JP2014054355A - 処理装置、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残響振動を低減することができる処理装置、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等を提供すること。
【解決手段】処理装置２００は、複数の超音波トランスデューサー素子と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する超音波トランスデューサーデバイス１００の処理装置であって、超音波トランスデューサーデバイス１００に対して駆動信号ＶＴを出力する送信回路２１０と、超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号ＶＲの信号処理を行う受信回路２２０と、送信回路２１０及び受信回路２２０を制御する制御部２３０とを含む。送信回路２１０は、駆動信号ＶＴとして交番電圧を出力する。第２の期間における交番電圧は、第１の期間における交番電圧と同じ周期で逆位相であって、第１の期間における交番電圧の振幅より小さく且つ時間と共に減少する。
【選択図】図４

Description

本発明は、処理装置、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等に関する。

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超音波診断装置が知られている。超音波診断装置の応用例として、内臓脂肪の測定や血流量の測定など、被験体の表層の画像診断を用いたヘルスケア分野への展開が期待されている。しかし、送信と受信とを同一素子で行う超音波診断装置では、超音波出射後の残響振動(尾引き)により、超音波の出射後短時間で戻ってくる被験体の表層からのエコーを分離・検出することが難しいという問題がある。

この課題に対して、例えば特許文献１には、超音波振動子の駆動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高周波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動することにより、残響振動を抑制する手法が開示されている。しかしながらこの手法では、薄膜圧電型超音波素子の場合には、残響振動を適切に抑制することができないという問題がある。

特開平８−１４６１２１号公報

本発明の幾つかの態様によれば、残響振動を低減することができる処理装置、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等を提供できる。

本発明の一態様は、複数の超音波トランスデューサー素子と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する超音波トランスデューサーデバイスの処理装置であって、前記超音波トランスデューサーデバイスに対して駆動信号を出力する送信回路と、前記超音波トランスデューサーデバイスからの受信信号の信号処理を行う受信回路と、前記送信回路及び前記受信回路を制御する制御部とを含み、前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、前記複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有し、前記送信回路は、前記駆動信号として交番電圧を出力し、前記交番電圧の１周期以上で、且つ、前記交番電圧の半周期の整数倍の期間を第１の期間とし、前記第１の期間に連続する期間を第２の期間とする場合に、前記第１の期間における交番電圧の周期と前記第２の期間における交番電圧の周期は同じであり、前記第２の期間における交番電圧の位相は、前記第１の期間における交番電圧と逆位相であり、前記第２の期間における交番電圧の振幅は、前記第１の期間における交番電圧の振幅より小さく、且つ時間と共に減少する処理装置に関係する。

本発明の一態様によれば、送信回路が第１の期間においては、駆動信号として交番電圧を出力して、超音波トランスデューサーデバイスが有する振動膜を所定の周期で振動させることができる。そして第２の期間においては、超音波トランスデューサーデバイスが有する振動膜の残響振動と逆位相で、振幅が徐々に小さくなる駆動信号を出力することができる。その結果、振動膜の残響振動を低減することができるから、対象物との距離が短い場合であってもエコー信号を確実に受信することができる。

また本発明の一態様では、前記制御部は、第１の制御信号及び第２の制御信号を前記送信回路に対して出力し、前記送信回路は、前記第１の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、前記第２の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力してもよい。

このようにすれば、送信回路は、制御部からの第１及び第２の制御信号に基づいて、交番電圧を駆動信号として出力することができる。

また本発明の一態様では、前記送信回路は、前記第１の期間において前記駆動信号を出力する第１の送信部と、前記第２の期間において前記駆動信号を出力する第２の送信部とを有し、前記制御部は、第１の制御信号及び第２の制御信号を前記第１の送信部に対して出力し、第３の制御信号及び第４の制御信号を前記第２の送信部に対して出力し、前記制御部は、前記第１の期間において、前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号を前記交番電圧の周期で交互にアクティブにし、前記第２の期間において、前記第３の制御信号及び前記第４の制御信号を前記交番電圧の周期で交互にアクティブにし、前記第１の送信部は、前記第１の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、前記第２の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、前記第２の送信部は、前記第３の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、前記第４の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力してもよい。

このようにすれば、第１の期間においては、第１の送信部が、交番電圧を駆動信号として出力することができる。また、第２の期間においては、第２の送信部が、交番電圧を駆動信号として出力することができる。

また本発明の一態様では、前記制御部は、前記第１の制御信号又は前記第２の制御信号をアクティブにすることで前記第１の送信部に対して前記駆動信号の出力指示を行った後、所与の設定期間遅れて前記第３の制御信号又は前記第４の制御信号をアクティブにすることで、前記第２の送信部に対して前記駆動信号の出力指示を行ってもよい。

このようにすれば、第２の送信部は、残響振動の抑制に適したタイミングで駆動信号を出力することができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

また本発明の一態様では、前記設定期間は可変に設定されてもよい。

このようにすれば、第２の送信部は、受信信号が受信されるタイミングに応じて駆動信号を出力することができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

また本発明の一態様では、前記制御部は、第１のモードでは、前記送信回路に対して、前記第１の期間及び前記第２の期間において前記駆動信号を出力させる制御を行い、第２のモードでは、前記送信回路に対して、前記第１の期間において前記駆動信号を出力させ、前記第２の期間において前記駆動信号を非出力にする制御を行ってもよい。

このようにすれば、残響振動が問題となる場合、例えば超音波診断装置などで被検体の表層部分の画像を取得したい場合などには、第１のモードにより残響振動を低減させることができる。一方、残響振動が問題にならない場合には、第２のモードを用いることで消費電力を低減することができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の処理装置を含む超音波プローブに関係する。

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。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、超音波素子の残響振動（尾引き）を説明する図。 処理装置の第１の構成例。 送信回路の第１の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、制御部による制御信号の生成を説明する図。 処理装置の第１の構成例による駆動信号及び超音波素子の振動の波形例。 処理装置の第２の構成例。 送信回路の第２の構成例。 処理装置の第２の構成例による駆動信号及び超音波素子の振動の波形例。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、制御信号の変形例。 制御部による制御信号の生成の変形例。 超音波プローブ及び電子機器（超音波診断装置）の基本的な構成例。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、超音波診断装置の具体的な構成例。図１４（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。

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．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の処理装置と共に用いられる超音波トランスデューサー素子（薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子）ＵＥの基本的な構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサー素子ＵＥは、振動膜（メンブレン、支持部材）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トランスデューサー素子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。

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。

なお、以下の説明では、超音波トランスデューサー素子ＵＥを「超音波素子ＵＥ」とも呼ぶ。

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。

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_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。

振動膜（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。

開口ＯＰは、例えば後述する図２に示すように、基板ＳＵＢにアレイ状に配置される。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。

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。

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放射される。圧電体膜ＰＥに印加される電圧（駆動電圧）は、例えばピークからピークで１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

バルクの超音波素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような薄膜による超音波素子ＵＥでは、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。

超音波素子ＵＥは、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜ＭＢが振動し、この振動によって圧電体膜ＰＥに圧力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。

２．超音波トランスデューサーデバイス
図２に、本実施形態の処理装置と共に用いられる超音波トランスデューサーデバイス１００の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス１００は、基板ＳＵＢ、基板ＳＵＢにアレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥ、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍを含む。図２では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２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トランスデューサーデバイス１００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。

基板ＳＵＢは、例えばシリコン基板であって、アレイ状に配置された複数の開口ＯＰを有する。複数の開口ＯＰの各々に対応して、超音波トランスデューサー素子ＵＥが設けられる。

複数の超音波素子（超音波トランスデューサー素子）ＵＥは、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配置される。例えば図２に示すように、第１の方向Ｄ１に沿って８行、そして第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に沿って１２列に配置される。

超音波素子ＵＥは、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した構成とすることができる。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ＵＥをＵＥ４−６と表記する。例えば第６列には、ＵＥ１−６、ＵＥ２−６、・・・ＵＥ７−６、ＵＥ８−６の８個の超音波素子ＵＥが配置される。また、例えば第４行には、ＵＥ４−１、ＵＥ４−２、・・・ＵＥ４−１１、ＵＥ４−１２の１２個の超音波素子ＵＥが配置される。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。第１〜第１２の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の駆動電極線ＤＬｊは、第ｊ列に配置される各超音波素子ＵＥが有する第１の電極に接続される。

後述する処理装置２００が出力する第１〜第１２の駆動信号ＶＴ１〜ＶＴ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して各超音波素子ＵＥに供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波素子ＵＥからの受信信号が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して処理装置２００に出力される。

後述するように、本実施形態の処理装置２００によれば、超音波を出射する第１の期間に連続する期間である第２の期間を設けることで、第１の期間後の超音波素子ＵＥの振動膜ＭＢの振動（残響振動、尾引き）を抑えることができる。駆動信号ＶＴ１〜ＶＴ１２の詳細については、後述する。

第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。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。具体的には、例えば図２に示すように、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、第ｉ列に配置される各超音波素子ＵＥが有する第２の電極に接続される。

第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

例えば図２に示す超音波素子ＵＥ１−１については、第１の電極が駆動電極線ＤＬ１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の駆動電極線ＤＬ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＣＬ４に接続される。

なお、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。例えば奇数番目の超音波素子列にｍ個の超音波素子ＵＥが配置され、偶数番目の超音波素子列にｍ−１個の超音波素子ＵＥが配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。

第１の期間では、駆動信号電圧とコモン電圧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、図２の超音波素子ＵＥ１−１には、駆動電極線ＤＬ１に供給される駆動信号電圧ＶＴ１とコモン電極線ＣＬ１に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭとの差ＶＴ１−ＶＣＯＭが印加される。同様に、超音波素子ＵＥ４−６には、駆動電極線ＤＬ６に供給される駆動信号電圧ＶＴ６とコモン電極線ＣＬ４に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭとの差ＶＴ６−ＶＣＯＭが印加される。

また第２の期間では、超音波素子ＵＥの振動膜ＭＢの振動と逆位相の駆動信号が各超音波素子ＵＥに供給され、超音波素子ＵＥの振動膜ＭＢの振動（残響振動、尾引き）が抑えられる。

なお、以下の説明では、第１〜第ｎの駆動信号ＶＴ１〜ＶＴｎについて個々の駆動信号を区別する必要がないときは、まとめて駆動信号ＶＴと表記する。

図２に示す構成例では、１つの駆動信号（例えばＶＴ１）が１つの超音波素子列（例えばＵＥ１−１〜ＵＥ８−１）を駆動するが、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス１００はこれに限定されるものではない。例えば、１つの駆動信号が複数の超音波素子列を駆動してもよい。即ち、複数本の駆動電極線を束ねたものを１チャンネルとし、各々のチャンネルに対して駆動信号が供給されてもよい。

３．処理装置
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、超音波素子ＵＥの残響振動（尾引き）を説明する図である。図３（Ａ）に示すように、送信期間において駆動信号が超音波素子ＵＥに入力されて超音波素子ＵＥの振動膜ＭＢが振動する。そして送信期間後においても振動膜ＭＢの振動が残る。これが残響振動（尾引き）といわれる現象である。残響振動は徐々に振幅が減少するが、残響振動の持続時間は例えば２０〜３０μｓに及ぶことがある。

図３（Ａ）に示すように、残響振動が終わった後にエコーが受信される場合には受信信号に対する残響振動の影響はない。しかし、図３（Ｂ）に示すように残響振動が続いている期間にエコーが受信される場合には、残響振動とエコーによる振動との重なりが生ずる。このために、エコーが短時間（例えば１０μｓ程度）で戻ってくる場合にはエコーによる信号（エコー信号）を分離して受信することが困難になる。例えば超音波診断装置を用いて内臓脂肪の測定や血流量の測定など被検体の表層部分の画像を取得する場合には、残響振動が特に問題となる。

このような課題に対して、例えば特許文献１には、超音波振動子の駆動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高周波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動することにより、残響振動を抑制する手法が開示されている。

しかしながら、この手法では、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した薄膜圧電型超音波素子ＵＥの場合には、残響振動を適切に抑制することができないという問題がある。例えば、薄膜圧電型超音波素子ＵＥでは、クロストーク（機械的クロストーク）により残響振動のエネルギーの一部が隣接する超音波素子に伝搬し、残響振動が徐々に減衰するので、それに対応して制振信号も徐々に減衰させる必要がある。

以下に説明する本実施形態の処理装置２００によれば、第１の期間（送信期間）の後の第２の期間（制振期間）において、第１の期間における交番電圧と同じ周期で逆位相であって、振幅が第１の期間における交番電圧より小さく、且つ時間と共に減少する駆動信号ＶＴ（交番電圧、制振信号）を出力することで、超音波素子（特に薄膜圧電型超音波素子）の残響振動（尾引き）を効果的に抑えることができる。その結果、対象物との距離が短い場合であってもエコー信号を確実に受信することができる。

図４に、本実施形態の処理装置２００の第１の構成例を示す。第１の構成例の処理装置２００は、送信回路２１０、受信回路２２０、制御部２３０及び振幅電圧生成回路２４０を含み、選択回路ＭＵＸ及び送受信切換回路Ｔ／Ｒ＿ＳＷをさらに含んでもよい。なお、本実施形態の処理装置２００は図４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。

送信回路２１０は、選択回路ＭＵＸを介して、超音波トランスデューサーデバイス１００に対して駆動信号ＶＴとして交番電圧を出力する。交番電圧の１周期以上で、且つ、交番電圧の半周期の整数倍の期間を第１の期間とし、第１の期間に連続する期間を第２の期間とする場合に、第１の期間における交番電圧の周期と第２の期間における交番電圧の周期は同じである。また、第２の期間における交番電圧の位相は、第１の期間における交番電圧と逆位相である。即ち、送信回路２１０は、第２の期間では、第１の期間の駆動信号ＶＴによって生じた超音波素子ＵＥの振動膜ＭＢの振動と逆位相の駆動信号ＶＴを出力する。また、第２の期間における交番電圧の振幅は、第１の期間における交番電圧の振幅より小さく、且つ時間と共に減少する。

なお、第１の期間を「送信期間」、第２の期間を「制振期間」と呼ぶこともできる。また、第１の期間に出力される駆動信号ＶＴを「送信信号」、第２の期間に出力される駆動信号ＶＴを「制振信号」と呼ぶこともできる。

送信回路２１０は、制御部２３０からの第１、第２の制御信号ＳＰ、ＳＮに基づいて、駆動信号ＶＴを出力する。具体的には、第１の制御信号ＳＰがアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。一方、第２の制御信号ＳＮがアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。

ここで正極性の電圧及び負極性の電圧とは、ある基準電圧に対してそれより高い電圧及び低い電圧である。この基準電圧は０Ｖ（接地電位）に限定されない。例えば基準電圧を１０Ｖとして、正極性の電圧を２０Ｖ、負極性の電圧を０Ｖとしてもよい。なお、駆動信号ＶＴについては、後で具体的に説明する。

受信回路２２０は、超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎの信号処理を行う。具体的には、受信回路２２０は、受信期間において、選択回路ＭＵＸ及び送受信切換回路Ｔ／Ｒ＿ＳＷを介して超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎを受け取り、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）などの信号処理を行う。信号処理の結果は、検出データ（検出情報）として例えば図１２に示す電子機器本体４１０の処理部３２０に出力する。受信回路２２０は、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーターなどで構成することができる。

制御部２３０は、送信回路２１０及び受信回路２２０を制御する。具体的には、制御部２３０は、第１の制御信号ＳＰ及び第２の制御信号ＳＮを送信回路２１０に対して出力する。制御部２３０は、第１の期間（送信期間）においては、第１の制御信号ＳＰ及び第２の制御信号ＳＮを所定の周期（交番電圧の周期）で交互にアクティブにする。そして第２の期間（制振期間）においては、第１の制御信号ＳＰ及び第２の制御信号ＳＮを、第１の期間における交番電圧と逆位相になるように、交互にアクティブにする。また、制御部２３０は、受信回路２２０に対して受信信号の周波数設定やゲインなどの制御を行う。制御部２３０は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で実現することができる。なお、第１、第２の制御信号ＳＰ、ＳＮについては、後で詳細に説明する。

また、制御部２３０は、第１のモードでは、送信回路２１０に対して、第１の期間及び第２の期間において駆動信号ＶＴ（送信信号及び制振信号）を出力させる制御を行い、第２のモードでは、送信回路２１０に対して、第１の期間において駆動信号ＶＴ（送信信号）を出力させ、第２の期間において駆動信号ＶＴ（制振信号）を非出力にする制御を行うことができる。このようにすれば、例えば超音波診断装置などにおいて、残響振動が問題となる場合、即ち内臓脂肪の測定や血流量の測定など被検体の表層部分の画像を取得したい場合には、第１のモードにより残響振動を低減させることができる。一方、残響振動が問題にならない場合には、第２のモードを用いることで消費電力を低減することができる。

振幅電圧生成回路２４０は、制御部２３０の制御に基づいて、電圧値が可変に設定される第１、第２の振幅設定電圧ＶＰＰ、ＶＮＮを生成し、送信回路２１０に出力する。後述する図５に示すように、駆動信号ＶＴ（交番電圧）の振幅は、第１、第２の振幅設定電圧ＶＰＰ、ＶＮＮにより設定される。従って、制御部２３０の制御に基づいて、振幅電圧生成回路２４０が第１、第２の振幅設定電圧ＶＰＰ、ＶＮＮを可変に設定することで、駆動信号ＶＴの振幅を可変に設定することができる。即ち、第２の期間における駆動信号ＶＴ（交番電圧）の振幅を第１の期間における交番電圧の振幅より小さく、且つ時間と共に減少させることができる。このようにすることで、振幅が徐々に減少する残響振動に対応して第２の期間の駆動信号ＶＴの振幅を徐々に小さくすることができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

振幅電圧生成回路２４０は、例えばＤ／Ａ変換器及び演算増幅器などで実現することができる。或いは、抵抗ラダー回路、スイッチ素子、演算増幅器などで実現することもできる。

選択回路ＭＵＸは、制御部２３０の制御に基づいて、超音波トランスデューサーデバイス１００が有する駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎのうちの少なくとも１つを選択する。そして選択された駆動電極線に対して送信回路２１０からの駆動信号ＶＴを出力する。例えば選択回路ＭＵＸが駆動電極線ＤＬ１を選択した場合には、第１の期間及び第２の期間には駆動信号ＶＴ１が駆動電極線ＤＬ１に出力される。選択回路ＭＵＸは、ｎ本の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎの全てを同じタイミングで選択してもよいし、例えばＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、・・・のように順番に１本ずつ選択してもよい。

送受信切換回路Ｔ／Ｒ＿ＳＷは、ｎ個のスイッチ素子を有し、制御部２３０の制御に基づいて、駆動信号ＶＴ及び受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎの切り換えを行う。具体的には、第１の期間及び第２の期間にはｎ個のスイッチ素子をオフ状態に設定することで、送信回路２１０から出力された駆動信号ＶＴが受信回路２２０に入力することを防止し、受信期間にはｎ個のスイッチ素子をオン状態に設定することで、超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎが受信回路２２０に入力される。

図５に、本実施形態の送信回路２１０の第１の構成例を示す。第１の構成例の送信回路２１０は、第１、第２のレベル変換回路ＬＴ＿Ｐ、ＬＴ＿Ｎ、第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ、ＤＲ＿Ｎ、Ｐ型トランジスターＱＰ、Ｎ型トランジスターＱＮ、第１、第２の抵抗素子ＲＰ、ＲＮ及び第１、第２のダイオードＤＰ、ＤＮを含む。なお、本実施形態の送信回路２１０は図５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。

第１、第２のレベル変換回路ＬＴ＿Ｐ、ＬＴ＿Ｎは、第１、第２の制御信号ＳＰ、ＳＮを受けて、レベル変換した信号を第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ、ＤＲ＿Ｎに対して出力する。制御信号ＳＰ、ＳＮは、例えば低電位レベル（Ｌレベル、ＶＳＳレベル）が０Ｖで高電位レベル（Ｈレベル）が１．５Ｖのロジック信号であるが、レベル変換回路ＬＴ＿Ｐ、ＬＴ＿Ｎによってドライバー回路ＤＲ＿Ｐ、ＤＲ＿Ｎを駆動するのに必要な電圧レベルに変換される。

第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ、ＤＲ＿Ｎは、第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ、ＤＲ＿Ｎからの信号に基づいて、Ｐ型トランジスターＱＰ及びＮ型トランジスターＱＮをそれぞれ駆動する。具体的には、第１のドライバー回路ＤＲ＿Ｐは、第１の制御信号ＳＰがアクティブ（例えば１．５Ｖ）のときはＰ型トランジスターＱＰをオン状態にするゲート電圧（例えば２Ｖ）を出力し、ＳＰが非アクティブ（例えば０Ｖ）のときはＱＰをオフ状態にするゲート電圧（例えば１０Ｖ）を出力する。また、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｎは、第２の制御信号ＳＮがアクティブ（例えば１．５Ｖ）のときはＮ型トランジスターＱＮをオン状態にするゲート電圧（例えば−２Ｖ）を出力し、ＳＰが非アクティブ（例えば０Ｖ）のときはＱＰをオフ状態にするゲート電圧（例えば−１０Ｖ）を出力する。

Ｐ型トランジスターＱＰは、例えば数１０Ｖ程度のドレイン・ソース間耐圧を有するＰ型トランジスターである。Ｐ型トランジスターＱＰのソースには第１の振幅設定電圧ＶＰＰ（例えば１０Ｖ）が印加され、ゲートには第１のドライバー回路ＤＲ＿Ｐの出力信号が入力され、ドレインは抵抗素子ＲＰを介してＶＳＳノード（例えば０Ｖ）に接続されると共にダイオードＤＰを介して駆動信号ＶＴを出力する。

Ｎ型トランジスターＱＮは、例えば数１０Ｖ程度のドレイン・ソース間耐圧を有するＮ型トランジスターである。Ｎ型トランジスターＱＮのソースには第２の振幅設定電圧ＶＮＮ（例えば−１０Ｖ）が印加され、ゲートには第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｎの出力信号が入力され、ドレインは抵抗素子ＲＮを介してＶＳＳノード（例えば０Ｖ）に接続されると共にダイオードＤＮを介して駆動信号ＶＴを出力する。

第１の制御信号ＳＰがアクティブで、第２の制御信号ＳＮが非アクティブであるときは、ＱＰがオン状態でＱＮがオフ状態になるから、正極性の電圧（例えば１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。一方、第１の制御信号ＳＰが非アクティブで、第２の制御信号ＳＮがアクティブであるときは、ＱＰがオフ状態でＱＮがオン状態になるから、負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。また、第１及び第２の制御信号ＳＰ、ＳＮが共に非アクティブであるときは、ＱＰ及びＱＮが共にオフ状態になるから、駆動信号ＶＴはＶＳＳレベル（例えば０Ｖ）に設定される。駆動信号ＶＴの振幅は、第１、第２の振幅設定電圧ＶＰＰ、ＶＮＮにより設定される。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、制御部２３０による制御信号ＳＰ、ＳＮの生成を説明する図である。図６（Ａ）に示すように、制御部２３０は、クロック信号ＣＬＫに基づいて、所定の周期の長さのカウント処理を行うカウンター部ＣＮＴと、カウント処理の結果（カウント値）ＣＮに基づいて、第１の制御信号ＳＰ及び第２の制御信号ＳＮの生成処理を行う信号生成部ＳＧＥＮとを有する。

図６（Ｂ）には、クロック信号ＣＬＫ、カウント値ＣＮ、制御信号ＳＰ、ＳＮの一例を示す。カウンター部ＣＮＴは、クロック信号ＣＬＫをカウントしてカウント値ＣＮ（１〜１２）を出力する。信号生成部ＳＧＥＮは、カウント値ＣＮが１、２、５、６、７、８、１１、１２であるときに、第１の制御信号ＳＰをＨレベルに設定し、第２の制御信号ＳＮをＬレベルに設定する。また、カウント値ＣＮが３、４、９、１０であるときに、第１の制御信号ＳＰをＬレベルに設定し、第２の制御信号ＳＮをＨレベルに設定する。

このようにすることで、制御部２３０は、第１の期間では、第１の制御信号ＳＰ及び第２の制御信号ＳＮを所定の周期で交互にアクティブにすることができる。例えば図６（Ｂ）に示すように、第１の期間（送信期間）の最初の期間Ｔ１では第１の制御信号ＳＰがアクティブになり、次の期間Ｔ２では第２の制御信号ＳＮがアクティブになり、次の期間Ｔ３では第１の制御信号ＳＰがアクティブになる。

制御部２３０は、第２の期間においては、例えば図６（Ｂ）に示すように、第２の期間の最初の期間Ｔ４では第１の制御信号ＳＰがアクティブになり、次の期間Ｔ５では第２の制御信号ＳＮがアクティブになり、次の期間Ｔ６では第１の制御信号ＳＰがアクティブになる。

図６（Ｂ）では例として各期間Ｔ１〜Ｔ６の長さがクロック信号ＣＬＫの２周期分になっているが、これに限定されるものではない。また、第１の期間と第２の期間の長さは同一でなくてもよい。

図７に、処理装置２００の第１の構成例（図４）による駆動信号ＶＴ及び超音波素子ＵＥの振動の波形例を示す。制御信号ＳＰ、ＳＮは、図６（Ｂ）に示したものである。送信回路２１０は、上述したように、第１の制御信号ＳＰがアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力し、第２の制御信号ＳＮがアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。

図７では、第１の期間は、出力される交番電圧の周期の１．５倍の期間であり、第２の期間も、出力される交番電圧の周期の１．５倍の期間である。また、図７に示す期間Ｔ１〜Ｔ６は、それぞれ交番電圧の半周期の期間である。

第１の期間においては、図７のＡ１に示す電圧レベル（例えば０Ｖ）を基準電圧として、期間Ｔ１、Ｔ３には正極性の電圧（例えば１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力され（図７のＡ２、Ａ４）、期間Ｔ２には負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される（図７のＡ３）。

一方、第２の期間においては、最初の期間Ｔ４には正極性の電圧が出力され（図７のＡ５）、次の期間Ｔ５には負極性の電圧が出力され（図７のＡ６）、次の期間Ｔ６には正極性の電圧が出力される（図７のＡ７）。第２の期間に出力される交番電圧は、第１の期間に出力される交番電圧と逆位相であって、振幅が第１の期間に出力される交番電圧より小さく且つ時間と共に減少する。このようにすることで、振幅が徐々に減少する残響振動に対応して第２の期間の駆動信号ＶＴの振幅を徐々に小さくすることができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

超音波素子ＵＥは、第１の期間（送信期間）において駆動信号ＶＴにより振動膜ＭＢが図７に示すように振動する。そして第２の期間（制振期間）においては残響振動と逆位相の駆動信号ＶＴ（制振信号）が印加されることで、残響振動が抑えられる。その結果、受信回路２２０は、超音波エコーによる受信信号ＶＲを確実に受け取ることができる。一方、第２の期間の駆動信号ＶＴ（制振信号）がない場合には、破線に示すように受信信号ＶＲは残響振動による信号と重なってしまう。

なお、駆動信号ＶＴは、図７に示すような矩形波に限定されず、例えば正弦波や三角波などであってもよい。

図８に、本実施形態の処理装置２００の第２の構成例を示す。第２の構成例の処理装置２００は、送信回路２１０、受信回路２２０、制御部２３０及び振幅電圧生成回路２４０を含み、選択回路ＭＵＸ及び送受信切換回路Ｔ／Ｒ＿ＳＷをさらに含んでもよい。送信回路２１０は、第１の送信部ＴＸ１及び第２の送信部ＴＸ２を含む。なお、本実施形態の処理装置２００は図８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。

第２の構成例の送信回路２１０は、第１の期間において駆動信号ＶＴを出力する第１の送信部ＴＸ１と、第２の期間において駆動信号ＶＴを出力する第２の送信部ＴＸ２とを有する。第１の送信部ＴＸ１は、制御部２３０からの第１、第２の制御信号ＳＰ１、ＳＮ１に基づいて、駆動信号ＶＴを出力する。また、第２の送信部ＴＸ２は、制御部２３０からの第３、第４の制御信号ＳＰ２、ＳＮ２に基づいて、駆動信号ＶＴを出力する。具体的には、第１の送信部ＴＸ１は、第１の制御信号ＳＰ１がアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力し、第２の制御信号ＳＮ１がアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。そして第２の送信部ＴＸ２は、第３の制御信号ＳＰ２がアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力し、第４の制御信号ＳＮ２がアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。

第２の構成例の制御部２３０は、第１の制御信号ＳＰ１及び第２の制御信号ＳＮ１を第１の送信部ＴＸ１に対して出力し、第３の制御信号ＳＰ２及び第４の制御信号ＳＮ２を第２の送信部ＴＸ２に対して出力する。具体的には、制御部２３０は、第１の期間において、第１の制御信号ＳＰ１及び第２の制御信号ＳＮ１を所定の周期（交番電圧の周期）で交互にアクティブにする。そして第２の期間において、第３の制御信号ＳＰ２及び第４の制御信号ＳＮ２を、第１の期間における交番電圧と逆位相になるように、交互にアクティブにする。また、制御部２３０は、第１のモードでは、送信回路２１０に対して、第１の期間及び第２の期間において駆動信号ＶＴを出力させる制御を行い、第２のモードでは、送信回路２１０に対して、第１の期間において駆動信号ＶＴを出力させ、第２の期間において駆動信号ＶＴを非出力にする制御を行うことができる。

振幅電圧生成回路２４０は、制御部２３０の制御に基づいて、電圧値が可変に設定される第３、第４の振幅設定電圧ＶＰＰ２、ＶＮＮ２を生成し、送信回路２１０に出力する。後述する図９に示すように、第２の期間に出力される駆動信号ＶＴ（交番電圧）の振幅は、第３、第４の振幅設定電圧ＶＰＰ２、ＶＮＮ２により設定される。従って、制御部２３０の制御に基づいて、振幅電圧生成回路２４０が第３、第４の振幅設定電圧ＶＰＰ２、ＶＮＮ２を可変に設定することで、第２の期間の駆動信号ＶＴの振幅を可変に設定することができる。即ち、第２の期間における駆動信号ＶＴ（交番電圧）の振幅を第１の期間における交番電圧の振幅より小さく、且つ時間と共に減少させることができる。このようにすることで、振幅が徐々に減少する残響振動に対応して第２の期間の駆動信号ＶＴの振幅を徐々に小さくすることができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

振幅電圧生成回路２４０は、例えばＤ／Ａ変換器及び演算増幅器などで実現することができる。或いは、抵抗ラダー回路、スイッチ素子、演算増幅器などで実現することもできる。

第２の構成例の選択回路ＭＵＸは、制御部２３０の制御に基づいて、超音波トランスデューサーデバイス１００が有する駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎのうちの少なくとも１つを選択する。そして選択された駆動電極線に対して、第１の送信部ＴＸ１からの駆動信号ＶＴ及び第２の送信部ＴＸ２からの駆動信号ＶＴを出力する。例えば選択回路ＭＵＸが駆動電極線ＤＬ１を選択した場合には、第１の期間には第１の送信部ＴＸ１からの駆動信号ＶＴ１が駆動電極線ＤＬ１に出力され、第２の期間には第２の送信部ＴＸ２からの駆動信号ＶＴ１が駆動電極線ＤＬ１に出力される。選択回路ＭＵＸは、ｎ本の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎの全てを同じタイミングで選択してもよいし、例えばＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、・・・のように順番に１本ずつ選択してもよい。

受信回路２２０、送受信切換回路Ｔ／Ｒ＿ＳＷについては、既に説明した第１の構成例（図４）と同じであるから、ここでは詳細な説明を省略する。

図９に、本実施形態の送信回路２１０の第２の構成例を示す。第２の構成例の送信回路２１０は、第１の送信部ＴＸ１及び第２の送信部ＴＸ２を含む。第１の送信部ＴＸ１は、第１、第２のレベル変換回路ＬＴ＿Ｐ１、ＬＴ＿Ｎ１、第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１、ＤＲ＿Ｎ１、Ｐ型トランジスターＱＰ１、Ｎ型トランジスターＱＮ１、抵抗素子ＲＰ１、ＲＮ１及びダイオードＤＰ１、ＤＮ１を含む。また、第２の送信部ＴＸ２は、第３、第４のレベル変換回路ＬＴ＿Ｐ２、ＬＴ＿Ｎ２、第３、第４のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ２、ＤＲ＿Ｎ２、Ｐ型トランジスターＱＰ２、Ｎ型トランジスターＱＮ２、抵抗素子ＲＰ２、ＲＮ２及びダイオードＤＰ２、ＤＮ２を含む。なお、本実施形態の送信回路２１０は図９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。

第１の送信部ＴＸ１の第１、第２のレベル変換回路ＬＴ＿Ｐ１、ＬＴ＿Ｎ１は、第１、第２の制御信号ＳＰ１、ＳＮ１を受けて、レベル変換した信号を第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１、ＤＲ＿Ｎ１に対して出力する。制御信号ＳＰ１、ＳＮ１は、例えば低電位レベル（Ｌレベル、ＶＳＳレベル）が０Ｖで高電位レベル（Ｈレベル）が１．５Ｖのロジック信号であるが、レベル変換回路ＬＴ＿Ｐ１、ＬＴ＿Ｎ１によってドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１、ＤＲ＿Ｎ１を駆動するのに必要な電圧レベルに変換される。

第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１、ＤＲ＿Ｎ１は、第１、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１、ＤＲ＿Ｎ１からの信号に基づいて、Ｐ型トランジスターＱＰ１及びＮ型トランジスターＱＮ１をそれぞれ駆動する。具体的には、第１のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１は、第１の制御信号ＳＰ１がアクティブ（例えば１．５Ｖ）のときはＰ型トランジスターＱＰ１をオン状態にするゲート電圧（例えば２Ｖ）を出力し、ＳＰ１が非アクティブ（例えば０Ｖ）のときはＱＰ１をオフ状態にするゲート電圧（例えば１０Ｖ）を出力する。また、第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｎ１は、第２の制御信号ＳＮ１がアクティブ（例えば１．５Ｖ）のときはＮ型トランジスターＱＮ１をオン状態にするゲート電圧（例えば−２Ｖ）を出力し、ＳＰ１が非アクティブ（例えば０Ｖ）のときはＱＰ１をオフ状態にするゲート電圧（例えば−１０Ｖ）を出力する。

Ｐ型トランジスターＱＰ１は、例えば数１０Ｖ程度のドレイン・ソース間耐圧を有するＰ型トランジスターである。Ｐ型トランジスターＱＰ１のソースには第１の振幅設定電圧ＶＰＰ１（例えば１０Ｖ）が印加され、ゲートには第１のドライバー回路ＤＲ＿Ｐ１の出力信号が入力され、ドレインは抵抗素子ＲＰ１を介してＶＳＳノード（例えば０Ｖ）に接続されると共にダイオードＤＰ１を介して駆動信号ＶＴを出力する。

Ｎ型トランジスターＱＮ１は、例えば数１０Ｖ程度のドレイン・ソース間耐圧を有するＮ型トランジスターである。Ｎ型トランジスターＱＮ１のソースには第２の振幅設定電圧ＶＮＮ１（例えば−１０Ｖ）が印加され、ゲートには第２のドライバー回路ＤＲ＿Ｎ１の出力信号が入力され、ドレインは抵抗素子ＲＮ１を介してＶＳＳノード（例えば０Ｖ）に接続されると共にダイオードＤＮ１を介して駆動信号ＶＴを出力する。

第１の制御信号ＳＰ１がアクティブで、第２の制御信号ＳＮ１が非アクティブであるときは、ＱＰ１がオン状態でＱＮ１がオフ状態になるから、正極性の電圧（例えば１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。一方、第１の制御信号ＳＰ１が非アクティブで、第２の制御信号ＳＮ１がアクティブであるときは、ＱＰ１がオフ状態でＱＮ１がオン状態になるから、負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。また、第１及び第２の制御信号ＳＰ１、ＳＮ１が共に非アクティブであるときは、ＱＰ１及びＱＮ１が共にオフ状態になるから、駆動信号ＶＴはＶＳＳレベル（例えば０Ｖ）に設定される。駆動信号ＶＴの振幅は、第１の振幅設定電圧ＶＰＰ１及び第２の振幅設定電圧ＶＮＮ１により設定される。

第２の送信部ＴＸ２の構成と動作は、第１の送信部ＴＸ１と同様であるから、詳細な説明を省略する。第３の制御信号ＳＰ２がアクティブで、第４の制御信号ＳＮ２が非アクティブであるときは、ＱＰ２がオン状態でＱＮ２がオフ状態になるから、正極性の電圧（例えば１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。一方、第３の制御信号ＳＰ２が非アクティブで、第４の制御信号ＳＮ２がアクティブであるときは、ＱＰ２がオフ状態でＱＮ２がオン状態になるから、負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される。また、第３及び第４の制御信号ＳＰ２、ＳＮ２が共に非アクティブであるときは、ＱＰ２及びＱＮ２が共にオフ状態になるから、駆動信号ＶＴはＶＳＳレベル（例えば０Ｖ）に設定される。駆動信号ＶＴの振幅は、第３の振幅設定電圧ＶＰＰ２及び第４の振幅設定電圧ＶＮＮ２により設定される。

制御部２３０による制御信号ＳＰ１、ＳＮ１、ＳＰ２、ＳＮ２の生成は、第１の構成例の場合と同様に行うことができる。信号生成部ＳＧＥＮは、例えば図６（Ｂ）において、カウント値ＣＮが１、２、５、６であるときに、第１の制御信号ＳＰ１をＨレベルに設定し、第２の制御信号ＳＮ１をＬレベルに設定する。また、カウント値ＣＮが３、４であるときに、第１の制御信号ＳＰ１をＬレベルに設定し、第２の制御信号ＳＮ１をＨレベルに設定する。そしてカウント値ＣＮが７、８、１１、１２であるときに、第３の制御信号ＳＰ２をＨレベルに設定し、第４の制御信号ＳＮ２をＬレベルに設定する。また、カウント値ＣＮが９、１０であるときに、第３の制御信号ＳＰ２をＬレベルに設定し、第４の制御信号ＳＮ２をＨレベルに設定する。

図１０に、処理装置２００の第２の構成例（図８）による駆動信号ＶＴ及び超音波素子ＵＥの振動の波形例を示す。第２の構成例の送信回路２１０は、上述したように、第１の制御信号ＳＰ１がアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力し、第２の制御信号ＳＮ１がアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。また第３の制御信号ＳＰ２がアクティブのときは正極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力し、第４の制御信号ＳＮ２がアクティブのときは負極性の電圧となる駆動信号ＶＴを出力する。

図１０では、第１の期間は、出力される交番電圧の周期の１．５倍の期間であり、第２の期間も、出力される交番電圧の周期の１．５倍の期間である。また、図１０に示す期間Ｔ１〜Ｔ６は、それぞれ交番電圧の半周期の期間である。

第１の期間においては、図１０のＢ１に示す電圧レベル（例えば０Ｖ）を基準電圧として、期間Ｔ１、Ｔ３には正極性の電圧（例えば１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力され（図１０のＢ２、Ｂ４）、期間Ｔ２には負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力される（図１０のＢ３）。

一方、第２の期間においては、図１０のＣ１に示す電圧レベル（例えば０Ｖ）を基準電圧として、最初の期間Ｔ４には正極性の電圧が出力され（図１０のＣ２）、次の期間Ｔ５には負極性の電圧が出力され（図１０のＣ３）、次の期間Ｔ６には正極性の電圧が出力される（図１０のＣ４）。第２の期間に出力される交番電圧は、第１の期間に出力される交番電圧と逆位相であって、振幅が第１の期間に出力される交番電圧より小さく且つ時間と共に減少する。このようにすることで、振幅が徐々に減少する残響振動に対応して第２の期間の駆動信号ＶＴの振幅を徐々に小さくすることができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

超音波素子ＵＥは、第１の期間（送信期間）において駆動信号ＶＴにより振動膜ＭＢが図１０に示すように振動する。そして第２の期間（制振期間）においては残響振動と逆位相の駆動信号ＶＴ（制振信号）が印加されることで、残響振動が抑えられる。その結果、受信回路２２０は、超音波エコーによる受信信号ＶＲを確実に受け取ることができる。一方、第２の期間の駆動信号ＶＴ（制振信号）がない場合には、破線に示すように受信信号ＶＲは残響振動による信号と重なってしまう。

図１０では、第１の期間の最後の期間Ｔ３に続く期間Ｔ４において第３の制御信号ＳＰ２がアクティブになるが、第１の期間の終了後に所与の設定期間だけ遅れて第３の制御信号ＳＰ２又は第４の制御信号ＳＮ２がアクティブになってもよい。具体的には、制御部２３０は、第１の制御信号ＳＰ１又は第２の制御信号ＳＮ１をアクティブにすることで第１の送信部ＴＸ１に対して駆動信号ＶＴの出力指示を行った後、所与の設定期間遅れて第３の制御信号ＳＰ２又は第４の制御信号ＳＮ２をアクティブにすることで、第２の送信部ＴＸ２に対して駆動信号ＶＴの出力指示を行ってもよい。さらに制御部２３０は、上記の設定期間を可変に設定してもよい。このようにすることで、受信信号が受信されるタイミングに応じて駆動信号ＶＴを出力することができる。また、残響振動の抑制に適したタイミングで駆動信号ＶＴを出力することができるから、より効果的に残響振動を低減することができる。

上記の設定期間は、例えば制御部２３０に設けられたレジスターに１つ又は複数の設定期間を設定するためのレジスター値を格納しておき、このレジスター値に基づいて設定期間を設定、又は可変に設定することができる。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に、制御信号ＳＰ、ＳＮの変形例を示す。図１１（Ａ）の変形例では、第１の期間の最初の期間Ｔ１では第１の制御信号ＳＰがアクティブ（Ｈレベル）になり、次の期間Ｔ２では第２の制御信号ＳＮがアクティブになる。第２の期間の最初の期間Ｔ３では第２の制御信号ＳＮがアクティブになり、次の期間Ｔ４では第１の制御信号ＳＰがアクティブになる。こうすることで、第２の期間の最初の期間Ｔ３では負極性の電圧の駆動信号ＶＴが出力され、次の期間Ｔ４では正極性の電圧の駆動信号ＶＴが出力される。

図１１（Ｂ）の変形例では、第１の期間の最初の期間Ｔ１では第１の制御信号ＳＰがアクティブ（Ｈレベル）になり、次の期間Ｔ２では第２の制御信号ＳＮがアクティブになる。第２の期間の最初の期間Ｔ３では第１及び第２の制御信号ＳＰ、ＳＮが共に非アクティブ（Ｌレベル）になり、次の期間Ｔ４では第１の制御信号ＳＰがアクティブになり、次の期間Ｔ５では第２の制御信号ＳＮがアクティブになる。こうすることで、第２の期間の最初の期間Ｔ３では基準電圧（例えば０Ｖ）の駆動信号ＶＴが出力され、次の期間Ｔ４では正極性の電圧の駆動信号ＶＴが出力され、次の期間Ｔ５では負極性の電圧の駆動信号ＶＴが出力される。このように、第１の期間に続いて第１及び第２の制御信号ＳＰ、ＳＮが共に非アクティブになる期間、即ち駆動信号ＶＴの信号レベルが基準電圧となる期間を設けてもよい。

図１２に、制御部２３０による制御信号ＳＰ、ＳＮの生成の変形例を示す。図１２の変形例は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の変形例であって、クロック信号ＣＬＫに基づいて生成された基準信号ＳＲＦにより第１の期間の期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及び第２の期間の期間Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６が規定される。第１の期間において、期間Ｔ１、Ｔ３は基準信号ＳＲＦがＨレベルになる期間であり、期間Ｔ２は基準信号ＳＲＦがＬレベルになる期間である。第２の期間において、期間Ｔ４、Ｔ６は基準信号ＳＲＦがＬレベルになる期間であり、期間Ｔ５は基準信号ＳＲＦがＨレベルになる期間である。このように、クロック信号ＣＬＫに基づいて生成された基準信号ＳＲＦにより制御信号ＳＰ、ＳＮを生成してもよい。

以上説明したように、本実施形態の処理装置２００によれば、第１の期間（送信期間）の後の第２の期間（制振期間）において、第１の期間における交番電圧と同じ周期で逆位相であって、振幅が第１の期間における交番電圧より小さく、且つ時間と共に減少する駆動信号ＶＴ（交番電圧、制振信号）を出力することで、超音波素子（特に薄膜圧電型超音波素子）の残響振動（尾引き）を効果的に抑えることができる。その結果、対象物との距離が短い場合であってもエコー信号を確実に受信することができる。例えば薄膜圧電型超音波素子を用いた携帯型の超音波診断装置において、被検体の表層部分の鮮明な画像を取得することなどが可能になる。

４．超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
図１３に、本実施形態の超音波プローブ３００及び電子機器（超音波診断装置）４００の基本的な構成例を示す。超音波プローブ３００は、超音波トランスデューサーデバイス１００、処理装置２００を含む。電子機器（超音波診断装置）４００は、超音波プローブ３００及び電子機器本体（超音波診断装置本体）４１０を含む。電子機器本体（超音波診断装置本体）４１０は、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。

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に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部３２０は、受信回路２２０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）に基づいて主制御部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、主制御部３１０が行う制御の一部を処理装置２００の制御部２３０が行ってもよいし、制御部２３０が行う制御の一部を主制御部３１０が行ってもよい。

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に、本実施形態の超音波診断装置４００の具体的な構成例を示す。図１４（Ａ）は携帯型の超音波診断装置４００を示し、図１４（Ｂ）は据置型の超音波診断装置４００を示す。

携帯型及び据置型の超音波診断装置４００は共に、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は表示用画像データを表示する表示部３４０を含む。

図１４（Ａ）に示す携帯型の超音波診断装置４００では、装置を小型化してバッテリーを電源とする必要がある。本実施形態の超音波診断装置４００によれば、超音波素子の残響振動（尾引き）を抑えることができるから、対象物との距離が短い場合であってもエコー信号を確実に受信することができる。さらに差分演算処理などの追加処理が不要であるから、回路構成を簡素にし、消費電力を低く抑えることができる。その結果、装置を小型化することなどができるから、携帯型の超音波診断装置において、被検体の表層部分の鮮明な画像を取得することなどが可能になる。

図１４（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１４（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。

プローブヘッド３０１は、超音波トランスデューサーデバイス１００、支持部材ＳＵＰ、被検体と接触する接触部材１３０、超音波トランスデューサーデバイス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。超音波トランスデューサーデバイス１００は、接触部材１３０と支持部材ＳＵＰとの間に設けられる。

プローブ本体３０２は、処理装置２００及びプローブ本体側コネクターＣＮｂ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４１０に接続される。

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。また処理装置、超音波プローブ、電子機器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。

１００ 超音波トランスデューサーデバイス、１３０ 接触部材、
１４０ プローブ筐体、２００ 処理装置、２１０ 送信回路、２２０ 受信回路、
２３０ 制御部、２４０ 振幅電圧生成回路、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（電子機器）、
４１０ 超音波診断装置本体（電子機器本体）、
ＵＥ 超音波素子、ＤＬ１〜ＤＬｎ 駆動電極線、ＣＬ１〜ＣＬｍ コモン電極線、
ＭＵＸ 選択回路、Ｔ／Ｒ＿ＳＷ 送受信切換回路、ＳＰ、ＳＮ 制御信号、
ＶＴ１〜ＶＴｎ 駆動信号、ＶＲ１〜ＶＲｎ 受信信号、ＶＣＯＭ コモン電圧

Claims (9)

1. 複数の超音波トランスデューサー素子と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する超音波トランスデューサーデバイスの処理装置であって、
   前記超音波トランスデューサーデバイスに対して駆動信号を出力する送信回路と、
   前記超音波トランスデューサーデバイスからの受信信号の信号処理を行う受信回路と、
   前記送信回路及び前記受信回路を制御する制御部とを含み、
   前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、
   前記複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、
   前記振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有し、
   前記送信回路は、
   前記駆動信号として交番電圧を出力し、
   前記交番電圧の１周期以上で、且つ、前記交番電圧の半周期の整数倍の期間を第１の期間とし、前記第１の期間に連続する期間を第２の期間とする場合に、
   前記第１の期間における交番電圧の周期と前記第２の期間における交番電圧の周期は同じであり、
   前記第２の期間における交番電圧の位相は、前記第１の期間における交番電圧と逆位相であり、
   前記第２の期間における交番電圧の振幅は、前記第１の期間における交番電圧の振幅より小さく、且つ時間と共に減少することを特徴とする処理装置。
2. 請求項1において、
   前記制御部は、
   第１の制御信号及び第２の制御信号を前記送信回路に対して出力し、
   前記送信回路は、
   前記第１の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、
   前記第２の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力することを特徴とする処理装置。
3. 請求項１において、
   前記送信回路は、
   前記第１の期間において前記駆動信号を出力する第１の送信部と、
   前記第２の期間において前記駆動信号を出力する第２の送信部とを有し、
   前記制御部は、
   第１の制御信号及び第２の制御信号を前記第１の送信部に対して出力し、
   第３の制御信号及び第４の制御信号を前記第２の送信部に対して出力し、
   前記制御部は、
   前記第１の期間において、前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号を前記交番電圧の周期で交互にアクティブにし、
   前記第２の期間において、前記第３の制御信号及び前記第４の制御信号を前記交番電圧の周期で交互にアクティブにし、
   前記第１の送信部は、
   前記第１の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、
   前記第２の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、
   前記第２の送信部は、
   前記第３の制御信号がアクティブのときは正極性の電圧となる前記駆動信号を出力し、
   前記第４の制御信号がアクティブのときは負極性の電圧となる前記駆動信号を出力することを特徴とする処理装置。
4. 請求項３において、
   前記制御部は、
   前記第１の制御信号又は前記第２の制御信号をアクティブにすることで前記第１の送信部に対して前記駆動信号の出力指示を行った後、
   所与の設定期間遅れて前記第３の制御信号又は前記第４の制御信号をアクティブにすることで、前記第２の送信部に対して前記駆動信号の出力指示を行うことを特徴とする処理装置。
5. 請求項４において、
   前記設定期間は可変に設定されることを特徴とする処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記制御部は、
   第１のモードでは、前記送信回路に対して、前記第１の期間及び前記第２の期間において前記駆動信号を出力させる制御を行い、
   第２のモードでは、前記送信回路に対して、前記第１の期間において前記駆動信号を出力させ、前記第２の期間において前記駆動信号を非出力にする制御を行うことを特徴とする処理装置。
7. 請求項１乃至６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。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の処理装置を含むことを特徴とする電子機器。
9. 請求項１乃至６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。

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