JP5842533B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic inspection device - Google Patents

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本発明は、MUT(Micromachining Ultrasound Transducer)素子を用いる超音波プローブおよび、それを用いた超音波検査装置に関する。特に、生体の体内観察を3次元的に行うための超音波プローブの広帯域化、高感度化に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe using a MUT (Micromachining Ultrasonic Transducer) element and an ultrasonic inspection apparatus using the same. In particular, the present invention relates to a wide band and high sensitivity of an ultrasonic probe for three-dimensional observation of a living body.

超音波検査装置は、超音波プローブから超音波ビームを被検体に送出し、被検体内部で反射した超音波信号(以後、超音波エコー)を超音波プローブで受信して、被検体内部の情報を得る装置である。この超音波検査装置では、超音波プローブから送信される超音波の周波数が高い程分解能が高くなるが、生体の体内観察を行う場合、超音波の到達深度は、超音波の周波数が高い程浅く、低い程深くなる。そのため、深部から浅部まで高分解能な画像を得るために、広帯域の超音波を送受信可能な超音波プローブが望まれている。   The ultrasonic inspection apparatus transmits an ultrasonic beam from the ultrasonic probe to the subject, receives an ultrasonic signal reflected from the inside of the subject (hereinafter referred to as an ultrasonic echo), and receives information on the inside of the subject. It is a device to obtain. In this ultrasonic inspection apparatus, the higher the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe, the higher the resolution. However, when performing in-vivo observation of a living body, the depth of arrival of the ultrasonic wave is shallower as the frequency of the ultrasonic wave is higher. The lower, the deeper. Therefore, in order to obtain a high-resolution image from a deep part to a shallow part, an ultrasonic probe capable of transmitting and receiving broadband ultrasonic waves is desired.

超音波プローブは、従来、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)に代表される圧電セラミックからなる圧電振動子を多数配列して構成される。この構成において、送受信される超音波の帯域を広げる方法として、スライス方向に共振周波数の異なる振動子を配列する構成(例えば、特許文献1)、あるいは、アレイ方向に共振周波数の異なる振動子を配列する構成(例えば、特許文献2)などが提案されている。   Conventionally, an ultrasonic probe is configured by arranging a large number of piezoelectric vibrators made of a piezoelectric ceramic represented by PZT (lead zirconate titanate). In this configuration, as a method of expanding the band of ultrasonic waves to be transmitted and received, a configuration in which transducers having different resonance frequencies are arranged in the slice direction (for example, Patent Document 1), or a transducer having different resonance frequencies in the array direction is arranged. The structure (for example, patent document 2) etc. which do is proposed.

しかしながら、このような方法は、振動子が1列に配列された1次元プローブでは実現できるものの、近年、要望の高まっている2次元アレイプローブでは実現が困難である。従来の1次元プローブの構造をそのまま2次元化するには、微細加工、配線、電気的インピーダンスの点で課題があり、そこに、スライス方向に分布を持つ振動子や、厚みの異なる振動子を加えると、難易度がさらに上がり現実的ではない。   However, such a method can be realized with a one-dimensional probe in which transducers are arranged in a row, but it is difficult to realize with a two-dimensional array probe that has been increasingly demanded in recent years. In order to make a conventional one-dimensional probe structure two-dimensional as it is, there are problems in terms of microfabrication, wiring, and electrical impedance. There are vibrators with distributions in the slice direction and vibrators with different thicknesses. In addition, the difficulty level increases and is not realistic.

このような2次元アレイプローブに適した構成として、近年、pMUT(Piezoelectric Micromachining Ultrasound Transducer:圧電型トランスデューサ)素子、および、cMUT(Capacitive Micromachining Ultrasound Transducer:静電容量型トランスデューサ)素子が注目されている。これらのトランスデューサは半導体製造技術を用いて形成されており、アレイ数増加の可能性や回路との集積化の容易性などが長所となっている。一方、このようなトランスデューサは、超音波プローブとして用いる場合、共振周波数の高さ、送受信される周波数帯域の広さ、送信出力および受信感度の大きさ、等を同時に満たすことが難しいという課題を有している。   As a configuration suitable for such a two-dimensional array probe, a pMUT (Piezoelectric Microtransducing Ultratransducer) element and a cMUT (Capacitive Microtransducing Ultracapacitor Ultratransducer element) have recently been used. These transducers are formed by using a semiconductor manufacturing technique, and have advantages such as the possibility of increasing the number of arrays and the ease of integration with circuits. On the other hand, when such a transducer is used as an ultrasonic probe, it has a problem that it is difficult to satisfy simultaneously the high resonance frequency, the wide frequency band to be transmitted / received, the size of transmission output and reception sensitivity, etc. doing.

この対策として、pMUTでは、圧電層を構造化することで感度を向上させる構成が提案されている(例えば、特許文献4)。また、cMUTでは、メンブレン表面に凹部を設け、メンブレンの密度を下げることにより、共振周波数の保持と感度向上の両立を狙った構成が提案されている(例えば、特許文献4)。   As a countermeasure against this, pMUT has been proposed to improve sensitivity by structuring a piezoelectric layer (for example, Patent Document 4). Moreover, in cMUT, the structure which aimed at coexistence of a resonance frequency maintenance and a sensitivity improvement by providing a recessed part in the membrane surface and reducing the density of a membrane is proposed (for example, patent document 4).

特開平6−121390号公報JP-A-6-121390 特開2005−277988号公報JP 2005-277788 A 特開2011−15423号公報JP 2011-15423 A 特開2009−182838号公報JP 2009-182838 A

前記したように、特許文献1、2に記載された従来のバルク型構成の振動子は、微細加工、配線、電気的インピーダンス等の課題があり、2次元アレイプローブに適していない。   As described above, the conventional bulk type vibrators described in Patent Documents 1 and 2 have problems such as fine processing, wiring, and electrical impedance, and are not suitable for a two-dimensional array probe.

また、特許文献3に記載したcMUTは、受信感度の向上と広帯域特性を実現できるものの、送信素子としてみたときには、出力される超音波の音圧は従来のバルク型構成と比較して大きく劣る。   Further, although the cMUT described in Patent Document 3 can realize an improvement in reception sensitivity and wideband characteristics, when viewed as a transmission element, the sound pressure of the output ultrasonic wave is greatly inferior as compared with a conventional bulk type configuration.

また、特許文献4に記載したpMUT素子は、cMUTより大きな送信出力が期待できるものの、広帯域特性との両立に関しては全く言及されていない。   Moreover, although the pMUT element described in Patent Document 4 can be expected to have a larger transmission output than the cMUT, no mention is made regarding compatibility with wideband characteristics.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、MUT素子、特に、pMUTの送信出力、および、受信感度を向上させるとともに、それぞれ広帯域の特性を両立した2次元アレイプローブを提供する。この超音波プローブを用いることにより、広範囲で明瞭な超音波画像が得られる超音波検査装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a two-dimensional array probe that improves the transmission output and reception sensitivity of a MUT element, particularly a pMUT, and has both wideband characteristics. An object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of obtaining a wide range and clear ultrasonic image by using this ultrasonic probe.

上記目的を達成するために、本発明の超音波プローブは、複数の単位振動子と、外力発生部とを備え、前記単位振動子は2次元的に配列されており、少なくとも一つの前記単位振動子は、少なくとも、台座部と前記台座部上に形成された振動部と上面に第1の電極が形成され前記振動部の上面に形成された圧電体膜から構成される複数のMUT(Micromachining Ultrasound Transducer)素子を有し、前記複数のMUT素子は、互いに電気的に接続されており、前記台座部には空間が設けられており、前記外力発生部は、前記圧電体膜にバイアス電圧を印加して前記圧電体膜を歪ませ、前記振動部に外力を加えることによって共振周波数を調整する構成とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic probe of the present invention includes a plurality of unit transducers and an external force generator, the unit transducers are two-dimensionally arranged, and at least one of the unit oscillations. The child includes at least a pedestal portion, a vibrating portion formed on the pedestal portion, and a plurality of MUTs (Micromachining Ultrasounds) formed of a piezoelectric film formed on the upper surface of the vibrating portion with the first electrode formed on the upper surface. The plurality of MUT elements are electrically connected to each other, a space is provided in the pedestal, and the external force generator applies a bias voltage to the piezoelectric film. Then, the piezoelectric film is distorted and an external force is applied to the vibration part to adjust the resonance frequency .

この構成により、単位振動子で送受信される超音波の中心周波数を調整することができる。   With this configuration, the center frequency of the ultrasonic wave transmitted and received by the unit transducer can be adjusted.

また、この構成において、超音波の送信時には、同一の単位振動子内の一部のMUT素子に、他のMUT素子とは異なる外力を加えるように制御可能とする。これにより、同一の単位振動子内から、少なくとも2つの中心周波数の異なる超音波が発生し、広帯域の超音波を送信することができる。   Further, in this configuration, at the time of transmitting ultrasonic waves, it is possible to control so that an external force different from that of other MUT elements is applied to some MUT elements in the same unit transducer. Thereby, at least two ultrasonic waves having different center frequencies are generated from the same unit transducer, and broadband ultrasonic waves can be transmitted.

また、超音波の受信時には、超音波を被検体内に送信した後の時間経過に応じて、振動部に加える外力を制御可能とする。これにより、受信感度の高い周波数帯を、超音波エコーが返ってくる深さに応じて効果的に設定することができ、見かけ上、広帯域かつ高感度の特性が得られる。   Further, when receiving the ultrasonic wave, the external force applied to the vibrating part can be controlled in accordance with the passage of time after the ultrasonic wave is transmitted into the subject. As a result, a frequency band with high reception sensitivity can be effectively set according to the depth at which the ultrasonic echo returns, and apparently wideband and high sensitivity characteristics can be obtained.

また、本発明の超音波検査装置は、上記超音波プローブと、上記超音波プローブで検出した信号をデジタル変換する受信部と、上記受信部でデジタル変換された信号を用いてビームフォーミング処理を行う信号処理部と、上記信号処理部で得られた3次元データに基づいて3次元画像を生成する画像処理部と、上記3次元画像を表示する表示部を備えた構成とする。この構成により、広範囲で明瞭な超音波画像が得られる。   The ultrasonic inspection apparatus according to the present invention performs beam forming processing using the ultrasonic probe, a receiving unit that digitally converts a signal detected by the ultrasonic probe, and a signal digitally converted by the receiving unit. The signal processing unit includes an image processing unit that generates a three-dimensional image based on the three-dimensional data obtained by the signal processing unit, and a display unit that displays the three-dimensional image. With this configuration, a wide and clear ultrasonic image can be obtained.

本発明の超音波プローブおよび超音波検査装置は、送受信する超音波の中心周波数を調整するこができるため、検査する部位の深さなど、用途に合わせて周波数帯を設定することができる。このため、1本のプローブで複数の用途に使用できるため経済的である。   Since the ultrasonic probe and the ultrasonic inspection apparatus of the present invention can adjust the center frequency of ultrasonic waves to be transmitted and received, the frequency band can be set according to the application such as the depth of the region to be inspected. This is economical because a single probe can be used for a plurality of purposes.

また、同一の単位振動子内に含まれる複数のMUT素子を、それぞれ異なる中心周波数の超音波が発生するように制御すると、広帯域の超音波を送信することができる。さらに、受信時には、時間の経過とともに受信感度の高い周波数帯をシフトさせることにより、超音波エコーの返ってくる深さに応じた設定が行え、見かけ上、広帯域かつ高感度の信号検出が可能となる。   In addition, when a plurality of MUT elements included in the same unit vibrator are controlled so that ultrasonic waves having different center frequencies are generated, broadband ultrasonic waves can be transmitted. Furthermore, at the time of reception, by shifting the frequency band with high reception sensitivity with the passage of time, it is possible to set according to the depth of return of ultrasonic echo, and apparently wideband and highly sensitive signal detection is possible Become.

したがって、本発明にかかる超音波プローブを用いることにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で高画質な超音波検査装置を実現できる。   Therefore, by using the ultrasonic probe according to the present invention, it is possible to realize a high quality ultrasonic inspection apparatus in a wide range from a shallow part to a deep part.

本発明の実施の形態1にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる超音波プローブの全体構成を示す構成図1 is a configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる振動子ユニットの構造を示した説明図で、(a)は上面図、(b)はAA断面における側面図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed the structure of the vibrator | oscillator unit concerning Embodiment 1 of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view in AA cross section. 本発明の実施の形態2にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2にかかる超音波プローブの全体構成を示す構成図1 is a configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2にかかる振動子ユニットの構造を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the vibrator | oscillator unit concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる振動子ユニットの構造を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the vibrator | oscillator unit concerning Embodiment 3 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかる超音波検査装置10の概略構成を示すブロック図である。超音波検査装置10は、超音波を被検体11に送信するとともに、被検体11の内部で反射した超音波信号を受信する超音波プローブ12と、超音波を送信するための駆動信号を発生して超音波プローブ12に供給するとともに、超音波プローブ12で検出した信号を増幅およびデジタル変換して出力する送受信部13と、送受信部13から出力された信号を用いてデジタルビームフォーミングを行う信号処理部14と、信号処理部14で生成された3次元データに基づいて、3次元画像のレンダリング処理等を施す画像処理部15と、処理を施された画像データに基づいて画像を表示する画像表示部16と、所定のタイミングで駆動信号を発生するように送受信部13を制御する制御部17と、超音波プローブ12の振動子ユニットの背面側の気圧を調節する外力調整部18を有している。また、送受信部13、信号処理部14、画像処理部15、画像表示部16、制御部17は、検査装置本体19に格納されており、超音波プローブ12との間は、複数の信号線のケーブルをひとまとめにして被覆したプローブケーブルで接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic inspection apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic inspection apparatus 10 transmits an ultrasonic wave to the subject 11, generates an ultrasonic probe 12 that receives an ultrasonic signal reflected inside the subject 11, and a drive signal for transmitting the ultrasonic wave. And a signal processing for performing digital beam forming using the signal output from the transmission / reception unit 13 and the transmission / reception unit 13 that amplifies and digitally converts the signal detected by the ultrasonic probe 12 and outputs the signal. Unit 14, image processing unit 15 that performs a rendering process of a three-dimensional image based on the three-dimensional data generated by signal processing unit 14, and an image display that displays an image based on the processed image data Unit 16, control unit 17 that controls transmission / reception unit 13 to generate a drive signal at a predetermined timing, and the back surface of the transducer unit of ultrasonic probe 12 And a force adjusting portion 18 for adjusting the air pressure. The transmission / reception unit 13, the signal processing unit 14, the image processing unit 15, the image display unit 16, and the control unit 17 are stored in the inspection apparatus body 19, and a plurality of signal lines are connected to the ultrasonic probe 12. They are connected by a probe cable that covers the cables together.

図2は、本発明の実施の形態1にかかる超音波プローブ12の全体構成を示す構成図である。図2に示すように超音波プローブ12は、プローブケース21の内部に超音波を送受波する振動子ユニット22と、振動子ユニット22の背面の気圧を所定の圧力に保つ圧力室23と、振動子ユニット22内の単位振動子に対して独立に電気信号を入出力するための複数の信号線がプリントされたプリント基板24とを備えている。また、超音波プローブ12は、プローブケーブル25を介して検査装置本体19に接続されている。   FIG. 2 is a configuration diagram showing the overall configuration of the ultrasonic probe 12 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the ultrasonic probe 12 includes a transducer unit 22 that transmits and receives ultrasonic waves into the probe case 21, a pressure chamber 23 that maintains the pressure on the back surface of the transducer unit 22 at a predetermined pressure, and vibration. And a printed circuit board 24 on which a plurality of signal lines for inputting / outputting electrical signals to / from unit vibrators in the slave unit 22 are printed. Further, the ultrasonic probe 12 is connected to the inspection apparatus main body 19 via a probe cable 25.

ここで、外力調整部18は、圧力室23内部の圧力を調整できるように構成されている。   Here, the external force adjusting unit 18 is configured to be able to adjust the pressure inside the pressure chamber 23.

また、振動子ユニット22は、複数のpMUT素子からなる単位振動子を2次元的に配列した振動子アレイで構成され、各単位振動子にパルス状の電圧を印加することにより、超音波パルスが発生するように構成されている。このとき、送受信部13から各単位振動子の電極に遅延処理を施された駆動電圧を供給することにより、発生した超音波をフォーカスおよび偏向することができる。この構成により、超音波プローブ12は3次元方向に超音波を送信してセクタ走査が行えるように構成されている。   The transducer unit 22 is composed of a transducer array in which unit transducers composed of a plurality of pMUT elements are two-dimensionally arranged, and an ultrasonic pulse is generated by applying a pulsed voltage to each unit transducer. Is configured to occur. At this time, the generated ultrasonic waves can be focused and deflected by supplying a drive voltage subjected to delay processing to the electrodes of each unit transducer from the transmission / reception unit 13. With this configuration, the ultrasonic probe 12 is configured to perform sector scanning by transmitting ultrasonic waves in a three-dimensional direction.

図3は、本発明の実施の形態1にかかる振動子ユニット22の構造を示した説明図で、(a)は上面図、(b)はAA断面における側面図である。   3A and 3B are explanatory views showing the structure of the vibrator unit 22 according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a top view and FIG. 3B is a side view in the AA section.

図3(a)に示すように振動子ユニット22は、例えばpMUT素子31を4つ含む単位振動子32を2次元に配列して構成されている。また各pMUT素子は、図3(b)に示すように、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属薄膜から成る上部電極33、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)に代表される圧電セラミック等からなる圧電体膜34、銅(Cu)、クロム(Cr)等の金属膜からなり、下部電極を兼ねた振動板35、剛性を有する素材で構成された台座36で構成されている。台座36の間の空間37は圧力室23と同じ気圧となるように構成され、外力調整部18で圧力室23内の気圧を調整することにより、振動板35の両側に気圧差を生じさせ、振動板35に外力を与えるように構成されている。このように振動板35に外力を与えると、振動子ユニット22の共振周波数を調整することができる。   As shown in FIG. 3A, the vibrator unit 22 is configured by, for example, two-dimensionally arranging unit vibrators 32 including four pMUT elements 31. Each pMUT element is represented by an upper electrode 33 made of a metal thin film such as platinum (Pt), gold (Au), and aluminum (Al), and PZT (lead zirconate titanate) as shown in FIG. A piezoelectric film 34 made of piezoelectric ceramic, etc., a metal film such as copper (Cu), chromium (Cr), etc., and a diaphragm 35 that also serves as a lower electrode, and a pedestal 36 made of a rigid material. ing. The space 37 between the pedestals 36 is configured to have the same atmospheric pressure as the pressure chamber 23, and by adjusting the atmospheric pressure in the pressure chamber 23 with the external force adjustment unit 18, an atmospheric pressure difference is generated on both sides of the diaphragm 35, The diaphragm 35 is configured to give an external force. When the external force is applied to the diaphragm 35 in this way, the resonance frequency of the vibrator unit 22 can be adjusted.

また図3(a)に示すように、pMUT素子31の上部電極33は、単位振動子ごとに連結され、引き出し部33aから個別に図2に示したプリント基板24に接続される。また、振動板35の引き出し部35aも同様にプリント基板24に接続される。この構成により、単位振動子ごとに独立して圧電体膜34に電圧を印加することができる。   Further, as shown in FIG. 3A, the upper electrode 33 of the pMUT element 31 is connected for each unit vibrator, and is individually connected to the printed circuit board 24 shown in FIG. Similarly, the drawer portion 35a of the diaphragm 35 is connected to the printed circuit board 24. With this configuration, a voltage can be applied to the piezoelectric film 34 independently for each unit vibrator.

なお、上記した上部電極33、圧電体膜34、振動板35の素材は一例であり、同様の機能を有する素材であれば、いかなる素材を用いてもよい。   Note that the materials of the upper electrode 33, the piezoelectric film 34, and the diaphragm 35 described above are examples, and any materials may be used as long as they have the same function.

次に、このように構成された本実施の形態1の超音波検査装置10の動作について図1〜図3を用いて具体的に説明する。   Next, the operation of the ultrasonic inspection apparatus 10 according to the first embodiment configured as described above will be specifically described with reference to FIGS.

図1、図2において、まず、制御部17が所定のタイミングで駆動信号を発生するように送受信部13を制御し、送受信部13は超音波をフォーカス及び偏向させるための遅延処理を行い、プローブケーブル25内にまとめられた信号線を経由して超音波プローブ12に駆動信号を送信する。   1 and 2, first, the control unit 17 controls the transmission / reception unit 13 so as to generate a drive signal at a predetermined timing. The transmission / reception unit 13 performs a delay process for focusing and deflecting the ultrasonic wave, and the probe. A drive signal is transmitted to the ultrasonic probe 12 via a signal line collected in the cable 25.

遅延処理された駆動信号は、プリント基板24を経由して振動子ユニット22に送られ、各単位振動子から所定の時間差で超音波を発することにより所定の波面が形成され、被検体11内に超音波ビームが送信される。   The delayed drive signal is sent to the transducer unit 22 via the printed circuit board 24, and a predetermined wavefront is formed by emitting ultrasonic waves from each unit transducer with a predetermined time difference. An ultrasonic beam is transmitted.

この超音波を送信する動作を、図3を用いて具体的に説明する。まず、送受信部13から振動子ユニット22に駆動信号が送信されると、それに応じて、圧電体膜34を挟むように構成された上部電極33と振動板35の間にパルス状の電圧が印加される。圧電体膜34は、厚み方向に電圧を印加されると、それと直行する方向に伸縮して振動板35を撓ませ、この振動により超音波が発生する。   The operation of transmitting this ultrasonic wave will be specifically described with reference to FIG. First, when a drive signal is transmitted from the transmission / reception unit 13 to the vibrator unit 22, a pulsed voltage is applied between the upper electrode 33 configured to sandwich the piezoelectric film 34 and the vibration plate 35 accordingly. Is done. When a voltage is applied in the thickness direction, the piezoelectric film 34 expands and contracts in a direction perpendicular to the piezoelectric film 34 to bend the vibration plate 35, and ultrasonic waves are generated by this vibration.

ここで、振動子ユニット22で発生する超音波の中心周波数は、振動板35の剛性(ばね定数)によってきまる。したがって、超音波を送信する際に空間37の気圧を調整して振動板35に外力を与えると、発生する超音波の共振周波数をずらすことができる。本実施例では、用途に合わせて予め送受信する超音波の中心周波数を調整して検査を行う。これにより、周波数帯の異なる複数のプローブを交換しながら検査する必要が無くなり、1本のプローブで複数の検査部位に対応できる。   Here, the center frequency of the ultrasonic wave generated by the transducer unit 22 is determined by the rigidity (spring constant) of the diaphragm 35. Accordingly, when the ultrasonic pressure is transmitted and the external pressure is applied to the diaphragm 35 by adjusting the air pressure in the space 37, the resonance frequency of the generated ultrasonic wave can be shifted. In the present embodiment, the inspection is performed by adjusting the center frequency of the ultrasonic wave transmitted and received in advance according to the application. Thereby, it is not necessary to inspect while exchanging a plurality of probes having different frequency bands, and one probe can correspond to a plurality of inspection parts.

超音波プローブ12から送信された超音波は、被検体11内部の反射組織で反射され、超音波エコーとなって被検体11の表面に伝搬し、振動子ユニット22を振動させる。   The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 is reflected by the reflective tissue inside the subject 11, propagates to the surface of the subject 11 as an ultrasonic echo, and vibrates the transducer unit 22.

超音波エコーによって各pMUT素子の振動板35が振動すると、圧電体膜34は平面内で引張、圧縮されて歪を生じ、この歪に応じて圧電体膜34の厚み方向に電圧を発生する。このとき、上部電極33と振動板35の間の電圧を検出することにより、超音波エコーに応じた振動を検出することができる。さらにこのとき、空間37の気圧を調整して特定の周波数帯、一般には送信した超音波の中心周波数帯で振動し易くしておくと、受信感度が向上する。   When the diaphragm 35 of each pMUT element vibrates due to the ultrasonic echo, the piezoelectric film 34 is pulled and compressed in a plane to generate distortion, and a voltage is generated in the thickness direction of the piezoelectric film 34 according to the distortion. At this time, by detecting the voltage between the upper electrode 33 and the diaphragm 35, vibration corresponding to the ultrasonic echo can be detected. Further, at this time, if the pressure in the space 37 is adjusted so as to easily vibrate in a specific frequency band, generally the central frequency band of the transmitted ultrasonic wave, the reception sensitivity is improved.

再び図1に戻り、超音波プローブ12で検出された信号は送受信部13に送られ、送受信部13で増幅、およびデジタル変換され、信号処理部14で超音波の送信経路(以後、音線)に沿った領域のビームフォーミング処理が行われる。   Referring back to FIG. 1 again, the signal detected by the ultrasonic probe 12 is sent to the transmission / reception unit 13, amplified and digitally converted by the transmission / reception unit 13, and the ultrasonic transmission path (hereinafter referred to as sound ray) by the signal processing unit 14. The beam forming process is performed on the area along the line.

以上の動作は超音波プローブ12から送信される超音波の音線を被検体内で走査しながら行われ、検査領域全体の情報が演算されて、信号処理部14内の画像メモリに保存される。画像メモリに保存された3次元データは、画像処理部15で3次元画像のレンダリング処理が施され、画像表示部16に画像が表示される。   The above operation is performed while scanning the sound ray of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 in the subject, and information on the entire examination region is calculated and stored in the image memory in the signal processing unit 14. . The three-dimensional data stored in the image memory is subjected to a three-dimensional image rendering process by the image processing unit 15, and an image is displayed on the image display unit 16.

以上に説明したように本実施の形態1の超音波検査装置10は、超音波を被検体内に送受信する際に、用途に応じて中心周波数を自由に設定できる。これにより、被検体内部の浅い部位を見たい場合、あるいは、深い部位を見たい場合にプローブを交換することなく、最適な周波数帯を選択して検査を行うことができる。したがって、1本のプローブで幅広い用途に使用できるので経済的である。   As described above, the ultrasonic inspection apparatus 10 according to the first embodiment can freely set the center frequency according to the application when transmitting and receiving ultrasonic waves into the subject. Thereby, when it is desired to look at a shallow part inside the subject or when it is desired to look at a deep part, an examination can be performed by selecting an optimum frequency band without exchanging the probe. Therefore, since one probe can be used for a wide range of applications, it is economical.

なお、本実施の形態では、検出した信号のAD変換を検査装置本体19内の送受信部13で行うとしたが、超音波プローブ12内の単位振動子32の数が多い場合、アナログ信号のまま検出信号を送信しようとすると、多くの信号線が必要となり、プローブケーブル25が太く硬くなってしまう。この結果、ハンドリングが悪くなってしまうため、送受信部13の機能の一部、または全部は超音波プローブ12と一体に設け、デジタル変換した信号をプローブケーブル25で通信するように構成してもよい。   In the present embodiment, the AD conversion of the detected signal is performed by the transmission / reception unit 13 in the inspection apparatus body 19. However, when the number of unit transducers 32 in the ultrasonic probe 12 is large, the analog signal remains as it is. If it is going to transmit a detection signal, many signal lines will be needed and the probe cable 25 will become thick and hard. As a result, handling becomes worse, so that part or all of the functions of the transmission / reception unit 13 may be provided integrally with the ultrasonic probe 12 and the digitally converted signal may be communicated by the probe cable 25. .

また、本実施の形態では、気圧を利用して振動板35に外力を与える構成としたが、上部電極33と振動板35の間にバイアス電圧を印加して圧電体膜34を歪ませ、振動板35に応力を与えるようにしてもよい。このように構成しても、共振周波数を調整できるので、本実施の形態と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, an external force is applied to the diaphragm 35 using atmospheric pressure. However, a bias voltage is applied between the upper electrode 33 and the diaphragm 35 to distort the piezoelectric film 34 to vibrate. Stress may be applied to the plate 35. Even if comprised in this way, since the resonant frequency can be adjusted, the effect similar to this Embodiment is acquired.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1と異なるのは外力制御部、および超音波プローブ12のみであるため、それ以外の構成要素の説明は省略する。また、実施の形態1と同じ構成要素は同じ番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, since only the external force control unit and the ultrasonic probe 12 are different from the first embodiment, description of other components is omitted. Also, the same constituent elements as those of the first embodiment are given the same numbers, and description thereof is omitted.

図4は、本発明の実施の形態2にかかる超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。このブロック図において実施の形態1と異なるのは、検査装置本体19に格納された外力制御部20のみである。この外力制御部20は、超音波プローブ12で超音波を送受信する際に、pMUT素子の振動部へ与える外力を制御するように構成されている。   FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this block diagram, the only difference from the first embodiment is the external force control unit 20 stored in the inspection apparatus main body 19. The external force control unit 20 is configured to control an external force applied to the vibration unit of the pMUT element when the ultrasonic probe 12 transmits / receives ultrasonic waves.

図5は、本発明の実施の形態2にかかる超音波プローブ12の全体構成を示す構成図である。図5に示すように超音波プローブ12は、プローブケース21の内部に超音波を送受波する振動子ユニット22と、振動子ユニット22の共振周波数を調整するための磁歪素子41と、プリント基板24とを備えている。また、超音波プローブ12は、プローブケーブル25を介して検査装置本体19に接続されている。   FIG. 5 is a configuration diagram showing the overall configuration of the ultrasonic probe 12 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the ultrasonic probe 12 includes a transducer unit 22 that transmits and receives ultrasonic waves inside a probe case 21, a magnetostrictive element 41 for adjusting the resonance frequency of the transducer unit 22, and a printed circuit board 24. And. Further, the ultrasonic probe 12 is connected to the inspection apparatus main body 19 via a probe cable 25.

図6は、本発明の実施の形態2にかかる振動子ユニット22の構造を示した断面図である。実施の形態1と同様に、各pMUT素子は、上部電極33、圧電体膜34、振動板35、台座36を備えて構成されており、単位振動子32を2次元的に配列して構成されている。また、上部電極33は、単位振動子ごとに連結され、単位振動子ごとに独立して電圧を印加するように構成されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the vibrator unit 22 according to the second embodiment of the present invention. As in the first embodiment, each pMUT element includes an upper electrode 33, a piezoelectric film 34, a diaphragm 35, and a pedestal 36, and is configured by arranging unit vibrators 32 two-dimensionally. ing. The upper electrode 33 is connected to each unit vibrator, and is configured to apply a voltage independently to each unit vibrator.

振動子ユニット22の構造において、実施の形態1と異なるのは、台座36の間に配置された弾性材料で構成されたバッキング材42、一部のpMUT素子のバッキング材42の背面に配置されたバッキング材43、バッキング材43に連結された磁歪素子41、および基台44を備えて構成されていることである。   The structure of the vibrator unit 22 is different from that of the first embodiment in that it is disposed on the back surface of the backing material 42 made of an elastic material disposed between the pedestals 36 and the backing material 42 of some pMUT elements. That is, the structure includes a backing material 43, a magnetostrictive element 41 connected to the backing material 43, and a base 44.

ここで、バッキング材43は、単位振動子32に含まれるpMUT素子の少なくとも1つに配置され、磁歪素子41が歪むと、バッキング材43、およびバッキング材42を介して所定の振動板に外力が加わるように構成されている。すなわち、本実施の形態では、磁歪素子41の歪の制御により、所定の振動板に外力を与え、共振周波数を制御できるように構成されている。   Here, the backing material 43 is disposed in at least one of the pMUT elements included in the unit vibrator 32. When the magnetostrictive element 41 is distorted, an external force is applied to a predetermined diaphragm via the backing material 43 and the backing material 42. It is configured to join. That is, in the present embodiment, by controlling the strain of the magnetostrictive element 41, an external force is applied to a predetermined diaphragm, and the resonance frequency can be controlled.

なお、各pMUT素子は同一の構造で構成され、外力が加わらないときに共振周波数が一致するように構成されている。   In addition, each pMUT element is comprised by the same structure, and when the external force is not applied, it is comprised so that a resonant frequency may correspond.

次に、このように構成された本実施の形態の超音波検査装置10の動作について図4〜図6を用いて具体的に説明する。   Next, the operation of the ultrasonic inspection apparatus 10 according to the present embodiment configured as described above will be specifically described with reference to FIGS.

まず、実施の形態1と同様に、検査装置本体19の送受信部13から超音波プローブ12に駆動信号が送信され、振動子ユニット22の各単位振動子にパルス状の電圧が印加される。このとき、圧電体膜34には、厚み方向に電圧が印加され、それと直行する方向に伸縮して振動板35を撓ませ、この振動により超音波が発生する。   First, as in the first embodiment, a drive signal is transmitted from the transmission / reception unit 13 of the inspection apparatus body 19 to the ultrasonic probe 12, and a pulsed voltage is applied to each unit transducer of the transducer unit 22. At this time, a voltage is applied to the piezoelectric film 34 in the thickness direction, and it expands and contracts in a direction perpendicular to the piezoelectric film 34 to bend the vibration plate 35, and ultrasonic waves are generated by this vibration.

このとき、外力制御部20から駆動信号を送信して、磁歪素子41の周囲に巻かれたコイルに電流を流すと、磁歪素子41が歪んで変形し、単位振動子32内の少なくとも1つのpMUT素子は振動板35に外力を受ける。外力を受けたpMUT素子は、振動板35の剛性が変わるため、同じ単位振動子内の他のpMUT素子と共振周波数がずれ、中心周波数の異なる超音波を送信することとなる。このため、単位振動子32からは、帯域の広い超音波が送信される。   At this time, when a drive signal is transmitted from the external force control unit 20 and a current is passed through a coil wound around the magnetostrictive element 41, the magnetostrictive element 41 is distorted and deformed, and at least one pMUT in the unit vibrator 32 is obtained. The element receives an external force on the diaphragm 35. The pMUT element that has received an external force changes the rigidity of the diaphragm 35, so that the resonance frequency is different from that of the other pMUT elements in the same unit vibrator, and ultrasonic waves having different center frequencies are transmitted. For this reason, an ultrasonic wave with a wide band is transmitted from the unit transducer 32.

超音波プローブ12から送信された超音波は、被検体11内部の反射組織で反射され、超音波エコーとなって被検体11の表面に伝搬し、振動子ユニット22を振動させる。   The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 is reflected by the reflective tissue inside the subject 11, propagates to the surface of the subject 11 as an ultrasonic echo, and vibrates the transducer unit 22.

超音波エコーによって各pMUT素子の振動板35が振動すると、圧電体膜34は平面内で引張、圧縮されて歪を生じ、この歪に応じて圧電体膜34の厚み方向に電圧を発生する。このとき、上部電極33と振動板35の間の電圧を検出することにより、超音波エコーに応じた振動を検出することができる。   When the diaphragm 35 of each pMUT element vibrates due to the ultrasonic echo, the piezoelectric film 34 is pulled and compressed in a plane to generate distortion, and a voltage is generated in the thickness direction of the piezoelectric film 34 according to the distortion. At this time, by detecting the voltage between the upper electrode 33 and the diaphragm 35, vibration corresponding to the ultrasonic echo can be detected.

ところで、超音波プローブ12から送信される超音波は、周波数が高い程高い分解能が得られるが、その到達深度は、周波数が高い程浅く、低い程深くなる。したがって、超音波を被検体内に送信後、短時間で検出される信号は高い周波数成分を有するが、時間と共に検出される信号の高周波成分は低下する。そこで、超音波送信後の時間経過に応じて、振動子ユニット22の受信感度の周波数特性を高い周波数帯から低い周波数帯にずらしていくと、見かけ上、広い周波数帯域で高い受信感度を実現できる。   By the way, although the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 has a higher resolution as the frequency is higher, the depth of arrival is shallower as the frequency is higher and deeper as the frequency is lower. Therefore, a signal detected in a short time after transmitting an ultrasonic wave into the subject has a high frequency component, but a high frequency component of the signal detected with time decreases. Therefore, when the frequency characteristic of the reception sensitivity of the transducer unit 22 is shifted from a high frequency band to a low frequency band as time passes after ultrasonic transmission, high reception sensitivity can be realized in a wide frequency band. .

本実施の形態では、外力制御部20により、超音波送信後の時間経過に応じて磁歪素子41を制御して一部のpMUT素子の振動板35に外力を与え、pMUT素子の共振周波数を時間経過に応じてずらす。これにより、受信感度の中心周波数が時間経過に応じて変わり、浅い部位から深い部位まで広範囲で発生する超音波エコーが感度よく検出される。   In the present embodiment, the external force control unit 20 controls the magnetostrictive element 41 according to the passage of time after ultrasonic transmission to apply an external force to the diaphragms 35 of some pMUT elements, and sets the resonance frequency of the pMUT elements to the time. Shift according to progress. As a result, the center frequency of the reception sensitivity changes with time, and ultrasonic echoes generated in a wide range from a shallow part to a deep part are detected with high sensitivity.

次に、超音波プローブ12で検出された信号は送受信部13に送られ、送受信部13で増幅、およびデジタル変換され、信号処理部14で超音波の音線に沿った領域のビームフォーミング処理が行われる。   Next, the signal detected by the ultrasonic probe 12 is sent to the transmission / reception unit 13, amplified and digitally converted by the transmission / reception unit 13, and the signal forming unit 14 performs a beam forming process on a region along the acoustic ray of the ultrasonic wave. Done.

以上の動作は超音波プローブ12から送信される超音波の音線を被検体内で走査しながら行われ、検査領域全体の情報が演算されて、信号処理部14内の画像メモリに保存される。画像メモリに保存された3次元データは、画像処理部15で3次元画像のレンダリング処理が施され、画像表示部16に画像が表示される。   The above operation is performed while scanning the sound ray of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 in the subject, and information on the entire examination region is calculated and stored in the image memory in the signal processing unit 14. . The three-dimensional data stored in the image memory is subjected to a three-dimensional image rendering process by the image processing unit 15, and an image is displayed on the image display unit 16.

以上に説明したように本実施の形態2の超音波検査装置10は、超音波を被検体内に送信する際に、単位振動子に含まれるpMUT素子の一部の共振周波数をずらすことにより、広帯域の超音波を送信することができる。また、超音波エコーを受信する際には、時間の経過に応じて、受信感度の周波数特性をずらすことにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で発生する超音波エコーを高感度に検出することができる。これにより、広範囲で高画質の3次元画像を取得可能な超音波検査装置が実現できる。   As described above, the ultrasonic inspection apparatus 10 of the second embodiment shifts the resonance frequency of a part of the pMUT element included in the unit transducer when transmitting the ultrasonic wave into the subject. A broadband ultrasonic wave can be transmitted. Also, when receiving ultrasonic echoes, it is possible to detect ultrasonic echoes generated in a wide range from shallow parts to deep parts with high sensitivity by shifting the frequency characteristics of reception sensitivity over time. it can. Thereby, it is possible to realize an ultrasonic inspection apparatus capable of acquiring a wide range of high-quality three-dimensional images.

なお、本実施の形態では、外力の発生に磁歪素子を用いたが、圧電素子など、変形量を制御可能な素子を用いれば同様な効果が得られる。   In this embodiment, the magnetostrictive element is used for generating the external force. However, the same effect can be obtained by using an element capable of controlling the deformation amount such as a piezoelectric element.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態2と異なるのは超音波プローブ12のみであるため、それ以外の構成要素の説明は省略する。また、実施の形態1と同じ構成要素は同じ番号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, since only the ultrasonic probe 12 is different from the second embodiment, description of other components is omitted. Also, the same constituent elements as those of the first embodiment are given the same numbers, and description thereof is omitted.

図7は、本発明の実施の形態3にかかる振動子ユニット22の構造を示した断面図である。実施の形態2と同様に、各pMUT素子は、上部電極33、圧電体膜34、振動板35、台座36を備えて構成されており、単位振動子32を2次元的に配列して構成されている。また、上部電極33は、単位振動子ごとに連結され、単位振動子ごとに独立して電圧を印加するように構成されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the transducer unit 22 according to the third embodiment of the present invention. As in the second embodiment, each pMUT element includes an upper electrode 33, a piezoelectric film 34, a diaphragm 35, and a pedestal 36, and is configured by arranging unit vibrators 32 two-dimensionally. ing. The upper electrode 33 is connected to each unit vibrator, and is configured to apply a voltage independently to each unit vibrator.

本実施の形態において、実施の形態2と異なるのは、台座36の間の空間37を挟んで振動板35の反対側に白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属薄膜から成る電極51が形成された基板52が配置されていることである。ここで、電極51は、少なくとも2系統の電極51a、電極51bからなり、各単位振動子には両方の系統の電極が含まれるように構成されている。また、電極51a、電極51bは、配線53a、配線53bで同じ系統の電極と接続され、系統ごとに独立して電圧を印加できるように構成されている。   The present embodiment is different from the second embodiment in that a metal thin film such as platinum (Pt), gold (Au), aluminum (Al), etc. is placed on the opposite side of the diaphragm 35 with a space 37 between the pedestals 36 interposed therebetween. The substrate 52 on which the electrode 51 made of is formed is disposed. Here, the electrode 51 includes at least two systems of electrodes 51a and 51b, and each unit vibrator is configured to include electrodes of both systems. Further, the electrode 51a and the electrode 51b are connected to electrodes of the same system through the wiring 53a and the wiring 53b, and are configured so that a voltage can be applied independently for each system.

なお、電極51と振動板35は、少なくとも圧電体膜34が振動しない状態では、離間しており、電極51と振動板35の間に電圧を印加することにより静電気力(静電引力)を生じさせ、振動板35に外力を与えられるように構成されている。また、各pMUT素子は同一の構造で構成され、外力が加わらないときに共振周波数が一致するように構成されている。   The electrode 51 and the diaphragm 35 are separated from each other at least when the piezoelectric film 34 does not vibrate, and an electrostatic force (electrostatic attractive force) is generated by applying a voltage between the electrode 51 and the diaphragm 35. And an external force is applied to the diaphragm 35. Moreover, each pMUT element is comprised by the same structure, and when the external force is not applied, it is comprised so that a resonant frequency may correspond.

次に、このように構成された本実施の形態3の超音波検査装置10の動作について図7を用いて具体的に説明する。   Next, the operation of the ultrasonic inspection apparatus 10 of the third embodiment configured as described above will be specifically described with reference to FIG.

まず、実施の形態1と同様に、検査装置本体の送受信部から超音波プローブに駆動信号が送信され、振動子ユニット22の各単位振動子にパルス状の電圧が印加される。このとき、圧電体膜34には、厚み方向に電圧が印加され、それと直行する方向に伸縮して振動板35を撓ませ、この振動により超音波が発生する。   First, as in the first embodiment, a drive signal is transmitted from the transmission / reception unit of the inspection apparatus body to the ultrasonic probe, and a pulsed voltage is applied to each unit transducer of the transducer unit 22. At this time, a voltage is applied to the piezoelectric film 34 in the thickness direction, and it expands and contracts in a direction perpendicular to the piezoelectric film 34 to bend the vibration plate 35, and ultrasonic waves are generated by this vibration.

ここで、電極51に電圧を印加しておくと、電極51と振動板35の間に静電気力が発生する。この静電気力は、両電極間の間隔の2乗に反比例し、印加電圧の2乗に比例して増大するため、印加電圧が大きく、間隔が狭くなるほど振動板35の復元力は小さくなり共振周波数が低周波側にシフトすることとなる。   Here, when a voltage is applied to the electrode 51, an electrostatic force is generated between the electrode 51 and the diaphragm 35. This electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between the two electrodes and increases in proportion to the square of the applied voltage. Therefore, as the applied voltage increases and the distance decreases, the restoring force of the diaphragm 35 decreases and the resonance frequency. Will shift to the low frequency side.

このとき、電極51a、51bに夫々異なる電圧を印加すると、単位振動子32内のpMUT素子からは、夫々中心周波数の異なる超音波が送信される。このため、単位振動子32からは、帯域の広い超音波が送信される。   At this time, when different voltages are applied to the electrodes 51a and 51b, ultrasonic waves having different center frequencies are transmitted from the pMUT elements in the unit vibrator 32, respectively. For this reason, an ultrasonic wave with a wide band is transmitted from the unit transducer 32.

超音波プローブ12から送信された超音波は、被検体11内部の反射組織で反射され、超音波エコーとなって被検体11の表面に伝搬し、振動子ユニット22を振動させる。   The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 is reflected by the reflective tissue inside the subject 11, propagates to the surface of the subject 11 as an ultrasonic echo, and vibrates the transducer unit 22.

超音波エコーによって各pMUT素子の振動板35が振動すると、圧電体膜34は平面内で引張、圧縮されて歪を生じ、この歪に応じて圧電体膜34の厚み方向に電圧を発生する。このとき、上部電極33と振動板35の間の電圧を検出することにより、超音波エコーに応じた振動を検出することができる。   When the diaphragm 35 of each pMUT element vibrates due to the ultrasonic echo, the piezoelectric film 34 is pulled and compressed in a plane to generate distortion, and a voltage is generated in the thickness direction of the piezoelectric film 34 according to the distortion. At this time, by detecting the voltage between the upper electrode 33 and the diaphragm 35, vibration corresponding to the ultrasonic echo can be detected.

このとき、電極51a、および、51bに同じ電圧を印加し、さらに、時間の経過とともに、印加する電圧を変化させる。具体的には、超音波送信後の時間経過に応じて、振動子ユニット22の受信感度の周波数特性を高い周波数帯から低い周波数帯にずらすように制御する。このように制御すると、見かけ上、広い周波数帯域で高い受信感度を実現できる。これにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で発生する超音波エコーが感度よく検出される。   At this time, the same voltage is applied to the electrodes 51a and 51b, and the applied voltage is changed as time passes. Specifically, control is performed so that the frequency characteristic of the reception sensitivity of the transducer unit 22 is shifted from a high frequency band to a low frequency band in accordance with the passage of time after ultrasonic transmission. By controlling in this way, it is possible to realize high reception sensitivity in an apparent wide frequency band. Thereby, an ultrasonic echo generated in a wide range from a shallow part to a deep part is detected with high sensitivity.

次に、超音波プローブ12で検出された信号は送受信部13に送られ、送受信部13で増幅、およびデジタル変換され、信号処理部14で超音波の音線に沿った領域のビームフォーミング処理が行われる。   Next, the signal detected by the ultrasonic probe 12 is sent to the transmission / reception unit 13, amplified and digitally converted by the transmission / reception unit 13, and the signal forming unit 14 performs a beam forming process on a region along the acoustic ray of the ultrasonic wave. Done.

以上の動作は超音波プローブ12から送信される超音波の音線を被検体内で走査しながら行われ、検査領域全体の情報が演算されて、信号処理部内の画像メモリに保存される。画像メモリに保存された3次元データは、画像処理部で3次元画像のレンダリング処理が施され、画像表示部に画像が表示される。   The above operation is performed while scanning the sound ray of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 12 in the subject, and information on the entire examination region is calculated and stored in the image memory in the signal processing unit. The three-dimensional data stored in the image memory is subjected to a three-dimensional image rendering process by the image processing unit, and an image is displayed on the image display unit.

以上に説明したように本実施の形態3の超音波検査装置10は、静電ばね効果によって、振動板35のばね定数を実質的に変化させて、共振周波数を調整することにより、送受信特性を改善させることができる。具体的には、超音波を被検体内に送信する際に、単位振動子に含まれるpMUT素子の一部の共振周波数をずらすことにより、広帯域の超音波を送信することができる。また、超音波エコーを受信する際には、時間の経過に応じて、受信感度の周波数特性をずらすことにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で発生する超音波エコーを高感度に検出することができる。   As described above, the ultrasonic inspection apparatus 10 according to the third embodiment adjusts the resonance frequency by substantially changing the spring constant of the diaphragm 35 by the electrostatic spring effect, thereby improving the transmission / reception characteristics. Can be improved. Specifically, when transmitting ultrasonic waves into the subject, wideband ultrasonic waves can be transmitted by shifting a part of the resonance frequency of the pMUT element included in the unit transducer. Also, when receiving ultrasonic echoes, it is possible to detect ultrasonic echoes generated in a wide range from shallow parts to deep parts with high sensitivity by shifting the frequency characteristics of reception sensitivity over time. it can.

さらに、実施の形態2と異なり、すべてのpMUT素子の共振周波数を制御できるので、送信する超音波の帯域の制御、および、受信感度の中心周波数制御をより正確に行うことができ、より広範囲で高画質の3次元画像を取得可能な超音波検査装置が実現できる。   Further, unlike the second embodiment, the resonance frequency of all the pMUT elements can be controlled, so that the control of the ultrasonic wave band to be transmitted and the center frequency control of the reception sensitivity can be performed more accurately and in a wider range. An ultrasonic inspection apparatus capable of acquiring a high-quality three-dimensional image can be realized.

以上本発明によれば、広帯域にわたって高感度な2次元アレイプローブを実現できる。これにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で高画質な超音波診断装置を実現できる。   As described above, according to the present invention, a highly sensitive two-dimensional array probe can be realized over a wide band. Thereby, it is possible to realize an ultrasonic diagnostic apparatus having a wide range and high image quality from a shallow part to a deep part.

10 超音波検査装置
11 被検体
12 超音波プローブ
13 送受信部
14 信号処理部
15 画像処理部
16 画像表示部
17 制御部
18 外力調整部
19 検査装置本体
20 外力制御部
21 プローブケース
22 振動子ユニット
23 圧力室
24 プリント基板
25 プローブケーブル
31 pMUT素子
32 単位振動子
33 上部電極
34 圧電体膜
35 振動板
36 台座
37 空間
41 磁歪素子
42 バッキング材
43 バッキング材
51 電極
51a,51b 電極
52 基板
53a,53b 配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic inspection apparatus 11 Subject 12 Ultrasonic probe 13 Transmission / reception part 14 Signal processing part 15 Image processing part 16 Image display part 17 Control part 18 External force adjustment part 19 Inspection apparatus main body 20 External force control part 21 Probe case 22 Transducer unit 23 Pressure chamber 24 Printed circuit board 25 Probe cable 31 pMUT element 32 Unit vibrator 33 Upper electrode 34 Piezoelectric film 35 Vibration plate 36 Base 37 Space 41 Magnetostrictive element 42 Backing material 43 Backing material 51 Electrode 51a, 51b Electrode 52 Substrate 53a, 53b Wiring

Claims (9)

複数の単位振動子と、
外力発生部とを備え、
前記単位振動子は2次元的に配列されており、
少なくとも一つの前記単位振動子は、少なくとも、台座部と前記台座部上に形成された振動部と上面に第1の電極が形成され前記振動部の上面に形成された圧電体膜から構成される複数のMUT(Micromachining Ultrasound Transducer)素子を有し、
前記複数のMUT素子は、互いに電気的に接続されており、
前記台座部には空間が設けられており、
前記外力発生部は、前記圧電体膜にバイアス電圧を印加して前記圧電体膜を歪ませ、前記振動部に外力を加えることによって共振周波数を調整することを特徴とする超音波プローブ。
A plurality of unit oscillators;
An external force generator,
The unit vibrators are two-dimensionally arranged,
At least one of the unit vibrators includes at least a pedestal portion, a vibration portion formed on the pedestal portion, and a piezoelectric film formed on the upper surface of the vibration portion with a first electrode formed on the upper surface. A plurality of MUT (Micromachining Ultrasound Transducer) elements;
The plurality of MUT elements are electrically connected to each other,
A space is provided in the pedestal,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the external force generation unit adjusts a resonance frequency by applying a bias voltage to the piezoelectric film to distort the piezoelectric film and applying an external force to the vibration unit.
前記外力発生部が前記振動部に加える力を調節する外力調整部をさらに備え、
体内観察部位の深さに応じて、前記振動部に加える外力を調整可能であることを特徴とする請求項1記載の超音波プローブ。
An external force adjustment unit that adjusts the force applied to the vibration unit by the external force generation unit;
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein an external force applied to the vibrating portion can be adjusted according to a depth of an in-vivo observation site.
前記外力発生部が前記振動部に加える力を制御する外力制御部をさらに備え、
超音波の送信時と受信時において、前記振動部に加える力を制御可能であることを特徴とする請求項1記載の超音波プローブ。
An external force control unit that controls the force that the external force generation unit applies to the vibration unit;
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a force applied to the vibrating portion can be controlled during transmission and reception of ultrasonic waves.
超音波の受信時において、
前記外力制御部は、超音波を被検体内に送信した後の時間経過に応じて、前記振動部に加える外力を制御可能であることを特徴とする請求項3記載の超音波プローブ。
When receiving ultrasound,
The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the external force control unit is capable of controlling an external force applied to the vibration unit according to a lapse of time after transmitting the ultrasonic wave into the subject .
超音波の送信時において、
前記外力制御部は、同一の単位振動子内の一部のMUT素子に、他のMUT素子とは異なる外力を加えることが可能であることを特徴とする請求項3記載の超音波プローブ。
When sending ultrasonic waves,
The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the external force control unit can apply an external force different from that of other MUT elements to a part of the MUT elements in the same unit transducer.
複数の単位振動子と、
外力発生部とを備え、
前記単位振動子は2次元的に配列されており、
少なくとも一つの前記単位振動子は、少なくとも、台座部と前記台座部上に形成された振動部と上面に第1の電極が形成され前記振動部の上面に形成された圧電体膜から構成される複数のMUT(Micromachining Ultrasound Transducer)素子を有し、
前記複数のMUT素子は、互いに電気的に接続されており、
前記台座部には空間が設けられており、
前記外力発生部は、前記台座部の空間内に設けられたバッキング材と、前記バッキング材を介して前記振動部に外力を与える磁歪素子を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
A plurality of unit oscillators;
An external force generator,
The unit vibrators are two-dimensionally arranged,
At least one of the unit vibrators includes at least a pedestal portion, a vibration portion formed on the pedestal portion, and a piezoelectric film formed on the upper surface of the vibration portion with a first electrode formed on the upper surface. A plurality of MUT (Micromachining Ultrasound Transducer) elements;
The plurality of MUT elements are electrically connected to each other,
A space is provided in the pedestal,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the external force generator includes a backing material provided in the space of the pedestal portion, and a magnetostrictive element that applies an external force to the vibrating portion via the backing material.
複数の単位振動子と、
外力発生部とを備え、
前記単位振動子は2次元的に配列されており、
少なくとも一つの前記単位振動子は、少なくとも、台座部と前記台座部上に形成された振動部と上面に第1の電極が形成され前記振動部の上面に形成された圧電体膜から構成される複数のMUT(Micromachining Ultrasound Transducer)素子を有し、
前記複数のMUT素子は、互いに電気的に接続されており、
前記台座部には空間が設けられており、
前記外力発生部は、前記台座部の空間内に設けられたバッキング材と、前記バッキング材を介して振動部に外力を与える圧電素子を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
A plurality of unit oscillators;
An external force generator,
The unit vibrators are two-dimensionally arranged,
At least one of the unit vibrators includes at least a pedestal portion, a vibration portion formed on the pedestal portion, and a piezoelectric film formed on the upper surface of the vibration portion with a first electrode formed on the upper surface. A plurality of MUT (Micromachining Ultrasound Transducer) elements;
The plurality of MUT elements are electrically connected to each other,
A space is provided in the pedestal,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the external force generator includes a backing material provided in the space of the pedestal portion and a piezoelectric element that applies an external force to the vibrating portion via the backing material.
請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブで検出した信号をデジタル変換する受信部と、前記受信部でデジタル変換された信号を用いてビームフォーミング処理を行う信号処理部と、前記信号処理部で得られた3次元データに基づいて3次元画像を生成する画像処理部と、前記3次元画像を表示する表示部を備えた超音波検査装置。 Beam forming using the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7, a receiving unit that digitally converts a signal detected by the ultrasonic probe, and a signal digitally converted by the receiving unit An ultrasonic inspection apparatus comprising: a signal processing unit that performs processing; an image processing unit that generates a three-dimensional image based on three-dimensional data obtained by the signal processing unit; and a display unit that displays the three-dimensional image. 超音波プローブで検出した信号をデジタル変換する受信部が、前記超音波プローブ内に配置されていることを特徴とする請求項8記載の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 8, wherein a receiving unit that digitally converts a signal detected by the ultrasonic probe is disposed in the ultrasonic probe.
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