JP2015104499A - 超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置及び超音波画像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】方位分解能の向上又はアーティファクトの低減が可能な超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置及び超音波画像装置等を提供すること。
【解決手段】超音波トランスデューサーデバイスは、第１の開口１０ａが設けられる基板２２０と、第１の開口１０ａに対応して基板２２０に形成される第１の超音波トランスデューサー素子と、を含む。第１の開口１０ａは、スキャン方向ＤＳに対応する第１の方向Ｄ１側の第１の縁部ＥＤＡ及び第１の方向Ｄ１とは反対の第２の方向Ｄ２側の第２の縁部ＥＤＢを有する。第１の超音波トランスデューサー素子は、第１の開口１０ａを閉塞する第１の振動膜７０ａと、基板２２０の厚み方向Ｚからの平面視において、第１の開口１０ａの第１の縁部ＤＥＡを覆うように第１の振動膜７０ａ上に設けられる第１の圧電体層６０ａと、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置及び超音波画像装置等に関する。

超音波を用いた画像装置では、被検体に超音波ビームを送信し、被検体から反射されてきた超音波エコーを受信し、その受信信号から画像を構成する。例えばリニアスキャンでは、１本の超音波ビームで１本の画素ライン（走査線）を構成する。そして、超音波ビームの出射位置を移動していくことで被検体をスキャンし、それによって得られた複数の画素ラインから１つの画像を構成する。

特開２０１２−５２３９２０号公報

理想的に超音波ビームが非常に狭い幅のビームであれば、超音波ビームの真の出射方向のみからエコーがかえってくるため、高い方位分解能の画像が得られる。しかしながら、実際には超音波ビームはある程度の広がりをもっているため、方位分解能が低下するという課題がある。また、超音波ビームにサイドローブがある場合には、画像にアーティファクト（実際には存在しない虚像が表示されてしまう現象）が表示され、診断の妨げとなるという課題がある。

例えば、特許文献１には、方位分解能を向上する手法として、中央アレイに対して２つの外側アレイを傾斜させて配置し、その３つのアレイの受信信号を処理する手法が開示されている。しかしながら、この手法では、アレイ単位で傾斜を変えているため、アレイに近接した領域では方位分解能の向上が期待できない。

そして、方位分解能の向上又はアーティファクトの低減が可能な超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置及び超音波画像装置が望まれていた。

本発明の一態様は、第１の開口及び第２の開口が設けられる基板と、前記第１の開口に対応して前記基板に形成される第１の超音波トランスデューサー素子と、前記第２の開口に対応して前記基板に形成される第２の超音波トランスデューサー素子と、を含み、前記第１の開口は、スキャン方向に対応する第１の方向側の第１の縁部及び前記第１の方向とは反対の第２の方向側の第２の縁部を有し、前記第１の超音波トランスデューサー素子は、前記第１の開口を閉塞する第１の振動膜と、前記基板の厚み方向からの平面視において、前記第１の開口の前記第１の縁部を覆うように前記第１の振動膜上に設けられる第１の圧電体層と、を有する超音波トランスデューサーデバイスに関係する。

本発明の一態様によれば、基板の厚み方向からの平面視において、第１の圧電体層は、第１の開口の第１の縁部及び第２の縁部のうち第１の縁部を覆うように第１の振動膜上に設けられる。このような超音波トランスデューサー素子を用いることで、方位分解能の向上又はアーティファクトの低減が可能になる。

本発明の一態様では、前記第２の超音波トランスデューサー素子は、前記第２の開口を閉塞する第２の振動膜と、前記平面視において、前記第２の開口の前記第１の方向側の第３の縁部及び前記第２の方向側の第４の縁部のいずれにも重ならずに前記第２の振動膜上に設けられる第２の圧電体層と、を有してもよい。

このように、基板の厚み方向からの平面視において、第３の縁部及び第４の縁部のいずれにも重ならないように第２の圧電体層を設けることで、第１の超音波トランスデューサー素子とは異なる指向性の超音波トランスデューサー素子を設けることができる。

本発明の一態様では、前記第１の超音波トランスデューサー素子は、基準方向から前記第１の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信し、前記第２の超音波トランスデューサー素子は、前記基準方向の指向性で超音波を受信してもよい。

このように、第１、第２の超音波トランスデューサー素子により、異なる指向性で超音波を受信することで、後述する補正処理が可能となり、その補正処理によって方位分解能を向上し、又はアーティファクトを低減できる。

本発明の一態様では、前記第１の振動膜と前記第２の振動膜は、同一平面に形成されてもよい。

このようにすれば、第１、第２の開口に対して第１、第２の圧電体層の形成位置をずらすだけで、同一平面の第１、第２の振動膜上に、指向性が異なる第１、第２の超音波トランスデューサー素子を形成できる。これにより、例えば素子形成面を傾けて指向性をもたせる場合に比べて、超音波トランスデューサーデバイスの製造工程を簡素化できる。

本発明の一態様では、前記基板に設けられる第３の開口に対応して、前記基板に形成される第３の超音波トランスデューサー素子を含み、前記第３の超音波トランスデューサー素子は、前記第３の開口を閉塞する第３の振動膜と、前記平面視において、前記第３の開口の第１の方向側の第５の縁部及び前記第２の方向側の第６の縁部のうち、前記第６の縁部を覆うように前記第３の振動膜上に設けられる第３の圧電体層と、を有してもよい。

このように、基板の厚み方向からの平面視において、第５の縁部及び第６の縁部のうち第６の縁部を覆うように第３の圧電体層を設けることで、第１、第２の超音波トランスデューサー素子とは異なる指向性の超音波トランスデューサー素子を設けることができる。

本発明の一態様では、前記第１の超音波トランスデューサー素子は、基準方向に対して前記第１の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信し、前記第３の超音波トランスデューサー素子は、前記基準方向に対して前記第２の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信してもよい。

このようにすれば、基準方向に対して第１の方向及び第２の方向に傾いた指向性で、超音波を受信できる。これにより、基準方向の両側で後述する補正処理を行うことが可能となり、基準方向の両側で方位分解能を向上し、又はアーティファクトを低減できる。

本発明の一態様では、前記第１の振動膜と前記第３の振動膜は、同一平面に形成されてもよい。

このようにすれば、第１、第３の開口に対して第１、第３の圧電体層の形成位置をずらすだけで、同一平面の第１、第３の振動膜上に、指向性が異なる第１、第３の超音波トランスデューサー素子を形成できる。これにより、例えば素子形成面を傾けて指向性をもたせる場合に比べて、超音波トランスデューサーデバイスの製造工程を簡素化できる。

本発明の一態様では、前記第１の圧電体層は、前記平面視において、前記基板上の面積よりも前記開口上の面積の方が大きくてもよい。

超音波トランスデューサーでは、例えば超音波の周波数に応じて素子ピッチが設定されるので、素子ピッチを自由に設定できることが望ましい。この点、本発明の一態様では、第１の圧電体層が基板へ乗り上げた面積を小さくできるので、隣の素子との間のピッチを狭くすることが可能であり、素子に指向性をもたせつつ所望の素子ピッチを実現することが可能となる。

本発明の他の態様は、基準方向とは異なる第１の指向方向の指向性を有し、超音波の受信を行う第１の超音波トランスデューサー素子と、前記基準方向である第２の指向方向の指向性を有し、超音波の送信又は送信及び受信を行う第２の超音波トランスデューサー素子と、を含む超音波トランスデューサーデバイスに関係する。

また本発明の他の態様では、前記基準方向とは異なる第３の指向方向の指向性を有し、超音波の受信を行う第３の超音波トランスデューサー素子を含み、前記基準方向は、前記第１の指向方向と前記第３の指向方向の間の方向であってもよい。

圧電体層が縁部に重なると縁部の振動膜に応力が掛かりやすくなるが、受信時には送信時ほど振動膜が大きく振動しないため、縁部の振動膜に掛かる応力も小さい。本発明の他の態様によれば、開口の縁部に圧電体層が重ならない第２の超音波トランスデューサー素子で超音波を送信し、開口の縁部に圧電体層が重なる第１、第３の超音波トランスデューサー素子は超音波の受信を行う。これにより、素子の破壊を抑制しつつ、異なる指向性の情報を得ることができる。

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トランスデューサーデバイスと、前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理部と、を含む超音波測定装置に関係する。

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トランスデューサーデバイスと、前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号又は前記第１の受信信号から得られる第１の受信データである第１の受信情報により、前記第２の超音波トランスデューサー素子が受信した第２の受信信号又は前記第２の受信信号から得られる第２の受信データである第２の受信情報を補正処理する処理部と、を含む超音波測定装置に関係する。

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トランスデューサーデバイスと、前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理部と、前記超音波画像を表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。

第１の超音波トランスデューサー素子の構成例。 第２の超音波トランスデューサー素子の構成例。 第３の超音波トランスデューサー素子の構成例。 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、受信指向性の測定条件の説明図。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、受信指向性の測定結果。 図６（Ａ）〜図６（Ｆ）は、指向性が生じる原理についての説明図。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、リニアスキャンについての説明図。 本実施形態の比較例。 本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置の構成例。 図１０（Ａ）は、第１の手法における補正処理の例。図１０（Ｂ）は、第１の手法の変形例における補正処理の例。 第２の手法における補正処理の例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 チャンネルの構成例。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、超音波画像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
上述した課題を解決するために、本実施形態では第１〜第３の超音波トランスデューサー素子に異なる指向性をもたせる。その第１〜第３の超音波トランスデューサー素子の構成について以下に説明する。

図１に、本実施形態の第１の超音波トランスデューサー素子の構成例を示す。超音波トランスデューサーデバイスの基板２２０には、第１の開口１０ａが設けられている。第１の超音波トランスデューサー素子は、第１の開口１０ａに対応して基板２２０に形成される。

第１の超音波トランスデューサー素子は、第１の開口１０ａを閉塞する第１の振動膜７０ａと、第１の振動膜７０ａ上に設けられる第１の圧電体層６０ａと、を含む。第１の圧電体層６０ａは、基板２２０の厚み方向Ｚからの平面視において、第１の開口１０ａの第１の縁部ＥＤＡ及び第２の縁部ＥＤＢのうち第１の縁部ＥＤＡを覆うように第１の振動膜７０ａ上に設けられる。第１の縁部ＥＤＡは、第１の方向Ｄ１側の縁部であり、第２の縁部ＥＤＢは、第１の方向Ｄ１とは反対の第２の方向Ｄ２側の縁部である。第１の方向Ｄ１は、基板２２０上においてスキャン方向ＤＳに対応する方向である。

ここで、縁部とは、第１の開口１０ａと基板２２０の境界である。より具体的には、基板２２０と第１の振動膜７０ａが接する面における第１の開口１０ａと基板２２０の境界ＦＴである。第１の縁部ＥＤＡ及び第２の縁部ＥＤＢは、スキャン方向ＤＳと深度方向Ｚが成す平面での断面における境界ＦＴである。

このように、第１の開口１０ａの中央から第１の方向Ｄ１側に第１の圧電体層６０ａをずらし、第１の圧電体層６０ａを第１の開口１０ａの肩（境界ＦＴ）に乗せることで、その乗せた側に傾いた第１の指向性をもたせることができる。なお、指向性が発生する詳細な理由については後述する。

本実施形態の比較例として、上述した特許文献１のように、アレイ単位で傾斜を変えることで指向性を変える手法が考えられる。しかしながら、アレイの直近にある被検体は、その近くにあるアレイでしか観測されないため、アレイの直近では方位分解能は向上しないという課題がある。

この点、本実施形態では、アレイ単位ではなく、超音波トランスデューサー素子単位或いは超音波トランスデューサー素子列単位で指向性を変えることが可能である。そのため、超音波トランスデューサー素子アレイに近接した領域であっても、指向性の異なる受信信号を得ることができ、方位分解能を向上できる。

図２に、本実施形態の第２の超音波トランスデューサー素子の構成例を示す。基板２２０には、第２の開口１０ｂが設けられている。第２の超音波トランスデューサー素子は、第２の開口１０ｂに対応して基板２２０に形成される。

第２の超音波トランスデューサー素子は、第２の開口１０ｂを閉塞する第２の振動膜７０ｂと、第２の振動膜７０ｂ上に設けられる第２の圧電体層６０ｂと、を含む。第２の圧電体層６０ｂは、基板２２０の厚み方向Ｚからの平面視において、第２の開口１０ｂの第３の縁部ＥＤＣ及び第４の縁部ＥＤＤのいずれにも重ならずに第２の振動膜７０ｂ上に設けられる。即ち、スキャン方向ＤＳにおいて、第２の圧電体層６０ｂの幅は、第２の開口１０ｂの幅よりも小さい。第３の縁部ＥＤＣは、第１の方向Ｄ１側の縁部であり、第４の縁部ＥＤＤは、第２の方向Ｄ２側の縁部である。

このように、第２の開口１０ｂの中央に第２の圧電体層６０ｂを設け、第２の圧電体層６０ｂを第２の開口１０ｂの肩（境界ＦＴ）に乗せないことで、第３の縁部ＥＤＣ及び第４の縁部ＥＤＤのいずれの側にも傾かない基準方向の第２の指向性をもたせることができる。なお、第２の圧電体層６０ｂは、必ずしも第２の開口１０ｂの中央に設ける必要はなく、第２の開口１０ｂの縁部と重ならなければよい。

上記の第１の超音波トランスデューサー素子は、基準方向に対して第１の方向Ｄ１側に傾いた方向の第１の指向性（図１０（Ａ）のＤＲ２Ａ）で超音波を受信する。一方、第２の超音波トランスデューサー素子は、基準方向の第２の指向性（図１０（Ａ）のＤＲ２Ｂ）で超音波を受信する。

ここで、基準方向とは、基板２２０の厚み方向Ｚであり、スキャン方向ＤＳ及びスライス方向ＤＬに直交（略直交を含む）する方向である。即ち、基準方向に対して第１の方向Ｄ１側に傾いた第１の指向性とは、スライス方向ＤＬ側から見て基板２２０の厚み方向Ｚを時計回りに回転した方向である。

また、指向性とは、超音波の入射方向に応じて受信感度が異なる性質のことである。即ち、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、指向性が異なる超音波トランスデューサー素子では、超音波の入射方向に対する受信感度の分布が異なるということである。例えば、第１の指向性は図５（Ａ）に対応し、正面方向での受信感度が最大となっている。一方、第２の指向性は図５（Ｂ）に対応し、正面よりも右側方向での受信感度が最大となっている。

このように指向性が異なる超音波トランスデューサー素子によって超音波エコーを受信することで、その受信信号を用いて補正処理を行い、方位分解能を向上すること又はサイドローブによるアーティファクトを低減することが可能となる。例えば、図１０（Ａ）で後述する第１の補正手法では、２つの指向性の間に存在する反射体ＲＢ７からのエコー（ＲＳ２Ｂのタイミングｔ_４）を、その２つの指向性の受信信号（ＲＳ２Ａ及びＲＳ２Ｂ）に基づいて抑制できる。これにより、超音波ビームＢＭ２の正面でない反射体ＲＢ７からのエコーを抑制できるので、方位分解能の高い又はアーティファクトが低減された超音波画像を生成できる。

図３に、本実施形態の第３の超音波トランスデューサー素子の構成例を示す。基板２２０には、第３の開口１０ｃが設けられている。第３の超音波トランスデューサー素子は、第３の開口１０ｃに対応して基板２２０に形成される。

第３の超音波トランスデューサー素子は、第３の開口１０ｃを閉塞する第３の振動膜７０ｃと、第３の振動膜７０ｃ上に設けられる第３の圧電体層６０ｃと、を含む。第３の圧電体層６０ｃは、基板２２０の厚み方向Ｚからの平面視において、第３の開口１０ｃの第５の縁部ＥＤＥ及び第６の縁部ＥＤＦのうち第６の縁部ＥＤＦを覆うように第３の振動膜７０ｃ上に設けられる。第５の縁部ＥＤＥは、第１の方向Ｄ１側の縁部であり、第６の縁部ＥＤＦは、第２の方向Ｄ２側の縁部である。

このように、第３の開口１０ｃの中央から第２の方向Ｄ２側に第３の圧電体層６０ｃをずらし、第３の圧電体層６０ｃを第３の開口１０ｃの肩（境界ＦＴ）に乗せることで、その乗せた側に傾いた第３の指向性をもたせることができる。

上記の第３の超音波トランスデューサー素子は、基準方向（基板２２０の厚み方向Ｚ）から第２の方向Ｄ２側に傾いた方向の第３の指向性で超音波を受信する。

ここで、基準方向に対して第２の方向Ｄ２側に傾いた方向とは、スライス方向ＤＬ側から見て基板２２０の厚み方向Ｚを反時計回りに回転した方向である。回転角度は、例えば第１の指向性と同一（略同一を含む）である。

このようにすれば、基準方向を挟んで第１の指向性と反対側の第３の指向性で超音波エコーを受信することができる。この受信信号を用いて補正処理を行うことで、例えば図１０（Ａ）で後述するような補正処理を、基準方向の両側について行うことができ、基準方向の両側で方位分解能を向上すること又はサイドローブによるアーティファクトを低減することが可能となる。

さて、上記の第１〜第３の超音波トランスデューサー素子の第１〜第３の振動膜７０ａ〜７０ｃは、同一（略同一を含む）平面に形成される。同一平面は、基板２２０の平面であり、スキャン方向ＤＳとスライス方向ＤＬが成す平面である。後述するように、第１〜第３の振動膜７０ａ〜７０ｃは、例えば基板２２０上に積層された共通のＳｉＯ_２膜２０及びＺｒＯｘ膜３０で構成される。この共通の振動膜のうち、各素子の形成領域における振動膜が第１〜第３の振動膜７０ａ〜７０ｃである。

比較例として、例えば素子形成面を傾けることによって送信指向性又は受信指向性をもたせる手法が考えられる。しかしながら、複数の指向方向を作るためには、それに応じて素子形成面の傾きを変える必要がある。本実施形態の超音波トランスデューサー素子に当てはめれば、異なる傾きの振動膜を複数形成することになり、素子アレイの製造工程が複雑になる。

この点、本実施形態によれば、第１〜第３の開口１０ａ〜１０ｃに対して第１〜第３の圧電体層６０ａ〜６０ｃの形成位置をずらすだけで指向性を変えることができるため、指向性の異なる超音波トランスデューサー素子を同一平面に形成することができる。これにより、素子アレイの製造工程を簡素化できる。例えば、第１〜第３の圧電体層６０ａ〜６０ｃの形成工程においてマスクを変更することで、形成位置を変えることができるので、単一指向性の素子アレイと同様の工程で、指向性が混在した素子アレイを製造可能である。

次に、図１の第１の超音波トランスデューサー素子を例に、第１〜第３の超音波トランスデューサー素子に共通する構成について説明する。

第１の超音波トランスデューサー素子は、第１の振動膜７０ａ（メンブレン）、第１の電極層４０ａ（下部電極層、第１の電極）、第１の圧電体層６０ａ（圧電体膜、圧電素子部）、第２の電極層５０ａ（上部電極層、第２の電極）を含む。

第１の超音波トランスデューサー素子は、深度方向Ｚ側の基板２２０上に形成される。深度方向Ｚは、超音波を送信する方向であり、基板２２０の平面に垂直な方向である。基板２２０は例えばＳｉ（シリコン）基板である。

第１の開口１０ａは、基板２２０の、素子が形成されない裏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。この第１の開口１０ａの形成によって振動可能になった第１の振動膜７０ａ（ダイヤフラム）のサイズによって超音波の共振周波数が決定される。

第１の振動膜７０ａは、ＳｉＯ_２膜２０とＺｒＯｘ膜３０との２層構造により第１の開口１０ａを閉塞するように設けられる。この第１の振動膜７０ａは、第１の圧電体層６０ａ及び第１の電極層４０ａ、第２の電極層５０ａを支持すると共に、第１の圧電体層６０ａ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。

第１の電極層４０ａは、第１の振動膜７０ａの上層に例えば金属薄膜で形成される。金属薄膜は、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等の金属を積層した薄膜である。第１の電極層４０ａを素子形成領域の外側へ延長形成し、信号電極線等の配線を形成してもよい。

第１の圧電体層６０ａ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の電極層４０ａの少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、第１の圧電体層６０ａ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１の圧電体層６０ａは、第１の電極層４０ａと第２の電極層５０ａ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は、薄手の圧電素子（第１の圧電体層６０ａ）と金属板（第１の振動膜７０ａ）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、第１の圧電体層６０ａが面内で伸び縮みすると貼り合わせた第１の振動膜７０ａの寸法はそのままであるため反りが生じる。第１の圧電体層６０ａに交流電圧を印加することで、第１の振動膜７０ａが膜厚方向に対して振動し、この第１の振動膜７０ａの振動により超音波が放射される。

第２の電極層５０ａは、例えば金属薄膜で形成され、第１の圧電体層６０ａの少なくとも一部を覆うように設けられる。金属薄膜は、例えばイリジウム（Ｉｒ）等の金属を用いた薄膜である。第２の電極層５０ａを素子形成領域の外側へ延長形成し、コモン電極線等の配線を形成してもよい。

上記のように第１の圧電体層６０ａで超音波トランスデューサー素子を構成することで、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。これにより、素子ピッチを狭くできるので、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。

図１に示すように、第１の圧電体層６０ａが第１の開口１０ａに重なる部分の幅Ｗ１は、第１の圧電体層６０ａが基板２２０に重なる部分の幅Ｗ２よりも大きい。幅Ｗ１は、第２の方向Ｄ２において、第１の縁部ＥＤＡから第１の圧電体層６０ａの端までの距離であり、幅Ｗ２は、第１の方向Ｄ１において、第１の縁部ＥＤＡから第１の圧電体層６０ａの端までの距離である。基板２２０の厚み方向Ｚから見た平面視では、基板２２０上の第１の圧電体層６０ａの面積よりも第１の開口１０ａ上の第１の圧電体層６０ａの面積の方が大きいことになる。

超音波トランスデューサー素子アレイは、超音波の周波数に応じて素子ピッチが設定され、また、素子ピッチはグレーティングローブ等の性能に関わるので、素子ピッチを自由に設定できることが望ましい。この点、本実施形態では、基板２２０への乗り上げ幅Ｗ２が大きい場合に比べて、隣の素子との間のピッチを狭くすることが可能であり、素子に指向性をもたせつつ所望の素子ピッチを実現することが可能となる。

２．超音波トランスデューサー素子の受信指向性
次に、上記超音波トランスデューサー素子の受信指向性を測定した結果について説明する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に、測定条件の説明図を示す。図４（Ａ）に示すように、水槽を上から見たとき、超音波トランスデューサーデバイス２００は水槽の壁に設置されている。深度方向Ｚ側に超音波の発生源ＵＷＳを設置し、超音波トランスデューサーデバイス２００に超音波を照射する。超音波の入射角度は、深度方向Ｚを０度として＋１０度〜−１０度である。受信は１列（又は１つ）の超音波トランスデューサー素子で行う。

図４（Ｂ）に示すように、開口の幅ＷＣと、開口に重なる圧電体層の幅ＷＰとの比をＰＣＲ＝ＷＰ／ＷＣと定義する。幅ＷＣ、ＷＰは、基板の厚み方向Ｚから見たときの、スキャン方向ＤＳにおける開口と圧電体層の幅である。

図５（Ａ）に、圧電体層を基板に重ねていない超音波トランスデューサー素子（図２）の受信指向性の測定結果を示す。縦軸は、最大値で正規化した受信電圧である。受信電圧は、入射角度０度を最大として、入射角度０度を中心にほぼ対称に分布しており、基板の厚み方向Ｚに指向性をもつことが分る。

図５（Ｂ）に、圧電体層を基板に重ねた超音波トランスデューサー素子（図１）の受信指向性の測定結果を示す。受信電圧は、入射角度＋５度を最大値として分布しており、基板の厚み方向Ｚからスキャン方向ＤＳ側に傾いた方向の指向性をもつことが分る。ＰＣＲが変わっても指向性には余り影響はないが、敢えて言えば、ＰＣＲが大きい場合（ＰＣＲ＝６０％）の方が指向性のピークが鋭くなっており、指向性が強い。

次に、図６（Ａ）〜図６（Ｆ）を用いて、指向性が生じる原理について説明する。なお、ここでは深度方向Ｚの反対方向を「垂直方向」と呼び、スキャン方向ＤＳを「水平方向」と呼ぶ。

図６（Ａ）に示すように、素子に超音波が入射すると振動膜７０がたわみ、圧電体層６０が横に引き伸ばされる。そして、その圧電体層６０の歪みＳＰが圧電効果により受信電圧に変換される。これが、基本的な受信の原理である。

圧電体層６０が基板２２０に乗っていない素子に、斜め方向ＤＩから超音波が入射したとする。この場合、振動膜７０には方向ＤＩに力Ｆが加わる。入射角度をθとすると、力Ｆは水平方向の力Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθと垂直方向の力Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθに分解できる。この力Ｆによって振動膜７０がたわんだとき、圧電体層６０が乗った部分よりも圧電体層６０が乗っていない腕部ＡＳの方が伸びやすい。そのため、水平方向の力Ｆｘは両側の腕部ＡＳの伸びによってキャンセルされ、圧電体層６０には力Ｆｘによる歪みが発生せず、垂直方向の力Ｆｙだけが受信電圧に変換される。力Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθはθ＝０度において最大であり、角度が付くほど小さくなるので、垂直方向に指向性をもつことになる。

図６（Ｂ）に示すように、圧電体層６０が基板２２０に乗っている素子に、斜め方向ＤＩから超音波が入射したとする。この場合、腕部ＡＳは圧電体層６０の片方にしかないため、水平方向の力Ｆｘはキャンセルされず、入射角度θに対して受信電圧の依存性が表れる。

具体的には、圧電体層６０が乗っていない振動膜７０の腕部ＡＳは十分に柔らかく、湾曲が相殺されるため、振動膜７０を模式的には図６（Ｃ）のように表すことができる。この振動膜７０の全体に均一に、振幅Ａｕの超音波が入射角度θで入射している状態を考える。

図６（Ｂ）に示すように、振動膜７０の振動によって圧電体層６０の端部の点ＰＡにかかる力をベクトルＶＡとする。ベクトルＶＡの方向は、湾曲した圧電体層６０の端部における接線の方向に等しい。圧電体層６０の内部に発生する歪みＳＰは、ベクトルＶＡに直交する垂直方向（図６（Ｄ））の歪みと、ベクトルＶＡの方向でベクトルＶＡの大きさに比例する歪みである。

ベクトルＶＡの方向と垂線との成す角度をαとすると、圧電体層６０の垂直方向に発生する応力σ_ＰＺＴは近似的に下式（１）となる。
σ_ＰＺＴ＝Ａｕ・ｓｉｎ（９０°−α＋θ） （１）

また、腕部ＡＳに掛かるベクトルＶＡの方向の応力σ_ａｒｍは、近似的に下式（２）となる。
σ_ａｒｍ＝Ａｕ・ｃｏｓ（９０°−α＋θ） （２）

圧電体層６０に発生する電荷Ｃ_ＰＺＴは下式（３）となる。ｇ_３１は、応力σ_ＰＺＴによって圧電体層６０の垂直方向に発生する歪みに対する圧電定数である。ｇ_３３は、腕部ＡＳに掛かる応力σ_ａｒｍによって圧電体層６０のベクトルＶＡの方向に発生する歪みに対する圧電定数である。
Ｃ_ＰＺＴ＝ｇ_３１・σ_ＰＺＴ・ＷＰ＋ｇ_３３・σ_ａｒｍ・ＷＣ
＝ｇ_３１・ＷＰ・Ａｕ・ｓｉｎ（９０°−α＋θ）＋
ｇ_３３・ＷＣ・Ａｕ・ｃｏｓ（９０°−α＋θ） （３）

図６（Ｅ）に示すように、上式（３）を感度特性として示すと、入射角度θが負の場合に感度が極大となる。即ち、図６（Ｆ）に示すように、圧電体層６０が基板２２０に重なっている側から超音波が入射したときに感度のピークがあり、圧電体層６０が基板２２０に重ならない場合とは異なる受信指向性となっている。

３．リニアスキャン
次に、上記の第１〜第３の超音波トランスデューサー素子により得られた受信信号を用いて行う補正処理の基本手法について説明する。まず、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す模式的な説明図を用いて、リニアスキャンについて説明する。

図７（Ａ）は、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０をスライス方向ＤＬ側から見た図である。スキャン方向ＤＳにはチャンネルＣＨ１〜ＣＨ１３が配列されている。１本の超音波ビームを８チャンネルで送信する場合を例にとると、まずチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８が超音波ビームＢＭ１を送信する。その反射波をチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８が受信し、その受信信号からＢモード画像の画素ラインＬ１（走査線）を生成する。これを、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９、ＣＨ３〜ＣＨ１０、・・・と繰り返し、Ｂモード画像の画素ラインＬ２、Ｌ３、・・・を生成する。１チャンネルずつずらしてスキャンするので、１画素ラインは１チャンネルの幅に対応する。

図７（Ｂ）には、反射体が存在する場合の受信信号とＢモード画像の例を示す。受信信号ＲＳ１〜ＲＳ９は、超音波ビームＢＭ１〜ＢＭ９により得られたものである。図７（Ｂ）では、各受信信号におけるエコーの受信開始をタイミングｔ_０とし、受信信号の時間変化を示している。反射体ＲＢ１〜ＲＢ４は、被検体において周囲と音響インピーダンスが異なり、超音波を反射する部分である。この反射体ＲＢ１〜ＲＢ４からのエコーは、受信信号ＲＳ１〜ＲＳ９の振幅として現れる。超音波トランスデューサー素子アレイ２１０から反射体ＲＢ１〜ＲＢ４までの距離をＤ_１〜Ｄ_５（Ｄ_１＜Ｄ_２＜Ｄ_３＜Ｄ_４＜Ｄ_５）で表すと、距離Ｄ_１〜Ｄ_５からのエコーは、受信信号のタイミングｔ_１〜ｔ_５（ｔ_０＜ｔ_１＜ｔ_２＜ｔ_３＜ｔ_４＜ｔ_５）に現れる。

Ｂモード画像は、受信信号ＲＳ１〜ＲＳ９の振幅を画素ラインＬ１〜Ｌ９の輝度値に変換したものである。具体的には、紙面横方向での画素位置をＶ１〜Ｖ５とした場合、受信信号のタイミングｔ_１〜ｔ_５での振幅を、それぞれ画素位置Ｖ１〜Ｖ５での画素の輝度値に変換する。即ち、画素位置Ｖ１〜Ｖ５は、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０からの距離Ｄ_１〜Ｄ_５に対応している。このようにして、リニアスキャンにより反射体ＲＢ１〜ＲＢ４の位置に対応したＢモード画像が得られる。

さて、図８に本実施形態の比較例を示す。図８に示すように、小さな反射体ＲＢ５〜ＲＢ７が、それぞれ超音波ビームＢＭ１〜ＢＭ３の照射範囲内にあったとする。理想的には、超音波ビームＢＭ１〜ＢＭ３を送信したとき、それぞれ反射体ＲＢ５〜ＲＢ７からのエコーのみが受信されるはずである。

しかしながら、実際には超音波ビームはスキャン方向ＤＳにおいて幅をもっており、この幅がチャンネルのピッチよりも広い場合、隣の超音波ビームと重なりをもつ。反射体ＲＢ５、ＲＢ７は超音波ビームが重なる領域にあるため、超音波ビームＢＭ１、ＢＭ３だけでなく超音波ビームＢＭ２に対してもエコーが観測され、受信信号ＲＳ２にはＡ１やＡ２に示す信号が乗る。このエコーは、画素ラインＬ２のＡ３やＡ４に示す画素に像として現れる。理想的には、反射体ＲＢ５、ＲＢ７の像はＡ５、Ａ６に示す画素に現れることが望ましいが、ビームの幅によって像が２つの画素ラインにまたがってしまう。これは、スキャン方向ＤＳにおいて、実際の反射体よりも大きい反射体があるように見えるということである。このように、ビームの広がりにより画像として方位分解能が低下するという課題がある。

４．補正処理の基本手法
上記課題を解決できる本実施形態の超音波測定装置１００が行う補正処理について説明する。詳細な構成や動作は後述するものとし、ここでは基本手法を説明する。

図９に示すように、超音波測定装置１００は超音波トランスデューサーデバイス２００と処理部１３０とを含む。

超音波トランスデューサーデバイス２００は、第１の指向性で超音波を受信する第１の超音波トランスデューサー素子と、第２の指向性で超音波を受信する第２の超音波トランスデューサー素子と、を有する。

処理部１３０は、第１の受信情報により第２の受信情報を補正処理する。第１の受信情報は、第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号又は第１の受信信号から得られる第１の受信データである。第２の受信情報は、第２の超音波トランスデューサー素子が受信した第２の受信信号又は第２の受信信号から得られる第２の受信データである。

第１の受信情報と第２の受信情報は、リニアスキャンにおいて１回の超音波ビームの送信で得られる受信情報である。図１０（Ａ）に示すように、超音波ビームの送信は、単一指向性（例えば正面のみ）の超音波トランスデューサー素子で行う（超音波ビームＢＭ２）。エコーの受信は、指向性が異なる超音波トランスデューサー素子を混在させて行い（指向性ＤＲ２Ａ〜ＤＲ２Ｃ）、指向性が異なる第１の受信情報と第２の受信情報を取得する。

例えば図１０（Ａ）で後述する第１の補正手法では、第１の受信信号ＲＳ２Ａにより第２の受信信号ＲＳ２Ｂを補正処理することで、ビームの広がりによる不要なエコーが抑制された受信信号ＲＳ２が得られ、方位分解能が向上する。また、図１０（Ｂ）で後述するように、アナログ信号である第１の受信信号ＲＳ２Ａ及び第２の受信信号ＲＳ２Ｂをデジタル信号に変換し、その第１の受信データＲＤ２Ａで第２の受信データＲＤ２Ｂを補正処理してもよい。或は、図１１で後述する第２の補正処理では、第１の受信データＲＤ２Ａと第２の受信データＲＤ２Ｂを用いて超音波画像を生成する際に補正処理を行うことで、不要なエコーが抑制された超音波画像（画素ラインＬ２Ａ〜Ｌ２Ｃ）が得られ、方位分解能が向上する。

また、これらの手法は、サイドローブによるアーティファクトを低減できる。サイドローブは、メインのビームとは異なる方向に音圧ピークが発生する現象であり、そのサイドローブの方向からのエコーによりＢモード画像にアーティファクトが生じる。上記の手法は、ビーム正面以外の方向から来たエコーの影響を低減できるので、アーティファクトを低減する効果がある。

より具体的には、図１０（Ａ）の第１の補正手法では、処理部１３０は、第１の受信信号ＲＳ２Ａ及び第２の受信信号ＲＳ２Ｂを検出した場合に、当該検出したタイミングにおける第２の受信信号ＲＳ２Ｂの振幅を減衰する処理を行う。

第１の受信信号ＲＳ２Ａと第２の受信信号ＲＳ２Ｂの双方にエコーが存在するということは、そのエコーを反射した反射体ＲＢ７は、超音波ビームＢＭ２の正面ではなく、第１の指向性ＤＲ２Ａの方向側に存在することを意味する。このようなエコーを減衰させることにより、ビーム正面のエコー（タイミングｔ_２の受信信号ＲＳ２Ｂ）だけを残すことが可能となる。このようにして、第１の超音波トランスデューサー素子と第２の超音波トランスデューサー素子の指向性の違いを使って、第２の受信信号ＲＳ２Ｂに含まれた不要なエコーを直接的に抑制できる。

図１１の第２の補正処理では、処理部１３０は、第１の受信情報及び第２の受信情報に基づいて超音波画像の補正処理を行う。即ち、第１の受信信号ＲＳ２Ａ及び第２の受信信号ＲＳ２Ｂ或は、それらをデータ化した第１の受信データＲＤ２Ａ及び第２の受信データＲＤ２Ｂに基づいて、Ｂモード画像の画素ラインＬ２Ａ、Ｌ２Ｂを生成する。この際、これらの画素ラインＬ２Ａ、Ｌ２Ｂの画素値を補正する。

図１１の例では、Ｅ１に示す画素の輝度値が減少されている。これにより、Ｅ２、Ｅ３に示す反射体ＲＢ７の像は、画素ラインＬ２Ａの紙面下側に存在することとなり、図８の比較例（Ａ３、Ａ６）に比べて、反射体ＲＢ７の実際の位置を反映した像となっている。このようにして、第１の超音波トランスデューサー素子と第２の超音波トランスデューサー素子の指向性の違いを使って、方位分解能を向上させたＢモード画像を生成できる。

図９の超音波トランスデューサーデバイス２００は、更に、第３の指向性で超音波を受信する第３の超音波トランスデューサー素子を含む。処理部１３０は、第１の受信情報及び第３の受信情報により、第２の受信情報を補正処理する。第３の受信情報は、第３の超音波トランスデューサー素子が受信した第３の受信信号又は、第３の受信信号から得られる第３の受信データである。

図１０（Ａ）に示すように、ビームの出射方向は第２の指向性ＤＲ２Ｂの方向（基準方向）であり、第１の指向性ＤＲ２Ａの方向と第３の指向性ＤＲ２Ｃの方向の間に第２の指向性ＤＲ２Ｂの方向がある。このような指向性をもった第１の受信情報及び第３の受信情報により第２の受信情報を補正処理することで、ビームの出射方向に対して両側に存在する反射体ＲＢ５、ＲＢ７からのエコーを抑制でき、方位分解能を更に向上できる。また、サイドローブによるアーティファクトについても、メインのビームの両側のサイドローブについてアーティファクトを低減できる。

５．超音波測定装置、超音波画像装置
次に、本実施形態の詳細について説明する。図９に、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００の構成例を示す。超音波測定装置１００は、超音波トランスデューサーデバイス２００、送信部１１０、受信部１２０、処理部１３０を含む。また、超音波画像装置４００は、超音波測定装置１００、表示部４１０を含む。

超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波トランスデューサー素子を有する。超音波トランスデューサー素子は、電気信号である送信信号を超音波に変換し、また被検体（対象物）からの超音波エコーを電気信号に変換する。超音波トランスデューサー素子は、例えば薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよいし、或いは容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）であってもよい。

送信部１１０は、超音波ビームの送信処理を行う。具体的には、送信部１１０が処理部１３０の制御に基づいて超音波トランスデューサーデバイス２００に対して電気信号である送信信号（駆動信号）を出力し、超音波トランスデューサーデバイス２００が電気信号である送信信号を超音波に変換して、超音波を送信する。

受信部１２０は、超音波エコーの受信処理を行う。超音波エコーは、超音波ビームが被検体により反射されたものである。具体的には、超音波トランスデューサーデバイス２００が対象物からの超音波エコーを電気信号に変換して、受信部１２０に対して出力する。受信部１２０は、超音波トランスデューサーデバイス２００からの電気信号である受信信号（アナログ信号）に対して増幅、検波、Ａ／Ｄ変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信データ（デジタル信号）を処理部１３０に対して出力する。或は、受信部１２０は、Ａ／Ｄ変換を行わず、受信処理後の受信信号（アナログ信号）を処理部１３０に対して出力してもよい。

処理部１３０は、送信部１１０及び受信部１２０の制御処理や、受信部１２０からの受信信号又は受信データに基づいて超音波画像を生成する処理を行う。具体的には、受信部１２０から受信データが入力される場合には、その受信データに対して補正処理を行い、その補正処理後の受信データから超音波画像を生成する。或は、受信部１２０から受信信号が入力される場合には、その受信信号に対して補正処理を行い、その補正処理後の受信信号をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル信号を超音波画像に変換する。

処理部１３０は、例えば専用のデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）で構成してもよいし、汎用のマイクロプロセッサー（ＭＰＵ）で構成してもよい。或いは、処理部１３０が実行する処理の一部又は全部をパーソナルコンピューター（ＰＣ）で実行させてもよい。処理部１３０がアナログ信号処理も行う場合には、信号の増幅やＡ／Ｄ変換を行う集積回路装置を更に含んでもよい。

表示部４１０は、例えば液晶ディスプレイ等の表示デバイスであって、処理部１３０により生成された超音波画像（例えばＢモード画像）を表示する。

６．第１の補正手法
次に、処理部１３０が行う補正処理の第１の手法について説明する。図１０（Ａ）に、超音波ビームＢＭ２を送信した場合の補正処理の例を示す。

第１〜第３の指向性ＤＲ２Ａ〜ＤＲ２Ｃは、エコー受信における第１〜第３の超音波トランスデューサー素子の指向性を模式的に表したものである。各指向性において受信感度が最大となる方向を、その指向性の方向（又は指向方向）と呼ぶこととする。

超音波ビームＢＭ２は、第２の指向性ＤＲ２Ｂと同じ深度方向Ｚに送信される。超音波ビームＢＭ２の正面には反射体ＲＢ６があり、反射体ＲＢ５、ＲＢ７は正面から外れているとする。反射体ＲＢ７は、第１の指向性ＤＲ２Ａ及び第２の指向性ＤＲ２Ｂの範囲内にあるため、第１の受信信号ＲＳ２Ａ及び第２の受信信号ＲＳ２Ｂはタイミングｔ_４において振幅が大きくなる。双方の受信信号で振幅が大きくなったことを検出した場合、そのタイミングｔ_４において第２の受信信号ＲＳ２Ｂの振幅を減衰させる。

振幅の検出及び減衰は、例えば以下のように行う。まず、第１の受信信号ＲＳ２Ａと第２の受信信号ＲＳ２Ｂに検波処理等を行って振幅を表す信号を取り出し、その信号をリファレンス電圧（閾値電圧）とコンパレーターで比較する。第１の受信信号ＲＳ２Ａと第２の受信信号ＲＳ２Ｂの双方で比較結果がアクティブとなっている期間において、増幅回路（ゲイン＜１）により第２の受信信号ＲＳ２Ｂの振幅を小さくする。

第３の指向性ＤＲ２Ｃについても同様の処理を行う。即ち、反射体ＲＢ５は、第２の指向性ＤＲ２Ｂ及び第３の指向性ＤＲ２Ｃの範囲内にあるため、第２の受信信号ＲＳ２Ｂ及び第３の受信信号ＲＳ２Ｃはタイミングｔ_５において振幅が大きくなる。双方の受信信号で振幅が大きくなったことを検出した場合、そのタイミングｔ_５において第２の受信信号ＲＳ２Ｂの振幅を減衰させる。

以上のようにして振幅を減衰させた第２の受信信号ＲＳ２Ｂを、超音波ビームＢＭ２に対応する受信信号ＲＳ２とし、その受信信号ＲＳ２をＢモード画像の画素ラインＬ２に変換する。例えば、受信信号ＲＳ２の振幅が大きいほど画素の輝度値を大きくする。図１０（Ａ）では、高輝度の画素を白抜きで表し、低輝度の画素をハッチングで表している。

画素ラインＬ２では、Ｃ１とＣ２に示す画素において反射体ＲＢ５、ＲＢ７の像が抑制されているので、Ｂモード画像は、反射体ＲＢ５〜ＲＢ７の実際の配置を正しく反映した画像となっている。図８の比較例では、仮に反射体ＲＢ５、ＲＢ７が同一距離（例えばＤ_４）に有ったとするとＢモード画像において像が分離しないが、図１０（Ａ）の補正処理を行うことで、反射体ＲＢ５、ＲＢ７の像を分離できる。即ち、図８のように本来は超音波ビームＢＭ２の幅によって方位分解能が制限されているが、図１０（Ａ）の補正処理を行うことで、超音波ビームＢＭ２の幅よりも狭い幅のビームを送信したかのような方位分解能を得ることができる。

以上に説明したように、超音波の送信は第２の超音波トランスデューサー素子が行い、超音波の受信は第１〜第３の超音波トランスデューサー素子が行う。即ち、送信は、第１、第３の指向方向の間の第２の指向方向（基準方向）の指向性ＤＲ２Ｂで行い、受信は、第１〜第３の指向方向の指向性ＤＲ２Ａ〜ＤＲ２Ｃで行う。

本実施形態の比較例として、例えば複数の異なる指向性で超音波を送信し、その受信信号を用いて各指向方向の情報を得る手法が考えられる。しかしながら、その手法を本実施形態の超音波トランスデューサー素子で実現しようとすると、図１のように基板２２０に圧電体層６０ａが乗り上げた素子で送信を行う必要がある。送信時には圧電体層６０ａが大きく伸縮するため、振動膜７０ａの開口１０ａと基板２２０の境界ＦＴ部分に大きな応力が掛かり、振動膜７０ａが割れる可能性がある。

この点、本実施形態によれば、基板２２０に圧電体層６０ａが乗り上げた素子を受信専用に用いる。受信時には送信時ほど振動膜７０ａが大きく振動しないため、境界ＦＴ部分に掛かる応力も小さい。これにより、素子を破壊することなく異なる指向性の情報を得ることができ、その情報を用いて補正処理を行うことができる。

７．第１の補正手法の変形例
なお、図１０（Ｂ）に示すように、第１〜第３の受信信号ＲＳ２Ａ〜ＲＳ２Ｃをデジタルデータに変換してから、上記と同様な補正処理を行ってもよい。

具体的には、処理部１３０は、第１〜第３の受信信号ＲＳ２Ａ〜ＲＳ２Ｃの振幅を輝度値に変換し、その輝度値のデータを第１〜第３の受信データＲＤ２Ａ〜ＲＤ２Ｃとして生成する。例えば、Ｂモード画像と同様に、タイミングｔ_１〜ｔ_５の振幅を、それぞれ画素位置Ｖ１〜Ｖ５の輝度値に変換する。そして、処理部１３０は、第１の受信データＲＤ２Ａ及び第２の受信データＲＤ２Ｂを検出した場合に、その検出したデータ位置での第２の受信データＲＤ２Ｂの輝度値を減少する処理を行う。また、処理部１３０は、第２の受信データＲＤ２Ｂ及び第３の受信データＲＤ２Ｃを検出した場合に、その検出したデータ位置での第２の受信データＲＤ２Ｂの輝度値を減少する処理を行う。以上のようにして減少する処理を行った第２の受信データＲＤ２Ｂを、Ｂモード画像の画素ラインＬ２のデータとする。

受信データの検出及び輝度値の減少処理は、例えば以下のように行う。即ち、第１〜第３の受信データＲＤ２Ａ〜ＲＤ２Ｃの各画素の輝度値をリファレンス値（閾値）と比較する。第１の受信データＲＤ２Ａ及び第２の受信データＲＤ２Ｂの双方、又は第２の受信データＲＤ２Ｂ及び第３の受信データＲＤ２Ｃの双方で輝度値がリファレンス値を超えた場合には、その画素位置（Ｖ４又はＶ５）では第２の受信データＲＤ２Ｂの輝度値を減少させる。

以上の変形例によっても、アナログ信号を補正する場合と同様に、方位分解能を向上させることができる。また、デジタル信号処理によって補正処理を行うため、処理を簡素にできる。処理部１３０は、増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等のアナログ信号を処理する回路が不要となるため、デジタル信号処理を行う回路のみで構成でき、回路構成を簡素化できる。

８．第２の補正手法
次に、処理部１３０が行う補正処理の第２の手法について説明する。図１１に、超音波ビームＢＭ１、ＢＭ２を送信した場合の補正処理の例を示す。反射体の配置は図１０（Ａ）と同様である。

図１２で後述のように、超音波トランスデューサーデバイス２００は第１〜第ｎのユニットとして例えば第１〜第６４のユニット（チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４）を含む。各ユニットは、第１の超音波トランスデューサー素子（図７のＵ１２１〜ＵＥ１８）と第２の超音波トランスデューサー素子（図７のＵＥ２１〜ＵＥ４８）と第３の超音波トランスデューサー素子（図１３のＵＥ５１〜ＵＥ５８）を含む。

図７（Ａ）で説明したように、リニアスキャンでは第１〜第ｋのチャンネルとして例えば第１〜第８のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８により第１の送受信を行い、第２〜第ｋ＋１のチャンネルとして例えば第２〜第９のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９により第２の送受信を行う。第１の送受信に対応して第１の画素ラインＬ１が得られ、第２の送受信に対応して第２の画素ラインＬ２が得られる。

第２の手法では、処理部１３０は、第１の画素ラインＬ１Ａ（Ｌ１）と第２の画素ラインＬ２Ａ（Ｌ２）との間に中間画素ラインＬ１Ｂを生成処理する。中間画素ラインＬ１Ｂは、第１の送受信で得られた第１〜第３の受信データＲＤ１Ａ〜ＲＤ１Ｃに基づいて生成する。

このように画素ラインの間に更に画素ラインを挿入することは、仮想的に、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０のスキャン方向ＤＳにおけるチャンネル数を増やした（チャンネルピッチを狭くした）ことに相当する。これにより、より狭いピッチで被検体を画像化することが可能となる。

具体的には、処理部１３０は、第１〜第３の受信信号ＲＳ１Ａ〜ＲＳ１Ｃの振幅を輝度値に変換し、第１〜第３の受信データＲＤ１Ａ〜ＲＤ１Ｃを生成する。処理部１３０は、第１の受信データＲＤ１Ａ及び第２の受信データＲＤ１Ｂを検出した場合に、第２の受信データＲＤ１Ｂの輝度値を減少する処理を行う。また、第１の受信データＲＤ１Ａの輝度値を維持又は増加する処理を行う。

図１１の例では、反射体ＲＢ５に対応して、第１の受信信号ＲＳ１Ａと第２の受信信号ＲＳ１Ｂの双方の振幅がタイミングｔ_５で大きく、第１の受信データＲＤ１Ａと第２の受信データＲＤ１Ｂの双方の輝度値が画素位置Ｖ５で高い。処理部１３０は、それを検出し、第２の受信データＲＤ１Ｂの画素位置Ｖ５の輝度値を減少させ、その第２の受信データＲＤ１Ｂを第１の画素ラインＬ１Ａとする。また、第１の受信データＲＤ１Ａの画素位置Ｖ５の輝度値を維持又は増加させ、その第１の受信データＲＤ１Ａを中間画素ラインＬ１Ｂとする。なお、輝度値の検出等は、第１の補正手法の変形例と同様の手法で実現できる。

このようにして、Ｂモード画像では、Ｅ４に示す画素の輝度が抑制され、Ｅ５に示す画素の輝度が維持又は増加される。

また、処理部１３０は、第１の画素ラインＬ１Ａと第２の画素ラインＬ２Ａとの間に、中間画素ラインＬ２Ｃを生成処理する。中間画素ラインＬ２Ｃは、第２の送受信で得られた第１〜第３の受信データＲＤ２Ａ〜ＲＤ２Ｃに基づいて生成する。

具体的には、処理部１３０は、第１の受信データＲＤ２Ａ及び第３の受信データＲＤ２Ｃを検出した場合に、第２の受信データＲＤ２Ｂの輝度値を減少する処理を行って、第２の画素ラインＬ２Ａを生成する。また、第３の受信データＲＤ２Ｃの輝度値を維持又は増加する処理を行って、中間画素ラインＬ２Ｃを生成する。

第２の受信データＲＤ２Ｂと第３の受信データＲＤ２Ｃでは画素位置Ｖ５で輝度値が高いので、Ｂモード画像では、Ｅ６に示す画素の輝度が抑制され、Ｅ７に示す画素の輝度が維持又は増加されることになる。

図８の比較例を図１１に当てはめると、反射体ＲＢ５の像は、Ｂモード画像の画素位置Ｖ５において画素ラインＬ１Ｃ〜Ｌ２Ａに現れることになる。即ち、超音波ビームの幅によりスキャン方向に像が広がっている（ぼけている）。この点、第２の補正手法を用いた場合、反射体ＲＢ５の像は画素ラインＬ１Ａ、Ｌ２Ｃに現れるので、スキャン方向の像の幅が比較例よりも狭くなっている。即ち、超音波ビームの広がりの影響が低減され、方位分解能が向上している。

なお、上述した第１の補正手法と第２の補正手法は、いずれか一方を用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。組み合わせる場合、例えば超音波トランスデューサー素子アレイ２１０から深度方向Ｚに近い領域では第１の補正手法を用い、遠い領域では第２の補正手法を用いて超音波画像を生成してもよい。

第１の補正手法は、ビーム正面でない反射体からのエコーを直接的に抑制するので、サイドローブによるアーティファクトを低減する効果が高いと考えられる。サイドローブは、メインのビームよりも到達距離が短いので、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０に近い領域では第１の補正手法を用いることでアーティファクトを効果的に低減できる。また、超音波ビームは焦点を過ぎると幅が広がる傾向があるので、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０から遠い領域では第２の補正手法を用いることで方位分解能を効果的に向上できる。

９．超音波トランスデューサーデバイス
図１２に、上述した補正手法に用い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、６４チャンネルの場合を例に説明するが、超音波トランスデューサーデバイス２００は、ｎ＝６４以外の第１〜第ｎのチャンネルを含んでもよい。また以下では、信号端子を超音波トランスデューサーデバイス２００の一方の端部に配置する場合を例に説明するが、信号端子を超音波トランスデューサーデバイス２００の両側の端部に配置し、両側から信号の入出力を行ってもよい。

超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板２２０と、基板２２０に形成された超音波トランスデューサー素子アレイ２１０と、基板２２０に形成された信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＸＢ１〜ＸＢ６４、ＸＣ１〜ＸＣ６４と、基板２２０に形成された信号電極線ＬＡ１〜ＬＡ６４、ＬＢ１〜ＬＢ６４、ＬＣ１〜ＬＣ６４と、を含む。

信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉ、ＸＣｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ＝６４の自然数）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２１０の一方の端部に配置される。信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉ、ＸＣｉは、それぞれ信号電極線ＬＡｉ、ＬＢｉ、ＬＣｉの一端に接続される。例えば、基板２２０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信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉ、ＸＣｉが配置される。

ここで、スライス方向ＤＬ及びスキャン方向ＤＳは、基板２２０を厚み方向（深度方向Ｚ）から見た平面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２１０は、スキャン方向ＤＳに沿って配置されるチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４を含む。各チャンネルＣＨｉは、信号電極線ＬＡｉ、ＬＢｉ、ＬＣｉのいずれかと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で構成される。

１０．チャンネル
図１３に、チャンネルＣＨｉの詳細な構成例を示す。チャンネルＣＨｉは、スライス方向ＤＬに沿って８行及びスキャン方向ＤＳに沿って５列のマトリックス状に配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ５８を含む。

第１列の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８は、第１の指向性を有する。また、第２列〜第４列の超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ４８は、第２の指向性を有する。第５列の超音波トランスデューサー素子ＵＥ５１〜ＵＥ５８は、第３の指向性を有する。なお、指向性の配置はこれに限定されず、例えば第１列の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８が、第３の指向性を有し、第５列の超音波トランスデューサー素子ＵＥ５１〜ＵＥ５８が、第１の指向性を有してもよい。

第１列〜第５列の超音波トランスデューサー素子の一方の電極（例えば図１〜図３の第１の電極層４０ａ〜４０ｃ）は、それぞれ、信号電極線ＬＡｉ、ＬＢ１ｉ、ＬＢ２ｉ、ＬＢ３ｉ、ＬＣｉに接続される。信号電極線ＬＢ１ｉ、ＬＢ２ｉ、ＬＢ３ｉは、スライス方向ＤＬに沿って配線され、信号電極線ＬＢｉに接続される。

第１行〜第８行の超音波トランスデューサー素子の他方の電極（例えば図１〜図３の第２の電極層５０）は、それぞれ、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ＬＭｉに接続される。コモン電極線ＬＭｉはスライス方向ＤＬに沿って配線され、コモン端子ＸＭｉに接続される。コモン端子ＸＭｉは、基板２２０上に形成され、例えば信号端子ＸＡｉ等が配置された辺と同一の辺に配置される。

上記のチャンネルＣＨｉにおいて、超音波の送受信は次のように行われる。送信部１１０が信号端子ＸＢｉに送信信号（例えば電圧パルス）を供給し、その送信信号を超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ４８が超音波に変換する。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ＵＥ１１〜ＵＥ５８が受信信号（例えば電圧信号）に変換し、その受信信号を信号端子ＸＡｉ〜ＸＣｉから出力する。受信部１２０は、信号端子ＸＡｉ〜ＸＣｉからの受信信号を受けて、その受信信号に対して受信処理を行う。なお、コモン端子ＸＭｉには、送信部１１０又は受信部１２０がコモン電圧（例えば一定の電圧）を供給する。

なお、上記では８行５列のマトリックス状に超音波トランスデューサー素子を配置する場合を例に説明したが、これに限定されず、８行５列以外のＭ行Ｎ列（Ｍ、Ｎは２以上の自然数）のマトリックス状に超音波トランスデューサー素子を配置してもよい。この場合、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０は、Ｍ行（ｎ×Ｎ）列のマトリックス状となる。

また、超音波トランスデューサー素子アレイ２１０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、上記では第１の指向性、第２の指向性、第３の指向性を有する超音波トランスデューサー素子を、それぞれ、１列、３列、１列に配置したが、これに限定されず、それぞれ、２以上の複数列、３列以外の１又は複数列、２以上の複数列に配置してもよい。

１１．超音波画像装置、超音波プローブ
図１４（Ａ）は携帯型の超音波画像装置４００を示し、図１４（Ｂ）は据置型の超音波画像装置４００を示す。

携帯型及び据置型の超音波画像装置４００は共に、超音波測定装置１００、超音波プローブ３００、ケーブル３５０及び表示部４１０を含む。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２００を含み、ケーブル３５０により超音波測定装置１００に接続される。表示部４１０は、表示用画像データを表示する。

超音波測定装置１００が有する送信部１１０、受信部１２０及び処理部１３０の少なくとも一部を超音波プローブ３００に設けることもできる。

図１４（Ｃ）に、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３１５及びプローブ本体３２０を含み、図１４（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３１５はプローブ本体３２０と脱着可能である。

プローブヘッド３１５は、超音波トランスデューサーデバイス２００、プローブ基体３１１、プローブ筐体３１２、プローブヘッド側コネクター３１３を含む。

プローブ本体３２０は、プローブ本体側コネクター３２３を含む。プローブ本体側コネクター３２３は、プローブヘッド側コネクター３１３と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により超音波測定装置１００に接続される。なお、超音波測定装置１００が有する送信部１１０、受信部１２０の少なくとも一部をプローブ本体３２０に設けることもできる。

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。また超音波測定装置、超音波画像装置の構成、動作及び超音波画像の処理方法等も、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。

１０ａ〜１０ｃ 開口、２０ ＳｉＯ_２膜、３０ ＺｒＯｘ膜、
４０ａ〜４０ｃ 第１の電極層、５０ａ〜５０ｃ 第２の電極層、
６０ａ〜６０ｃ 圧電体層、７０ａ〜７０ｃ 振動膜、
１００ 超音波測定装置、１１０ 送信部、１２０ 受信部、
１３０ 処理部、２００ 超音波トランスデューサーデバイス、
２１０ 超音波トランスデューサー素子アレイ、２２０ 基板、
３００ 超音波プローブ、３１１ プローブ基体、３１２ プローブ筐体、
３１３ プローブヘッド側コネクター、３１５ プローブヘッド、
３２０ プローブ本体、３２３ プローブ本体側コネクター、
３５０ ケーブル、４００ 超音波画像装置、４１０ 表示部、
ＡＳ 腕部、ＢＭ１〜ＢＭ９ 超音波ビーム、
ＣＨ１〜ＣＨ６４ チャンネル、Ｄ１ 第１の方向、Ｄ２ 第２の方向、
ＤＬ スライス方向、ＤＲ２Ａ〜ＤＲ２Ｃ 第１〜第３の指向性、
ＤＳ スキャン方向、ＥＤＡ〜ＥＤＦ 第１〜第６の縁部、
ＦＴ 境界、Ｌ１〜Ｌ９，Ｌ１Ａ〜Ｌ３Ｃ 画素ライン、
ＬＡ１〜ＬＡ６４，ＬＢ１〜ＬＢ６４，ＬＣ１〜ＬＣ６４ 信号電極線、
ＬＢ１ｉ〜ＬＢ３ｉ 信号電極線、ＬＭｉ，ＬＹ１〜ＬＹ８ コモン電極線、
ＲＢ１〜ＲＢ７ 反射体、
ＲＤ１Ａ〜ＲＤ１Ｃ，ＲＤ２Ａ〜ＲＤ２Ｃ 受信データ、
ＲＳ１〜ＲＳ９，ＲＳ１Ａ〜ＲＳ１Ｃ，ＲＳ２Ａ〜ＲＳ２Ｃ 受信信号、
ＵＥ１１〜ＵＥ５８ 超音波トランスデューサー素子、
Ｖ１〜Ｖ５ 画素位置、
ＸＡ１〜ＸＡ６４，ＸＢ１〜ＸＢ６４，ＸＣ１〜ＸＣ６４ 信号端子、
ＸＭｉ コモン端子、Ｚ 深度方向、ｔ_０〜ｔ_５ タイミング

Claims (13)

1. 第１の開口及び第２の開口が設けられる基板と、
   前記第１の開口に対応して前記基板に形成される第１の超音波トランスデューサー素子と、
   前記第２の開口に対応して前記基板に形成される第２の超音波トランスデューサー素子と、
   を含み、
   前記第１の開口は、スキャン方向に対応する第１の方向側の第１の縁部及び前記第１の方向とは反対の第２の方向側の第２の縁部を有し、
   前記第１の超音波トランスデューサー素子は、
   前記第１の開口を閉塞する第１の振動膜と、
   前記基板の厚み方向からの平面視において、前記第１の開口の前記第１の縁部を覆うように前記第１の振動膜上に設けられる第１の圧電体層と、
   を有することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
2. 請求項１において、
   前記第２の超音波トランスデューサー素子は、
   前記第２の開口を閉塞する第２の振動膜と、
   前記平面視において、前記第２の開口の前記第１の方向側の第３の縁部及び前記第２の方向側の第４の縁部のいずれにも重ならずに前記第２の振動膜上に設けられる第２の圧電体層と、
   を有することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
3. 請求項２において、
   前記第１の超音波トランスデューサー素子は、
   基準方向に対して前記第１の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信し、
   前記第２の超音波トランスデューサー素子は、
   前記基準方向の指向性で超音波を受信することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
4. 請求項２又は３において、
   前記第１の振動膜と前記第２の振動膜は、同一平面に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
5. 請求項１又は２において、
   前記基板に設けられる第３の開口に対応して、前記基板に形成される第３の超音波トランスデューサー素子を含み、
   前記第３の超音波トランスデューサー素子は、
   前記第３の開口を閉塞する第３の振動膜と、
   前記平面視において、前記第３の開口の第１の方向側の第５の縁部及び前記第２の方向側の第６の縁部のうち、前記第６の縁部を覆うように前記第３の振動膜上に設けられる第３の圧電体層と、
   を有することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
6. 請求項５において、
   前記第１の超音波トランスデューサー素子は、
   基準方向に対して前記第１の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信し、
   前記第３の超音波トランスデューサー素子は、
   前記基準方向に対して前記第２の方向側に傾いた方向の指向性で超音波を受信することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
7. 請求項５又は６において、
   前記第１の振動膜と前記第３の振動膜は、同一平面に形成されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記第１の圧電体層は、前記平面視において、前記基板上の面積よりも前記開口上の面積の方が大きいことを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
9. 基準方向とは異なる第１の指向方向の指向性を有し、超音波の受信を行う第１の超音波トランスデューサー素子と、
   前記基準方向である第２の指向方向の指向性を有し、超音波の送信又は送信及び受信を行う第２の超音波トランスデューサー素子と、
   を含むことを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
10. 請求項９において、
    前記基準方向とは異なる第３の指向方向の指向性を有し、超音波の受信を行う第３の超音波トランスデューサー素子を含み、
    前記基準方向は、前記第１の指向方向と前記第３の指向方向の間の方向であることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理部と、
    を含むことを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項２乃至４のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号又は前記第１の受信信号から得られる第１の受信データである第１の受信情報により、前記第２の超音波トランスデューサー素子が受信した第２の受信信号又は前記第２の受信信号から得られる第２の受信データである第２の受信情報を補正処理する処理部と、
    を含むことを特徴とする超音波測定装置。
13. 請求項１乃至１０のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記第１の超音波トランスデューサー素子が受信した第１の受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理部と、
    前記超音波画像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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