JP6011235B2 - 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 - Google Patents

超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6011235B2
JP6011235B2 JP2012229586A JP2012229586A JP6011235B2 JP 6011235 B2 JP6011235 B2 JP 6011235B2 JP 2012229586 A JP2012229586 A JP 2012229586A JP 2012229586 A JP2012229586 A JP 2012229586A JP 6011235 B2 JP6011235 B2 JP 6011235B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
end side
transmission circuit
drive signal
side terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012229586A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014079403A (ja
Inventor
洋史 松田
洋史 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2012229586A priority Critical patent/JP6011235B2/ja
Priority to US14/055,003 priority patent/US20140104989A1/en
Priority to CN201310488007.8A priority patent/CN103767729B/zh
Publication of JP2014079403A publication Critical patent/JP2014079403A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6011235B2 publication Critical patent/JP6011235B2/ja
Priority to US15/818,068 priority patent/US10608753B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019—Details of transmitters
    • G01S7/5202—Details of transmitters for pulse systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4405—Device being mounted on a trolley
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4411—Device being modular
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4427—Device being portable or laptop-like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/20—Application to multi-element transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/50—Application to a particular transducer type
    • B06B2201/55—Piezoelectric transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/70—Specific application
    • B06B2201/76—Medical, dental
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52079—Constructional features
    • G01S7/5208—Constructional features with integration of processing functions inside probe or scanhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52079—Constructional features
    • G01S7/52082—Constructional features involving a modular construction, e.g. a computer with short range imaging equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

本発明は、超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等に関する。
対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波装置（超音波プローブ）として、特許文献１には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列し、行・列毎に配線を設けることで行方向及び列方向にビームを走査する手法が開示されている。
特開２００６−６１２５２号公報
しかしながら、特許文献１で開示されている手法では、列方向の信号遅延に合わせて行方向の遅延を制御することなどが必要となり、信号生成回路の回路規模が大きくなるなどの問題がある。
本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等を提供できる。
本発明の一態様は、超音波素子アレイと、第１の端辺側に設けられる第１の第１端辺側端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１端辺側端子と、前記第１の端辺に対向する第２の端辺側に設けられる第１の第２端辺側端子〜第ｎの第２端辺側端子とを有する超音波トランスデューサーデバイスと、前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子に対して、第１の駆動信号を出力する第１の送信回路と、前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子に対して、第２の駆動信号を出力する第２の送信回路とを含み、前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号の少なくとも一方の振幅を可変に設定する超音波測定装置に関係する。
本発明の一態様によれば、第１、第２の送信回路により、第１の駆動信号及び第２の駆動信号の少なくとも一方の振幅が可変に設定されるから、超音波トランスデューサーデバイスから出射される超音波の強度分布のピーク位置を変化させることができる。その結果、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置を実現することなどが可能になる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方により、前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅との差を変化させることで、前記超音波トランスデューサーデバイスから出射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させてもよい。
このようにすれば、第１、第２の送信回路により、スキャン面の設定位置を変化させることができるから、例えばスライス方向に沿って複数のスキャン面を設定して、各スキャン面に沿って超音波ビームを走査することにより、複数の断面画像を得ることなどができる。その結果、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置を実現することなどが可能になる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方は、前記第１の駆動信号の振幅を前記第２の駆動信号の振幅より大きくすることで、前記スキャン面を第１の設定位置に設定し、前記第１の駆動信号の振幅を前記第２の駆動信号の振幅より小さくすることで、前記スキャン面を、前記第１の設定位置とは異なる第２の設定位置に設定してもよい。
このようにすれば、第１、第２の送信回路により、スキャン面を第１の設定位置又は第２の設定位置に設定することができるから、所望の位置にスキャン面を設定して、超音波ビームを走査することができる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方は、前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅とを同一にすることで、前記スキャン面を前記第１の設定位置と前記第２の設定位置との間の第３の設定位置に設定してもよい。
このようにすれば、第１、第２の送信回路により、スキャン面を第１の設定位置と第２の設定位置との間に設定することができるから、所望の位置にスキャン面を設定して、超音波ビームを走査することができる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路は、位相走査を行うための前記第１の駆動信号を出力し、前記第２の送信回路は、前記位相走査を行うための前記第２の駆動信号を出力してもよい。
このようにすれば、所望の位置にスキャン面を設定して、設定されたスキャン面に沿って、位相走査により超音波ビームを走査することができる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路は、リニアスキャンを行うための前記第１の駆動信号を出力し、前記第２の送信回路は、前記リニアスキャンを行うための前記第２の駆動信号を出力してもよい。
このようにすれば、所望の位置にスキャン面を設定して、設定されたスキャン面に沿って、リニアスキャンにより超音波ビームを走査することができる。
また本発明の一態様では、前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子に接続される第１のフレキシブル基板と、前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子に接続される第２のフレキシブル基板とを含み、前記第１の送信回路は、前記第１のフレキシブル基板に実装され、前記第２の送信回路は、前記第２のフレキシブル基板に実装されてもよい。
このようにすれば、第１、第２の送信回路の実装スペースを縮小することができる。また、第１、第２のフレキシブル基板を屈曲させて実装することができる。その結果、超音波測定装置を小型化することなどが可能になる。
また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイは、第１の方向に沿って配置される第１の超音波素子群〜第ｎの超音波素子群を有し、前記第１の超音波素子群〜前記第ｎの超音波素子群のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の超音波素子群の第１端辺側ノードは、前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子のうちの第ｊの第１端辺側端子に接続され、前記第ｊの超音波素子群の第２端辺側ノードは、前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子のうちの第ｊの第２端辺側端子に接続され、前記第ｊの超音波素子群は、複数の超音波素子と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、一端が前記第１端辺側ノードに接続され、他端が前記第２端辺側ノードに接続される駆動電極線とを有し、前記第ｊの超音波素子群の前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記駆動電極線に接続されてもよい。
このようにすれば、第ｊの超音波素子群の複数の超音波素子は、第ｊの第１端辺側端子に入力される第１の駆動信号と、第ｊの第２端辺側端子に入力される第２の駆動信号とによって駆動されることができる。
また本発明の一態様では、コモン電圧を出力するコモン電圧生成回路を含み、前記超音波トランスデューサーデバイスは、第１のコモン電圧端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電圧端子を有し、前記超音波素子アレイは、前記第１の方向に沿って配線され、前記第１のコモン電圧端子〜前記第ｍのコモン電圧端子に接続される第１のコモン電極線〜第ｍのコモン電極線を有し、前記第ｊの超音波素子群の前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記第１のコモン電極線〜前記第ｍのコモン電極線のうちのいずれかに接続され、前記コモン電圧生成回路は、前記第１のコモン電圧端子〜前記第ｍのコモン電圧端子に対して、互いに異なる電圧の前記コモン電圧を出力してもよい。
このようにすれば、コモン電圧生成回路により、互いに異なる電圧のコモン電圧を供給することで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。その結果、スキャン面の設定位置をより広い範囲で可変に設定することが可能になる。
また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサーデバイスは、複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、前記第ｊの超音波素子群が有する前記複数の超音波素子の各超音波素子は、前記複数の開口の各開口ごとに設けられ、前記複数の超音波素子の各超音波素子は、前記開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極のいずれか一方であってもよい。
このようにすれば、超音波素子は、上部電極及び下部電極のいずれか一方に第１の駆動信号と第２の駆動信号とが供給されることで、第１、第２の駆動信号により圧電体膜が伸縮し、振動膜が振動することで超音波を出射することができる。
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置を含むプローブヘッドに関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載のプローブヘッドと、前記超音波測定装置からの信号を処理する処理装置とを含む超音波プローブに関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載の超音波プローブを含む電子機器に関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載の超音波プローブと、表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 超音波測定装置の第１の構成例。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、第ｊの超音波素子群の構成例。 位相走査を説明する図。 位相走査の場合の超音波の強度分布を説明する第１の図。 位相走査の場合の超音波の強度分布を説明する第２の図。 位相走査の場合の超音波の強度分布を説明する第３の図。 リニアスキャンの場合の超音波の強度分布を説明する図。 第１、第２の送信回路の第１の構成例。 第１、第２の送信回路の第２の構成例。 超音波測定装置の第２の構成例。 超音波素子に印加される電圧と超音波素子の変位量との関係の一例。 超音波測定装置の実装例。 電子機器（超音波診断装置）の基本的な構成例。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、超音波診断装置の具体的な構成例。図１５（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
１．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の超音波測定装置が有する超音波トランスデューサー素子（薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子）１０の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）４２と、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極（第１電極層）２１、圧電体膜（圧電体層）３０、上部電極（第２電極層）２２を有する。なお、本実施形態の超音波素子１０は図１（Ａ）、図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
なお、以下の説明では、超音波トランスデューサー素子１０を「超音波素子１０」とも呼ぶ。
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波素子１０の、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。
第１電極層２１は、振動膜４２の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
圧電体膜３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
振動膜（メンブレン）４２は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４５を塞ぐように設けられる。この振動膜４２は、圧電体膜３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体膜３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
開口４５は、基板６０に配置される。開口４５による空洞領域４０は、基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。
超音波素子１０の下部電極は、第１電極層２１により形成され、上部電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体膜３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体膜３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜４２を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜４２の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜４２が膜厚方向に対して振動し、この振動膜４２の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。
バルクの超音波素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような薄膜圧電型超音波素子１０では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。
超音波素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜４２が振動し、この振動によって圧電体膜３０に圧力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。
２．超音波測定装置
図２に、本実施形態の超音波測定装置３０１の第１の構成例を示す。超音波測定装置３０１は、超音波トランスデューサーデバイス２００、第１の送信回路５１０及び第２の送信回路５２０を含む。超音波トランスデューサーデバイス２００は、複数の開口４５がアレイ状に配置された基板６０、超音波素子アレイ１００、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎ、第１〜第ｎの第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎ及びコモン電圧端子ＣＯＭを含む。なお、本実施形態の超音波測定装置３０１は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波素子アレイ１００は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される第１〜第ｎの超音波素子群（超音波トランスデューサー素子群）ＵＧ１〜ＵＧｎと、第１の方向Ｄ１に沿って配線され、コモン電圧端子ＣＯＭに共通接続される第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍとを有する。図２では、例としてｍ＝８の場合を示す。
第１〜第ｎの超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧｎの各超音波素子群は、複数の超音波素子１０及び第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に沿って配線される駆動電極線ＬＸを有する。駆動電極線ＬＸの一端は第１端辺側ノードＮＡに接続され、他端は第２端辺側ノードＮＢに接続される。なお、超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧｎの構成例については、後述する。
第１〜第ｎの超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧｎのうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の超音波素子群ＵＧｊの第１端辺側ノードＮＡは、第１〜第ｎの第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎのうちの第ｊの第１端辺側端子ＸＡｊに接続される。また、第ｊの超音波素子群ＵＧｊの第２端辺側ノードＮＢは、第１〜第ｎの第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎのうちの第ｊの第２端辺側端子ＸＢｊに接続される。
第１の送信回路５１０は、第１〜第ｎの第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎに対して、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎを出力する。第２の送信回路５２０は、第１〜第ｎの第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎに対して、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎを出力する。また、コモン電圧端子ＣＯＭには、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。
第１の送信回路５１０は、位相走査（セクタースキャン）を行うための第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎを出力し、第２の送信回路５２０は、位相走査を行うための第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎを出力することができる。また、第１の送信回路５１０は、リニアスキャンを行うための第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎを出力し、第２の送信回路５２０は、リニアスキャンを行うための第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎを出力することもできる。位相走査及びリニアスキャンについては、後で詳細に説明する。
本実施形態の超音波測定装置３０１は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの少なくとも一方の振幅を可変に設定することができる。具体的には、第１の送信回路５１０が第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅を制御する第１の振幅制御を行い、第２の送信回路５２０が第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅を制御する第２の振幅制御を行う。そして第１、第２の振幅制御の少なくとも一方により、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの少なくとも一方の振幅を可変に設定することができる。
本実施形態の超音波測定装置３０１は、第１の送信回路５１０及び第２の送信回路５２０の少なくとも一方の送信回路の振幅制御により、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅との差を変化させることで、超音波トランスデューサーデバイス２００から出射される超音波のビームのスキャン方向（例えば図２では第１の方向Ｄ１）に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることができる。スキャン面の設定位置とは、例えば図２の第１の方向Ｄ１（スキャン方向）をＸ座標方向とし、第２の方向Ｄ２をＹ座標方向とした場合に、スキャン面のＹ座標位置である。即ち、スキャン面の設定位置は、スキャン面のＹ座標で表すことができる。なお、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅と、スキャン面の設定位置との関係については、後で詳細に説明する。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、第ｊの超音波素子群ＵＧｊの構成例を示す。図３（Ａ）に示す超音波素子群ＵＧｊは、第２の方向Ｄ２に沿って配置される８個（広義にはｍ個）の超音波素子１０−１〜１０−８及び第２の方向Ｄ２に沿って配線される駆動電極線ＬＸを含む。なお、８個の超音波素子１０−１〜１０−８及び駆動電極線ＬＸをまとめて１つの「超音波素子列ＵＣ」と呼ぶこともできる。即ち、図３（Ａ）に示す超音波素子群ＵＧｊは、１つの超音波素子列ＵＣを含む。
各超音波素子１０の第１の電極は駆動電極線ＬＸに接続され、第２の電極は第１〜第８（広義には第１〜第ｍ）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８のうちの対応するコモン電極線に接続される。例えば、８個の超音波素子１０−１〜１０−８のうちの第１の超音波素子１０−１の第１の電極は駆動電極線ＬＸに接続され、第２の電極は第１のコモン電極線ＬＹ１に接続される。また、第４の超音波素子１０−４の第１の電極は駆動電極線ＬＸに接続され、第２の電極は第４のコモン電極線ＬＹ４に接続される。
駆動電極線ＬＸの一端は第１端辺側ノードＮＡに接続され、他端は第２端辺側ノードＮＢに接続される。そして第１端辺側ノードＮＡは、第ｊの第１端辺側端子ＸＡｊに接続され、第２端辺側ノードＮＢは、第ｊの第２端辺側端子ＸＢｊに接続される。
図３（Ｂ）に示す超音波素子群ＵＧｊは、第１の方向Ｄ１に沿って配置される３つの超音波素子列ＵＣ１〜ＵＣ３を含む。超音波素子列ＵＣ１〜ＵＣ３の各々は、第２の方向Ｄ２に沿って配置される８個（広義にはｍ個）の超音波素子１０−１〜１０−８を含む。また、超音波素子列ＵＣ１〜ＵＣ３は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ３をさらに含む。
各超音波素子１０の第１の電極は駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ３の対応する駆動電極線に接続され、第２の電極は第１〜第ｍのコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍのうちの対応するコモン電極線に接続される。例えば、第１の超音波素子列ＵＣ１の第１の超音波素子１０−１の第１の電極は第１の駆動電極線ＬＸ１に接続され、第２の電極は第１のコモン電極線ＬＹ１に接続される。また、第３の超音波素子列ＵＣ３の第４の超音波素子１０−４の第１の電極は第３の駆動電極線ＬＸ３に接続され、第２の電極は第４のコモン電極線ＬＹ４に接続される。
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ３の各々の一端は第１端辺側ノードＮＡに接続され、他端は第２端辺側ノードＮＢに接続される。そして第１端辺側ノードＮＡは、第ｊの第１端辺側端子ＸＡｊに接続され、第２端辺側ノードＮＢは、第ｊの第２端辺側端子ＸＢｊに接続される。
なお、超音波素子群ＵＧｊが含む超音波素子列ＵＣの個数は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したものに限定されず、２であってもよいし、４以上であってもよい。また、超音波素子群ＵＧｊが複数の超音波素子列ＵＣを含む場合に、各超音波素子列ＵＣが有する超音波素子の個数は同一でなくてもよい。
このように、本実施形態の超音波素子群ＵＧは、複数の超音波素子１０と、第２の方向Ｄ２に沿って配線され、一端が第１端辺側ノードＮＡに接続され、他端が第２端辺側ノードＮＢに接続される１又は複数の駆動電極線ＬＸとを有する。そして超音波素子群ＵＧの複数の超音波素子１０がそれぞれ有する第１の電極は１又は複数の駆動電極線ＬＸのいずれかに接続され、第２の電極は第１〜第ｍのコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍのいずれかに接続される。超音波素子１０の第１の電極は、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した上部電極及び下部電極のいずれか一方であり、超音波素子１０の第２の電極は、上部電極及び下部電極のうちの第１の電極と異なる方の電極である。
第ｊの超音波素子群ＵＧｊの第１端辺側ノードＮＡは、第ｊの第１端辺側端子ＸＡｊに接続される。また、第ｊの超音波素子群ＵＧｊの第２端辺側ノードＮＢは、第ｊの第２端辺側端子ＸＢｊに接続される。こうすることで、第ｊの超音波素子群ＵＧｊの各超音波素子１０は、第ｊの第１端辺側端子ＸＡｊに供給される第１の駆動信号ＶＴＡｊと、第ｊの第２端辺側端子ＸＢｊに供給される第２の駆動信号ＶＴＢｊとによって駆動される。
本実施形態の超音波測定装置３０１では、位相走査（セクタースキャン）により超音波の出射方向を変化させることができる。
図４は、本実施形態の超音波測定装置３０１における位相走査を説明する図である。簡単にするために、図４では４個の超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ４について説明する。超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ４は、等間隔ｄで配置されている。そして供給される第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ４の位相はＶＴＡ１が最も早く、ＶＴＡ２、ＶＴＡ３、ＶＴＡ４の順に所定の位相差だけ遅くなる。即ち、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ４は、ＶＴＡ１、ＶＴＡ２、ＶＴＡ３、ＶＴＡ４の順に所定の時間差Δｔを伴って供給される。同様に、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ４は、ＶＴＢ１、ＶＴＢ２、ＶＴＢ３、ＶＴＢ４の順に所定の時間差Δｔを伴って供給される。同一の超音波素子群（例えばＵＧ１）を駆動する第１、第２の駆動信号（例えばＶＴＡ１、ＶＴＢ１）は同一位相であり、同一タイミングで供給される。
図４には、各超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ４から放射された超音波の或る時刻における波面Ｗ１〜Ｗ４を示す。各超音波素子群から出射された超音波は合成されて、合成された超音波の波面ＷＴを形成する。この波面ＷＴの放線方向ＤＴが合成された超音波の出射方向（ビーム方向）となる。ビーム方向ＤＴとアレイ面の法線方向との成す角度θｓは、
ｓｉｎθｓ＝ｃ×Δｔ／ｄ （１）
で与えられる。ここでｃは音速、Δｔは駆動信号の時間差、ｄは素子間隔である。
このように位相走査、即ち各超音波素子群に供給する駆動信号の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を変化させることができる。具体的には、例えば図２に示す構成例では、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの各信号間の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を第１の方向Ｄ１に沿って走査（スキャン）させることができる。即ち、第１の方向Ｄ１は位相走査のスキャン方向であり、第２の方向Ｄ２はスライス方向である。
図５は、本実施形態の超音波測定装置３０１における位相走査の場合の超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第１の図である。図５では、簡単のために第１〜第６の超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ６及び第１〜第６のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６から構成される超音波素子アレイ１００について説明する。
第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ６は、ＶＴＡ６が最も早く、ＶＴＡ６からＶＴＡ１に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。同様に、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ６は、ＶＴＢ６が最も早く、ＶＴＢ６からＶＴＢ１に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。但し、同一の超音波素子群（例えばＵＧ１）を駆動する第１、第２の駆動信号（例えばＶＴＡ１、ＶＴＢ１）は同一タイミングで供給される。こうすることで、上述した位相走査により、超音波の強度分布のピーク位置は第１の方向Ｄ１の反対方向にシフトする。例えば図５に示すように、超音波の強度分布のピーク位置はＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３の位置になる。ピーク位置ＰＫ１、ＰＫ２、ＰＫ３について、以下に説明する。
上述したように、本実施形態の超音波測定装置３０１によれば、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの少なくとも一方の振幅を可変に設定することができる。即ち、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅との差を可変に設定することができる。以下の説明では、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅をＶＢとする。
ＶＡ＞ＶＢである場合には、第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡ６に最も近い超音波素子１０に印加される駆動電圧の振幅が最も大きくなり、反対に第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢ６に最も近い超音波素子１０に印加される駆動電圧の振幅が最も小さくなる。例えば、図３（Ａ）の場合では、超音波素子１０−８に印加される駆動電圧の振幅が最も大きく、超音波素子１０−１に向かって印加される駆動電圧の振幅が徐々に小さくなる。従って、超音波素子１０−８から出射される超音波強度が最も高く、超音波素子１０−１に向かって出射される超音波強度が徐々に低くなる。従って、超音波の強度分布のピーク位置は第２の方向Ｄ２にシフトする。例えば図５に示すように、超音波の強度分布のピーク位置はＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。
ＶＡ＜ＶＢである場合には、第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢ６に最も近い超音波素子１０に印加される駆動電圧の振幅が最も大きくなり、反対に第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡ６に最も近い超音波素子１０に印加される駆動電圧の振幅が最も小さくなる。従って、上記とは反対に超音波の強度分布のピーク位置は第２の方向Ｄ２の反対方向にシフトする。例えば図５に示すように、超音波の強度分布のピーク位置はＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。
ＶＡ＝ＶＢである場合には、各超音波素子１０に印加される駆動電圧の振幅は同じになるから、例えば図５に示すように、超音波の強度分布のピーク位置はＰＫ１とＰＫ２との間の位置、例えばＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
図６は、位相走査の場合の超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第２の図である。第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ６及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ６は、同一のタイミングで、即ち位相差（時間差）が無く供給される。従って、各超音波素子群から出射される超音波の位相は一致するから、超音波の強度分布のピーク位置は、例えば図６に示すように、ＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３になる。
図５の場合と同様に、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。また、ＶＡ＜ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。また、ＶＡ＝ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
図７は、位相走査の場合の超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第３の図である。第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ６は、ＶＴＡ１が最も早く、ＶＴＡ１からＶＴＡ６に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。同様に、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ６は、ＶＴＢ１が最も早く、ＶＴＢ１からＶＴＢ６に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。但し、同一の超音波素子群（例えばＵＧ１）を駆動する第１、第２の駆動信号（例えばＶＴＡ１、ＶＴＢ１）は同一タイミングで供給される。こうすることで、上述した位相走査により、超音波の強度分布のピーク位置は第１の方向Ｄ１にシフトする。例えば図７に示すように、超音波の強度分布のピーク位置はＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３の位置になる。
図５、図６の場合と同様に、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。また、ＶＡ＜ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。また、ＶＡ＝ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えばＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
図５、図６、図７から分かるように、位相走査の場合において、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅ＶＡと第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅ＶＢとの差を変化させることで、超音波トランスデューサーデバイス２００から出射される超音波のビームのスキャン方向（例えば第１の方向Ｄ１）に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることができる。
具体的には、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅を第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅より大きくすることで、スキャン面を例えば図５、図６、図７に示す第１の設定位置ＳＣ１に設定することができる。また、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅を第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅より小さくすることで、スキャン面を例えば図５、図６、図７に示す第２の設定位置ＳＣ２に設定することができる。また、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅とを同一にすることで、スキャン面を例えば図５、図６、図７に示す第１の設定位置ＳＣ１と第２の設定位置ＳＣ２との間の第３の設定位置ＳＣ３に設定することができる。
本実施形態の超音波測定装置３０１では、リニアスキャンにより超音波の出射方向を変化させることができる。
図８は、本実施形態の超音波測定装置３０１におけるリニアスキャンの場合の超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する図である。図８では、簡単のために第１〜第１２の超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ１２及び第１〜第６のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６から構成される超音波素子アレイ１００について説明する。
リニアスキャンの場合では、所定の領域（駆動対象領域）内にある超音波素子群を駆動し、所定の領域外にある超音波素子群は駆動しない。そして駆動対象領域を例えば第１の方向Ｄ１に沿って移動させることにより、超音波の強度分布のピーク位置を第１の方向Ｄ１（スキャン方向）に沿ってスキャンさせることができる。
図８において、例えば超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧ４を駆動対象とする時には、第１の送信回路５１０が第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡ４に対して第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ４を供給し、第２の送信回路５２０が第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢ４に対して第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ４を供給する。この時の超音波の強度分布のピーク位置は、例えば図８のＡ１に示すＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３になる。
第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ４の振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ４の振幅をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ１に示すＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。また、ＶＡ＜ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ１に示すＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。また、ＶＡ＝ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ１に示すＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
また例えば超音波素子群ＵＧ５〜ＵＧ８を駆動対象とする時には、第１の送信回路５１０が第１端辺側端子ＸＡ５〜ＸＡ８に対して第１の駆動信号ＶＴＡ５〜ＶＴＡ８を供給し、第２の送信回路５２０が第２端辺側端子ＸＢ５〜ＸＢ８に対して第２の駆動信号ＶＴＢ５〜ＶＴＢ８を供給する。この時の超音波の強度分布のピーク位置は、例えば図８のＡ２に示すＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３になる。
第１の駆動信号ＶＴＡ５〜ＶＴＡ８の振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ５〜ＶＴＢ８の振幅をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ２に示すＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。また、ＶＡ＜ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ２に示すＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。また、ＶＡ＝ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ２に示すＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
また例えば超音波素子群ＵＧ９〜ＵＧ１２を駆動対象とする時には、第１の送信回路５１０が第１端辺側端子ＸＡ９〜ＸＡ１２に対して第１の駆動信号ＶＴＡ９〜ＶＴＡ１２を供給し、第２の送信回路５２０が第２端辺側端子ＸＢ９〜ＸＢ１２に対して第２の駆動信号ＶＴＢ９〜ＶＴＢ１２を供給する。この時の超音波の強度分布のピーク位置は、例えば図８のＡ３に示すＰＫ１、ＰＫ２又はＰＫ３になる。
第１の駆動信号ＶＴＡ９〜ＶＴＡ１２の振幅をＶＡとし、第２の駆動信号ＶＴＢ９〜ＶＴＢ１２の振幅をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ３に示すＰＫ１になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ１に示すものになる。また、ＶＡ＜ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ３に示すＰＫ２になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ２に示すものになる。また、ＶＡ＝ＶＢである場合には、超音波の強度分布のピーク位置は例えば図８のＡ３に示すＰＫ３になる。この場合の第２の方向Ｄ２に沿ったビームプロファイルは、例えばＢＰ３に示すものになる。
このようにリニアスキャンの場合においても、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅ＶＡと第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅ＶＢとの差を変化させることで、超音波トランスデューサーデバイス２００から出射される超音波のビームのスキャン方向（例えば第１の方向Ｄ１）に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることができる。
具体的には、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅を第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅より大きくすることで、スキャン面を例えば図８に示す第１の設定位置ＳＣ１に設定することができる。また、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅を第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅より小さくすることで、スキャン面を例えば図８に示す第２の設定位置ＳＣ２に設定することができる。また、第１及び第２の送信回路５１０、５２０の少なくとも一方は、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎの振幅と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅とを同一にすることで、スキャン面を例えば図８に示す第１の設定位置ＳＣ１と第２の設定位置ＳＣ２との間の第３の設定位置ＳＣ３に設定することができる。
図９に、本実施形態の第１、第２の送信回路５１０、５２０の第１の構成例を示す。第１の送信回路５１０は、信号生成回路５１１、電圧選択回路５１２及び遅延回路５１３を含む。また第２の送信回路５２０は、信号生成回路５２１、電圧選択回路５２２及び遅延回路５２３を含む。なお、本実施形態の第１、第２の送信回路５１０、５２０は図９の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
信号生成回路５１１は、例えばパルサー（パルス発生器）であって、正弦波パルス、矩形波パルス、三角波パルスなどを出力する。
電圧選択回路５１２は、信号生成回路５１１からのパルス信号を受けて、パルス信号の振幅を規定する電圧を選択し、選択された電圧に基づく振幅を有するパルス信号を出力する。電圧選択回路５１２は、例えば抵抗素子及びスイッチ素子を含む抵抗分割回路により構成することができる。パルス信号の振幅を規定する電圧は、例えば後述する送受信制御部３３４（図１４）からの制御信号により選択される。
遅延回路５１３は、電圧選択回路５１２からのパルス信号を受けて、互いに所定の時間差（位相差）を持つ第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎを第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎに対して出力する。所定の時間差（遅延時間）は、例えば後述する送受信制御部３３４（図１４）からの制御信号により可変に設定される。こうすることで、第１の送信回路５１０は、位相走査を行うための駆動信号を出力することができる。
第２の送信回路５２０の信号生成回路５２１、電圧選択回路５２２及び遅延回路５２３は、第１の送信回路５１０の信号生成回路５１１、電圧選択回路５１２及び遅延回路５１３と同様であるから詳細な説明を省略する。なお、２つの信号生成回路５１１、５２１は、１つの信号生成回路にまとめてもよい。２つの電圧選択回路５１２、５２２のうちのいずれか一方を省略してもよい。
このように第１、第２の送信回路５１０、５２０の第１の構成例によれば、位相走査を行う場合に、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの少なくとも一方の振幅を可変に設定することができる。
図１０に、本実施形態の第１、第２の送信回路５１０、５２０の第２の構成例を示す。第１の送信回路５１０は、信号生成回路５１１、電圧選択回路５１２及び列選択回路５１４を含む。また第２の送信回路５２０は、信号生成回路５２１、電圧選択回路５２２及び列選択回路５２４を含む。なお、本実施形態の第１、第２の送信回路５１０、５２０は図１０の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
信号生成回路５１１及び電圧選択回路５１２は、上述した第１の構成例（図９）と同じであるから詳細な説明を省略する。
列選択回路５１４は、電圧選択回路５１２からのパルス信号を受けて、第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎのうちの複数の端子を選択し、選択された端子に対して第１の駆動信号を出力する。例えば第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡ４が選択された場合には、第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡ４に対して第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ４を出力する。選択される端子は、例えば後述する送受信制御部３３４（図１４）からの制御信号により可変に設定される。こうすることで、第１の送信回路５１０は、リニアスキャンを行うための駆動信号を出力することができる。
第２の送信回路５２０の信号生成回路５２１、電圧選択回路５２２及び列選択回路５２４は、第１の送信回路５１０の信号生成回路５１１、電圧選択回路５１２及び列選択回路５１４と同様であるから詳細な説明を省略する。なお、２つの信号生成回路５１１、５２１は、１つの信号生成回路にまとめてもよい。２つの電圧選択回路５１２、５２２のうちのいずれか一方を省略してもよい。
このように第１、第２の送信回路５１０、５２０の第２の構成例によれば、リニアスキャンを行う場合に、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ及び第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの少なくとも一方の振幅を可変に設定することができる。
図１１に、本実施形態の超音波測定装置３０１の第２の構成例を示す。超音波測定装置３０１の第２の構成例は、超音波トランスデューサーデバイス２００、第１の送信回路５１０、第２の送信回路５２０及びコモン電圧生成回路５３０を含む。超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波素子アレイ１００、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎ、第１〜第ｎの第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎ及び第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電圧端子Ｙ１〜Ｙｍを含む。図１１では、例としてｍ＝８の場合を示す。なお、本実施形態の超音波測定装置３０１は図１１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波素子アレイ１００、第１の送信回路５１０、第２の送信回路５２０については、上述した超音波測定装置３０１の第１の構成例（図２）と同じであるから、詳細な説明を省略する。
コモン電圧生成回路５３０は、第１〜第８（広義には第１〜第ｍ）のコモン電圧端子Ｙ１〜Ｙ８に対して、互いに異なる電圧の第１〜第８（広義には第１〜第ｍ）のコモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ８を出力する。第１〜第８のコモン電圧端子Ｙ１〜Ｙ８は、第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８の一端と接続される。こうすることで、超音波素子群ＵＧ１〜ＵＧｎの各超音波素子群が有する超音波素子１０に対して第１〜第８のコモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ８のいずれかが供給される。第１〜第８のコモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ８は、例えばＶＣ１＞ＶＣ２＞ＶＣ３＞・・・＞ＶＣ８であり、或いはＶＣ１＜ＶＣ２＜ＶＣ３＜・・・＜ＶＣ８である。
具体的には、例えば図３（Ａ）に示す第ｊの超音波素子群ＵＧｊの場合では、超音波素子１０−１には第１のコモン電圧ＶＣ１が供給され、超音波素子１０−２には第２のコモン電圧ＶＣ２が供給され、超音波素子１０−８には第８のコモン電圧ＶＣ８が供給される。例えばＶＣ１＞ＶＣ２＞ＶＣ３＞・・・＞ＶＣ８である場合には、超音波素子１０−１に供給されるコモン電圧ＶＣ１が最も高く、超音波素子１０−８に向かってコモン電圧は徐々に低くなる。反対に、ＶＣ１＜ＶＣ２＜ＶＣ３＜・・・＜ＶＣ８である場合には、超音波素子１０−１に供給されるコモン電圧ＶＣ１が最も低く、超音波素子１０−８に向かってコモン電圧は徐々に高くなる。
図１２に、超音波素子に印加される電圧（印加電圧）と超音波素子の変位量との関係の一例を示す。横軸は印加電圧であり、縦軸は変位量である。図１２に示すように、印加電圧と変位量の関係は非線形である。以下の説明では、第ｊの超音波素子群ＵＧｊに供給される第１の駆動信号ＶＴＡｊと第２の駆動信号ＶＴＢｊとは同一の振幅をもつ信号であるとし、簡単に駆動信号ＶＤＲと表記する。
超音波素子１０の圧電体膜３０に印加される電圧（印加電圧）は、駆動信号電圧ＶＤＲとコモン電圧ＶＣとの差ＶＤＲ−ＶＣであるから、ＶＤＲが同一であってもＶＣが異なれば印加電圧が異なる。駆動信号ＶＤＲは所定の周波数で電圧が変化する信号（交流成分をもつ信号）であり、例えば交流成分が正弦波である場合には、ＶＤＲは時間ｔの関数として次式で与えられる。
ＶＤＲ＝ＶＸ×ｓｉｎωｔ＋ＶＤ （２）
ここでＶＸは交流成分の電圧振幅、ωは交流成分の角周波数、ＶＤは直流成分の電圧である。
（２）式のＶＤＲがそれぞれに供給され、互いに電圧が異なるコモン電圧ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３が供給される３個の超音波素子１０−１、１０−２、１０−３を考える。超音波素子１０−１、１０−２、１０−３の印加電圧ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３は、次式で表される。
ＶＥ１＝ＶＤＲ−ＶＣ１＝ＶＸ×ｓｉｎωｔ＋ＶＤ−ＶＣ１ （３）
ＶＥ２＝ＶＤＲ−ＶＣ２＝ＶＸ×ｓｉｎωｔ＋ＶＤ−ＶＣ２ （４）
ＶＥ３＝ＶＤＲ−ＶＣ３＝ＶＸ×ｓｉｎωｔ＋ＶＤ−ＶＣ３ （５）
ＶＣ１＞ＶＣ２＞ＶＣ３である場合には、各印加電圧の直流成分は次のような関係になる。
ＶＤ−ＶＣ１＜ＶＤ−ＶＣ２＜ＶＤ−ＶＣ３ （６）
従って、印加電圧ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３は、図１２に示すように、それぞれの直流成分ＶＤ−ＶＣ１、ＶＤ−ＶＣ２、ＶＤ−ＶＣ３を中心に±ＶＸの範囲で変化する。印加電圧と変位量の関係が非線形であるために、ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３に対応する変位量をＤＸ１、ＤＸ２、ＤＸ３とすると、ＤＸ１＞ＤＸ２＞ＤＸ３となる。即ち、超音波素子１０−１の変位量が最も大きく、超音波素子１０−１から超音波素子１０−３に向かって変位量が減少する。従って、超音波素子１０−１から出射される超音波の強度が最も大きく、超音波素子１０−１から超音波素子１０−３に向かって、出射される超音波の強度が減少する。その結果、出射される超音波の強度分布のピーク位置をシフトさせることができる。
超音波測定装置３０１の第２の構成例によれば、例えば図５、図６、図７の位相走査において、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ６と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ６との振幅が同じ場合であっても、第１〜第６のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６に供給されるコモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ６をＶＣ１＜ＶＣ２＜・・・＜ＶＣ６とすることで、超音波の強度分布のピーク位置をＰＫ１に設定することができる。また、コモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ６をＶＣ１＞ＶＣ２＞・・・＞ＶＣ６とすることで、超音波の強度分布のピーク位置をＰＫ２に設定することができる。また、コモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ６をＶＣ１＝ＶＣ２＝・・・＝ＶＣ６とすることで、超音波の強度分布のピーク位置をＰＫ３に設定することができる。即ち、コモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ６を上記のように設定することで、スキャン面を第１、第２又は第３の設定位置ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３に設定することができる。
さらに図８のリニアスキャンにおいても、第１の駆動信号ＶＴＡ１〜ＶＴＡ６と第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢ６との振幅が同じ場合であっても、コモン電圧ＶＣ１〜ＶＣ６を上記のように設定することで、スキャン面を第１、第２又は第３の設定位置ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３に設定することができる。
このように本実施形態の超音波測定装置３０１の第２の構成例（図１１）によれば、第１、第２の送信回路５１０、５２０により、第１の駆動信号の振幅ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎと第２の駆動信号ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎの振幅との差を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。さらにコモン電圧生成回路５３０により、互いに異なる電圧のコモン電圧ＶＣ１〜ＶＣｍを供給することで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。その結果、スキャン面の設定位置をより広い範囲で可変に設定することが可能になる。
図１３に、本実施形態の超音波測定装置３０１の実装例を示す。図１３に示す実装例は、図２に示した超音波測定装置３０１の第１の構成例に対応する。図１３に示す超音波測定装置３０１は、超音波トランスデューサーデバイス２００、接続部２１０及び支持部材２５０を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置３０１は図１３の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波素子アレイ１００、第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎ、第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎ及びコモン電圧端子ＣＯＭを含む。超音波トランスデューサーデバイス２００については、既に図２において説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。
接続部２１０は、プローブ本体と超音波測定装置３０１とを電気的に接続するものであって、複数の接続端子を有するコネクターと、コネクターと超音波トランスデューサーデバイス２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板とを有する。具体的には、接続部２１０は、コネクターとして第１のコネクター４２１及び第２のコネクター４２２を有し、フレキシブル基板として第１のフレキシブル基板１３０及び第２のフレキシブル基板１４０を有する。
第１の送信回路５１０は、第１のフレキシブル基板１３０に実装される。第１のフレキシブル基板１３０が第１〜第ｎの第１端辺側端子ＸＡ１〜ＸＡｎに電気的に接続されることで、第１の送信回路５１０と超音波トランスデューサーデバイス２００とが電気的に接続される。また、第１の送信回路５１０は、第１のコネクター４２１を介して、後述する処理装置３３０（図１４）と電気的に接続される。
第２の送信回路は、第２のフレキシブル基板１４０に実装される。第２のフレキシブル基板１４０が第１〜第ｎの第２端辺側端子ＸＢ１〜ＸＢｎに電気的に接続されることで、第２の送信回路５２０と超音波トランスデューサーデバイス２００とが電気的に接続される。また、第２の送信回路５２０は、第２のコネクター４２２を介して、後述する処理装置３３０（図１４）と電気的に接続される。
支持部材２５０は、超音波トランスデューサーデバイス２００を支持する部材であって、支持部材２５０の第１の面側に第１、第２のコネクター４２１、４２２が設けられ、支持部材２５０の第１の面の裏面である第２の面側に超音波トランスデューサーデバイス２００が支持される。
図１３に示す超音波測定装置３０１は、後述するプローブヘッド３１０（図１５（Ｃ））に格納することができる。この場合に、第１、第２のフレキシブル基板１３０、１４０を超音波出射方向の反対方向側に屈曲させて格納することができる。
接続部２１０を設けることで、プローブ本体と超音波測定装置３０１とを電気的に接続することができ、さらに超音波測定装置３０１をプローブ本体に脱着可能にすることができる。また、第１、第２の送信回路５１０、５２０を第１、第２のフレキシブル基板１３０、１４０に実装することで、超音波測定装置３０１を小型化することができる。
以上説明したように、本実施形態の超音波測定装置３０１によれば、超音波トランスデューサーデバイス２００から出射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることができる。こうすることで、例えばスライス方向に沿って複数のスキャン面を設定して、各スキャン面に沿って超音波ビームを走査することにより、複数の断面画像を得ることができる。その結果、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置３０１を実現することなどが可能になる。
３．プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
図１４に、本実施形態の電子機器（超音波診断装置）４００の基本的な構成例を示す。超音波診断装置４００は、超音波プローブ３００、超音波診断装置本体４０１を含む。超音波プローブ３００は、プローブヘッド３１０、処理装置３３０を含む。超音波診断装置本体４０１は、制御部４１０、処理部４２０、ユーザーインターフェース部（ＵＩ部）４３０、表示部４４０を含む。
プローブヘッド３１０は、超音波測定装置３０１を含む。超音波測定装置３０１は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、超音波トランスデューサーデバイス２００を回路基板（例えばリジッド基板）に接続する接続部２１０（コネクター部）とを含む。回路基板には、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。接続部２１０には、第１、第２の送信回路５１０、５２０が実装されている。
処理装置３３０は、送受信制御部３３４、受信部３３５（アナログフロントエンド部）を含む。超音波を送信する場合には、送受信制御部３３４が第１、第２の送信回路５１０、５２０に対して送信指示を行い、第１、第２の送信回路５１０、５２０がその送信指示を受けて第１、第２の駆動信号を出力する。受信部３３５は不図示のリミッター回路を有しており、そのリミッター回路が駆動電圧を遮断する。超音波の反射波を受信する場合には、超音波トランスデューサーデバイス２００により検出された反射波の信号を受信部３３５が受信する。受信部３３５は、送受信制御部３３４からの受信指示に基づいて、反射波の信号を処理（例えば増幅処理や、Ａ／Ｄ変換処理等）し、処理後の信号を処理部４２０に送信する。処理部４２０は、その信号に基づいて表示用画像データを生成し、表示部４４０に表示させる。
なお、本実施形態の超音波測定装置３０１は、上記のような医療用の超音波診断装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。例えば、本実施形態の超音波測定装置３０１が適用された電子機器として、建築物等の内部を非破壊検査する診断機器や、ユーザーの指の動きを超音波の反射により検出するユーザーインターフェース機器等が想定される。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に、本実施形態の超音波診断装置４００の具体的な構成例を示す。図１５（Ａ）は携帯型の超音波診断装置４００を示し、図１５（Ｂ）は据置型の超音波診断装置４００を示す。
携帯型及び据置型の超音波診断装置４００は共に、超音波プローブ３００、ケーブル３５０及び超音波診断装置本体４０１を含む。超音波プローブ３００は、ケーブル３５０により超音波診断装置本体４０１に接続される。超音波診断装置本体４０１は表示用画像データを表示する表示部４４０を含む。
図１５（Ｃ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の具体的な構成例を示す。超音波プローブ３００はプローブヘッド３１０及びプローブ本体３２０を含み、図１５（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３１０はプローブ本体３２０と脱着可能である。
プローブヘッド３１０は、超音波測定装置３０１、プローブ筐体２４０、プローブヘッド側コネクター４２５を含む。超音波測定装置３０１は、超音波トランスデューサーデバイス２００、接続部２１０、支持部材２５０を含む。
プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクター４２６を含む。プローブ本体側コネクター４２６は、プローブヘッド側コネクター４２５と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により超音波診断装置本体４０１に接続される。
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
１０ 超音波トランスデューサー素子（超音波素子）、
２１ 第１電極層（下部電極）、２２ 第２電極層（上部電極）、
３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、４５ 開口、５０ 振動膜、
６０ 基板、１００ 超音波素子アレイ、１３０ 第１のフレキシブル基板、
１４０ 第２のフレキシブル基板、２００ 超音波トランスデューサーデバイス、
２１０ 接続部、２４０ プローブ筐体、２５０ 支持部材、
３００ 超音波プローブ、３０１ 超音波測定装置、３１０ プローブヘッド、
３２０ プローブ本体、３３０ 処理装置、３３４ 送受信制御部、３３５ 受信部、
３５０ ケーブル、４００ 電子機器（超音波診断装置）、
４０１ 電子機器本体（超音波診断装置本体）、４１０ 制御部、４２０ 処理部、
４２１、４２２ コネクター、４２５ ヘッドユニット側コネクター、
４２６ プローブ本体側コネクター、４３０ ユーザーインターフェース部、
４４０ 表示部、５１０ 第１の送信回路、５２０ 第２の送信回路、
ＸＡ１〜ＸＡｎ 第１端辺側端子、ＸＢ１〜ＸＢｎ 第２端辺側端子、
ＶＴＡ１〜ＶＴＡｎ 第１の駆動信号、ＶＴＢ１〜ＶＴＢｎ 第２の駆動信号

Claims (14)

  1. 超音波素子アレイと、第１の端辺側に設けられる第１の第１端辺側端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１端辺側端子と、前記第１の端辺に対向する第２の端辺側に設けられる第１の第２端辺側端子〜第ｎの第２端辺側端子とを有する超音波トランスデューサーデバイスと、
    前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子に対して、第１の駆動信号を出力する第１の送信回路と、
    前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子に対して、第２の駆動信号を出力する第２の送信回路とを含み、
    前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号の少なくとも一方の振幅を可変に設定することを特徴とする超音波測定装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方により、前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅との差を変化させることで、前記超音波トランスデューサーデバイスから出射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることを特徴とする超音波測定装置。
  3. 請求項２において、
    前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方は、
    前記第１の駆動信号の振幅を前記第２の駆動信号の振幅より大きくすることで、前記スキャン面を第１の設定位置に設定し、
    前記第１の駆動信号の振幅を前記第２の駆動信号の振幅より小さくすることで、前記スキャン面を、前記第１の設定位置とは異なる第２の設定位置に設定することを特徴とする超音波測定装置。
  4. 請求項３において、
    前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路の少なくとも一方は、
    前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅とを同一にすることで、前記スキャン面を前記第１の設定位置と前記第２の設定位置との間の第３の設定位置に設定することを特徴とする超音波測定装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    前記第１の送信回路は、位相走査を行うための前記第１の駆動信号を出力し、
    前記第２の送信回路は、前記位相走査を行うための前記第２の駆動信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
  6. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    前記第１の送信回路は、リニアスキャンを行うための前記第１の駆動信号を出力し、
    前記第２の送信回路は、前記リニアスキャンを行うための前記第２の駆動信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子に接続される第１のフレキシブル基板と、
    前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子に接続される第２のフレキシブル基板とを含み、
    前記第１の送信回路は、前記第１のフレキシブル基板に実装され、
    前記第２の送信回路は、前記第２のフレキシブル基板に実装されることを特徴とする超音波測定装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
    前記超音波素子アレイは、
    第１の方向に沿って配置される第１の超音波素子群〜第ｎの超音波素子群を有し、
    前記第１の超音波素子群〜前記第ｎの超音波素子群のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の超音波素子群の第１端辺側ノードは、前記第１の第１端辺側端子〜前記第ｎの第１端辺側端子のうちの第ｊの第１端辺側端子に接続され、
    前記第ｊの超音波素子群の第２端辺側ノードは、前記第１の第２端辺側端子〜前記第ｎの第２端辺側端子のうちの第ｊの第２端辺側端子に接続され、
    前記第ｊの超音波素子群は、
    複数の超音波素子と、
    前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、一端が前記第１端辺側ノードに接続され、他端が前記第２端辺側ノードに接続される駆動電極線とを有し、
    前記第ｊの超音波素子群の前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記駆動電極線に接続されることを特徴とする超音波測定装置。
  9. 請求項８において、
    コモン電圧を出力するコモン電圧生成回路を含み、
    前記超音波トランスデューサーデバイスは、
    第１のコモン電圧端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電圧端子を有し、
    前記超音波素子アレイは、
    前記第１の方向に沿って配線され、前記第１のコモン電圧端子〜前記第ｍのコモン電圧端子に接続される第１のコモン電極線〜第ｍのコモン電極線を有し、
    前記第ｊの超音波素子群の前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記第１のコモン電極線〜前記第ｍのコモン電極線のうちのいずれかに接続され、
    前記コモン電圧生成回路は、
    前記第１のコモン電圧端子〜前記第ｍのコモン電圧端子に対して、互いに異なる電圧の前記コモン電圧を出力することを特徴とする超音波測定装置。
  10. 請求項８又は９において、
    前記超音波トランスデューサーデバイスは、
    複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、
    前記第ｊの超音波素子群が有する前記複数の超音波素子の各超音波素子は、前記複数の開口の各開口ごとに設けられ、
    前記複数の超音波素子の各超音波素子は、
    前記開口を塞ぐ振動膜と、
    前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
    前記圧電素子部は、
    前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
    前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
    前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、
    前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極のいずれか一方であることを特徴とする超音波測定装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の超音波測定装置を含むことを特徴とするプローブヘッド。
  12. 請求項１１に記載のプローブヘッドと、
    前記超音波測定装置からの信号を処理する処理装置とを含むことを特徴とする超音波プローブ。
  13. 請求項１２に記載の超音波プローブを含むことを特徴とする電子機器。
  14. 請求項１３に記載の超音波プローブと、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
JP2012229586A 2012-10-17 2012-10-17 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 Active JP6011235B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012229586A JP6011235B2 (ja) 2012-10-17 2012-10-17 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
US14/055,003 US20140104989A1 (en) 2012-10-17 2013-10-16 Ultrasonic diagnostic apparatus, probe head, ultrasonic probe, electronic machine, and ultrasonic diagnostic apparatus
CN201310488007.8A CN103767729B (zh) 2012-10-17 2013-10-17 超声波测量装置、探头、探测器、电子设备及诊断装置
US15/818,068 US10608753B2 (en) 2012-10-17 2017-11-20 Ultrasonic diagnostic apparatus, probe head, ultrasonic probe, electronic machine, and ultrasonic diagnostic apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012229586A JP6011235B2 (ja) 2012-10-17 2012-10-17 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014079403A JP2014079403A (ja) 2014-05-08
JP6011235B2 true JP6011235B2 (ja) 2016-10-19

Family

ID=50475218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012229586A Active JP6011235B2 (ja) 2012-10-17 2012-10-17 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20140104989A1 (ja)
JP (1) JP6011235B2 (ja)
CN (1) CN103767729B (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6024120B2 (ja) * 2012-02-24 2016-11-09 セイコーエプソン株式会社 超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び診断装置
JP6069848B2 (ja) * 2012-02-24 2017-02-01 セイコーエプソン株式会社 プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び診断装置
JP5978648B2 (ja) 2012-02-24 2016-08-24 セイコーエプソン株式会社 超音波装置、プローブ、電子機器、診断装置及び処理装置
JP5990929B2 (ja) * 2012-02-24 2016-09-14 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー装置およびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置
JP6102284B2 (ja) * 2013-01-29 2017-03-29 セイコーエプソン株式会社 超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置
JP6402983B2 (ja) * 2014-08-29 2018-10-10 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス、超音波デバイスの製造方法、超音波プローブ、超音波測定装置、電子機器
JP2017046811A (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定機
JP2017103267A (ja) * 2015-11-30 2017-06-08 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電素子の形成方法および超音波装置
JP6724502B2 (ja) * 2016-04-06 2020-07-15 セイコーエプソン株式会社 超音波装置
CN106412780B (zh) * 2016-09-05 2020-06-05 南昌欧菲生物识别技术有限公司 超声波探头及其制造方法
JP7013661B2 (ja) * 2017-03-22 2022-02-01 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイスユニット、超音波探触子、及び超音波装置
CN110297521B (zh) * 2019-06-24 2021-06-15 Oppo广东移动通信有限公司 工作模式切换方法、装置、存储介质及电子设备
EP3885055B1 (en) * 2020-03-24 2023-07-05 Imec VZW Method of generating ultrasound and ultrasound generator
KR102625027B1 (ko) * 2023-03-24 2024-01-16 한국과학기술원 공간 초음파 변조기 및 이를 구비하는 초음파 장치와 이를 이용한 진폭변조 초음파의 생성방법

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803336A (en) * 1972-09-07 1974-04-09 Us Navy Acoustic torpedo beam pattern simulator
US6310832B1 (en) * 1982-11-17 2001-10-30 Raytheon Company Interpolated beamforming tracker
US5460181A (en) * 1994-10-06 1995-10-24 Hewlett Packard Co. Ultrasonic transducer for three dimensional imaging
US5524626A (en) * 1995-06-30 1996-06-11 Siemens Medical Systems, Inc. System and method for determining local attenuation for ultrasonic imaging
JPH09154844A (ja) * 1995-12-12 1997-06-17 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
US5797845A (en) * 1996-11-04 1998-08-25 Barabash; Leonid S. Ultrasound apparatus for three dimensional image reconstruction
WO1998035529A2 (en) * 1997-02-07 1998-08-13 Sri International Elastomeric dielectric polymer film sonic actuator
US5851187A (en) * 1997-10-01 1998-12-22 General Electric Company Method and apparatus for ultrasonic beamforming with spatially encoded transmits
US6775388B1 (en) * 1998-07-16 2004-08-10 Massachusetts Institute Of Technology Ultrasonic transducers
US6160340A (en) * 1998-11-18 2000-12-12 Siemens Medical Systems, Inc. Multifrequency ultrasonic transducer for 1.5D imaging
US6795374B2 (en) * 2001-09-07 2004-09-21 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Bias control of electrostatic transducers
US7087023B2 (en) * 2003-02-14 2006-08-08 Sensant Corporation Microfabricated ultrasonic transducers with bias polarity beam profile control and method of operating the same
JP4468136B2 (ja) * 2003-11-06 2010-05-26 富士フイルム株式会社 超音波送受信装置
US20050131302A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-16 Poland Mckee D. Ultrasonic probe having a selector switch
JP4575728B2 (ja) 2004-08-25 2010-11-04 富士フイルム株式会社 超音波内視鏡及び超音波内視鏡装置
JP4790315B2 (ja) * 2005-05-31 2011-10-12 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 静電容量型超音波振動子
US7775979B2 (en) * 2005-06-29 2010-08-17 General Electric Company Transmit and receive interface array for highly integrated ultrasound scanner
US7321457B2 (en) * 2006-06-01 2008-01-22 Qualcomm Incorporated Process and structure for fabrication of MEMS device having isolated edge posts
US8081783B2 (en) * 2006-06-20 2011-12-20 Industrial Technology Research Institute Miniature acoustic transducer
JP4842726B2 (ja) * 2006-07-18 2011-12-21 富士フイルム株式会社 超音波検査装置
JP2008042478A (ja) * 2006-08-04 2008-02-21 Canon Inc 撮像装置、放射線撮像装置、及びその駆動方法
US7903830B2 (en) * 2006-08-10 2011-03-08 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Push-pull capacitive micro-machined ultrasound transducer array
JP2008099036A (ja) * 2006-10-12 2008-04-24 Olympus Medical Systems Corp 超音波トランスデューサ、超音波探触子及び超音波診断装置
WO2009020617A1 (en) * 2007-08-06 2009-02-12 Orison Corporation System and method for three-dimensional ultrasound imaging
US8047995B2 (en) * 2007-08-28 2011-11-01 Olympus Medical Systems Corp. Ultrasonic transducer, method of manufacturing ultrasonic transducer, ultrasonic diagnostic apparatus, and ultrasonic microscope
US8100015B2 (en) * 2007-11-20 2012-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic inspection apparatus and ultrasonic probe used for same
US8363514B2 (en) * 2007-12-03 2013-01-29 Kolo Technologies, Inc. Variable operating voltage in micromachined ultrasonic transducer
US20090182233A1 (en) * 2008-01-10 2009-07-16 Robert Gideon Wodnicki Ultrasound System With Integrated Control Switches
US8795182B2 (en) * 2009-07-22 2014-08-05 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Switch for aperture control in medical diagnostic ultrasound imaging
US8820165B2 (en) * 2010-04-14 2014-09-02 Seiko Epson Corporation Ultrasonic sensor and electronic device
JP5754145B2 (ja) 2011-01-25 2015-07-29 セイコーエプソン株式会社 超音波センサーおよび電子機器
US9950342B2 (en) * 2012-03-13 2018-04-24 Koninklijke Philips N.V. Capacitive micro-machined ultrasound transducer device with charging voltage source
JP5970704B2 (ja) * 2012-05-30 2016-08-17 セイコーエプソン株式会社 駆動装置、超音波プローブ及び超音波診断装置
JP6273743B2 (ja) * 2013-09-30 2018-02-07 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイスおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置
JP6442821B2 (ja) * 2013-09-30 2018-12-26 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス及び電子機器
WO2015092458A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 B-K Medical Aps Ultrasound imaging transducer array with integrated apodization
CN106061398B (zh) * 2015-01-30 2019-07-12 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 超声成像方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20180091235A1 (en) 2018-03-29
JP2014079403A (ja) 2014-05-08
US20140104989A1 (en) 2014-04-17
CN103767729A (zh) 2014-05-07
CN103767729B (zh) 2017-11-28
US10608753B2 (en) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6011235B2 (ja) 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
JP6160120B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び超音波画像装置
JP6102284B2 (ja) 超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置
JP5966621B2 (ja) 超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置
JP6069848B2 (ja) プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び診断装置
JP6135185B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス、ヘッドユニット、プローブ、超音波画像装置及び電子機器
JP2014046062A (ja) 超音波プローブ用アタッチメント、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
JP5970704B2 (ja) 駆動装置、超音波プローブ及び超音波診断装置
JP6024120B2 (ja) 超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び診断装置
JP6465161B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス及び超音波測定装置
JP5978648B2 (ja) 超音波装置、プローブ、電子機器、診断装置及び処理装置
JP6135184B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス、ヘッドユニット、プローブ及び超音波画像装置
JP6206033B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス及び超音波測定装置
JP6024155B2 (ja) 超音波装置、超音波プローブ、電子機器及び診断装置
JP6123423B2 (ja) 超音波プローブ、超音波測定装置及び超音波画像装置
JP2014124431A (ja) 音響レンズ、ヘッドユニット、プローブ、超音波画像装置及び補正部材
JP6187646B2 (ja) 超音波装置、プローブ、電子機器及び診断装置
JP6024154B2 (ja) 超音波装置、プローブ、電子機器及び診断装置
JP6024156B2 (ja) 超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置
JP5948951B2 (ja) 超音波装置、超音波プローブ、電子機器及び診断装置
JP2014197736A (ja) 超音波トランスデューサーデバイス、超音波トランスデューサーユニット、ヘッドユニット、超音波プローブ、超音波画像装置及び超音波トランスデューサーデバイスの制御方法
JP2016172112A (ja) 超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150108

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151005

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160609

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20160624

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160823

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160826

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160905

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6011235

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150