JP2015023995A - 超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化が可能な超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置等を提供すること。
【解決手段】超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、超音波トランスデューサー素子アレイ１００の第１の方向（ＤＬ）での一方の端部に配置される第１のチャンネル端子群と、第１の方向での他方の端部に配置される第２のチャンネル端子群と、一方の端部側に設けられる第１のフレキシブル基板１３０に実装される第１の集積回路装置１１０と、他方の端部側に設けられる第２のフレキシブル基板１４０に実装される第２の集積回路装置１２０と、を含む。第１のチャンネル端子群に接続されるチャンネル（ＣＨｉ）と第２のチャンネル端子群に接続されるチャンネル（ＣＨｉ＋１）とが、チャンネル毎に交互に第２の方向（ＤＳ）に沿って配置される。
【選択図】 図６

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置等に関する。

従来から、超音波を送受信する超音波トランスデューサー素子としてバルクの圧電部材が用いられている。例えば特許文献１には、バルクの圧電部材の後面電極の一部から圧電部材の側面にかけて絶縁体層が設けられ、圧電部材の前面電極に連続し後面電極側まで回り込むように導電体層が設けられ、圧電部材の後面側において導電体層及び後面電極には、フレキシブル基板に形成された配線が接続される超音波プローブが、開示されている。

特開２００５−３４１０８５号公報

さて、バルクの圧電部材を駆動するためには例えば１００Ｖ程度の高電圧が必要であるため、高耐圧の駆動ＩＣを用いる必要がある。高耐圧のＩＣは一般的に実装面積が大きくなったり、ＩＣの個数が多くなるため、そのＩＣを搭載した装置の小型化が困難であるという課題がある。

本発明の幾つかの態様によれば、装置の小型化が可能な超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置等を提供できる。

本発明の一態様は、基板と、前記基板上に配置される超音波トランスデューサー素子アレイと、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサー素子アレイの第１の方向での一方の端部に配置される第１のチャンネル端子群と、前記超音波トランスデューサー素子アレイの前記第１の方向での他方の端部に配置される第２のチャンネル端子群と、前記第１のチャンネル端子群に接続される第１の配線群が配置され、前記一方の端部側に設けられる第１のフレキシブル基板と、前記第１のフレキシブル基板に実装され、前記第１のチャンネル端子群への信号の送信及び前記第１のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う第１の集積回路装置と、前記第２のチャンネル端子群に接続される第２の配線群が配置され、前記他方の端部側に設けられる第２のフレキシブル基板と、前記第２のフレキシブル基板に実装され、前記第２のチャンネル端子群への信号の送信及び前記第２のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う第２の集積回路装置と、前記超音波トランスデューサー素子アレイには、前記第１のチャンネル端子群に接続されるチャンネルと前記第２のチャンネル端子群に接続されるチャンネルとが、チャンネル毎に交互に、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配置される超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様によれば、超音波トランスデューサー素子アレイの第１の方向での一方の端部に第１のチャンネル端子群と第１のフレキシブル基板が配置され、他方の端部に第２のチャンネル素子群と第２のフレキシブル基板が配置され、第１のチャンネル素子群に接続されるチャンネルと第２のチャンネル素子群に接続されるチャンネルとが、第２の方向に沿って交互に配置される。これにより、装置を小型化することが可能となる。

また本発明の一態様では、第１のスキャン期間では、前記第１の集積回路装置は第１〜第ｋのパルス信号（ｋは２以上の自然数）のうち奇数番のパルス信号を第１〜第ｋのチャンネル端子のうち前記第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、前記第２の集積回路装置は前記第１〜第ｋのパルス信号のうち偶数番のパルス信号を前記第１〜第ｋのチャンネル端子のうち前記第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、前記第１のスキャン期間の後の第２のスキャン期間では、前記第２の集積回路装置は前記奇数番のパルス信号を第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子のうち前記第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、前記第１の集積回路装置は前記偶数番のパルス信号を前記第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子のうち前記第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信してもよい。

このようにすれば、第１のチャンネル素子群に接続されるチャンネルと第２のチャンネル素子群に接続されるチャンネルとが交互に配置される本発明の一態様において、スキャン動作を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記第１のスキャン期間及び前記第２のスキャン期間における送信を制御する制御コマンドを前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置に出力する処理部を含み、前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置の各集積回路装置は、パルス信号の送信を行う複数の送信回路と、前記制御コマンドに基づいて前記複数の送信回路を制御する制御回路と、を有してもよい。

このようにすれば、処理部が制御コマンドを出力し、各集積回路装置が制御コマンドに基づいて複数の送信回路を制御することにより、複数の送信回路が第１のスキャン期間及び第２のスキャン期間におけるパルス信号を送信できる。

また本発明の一態様では、受信信号の受信処理を行う処理部を含み、前記処理部は、前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置が信号を送信することで得られた前記第１のチャンネル群からの前記受信信号及び前記第２のチャンネル群からの前記受信信号に基づいて、前記受信処理を行ってもよい。

このようにすれば、第１のチャンネル素子群からの受信信号及び第２のチャンネル素子群からの受信信号を処理部により受信処理するので、例えば受信フォーカス処理等の受信処理において複数チャンネルの受信信号を合成できる。

また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサー素子アレイには、第１〜第Ｎのチャンネル（Ｎは２以上の自然数）が前記第２の方向に沿って配置され、前記第１のチャンネル端子群は、前記第１〜第Ｎのチャンネルのうち奇数番のチャンネルに接続され、前記第２のチャンネル端子群は、前記第１〜第Ｎのチャンネルのうち偶数番のチャンネルに接続されてもよい。

このようにすれば、第１のチャンネル素子群に接続されるチャンネルと第２のチャンネル素子群に接続されるチャンネルとを、チャンネル毎に交互に配置できる。

また本発明の一態様では、前記第１の集積回路装置は、前記第１のフレキシブル基板を前記第１のチャンネル端子群に接続する接続端に沿った方向である第３の方向に、前記第１の集積回路装置の長辺方向が沿うように実装され、前記第２の集積回路装置は、前記第２のフレキシブル基板を前記第２のチャンネル端子群に接続する接続端に沿った方向である第４の方向に、前記第２の集積回路装置の長辺方向が沿うように実装されてもよい。

また本発明の一態様では、前記第１の集積回路装置は、前記第３の方向に沿って配置され、前記第１のチャンネル端子群に対して信号を送信する複数の送信回路を有し、前記第２の集積回路装置は、前記第４の方向に沿って配置され、前記第２のチャンネル端子群に対して信号を送信する複数の送信回路を有してもよい。

このようにすれば、第１の集積回路装置が、第１のチャンネル素子群に接続されるチャンネルに送信信号を出力し、第２の集積回路装置が、第２のチャンネル素子群に接続されるチャンネルに送信信号を出力できる。これにより、送信回路の配置ピッチよりもチャンネルの配置ピッチが小さくなるので、より素子ピッチが小さい超音波トランスデューサー素子アレイを実現できる。

また本発明の一態様では、前記第１の集積回路装置は、前記第１のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装され、前記第２の集積回路装置は、前記第２のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装されてもよい。

このようにすれば、例えばフラットパッケージなどによってリジッド基板に集積回路装置を実装するのではなく、超音波トランスデューサーデバイス上に集積回路装置を実装できるので、超音波測定装置を小型化することが可能となる。

また本発明の一態様では、前記チャンネルは、第１〜第ｍの素子群（ｍは２以上の自然数）を有し、前記第１〜第ｍの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、前記各素子群内において電気的に並列接続され、前記第１〜第ｍの素子群は、電気的に直列接続されてもよい。

このようにすれば、第１〜第ｍの素子群が直列接続されるので、第１〜第ｍの素子群での受信電圧の振幅が加算され、受信感度を向上できる。また、各素子群の超音波トランスデューサー素子が並列接続されることで、送信音圧を大きくできる。このようにして、送信音圧の増大と受信感度の向上を両立できる。

また本発明の一態様では、前記チャンネルは、第１の素子群〜第ｍの素子群（ｍは２以上の自然数）を有し、前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、前記各素子群内において電気的に直列接続され、前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群は、電気的に並列接続されてもよい。

このようにすれば、各素子群において複数の超音波トランスデューサー素子が直列接続されるので、複数の超音波トランスデューサー素子での受信電圧の振幅が加算され、受信感度を向上できる。また、第１〜第ｍの素子群が並列接続されることで、送信音圧を大きくできる。このようにして、送信音圧の増大と受信感度の向上を両立できる。

また本発明の一態様では、前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、前記超音波トランスデューサー素子アレイは、前記複数の開口毎に超音波トランスデューサー素子を有し、前記超音波トランスデューサー素子は、前記複数の開口のうちの対応する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層と、前記圧電体層の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、を有してもよい。

このようにすれば、開口を塞ぐ振動膜を圧電体層により振動させる超音波トランスデューサー素子によって超音波トランスデューサー素子アレイを構成できる。これにより、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧の駆動信号で超音波トランスデューサー素子を駆動することが可能になり、集積回路装置を低耐圧のプロセスで製造できるため、集積回路装置をコンパクトに形成することが可能となる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された超音波測定装置を含む超音波ヘッドユニットに関係する。

また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された超音波測定装置を含む超音波プローブに関係する。

また本発明の更に他の態様は、上記に記載されたプローブと、表示用画像データを表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本実施形態の比較例についての説明図。 図２（Ａ）、超音波プローブの仕様と疾病の例。図２（Ｂ）は、市販の一般的なプローブの仕様の例。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、チャンネルの構成例。 超音波測定装置の基本構成例。 超音波測定装置の基本構成例。 超音波測定装置の構成例の回路ブロック図。 集積回路装置の詳細な構成例。 送受信制御についての説明図。 集積回路装置のレイアウト構成例。 超音波プローブの構成例。 超音波測定装置の第２の構成例の回路ブロック図。 集積回路装置の第２の詳細な構成例。 集積回路装置の第２のレイアウト構成例。 チャンネルの第１の変形構成例。 チャンネルの第２の変形構成例。 ヘッドユニットの構成例。 図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）は、超音波ヘッドユニットの詳細な構成例。 図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は、超音波プローブの構成例。 超音波画像装置の構成例。

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．本実施形態の比較例
上述したように、バルクの超音波トランスデューサー素子を用いると、高耐圧の駆動ＩＣが必要となるため、装置の小型化が困難であるという課題がある。例えば、ポータブル式の超音波画像装置等では、そのプローブや装置本体を小型化するニーズがあるが、高耐圧の駆動ＩＣを搭載すると小型化が妨げられてしまう。

また、上述した特許文献１では、超音波トランスデューサー素子であるバルク圧電部材の電極がフレキシブル基板を介して送受信部に接続される。フレキシブル基板には、電極と送受信部を接続する配線のみが形成されているため、部品点数やコストが増加するという課題がある。

また、超音波トランスデューサー素子を駆動するＩＣ（集積回路装置）のほぼ全てがリジッド基板である主基板に実装されることになるため、ＩＣはフラットパッケージで構成されることが想定され、主基板上でＩＣが大きな面積を占めてしまう。またバルク圧電部材を駆動するために１００Ｖ程度の高電圧に耐える半導体プロセスを用いる必要があるため、ＩＣの実装面積が大きくなる。このように特許文献１の手法では、例えばポータブル式の超音波画像装置等に適用した場合に装置の小型化が困難であるという課題がある。

また、上述のように実装面積が大きなＩＣを用いて装置を小型化しようとすると、駆動チャンネル数を減らすことで駆動ＩＣの面積や個数を減らすことになるため、超音波トランスデューサー素子アレイのチャンネル数が減少するという課題がある。チャンネル数が減少すると超音波ビームの収束性が低下するため、超音波画像装置の重要な特性である分解能が低減してしまう。

そこで本実施形態では、図３（Ａ）等で後述するように、薄膜の圧電素子（圧電体層３０）を用いて超音波トランスデューサー素子を構成する。この構成では、１０〜３０Ｖで超音波トランスデューサー素子を駆動できるので、駆動ＩＣを小型化できる。例えば図１（Ａ）に本実施形態の比較構成例を示す。

この比較構成例は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４と、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４を両端から駆動する集積回路装置ＩＣ１、ＩＣ２を含む。チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４は、複数の超音波トランスデューサー素子で構成されており、例えば図５（Ａ）で後述するような素子列である。チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４により超音波トランスデューサー素子アレイが構成されており、そのスキャン方向での長さをヘッド長Ｗとする。集積回路装置ＩＣ１、ＩＣ２は、その長辺方向がヘッド長Ｗの方向に沿うように配置されており、その長辺に沿って６４チャンネル分の出力端子が並ぶ構成となっている。本実施形態では駆動電圧がバルクよりも低圧であるため、集積回路装置ＩＣ１、ＩＣ２を小型化して、図１（Ａ）のような構成にすることが可能である。

さて、図２（Ａ）に、本実施形態において想定される仕様と疾病の例を示し、図２（Ｂ）に、市販の一般的なプローブの仕様の例を示す。診察する疾病の種類に応じて観察に適した深さがあり、その深さに応じて超音波の周波数やチャンネル数が設定されている。例えば、図２（Ａ）に示すリンパ浮腫や褥瘡等では、それぞれ観察に適した深さや超音波の周波数が決まっている。図２（Ｂ）に示すように、超音波の周波数が決まると、それに対応してヘッド長やチャンネル数が決まってくる。一般的に、深さが浅いほど、高い周波数と多数のチャンネルが必要である。

一方で、図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示すように、疾病やチャンネル数に関わらずヘッド長は同一（又はほぼ同一）である。即ち、浅い部分を観察する疾病に対応するためには多チャンネル化が必要であるが、ヘッド長は変わらないことになる。例えば、図１（Ｂ）に示すように、６４チャンネルの場合と同一のヘッド長Ｗで１２８チャンネルを構成する。この場合、集積回路装置ＩＣ１、ＩＣ２を１２８チャンネルにする必要があるが、１０〜３０Ｖの耐圧のプロセスを用いるので、長辺方向の長さを維持しながら多チャンネル化するのは困難である。そのため、長辺方向の長さがヘッド長Ｗよりも長くなり、コンパクトに配置・配線することが困難となるという課題がある。

２．超音波トランスデューサー素子
以下では、このような課題を解決できる本実施形態の超音波測定装置について説明する。まず本実施形態の超音波測定装置に適用される超音波トランスデューサー素子について説明する。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスに適用される超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜５０（メンブレン、支持部材）、第１電極層２１（下部電極層）、圧電体層３０（圧電体膜）、第２電極層２２（上部電極層）を含む。

超音波トランスデューサー素子１０は、基板６０に形成される。基板６０は例えばシリコン基板である。図３（Ａ）は、超音波トランスデューサー素子１０を、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡＡ’に沿った断面を示す断面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＢＢ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図３（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体層３０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２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０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（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。

第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０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２２は、図３（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分及び第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分の一方が第１の電極を形成し、他方が第２の電極を形成する。圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられている。これらの第１の電極、第２の電極、圧電体層３０を圧電素子部とも呼ぶ。

振動膜５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１電極層２１、第２電極層２２を支持すると共に、圧電体層３０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４０（空洞領域）は、基板６０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: Reactive Ion Etching）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０の形成によって振動可能になった振動膜５０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図３（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子（圧電体層３０）と金属板（振動膜５０）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電体層３０が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜５０の寸法はそのままであるため反りが生じる。圧電体層３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。この圧電体層３０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。

上記のように超音波トランスデューサー素子１０を構成することにより、バルク型の超音波トランスデューサー素子に比べて素子を小型化できるため、素子ピッチを狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの発生を抑制できる。また、バルク型の超音波トランスデューサー素子に比べて小さい電圧振幅で駆動できるため、低耐圧の回路素子で駆動回路を構成できる。

３．超音波トランスデューサーデバイス
図４に、本実施形態の超音波測定装置に含まれる超音波トランスデューサーデバイス２００の構成例を示す。

なお以下では、超音波トランスデューサーデバイス２００として上述したような圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用する場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。例えばｃ-ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプのトランスデューサーを採用してもよい。

なお以下では、送受信チャンネルが第１〜第１２８チャンネルで構成される場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、Ｎ＝１２８以外の第１〜第Ｎチャンネルで構成されてもよい。また以下では、チャンネル端子（信号端子）とコモン端子との間に素子群が接続される場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、２つの信号端子の間に素子群を接続し、その２つの信号端子に例えば逆位相の信号を供給してもよい。

超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０と、基板６０に形成された超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、基板６０に形成されたチャンネル端子ＸＡ１〜ＸＡ１２８（信号端子）と、基板６０に形成されたコモン端子ＸＣ１〜ＸＣ１２８（広義には信号端子）と、基板６０に形成された信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２８と、基板６０に形成されたコモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ１２８（広義には信号電極線）と、を含む。

チャンネル端子ＸＡｉ（ｉは奇数）及びコモン端子ＸＣｉは、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の一方の端部に配置される。チャンネル端子ＸＡｉは、信号電極線ＬＸｉの一端に接続され、コモン端子ＸＣｉは、コモン電極線ＬＣｉの一端に接続される。チャンネル端子ＸＡｉ＋１（ｉ＋１は偶数）及びコモン端子ＸＣｉ＋１は、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の他方の端部に配置される。チャンネル端子ＸＡｉ＋１は、信号電極線ＬＸｉ＋１の一端に接続され、コモン端子ＸＣｉ＋１は、コモン電極線ＬＣｉ＋１の一端に接続される。例えば、基板６０は、スキャン方向ＤＳを長辺方向とする矩形であり、その矩形の一方の長辺に沿って奇数番のチャンネル端子ＸＡｉ及びコモン端子ＸＣｉが配置され、矩形の他方の長辺に沿って偶数番のチャンネル端子ＸＡｉ＋１及びコモン端子ＸＣｉ＋１が配置される。

ここで、スライス方向ＤＬ（第１の方向）及びスキャン方向ＤＳ（第２の方向）は、基板６０の平面上における方向を表す。スキャン方向ＤＳとは、例えばリニアスキャンやセクタースキャン等のスキャン動作において超音波ビームをスキャンする方向に対応する。スライス方向ＤＬとは、スキャン方向ＤＳに交差（例えば直交）する方向であり、例えば超音波ビームをスキャンして断層画像を得る場合、その断層に直交する方向に対応する。

超音波トランスデューサー素子アレイ１００は、スキャン方向ＤＳに沿って配置されるチャンネルＣＨ１〜ＣＨ１２８を含む。各チャンネルＣＨｉ、ＣＨｉ＋１は、電気的に接続された複数の超音波トランスデューサー素子１０で構成され、信号電極線ＬＸｉ、ＬＸｉ＋１の他端及びコモン電極線ＬＣｉ、ＬＣｉ＋１の他端に接続されている。チャンネルＣＨｉ、ＣＨｉ＋１の詳細な構成については後述する。

超音波の送受信は次のように行われる。奇数番のチャンネルを例にとると、チャンネル端子ＸＡｉに送信信号（例えば電圧パルス）が供給されると、その送信信号をチャンネルＣＨｉの超音波トランスデューサー素子１０が超音波に変換し、超音波が出射される。そして、対象物が反射した超音波エコーを超音波トランスデューサー素子１０が受信信号（例えば電圧信号）に変換し、その受信信号がチャンネル端子ＸＡｉから出力される。なお、コモン端子ＸＣｉにはコモン電圧（例えば一定の電圧）が供給される。

４．チャンネル
図５（Ａ）に、チャンネルＣＨｉ（チャンネル素子群）の詳細な構成例を示す。なお、チャンネルＣＨｉ＋１についても同様に構成できる。

チャンネルＣＨｉは、スライス方向ＤＬに沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ８を含む。超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ８の一方の電極（例えば図３（Ａ）の第１電極層２１）は、信号電極線ＬＸｉに接続される。他方の電極（例えば図３（Ａ）の第２電極層２２）は、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８に接続される。コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、スキャン方向ＤＳに沿って配線され、コモン電極線ＬＣｉに接続される。

図５（Ａ）のチャンネルＣＨｉを図４に適用した場合、超音波トランスデューサー素子アレイ１００には、８行１２８列のマトリックス状に超音波トランスデューサー素子１０が配置されることになる。

なお、上記ではスライス方向ＤＬに沿って８個の超音波トランスデューサー素子が配置される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、Ｍ＝８以外のＭ個（Ｍは２以上の自然数）の超音波トランスデューサー素子が配置されてもよい。即ち、超音波トランスデューサー素子アレイ１００は、Ｍ行Ｎ列のマトリックスであってもよい。また、超音波トランスデューサー素子アレイ１００は、マトリックス状の配置に限定されない。例えばスライス方向ＤＬの素子数が異なるチャンネルが混在してもよいし、或は、スキャン方向ＤＳやスライス方向ＤＬにおいて素子が一直線上に配置されなくてもよい（例えば千鳥格子状の配置）。

また、上記では１チャンネルが１列の素子列で構成される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、１チャンネルが複数列の素子列で構成されてもよい。例えば図５（Ｂ）に示すように、チャンネルＣＨｉは、スライス方向ＤＬに沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８及びＵＥ２１〜ＵＥ２８を有する。超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８、ＵＥ２１〜ＵＥ２８は、信号電極線ＬＸ１ｉ、ＬＸ２ｉに接続される。信号電極線ＬＸ１ｉ、ＬＸ２ｉは、チャンネル端子ＸＡｉに接続される。

また、上記では各チャンネルにコモン端子が接続され、各チャンネルでコモン電極線が分離されている場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ１２８が共通のコモン電極線及びコモン端子に接続されてもよい。

５．超音波測定装置の基本構成
図６、図７に、本実施形態の超音波測定装置の基本構成例を示す。この超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、第１のフレキシブル基板１３０と、第２のフレキシブル基板１４０と、第１のフレキシブル基板１３０に実装される第１の集積回路装置１１０と、第２のフレキシブル基板１４０に実装される第２の集積回路装置１２０と、を含む。なお、以下では適宜、超音波トランスデューサーデバイス２００を素子チップとも呼ぶ。

フレキシブル基板１３０には、方向ＤＡに沿って信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４が配線される。その信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、素子チップ２００の奇数番のチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に接続される。ここで、方向ＤＡ、ＤＢはフレキシブル基板１３０上の方向である。方向ＤＢは、素子チップ２００のスキャン方向ＤＳに対応する方向であり、例えば、フレキシブル基板１３０を素子チップ２００に接続する接続端に平行な方向である。方向ＤＡは、方向ＤＢに交差（例えば直交）する方向である。

集積回路装置１１０が実装された状態において、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４には、集積回路装置１１０の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４とダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４が接続される。即ち、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４は、素子チップ２００の奇数番のチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に接続されることになる。

送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４は、集積回路装置１１０の第１の長辺（図１１のＨＬ１）に沿って配列される。ダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４は、集積回路装置１１０の第２の長辺（ＨＬ２）に沿って配列される。集積回路装置１１０は、長辺が方向ＤＢに沿うと共に送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４側の長辺が超音波トランスデューサーデバイス２００側を向くように、フレキシブル基板１３０に実装される。集積回路装置１１０の実装側からフレキシブル基板１３０を見た平面視において、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４は、集積回路装置１１０の下を通っている。

ここで、「ダミー端子」とは、例えば送信信号や受信信号、制御信号等の信号を入出力しない端子であり、例えばバンプ端子のみが形成され、そのバンプ端子に回路が接続されていない端子である。なお、ダミー端子は、製造プロセスのテスト工程において信号入出力を行うテスト端子を含んでもよい。また、ダミー端子には、静電保護回路が接続されていてもよい。

なお、集積回路装置１１０の第１の短辺（ＨＳ１）、第２の短辺（ＨＳ２）に沿って制御端子（図９のＴＰ）を配置してもよい。制御端子は、フレキシブル基板１３０に形成された制御信号線に接続される。制御端子には、例えば図８の送受信制御回路５６０から送信パルス信号や送受信制御信号が供給され、集積回路装置１１０は、その送信パルス信号や送受信制御信号に基づいて送信信号を生成する。また、図示を省略しているが、集積回路装置１１０にはコモン出力端子を設けてもよい。コモン出力端子は、素子チップ２００のコモン端子ＸＣ１、ＸＣ３、・・・、ＸＣ１２７に対してコモン電圧を供給する。

集積回路装置１１０の端子はバンプ端子であり、例えば集積回路装置１１０のパッド端子に対して金属メッキを施すことにより形成する。あるいは、集積回路装置１１０の素子形成面に対して、絶縁層となる樹脂層と、金属配線と、その金属配線に接続されるバンプ端子と、を形成してもよい。

素子チップ２００のチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７は、素子チップ２００の超音波出射方向側（即ち、圧電体層３０が形成される側）の面ＳＹＭに形成されている。図６の例では、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、フレキシブル基板１３０の外側（紙面に向かって手前側）からスルーホールＶＩ１〜ＶＩ６４を介してフレキシブル基板１３０の内側（紙面に向かって奥側）に延長され、超音波出射方向側の面ＳＹＭでチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に接続されている。この場合、集積回路装置１１０は、フレキシブル基板１３０の外側に実装されることになる。

図７の例では、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４は、フレキシブル基板１３０の内側（紙面に向かって右側）に形成されており、そのまま素子チップ２００のチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に接続されている。集積回路装置１１０は、フレキシブル基板１３０の内側に実装される。このように集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０の内側に実装することで、プローブヘッドをよりコンパクトに構成できる。

フレキシブル基板１４０及び集積回路装置１２０についてもフレキシブル基板１３０及び集積回路装置１１０と同様に構成できる。即ち、フレキシブル基板１４０には、方向ＤＣに沿って信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４が配線される。信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４の一端は、素子チップ２００の偶数番のチャンネル端子ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８に接続される。ここで、方向ＤＣ、ＤＤはフレキシブル基板１４０上の方向である。方向ＤＤは、素子チップ２００のスキャン方向ＤＳに対応する方向であり、例えば、フレキシブル基板１４０を素子チップ２００に接続する接続端に平行な方向である。方向ＤＣは、方向ＤＤに交差（例えば直交）する方向である。

集積回路装置１２０が実装された状態において、信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４には、集積回路装置１２０の送信端子ＴＴＢ１〜ＴＴＢ６４とダミー端子ＴＤＢ１〜ＴＤＢ６４が接続される。即ち、送信端子ＴＴＢ１〜ＴＴＢ６４は、素子チップ２００の偶数番のチャンネル端子ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８に接続されることになる。

上記の超音波測定装置の動作について説明する。超音波の送信時には、集積回路装置１１０、１２０からの送信信号が、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４、ＴＴＢ１〜ＴＴＢ６４と信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４、ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４とを介して超音波トランスデューサーデバイス２００のチャンネル端子ＸＡ１〜ＸＡ１２８に対して入力される。超音波トランスデューサーデバイス２００は、その送信信号により超音波を出射し、その超音波が観察対象から反射され、その反射波が素子チップ２００により受信される。この超音波の受信時には、チャンネル端子ＸＡ１〜ＸＡ１２８からの受信信号が、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４、ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４を介して、後段の受信回路（例えば図８（Ａ）のアナログフロントエンド回路５５０）に出力される。集積回路装置１１０、１２０の詳細な回路構成・動作については、後述する。

６．フリップチップ実装
以下では集積回路装置１１０を例にフリップチップ実装について説明する。なお、集積回路装置１２０も実装手法は同様である。

集積回路装置１１０の実装は、図７に示すように、異方性導電フィルム１１５（ACF: Anisotropic Conductive Film）を用いたフリップチップ実装（ベアチップ実装）により実現される。異方性導電フィルム１１５は、金属微粒子等の導電粒子を含んだ樹脂フィルムである。この異方性導電フィルム１１５を間に挟んで集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に接着し、異方性導電フィルム１１５を熱硬化させると、異方性導電フィルム１１５が硬化収縮し、その硬化収縮によって集積回路装置１１０とフレキシブル基板１３０が引き合う。そして、集積回路装置１１０の突起端子（バンプ）が導電粒子を押しつぶすことによりフレキシブル基板１３０の配線に対して導通し、その突起端子が硬化収縮の力に対抗することにより集積回路装置１１０を支える。端子に圧迫されていない部分のフィルムは、樹脂によって導電粒子間が絶縁状態に保たれており、端子のショートは生じないようになっている。

このように異方性導電フィルム１１５を用いてフレキシブル基板１３０に対してフリップチップ実装を行うことで、フラットパッケージの集積回路装置を後段のプリント基板（リジッド基板）に対して実装する場合に比べて実装面積を削減できる。また、本実施形態の素子チップ２００は上述のように１０〜３０Ｖ程度で駆動可能であるため集積回路装置１１０を小型化できる。そのため、高耐圧の集積回路装置が必要なバルク圧電素子では困難な、フリップチップ実装による小型化を容易に実現できる。

なお、フリップチップ実装は、例えば、素子形成面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースダウン実装である。或は、素子形成面の裏面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースアップ実装であってもよい。

さて、本実施形態では、集積回路装置１１０にダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４を設けている。仮にダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４を設けない場合、集積回路装置１１０の長辺の一方のみに送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が存在することになり、異方性導電フィルム１１５の硬化収縮の力が、端子が無い側と有る側とで不均衡を生じる。この不均衡により、端子が無い側には、集積回路装置１１０とフレキシブル基板１３０が引き合う力が生じる。一方、その引き合う力により、端子が存在する側には端子を持ち上げる力が生じるため、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４から浮いてしまう可能性がある。

この点、本実施形態では、集積回路装置１１０の第２の長辺にダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４を設けている。これにより、異方性導電フィルム１１５の硬化収縮の力に対して、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が対抗する力とダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４が対抗する力とが釣り合うため、力が均衡し、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４との導通を保つことができる。

なお、本実施形態では異方性導電フィルム１１５（ＡＣＦ）による実装に限定されず、例えばＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）やＮＣＦ（Non-Conductive Film）、ＮＣＰ（Non-Conductive Paste）等を用いて集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に実装してもよい。

第２の集積回路装置１２０についても、上記と同様にして実装される。即ち、集積回路装置１２０は、フレキシブル基板１４０に、異方性導電フィルム１２５によりフリップチップ実装される。

７．超音波測定装置の詳細構成
図８に、超音波測定装置の構成例の回路ブロック図を示す。この超音波測定装置は、素子チップ２００、集積回路装置１１０、１２０、処理部５００を含む。処理部５００は、アナログフロントエンド回路５５０、送受信制御回路５６０を含む。

送受信制御回路５６０は、集積回路装置１１０、１２０に対して、超音波の送信制御や受信制御を行う。送受信制御回路５６０は、その制御信号を、集積回路装置１１０、１２０の制御端子（図９のＴＰ）を介して集積回路装置１１０、１２０へ供給する。

アナログフロントエンド回路５５０には、素子チップ２００からフレキシブル基板１３０、１４０を介して受信信号が入力され、アナログフロントエンド回路５５０は、その受信信号に対して受信処理を行う。受信処理は、例えば増幅処理やＡ／Ｄ変換処理、受信フォーカス処理等である。またアナログフロントエンド回路５５０は、集積回路装置１１０、１２０が出力する高電圧の送信信号を制限するリミッター回路５７０を含む。送信信号の振幅は１０〜３０Ｖ程度であり、アナログフロントエンド回路５５０は数Ｖで動作するため、送信信号がそのままアナログフロントエンド回路５５０に入力されるとアナログフロントエンド回路５５０が破壊（静電破壊）される可能性がある。そのため、リミッター回路５７０を設け、送信信号がアナログフロントエンド回路５５０に入力されないようにしている。なお、リミッター回路５７０ではなく、超音波の送信期間にオフになるスイッチ素子を設けてもよい。

集積回路装置１１０は、送信パルス信号を増幅する送信回路１１２と、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて送信回路１１２を制御する制御回路１１４を含む。集積回路装置１２０は、送信パルス信号を増幅する送信回路１２２と、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて送信回路１２２を制御する制御回路１２４を含む。

図９に、集積回路装置１１０の詳細な構成例を示す。なお、集積回路装置１１０を例に説明するが、集積回路装置１２０も同様に構成できる。集積回路装置１１０は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４（例えばパルサー）と制御回路１１４を含む。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は図８の送信回路１１２に対応する。

超音波の送信期間では、送受信制御回路５６０は、端子群ＴＰ（制御端子）を介して制御回路１１４へ送信制御コマンドを入力する。例えば、送信制御コマンドは、不図示のレジスターに書き込まれる。制御回路１１４は、送信制御コマンドに基づいてスキャン制御や送信フォーカス制御を行い、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４へ送信パルス信号を供給する。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、供給された送信パルス信号を増幅し、その増幅した送信パルス信号を送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介して超音波トランスデューサー素子アレイ１００へ出力する。

超音波の受信期間では、超音波トランスデューサー素子アレイ１００は観察対象からの超音波の反射波を受信し、その受信信号が信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ入力される。受信信号は、送信信号に比べて微弱（電圧振幅が小さい）ため、リミッター回路５７０で制限されずに通過し、アナログフロントエンド回路５５０の受信回路等（例えばローノイズアンプやＡ／Ｄ変換回路）に入力される。

８．送受信制御
リニアスキャンを行う場合を例に、送受信制御について詳細に説明する。図１０に、送信制御の説明図を示す。以下では、１つの超音波ビームを８チャンネルで出力する場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。

図１０に示すスキャン期間Ｔ１、Ｔ２、・・・は、それぞれ、リニアスキャンにおいて１つの超音波ビームを送受信する期間である。パルス信号Ｐ１〜Ｐ８は、１つの超音波ビームを構成するパルス波形の信号である。パルス信号Ｐ１〜Ｐ８には、送信フォーカス制御によりディレイが設けられている。例えば、正面方向（基板６０に垂直）に超音波ビームを出射する場合、外側のパルス信号Ｐ１、Ｐ８が最初に出射され、中心のパルス信号Ｐ４、Ｐ５に向かってディレイが大きくなる。

スキャン期間Ｔ１では、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８により送受信を行う。即ち、集積回路装置１１０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４が奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を奇数番のチャンネルＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７へ出力する。また、集積回路装置１２０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４が偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を偶数番のチャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８へ出力する。受信時には、アナログフロントエンド回路５５０がチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８の受信信号を受けて、送信時のディレイに応じてディレイ調整を行い、加算して１つの受信信号（深さ方向の１ライン分の信号）を得る。

次のスキャン期間Ｔ２では、１つチャンネルをシフトさせ、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９により送受信を行う。即ち、集積回路装置１２０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４が奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を偶数番のチャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８へ出力する。また、集積回路装置１１０の送信回路ＴＸ２〜ＴＸ５が偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を奇数番のチャンネルＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７、ＣＨ９へ出力する。アナログフロントエンド回路５５０は、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９の受信信号から１つの受信信号を得る。

以降のスキャン期間Ｔ３、Ｔ４、・・・では、１つずつチャンネルをシフトさせ、同様の送受信制御を行う。

なお、パルス信号Ｐ１〜Ｐ８は、正面に超音波ビームを出射するものに限定されず、例えば正面に対して斜め方向に超音波ビームを出射するディレイをもった波形であってもよい。また、パルス信号Ｐ１〜Ｐ８は各スキャン期間で同一である必要はなく、例えば各スキャン期間で異なるディレイをもったパルス信号であってもよい。例えば、スキャン期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・で順次、出射方向を変化させるディレイをもっていてもよい。

また、本実施形態ではリニアスキャンに限定されず、例えばセクタースキャン（位相走査）を行ってもよい。セクタースキャンを行う場合、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ１２８の位相制御によりビーム方向をスキャンする。このとき、集積回路装置１１０が受け持つ奇数番のチャンネルと集積回路装置１２０が受け持つ偶数番のチャンネルのディレイを適切に制御し、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ１２８の位相差（ディレイ）を制御する。

９．集積回路装置のレイアウト構成
図１１に、集積回路装置１１０のレイアウト構成例を示す。なお、集積回路装置１１０を例に説明するが、集積回路装置１２０も同様に構成できる。集積回路装置１１０は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を含む。

送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、集積回路装置１１０の長辺方向に沿って配列される。このような配置にすることで、集積回路装置１１０が長辺方向に長細い矩形状に構成されるため、超音波トランスデューサー素子アレイ１００に対して集積回路装置１１０の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を対向させることができる。これにより、端子間の配線が簡素になり、フレキシブル基板１３０に対してコンパクトに構成することが可能になる。なお、集積回路装置１１０の長辺は、第１の長辺ＨＬ１と第２の長辺ＨＬ２である。第１の長辺ＨＬ１は、実装時においてチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に対向する辺であり、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が配列される辺である。第２の長辺ＨＬ２は、第１の長辺ＨＬ１に対向する辺であり、ダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４が配列される辺である。

制御回路ＣＴＳ１は、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１側に配置される。また制御回路ＣＴＳ２は、集積回路装置１１０の第２の短辺ＨＳ２側に配置される。制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、図８の制御回路１１４に対応する。このように制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を短辺側に配置することで、短辺に制御端子を配置でき、長辺方向に長細い形状を保ったまま短辺を有効に活用できる。

１０．超音波プローブ
図１２に、本実施形態の超音波測定装置を含む超音波プローブの構成例を示す。この超音波プローブは、筐体６００、音響部材６１０、素子チップ２００、集積回路装置１１０、１２０、フレキシブル基板１３０、１４０、コネクター４２１〜４２４、リジッド基板４３１〜４３３、集積回路装置４４１〜４４８、回路素子４５１〜４５５を含む。

音響部材６１０は、例えば音響整合層や音響レンズなどで構成され、素子チップ２００と観察対象との間の音響インピーダンスの整合や、超音波ビームの収束などを行う。集積回路装置１１０、１２０を実装したフレキシブル基板１３０、１４０は、コネクター４２１、４２２によりリジッド基板４３２に接続される。リジッド基板４３１〜４３３はコネクター４２３、４２４により接続されており、リジッド基板４３１〜４３３には集積回路装置４４１〜４４８と回路素子４５１〜４５５が実装されている。

集積回路装置４４１〜４４８には、図８等で説明したアナログフロントエンド回路５５０や送受信制御回路５６０が含まれている。また、集積回路装置４４１〜４４８は、例えば超音波プローブを接続する超音波画像装置の本体部との通信処理を行う通信処理回路や、画像処理を行う画像処理回路などを含むことができる。回路素子４５１〜４５５としては、例えば抵抗素子やキャパシター、コイル、電子ボタン、スイッチ等の種々の回路素子を用いることができる。

さて、上述したように、バルクタイプの超音波トランスデューサー素子は１００Ｖ程度の駆動電圧を必要とするので、高耐圧の駆動ＩＣが必要となり、装置（例えばプローブ）の小型化が困難であるという課題がある。そこで、図１（Ａ）等で説明したように、本実施形態では薄膜の圧電素子を超音波トランスデューサー素子として用いることで、駆動電圧を１０〜３０Ｖに低下させ、低耐圧の駆動ＩＣにより小型化を実現できる。

しかしながら、図１（Ｂ）等で説明したように、チャンネルの配置ピッチを小さくする必要がある場合があり、チャンネル数の増加にともなって駆動ＩＣのサイズが大きくなるので、コンパクトな配置ができない可能性がある。例えば図１１等のレイアウトでは、耐圧の関係で送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の配置ピッチが所定以上小さくできないので、図１（Ｂ）のヘッド長Ｗよりも大幅に駆動ＩＣのサイズが大きくなる可能性がある。

そこで、本実施形態の超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００と第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）と第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）と第１の集積回路装置１１０と第２の集積回路装置１２０とを含む（図４、図６等）。

そして、超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０と、基板６０上に配置される超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、を有する。第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）は、超音波トランスデューサー素子アレイ１００の第１の方向（スライス方向ＤＬ）での一方の端部に配置される。第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）は、超音波トランスデューサー素子アレイ１００の第１の方向での他方の端部に配置される。第１のフレキシブル基板１３０は、第１のチャンネル端子群に接続される第１の配線群（ＬＴ１〜ＬＴ６４）が配置され、一方の端部側に設けられる。第１の集積回路装置１１０は、第１のフレキシブル基板１３０に実装され、第１のチャンネル端子群への信号の送信及び第１のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う。第２のフレキシブル基板１４０は、第２のチャンネル端子群に接続される第２の配線群（ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４）が配置され、他方の端部側に設けられる。第２の集積回路装置１２０は、第２のフレキシブル基板１４０に実装され、第２のチャンネル端子群への信号の送信及び第２のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う。

そして、超音波トランスデューサー素子アレイ１００には、第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）に接続されるチャンネルと第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）に接続されるチャンネルとが、チャンネル毎に交互に、第１の方向に交差する第２の方向（スキャン方向ＤＳ）に沿って配置される。

このようにすれば、集積回路装置１１０、１２０は、それぞれ１チャンネル間隔で送信信号を供給すればよいので、集積回路装置１１０のサイズを変えなくても、超音波トランスデューサー素子アレイ１００のチャンネルの配置ピッチを小さくできる。これにより、コンパクトな配置を実現し、また図２（Ａ）等で説明したような種々の用途に対応できる。また、同一面積に実装できる超音波トランスデューサー素子が多くなるため、高解像度化が可能となる。

ここで、チャンネルとは、超音波トランスデューサー素子アレイ１００に配置された超音波トランスデューサー素子のうち、同一のチャンネル端子に接続される（即ち同一の送信信号が供給される）超音波トランスデューサー素子である。例えば、図５（Ａ）の例では、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ８がチャンネルを構成する。或は、後述の図１６の例では、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ４３がチャンネルを構成する。

また本実施形態では、第１のスキャン期間Ｔ１では、第１の集積回路装置１１０は、第１〜第ｋのパルス信号Ｐ１〜Ｐ８（ｋ＝８、ｋは２以上の自然数であればよい）のうち奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を、第１〜第ｋのチャンネル端子ＸＡ１〜ＸＡ８のうち第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子ＸＡ１、ＸＡ３、ＸＡ５、ＸＡ７に出力し、第２の集積回路装置１２０は、第１〜第ｋのパルス信号Ｐ１〜Ｐ８のうち偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を、第１〜第ｋのチャンネル端子ＸＡ１〜ＸＡ８のうち第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子ＸＡ２、ＸＡ４、ＸＡ６、ＸＡ８に出力する。第１のスキャン期間Ｔ１の後の第２のスキャン期間Ｔ２では、第２の集積回路装置１２０は、奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を、第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子ＸＡ２〜ＸＡ９のうち第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子ＸＡ２、ＸＡ４、ＸＡ６、ＸＡ８に出力し、第１の集積回路装置１１０は、偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を、第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子ＸＡ２〜ＸＡ９のうち第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子ＸＡ３、ＸＡ５、ＸＡ７、ＸＡ９に出力する（図１０等）。

このようにすれば、第１のチャンネル端子群に接続されるチャンネルと第２のチャンネル端子群に接続されるチャンネルとがチャンネル毎に交互に配置される本実施形態において、スキャン動作を実現できる。即ち、集積回路装置１１０、１２０が偶数番と奇数番のパルス信号をスキャン期間毎に交互に出力することで、スキャン期間毎に１チャンネルずつ超音波ビームをシフトさせるリニアスキャンを実現できる。

また本実施形態では、超音波測定装置は、第１のスキャン期間Ｔ１及び第２のスキャン期間Ｔ２における送信を制御する制御コマンドを第１の集積回路装置１１０及び第２の集積回路装置１２０に出力する処理部５００を含む（図８等）。第１の集積回路装置１１０及び第２の集積回路装置１２０の各集積回路装置は、パルス信号Ｐ１〜Ｐ８の送信を行う複数の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４と、制御コマンドに基づいて複数の送信回路を制御する制御回路１１４、１２４と、を有する（図９等）。

このような制御コマンドを用意することにより、上記のようなスキャン動作を集積回路装置１１０、１２０に指示できる。即ち、処理部５００が制御コマンドを出力し、制御回路１１４、１２４が制御コマンドを解釈し、パルス信号のディレイや出力チャンネルを設定することにより、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４が適切なパルス信号Ｐ１〜Ｐ８を送信できる。

また本実施形態では、処理部５００は、受信信号の受信処理を行う。即ち、処理部５００は、第１の集積回路装置１１０及び第２の集積回路装置１２０が信号を送信することで得られた第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）からの受信信号及び第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）からの受信信号に基づいて、受信処理を行う（図８等）。

受信処理では、受信フォーカス処理等により複数チャンネルの受信信号を合成し、最終的な受信信号を得る必要がある。この点、本実施形態では集積回路装置１１０、１２０がそれぞれ奇数番、偶数番のチャンネルに送信するが、受信においては奇数番及び偶数番のチャンネルの受信信号を処理部５００が受信処理することで、最終的な受信信号を得ることができる。

また本実施形態では、超音波トランスデューサー素子アレイ１００には、第１〜第ＮのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ１２８（Ｎ＝１２８、Ｎは２以上の自然数であればよい）が第２の方向（スキャン方向ＤＳ）に沿って配置される。第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）は、第１〜第Ｎのチャンネルのうち奇数番のチャンネルＣＨ１、ＣＨ３、・・・、ＣＨ１２７に接続される。第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）は、第１〜第Ｎのチャンネルのうち偶数番のチャンネルＣＨ２、ＣＨ４、・・・、ＣＨ１２８に接続される。

このようにすれば、第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）に接続されるチャンネルと、第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）に接続されるチャンネルとを、チャンネル毎に交互に配置できる。

また本実施形態では、第１の集積回路装置１１０は、第１のフレキシブル基板１３０を第１のチャンネル端子群ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７に接続する接続端に沿った方向である第３の方向ＤＢに、第１の集積回路装置１１０の長辺方向が沿うように実装される。第２の集積回路装置１２０は、第２のフレキシブル基板１４０を第２のチャンネル端子群ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８に接続する接続端に沿った方向である第４の方向ＤＤに、第２の集積回路装置１２０の長辺方向が沿うように実装される（図６、図７等）。

また本実施形態では、第１の集積回路装置１１０の複数の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、第３の方向ＤＢに沿って配置され（図１１等）、第１のチャンネル端子群（ＸＡ１、ＸＡ３、・・・、ＸＡ１２７）に対して信号を送信する。第２の集積回路装置１２０の複数の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、第４の方向ＤＤに沿って配置され、第２のチャンネル端子群（ＸＡ２、ＸＡ４、・・・、ＸＡ１２８）に対して信号を送信する。

このようにすれば、集積回路装置１１０、１２０を超音波トランスデューサー素子アレイ１００に対抗するように配置でき、コンパクトな配置や簡素な配線を実現できる。また、第１の集積回路装置１１０が奇数番のチャンネルに送信信号を出力し、第２の集積回路装置１２０が偶数番のチャンネルに送信信号を出力できる。これにより、スキャン方向ＤＳに対応する方向ＤＢ、ＤＤに並ぶ送信回路の個数をチャンネル数の半分にできるので、同じサイズの集積回路装置１１０、１２０であっても、より小さい素子ピッチの超音波トランスデューサー素子アレイ１００を実現できる。

また本実施形態では、第１の集積回路装置１１０は、第１のフレキシブル基板１３０に対してフリップチップ実装され、第２の集積回路装置１２０は、第２のフレキシブル基板１４０に対してフリップチップ実装される。

このようにすれば、例えばフラットパッケージなどによってリジッド基板に集積回路装置を実装するのではなく、超音波トランスデューサーデバイス２００上に集積回路装置１１０、１２０を実装できるので、超音波測定装置を小型化することが可能となる。

１１．超音波測定装置の第２詳細構成
上述の実施形態では、集積回路装置１１０が送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４と制御回路１１４のみを含む場合を例に説明したが、本実施形態ではこれに限定されず、集積回路装置１１０は更にスイッチ素子やマルチプレクサーを含んでもよい。以下では、この場合の超音波測定装置の構成例について説明する。

図１３に、超音波測定装置の構成例の回路ブロック図を示す。この超音波測定装置は、素子チップ２００、集積回路装置１１０、１２０、処理部５００を含む。処理部５００は、アナログフロントエンド回路５５０、送受信制御回路５６０を含む。なお、図８等で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

集積回路装置１１０は、送信パルス信号を増幅する送信回路１１２と、送信回路１１２からの送信信号の送信制御と素子チップ２００からの受信信号の受信制御とを行うマルチプレクサー１１６と、マルチプレクサー１１６からの受信信号をアナログフロントエンド回路５５０に対して出力する送受信切替回路１１８と、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて送信回路１１２とマルチプレクサー１１６と送受信切替回路１１８を制御する制御回路１１４と、を含む。同様に、集積回路装置１２０は、送信回路１２２と、マルチプレクサー１２６と、送受信切替回路１２８と、制御回路１２４と、を含む。

図１４に、集積回路装置１１０の詳細な構成例を示す。なお、集積回路装置１１０を例に説明するが、集積回路装置１２０も同様に構成できる。集積回路装置１１０は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４（パルサー）、制御回路１１４、マルチプレクサー１１６、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４（送受信切り替えスイッチ）を含む。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は図１３の送信回路１１２に対応し、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は図１３の送受信切替回路１１８に対応する。

超音波の送信期間では、送受信制御回路５６０は、端子群ＴＰ（制御端子）を介して制御回路１１４へ送信制御コマンドを入力する。制御回路１１４は、送信制御コマンドに基づいて送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４へ送信パルス信号を供給する。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、供給された送信パルス信号を増幅してマルチプレクサー１１６へ出力する。マルチプレクサー１１６は、増幅された送信パルス信号を送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介して超音波トランスデューサー素子アレイ１００へ出力する。

送信期間では、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、制御回路１１４からの指示に基づいてオフになっており、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信パルス信号がアナログフロントエンド回路５５０へ出力されないようになっている。アナログフロントエンド回路５５０は、一般的に数Ｖ程度の電圧で動作しており、１０〜３０Ｖ程度の振幅を持つ送信パルス信号によって破壊されないように送信パルス信号を遮断している。

超音波の受信期間では、超音波トランスデューサー素子アレイ１００は観察対象からの超音波の反射波を受信し、その受信信号が送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介してマルチプレクサー１１６に入力される。マルチプレクサー１１６は、その受信信号をスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４へ出力する。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、超音波トランスデューサー素子アレイ１００音波の受信期間ではオンになっており、受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ受信信号を出力する。

１２．第２詳細構成における送受信制御
図１０で説明したリニアスキャンを例に、送受信制御について詳細に説明する。リニアスキャンでは、送信回路ＴＸ５〜ＴＸ６４は非動作モード（例えばパワーセーブモードやパワーダウンモード）に設定され、スイッチ素子ＳＷ５〜ＳＷ６４はオフになっている。マルチプレクサー１１６は、制御回路１１４からの指示に基づいて送信信号や受信信号のスイッチング制御を行う。

具体的には、スキャン期間Ｔ１では、集積回路装置１１０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４は奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を出力する。マルチプレクサー１１６は、そのパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７をチャンネルＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７へ出力する。集積回路装置１２０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４は偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を出力し、マルチプレクサー１２６は、そのパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８をチャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８へ出力する。

受信時には、集積回路装置１１０のマルチプレクサー１１６は、チャンネルＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７の受信信号を、集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。集積回路装置１２０のマルチプレクサー１２６は、チャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８の受信信号を、集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。

次のスキャン期間Ｔ２では、１つチャンネルをシフトさせ、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９により送受信を行う。即ち、集積回路装置１２０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４が奇数番のパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を出力し、マルチプレクサー１２６がそのパルス信号Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７をチャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８へ出力する。また、集積回路装置１１０の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ４が偶数番のパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８を出力し、マルチプレクサー１１６がそのパルス信号Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８をチャンネルＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７、ＣＨ９へ出力する。

受信時には、集積回路装置１２０のマルチプレクサー１２６は、チャンネルＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ６、ＣＨ８の受信信号を、集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。集積回路装置１１０のマルチプレクサー１１６は、チャンネルＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ７、ＣＨ９の受信信号を、集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。

以降のスキャン期間Ｔ３、Ｔ４、・・・では、マルチプレクサー１１６が１つずつチャンネルをシフトさせ、同様の送受信制御を行う。

なお、本実施形態ではリニアスキャンに限定されず、例えばセクタースキャン（位相走査）を行ってもよい。セクタースキャンを行う場合、送信時には送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４がパルス信号を出力し、受信時にはスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４がオンになる。

また、図１４では６４チャンネル（素子チップ２００のチャンネル数１２８の半分）の送信回路とスイッチ素子を有する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、リニアスキャンを行う場合には、４チャンネル（１つの超音波ビームを出力するチャンネル数８の半分）の送信回路とスイッチ素子を有する構成としてもよい。

このように、本実施形態の超音波測定装置では、スキャンモードや駆動チャンネル数、受信チャンネル数などに応じて、送信回路やスイッチ素子の個数（及び、それに対応した端子の個数）を種々の組み合わせに構成することができる。

また、本実施形態ではマルチプレクサー１１６、１２６を省略して構成してもよい。この場合、リニアスキャンを行う際には、図９で説明した送信動作と同様に、送信信号を出力する送信回路をスキャン期間毎に順次切り替える。受信時には、スキャン期間Ｔ１では集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４と集積回路装置１２０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４がチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８の受信信号を通過させる。次のスキャン期間Ｔ２では集積回路装置１２０のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４と集積回路装置１１０のスイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷ５がチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９の受信信号を通過させる。このように、オンするスイッチ素子を順次切り替える。

１３．集積回路装置の第２レイアウト構成
図１５に、集積回路装置１１０の第２のレイアウト構成例を示す。以下では集積回路装置１１０を例に説明するが、集積回路装置１２０も同様に構成できる。集積回路装置１１０は、マルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４、制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を含む。なお、マルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４は、図１４のマルチプレクサー１１６に対応し、制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、図１４の制御回路１１４に対応する。

マルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４は、集積回路装置１１０の第１の長辺ＨＬ１に沿って配列される。マルチプレクサーＭＵＸは、図１５のようにセル化して配置されてもよいし、あるいは一体の回路ブロックとして形成してもよい。一体の回路ブロックとして形成する場合には、その回路ブロックの長辺が第１の長辺ＨＬ１に沿うように配置する。このような配置にすることで、マルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４を送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４に対応して近い位置に配置できるため、効率の良いレイアウトを実現できる。

スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、集積回路装置１１０の第２の長辺ＨＬ２に沿って配列される。第２の長辺ＨＬ２には、受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４が配列される。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、図１５のようにセル化して配置される。このような配置にすることで、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４を受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４に対応して近い位置に配置できるため、効率の良いレイアウトを実現できる。

受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４には、受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４の一端が接続される。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４からの受信信号は、受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４の他端からアナログフロントエンド回路５５０へ出力される。受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４は、方向ＤＡに沿って配線される。

送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、マルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４とスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４との間に、長辺方向に沿って配列される。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、図１５のようにセル化して配置される。

制御回路ＣＴＳ１は、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１側に配置される。また制御回路ＣＴＳ２は、集積回路装置１１０の第２の短辺ＨＳ２側に配置される。このように制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を短辺側に配置することで、短辺に制御端子を配置でき、長辺方向に長細い形状を保ったまま短辺を有効に活用できる。

なお、以上の実施形態では集積回路装置１１０、１２０が送信のみを行う場合と送信及び受信を行う場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、集積回路装置１１０、１２０は送信及び受信の少なくとも一方を行えばよい。例えば、集積回路装置１１０が送信のみを行い、集積回路装置１２０が受信のみを行ってもよい。この場合、奇数番の６４チャンネルで送信を行い、偶数版の６４チャンネルで受信を行う。集積回路装置１２０に集積する受信回路としては、例えば受信信号の増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等のアナログフロントエンド回路が想定される。

１４．チャンネルの変形構成例
図５（Ａ）、図５（Ｂ）では、超音波トランスデューサー素子がチャンネル端子ＸＡｉとコモン端子ＸＣｉの間に並列接続される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。

図１６に、チャンネルＣＨｉ（チャンネル素子群）の第１変形構成例を示す。チャンネルＣＨｉは、信号電極線ＬＸｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に並列接続される素子群ＥＧ１〜ＥＧｍ（ｍはｍ≧２の自然数）を含む。なお以下ではｍ＝４である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。

素子群ＥＧ１〜ＥＧ４の各素子群は、直列接続されたｊ個の超音波トランスデューサー素子１０（ｊはｊ≧２の自然数）を有する。なお以下ではｊ＝３である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定さない。具体的には、素子群ＥＧｔ（ｔはｔ≦４＝ｍの自然数）は、信号電極線ＬＸｉとノードＮＡｔ１との間に設けられる超音波トランスデューサー素子ＵＥｔ１と、ノードＮＡｔ１とノードＮＡｔ２との間に設けられる超音波トランスデューサー素子ＵＥｔ２と、ノードＮＡｔ２とコモン電極線ＬＣｉの間に設けられる超音波トランスデューサー素子ＵＥｔ３と、を有する。

各素子群ＥＧｔの超音波トランスデューサー素子ＵＥｔ１〜ＵＥｔ３は、スキャン方向ＤＳに沿って配置されており、素子群ＥＧ１〜ＥＧ４は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。具体的には、素子群ＥＧ１〜ＥＧ４の第ｓの超音波トランスデューサー素子ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ、ＵＥ４ｓ（ｓはｓ≦３＝ｊの自然数）は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。

上記の第１変形例によれば、チャンネルＣＨｉ（又はＣＨｉ＋１）は、第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ４（ｍ＝４、ｍは２以上の自然数であればよい）を有する。第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ４の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、各素子群内において電気的に直列接続される。第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ４は、電気的に並列接続される。

このようにすれば、各素子群において複数の超音波トランスデューサー素子が端子ＸＡｉ、ＸＣｉの間に直列接続されるので、複数の超音波トランスデューサー素子での受信電圧の振幅が加算され、受信感度を向上できる。また、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３を並列接続することで、送信音圧を大きくできる。このようにして、送信音圧の増大と受信感度の向上を両立でき、送信超音波による人体への影響を抑えながら人体深部からの微小なエコーを高Ｓ／Ｎで受信することが可能となる。

図１７に、チャンネルＣＨｉの第２変形構成例を示す。チャンネルＣＨｉは、信号電極線ＬＸｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に直列接続される素子群ＥＧ１〜ＥＧｍ（ｍはｍ≧２の自然数）を含む。なお以下ではｍ＝３である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定さない。

素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の各素子群は、並列接続されたｊ個の超音波トランスデューサー素子１０（ｊはｊ≧２の自然数）を有する。なお以下ではｊ＝４である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定さない。具体的には、素子群ＥＧ１は、信号電極線ＬＸｉとノードＮＡ１との間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１４を有し、素子群ＥＧ２は、ノードＮＡ１とノードＮＡ２との間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２４を有し、素子群ＥＧ３は、ノードＮＡ２とコモン電極線ＬＣｉとの間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ３１〜ＵＥ３４を有する。

各素子群の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１４、ＵＥ２１〜ＵＥ２４、ＵＥ３１〜ＵＥ３４は、スキャン方向ＤＳに沿って配置されており、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。具体的には、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ（ｓはｓ≦３＝ｊの自然数）は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。

上記の第２変形例によれば、各チャンネルＣＨｉ（又はＣＨｉ＋１）は、第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３（ｍ＝３、ｍは２以上の自然数であればよい）を有する。第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、各素子群内において電気的に並列接続される。第１〜第ｍの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３は、電気的に直列接続される。

このようにすれば、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３が端子ＸＡｉ、ＸＣｉの間に直列接続されるので、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３での受信電圧の振幅が加算され、受信感度を向上できる。また、各素子群の超音波トランスデューサー素子を並列接続することで、送信音圧を大きくできる。このようにして、送信音圧の増大と受信感度の向上を両立でき、送信超音波による人体への影響を抑えながら人体深部からの微小なエコーを高Ｓ／Ｎで受信することが可能となる。

１５．ヘッドユニット
図１８に、本実施形態の超音波測定装置が搭載されるヘッドユニット２２０の構成例を示す。図１８に示すヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０、支持部材２５０を含む。

素子チップ２００は、図４で説明した超音波トランスデューサーデバイスに対応する。素子チップ２００は、超音波トランスデューサー素子アレイ１００、第１のチップ端子群ＸＧ１（奇数番のチャンネル端子ＸＡｉ、コモン端子ＸＣｉ）、第２のチップ端子群ＸＧ２（偶数番のチャンネル端子ＸＡｉ＋１、コモン端子ＸＣｉ＋１）を含む。素子チップ２００は、接続部２１０を介してプローブ本体が有する処理装置（例えば図２１の処理装置３３０）と電気的に接続される。

接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、複数の接続端子を有するコネクター４２１、４２２と、コネクター４２１、４２２が設けられるフレキシブル基板１３０、１４０と、を有する。フレキシブル基板１３０には、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる第１のチップ端子群ＸＧ１とコネクター４２１の端子群とを接続する第１の配線群が形成される。またフレキシブル基板１３０には、集積回路装置１１０がフリップチップ実装される。フレキシブル基板１４０には、素子チップ２００の第２の辺側に設けられる第２のチップ端子群ＸＧ２とコネクター４２２の端子群とを接続する第２の配線群が形成される。またフレキシブル基板１４０には、集積回路装置１２０がフリップチップ実装される。

なお接続部２１０は、図１８に示す構成に限定されるものではない。例えば、フレキシブル基板１３０には、コネクター４２１に変えて、第１の接続端子群を設けてもよい。フレキシブル基板１４０には、コネクター４２２に変えて、第２の接続端子群を設けてもよい。

接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、更にヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。

支持部材２５０は、素子チップ２００を支持する部材であって、後述するように、支持部材２５０の第１の面側に複数の接続端子が設けられ、支持部材２５０の第１の面の裏面である第２の面側に素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材２５０の具体的な構造については後述する。

図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）に、ヘッドユニット２２０の詳細な構成例を示す。図１９（Ａ）は支持部材２５０の第２の面ＳＦ２側を示し、図１９（Ｂ）は支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側を示し、図１９（Ｃ）は支持部材２５０の側面側を示す。

支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側には、コネクター４２１、４２２が設けられる。コネクター４２１、４２２は、プローブ本体側の対応するコネクターに脱着可能である。

支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２側には、素子チップ２００が支持される。素子チップ２００の端子にはフレキシブル基板１３０、１４０の他端が接続される。固定用部材２６０は、支持部材２５０の各コーナー部に設けられ、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体に固定するために用いられる。

図１９（Ｃ）に示すように、素子チップ２００の表面（図３（Ｂ）において圧電体層３０が形成される面）には、素子チップ２００を保護する保護部材２７０（保護膜）が設けられる。

１６．超音波プローブ
図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に、上記のヘッドユニット２２０が適用される超音波プローブ３００の構成例を示す。図２０（Ａ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図２０（Ｂ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。

プローブヘッド３１０は、ヘッドユニット２２０、被検体と接触する接触部材２３０及びヘッドユニット２２０を格納するプローブ筐体２４０を含む。素子チップ２００は、接触部材２３０と支持部材２５０との間に設けられる。

プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクター４２６を含む。処理装置３３０は、受信部３３５（アナログフロントエンド部）、送受信制御部３３４を含む。受信部３３５は、超音波トランスデューサー素子からの超音波エコー信号（受信信号）の受信処理を行う。送受信制御部３３４は、集積回路装置１１０、１２０や受信部３３５の制御を行う。プローブ本体側コネクター４２６は、ヘッドユニット側コネクター４２５と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により電子機器（例えば超音波画像装置）本体に接続される。

ヘッドユニット２２０は、プローブ筐体２４０に格納されているが、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体２４０から取り外すことができる。こうすることで、ヘッドユニット２２０だけを交換することができる。或いは、プローブ筐体２４０に格納された状態で、即ちプローブヘッド３１０として交換することもできる。

１７．超音波画像装置
図２１に、超音波画像装置の構成例を示す。超音波画像装置は、超音波プローブ３００、電子機器本体４００を含む。超音波プローブ３００は、超音波ヘッドユニット２２０、処理装置３３０を含む。電子機器本体４００は、制御部４１０、処理部４２０、ユーザーインターフェース部４３０、表示部４４０を含む。

処理装置３３０は、送受信制御部３３４、受信部３３５（アナログフロントエンド部）を含む。超音波ヘッドユニット２２０は、素子チップ２００（超音波トランスデューサーデバイス）と、素子チップ２００を回路基板（例えばリジッド基板）に接続する接続部２１０（コネクター部）と、を含む。回路基板には、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。接続部２１０は、集積回路装置３４０を含む。集積回路装置３４０は、送信部３３２を含む。なお、集積回路装置３４０は、集積回路装置１１０、１２０に対応する。

超音波を送信する場合には、送受信制御部３３４が送信部３３２に対して送信指示を行い、送信部３３２がその送信指示を受けて駆動信号を高電圧に増幅して駆動電圧を出力する。受信部３３５は不図示のリミッター回路を有しており、そのリミッター回路が駆動電圧を遮断する。超音波の反射波を受信する場合には、素子チップ２００により検出された反射波の信号を受信部３３５が受信する。受信部３３５は、送受信制御部３３４からの受信指示に基づいて、反射波の信号を処理（例えば増幅処理や、Ａ／Ｄ変換処理等）し、処理後の信号を処理部４２０に送信する。処理部４２０は、その信号を映像化して表示部４４０に表示させる。

なお、本実施形態の超音波測定装置は、上記のような医療用の超音波画像装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。例えば、超音波トランスデューサーデバイスが適用された電子機器として、建築物等の内部を非破壊検査する診断機器や、ユーザーの指の動きを超音波の反射により検出するユーザーインターフェース機器等が想定される。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及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、より広義又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。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また集積回路装置、超音波トランスデューサー素子、超音波トランスデューサーデバイス、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ、超音波画像装置の構成・動作や、集積回路装置の実装手法、超音波ビームのスキャン手法等も、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。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層、２２ 第２電極層、
３０ 圧電体層、４０ 開口、５０ 振動膜、６０ 基板、
１００ 超音波トランスデューサー素子アレイ、１１０ 第１の集積回路装置、
１１２ 送信回路、１１４ 制御回路、１１５ 異方性導電フィルム、
１１６ マルチプレクサー、１１８ 送受信切替回路、１２０ 第２の集積回路装置、
１２２ 送信回路、１２４ 制御回路、１２５ 異方性導電フィルム、
１２６ マルチプレクサー、１２８ 送受信切替回路、
１３０ 第１のフレキシブル基板、１４０ 第２のフレキシブル基板、
２００ 超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）、２１０ 接続部、
２２０ 超音波ヘッドユニット、２３０ 接触部材、２４０ プローブ筐体、
２５０ 支持部材、２６０ 固定用部材、２７０ 保護部材、３００ 超音波プローブ、
３１０ プローブヘッド、３２０ プローブ本体、３３０ 処理装置、３３２ 送信部、
３３４ 送受信制御部、３３５ 受信部、３４０ 集積回路装置、３５０ ケーブル、
４００ 電子機器本体、４１０ 制御部、４２０ 処理部、
４２１〜４２４ コネクター、４２５ ヘッドユニット側コネクター、
４２６ プローブ本体側コネクター、４３０ ユーザーインターフェース部、
４３１〜４３３ リジッド基板、４４０ 表示部、４４１〜４４８ 集積回路装置、
４５１〜４５５ 回路素子、５００ 処理部、５５０ アナログフロントエンド回路、
５６０ 送受信制御回路、５７０ リミッター回路、６００ 筐体、６１０ 音響部材、
ＣＨ１〜ＣＨ１２８ チャンネル、ＣＴＳ１，ＣＴＳ２制御回路、ＤＡ〜ＤＤ 方向、
ＤＬ スライス方向（第１の方向）、ＤＳ スキャン方向（第２の方向）、
ＥＧ１〜ＥＧ４ 素子群、ＨＬ１ 第１の長辺、ＨＬ２ 第２の長辺、
ＬＣ１〜ＬＣ１２８ コモン電極線、ＬＸ１〜ＬＸ１２８ 信号電極線、
Ｐ１〜Ｐ８ パルス信号、ＳＷ１〜ＳＷ６４ スイッチ素子、
Ｔ１〜Ｔ５ スキャン期間、ＴＤ１〜ＴＤ６４ ダミー端子、
ＴＴ１〜ＴＴ６４ 送信端子（送受信端子）、ＴＸ１〜ＴＸ６４ 送信回路、
ＵＥ１ 超音波トランスデューサー素子、ＸＡ１〜ＸＡ１２８ チャンネル端子、
ＸＣ１〜ＸＣ１２８ コモン端子

Claims (14)

1. 基板と、前記基板上に配置される超音波トランスデューサー素子アレイと、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、
   前記超音波トランスデューサー素子アレイの第１の方向での一方の端部に配置される第１のチャンネル端子群と、
   前記超音波トランスデューサー素子アレイの前記第１の方向での他方の端部に配置される第２のチャンネル端子群と、
   前記第１のチャンネル端子群に接続される第１の配線群が配置され、前記一方の端部側に設けられる第１のフレキシブル基板と、
   前記第１のフレキシブル基板に実装され、前記第１のチャンネル端子群への信号の送信及び前記第１のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う第１の集積回路装置と、
   前記第２のチャンネル端子群に接続される第２の配線群が配置され、前記他方の端部側に設けられる第２のフレキシブル基板と、
   前記第２のフレキシブル基板に実装され、前記第２のチャンネル端子群への信号の送信及び前記第２のチャンネル端子群からの信号の受信の少なくとも一方を行う第２の集積回路装置と、
   前記超音波トランスデューサー素子アレイには、前記第１のチャンネル端子群に接続されるチャンネルと前記第２のチャンネル端子群に接続されるチャンネルとが、チャンネル毎に交互に、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配置されることを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   第１のスキャン期間では、前記第１の集積回路装置は第１〜第ｋのパルス信号（ｋは２以上の自然数）のうち奇数番のパルス信号を第１〜第ｋのチャンネル端子のうち前記第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、前記第２の集積回路装置は前記第１〜第ｋのパルス信号のうち偶数番のパルス信号を前記第１〜第ｋのチャンネル端子のうち前記第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、
   前記第１のスキャン期間の後の第２のスキャン期間では、前記第２の集積回路装置は前記奇数番のパルス信号を第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子のうち前記第２のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信し、前記第１の集積回路装置は前記偶数番のパルス信号を前記第２〜第ｋ＋１のチャンネル端子のうち前記第１のチャンネル端子群に属するチャンネル端子に送信することを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２において、
   前記第１のスキャン期間及び前記第２のスキャン期間における送信を制御する制御コマンドを前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置に出力する処理部を含み、
   前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置の各集積回路装置は、
   パルス信号の送信を行う複数の送信回路と、
   前記制御コマンドに基づいて前記複数の送信回路を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項１乃至２のいずれかにおいて、
   受信信号の受信処理を行う処理部を含み、
   前記処理部は、
   前記第１の集積回路装置及び前記第２の集積回路装置が信号を送信することで得られた前記第１のチャンネル群からの前記受信信号及び前記第２のチャンネル群からの前記受信信号に基づいて、前記受信処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記超音波トランスデューサー素子アレイには、第１〜第Ｎのチャンネル（Ｎは２以上の自然数）が前記第２の方向に沿って配置され、
   前記第１のチャンネル端子群は、前記第１〜第Ｎのチャンネルのうち奇数番のチャンネルに接続され、
   前記第２のチャンネル端子群は、前記第１〜第Ｎのチャンネルのうち偶数番のチャンネルに接続されることを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記第１の集積回路装置は、
   前記第１のフレキシブル基板を前記第１のチャンネル端子群に接続する接続端に沿った方向である第３の方向に、前記第１の集積回路装置の長辺方向が沿うように実装され、
   前記第２の集積回路装置は、
   前記第２のフレキシブル基板を前記第２のチャンネル端子群に接続する接続端に沿った方向である第４の方向に、前記第２の集積回路装置の長辺方向が沿うように実装されることを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項６において、
   前記第１の集積回路装置は、
   前記第３の方向に沿って配置され、前記第１のチャンネル端子群に対して信号を送信する複数の送信回路を有し、
   前記第２の集積回路装置は、
   前記第４の方向に沿って配置され、前記第２のチャンネル端子群に対して信号を送信する複数の送信回路を有することを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記第１の集積回路装置は、
   前記第１のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装され、
   前記第２の集積回路装置は、
   前記第２のフレキシブル基板に対してフリップチップ実装されることを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記チャンネルは、第１の素子群〜第ｍの素子群（ｍは２以上の自然数）を有し、
   前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、前記各素子群内において電気的に並列接続され、
   前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群は、電気的に直列接続されることを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    前記チャンネルは、第１の素子群〜第ｍの素子群（ｍは２以上の自然数）を有し、
    前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は、前記各素子群内において電気的に直列接続され、
    前記第１の素子群〜前記第ｍの素子群は、電気的に並列接続されることを特徴とする超音波測定装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、
    前記超音波トランスデューサー素子アレイは、前記複数の開口毎に超音波トランスデューサー素子を有し、
    前記超音波トランスデューサー素子は、
    前記複数の開口のうちの対応する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層と、
    前記圧電体層の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、
    を有することを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載された超音波測定装置を含むことを特徴とする超音波ヘッドユニット。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載された超音波測定装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。
14. 請求項１３に記載されたプローブと、
    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画像装置。

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