frequency of 1 MHz.

図4(A)、図4(B)、図4(C)に、半波の正弦波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布を示す。超音波素子の共振周波数は1MHzである。図4(A)は0.5MHzの半波の正弦波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzより低い周波数領域でも出力が分布している。一方、図3(B)、図3(C)はそれぞれ1MHz、1.5MHzの半波の正弦波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzの近傍でシャープなピークが見られる。   FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C show frequency distributions of ultrasonic waves emitted when a half-wave sine wave is input. The resonance frequency of the ultrasonic element is 1 MHz. FIG. 4A shows a case where a 0.5 MHz half-wave sine wave is input, but the output is distributed even in a frequency region lower than the resonance frequency of 1 MHz. On the other hand, FIG. 3B and FIG. 3C show the case where a half sine wave of 1 MHz and 1.5 MHz is input, respectively, but a sharp peak is seen in the vicinity of the resonance frequency of 1 MHz.

図5(A)、図5(B)、図5(C)に、半波の三角波を入力した場合に出射される超音波の周波数分布を示す。超音波素子の共振周波数は1MHzである。図4(A)は0.5MHzの半波の三角波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzより低い周波数領域でも出力が分布している。一方、図3(B)、図3(C)はそれぞれ1MHz、1.5MHzの半波の正弦波を入力した場合であるが、共振周波数1MHzの近傍でシャープなピークが見られる。   FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C show frequency distributions of ultrasonic waves emitted when a half-wave triangular wave is input. The resonance frequency of the ultrasonic element is 1 MHz. FIG. 4A shows a case where a 0.5 MHz half-wave triangular wave is input, but the output is distributed even in a frequency region lower than the resonance frequency of 1 MHz. On the other hand, FIG. 3B and FIG. 3C show the case where a half sine wave of 1 MHz and 1.5 MHz is input, respectively, but a sharp peak is seen in the vicinity of the resonance frequency of 1 MHz.

以上のことから、超音波素子の共振周波数より低い周波数の半波パルスを用いた場合には、出射される超音波の周波数スペクトルは複雑になる。一方、超音波素子の共振周波数より高い周波数の半波パルスを用いた場合には、出射される超音波の周波数スペクトルは望ましい形になる。従って、異なる共振周波数をもつ複数の超音波素子を同一の半波パルスで駆動する場合には、最も高い共振周波数よりも高い周波数の半波パルスを用いるのが望ましい。   From the above, when a half-wave pulse having a frequency lower than the resonance frequency of the ultrasonic element is used, the frequency spectrum of the emitted ultrasonic wave becomes complicated. On the other hand, when a half-wave pulse having a frequency higher than the resonance frequency of the ultrasonic element is used, the frequency spectrum of the emitted ultrasonic wave has a desirable shape. Therefore, when driving a plurality of ultrasonic elements having different resonance frequencies with the same half-wave pulse, it is desirable to use a half-wave pulse with a frequency higher than the highest resonance frequency.

2.超音波デバイス
図6に、本実施形態の超音波デバイス100の構成例を示す。本構成例の超音波デバイス100は、第1〜第n(nは2以上の整数)の超音波素子群UEG1〜UEGn、複数の駆動電極線DL11、DL12、DL13・・・、複数のコモン電極線CL1〜CLm(mは2以上の整数)を含む。図6では、例としてm=8、n=4の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の超音波デバイス100は図6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 Device FIG. 6 shows a configuration example of the ultrasonic device 100 of the present embodiment. The ultrasonic device 100 of this configuration example includes first to n-th (n is an integer of 2 or more) ultrasonic element groups UEG1 to UEGn, a plurality of drive electrode lines DL11, DL12, DL13,. Lines CL1 to CLm (m is an integer of 2 or more) are included. FIG. 6 shows a case where m = 8 and n = 4 as an example, but other values may be used. Note that the ultrasonic device 100 of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 6, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

第1〜第nの超音波素子群UEG1〜UEGnは、第1〜第nの周波数の共振周波数を有する。そして各超音波素子群は、第2の方向D2に沿って配置される複数の超音波素子列(例えばUEC11、UEC12、UEC13)を含む。複数の超音波素子列の各超音波素子列は、第1の方向D1に沿って配置される複数の超音波素子を含む。例えば、第1の超音波素子群UEG1は、3つの超音波素子列UEC11、UEC12、UEC13を含む。超音波素子列UEC11は、第1の方向D1に沿って配置される8個の超音波素子UEを含む。3つの超音波素子列UEC11、UEC12、UEC13に含まれる超音波素子は、第1の周波数の共振特性を有する。図6では、各超音波素子群は3つの超音波素子列を含むが、超音波素子列の数はこれに限定されるものではない。   The first to nth ultrasonic element groups UEG1 to UEGn have resonance frequencies of the first to nth frequencies. Each ultrasonic element group includes a plurality of ultrasonic element arrays (for example, UEC11, UEC12, UEC13) arranged along the second direction D2. Each ultrasonic element row of the plurality of ultrasonic element rows includes a plurality of ultrasonic elements arranged along the first direction D1. For example, the first ultrasonic element group UEG1 includes three ultrasonic element rows UEC11, UEC12, and UEC13. The ultrasonic element row UEC11 includes eight ultrasonic elements UE arranged along the first direction D1. The ultrasonic elements included in the three ultrasonic element rows UEC11, UEC12, and UEC13 have resonance characteristics of the first frequency. In FIG. 6, each ultrasonic element group includes three ultrasonic element arrays, but the number of ultrasonic element arrays is not limited to this.

第1〜第nの超音波素子群UEG1〜UEGnの共振周波数をf1〜fnとすると、f1<f2<f3<・・・<fnである場合には、LOP1>LOP2>LOP3>・・・>LOPnである。ここでLOPk(kは1≦k≦nである整数)は第kの超音波素子群UEGkに含まれる超音波素子UEの開口OPの短辺の長さである。   Assuming that the resonance frequencies of the first to nth ultrasonic element groups UEG1 to UEGn are f1 to fn, if f1 <f2 <f3 <... <fn, then LOP1> LOP2> LOP3>. LOPn. Here, LOPk (k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ n) is the length of the short side of the opening OP of the ultrasonic element UE included in the kth ultrasonic element group UEGk.

第1〜第nの周波数のうちの第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数fi及び第iの周波数より高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数fjは、第jの周波数fjが第iの周波数fiの非整数倍となるように設定される。例えばn=4の場合では、f1=1MHz、f2=1.5MHz、f3=3.5MHz、f4=5.5MHzに設定される。このようにすることで、1つの超音波素子群から出射される超音波に含まれる高調波成分が、高調波と同じ共振周波数をもつ他の超音波素子群から出射される超音波と重なることを防止できる。また、A/D変換器のサンプリング時に発生する実際の受信周波数の2倍、3倍などの架空の周波数成分が、本来の受信信号に重なることを防止できる。   Of the first to n-th frequencies, the i-th frequency i (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1) and the j-th higher than the i-th frequency (j is an integer satisfying 2 ≦ j ≦ n) The frequency fj is set so that the j-th frequency fj is a non-integer multiple of the i-th frequency fi. For example, when n = 4, f1 = 1 MHz, f2 = 1.5 MHz, f3 = 3.5 MHz, and f4 = 5.5 MHz. By doing in this way, the harmonic component contained in the ultrasonic wave emitted from one ultrasonic element group overlaps with the ultrasonic wave emitted from another ultrasonic element group having the same resonance frequency as the harmonic. Can be prevented. Further, it is possible to prevent an imaginary frequency component such as twice or three times the actual reception frequency generated at the time of sampling of the A / D converter from overlapping the original reception signal.

複数の駆動電極線DL11、DL12、DL13・・・は、第1の方向D1に沿って配線される。各超音波素子UEが有する第1の電極は、複数の駆動電極線のいずれかに接続される。例えば図6では、第1の超音波素子群UEG1の超音波素子列UEC11に含まれる8個の超音波素子の第1の電極は、駆動電極線DL11に接続される。同様に、超音波素子列UEC12に含まれる8個の超音波素子の第1の電極は、駆動電極線DL12に接続される。   The plurality of drive electrode lines DL11, DL12, DL13,... Are wired along the first direction D1. The first electrode of each ultrasonic element UE is connected to one of the plurality of drive electrode lines. For example, in FIG. 6, the first electrodes of the eight ultrasonic elements included in the ultrasonic element row UEC11 of the first ultrasonic element group UEG1 are connected to the drive electrode line DL11. Similarly, the first electrodes of the eight ultrasonic elements included in the ultrasonic element row UEC12 are connected to the drive electrode line DL12.

超音波を出射する送信期間には、後述する処理装置200が出力する駆動信号が駆動電極線DL11、DL12、・・・を介して各超音波素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、各超音波素子からの受信信号が駆動電極線DL11、DL12、・・・を介して出力される。   In a transmission period in which ultrasonic waves are emitted, a drive signal output from the processing device 200 described later is supplied to each ultrasonic element via the drive electrode lines DL11, DL12,. Further, during the reception period for receiving the ultrasonic echo signal, the reception signal from each ultrasonic element is output via the drive electrode lines DL11, DL12,.

第1〜第mのコモン電極線CL1〜CLm(広義には複数のコモン電極線)は、第2の方向D2に沿って配線される。各超音波素子UEが有する第2の電極は、第1〜第mのコモン電極線CL1〜CLmのうちのいずれかに接続される。   The first to m-th common electrode lines CL1 to CLm (a plurality of common electrode lines in a broad sense) are wired along the second direction D2. The second electrode of each ultrasonic element UE is connected to one of the first to mth common electrode lines CL1 to CLm.

第1〜第mのコモン電極線CL1〜CLmはコモン電圧線CMLに共通接続され、コモン電圧線CMLにはコモン電圧VCOMが供給される。このコモン電圧VCOM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。   The first to mth common electrode lines CL1 to CLm are commonly connected to the common voltage line CML, and the common voltage VCOM is supplied to the common voltage line CML. The common voltage VCOM may be a constant DC voltage, and may not be 0 V, that is, the ground potential (ground potential).

本実施形態の超音波デバイス100によれば、異なる共振周波数を有する複数の超音波素子を設けることができるから、異なる周波数の超音波を同時に出射することができる。さらに、1つの周波数の駆動信号により異なる共振周波数をもつ超音波素子を同時に駆動することができる。   According to the ultrasonic device 100 of the present embodiment, since a plurality of ultrasonic elements having different resonance frequencies can be provided, ultrasonic waves having different frequencies can be emitted simultaneously. Furthermore, ultrasonic elements having different resonance frequencies can be simultaneously driven by a drive signal having one frequency.

3.処理装置
図7に、本実施形態の処理装置200の構成例を示す。本構成例の処理装置200は、超音波デバイス100に対して超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置であって、送信部210、制御部220、スイッチ部230、受信部240を含む。なお、本実施形態の処理装置200は図7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. Processing Device FIG. 7 shows a configuration example of the processing device 200 of this embodiment. The processing apparatus 200 of this configuration example is a processing apparatus that performs ultrasonic transmission and reception processing on the ultrasonic device 100, and includes a transmission unit 210, a control unit 220, a switch unit 230, and a reception unit 240. Note that the processing apparatus 200 of the present embodiment is not limited to the configuration in FIG. 7, and various modifications such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Implementation is possible.

送信部210は、スイッチ部230を介して、超音波デバイス100の第1〜第nの超音波素子群UEG1〜UEGnに対して、半波パルスの第1〜第nの駆動信号VDR1〜VDRn(広義には駆動信号)を出力する。半波パルスとして、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかを用いることができる。或いは、半波パルスとして、半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかを用いることが望ましい。駆動信号VDR1〜VDRnは、同一周波数の半波パルスであって、上述したように、最も高い共振周波数よりも高い周波数の半波パルスを用いるのが望ましい。こうすることで、第1〜第nの超音波素子群UEG1〜UEGnの共振周波数ごとに、異なる周波数の駆動信号を生成する必要がなくなるから、送信部210の構成を簡素にすることができる。   The transmission unit 210 transmits the first to nth drive signals VDR1 to VDRn (half-wave pulses) to the first to nth ultrasonic element groups UEG1 to UEGn of the ultrasonic device 100 via the switch unit 230. In a broad sense, a drive signal) is output. As the half-wave pulse, any one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangular wave, and a half-wave sine wave can be used. Alternatively, it is desirable to use any one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangle wave, and a half-wave sine wave as the half-wave pulse. The drive signals VDR1 to VDRn are half-wave pulses having the same frequency, and as described above, it is desirable to use half-wave pulses having a frequency higher than the highest resonance frequency. By doing so, it is not necessary to generate a drive signal having a different frequency for each resonance frequency of the first to nth ultrasonic element groups UEG1 to UEGn, so that the configuration of the transmission unit 210 can be simplified.

受信部240は、スイッチ部230を介して、超音波デバイス100からの受信信号VR1〜VDRnの受信処理を行う。具体的には、受信信号の増幅、ゲイン設定、周波数設定、A/D変換(アナログ/デジタル変換)などを行い、信号解析部250に出力する。受信部240の構成については、後述する。   The reception unit 240 performs reception processing of the reception signals VR <b> 1 to VDRn from the ultrasonic device 100 via the switch unit 230. Specifically, amplification of the received signal, gain setting, frequency setting, A / D conversion (analog / digital conversion), and the like are performed and output to the signal analysis unit 250. The configuration of the receiving unit 240 will be described later.

制御部220は、送信部210、受信部240、スイッチ部230及び信号解析部250を制御する。具体的には、送信部210に対して駆動信号VDR1〜VDRnの生成及び出力処理の制御を行い、受信部240に対して受信信号VR1〜VRnの受信処理の制御を行い、スイッチ部230に対して送信・受信の切り換えの制御を行う。制御部220は、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)で実現することができる。   The control unit 220 controls the transmission unit 210, the reception unit 240, the switch unit 230, and the signal analysis unit 250. Specifically, generation of the drive signals VDR1 to VDRn and control of output processing are performed for the transmission unit 210, reception processing of the reception signals VR1 to VRn is controlled for the reception unit 240, and the switch unit 230 is controlled. To control switching between transmission and reception. The control unit 220 can be realized by, for example, an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

スイッチ部230は、スイッチ回路SW1〜SWnを含み、制御部220の制御に基づいて、送信・受信の切り換え処理を行う。具体的には、例えばSW1は、送信期間には第1の超音波素子群UEG1に対して、送信部210からの駆動信号VDR1を出力し、受信期間には第1の超音波素子群UEG1からの受信信号VR1を受信部240に対して出力する。   The switch unit 230 includes switch circuits SW1 to SWn, and performs transmission / reception switching processing based on the control of the control unit 220. Specifically, for example, SW1 outputs the drive signal VDR1 from the transmission unit 210 to the first ultrasonic element group UEG1 in the transmission period, and from the first ultrasonic element group UEG1 in the reception period. The received signal VR1 is output to the receiving unit 240.

信号解析部250は、受信部240からの信号に基づいて周波数解析を行って、解析結果(例えば平均流速、最大流速など)を出力する。   The signal analysis unit 250 performs frequency analysis based on the signal from the reception unit 240 and outputs an analysis result (for example, average flow velocity, maximum flow velocity, etc.).

図8(A)、図8(B)に、本実施形態の受信部240及び信号解析部250の第1、第2の構成例を示す。なお、本実施形態の受信部240及び信号解析部250は図8(A)、図8(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   FIGS. 8A and 8B show first and second configuration examples of the receiving unit 240 and the signal analyzing unit 250 of the present embodiment. The receiving unit 240 and the signal analyzing unit 250 of the present embodiment are not limited to the configurations shown in FIGS. 8A and 8B, and some of the components are omitted or replaced with other components. Various modifications such as adding other components are possible.

図8(A)に示す受信部240は、増幅回路AMP、第1〜第4のバンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4を含む。また、信号解析部250は、第1〜第4の直交検波器QDT1〜QDT4、第1〜第4のフーリエ変換器FFT1〜FFT4、第1〜第5の演算回路CLC1〜CLC5を含む。   The receiving unit 240 shown in FIG. 8A includes an amplifier circuit AMP and first to fourth bandpass filter circuits BPF1 to BPF4. The signal analysis unit 250 includes first to fourth quadrature detectors QDT1 to QDT4, first to fourth Fourier transformers FFT1 to FFT4, and first to fifth arithmetic circuits CLC1 to CLC5.

増幅回路AMPは、超音波デバイス100の各超音波素子からの受信信号VRを増幅して、バンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4に出力する。   The amplifier circuit AMP amplifies the reception signal VR from each ultrasonic element of the ultrasonic device 100 and outputs the amplified signal to the bandpass filter circuits BPF1 to BPF4.

第1〜第4のバンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4の通過周波数帯域は、第1の周波数〜第4(広義には第n)の周波数f1〜f4を含む。例えばf1=1MHz、f2=1.5MHz、f3=3.5MHz、f4=5.5MHzの場合では、BPF1は1MHz±10kHz、BPF2は1.5MHz±10kHz、BPF3は3.5MHz±10kHz、BPF4は5.5MHz±10kHzの通過周波数帯域を有する。このようにすることで、例えば血管中を流れる血液の流速に対応するドップラー効果による周波数シフトは数kHz程度であるから、受信信号から周波数f1〜f4に対応する周波数シフトの成分をそれぞれ分離して取り出すことができる。   The pass frequency bands of the first to fourth bandpass filter circuits BPF1 to BPF4 include a first frequency to a fourth (nth in a broad sense) frequencies f1 to f4. For example, in the case of f1 = 1 MHz, f2 = 1.5 MHz, f3 = 3.5 MHz, f4 = 5.5 MHz, BPF1 is 1 MHz ± 10 kHz, BPF2 is 1.5 MHz ± 10 kHz, BPF3 is 3.5 MHz ± 10 kHz, and BPF4 is It has a pass frequency band of 5.5 MHz ± 10 kHz. By doing so, for example, the frequency shift due to the Doppler effect corresponding to the flow velocity of blood flowing in the blood vessel is about several kHz, so the frequency shift components corresponding to the frequencies f1 to f4 are separated from the received signal. It can be taken out.

直交検波器QDT1〜QDT4は、バンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4からの出力信号を直交検波する。直交検波を行うことで、周波数シフトの成分だけを取り出すことができる。   The quadrature detectors QDT1 to QDT4 perform quadrature detection on the output signals from the bandpass filter circuits BPF1 to BPF4. By performing quadrature detection, only the frequency shift component can be extracted.

フーリエ変換器FFT1〜FFT4は、直交検波器QDT1〜QDT4からの出力信号の周波数解析を行う。演算回路CLC1〜CLC4は、フーリエ変換器FFT1〜FFT4の解析結果に基づいて、平均流速、最小流速、最大流速などを算出する。演算回路CLC5は、演算回路CLC1〜CLC4により算出された4組の平均流速、最小流速、最大流速をさらに平均して、最終的な平均流速、最小流速、最大流速などを出力する。   Fourier transformers FFT1 to FFT4 perform frequency analysis of output signals from quadrature detectors QDT1 to QDT4. The arithmetic circuits CLC1 to CLC4 calculate an average flow velocity, a minimum flow velocity, a maximum flow velocity, and the like based on the analysis results of the Fourier transformers FFT1 to FFT4. The arithmetic circuit CLC5 further averages the four sets of average flow velocity, minimum flow velocity, and maximum flow velocity calculated by the arithmetic circuits CLC1 to CLC4, and outputs a final average flow velocity, minimum flow velocity, maximum flow velocity, and the like.

信号解析部250は、第1〜第4のバンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4の第1〜第4の出力信号から得られる第1〜第4のサンプルデータに基づいて、周波数解析を行う。1つの半波パルスの駆動信号により第1〜第4の周波数の超音波が同時に出射され、第1〜第4の周波数の受信信号が受信され、それらの受信信号から第1〜第4のサンプルデータが得られる。   The signal analysis unit 250 performs frequency analysis based on the first to fourth sample data obtained from the first to fourth output signals of the first to fourth bandpass filter circuits BPF1 to BPF4. The ultrasonic waves of the first to fourth frequencies are simultaneously emitted by the drive signal of one half-wave pulse, the reception signals of the first to fourth frequencies are received, and the first to fourth samples are received from these reception signals. Data is obtained.

このように信号解析部250の第1の構成例によれば、異なる周波数のエコー信号を同時に受信し、それぞれの周波数について信号解析を行って平均流速、最小流速、最大流速などを算出し、最後にそれらを平均して最終的な解析結果を得ることができる。その結果、解析に用いる信号のサンプル数を多くすることができ、また時間応答性を向上させることができるから効率的で精度の高い解析が可能になる。   As described above, according to the first configuration example of the signal analysis unit 250, echo signals having different frequencies are simultaneously received, signal analysis is performed for each frequency, and average flow velocity, minimum flow velocity, maximum flow velocity, and the like are calculated. The final analysis result can be obtained by averaging them. As a result, the number of signal samples used for analysis can be increased, and the time response can be improved, so that efficient and highly accurate analysis becomes possible.

フーリエ解析による流速検出では、フーリエ解析を行うためのサンプル数が例えば1000サンプル程度必要になる。1サンプルの取得にかかる時間が100μsとすると、1回の流速検出を行う際には100ms必要になる。サンプリング周波数を上げることで時間応答性を向上させることは可能であるが、回路負荷が大きくなるというデメリットがある。本実施形態の処理装置200によれば、異なる周波数の超音波を同時に出射し、それぞれの周波数のエコー信号を受信して解析することができるから、例えば第1〜第4の周波数の超音波を用いる場合には、サンプル数を4倍に増やすことができる。   In the flow velocity detection by Fourier analysis, for example, about 1000 samples are required for Fourier analysis. If the time taken to acquire one sample is 100 μs, 100 ms is required for one flow rate detection. Although it is possible to improve the time response by increasing the sampling frequency, there is a demerit that the circuit load increases. According to the processing apparatus 200 of the present embodiment, ultrasonic waves having different frequencies can be emitted simultaneously, and echo signals of the respective frequencies can be received and analyzed. For example, ultrasonic waves having the first to fourth frequencies can be received. If used, the number of samples can be increased fourfold.

図8(B)に示す受信部240は、増幅回路AMP、第1〜第4のバンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4を含む。また、信号解析部250は、第1〜第4の直交検波器QDT1〜QDT4、第1〜第4の規格化回路NRM1〜NRM4、フーリエ変換器FFT、CLCを含む。   The receiving unit 240 shown in FIG. 8B includes an amplifier circuit AMP and first to fourth bandpass filter circuits BPF1 to BPF4. The signal analysis unit 250 includes first to fourth quadrature detectors QDT1 to QDT4, first to fourth normalization circuits NRM1 to NRM4, Fourier transformers FFT, and CLC.

増幅回路AMP、バンドパスフィルター回路BPF1〜BPF4及び直交検波器QDT1〜QDT4は、第1の構成例と同じであるから詳細な説明を省略する。   Since the amplifier circuit AMP, the bandpass filter circuits BPF1 to BPF4, and the quadrature detectors QDT1 to QDT4 are the same as those in the first configuration example, detailed description thereof is omitted.

規格化回路NRM1〜NRM4は、直交検波器QDT1〜QDT4からの出力信号を所定の周波数(基準周波数)に基づいて規格化する。この規格化処理は、次のように行われる。基準周波数をfrefとし、受信信号の周波数をfk(k=1、2、3、4)とした場合に、受信信号の時間tをt’=fk/fref×tで定義されるt’に変換するためのサンプリング(リサンプリング)を行う。このようにすることで、異なる周波数f1〜f4の受信信号を1つのフーリエ変換器FFTで周波数解析することができる。なお、基準周波数frefは、受信周波数のうちの1つであってもよい。例えば第1の周波数f1=1MHzを基準周波数とした場合には、第1の規格化回路NRM1を省略することができる。   The normalization circuits NRM1 to NRM4 normalize output signals from the quadrature detectors QDT1 to QDT4 based on a predetermined frequency (reference frequency). This normalization process is performed as follows. When the reference frequency is fref and the frequency of the received signal is fk (k = 1, 2, 3, 4), the time t of the received signal is converted to t ′ defined by t ′ = fk / fref × t. Sampling (resampling) is performed. By doing in this way, the frequency analysis of the received signal of different frequencies f1-f4 can be carried out with one Fourier-transformer FFT. Note that the reference frequency fref may be one of the reception frequencies. For example, when the first frequency f1 = 1 MHz is used as the reference frequency, the first normalization circuit NRM1 can be omitted.

フーリエ変換器FFTは、規格化回路NRM1〜NRM4により規格化された信号を合成して周波数解析を行う。演算回路CLCは、フーリエ変換器FFTの解析結果に基づいて、平均流速、最小流速、最大流速などを算出する。   The Fourier transformer FFT performs frequency analysis by synthesizing signals normalized by the normalization circuits NRM1 to NRM4. The arithmetic circuit CLC calculates an average flow velocity, a minimum flow velocity, a maximum flow velocity, and the like based on the analysis result of the Fourier transformer FFT.

このように信号解析部250の第2の構成例によれば、規格化処理をすることで、異なる周波数について1つのフーリエ変換器FFTで周波数解析を行って、平均流速、最小流速、最大流速などを算出することができるから、より効率的で精度の高い解析が可能になる。   As described above, according to the second configuration example of the signal analysis unit 250, frequency analysis is performed with one Fourier transformer FFT for different frequencies by performing the normalization process, and the average flow velocity, the minimum flow velocity, the maximum flow velocity, and the like. Therefore, more efficient and accurate analysis becomes possible.

図9(A)、図9(B)は、ドップラー効果による流速検出を説明する図である。図9(A)に示すように、超音波デバイス100及び処理装置200を含む超音波プローブ300から周波数fの超音波が出射される。この超音波が流速vで流れる液体(例えば血液)により反射されて、超音波プローブ300によってエコー信号として受信される。このときドップラー効果により、周波数がf+Δfにシフトする。この周波数シフトΔfは、流速vの方向と超音波の出射方向との成す角をθ、血液中の超音波の速度をcとすると、次式で与えられる。   FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams for explaining flow velocity detection by the Doppler effect. As shown in FIG. 9A, an ultrasonic wave having a frequency f is emitted from an ultrasonic probe 300 including the ultrasonic device 100 and the processing apparatus 200. This ultrasonic wave is reflected by a liquid (for example, blood) flowing at a flow velocity v and is received as an echo signal by the ultrasonic probe 300. At this time, the frequency shifts to f + Δf due to the Doppler effect. This frequency shift Δf is given by the following equation, where θ is the angle formed by the direction of the flow velocity v and the outgoing direction of the ultrasonic wave, and c is the velocity of the ultrasonic wave in the blood.

Δf=2・f・cosθ・v/c (1)
実際の血液の流速はある幅をもって分布しているため、周波数シフトΔfもある幅をもって検出される。例えば図9(B)に示すように、検出された周波数シフトΔfはΔf1からΔf3の範囲に分布し、Δf2でピークをもつ。Δf1から最小流速、Δf2から平均流速、Δf3から最大流速を、式(1)を用いてそれぞれ算出することができる。
Δf = 2 · f · cos θ · v / c (1)
Since the actual blood flow velocity is distributed with a certain width, the frequency shift Δf is also detected with a certain width. For example, as shown in FIG. 9B, the detected frequency shift Δf is distributed in the range of Δf1 to Δf3, and has a peak at Δf2. The minimum flow velocity can be calculated from Δf1, the average flow velocity from Δf2, and the maximum flow velocity from Δf3, respectively, using Equation (1).

以上説明したように、本実施形態の超音波デバイス100及び処理装置200によれば、超音波デバイス100を1つの周波数の半波パルスで駆動することにより、簡素な構成で複数の異なる周波数の超音波を同時に出射させることができるから、解析に用いるサンプル数を多くすることができ、また時間応答性を向上させることができる。その結果、効率的で精度の高い流速検出などが可能になる。   As described above, according to the ultrasonic device 100 and the processing apparatus 200 of the present embodiment, by driving the ultrasonic device 100 with a half-wave pulse of one frequency, a plurality of different frequencies can be obtained with a simple configuration. Since sound waves can be emitted simultaneously, the number of samples used for analysis can be increased, and time response can be improved. As a result, efficient and highly accurate flow rate detection and the like become possible.

4.超音波プローブ及び超音波診断装置
図10に、本実施形態の超音波プローブ300及び超音波診断装置(血流測定装置)400の基本的な構成例を示す。超音波プローブ300は、超音波デバイス100及び処理装置200を含む。超音波診断装置400は、超音波プローブ300、主制御部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。
4). Ultrasonic Probe and Ultrasonic Diagnostic Device FIG. 10 shows a basic configuration example of the ultrasonic probe 300 and the ultrasonic diagnostic device (blood flow measuring device) 400 of the present embodiment. The ultrasonic probe 300 includes an ultrasonic device 100 and a processing apparatus 200. The ultrasonic diagnostic apparatus 400 includes an ultrasonic probe 300, a main control unit 310, a processing unit 320, a UI (user interface) unit 330, and a display unit 340.

主制御部310は、超音波プローブ300に対して超音波の送受信制御を行い、処理部320に対して解析結果の表示処理等の制御を行う。なお、主制御部310が行う制御の一部を、処理装置200の制御部220が行ってもよいし、制御部220が行う制御の一部を、超音波診断装置400の主制御部310が行ってもよい。   The main control unit 310 performs transmission / reception control of ultrasonic waves with respect to the ultrasonic probe 300 and controls the processing unit 320 such as display processing of analysis results. Note that a part of the control performed by the main control unit 310 may be performed by the control unit 220 of the processing apparatus 200, and a part of the control performed by the control unit 220 is performed by the main control unit 310 of the ultrasonic diagnostic apparatus 400. You may go.

処理部320は、信号解析部250からの解析結果を受けて、必要な表示処理や表示用画像データの生成などを行う。   The processing unit 320 receives the analysis result from the signal analysis unit 250 and performs necessary display processing, generation of display image data, and the like.

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)に基づいて主制御部310に必要な命令(コマンド)を出力する。   A UI (user interface) unit 330 outputs necessary commands (commands) to the main control unit 310 based on an operation (for example, a touch panel operation) performed by a user.

表示部340は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部320からの表示用画像データを表示する。   The display unit 340 is a liquid crystal display, for example, and displays the display image data from the processing unit 320.

図11(A)、図11(B)に、本実施形態の超音波診断装置(血流測定装置)400の具体的な構成例を示す。図11(A)は携帯型の超音波診断装置400を示し、図11(B)はリストバンド型の超音波診断装置400を示す。   FIG. 11A and FIG. 11B show a specific configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus (blood flow measuring apparatus) 400 of the present embodiment. FIG. 11A shows a portable ultrasonic diagnostic apparatus 400, and FIG. 11B shows a wristband type ultrasonic diagnostic apparatus 400.

図11(A)の携帯型の超音波診断装置400は、超音波プローブ300、ケーブルCB及び超音波診断装置本体410を含む。超音波プローブ300は、ケーブルCBにより超音波診断装置本体410に接続される。超音波診断装置本体410は診断結果(表示用画像データ)を表示する表示部340を含む。   A portable ultrasonic diagnostic apparatus 400 in FIG. 11A includes an ultrasonic probe 300, a cable CB, and an ultrasonic diagnostic apparatus main body 410. The ultrasonic probe 300 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 410 by a cable CB. The ultrasonic diagnostic apparatus main body 410 includes a display unit 340 that displays a diagnosis result (display image data).

図11(B)のリストバンド型の超音波診断装置400は、超音波プローブ300及び超音波診断装置本体410を含む。超音波診断装置本体410は診断結果(表示用画像データ)を表示する表示部340を含む。超音波プローブ300と超音波診断装置本体410とは、一体の筐体に格納することができる。   A wristband type ultrasonic diagnostic apparatus 400 in FIG. 11B includes an ultrasonic probe 300 and an ultrasonic diagnostic apparatus main body 410. The ultrasonic diagnostic apparatus main body 410 includes a display unit 340 that displays a diagnosis result (display image data). The ultrasonic probe 300 and the ultrasonic diagnostic apparatus main body 410 can be stored in an integral casing.

図11(C)に、本実施形態の超音波プローブ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301及びプローブ本体302を含み、図11(C)に示すように、プローブヘッド301はプローブ本体302と脱着可能である。   FIG. 11C shows a specific configuration example of the ultrasonic probe 300 of the present embodiment. The ultrasonic probe 300 includes a probe head 301 and a probe main body 302, and the probe head 301 can be attached to and detached from the probe main body 302 as shown in FIG.

プローブヘッド301は、超音波デバイス100、支持部材SUP、被検体と接触する接触部材130、超音波デバイス100を保護する保護部材(保護膜)PF、コネクターCNa及びプローブ筐体140を含む。超音波デバイス100は、接触部材130と支持部材SUPとの間に設けられる。   The probe head 301 includes an ultrasonic device 100, a support member SUP, a contact member 130 that contacts the subject, a protective member (protective film) PF that protects the ultrasonic device 100, a connector CNa, and a probe housing 140. The ultrasonic device 100 is provided between the contact member 130 and the support member SUP.

プローブ本体302は、処理装置201及びプローブ本体側コネクターCNbを含む。処理装置201は、駆動装置200及び受信部240を含む。プローブ本体側コネクターCNbは、プローブヘッド側コネクターCNaと接続される。プローブ本体302は、ケーブルCBにより超音波診断装置本体に接続される。   The probe main body 302 includes a processing device 201 and a probe main body side connector CNb. The processing device 201 includes a driving device 200 and a receiving unit 240. The probe main body side connector CNb is connected to the probe head side connector CNa. The probe main body 302 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body by a cable CB.

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。また処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置の構成、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。   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. The configurations and operations of the processing apparatus, the ultrasonic device, the ultrasonic probe, and the ultrasonic diagnostic apparatus are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made.

100 超音波デバイス、130 接触部材、140 プローブ筐体、
200 処理装置、210 送信部、220 制御部、
230 スイッチ部、240 受信部、250 信号解析部、
300 超音波プローブ、301 プローブヘッド、302 プローブ本体、
310 主制御部、320 処理部、330 UI部、
340 表示部、400 超音波診断装置、410 超音波診断装置本体、
UEG1〜UEGn 第1〜第nの超音波素子群、VDR1〜VDRn 駆動信号、
VR1〜VRn 受信信号
100 ultrasonic device, 130 contact member, 140 probe housing,
200 processing unit, 210 transmission unit, 220 control unit,
230 switch unit, 240 reception unit, 250 signal analysis unit,
300 ultrasonic probe, 301 probe head, 302 probe body,
310 main control unit, 320 processing unit, 330 UI unit,
340 display unit, 400 ultrasonic diagnostic apparatus, 410 ultrasonic diagnostic apparatus main body,
UEG1 to UEGn 1st to nth ultrasonic element groups, VDR1 to VDRn drive signals,
VR1 to VRn received signal

Claims (16)

超音波デバイスの処理装置であって、
前記超音波デバイスに対して駆動信号を出力する送信部と、
前記送信部を制御する制御部とを含み、
前記超音波デバイスは、
第1の周波数〜第n(nは2以上の整数)の周波数の共振特性を有する第1の超音波素子群〜第nの超音波素子群を有し、
前記送信部は、
前記第1の超音波素子群〜前記第nの超音波素子群に対して、前記駆動信号として、半波パルスの駆動信号を出力することを特徴とする処理装置。
An ultrasonic device processing apparatus comprising:
A transmission unit that outputs a drive signal to the ultrasonic device;
A control unit for controlling the transmission unit,
The ultrasonic device is
A first ultrasonic element group to an nth ultrasonic element group having resonance characteristics of a frequency from a first frequency to an nth (n is an integer of 2 or more);
The transmitter is
A processing apparatus that outputs a drive signal of a half-wave pulse as the drive signal to the first to nth ultrasonic element groups.
請求項1において、
前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数及び前記第iの周波数より高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数は、前記第jの周波数が前記第iの周波数の非整数倍であることを特徴とする処理装置。
In claim 1,
Of the first frequency to the nth frequency, the i-th frequency (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1) and the jth frequency higher than the i-th frequency (j is 2 ≦ j ≦ n). The processing apparatus is characterized in that the j-th frequency is a non-integer multiple of the i-th frequency.
請求項1又は2において、
前記半波パルスの周波数は、
前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの最も高い周波数よりも高い周波数であることを特徴とする処理装置。
In claim 1 or 2,
The frequency of the half wave pulse is
The processing apparatus having a frequency higher than a highest frequency among the first frequency to the nth frequency.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記半波パルスは、
半波の矩形波、半波の三角波及び半波の正弦波のうちのいずれかであることを特徴とする処理装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The half wave pulse is
A processing apparatus characterized by being one of a half-wave rectangular wave, a half-wave triangular wave, and a half-wave sine wave.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記超音波デバイスからの受信信号の受信処理を行う受信部を含み、
前記受信部は、
前記第1の周波数〜前記第nの周波数が通過周波数帯域に含まれる第1のバンドパスフィルター回路〜第nのバンドパスフィルター回路を有することを特徴とする処理装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
A reception unit that performs reception processing of a reception signal from the ultrasonic device;
The receiver is
A processing apparatus comprising: a first band-pass filter circuit to an n-th band-pass filter circuit in which the first frequency to the n-th frequency are included in a pass frequency band.
請求項5において、
前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号に基づいて周波数解析を行う信号解析部を含むことを特徴とする処理装置。
In claim 5,
A processing apparatus comprising: a signal analysis unit that performs frequency analysis based on output signals from the first band-pass filter circuit to the n-th band-pass filter circuit.
請求項6において、
前記信号解析部は、
前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号を直交検波する第1の直交検波器〜第nの直交検波器と、
前記第1の直交検波器〜前記第nの直交検波器により直交検波された信号に基づいて周波数解析を行う少なくとも1つのフーリエ変換器と、
前記少なくとも1つのフーリエ変換器の解析結果に基づいて演算を行う少なくとも1つの演算回路とを有することを特徴とする処理装置。
In claim 6,
The signal analysis unit
A first quadrature detector to an nth quadrature detector for quadrature detection of an output signal of the first bandpass filter circuit to the nth bandpass filter circuit;
At least one Fourier transform that performs frequency analysis based on signals quadrature detected by the first quadrature detector to the nth quadrature detector;
A processing apparatus comprising: at least one arithmetic circuit that performs an operation based on an analysis result of the at least one Fourier transformer.
請求項6又は7において、
前記信号解析部は、
前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の各出力信号ごとに周波数解析を行うことを特徴とする処理装置。
In claim 6 or 7,
The signal analysis unit
A processing apparatus that performs frequency analysis for each output signal of the first band-pass filter circuit to the n-th band-pass filter circuit.
請求項8において、
前記信号解析部は、
前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の第1の出力信号〜第nの出力信号から得られる第1のサンプルデータ〜第nのサンプルデータに基づいて、前記周波数解析を行うことを特徴とする処理装置。
In claim 8,
The signal analysis unit
The frequency analysis based on the first sample data to the n-th sample data obtained from the first output signal to the n-th output signal of the first band-pass filter circuit to the n-th band-pass filter circuit. The processing apparatus characterized by performing.
請求項7において、
前記信号解析部は、
前記第1のバンドパスフィルター回路〜前記第nのバンドパスフィルター回路の出力信号を規格化する第1の規格化回路〜第nの規格化回路を有し、
前記第1の規格化回路〜前記第nの規格化回路は、
前記第1の周波数〜前記第nの周波数の受信信号を1つの基準周波数の信号に変換する規格化処理を行い、
前記フーリエ変換器は、
前記第1の規格化回路〜前記第nの規格化回路により規格化された信号を合成して周波数解析を行うことを特徴とする処理装置。
In claim 7,
The signal analysis unit
A first normalization circuit to an nth normalization circuit for normalizing output signals of the first bandpass filter circuit to the nth bandpass filter circuit;
The first normalization circuit to the nth normalization circuit are:
Performing a normalization process of converting the received signal of the first frequency to the nth frequency into a signal of one reference frequency;
The Fourier transformer is
A processing apparatus for performing frequency analysis by synthesizing signals standardized by the first normalization circuit to the nth normalization circuit.
第1の周波数〜第n(nは2以上の整数)の周波数の共振特性を有する第1の超音波素子群〜第nの超音波素子群と、
第1の方向に沿って配線される複数の駆動電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線される複数のコモン電極線とを含み、
前記第1の超音波素子群〜前記第nの超音波素子群の各超音波素子群は、
前記第2の方向に沿って配置される複数の超音波素子列を有し、
前記複数の超音波素子列の各超音波素子列は、
前記第1の方向に沿って配置される複数の超音波素子を有し、
前記複数の超音波素子の各超音波素子が有する第1の電極は、前記複数の駆動電極線のいずれかに接続され、
前記複数の超音波素子の各超音波素子が有する第2の電極は、前記複数のコモン電極線のいずれかに接続されることを特徴とする超音波デバイス。
A first ultrasonic element group to an nth ultrasonic element group having resonance characteristics of a frequency of a first frequency to an nth frequency (n is an integer of 2 or more);
A plurality of drive electrode lines wired along the first direction;
A plurality of common electrode lines wired along a second direction intersecting the first direction,
Each ultrasonic element group of the first ultrasonic element group to the nth ultrasonic element group is:
A plurality of ultrasonic element rows arranged along the second direction;
Each ultrasonic element row of the plurality of ultrasonic element rows is,
A plurality of ultrasonic elements arranged along the first direction;
The first electrode of each ultrasonic element of the plurality of ultrasonic elements is connected to one of the plurality of drive electrode lines,
The ultrasonic device, wherein the second electrode of each of the plurality of ultrasonic elements is connected to one of the plurality of common electrode lines.
請求項11において、
アレイ状に配置された複数の開口を有する基板を含み、
前記複数の開口の各開口ごとに設けられる前記超音波素子は、
前記開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
前記圧電素子部は、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、
前記第1の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、
前記第2の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であることを特徴とする超音波デバイス。
In claim 11,
Including a substrate having a plurality of openings arranged in an array;
The ultrasonic element provided for each opening of the plurality of openings,
A vibrating membrane that closes the opening;
A piezoelectric element portion provided on the vibrating membrane;
The piezoelectric element portion is
A lower electrode provided on the vibrating membrane;
A piezoelectric film provided to cover at least a part of the lower electrode;
An upper electrode provided to cover at least a part of the piezoelectric film,
The first electrode is one of the upper electrode and the lower electrode;
The ultrasonic device according to claim 2, wherein the second electrode is the other of the upper electrode and the lower electrode.
請求項12において、
前記第1の周波数〜前記第nの周波数のうちの、第i(iは1≦i≦n−1である整数)の周波数の共振特性を有する超音波素子の前記開口の短辺の長さは、前記第iの周波数より高い第j(jは2≦j≦nである整数)の周波数の共振特性を有する超音波素子の前記開口の短辺の長さより長いことを特徴とする超音波デバイス。
In claim 12,
The length of the short side of the opening of the ultrasonic element having the resonance characteristic of the i-th (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n−1) out of the first frequency to the n-th frequency. Is longer than the length of the short side of the opening of the ultrasonic element having the resonance characteristic of the j-th frequency (j is an integer satisfying 2 ≦ j ≦ n) higher than the i-th frequency. device.
請求項1乃至10のいずれかに記載の処理装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。   An ultrasonic probe comprising the processing apparatus according to claim 1. 請求項11又は12に記載の超音波デバイスを含むことを特徴とする超音波プローブ。   An ultrasonic probe comprising the ultrasonic device according to claim 11. 請求項1乃至10のいずれかに記載の処理装置と、
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超音波診断装置。
A processing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a display unit that displays display image data.
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