JP2017153652A - 超音波装置および超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】解像度の低い場所ができることを抑制できる超音波装置を提供する。【解決手段】超音波プローブ２は第１方向１０に沿って複数の超音波素子９が配置された第１超音波素子列１２が、第１方向１０に交差する第２方向１１に沿って配置された超音波素子群１４と、超音波素子群１４を駆動する制御部４と、を備え、制御部４は複数の超音波素子９が射出する超音波２４が同時に通過する場所である焦点２３を仮想平面２２に沿って移動させる。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波装置および超音波プローブに関するものである。

超音波を射出する複数の超音波素子が行列状に基板に配置された超音波装置が知られている。超音波装置において超音波を射出する面は長方形になっている。そして、長方形の長手方向を方位方向と称し、方位方向と直交する方向をスライス方向と称す。

内視鏡用の超音波装置が特許文献１に開示されている。それによると、方位方向では各超音波素子が超音波を射出するタイミングを変えることで焦点の位置を走査している。また、超音波装置には超音波を射出する側に音響レンズが設置されている。

スライス方向では音響レンズにより複数の超音波素子から射出された超音波が焦点で重なる。超音波素子を駆動する制御部は超音波を所定の順序で駆動することにより、超音波の焦点を方位方向に移動させる。さらに、基板と垂直になる方向に超音波の焦点を移動させる。そして、超音波装置は超音波の焦点を方位方向及び基板と垂直になる方向に走査する。そして、超音波の焦点にて反射した超音波を受信することにより超音波画像が撮影される。

特開２００６−６１２５２号公報

特許文献１の超音波装置では超音波を焦点に集める音響レンズが用いられている。超音波装置は音響レンズの焦点に近い場所では解像度を高くしてシャープな画像を得ることができる。しかし、音響レンズの焦点から離れると解像度が低下する。そこで、解像度の低い場所ができることを抑制できる超音波装置が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態またまたは適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる超音波装置であって、第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置された超音波素子群と、前記超音波素子群を制御する制御部と、を備え、前記制御部は複数の前記超音波素子が射出する超音波が通過する場所である焦点を仮想平面に沿って移動させることを特徴とする。

本適用例によれば、超音波装置は超音波素子群と超音波素子群を制御する制御部とを備えている。超音波素子群は第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、第１方向に交差する第２方向に沿って配置されている。超音波素子群では各超音波素子が超音波を射出する。

制御部は複数の各超音波素子が超音波を射出するタイミングを制御する。そして、各超音波素子が射出する超音波が同時に所定の場所を通過するように制御部が制御する。この所定の場所を焦点と称す。制御部は焦点を仮想平面に沿って移動させる。そして、反射波を検出することにより、仮想平面において超音波の反射率の高い場所と低い場所の分布を検出することができる。

音響レンズを用いたときには音響レンズの焦点に近い場所では超音波が同時に所定の場所を通過するので解像度が高くできる。一方、音響レンズの焦点から離れた場所では超音波が同時に接近する場所が離れるので解像度が低下する。そして、解像度の高い場所と低い場所とができる。本実施形態では制御部が焦点を仮想平面に沿って移動させるので、超音波装置は超音波を所定の場所に集める音響レンズが不要である。そして、制御部は複数の超音波素子が射出する超音波を焦点を通過するように超音波素子を制御する。従って、超音波装置は解像度の低い場所ができることを抑制できる。

［適用例２］
上記適用例にかかる超音波装置において、前記超音波素子は第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体と、前記第２電極と第３電極とに挟まれた絶縁膜と、を備え、前記第２電極には電気抵抗が設置され、前記制御部は前記第１電極と前記電気抵抗との間に第１パルス信号を入力し、前記第１電極と前記第３電極との間に第２パルス信号を入力することを特徴とする。

本適用例によれば、超音波素子は第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体と、第２電極と第３電極とに挟まれた絶縁膜と、を備えている。そして、第２電極には電気抵抗が設置されている。制御部は第１電極と電気抵抗との間に第１パルス信号を入力し、第１電極と第３電極との間に第２パルス信号を入力する。

制御部が第１パルス信号を電気抵抗に入力するとき、第１パルス信号は電気抵抗を通って第２電極に印加される。第２電極及び第３電極が絶縁膜を挟んでいるので、第２電極、第３電極及び絶縁膜はコンデンサーを構成する。そして、制御部は第１電極と第３電極との間に第２パルス信号を入力する。

第１パルス信号及び第２パルス信号は基準電圧と基準電圧より高い第１電圧とを切り替える信号とする。制御部が第２パルス信号を基準電圧にして第１パルス信号を第１電圧にするとき、コンデンサーには第１電圧が印加される。そして、コンデンサーは第１電圧を保持する。次に、制御部が第１パルス信号及び第２パルス信号を第１電圧にするとき、圧電体には第１電圧の２倍の電圧が印加される。そして、電気抵抗を通って電流が流れるので、圧電体にかかる電圧は第１電圧に移行する。従って、制御部が出力するより高い電圧で圧電体を駆動することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる超音波装置において、前記制御部は前記第１超音波素子列の端の前記超音波素子を中側の前記超音波素子より低い電圧で駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、制御部は第１超音波素子列の端の超音波素子を中側の超音波素子より低い電圧で駆動する。このとき、制御部が第１超音波素子列の端の超音波素子を中側の超音波素子と同じ電圧で駆動するときに比べて、焦点以外の場所からの反射波を低減することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる超音波装置において、前記第１超音波素子列の超音波素子に接続され前記第１パルス信号を配信する第１配線と、前記第２方向に沿って配置された第２超音波素子列の前記超音波素子に接続され前記第２パルス信号を配信する第２配線と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、第１方向に沿って配置された第１超音波素子列の超音波素子は第１配線を介して接続されている。そして、第１パルス信号は第１配線を介して超音波素子に入力される。さらに、第２方向に沿って配置された第２超音波素子列の超音波素子は第２配線を介して接続されている。そして、第２パルス信号は第２配線を介して超音波素子に入力される。従って、各超音波素子にそれぞれ第１パルス信号及び第２パルス信号を供給する配線を設置するときに比べて配線数を少なくできる。

［適用例５］
本適用例にかかる超音波プローブであって、第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置された超音波素子群と、前記超音波素子群を制御する制御部と、を備え、前記制御部は複数の前記超音波素子が射出する超音波が通過する場所である焦点を仮想平面に沿って移動させることを特徴とする。

本適用例によれば、超音波プローブは超音波素子群と超音波素子群を制御する制御部とを備えている。超音波素子群は第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、第１方向に交差する第２方向に沿って配置されている。超音波素子群では各超音波素子が超音波を射出する。

制御部は複数の各超音波素子が超音波を射出するタイミングを制御する。そして、各超音波素子が射出する超音波が同時に所定の場所を通過するように制御部が制御する。この所定の場所を焦点と称す。制御部は焦点を仮想平面に沿って移動させる。そして、反射波を検出することにより、仮想平面において超音波の反射率の高い場所と低い場所の分布を検出することができる。

音響レンズを用いたときには音響レンズの焦点に近い場所では超音波が同時に所定の場所を通過するので解像度が高くできる。一方、音響レンズの焦点から離れた場所では超音波が同時に接近する場所が離れるので解像度が低下する。そして、解像度の高い場所と低い場所とができる。本実施形態では制御部が焦点を仮想平面に沿って移動させるので、超音波プローブは超音波を所定の場所に集める音響レンズが不要である。そして、制御部は複数の超音波素子が射出する超音波を焦点を通過するように超音波素子を制御する。従って、超音波プローブは解像度の低い場所ができることを抑制できる。

第１の実施形態にかかわる超音波画像診断装置の構成を示す概略斜視図。 超音波センサーの構造を示す概略斜視図。 超音波の焦点を説明するための模式図。 超音波の焦点を説明するための模式図。 焦点の軌跡を説明するための模式図。 超音波素子の構造を示す模式側断面図。 超音波素子の構造を示す模式側断面図。 圧電素子及びコンデンサーの回路図。 駆動信号の説明をするためのタイムチャート。 第２電極配線及び第３電極配線に供給されるパルス信号のタイムチャート。 圧電素子に印加する電圧を説明するためのグラフ。 超音波センサーが射出する超音波の強度を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる圧電素子及びコンデンサーの回路図。 駆動信号の説明をするためのタイムチャート。

以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

（第１の実施形態）
本実施形態では、超音波プローブを備える超音波画像診断装置の特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる超音波画像診断装置について図１〜図１２に従って説明する。図１は超音波画像診断装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、超音波画像診断装置１は超音波装置としての超音波プローブ２を備えている。超音波プローブ２は一方向に長い略直方体の形状をしている。超音波プローブ２の長手方向をＺ方向とする。超音波プローブ２の＋Ｚ方向の面は略平坦な面であり、平面形状が長方形になっている。平面形状の直交する２辺が延びる方向をＸ方向及びＹ方向とする。

超音波プローブ２の＋Ｚ方向側には超音波センサー３が設置されている。超音波プローブ２の＋Ｚ方向側の面では筐体から超音波センサー３が露出している。超音波プローブ２の内部には超音波センサー３を制御する制御部４が設置され、超音波センサー３と制御部４とがケーブル５により接続されている。制御部４にはＣＰＵ（中央演算装置）及び記憶装置を備えている。記憶装置には超音波センサー３を駆動する駆動波形のデータや超音波センサー３を駆動する手順を示すプログラムが記憶されている。そして、ＣＰＵはプログラムに沿って超音波センサー３に駆動波形を出力して超音波センサー３を駆動する。

超音波プローブ２はケーブル６を介して制御装置７と接続されている。制御装置７は超音波プローブ２が出力するデータ信号を入力し、データ信号を解析して表示する装置である。

超音波プローブ２は生体１９の表面に押圧して用いられる。超音波プローブ２は超音波センサー３から生体１９に向けて超音波を射出する。そして、超音波センサー３は生体１９の内部で反射した反射波を受信する。反射波は反射して戻る時間が反射した面により異なるので、反射波が戻る時間を解析することにより生体１９の内部の構造を非破壊検査することができる。超音波センサー３が受信した反射波の信号は制御部４に出力される。制御部４はＡ／Ｄ変換部（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）を備え、反射波の信号をデジタルデータに変換する。そして、デジタルデータに変換されたデータ信号はケーブル５、制御部４、ケーブル６を介して制御装置７に送信される。制御装置７は反射波のデータ信号を受信して解析する。そして、制御装置７は生体１９の内部構造を画像に変換して表示する。

図２は超音波センサーの構造を示す概略斜視図である。図２に示すように、超音波センサー３は基板８を備えている。基板８の＋Ｚ方向側の面には超音波素子９がマトリックス状に設置されている。図中Ｙ方向を第１方向１０とし、Ｘ方向を第２方向１１とする。超音波素子９は第１方向１０及び第２方向１１に整列している。第１方向１０に並ぶ超音波素子９を第１超音波素子列１２とし、第２方向１１に並ぶ超音波素子９を第２超音波素子列１３とする。超音波素子９は超音波の射出する機能と反射波を受信して電気信号に変換する機能を備えている。尚、超音波センサー３は超音波の射出する素子と反射波を受信して電気信号に変換する素子とを別々に備えても良い。

本実施形態では、例えば、説明を分かり易くするために、図中第１超音波素子列１２の列数は２０列とし、第２超音波素子列１３は６列とした。従って、超音波センサー３では基板８上に１２０個の超音波素子９を有する超音波素子群１４が設置されている。尚、第１超音波素子列１２の列数は３２列以上、第２超音波素子列１３は２５６列以上あると解像度が高くなるので検出した超音波画像を見易くできる。

第１超音波素子列１２の各超音波素子９は第１方向１０に延びる第１配線としての第２電極配線１５に接続されている。同様に、第２超音波素子列１３の各超音波素子９は第２方向１１に延びる第２配線としての第３電極配線１６に接続されている。基板８の−Ｙ方向側の端にはフレキシブルケーブル１７が設置され、第２電極配線１５はフレキシブルケーブル１７と接続している。基板８の＋Ｘ方向側の端にはフレキシブルケーブル１８が設置され、第３電極配線１６はフレキシブルケーブル１８と接続している。従って、各超音波素子９にそれぞれ駆動信号を供給する配線を設置するときに比べて配線数を少なくできる。

さらに、各超音波素子９は第１電極配線２１と接続され、第１電極配線２１もフレキシブルケーブル１７と接続している。第２電極配線１５及び第３電極配線１６はケーブル５を介して制御部４と接続されている。そして、制御部４は第２電極配線１５、第３電極配線１６及び第１電極配線２１を通じて各超音波素子９に電圧信号を出力する。超音波素子９は電圧信号を入力し、電圧信号に応じて超音波を射出する。

図３及び図４は超音波の焦点を説明するための模式図である。図３は第１超音波素子列１２を示し、図４は第２超音波素子列１３の一部を示している。図３に示すように、制御部４は超音波センサー３の＋Ｚ方向側に仮想平面２２を想定する。仮想平面２２はＸ方向及びＺ方向に延びる面である。仮想平面２２のＹ方向の位置は、特に限定されないが本実施形態では例えば、第１超音波素子列１２を構成する６個の超音波素子９の中央に設定されている。そして、制御部４は仮想平面２２上に焦点２３を想定する。そして、制御部４は焦点２３から遠い場所に位置する超音波素子９から焦点２３に近い場所に位置する超音波素子９まで順に超音波２４を射出させる。

そして、第１超音波素子列１２の各超音波素子９が射出する超音波２４が同時に焦点２３を通過するように、各超音波素子９が超音波２４を射出するタイミングを制御部４が制御する。まず、制御部４は焦点２３と各超音波素子９との距離を演算する。次に、演算した距離を超音波２４の速度で除算して、超音波２４が焦点２３に到達するまでの移動時間を演算する。そして、移動時間の差に相当するタイミングをずらして各超音波素子９から超音波２４を射出する。これにより、第１超音波素子列１２は同時に焦点２３に超音波２４を通過させることができる。尚、制御部４は１度演算した結果を記憶装置に記憶させておいても良い。そして、ＣＰＵは記憶装置から演算結果を入力して超音波素子群１４に駆動信号を出力しても良い。

図４に示すように、制御部４は仮想平面２２上に焦点２３を想定する。そして、第２超音波素子列１３においても制御部４は焦点２３から遠い場所に位置する超音波素子９から焦点２３に近い場所に位置する超音波素子９まで順に超音波２４を射出させる。そして、第２超音波素子列１３の各超音波素子９が射出する超音波２４が同時に焦点２３を通過するように、各超音波素子９が超音波２４を射出するタイミングを制御部４が制御する。制御部４は第１超音波素子列１２で行った方法と同様な方法で第２超音波素子列１３の各超音波素子９から超音波２４を射出する。これにより、第２超音波素子列１３は同時に焦点２３に超音波２４を通過させることができる。

制御部４は、第１超音波素子列１２及び第２超音波素子列１３の超音波素子９から超音波２４を射出するタイミングの制御を同時に行う。従って、超音波センサー３の多くの超音波素子９から射出された超音波２４が焦点２３を同時に通る。このとき、焦点２３では超音波２４の音圧が高くなるので、焦点２３に超音波２４を反射させる部材があるときには強い反射波を生じさせることができる。

図５は焦点の軌跡を説明するための模式図である。制御部４は焦点２３を仮想平面２２に沿って移動させる。そして、図５に示す軌跡２５は仮想平面２２に沿う焦点２３の移動軌跡である。軌跡２５が示すように焦点２３は第２方向１１及びＺ方向に走査される。第２方向１１が主走査方向であり、Ｚ方向が副走査方向になっている。

音響レンズを用いたときには音響レンズの焦点に近い場所では超音波２４が同時に所定の場所を通過するので解像度が高くできる。一方、音響レンズの焦点から離れた場所では超音波が同時に接近する場所が離れるので解像度が低下する。そして、解像度の高い場所と低い場所とができる。本実施形態では制御部４が焦点を仮想平面２２に沿って移動させるので、超音波プローブ２は超音波２４を所定の場所に集める音響レンズが不要である。そして、制御部４は複数の超音波素子９から射出される超音波２４が焦点を通過するように超音波素子を制御する。従って、超音波プローブ２は解像度の低い場所ができることを抑制できる。

図６及び図７は超音波素子の構造を示す模式側断面図である。図６及び図７に示すように、基板８には超音波素子９と対向する場所に凹部２６が設置されている。凹部２６により基板８は一部の厚みが薄くなっており、厚みが薄い場所が振動部２７になっている。基板８はシリコン基板であり、凹部２６はエッチングにより形成される。振動部２７では酸化シリコン膜２８と酸化ジルコウム膜２９とが積層されている。

振動部２７の＋Ｚ方向側には第１電極３０が設置されている。第１電極３０は第１電極配線２１と接続されている。第１電極３０は金属膜を成膜してフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。

第１電極３０上には圧電体３１が設置されている。圧電体３１は圧電体３１の材料の層である焦電体材料層を設置し、焦電体材料層をフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。焦電体材料層はＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）膜の層である。

焦電体材料層はスパッタ法やゾルゲル法を用いて設置される。スパッタ法では特定成分のＰＺＴ焼結体をスパッタリングのターゲットとして用い、基板８上にスパッタリングによりアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を形成する。次に、このアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を加熱し結晶化し、焼結させる。

ゾルゲル法では焦電体材料層の材料となるチタン、ジルコニウム、鉛等の水酸化物の水和錯体であるゾルを作成する。このゾルを脱水処理してゲルとする。このゲルを加熱焼成して無機酸化物である焦電体材料層を調製する。

圧電体３１上には第２電極３２が設置されている。第２電極３２は金属膜を成膜してフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。第２電極３２上には絶縁膜３３が設置されている。絶縁膜３３には第２電極３２上に貫通孔３３ａが形成されている。さらに、絶縁膜３３は圧電体３１、第１電極３０を覆って設置されている。さらに、酸化ジルコウム膜２９が露出する場所にも絶縁膜３３が設置されている。絶縁膜３３は蒸着法等の成膜法にて成膜されフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。

絶縁膜３３上には第２電極３２と対向する場所に第３電極３４が設置されている。第３電極３４は第２方向１１に延在する第３電極配線１６と接続されている。詳しくは、第２電極３２と対向する場所の金属膜が第３電極３４であり、第２電極３２と対向しない場所の金属膜が第３電極配線１６である。

さらに、絶縁膜３３上には圧電体３１の−Ｙ方向側に電気抵抗としての抵抗体３５が設置されている。抵抗体３５は電気抵抗を有する膜である。抵抗体３５の材質は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、抵抗体３５の主な材質に炭素を用いている。抵抗体３５は炭素を主原料とする膜を成膜してフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。

抵抗体３５の一端と第２電極３２との間には双方を接続する接続配線３６が設置されている。接続配線３６は貫通孔３３ａに設置され、貫通孔３３ａを通して第２電極３２と接続される。さらに、抵抗体３５の他端は第２電極配線１５と接続されている。

絶縁膜３３上では圧電体３１の＋Ｘ方向側を通って第２電極配線１５が設置されている。第２電極配線１５は第１方向１０に延びる配線である。そして、第２電極配線１５の一部を覆って絶縁膜３７が設置されている。絶縁膜３７は蒸着法等の成膜法にて成膜されフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして形成される。

そして、絶縁膜３７上に第３電極配線１６が設置されている。第３電極配線１６は第３電極３４と同じ工程で設置される。従って、第３電極３４を設置する前の工程で抵抗体３５、第２電極配線１５、接続配線３６及び絶縁膜３７が設置される。

第１電極３０、第２電極３２、及び第３電極３４の材料は特に限定されないが本実施形態では、例えば、酸化イリジウム及びプラチナが用いられ、酸化イリジウム膜上にプラチナ膜が設置されている。さらに、第２電極配線１５、第３電極配線１６及び第３電極３４を覆って、絶縁膜３８が設置され配線間の漏電が防止されている。絶縁膜３３、絶縁膜３７及び絶縁膜３８の材質は特に限定されないが、例えば、酸化シリコンや酸化アルミナを用いることができる。

圧電体３１を第１電極３０と第２電極３２とで挟んで圧電素子４１が構成されている。そして、絶縁膜３３を第２電極３２と第３電極３４とで挟んでコンデンサー４２が構成されている。

図８は圧電素子及びコンデンサーの回路図である。図８に示すように、圧電素子４１の第１電極３０は第１電極配線２１に接続されている。そして、第１電極配線２１は接地されている。圧電素子４１の第２電極３２、コンデンサー４２の第２電極３２及び抵抗体３５の一端は接続配線３６により接続されている。そして、抵抗体３５の他端には第２電極配線１５が接続され、第２電極配線１５から第１パルス信号４３が供給される。コンデンサー４２の第３電極３４には第３電極配線１６が接続され、第３電極配線１６から第２パルス信号４４が供給される。

図９は駆動信号の説明をするためのタイムチャートである。図９において縦軸は電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。そして、横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右側に推移する。図中の第１パルス信号４３は第１電極配線２１と第２電極配線１５との間に印加される電圧信号である。第２パルス信号４４は第１電極配線２１と第３電極配線１６との間に印加される電圧信号である。

駆動波形４５は圧電素子４１を駆動する波形であり、第１電極３０と第２電極３２との間に印加される電圧の推移を示している。まず、第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４の電圧が０ボルトのとき駆動波形４５の電圧も０ボルトになっている。

次に、第１パルス信号４３が５ボルトに上昇する。これにより、電流が抵抗体３５を通りコンデンサー４２に電荷が蓄積される。その結果、駆動波形４５は５ボルトに上昇する。次に、第２パルス信号４４が５ボルトに上昇する。これにより、第３電極３４の電位が第１電極３０に対して５ボルトの電位になる。コンデンサー４２は５ボルトに蓄電されているので、第２電極３２の電位が第１電極３０に対して１０ボルトの電位になる。

このとき、圧電素子４１には１０ボルトの電圧が印加され、駆動波形４５は１０ボルトになる。印加電圧が５ボルトのとき圧電素子４１は超音波２４を射出せずに５ボルトから１０ボルトに急上昇するときに超音波２４を射出する設定になっている。従って、第２パルス信号４４が０ボルトから５ボルトに上昇するときに圧電素子４１は超音波２４を射出する。

第２電極配線１５の電位は５ボルトなので、第２電極３２の電荷は抵抗体３５を通って第２電極配線１５に移動する。さらに、第１パルス信号４３が０ボルトになるので、さらに、第２電極３２の電荷は抵抗体３５を通って第２電極配線１５に移動する。従って、駆動波形４５は徐々に下降して０ボルトになる。そして、第２パルス信号４４も０ボルトに移動する。これにより、圧電体３１は電圧が印加されていない初期状態に戻る。従って、制御部４は第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４に各５ボルトの信号を印加して、圧電素子４１を１０ボルトで駆動することができる。

図１０は第２電極配線及び第３電極配線に供給されるパルス信号のタイムチャートである。図１０において縦軸は電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。そして、横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右側に推移する。図中上段は第１パルス信号４３であり第２電極配線１５に供給される信号である。

信号４６は−Ｘ方向側の端の第２電極配線１５に印加される信号である。信号４７は−Ｘ方向側の端から２番目の第２電極配線１５に印加される信号である。同様に、信号４８〜信号６７はそれぞれ−Ｘ方向側の端から３番目〜２０番目の第２電極配線１５に印加される信号である。

図中下段は第２パルス信号４４であり第３電極配線１６に供給される信号である。信号６８は＋Ｙ方向側の端の第３電極配線１６に印加される信号である。信号６９は＋Ｙ方向側の端から２番目の第３電極配線１６に印加される信号である。同様に、信号７０〜信号７３はそれぞれ＋Ｙ方向側の端から３番目〜６番目の第３電極配線１６に印加される信号である。

マトリックス状に配置された超音波素子９において、−Ｘ方向側の端からｎ番目且つ＋Ｙ方向の端からｍ番目の超音波素子９を素子（ｎ，ｍ）とする。つまり、素子（１，１）は−Ｘ方向側の端且つ＋Ｙ方向の端の超音波素子９である。また、素子（２０，６）は＋Ｘ方向側の端且つ−Ｙ方向の端の超音波素子９である。そして、信号４６〜信号７３が０ボルトの状態を“Ｌ”とし５ボルトの状態を“Ｈ”とする。

まず、制御部４が信号４６及び信号６７を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。さらに、制御部４が信号６８及び信号７３を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。これにより、素子（１，１）、素子（１，６）、素子（２０，１）、素子（２０，６）から超音波２４が射出される。そして、制御部４が信号４６、信号６７、信号６８及び信号７３を“Ｈ” から“Ｌ”に変える。

次に、制御部４が信号４６及び信号６７を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。さらに、制御部４が信号６９及び信号７２を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。これにより、素子（１，２）、素子（１，５）、素子（２０，２）、素子（２０，５）から超音波２４が射出される。そして、制御部４が信号４６、信号６７、信号６９及び信号７２を“Ｈ” から“Ｌ”に変える。

さらに、制御部４が信号４６及び信号６７を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。さらに、制御部４が信号７０及び信号７１を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。これにより、素子（１，３）、素子（１，４）、素子（２０，３）、素子（２０，４）から超音波２４が射出される。そして、制御部４が信号４６、信号６７、信号７０及び信号７１を“Ｈ” から“Ｌ”に変える。これにより、−Ｘ方向の端の第１超音波素子列１２及び＋Ｘ方向の端の第１超音波素子列１２では仮想平面２２から離れた場所から近い場所にかけて順番に超音波２４が射出される。

続いて、同様の手順で制御部４が信号４７、信号６６、信号６８、信号７３を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。そして、制御部４が各信号を“Ｈ” から“Ｌ”に変える。その結果、素子（２，１）、素子（２，６）、素子（１９，１）、素子（１９，６）から超音波２４が射出される。続いて、素子（２，２）、素子（２，５）、素子（１９，２）、素子（１９，５）から超音波２４が射出される。さらに、素子（２，３）、素子（２，４）、素子（１９，３）、素子（１９，４）から超音波２４が射出される。このように、−Ｘ方向の端から２番目の第１超音波素子列１２及び＋Ｘ方向の端から２番目の第１超音波素子列１２では仮想平面２２から離れた場所から近い場所にかけて順番に超音波２４が射出される。

続けて、同様の手順で制御部４が−Ｘ方向の端から３番目の第１超音波素子列１２及び＋Ｘ方向の端から３番目の第１超音波素子列１２において仮想平面２２から離れた場所から近い場所にかけて順番に超音波２４が射出される。この様に、制御部４が−Ｘ方向の端側から中側にかけて順番に第１超音波素子列１２から超音波２４を射出させる。並行して＋Ｘ方向の端側から中側にかけて順番に超音波２４を射出させる。これにより、第２方向１１の中央の焦点２３では同時に超音波２４を通過させることができる。

次に、制御部４は第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４のパターンを変更させる。そして、制御部４は各超音波素子９から射出する超音波２４のタイミングを変える。その結果、超音波センサー３は焦点２３を仮想平面２２の軌跡２５に沿って移動させることができる。

図１１は圧電素子に印加する電圧を説明するためのグラフである。図１１において、縦軸は圧電素子４１に印加する電圧を示し、上側が下側より高い電圧になっている。横軸は第２方向１１の位置を示している。第２方向１１の周辺部の圧電素子４１に印加する電圧は中央部の圧電素子４１に印加する電圧より低い電圧に設定している。例えば、これにより、−Ｘ方向の端から３列分の第１超音波素子列１２及び＋Ｘ方向の端から３列分の第１超音波素子列１２を周辺部の第１超音波素子列１２とする。−Ｘ方向の端から４列目の第１超音波素子列１２と＋Ｘ方向の端から４列目の第１超音波素子列１２までを中央部の第１超音波素子列１２とする。そして、例えば、中央部の第１超音波素子列１２では圧電体３１に１０ボルトの電圧を印加し、周辺部の第１超音波素子列１２では圧電体３１に９ボルトの電圧を印加する。

図１２は超音波センサーが射出する超音波の強度を説明するための模式図である。図１２に示すように、超音波センサー３から超音波２４が射出される。超音波２４は線の太さが音圧の強さを示している。太い線は音圧が強い超音波２４を示し、細い線は音圧が低い超音波２４を示す。

超音波センサー３からは第２方向１１の端側の音圧が中央側より低くなっている。超音波センサー３で撮影する超音波画像は超音波センサー３と対向する場所の画像である。超音波センサー３の周囲に近い場所の超音波素子９から射出される超音波２４は撮影したい場所以外の部位を照射する割合が大きい。本実施形態では超音波センサー３の周辺部から射出する超音波２４の音圧を中央部より低くしている。これにより、超音波プローブ２は撮影したい場所に強い音圧の超音波２４を照射し、撮影しない場所からの反射波を低減することができる。換言すれば、焦点２３の移動範囲以外の場所からの反射波を低減することができる。その結果、撮影する超音波画像を鮮明にすることができる。

尚、第１方向１０においても、制御部４は超音波センサー３から射出する超音波２４の音圧は端側の音圧を中央側より低くする。このときも、焦点２３の移動範囲以外の場所からの反射波を低減することができる。その結果、撮影する超音波画像を鮮明にすることができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波プローブ２は超音波素子群１４と超音波素子群１４を駆動する制御部４とを備えている。超音波素子群１４は第１方向１０に沿って複数の超音波素子９が配置された第１超音波素子列１２が、第１方向１０に直交する第２方向１１に沿って配置されている。超音波素子群１４では各超音波素子９が超音波２４を射出する。

制御部４は複数の各超音波素子９が超音波２４を射出するタイミングを制御する。そして、各超音波素子９が射出する超音波２４が同時に焦点２３を通過するように制御部４が制御する。制御部４は焦点２３を仮想平面２２に沿って移動させる。そして、反射波を検出することにより、仮想平面２２において超音波２４の反射率の高い場所と低い場所の分布を検出することができる。

音響レンズを用いたときには音響レンズの焦点に近い場所では超音波２４が同時に所定の場所を通過するので解像度が高くできる。一方、音響レンズの焦点から離れた場所では超音波２４が同時に接近する場所が離れるので解像度が低下する。そして、解像度の高い場所と低い場所とができる。本実施形態では制御部４が焦点２３を仮想平面２２に沿って移動させるので、超音波プローブ２は超音波２４を所定の場所に集める音響レンズが不要である。そして、制御部４は複数の超音波素子９が射出する超音波２４を焦点を通過するように超音波素子９を制御する。従って、超音波装置は解像度の低い場所ができることを抑制できる。同様に、超音波プローブ２においても解像度の低い場所ができることを抑制できる。

（２）本実施形態によれば、超音波素子９は第１電極３０と第２電極３２とに挟まれた圧電体３１と、第２電極３２と第３電極３４とに挟まれた絶縁膜３３と、を備えている。そして、第２電極３２に接続して抵抗体３５が設置されている。制御部４は第１電極３０と抵抗体３５との間に第１パルス信号４３を入力し、第１電極３０と第３電極３４との間に第２パルス信号４４を入力する。

制御部４が第１パルス信号４３を抵抗体３５に入力するとき、第１パルス信号４３は抵抗体３５を通って第２電極３２に印加される。第２電極３２及び第３電極３４が絶縁膜３３を挟んでいるので、第２電極３２、第３電極３４及び絶縁膜３３はコンデンサー４２を構成する。そして、制御部４は第１電極３０と第３電極３４との間に第２パルス信号４４を入力する。

第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４は０ボルトと５ボルトとを切り替える信号である。制御部４が第２パルス信号４４を０ボルトにして第１パルス信号４３を５ボルトにするとき、コンデンサー４２には５ボルトが印加される。そして、コンデンサー４２は５ボルトを保持する。次に、制御部４が第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４を５ボルトにするとき、圧電素子４１には５ボルトの２倍の１０ボルトの電圧が印加される。そして、抵抗体３５を通って電流が流れるので、圧電素子４１にかかる電圧は５ボルトに移行する。従って、制御部４が出力する５ボルトより高い１０ボルトの電圧で圧電素子４１を駆動することができる。その結果、超音波素子９が出力する超音波２４の音圧を高くすることができる。

（３）本実施形態によれば、制御部４は第１超音波素子列１２の端の超音波素子９を中側の超音波素子９より低い電圧で駆動する。このとき、制御部４が第１超音波素子列１２の端の超音波素子９を中側の超音波素子９と同じ電圧で駆動するときに比べて、焦点２３の移動範囲以外の場所からの反射波を低減することができる。同様に、制御部４は第２超音波素子列１３の端の超音波素子９を中側の超音波素子９より低い電圧で駆動する。このとき、制御部４が第２超音波素子列１３の端の超音波素子９を中側の超音波素子９と同じ電圧で駆動するときに比べて、焦点２３の移動範囲以外の場所からの反射波を低減することができる。

（４）本実施形態によれば、第１方向１０に沿って配置された第１超音波素子列１２の超音波素子９は第２電極配線１５を介して接続されている。そして、第１パルス信号４３は第２電極配線１５を介して超音波素子９に入力される。さらに、第２方向１１に沿って配置された第２超音波素子列１３の超音波素子９は第３電極配線１６を介して接続されている。そして、第２パルス信号４４は第３電極配線１６を介して超音波素子９に入力される。従って、各超音波素子９にそれぞれ第１パルス信号４３及び第２パルス信号４４を供給する配線を設置するときに比べて配線数を少なくできる。

（第２の実施形態）
次に、超音波画像診断装置の一実施形態について図１３及び図１４を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第２パルス信号４４の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図１３は圧電素子及びコンデンサーの回路図である。すなわち、本実施形態では、図１３に示すように、抵抗体３５の他端に第２電極配線１５が接続され、第２電極配線１５から第１パルス信号４３が供給される。コンデンサー４２の第３電極３４に第３電極配線１６が接続され、第３電極配線１６から第２パルス信号７６が供給される。

図１４は駆動信号の説明をするためのタイムチャートである。図１４において縦軸は電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。そして、横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右側に推移する。図中の第１パルス信号４３は第１電極配線２１と第２電極配線１５との間に印加される電圧信号である。第２パルス信号７６は第１電極配線２１と第３電極配線１６との間に印加される電圧信号である。

駆動波形７７は圧電素子４１を駆動する波形であり、第１電極３０と第２電極３２との間に印加される電圧の推移を示している。まず、第１パルス信号４３及び第２パルス信号７６の電圧が０ボルトのとき駆動波形７７の電圧も０ボルトになっている。

次に、第１パルス信号４３が５ボルトに上昇する。これにより、電流が抵抗体３５を通りコンデンサー４２に電荷が蓄積される。その結果、駆動波形７７は５ボルトに上昇する。次に、第２パルス信号７６が−５ボルトに下降する。これにより、第３電極３４の電位が第１電極３０に対して−５ボルトの電位になる。コンデンサー４２には５ボルトの電圧が蓄電されているので、第２電極３２の電位が第１電極３０に対して０ボルトの電位になる。第２電極配線１５の電圧は５ボルトなので、電流が抵抗体３５を通りコンデンサー４２に電荷が蓄積される。その結果、駆動波形７７は５ボルトに上昇する。第３電極３４は−５ボルトであり、第２電極３２は＋５ボルトなのでコンデンサー４２には１０ボルトの電圧が蓄電されている。

次に、第２パルス信号７６が５ボルトに上昇する。これにより、第３電極３４の電位が第１電極３０に対して５ボルトの電位になる。コンデンサー４２には１０ボルトの電圧が蓄電されているので、これにより、第２電極３２の電位が第１電極３０に対して１５ボルトの電位になる。

このとき、圧電素子４１には１５ボルトの電圧が印加される。そして、駆動波形７７は１５ボルトになる。印加電圧が５ボルトのときには圧電素子４１は超音波２４を射出せずに５ボルトから１０ボルトに急上昇するときに超音波２４を射出する設定になっている。従って、第２パルス信号７６が５ボルトになったときに圧電素子４１は超音波２４を射出する。

第２電極配線１５の電位は５ボルトなので、第２電極３２の電荷は抵抗体３５を通って第２電極配線１５に移動する。さらに、第１パルス信号４３が０ボルトになるので、さらに、第２電極３２の電荷は抵抗体３５を通って第２電極配線１５に移動する。従って、駆動波形７７は徐々に下降して０ボルトになる。そして、第２パルス信号７６も０ボルトに下降する。これにより、圧電体３１は電圧が印加されていない初期状態に戻る。従って、制御部４は＋５ボルトの第１パルス信号４３及び＋−５ボルトの第２パルス信号７６の各の信号で１５ボルトで圧電素子４１を駆動することができる。

圧電素子４１は駆動電圧が高い方が超音波２４の音圧を高くすることができる。従って、圧電素子４１を１０ボルトで駆動するときに比べて、１５ボルトで駆動する方が超音波２４を遠くまで届かせることができる。従って、生体１９の深い場所の超音波画像を撮影することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、仮想平面２２を第１方向１０において第１超音波素子列１２の中央の位置に設定した。仮想平面２２の位置は第１超音波素子列１２の中央以外の場所でも良い。そして、第１方向１０において第１超音波素子列１２の位置は操作者が変更可能にしても良い。撮影する場所を容易に変更することができる。

２…超音波装置としての超音波プローブ、４…制御部、９…超音波素子、１０…第１方向、１１…第２方向、１２…第１超音波素子列、１３…第２超音波素子列、１４…超音波素子群、１５…第１配線としての第２電極配線、１６…第２配線としての第３電極配線、２２…仮想平面、２３…焦点、２４…超音波、３０…第１電極、３１…圧電体、３２…第２電極、３３…絶縁膜、３４…第３電極、３５…電気抵抗としての抵抗体、４１…圧電素子、４３…第１パルス信号、４４…第２パルス信号。

Claims (5)

1. 第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置された超音波素子群と、
   前記超音波素子群を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は複数の前記超音波素子が射出する超音波が通過する場所である焦点を仮想平面に沿って移動させることを特徴とする超音波装置。
2. 請求項１に記載の超音波装置であって、
   前記超音波素子は第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体と、前記第２電極と第３電極とに挟まれた絶縁膜と、を備え、
   前記第２電極には電気抵抗が設置され、
   前記制御部は前記第１電極と前記電気抵抗との間に第１パルス信号を入力し、前記第１電極と前記第３電極との間に第２パルス信号を入力することを特徴とする超音波装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波装置であって、
   前記制御部は前記第１超音波素子列の端の前記超音波素子を中側の前記超音波素子より低い電圧で駆動することを特徴とする超音波装置。
4. 請求項２に記載の超音波装置であって、
   前記第１超音波素子列の超音波素子に接続され前記第１パルス信号を配信する第１配線と、
   前記第２方向に沿って配置された第２超音波素子列の前記超音波素子に接続され前記第２パルス信号を配信する第２配線と、を備えることを特徴とする超音波装置。
5. 第１方向に沿って複数の超音波素子が配置された第１超音波素子列が、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置された超音波素子群と、
   前記超音波素子群を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は複数の前記超音波素子が射出する超音波が通過する場所である焦点を仮想平面に沿って移動させることを特徴とする超音波プローブ。

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