JP6024155B2 - Ultrasonic device, ultrasonic probe, electronic device and diagnostic device - Google Patents

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Description

本発明は、超音波装置、超音波プローブ、電子機器及び診断装等に関する。 The present invention is an ultrasonic device, an ultrasonic probe, an electronic apparatus and diagnostic equipment and the like.

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。しかしながらこの手法では、アレイ正面に出射する場合にコモン電極線の電位が変動して超音波強度が小さくなるという問題がある。   2. Description of the Related Art As an apparatus for irradiating ultrasonic waves toward an object and receiving reflected waves from interfaces with different acoustic impedances inside the object, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus for inspecting the inside of a human body is known . As an ultrasonic device (ultrasonic probe) used in an ultrasonic diagnostic apparatus, in Patent Document 1, piezoelectric elements are arranged in a matrix array, and a wire is provided for each row and column so that beams are emitted in the row direction and the column direction. A technique for scanning is disclosed. However, this method has a problem that the ultrasonic wave intensity is reduced by changing the potential of the common electrode line when the light is emitted to the front of the array.

特開2006−61252号公報JP 2006-61252 A

本発明の幾つかの態様によれば、位相走査時の超音波強度の変化を低減することができる超音波装置、超音波プローブ、電子機器、診断装置及び処理装置等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic device, an ultrasonic probe, an electronic device, a diagnostic device, a processing device, and the like that can reduce changes in ultrasonic intensity during phase scanning.

本発明の一態様は、超音波素子アレイと、可変容量回路とを含み、前記超音波素子アレイは、各超音波素子列において複数の超音波素子が第1の方向に沿って配置される第1の超音波素子列〜第n(nは2以上の整数)の超音波素子列と、前記第1の方向に沿って配線される第1の信号線〜第nの信号線と、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る第1のコモン電極線〜第m(mは2以上の整数)のコモン電極線とを有し、前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列は、前記第2の方向に沿って配置され、前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列のうちの、第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第1の電極は、前記第1の信号線〜前記第nの信号線のうちの第jの信号線に接続され、前記第jの超音波素子列を構成する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、前記可変容量回路は、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線に共通接続され、前記可変容量回路の容量値は、当該超音波装置の動作状態に応じた容量値に設定される超音波装置に関係する。   One aspect of the present invention includes an ultrasonic element array and a variable capacitance circuit, and the ultrasonic element array includes a plurality of ultrasonic elements arranged in a first direction in each ultrasonic element row. 1 ultrasonic element array to nth (n is an integer greater than or equal to 2) ultrasonic element array, a first signal line to an nth signal line wired along the first direction, and the first A first common electrode line to an m-th (m is an integer of 2 or more) common electrode line wired along a second direction intersecting with the first direction, and the first ultrasonic element array The n-th ultrasonic element array is arranged along the second direction, and the j-th (j is 1 ≦ 1) among the first ultrasonic element array to the n-th ultrasonic element array. The first electrodes included in each of the plurality of ultrasonic elements constituting an ultrasonic element array of j ≦ n are the first signal line to the nth. The second electrodes connected to the j-th signal line among the signal lines and included in each of the plurality of ultrasonic elements constituting the j-th ultrasonic element array are the first common electrode line to the first electrode line. the variable capacitance circuit is connected in common to the first common electrode line to the m-th common electrode line, and the capacitance value of the variable capacitance circuit is The present invention relates to an ultrasonic device that is set to a capacitance value corresponding to the operating state of the ultrasonic device.

本発明の一態様によれば、第1〜第mのコモン電極線に容量を付加し、さらにその容量値を動作状態に応じて変化させることができるから、第1〜第mのコモン電極線の電位の変動を低減することができる。その結果、放射される超音波の強度の低下を抑えることができるから、動作状態に関わらず超音波強度を一定にすることなどが可能になる。   According to one aspect of the present invention, capacitance can be added to the first to m-th common electrode lines, and the capacitance value can be changed according to the operating state. Fluctuations in the potential can be reduced. As a result, a decrease in the intensity of the emitted ultrasonic wave can be suppressed, so that the ultrasonic intensity can be made constant regardless of the operating state.

また本発明の一態様では、前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列の前記各超音波素子列は、前記複数の超音波素子として、前記第1の方向に沿って配置される第1の超音波素子〜第mの超音波素子を有し、前記第1の超音波素子〜前記第mの超音波素子のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の超音波素子が有する前記第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第iのコモン電極線に接続されてもよい。   In the aspect of the invention, each of the ultrasonic element arrays of the first to nth ultrasonic element arrays may be the plurality of ultrasonic elements along the first direction. The first ultrasonic element to the m-th ultrasonic element are arranged, and i (i is 1 ≦ i ≦ m) of the first to m-th ultrasonic elements. The second electrode included in the (integer) ultrasonic element may be connected to an i-th common electrode line among the first common electrode line to the m-th common electrode line.

このようにすれば、例えば超音波素子をm行n列のマトリックス状に配置し、第i行の各超音波素子が有する第2の電極を第iのコモン電極線に接続することができる。   In this way, for example, the ultrasonic elements can be arranged in a matrix of m rows and n columns, and the second electrode of each ultrasonic element in the i-th row can be connected to the i-th common electrode line.

また本発明の一態様では、超音波出力の位相走査時において、前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、同位相の第1の駆動信号〜第nの駆動信号が入力される第1の動作状態では、前記可変容量回路の容量値が第1の容量値に設定され、前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、互いに異なる位相の前記第1の駆動信号〜前記第nの駆動信号が入力される第2の動作状態では、前記可変容量回路の容量値が前記第1の容量値より小さい第2の容量値に設定されてもよい。   In one embodiment of the present invention, the first drive signal to the n-th drive signal having the same phase are input to the first signal line to the n-th signal line during phase scanning of ultrasonic output. In the first operating state, the capacitance value of the variable capacitance circuit is set to the first capacitance value, and the first signal line to the nth signal line have phases different from each other with respect to the first signal line to the nth signal line. In the second operation state in which the drive signal to the n-th drive signal are input, the capacitance value of the variable capacitance circuit may be set to a second capacitance value smaller than the first capacitance value.

このようにすれば、同位相の駆動信号が入力される第1の動作状態では大きな容量値に設定され、互いに異なる位相の駆動信号が入力される第2の動作状態では小さな容量値に設定される。こうすることで、コモン電極線の電圧変動が大きくなる第1の状態において、放射される超音波の強度の低下を抑えることができる。   In this way, a large capacitance value is set in the first operation state in which drive signals having the same phase are input, and a small capacitance value is set in the second operation state in which drive signals having different phases are input. The By doing so, it is possible to suppress a decrease in the intensity of the emitted ultrasonic wave in the first state in which the voltage fluctuation of the common electrode line becomes large.

また本発明の一態様では、前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、前記第1の駆動信号〜前記第nの駆動信号が第1の期間〜第nの期間において入力され、前記第1の期間〜前記第nの期間の重なり度合に応じて、前記可変容量回路の前記第2の容量値が設定されてもよい。   In one embodiment of the present invention, the first drive signal to the nth drive signal are input to the first signal line to the nth signal line in the first period to the nth period. The second capacitance value of the variable capacitance circuit may be set according to the degree of overlap between the first period and the nth period.

このようにすれば、第1〜第nの期間の重なり度合に応じて容量値が設定されるから、位相走査時のビーム方向による超音波強度の変化を抑制することができる。   In this way, since the capacitance value is set according to the degree of overlap between the first to nth periods, it is possible to suppress changes in ultrasonic intensity due to the beam direction during phase scanning.

また本発明の一態様では、前記第1の期間〜前記第nの期間の前記重なり度合が大きいほど、前記可変容量回路の前記第2の容量値が大きな値に設定されてもよい。   In the aspect of the invention, the second capacitance value of the variable capacitance circuit may be set to a larger value as the degree of overlap between the first period to the nth period is larger.

このようにすれば、第1〜第nの期間の重なり度合が大きい場合、即ちコモン電極線の電圧変動が大きくなる場合に容量値を大きな値に設定することができるから、位相走査時のビーム方向による超音波強度の変化を低減することができる。   In this way, the capacitance value can be set to a large value when the degree of overlap between the first to n-th periods is large, that is, when the voltage fluctuation of the common electrode line becomes large. It is possible to reduce the change in the ultrasonic intensity depending on the direction.

また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、超音波を放射する送信期間には、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線と電気的に接続され、超音波エコー信号を受信する受信期間には、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線と電気的に非接続となってもよい。   In one embodiment of the present invention, the variable capacitance circuit is electrically connected to the first common electrode line to the m-th common electrode line during a transmission period in which ultrasonic waves are emitted, and an ultrasonic echo signal May be electrically disconnected from the first common electrode line to the m-th common electrode line.

このようにすれば、受信期間には可変容量回路の容量をコモン電極線から電気的に切り離すことができるから、エコー信号を受信する際の受信感度の低減などを防止することができる。   In this way, since the capacitance of the variable capacitance circuit can be electrically disconnected from the common electrode line during the reception period, it is possible to prevent a reduction in reception sensitivity when receiving an echo signal.

また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、圧電素子により構成される容量素子を有してもよい。   In one embodiment of the present invention, the variable capacitance circuit may include a capacitive element including a piezoelectric element.

このようにすれば、容量素子を超音波素子と同一の製造プロセスにより形成することができるから、超音波素子アレイと同一の基板上に形成することができる。   In this way, the capacitive element can be formed by the same manufacturing process as the ultrasonic element, and thus can be formed on the same substrate as the ultrasonic element array.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波装置を含む超音波プローブに関係する。   Another aspect of the present invention relates to an ultrasonic probe including any of the ultrasonic devices described above.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波装置を含む電子機器に関係する。   Another aspect of the present invention relates to an electronic apparatus including the ultrasonic device according to any one of the above.

また、本発明の他の態様では、前記可変容量回路の容量値を前記超音波装置の動作状態に応じた容量値に設定する制御部を含んでもよい。   In another aspect of the present invention, a control unit may be included that sets the capacitance value of the variable capacitance circuit to a capacitance value corresponding to the operating state of the ultrasonic apparatus.

このようにすれば、制御部により、可変容量回路の容量値を超音波装置の動作状態に応じた容量値に設定することができるから、位相走査時のビーム方向による超音波強度の変化を低減することなどが可能になる。   In this way, the control unit can set the capacitance value of the variable capacitance circuit to a capacitance value according to the operating state of the ultrasonic device, thereby reducing the change in ultrasonic intensity due to the beam direction during phase scanning. It becomes possible to do.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波装置を含む診断装置に関係する。   Another aspect of the present invention relates to a diagnostic apparatus including any of the ultrasonic apparatuses described above.

本発明の他の態様は、超音波素子アレイを有する超音波装置の処理装置であって、前記超音波素子アレイの送受信処理を行う送受信部と、可変容量回路と、前記送受信部の制御及び前記可変容量回路の容量値を設定する制御を行う制御部とを含み、前記超音波素子アレイは、各超音波素子列において複数の超音波素子が第1の方向に沿って配置される第1の超音波素子列〜第n(nは2以上の整数)の超音波素子列と、前記第1の方向に沿って配線される第1の信号線〜第nの信号線と、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る第1のコモン電極線〜第m(mは2以上の整数)のコモン電極線とを有し、前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列は、前記第2の方向に沿って配置され、前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列のうちの、第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第1の電極は、前記第1の信号線〜前記第nの信号線のうちの第jの信号線に接続され、前記第jの超音波素子列を構成する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、前記可変容量回路は、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線に共通接続され、前記制御部は、前記可変容量回路の容量値を、前記超音波装置の動作状態に応じた容量値に設定する処理装置に関係する。   Another aspect of the present invention is a processing apparatus of an ultrasonic device having an ultrasonic element array, wherein a transmission / reception unit that performs transmission / reception processing of the ultrasonic element array, a variable capacitance circuit, control of the transmission / reception unit, and the A control unit that performs control to set a capacitance value of the variable capacitance circuit, and the ultrasonic element array includes a first element in which a plurality of ultrasonic elements are arranged along a first direction in each ultrasonic element row. Ultrasonic element array to nth (n is an integer of 2 or more) ultrasonic element array, first signal line to nth signal line wired along the first direction, and the first A first common electrode line to m-th (m is an integer of 2 or more) common electrode lines wired along a second direction intersecting the direction, the first ultrasonic element array to the The n-th ultrasonic element row is arranged along the second direction, and the first ultrasonic element row to the front Among the n-th ultrasonic element arrays, the first electrodes of the plurality of ultrasonic elements constituting the j-th ultrasonic element array (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n) are The second electrodes connected to the jth signal line among the first signal line to the nth signal line and included in each of the plurality of ultrasonic elements constituting the jth ultrasonic element row, Connected to any one of the first common electrode line to the m-th common electrode line, and the variable capacitance circuit is commonly connected to the first common electrode line to the m-th common electrode line, The control unit relates to a processing device that sets a capacitance value of the variable capacitance circuit to a capacitance value corresponding to an operation state of the ultrasonic device.

本発明の他の態様によれば、超音波素子アレイのコモン電極線に接続された可変容量回路の容量値を、超音波装置の動作状態に応じた容量値に設定することができるから、位相走査時のビーム方向による超音波強度の変化を低減することなどが可能になる。   According to another aspect of the present invention, the capacitance value of the variable capacitance circuit connected to the common electrode line of the ultrasonic element array can be set to a capacitance value according to the operating state of the ultrasonic device. It is possible to reduce the change in ultrasonic intensity due to the beam direction during scanning.

図1(A)、図1(B)は、超音波素子の基本的な構成例。1A and 1B are basic configuration examples of an ultrasonic element. 超音波装置の構成例。1 is a configuration example of an ultrasonic device. 超音波装置における位相走査を説明する図。The figure explaining the phase scan in an ultrasonic device. 図4(A)、図4(B)、図4(C)は、位相走査時におけるコモン電極線の電位の変化を説明する図。4A, 4B, and 4C are diagrams illustrating changes in the potential of the common electrode line during phase scanning. 図5(A)、図5(B)は、駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。5A and 5B show examples of drive signal waveforms and common electrode line voltage fluctuations. 図6(A)、図6(B)は、駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。6A and 6B show examples of drive signal waveforms and voltage fluctuations of the common electrode lines. 図7(A)は、コモン電極線の電位の安定化を説明する図。図7(B)は、可変容量回路の第1の構成例。図7(C)は、可変容量回路の第2の構成例。FIG. 7A illustrates stabilization of the potential of the common electrode line. FIG. 7B illustrates a first configuration example of the variable capacitance circuit. FIG. 7C illustrates a second configuration example of the variable capacitance circuit. 図8(A)、図8(B)は、可変容量回路を設けた場合の駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。8A and 8B show examples of drive signal waveforms and common electrode line voltage fluctuations when a variable capacitance circuit is provided. 図9(A)、図9(B)は、可変容量回路を設けた場合の駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。9A and 9B show examples of drive signal waveforms and common electrode line voltage fluctuations when a variable capacitance circuit is provided. 可変容量回路の第2の構成例による容量設定の一例。An example of the capacity | capacitance setting by the 2nd structural example of a variable capacity circuit. プローブヘッド、超音波プローブ及び電子機器の基本的な構成例。A basic configuration example of a probe head, an ultrasonic probe, and an electronic device.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.超音波素子
図1(A)、図1(B)に、本実施形態の超音波装置に含まれる超音波素子UEの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子UEは、第1電極層EL1、圧電体層PE、第2電極層EL2、メンブレン(支持部材)MB、空洞領域(空洞部)CAVを含む。なお、本実施形態の超音波素子UEは図1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。
1. Ultrasonic Element FIGS. 1A and 1B show a basic configuration example of an ultrasonic element UE included in the ultrasonic apparatus of the present embodiment. The ultrasonic element UE of the present embodiment includes a first electrode layer EL1, a piezoelectric layer PE, a second electrode layer EL2, a membrane (support member) MB, and a cavity region (cavity part) CAV. Note that the ultrasonic element UE of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 1, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

図1(A)は、基板(シリコン基板)SUBに形成された超音波素子UE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。   FIG. 1A is a plan view of an ultrasonic element UE formed on a substrate (silicon substrate) SUB, as viewed from a direction perpendicular to the substrate on the element formation surface side. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section along A-A ′ of FIG.

第1電極層EL1は、メンブレンMBの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第1電極層EL1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UEに接続される配線であってもよい。   The first electrode layer EL1 is formed of, for example, a metal thin film on the membrane MB. As shown in FIG. 1A, the first electrode layer EL1 may be a wiring that extends to the outside of the element formation region and is connected to the adjacent ultrasonic element UE.

圧電体層PE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EL1の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層PE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(PbTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)などを用いてもよい。 The piezoelectric layer PE is formed of, for example, a PZT (lead zirconate titanate) thin film, and is provided so as to cover at least a part of the first electrode layer EL1. The material of the piezoelectric layer PE is not limited to PZT. For example, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), etc. May be used.

第2電極層EL2は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層PE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EL2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UEに接続される配線であってもよい。   The second electrode layer EL2 is formed of a metal thin film, for example, and is provided so as to cover at least a part of the piezoelectric layer PE. As shown in FIG. 1A, the second electrode layer EL2 may be a wiring that extends outside the element formation region and is connected to the adjacent ultrasonic element UE.

メンブレンMBは、例えばSiO薄膜とZrO薄膜との2層構造により空洞領域CAVの上層に設けられる。このメンブレンMBは、圧電体層PE及び第1、第2電極層EL1、EL2を支持すると共に、圧電体層PE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。 The membrane MB is provided in the upper layer of the cavity region CAV by a two-layer structure of, for example, a SiO 2 thin film and a ZrO 2 thin film. The membrane MB supports the piezoelectric layer PE and the first and second electrode layers EL1 and EL2, and can vibrate according to the expansion and contraction of the piezoelectric layer PE to generate ultrasonic waves.

空洞領域CAVは、シリコン基板SUB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。この空洞領域CAVの開口部OPより超音波が放射される。   The cavity region CAV is formed by etching by reactive ion etching (RIE) or the like from the back surface (surface on which no element is formed) side of the silicon substrate SUB. Ultrasonic waves are radiated from the opening OP of the cavity region CAV.

超音波素子UEの第1の電極は、第1電極層EL1により形成され、第2の電極は、第2電極層EL2により形成される。具体的には、第1電極層EL1のうちの圧電体層PEに覆われた部分が第1の電極を形成し、第2電極層EL2のうちの圧電体層PEを覆う部分が第2の電極を形成する。即ち、圧電体層PEは、第1の電極と第2の電極に挟まれて設けられる。   The first electrode of the ultrasonic element UE is formed by the first electrode layer EL1, and the second electrode is formed by the second electrode layer EL2. Specifically, the portion of the first electrode layer EL1 covered by the piezoelectric layer PE forms the first electrode, and the portion of the second electrode layer EL2 that covers the piezoelectric layer PE is the second electrode. An electrode is formed. That is, the piezoelectric layer PE is provided between the first electrode and the second electrode.

圧電体層PEは、第1の電極と第2の電極との間、即ち第1電極層EL1と第2電極層EL2との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体層PEの一方の面は第1電極層EL1を介してメンブレンMBに接合されているが、他方の面には第2電極層EL2が形成されるものの、第2電極層EL2上には他の層が形成されない。そのため圧電体層PEのメンブレンMB側が伸縮しにくく、第2電極層EL2側が伸縮し易くなる。従って、圧電体層PEに電圧を印加すると、空洞領域CAV側に凸となる撓みが生じ、メンブレンMBを撓ませる。圧電体層PEに交流電圧を印加することで、メンブレンMBが膜厚方向に対して振動し、このメンブレンMBの振動により超音波が開口部OPから放射される。圧電体層PE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。   The piezoelectric layer PE expands and contracts in the in-plane direction when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, that is, between the first electrode layer EL1 and the second electrode layer EL2. One surface of the piezoelectric layer PE is bonded to the membrane MB via the first electrode layer EL1, but the second electrode layer EL2 is formed on the other surface, but on the second electrode layer EL2, No other layer is formed. Therefore, the membrane MB side of the piezoelectric layer PE is difficult to expand and contract, and the second electrode layer EL2 side is easily expanded and contracted. Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric layer PE, the convex bending occurs on the cavity region CAV side, and the membrane MB is bent. By applying an alternating voltage to the piezoelectric layer PE, the membrane MB vibrates in the film thickness direction, and ultrasonic waves are radiated from the opening OP by the vibration of the membrane MB. The voltage applied to the piezoelectric layer PE is, for example, 10 to 30 V, and the frequency is, for example, 1 to 10 MHz.

2.超音波装置
図2に、本実施形態の超音波装置200の構成例を示す。本構成例の超音波装置200は、超音波素子アレイ100及び可変容量回路110を含む。超音波素子アレイ100は、第1の超音波素子列〜第n(nは2以上の整数)の超音波素子列UEC1〜UECn、第1〜第n(nは2以上の整数)の信号線DL1〜DLn、第1〜第m(mは2以上の整数)のコモン電極線CL1〜CLmを含む。図2では、例としてm=8、n=12の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の超音波装置200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。
2. Ultrasonic Device FIG. 2 shows a configuration example of the ultrasonic device 200 of the present embodiment. The ultrasonic device 200 of this configuration example includes an ultrasonic element array 100 and a variable capacitance circuit 110. The ultrasonic element array 100 includes first to nth (n is an integer of 2 or more) ultrasonic element arrays UEC1 to UECn, and 1st to nth (n is an integer of 2 or more) signal lines. DL1 to DLn and first to m-th (m is an integer of 2 or more) common electrode lines CL1 to CLm are included. FIG. 2 shows a case where m = 8 and n = 12, as an example, but other values may be used. Note that the ultrasonic apparatus 200 of the present embodiment is not limited to the configuration in FIG. 2, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

第1〜第nの超音波素子列UEC1〜UECnは、第1の方向D1に沿って配置される複数の超音波素子UEをそれぞれ有する。具体的には、各超音波素子列UECは、複数の超音波素子が第1の方向D1に沿って配置される第1の超音波素子〜第mの超音波素子を有する。また、第1〜第nの超音波素子列UEC1〜UECnは、第1の方向D1に交差する第2の方向D2に沿って配置される。例えば、図2では、第1〜第12の超音波素子列UEC1〜UEC12が、第2の方向D2に沿って配置される。   The first to nth ultrasonic element arrays UEC1 to UECn each have a plurality of ultrasonic elements UE arranged along the first direction D1. Specifically, each ultrasonic element row UEC includes a first ultrasonic element to an m-th ultrasonic element in which a plurality of ultrasonic elements are arranged along the first direction D1. The first to nth ultrasonic element rows UEC1 to UECn are arranged along a second direction D2 that intersects the first direction D1. For example, in FIG. 2, the first to twelfth ultrasonic element rows UEC1 to UEC12 are arranged along the second direction D2.

超音波素子UEは、例えば図1(A)、図2(B)に示した構成とすることができる。以下の説明において、超音波素子UEのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第4行第6列に位置する超音波素子をUE46と表記する。例えば第6の超音波素子列UEC6は、UE16、UE26、・・・UE76、UE86の8個の超音波素子を含む。   The ultrasonic element UE can be configured as shown in FIGS. 1A and 2B, for example. In the following description, when the position of the ultrasonic element UE in the array is specified, for example, the ultrasonic element located in the fourth row and the sixth column is denoted as UE46. For example, the sixth ultrasonic element array UEC6 includes eight ultrasonic elements UE16, UE26,... UE76, UE86.

第1〜第8(広義には第m)のコモン電極線CL1〜CL8は、超音波素子アレイ100において第2の方向D2に沿って配線される。第jの超音波素子列UECjを構成する複数の超音波素子がそれぞれ有する第2の電極は、第1〜第mのコモン電極線CL1〜CLmのうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図2に示すように、第1〜第8のコモン電極線CL1〜CL8のうちの第i(iは1≦i≦8である整数)のコモン電極線CLiは、各超音波素子列UECの第iの超音波素子UEが有する第2の電極に接続される。   The first to eighth (mth in a broad sense) common electrode lines CL1 to CL8 are wired along the second direction D2 in the ultrasonic element array 100. The second electrodes respectively included in the plurality of ultrasonic elements constituting the jth ultrasonic element array UECj are connected to any one of the first to mth common electrode lines CL1 to CLm. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the i-th common electrode line CLi (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ 8) among the first to eighth common electrode lines CL1 to CL8 is The i-th ultrasonic element UE of the ultrasonic element row UEC is connected to the second electrode.

第1〜第8のコモン電極線CL1〜CL8には、コモン電圧VCOMが供給される。このコモン電圧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。   A common voltage VCOM is supplied to the first to eighth common electrode lines CL1 to CL8. The common voltage may be a constant DC voltage, and may not be 0 V, that is, the ground potential (ground potential).

第1〜第8(広義には第m)のコモン電極線CL1〜CL8は、可変容量回路110に共通接続される。   The first to eighth (mth in a broad sense) common electrode lines CL <b> 1 to CL <b> 8 are commonly connected to the variable capacitance circuit 110.

第1〜第12(広義には第n)の信号線DL1〜DL12は、超音波素子アレイ100において第1の方向D1に沿って配線される。第1〜第12の信号線DL1〜DL12のうちの第j(jは1≦j≦12である整数)の信号線DLjは、超音波素子アレイ100の第j列に配置される超音波素子UEがそれぞれ有する第1の電極に接続される。   The first to twelfth (nth in a broad sense) signal lines DL1 to DL12 are wired along the first direction D1 in the ultrasonic element array 100. Among the first to twelfth signal lines DL1 to DL12, the j-th signal line DLj (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ 12) is an ultrasonic element arranged in the j-th column of the ultrasonic element array 100. It connects to the 1st electrode which UE has, respectively.

具体的には、例えば図2に示す超音波素子UE11については、第1の電極が信号線DL1に接続され、第2の電極が第1のコモン電極線CL1に接続される。また、例えば図2に示す超音波素子UE46については、第1の電極が第6の信号線DL6に接続され、第2の電極が第4のコモン電極線CL4に接続される。   Specifically, for example, for the ultrasonic element UE11 shown in FIG. 2, the first electrode is connected to the signal line DL1, and the second electrode is connected to the first common electrode line CL1. For example, in the ultrasonic element UE46 shown in FIG. 2, the first electrode is connected to the sixth signal line DL6, and the second electrode is connected to the fourth common electrode line CL4.

超音波素子UEの配置は、図2に示すm行n列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の超音波素子列にm個の超音波素子が配置され、偶数番目の超音波素子列にm−1個の超音波素子が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。   The arrangement of the ultrasonic elements UE is not limited to the m-row / n-column matrix arrangement shown in FIG. For example, a so-called staggered arrangement in which m ultrasonic elements are arranged in an odd-numbered ultrasonic element array and m−1 ultrasonic elements are arranged in an even-numbered ultrasonic element array may be employed.

超音波を放射する送信期間には、超音波素子UEを駆動する第1〜第12の駆動信号VDR1〜VDR12が信号線DL1〜DL12を介して各超音波素子に入力される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波素子UEからの受信信号が信号線DL1〜DL12を介して出力される。   During a transmission period in which ultrasonic waves are radiated, first to twelfth drive signals VDR1 to VDR12 for driving the ultrasonic element UE are input to the ultrasonic elements via signal lines DL1 to DL12. Further, during the reception period in which the ultrasonic echo signal is received, the reception signal from the ultrasonic element UE is output via the signal lines DL1 to DL12.

駆動信号電圧とコモン電圧との差の電圧が各超音波素子UEに印加され、所定の周波数の超音波が放射される。例えば、図2の超音波素子UE11には、信号線DL1に供給される駆動信号電圧VDR1とコモン電極線CL1に供給されるコモン電圧VCOMとの差VDR1−VCOMが印加される。同様に、超音波素子UE46には、信号線DL6に供給される駆動信号電圧VDR6とコモン電極線CL4に供給されるコモン電圧VCOMとの差VDR6−VCOMが印加される。   A voltage difference between the drive signal voltage and the common voltage is applied to each ultrasonic element UE, and ultrasonic waves with a predetermined frequency are emitted. For example, the difference VDR1−VCOM between the drive signal voltage VDR1 supplied to the signal line DL1 and the common voltage VCOM supplied to the common electrode line CL1 is applied to the ultrasonic element UE11 of FIG. Similarly, a difference VDR6-VCOM between the drive signal voltage VDR6 supplied to the signal line DL6 and the common voltage VCOM supplied to the common electrode line CL4 is applied to the ultrasonic element UE46.

可変容量回路110は、超音波装置200の動作状態に応じて容量値(キャパシタンス値)が可変に設定される。即ち、可変容量回路110の容量値は、制御部(図示せず)の制御に基づいて、超音波装置200の動作状態に応じた容量値に設定される。具体的には、超音波出力の位相走査時において、第1〜第12(広義には第n)の信号線DL1〜DL12に対して、同位相の第1〜第12(広義には第n)の駆動信号VDR1〜VDR12が入力される第1の動作状態では、可変容量回路110の容量値が第1の容量値に設定される。また、第1〜第12の信号線DL1〜DL12に対して、互いに異なる位相の第1〜第12の駆動信号VDR1〜VDR12が入力される第2の動作状態では、可変容量回路110の容量値が第1の容量値より小さい第2の容量値に設定される。なお、位相走査については、後で詳細に説明する。   The variable capacitance circuit 110 has a capacitance value (capacitance value) variably set according to the operating state of the ultrasonic apparatus 200. That is, the capacitance value of the variable capacitance circuit 110 is set to a capacitance value corresponding to the operating state of the ultrasonic apparatus 200 based on control of a control unit (not shown). Specifically, during phase scanning of ultrasonic output, the first to twelfth (nth in a broad sense) of the same phase with respect to the first to twelfth (nth in a broad sense) signal lines DL1 to DL12. ) In the first operation state in which the drive signals VDR1 to VDR12 are input, the capacitance value of the variable capacitance circuit 110 is set to the first capacitance value. In the second operation state in which the first to twelfth drive signals VDR1 to VDR12 having different phases are input to the first to twelfth signal lines DL1 to DL12, the capacitance value of the variable capacitance circuit 110 is obtained. Is set to a second capacitance value smaller than the first capacitance value. The phase scanning will be described in detail later.

また具体的には、超音波出力の位相走査時において、第1〜第12の信号線DL1〜DL12に対して、第1〜第12の駆動信号VDR1〜VDR12が第1〜第12の期間において入力される。そして、第1〜第12の期間の重なり度合に応じて第2の容量値が設定される。より具体的には、第1〜第12の期間の重なり度合が大きいほど、第2の容量値が大きな値に設定される。   More specifically, during phase scanning of ultrasonic output, the first to twelfth drive signals VDR1 to VDR12 are applied to the first to twelfth signal lines DL1 to DL12 in the first to twelfth periods. Entered. Then, the second capacitance value is set according to the overlapping degree of the first to twelfth periods. More specifically, the second capacitance value is set to a larger value as the degree of overlap between the first to twelfth periods is larger.

ここで第1〜第12の期間の重なりとは、2つ以上の期間の少なくとも一部が時間的に重複することをいう。そして重複する期間の数が多いほど重なり度合が大きい。例えば第1の期間の一部と第2の期間の一部が重複する場合は重なり度合は2であり、第1、第2、第3の期間のそれぞれの一部が重複する場合は重なり度合が3である。或いは、重なり度合は、1本のコモン電極線に接続される12個の超音波素子のうちの同時に駆動される超音波素子の個数と考えてもよい。例えば第1の期間の一部と第2の期間の一部が重複する場合は、その重複する期間において同時に駆動される超音波素子は2個であり、第1、第2、第3の期間のそれぞれの一部が重複する場合は、その重複する期間において同時に駆動される超音波素子は3個である。   Here, the overlap of the first to twelfth periods means that at least a part of two or more periods overlap in time. And the greater the number of overlapping periods, the greater the degree of overlap. For example, when a part of the first period overlaps with a part of the second period, the overlapping degree is 2, and when a part of each of the first, second, and third periods overlaps, the overlapping degree Is 3. Alternatively, the degree of overlap may be considered as the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously among 12 ultrasonic elements connected to one common electrode line. For example, when a part of the first period and a part of the second period overlap, there are two ultrasonic elements that are driven simultaneously in the overlapping period, and the first, second, and third periods When a part of each overlaps, three ultrasonic elements are simultaneously driven in the overlapping period.

可変容量回路110の一端は、第1〜第8のコモン電極線CL1〜CL8に接続され、他端には所定の電圧VAが印加される。この所定の電圧VAは、直流電圧であればよく、コモン電圧VCOMでなくてもよい。   One end of the variable capacitance circuit 110 is connected to the first to eighth common electrode lines CL1 to CL8, and a predetermined voltage VA is applied to the other end. The predetermined voltage VA may be a DC voltage and may not be the common voltage VCOM.

可変容量回路110は、圧電素子(超音波素子)により構成される容量素子(キャパシター)を有してもよい。こうすることで、容量素子を超音波素子アレイ100と同一の基板上に形成することができる。さらに、基板(シリコン基板)上にCMOSトランジスターなどを形成することで、スイッチ素子と容量素子とを含む可変容量回路110を超音波素子アレイ100と同一基板上に設けることができる。   The variable capacitance circuit 110 may include a capacitance element (capacitor) configured by a piezoelectric element (ultrasonic element). By doing so, the capacitive element can be formed on the same substrate as the ultrasonic element array 100. Furthermore, by forming a CMOS transistor or the like on a substrate (silicon substrate), the variable capacitance circuit 110 including a switch element and a capacitive element can be provided on the same substrate as the ultrasonic element array 100.

なお、可変容量回路110の一部を超音波装置200ではなく、後述する接続部210(図11)又はプローブ本体230(図11)に設けてもよい。   Note that a part of the variable capacitance circuit 110 may be provided not in the ultrasonic apparatus 200 but in a connection unit 210 (FIG. 11) or a probe body 230 (FIG. 11) described later.

後述するように、可変容量回路110を設けることで、位相走査(ビームステアリング)時におけるコモン電極線CL1〜CL8の電位の変化を抑制することができる。その結果、位相走査時のビーム方向による超音波出力(超音波強度)の変化を抑制することができる。   As will be described later, by providing the variable capacitance circuit 110, changes in the potentials of the common electrode lines CL1 to CL8 during phase scanning (beam steering) can be suppressed. As a result, it is possible to suppress changes in ultrasonic output (ultrasonic intensity) depending on the beam direction during phase scanning.

第1〜第12の駆動信号VDR1〜VDR12の位相が一致している場合には、各超音波素子からそれぞれ放射される超音波が合成されて、超音波素子アレイ100に垂直な方向(アレイ面の法線方向)に放射される超音波が形成される。一方、駆動信号VDR1〜VDR12が互いに位相差をもつ場合には、合成された超音波は位相差に応じてアレイ面の法線方向からずれた方向に放射される。この現象を利用すれば、各駆動信号の位相差を変化させることで超音波の放射方向を変化させることができる。各駆動信号の位相差を制御することで、超音波の放射方向(ビーム方向)を走査することを「位相走査」又は「ビームステアリング」と呼ぶ。   When the phases of the first to twelfth drive signals VDR1 to VDR12 coincide with each other, the ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements are synthesized, and the direction perpendicular to the ultrasonic element array 100 (array surface) The ultrasonic wave radiated in the normal direction) is formed. On the other hand, when the drive signals VDR1 to VDR12 have a phase difference with each other, the synthesized ultrasonic wave is radiated in a direction shifted from the normal direction of the array surface according to the phase difference. If this phenomenon is used, the radiation direction of the ultrasonic wave can be changed by changing the phase difference of each drive signal. Scanning the radiation direction (beam direction) of ultrasonic waves by controlling the phase difference of each drive signal is called “phase scanning” or “beam steering”.

図3は、本実施形態の超音波装置200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3では4個の超音波素子UE1〜UE4について説明する。UE1〜UE4は、等間隔dで配置されている。そして供給される駆動信号VDR1〜VDR4の位相はVDR1が最も早く、VDR2、VDR3、VDR4の順に所定の位相差だけ遅くなる。即ち、駆動信号VDR1〜VDR4は、VDR1、VDR2、VDR3、VDR4の順に所定の時間差Δtを伴って供給される。   FIG. 3 is a diagram for explaining phase scanning in the ultrasonic apparatus 200 of the present embodiment. For simplicity, FIG. 3 illustrates four ultrasonic elements UE1 to UE4. UE1 to UE4 are arranged at equal intervals d. The phase of the supplied drive signals VDR1 to VDR4 is the fastest in VDR1, and is delayed by a predetermined phase difference in the order of VDR2, VDR3, and VDR4. That is, the drive signals VDR1 to VDR4 are supplied with a predetermined time difference Δt in the order of VDR1, VDR2, VDR3, and VDR4.

図3には、各超音波素子UE1〜UE4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。各超音波素子から放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の法線方向DTが合成された超音波の放射方向(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。
FIG. 3 shows wavefronts W1 to W4 of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic elements UE1 to UE4 at a certain time. The ultrasonic waves radiated from the respective ultrasonic elements are combined to form a wavefront WT of the combined ultrasonic wave. The normal direction DT of the wavefront WT becomes the synthesized ultrasonic radiation direction (beam direction). The angle θs formed by the beam direction DT and the normal direction of the array surface is
sin θs = c × Δt / d (1)
Given in. Here, c is the speed of sound, Δt is the time difference of the drive signals, and d is the element spacing.

このように位相走査、即ち各超音波素子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、信号線DL1〜DL12に供給する駆動信号VDR1〜VDR12の位相差(時間差)を変化させることで、ビーム方向を第2の方向D2に沿って走査(スキャン)させることができる。即ち、第2の方向D2は位相走査のスキャン方向であり、第1の方向D1はスライス方向である。   Thus, the beam direction can be changed by changing the phase difference (time difference) of the drive signals supplied to each ultrasonic element, that is, phase scanning. Specifically, for example, in the configuration example illustrated in FIG. 2, the beam direction is changed along the second direction D2 by changing the phase difference (time difference) of the drive signals VDR1 to VDR12 supplied to the signal lines DL1 to DL12. It can be scanned. That is, the second direction D2 is the scan direction of the phase scanning, and the first direction D1 is the slice direction.

図4(A)、図4(B)、図4(C)は、位相走査時におけるコモン電極線CL1〜CL8の電位の変化を説明する図である。簡単にするために、第i行の6個の超音波素子UE、信号線DL1〜DL6及び第iのコモン電極線CLiについて説明する。   4A, 4B, and 4C are diagrams for explaining changes in the potentials of the common electrode lines CL1 to CL8 during phase scanning. For simplicity, the six ultrasonic elements UE in the i-th row, the signal lines DL1 to DL6, and the i-th common electrode line CLi will be described.

図4(A)には、超音波素子UE及びコモン電極線CLiの等価回路を示す。超音波素子UEは、電気的には容量素子(キャパシター)CEとみなすことができる。コモン電極線CLiは配線抵抗RCOMを有するから、各超音波素子UEには抵抗素子RCOMを介してコモン電圧VCOMが印加される。コモン電極線CLiは、超音波素子UEが持つ容量CEを介して信号線DL1〜DL6に接続されるから、信号線DL1〜DL6に入力される駆動信号VDR1〜VDR6によって、コモン電極線CLiの電位が変化する。   FIG. 4A shows an equivalent circuit of the ultrasonic element UE and the common electrode line CLi. The ultrasonic element UE can be electrically regarded as a capacitive element (capacitor) CE. Since the common electrode line CLi has the wiring resistance RCOM, the common voltage VCOM is applied to each ultrasonic element UE via the resistance element RCOM. Since the common electrode line CLi is connected to the signal lines DL1 to DL6 via the capacitance CE of the ultrasonic element UE, the potential of the common electrode line CLi is determined by the drive signals VDR1 to VDR6 input to the signal lines DL1 to DL6. Changes.

図4(B)には、正面出射、即ち超音波のビーム方向がアレイ面の法線方向である場合(第1の動作状態)の駆動信号VDR1〜VDR6の波形の一例を示す。正面出射時には、同位相の駆動信号が同一タイミングで入力されるから、6個の超音波素子が同時に駆動される。即ち、駆動信号VDR1〜VDR6が第1〜第6の期間T1〜T6において入力され、第1〜第6の期間T1〜T6の重なり度合は6である。   FIG. 4B shows an example of the waveforms of the drive signals VDR1 to VDR6 when front emission, that is, when the ultrasonic beam direction is the normal direction of the array surface (first operation state). At the time of front emission, since the drive signals having the same phase are input at the same timing, the six ultrasonic elements are driven simultaneously. That is, the drive signals VDR1 to VDR6 are input in the first to sixth periods T1 to T6, and the overlapping degree of the first to sixth periods T1 to T6 is 6.

図4(C)には、超音波のビーム方向がアレイ面の法線方向からずれた方向である場合(第2の動作状態)の駆動信号VDR1〜VDR6の波形の一例を示す。この場合には、駆動信号は互いに位相差(時間差)を伴って入力される。期間TB1、TB3では同時に駆動される超音波素子は1個であるが、期間TB2では同時に駆動される超音波素子は2個である。即ち、駆動信号VDR1〜VDR6が第1〜第6の期間T1〜T6において入力され、期間TB1、TB3では重なり度合は1であり、期間TB2では重なり度合は2である。   FIG. 4C shows an example of waveforms of the drive signals VDR1 to VDR6 when the ultrasonic beam direction is a direction shifted from the normal direction of the array surface (second operation state). In this case, the drive signals are input with a phase difference (time difference) from each other. In the periods TB1 and TB3, one ultrasonic element is driven simultaneously, but in the period TB2, two ultrasonic elements are driven simultaneously. That is, the drive signals VDR1 to VDR6 are input in the first to sixth periods T1 to T6, the overlapping degree is 1 in the periods TB1 and TB3, and the overlapping degree is 2 in the period TB2.

このように、図4(B)に示す正面出射の場合では、1本のコモン電極線に接続される全ての超音波素子が同時に駆動されるから、コモン電極線の電位変化(電圧変動)は大きくなる。一方、図4(C)に示すビームを傾けた場合では、同時に駆動される超音波素子の個数は少なくなるから、コモン電極線の電位変化(電圧変動)は図4(B)の場合より小さくなる。上記の説明では、1本のコモン電極線について説明したが、コモン電極線が複数ある場合でも同様である。   As described above, in the case of the front emission shown in FIG. 4B, since all the ultrasonic elements connected to one common electrode line are driven simultaneously, the potential change (voltage fluctuation) of the common electrode line is growing. On the other hand, when the beam shown in FIG. 4C is tilted, the number of ultrasonic elements that are driven at the same time decreases, so that the potential change (voltage fluctuation) of the common electrode line is smaller than in the case of FIG. Become. In the above description, one common electrode line has been described, but the same applies to the case where there are a plurality of common electrode lines.

図5(A)、図5(B)、図6(A)、図6(B)に、回路シミュレーションによる駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例を示す。具体的には、駆動信号波形は図4(A)のVDR3の波形であり、コモン電極線の電圧はVDR3が入力される超音波素子のコモン電極ノード(図4(A)のN3)の電圧V(N3)である。   FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 6A, and FIG. 6B show examples of drive signal waveforms and common electrode line voltage fluctuations by circuit simulation. Specifically, the drive signal waveform is the waveform of VDR3 in FIG. 4A, and the voltage of the common electrode line is the voltage of the common electrode node (N3 in FIG. 4A) of the ultrasonic element to which VDR3 is input. V (N3).

図5(A)には第1のステアリング角(ビーム方向とアレイ面の法線方向とが成す角)θ1の場合を示し、図5(B)には第2のステアリング角θ2(<θ1)の場合を示し、図6(A)には正面出射(ステアリング角が0)の場合を示す。   FIG. 5A shows the case of the first steering angle (angle formed by the beam direction and the normal direction of the array surface) θ1, and FIG. 5B shows the second steering angle θ2 (<θ1). FIG. 6A shows the case of front emission (the steering angle is 0).

図5(A)、図5(B)、図6(A)から分かるように、ステアリング角が小さいほどコモン電極線の電圧変動は大きくなる。これは上述したように、ステアリング角が小さいほど同時に駆動される超音波素子の個数が多くなり、反対にステアリング角が大きいほど同時に駆動される超音波素子の個数が少なくなるからである。   As can be seen from FIGS. 5A, 5B, and 6A, the voltage variation of the common electrode line increases as the steering angle decreases. This is because, as described above, the smaller the steering angle, the larger the number of ultrasonic elements that are simultaneously driven, and the larger the steering angle, the smaller the number of simultaneously driven ultrasonic elements.

図6(B)には、超音波素子に印加される電圧(実効電圧)VDR3−V(N3)を示す。ステアリング角がθ1の場合には、A1に示すように最も実効電圧の振幅が大きくなる。そしてステアリング角θ2(<θ1)の場合には、A2に示すように実効電圧の振幅がθ1の場合よりも小さくなり、正面出射の場合にはA3に示すように実効電圧の振幅が最も小さくなる。このように、ステアリング角が小さくなるほど実効電圧の振幅は小さくなり、反対にステアリング角が大きくなるほど実効電圧の振幅は大きくなる。   FIG. 6B shows a voltage (effective voltage) VDR3-V (N3) applied to the ultrasonic element. When the steering angle is θ1, the effective voltage has the largest amplitude as indicated by A1. In the case of the steering angle θ2 (<θ1), the effective voltage amplitude is smaller than that in the case of θ1 as shown in A2, and in the case of front emission, the effective voltage amplitude is the smallest as shown in A3. . Thus, the smaller the steering angle, the smaller the effective voltage amplitude. Conversely, the larger the steering angle, the larger the effective voltage amplitude.

実効電圧の振幅がステアリング角によって変化すると、放射される超音波の強度がステアリング角によって変化してしまう。例えば超音波診断装置などで位相走査する場合に、ビーム方向によって放射される超音波強度が変化するためにエコー信号の強度も方向により変化する。その結果、正確なエコー画像を得ることが難しいなどの問題が生じる。   When the amplitude of the effective voltage changes with the steering angle, the intensity of the emitted ultrasonic wave changes with the steering angle. For example, when phase scanning is performed by an ultrasonic diagnostic apparatus or the like, the intensity of the echo signal changes depending on the direction because the intensity of the ultrasonic wave radiated changes depending on the beam direction. As a result, there arises a problem that it is difficult to obtain an accurate echo image.

本実施形態の超音波装置200は、この問題を解決する手段を提供するものである。本実施形態の超音波装置200によれば、コモン電極線に可変容量回路110を接続することで、位相走査を行う場合に放射される超音波の強度の変化を低減する、或いは強度をほぼ一定にすることができる。   The ultrasonic apparatus 200 of the present embodiment provides means for solving this problem. According to the ultrasonic apparatus 200 of this embodiment, the variable capacitance circuit 110 is connected to the common electrode line to reduce the change in the intensity of the ultrasonic wave emitted when performing phase scanning, or the intensity is substantially constant. Can be.

図7(A)は、本実施形態の超音波装置200によるコモン電極線の電位の安定化を説明する図である。図7(A)には、簡単にするために、第i行の6個の超音波素子UE、信号線DL1〜DL6及び第iのコモン電極線CLiを示すが、コモン電極線が複数有る場合でも同様である。   FIG. 7A is a diagram for explaining stabilization of the potential of the common electrode line by the ultrasonic apparatus 200 of the present embodiment. For simplicity, FIG. 7A shows six ultrasonic elements UE, signal lines DL1 to DL6, and i-th common electrode line CLi in the i-th row, but there are a plurality of common electrode lines. But the same is true.

可変容量回路110の一端は、コモン電極線CLiに接続され、他端には所定の電圧VAが印加される。この所定の電圧VAは、直流電圧であればよく、コモン電圧VCOMでなくてもよい。この可変容量回路110の容量値(キャパシタンス値)CAを、コモン電極線CLiと信号線DL1〜DL6との間の結合容量(図7(A)では6×CE)より十分大きくすることで、コモン電極線CLiの電位変動を抑制することができる。   One end of the variable capacitance circuit 110 is connected to the common electrode line CLi, and a predetermined voltage VA is applied to the other end. The predetermined voltage VA may be a DC voltage and may not be the common voltage VCOM. By making the capacitance value (capacitance value) CA of the variable capacitance circuit 110 sufficiently larger than the coupling capacitance (6 × CE in FIG. 7A) between the common electrode line CLi and the signal lines DL1 to DL6, The potential fluctuation of the electrode line CLi can be suppressed.

上述したように、ステアリング角によって同時に駆動される超音波素子の個数が異なる。駆動されない超音波素子はコモン電極線CLiの電位に影響を与えないから、同時に駆動される超音波素子の個数をk個とした場合に、可変容量回路110の容量値CAをk×CEより十分大きくすればよい。即ち、正面出射(ステアリング角が0)の場合に容量値CAを最大に設定し、ステアリング角が大きくなるほど容量値CAを小さく設定することができる。   As described above, the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously depends on the steering angle. Since the ultrasonic element that is not driven does not affect the potential of the common electrode line CLi, when the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously is k, the capacitance value CA of the variable capacitance circuit 110 is sufficiently larger than k × CE. Just make it bigger. In other words, the capacity value CA can be set to the maximum for front emission (the steering angle is 0), and the capacity value CA can be set to be smaller as the steering angle increases.

このようにすれば、可変容量回路110の容量CAを、電位安定化に必要な容量値を超えて過剰に大きな値に設定することを避けることができる。その結果、容量CAを充放電するための過渡的な電流を低減することができるから、可変容量回路110を付加することによる消費電力の増大を抑えることができる。   In this way, it is possible to avoid setting the capacitance CA of the variable capacitance circuit 110 to an excessively large value exceeding the capacitance value necessary for potential stabilization. As a result, since a transient current for charging / discharging the capacitor CA can be reduced, an increase in power consumption due to the addition of the variable capacitance circuit 110 can be suppressed.

図7(B)に、本実施形態の可変容量回路110の第1の構成例を示す。第1の構成例の可変容量回路110は、可変容量CA及びスイッチ素子SWを含む。なお、本実施形態の可変容量回路110は図7(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。   FIG. 7B shows a first configuration example of the variable capacitance circuit 110 of this embodiment. The variable capacitance circuit 110 of the first configuration example includes a variable capacitance CA and a switch element SW. Note that the variable capacitance circuit 110 of this embodiment is not limited to the configuration of FIG. 7B, and some of the components are omitted, replaced with other components, or other components are added. Various modifications of the above are possible.

スイッチ素子SWは、可変容量CAと直列に設けられ、送信期間にはオン状態に設定され、受信期間にはオフ状態に設定される。このようにすれば、可変容量回路110は、送信期間にはコモン電極線に電気的に接続され、受信期間にはコモン電極線に電気的に非接続となる。こうすることで、受信期間には可変容量CAをコモン電極線から電気的に切り離すことができるから、エコー信号を受信する際の受信感度の低減などを防止することができる。スイッチ素子SWは、制御部(図示せず)の制御に基づいてオン状態又はオフ状態に設定される。   The switch element SW is provided in series with the variable capacitor CA, and is set to an on state during a transmission period and is set to an off state during a reception period. In this way, the variable capacitance circuit 110 is electrically connected to the common electrode line during the transmission period, and is not electrically connected to the common electrode line during the reception period. By doing so, the variable capacitor CA can be electrically disconnected from the common electrode line during the reception period, so that it is possible to prevent a reduction in reception sensitivity when receiving an echo signal. The switch element SW is set to an on state or an off state based on control of a control unit (not shown).

図7(C)に、本実施形態の可変容量回路110の第2の構成例を示す。第2の構成例の可変容量回路110は、第1〜第5の容量素子(キャパシター)CA1〜CA5及び第1〜第5のスイッチ素子SW1〜SW5を含む。なお、本実施形態の可変容量回路110は図7(C)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。   FIG. 7C shows a second configuration example of the variable capacitance circuit 110 of this embodiment. The variable capacitance circuit 110 of the second configuration example includes first to fifth capacitive elements (capacitors) CA1 to CA5 and first to fifth switch elements SW1 to SW5. Note that the variable capacitance circuit 110 of this embodiment is not limited to the configuration in FIG. 7C, and some of the components are omitted, replaced with other components, or other components are added. Various modifications of the above are possible.

第1〜第5の容量素子CA1〜CA5は、例えば圧電素子により構成することができる。こうすることで、容量素子CA1〜CA5を超音波素子UEと同一の製造プロセスにより形成することができるから、超音波素子アレイ100と同一の基板上に形成することができる。   The first to fifth capacitive elements CA1 to CA5 can be constituted by, for example, piezoelectric elements. By doing so, the capacitive elements CA1 to CA5 can be formed by the same manufacturing process as the ultrasonic element UE, and thus can be formed on the same substrate as the ultrasonic element array 100.

第1〜第5のスイッチ素子SW1〜SW5は、第1〜第5の容量素子CA1〜CA5に直列に設けられ、同時に駆動される超音波素子の個数(広義には超音波装置の動作状態)に応じてオン状態又はオフ状態に設定される。こうすることで、同時に駆動される超音波素子の個数に応じて容量値を可変に設定することができる。スイッチ素子SW1〜SW5は、制御部(図示せず)の制御に基づいてオン状態又はオフ状態に設定される。第2の構成例の可変容量回路110による容量値の設定の詳細については、後述する
図7(B)、図7(C)のスイッチ素子SW、SW1〜SW5は、例えばCMOSトランジスターにより実現することができる。CMOSプロセスに超音波素子(圧電素子)を形成するプロセスを組み込むことで、超音波素子アレイ100と可変容量回路110とを同一基板上に形成することもできる。
The first to fifth switch elements SW1 to SW5 are provided in series with the first to fifth capacitive elements CA1 to CA5, and the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously (in a broad sense, the operating state of the ultrasonic device). Depending on the state, it is set to an on state or an off state. In this way, the capacitance value can be variably set according to the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously. The switch elements SW1 to SW5 are set to an on state or an off state based on control of a control unit (not shown). The details of setting the capacitance value by the variable capacitance circuit 110 of the second configuration example will be described later. The switch elements SW and SW1 to SW5 in FIGS. 7B and 7C are realized by, for example, CMOS transistors. Can do. By incorporating a process for forming an ultrasonic element (piezoelectric element) into the CMOS process, the ultrasonic element array 100 and the variable capacitance circuit 110 can be formed on the same substrate.

なお、スイッチ素子SW、SW1〜SW5は、図示していない制御部によりオン・オフ制御される。この制御部は、後述する超音波プローブに設けてもよいし、本体装置に設けてもよい。   The switch elements SW, SW1 to SW5 are on / off controlled by a control unit (not shown). This control unit may be provided in an ultrasonic probe described later, or may be provided in the main body device.

図8(A)、図8(B)、図9(A)、図9(B)に、本実施形態の可変容量回路110を設けた場合の、回路シミュレーションによる駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例を示す。具体的には、駆動信号波形は図7(A)のVDR3の波形であり、コモン電極線の電圧はVDR3が入力される超音波素子のコモン電極ノード(図7(A)のN3)の電圧V(N3)である。   8A, FIG. 8B, FIG. 9A, and FIG. 9B, the drive signal waveform and the common electrode line by the circuit simulation when the variable capacitance circuit 110 of this embodiment is provided. An example of voltage fluctuation is shown. Specifically, the drive signal waveform is the waveform of VDR3 in FIG. 7A, and the voltage of the common electrode line is the voltage of the common electrode node (N3 in FIG. 7A) of the ultrasonic element to which VDR3 is input. V (N3).

図8(A)には、図5(A)と同じ第1のステアリング角θ1で、コモン電極線に容量CAを付加しない場合を示す。図8(B)には、図5(B)と同じ第2のステアリング角θ2(<θ1)で、コモン電極線に容量CAを付加した場合を示す。図9(A)には正面出射(ステアリング角が0)の場合で、コモン電極線にさらに大きな容量値のCAを付加した場合を示す。図8(B)、図9(A)から分かるように、コモン電極線に容量CAを付加することでコモン電極線の電位が安定になる。   FIG. 8A shows a case where the capacitor CA is not added to the common electrode line at the same first steering angle θ1 as in FIG. FIG. 8B shows a case where a capacitor CA is added to the common electrode line at the same second steering angle θ2 (<θ1) as in FIG. 5B. FIG. 9A shows a case where CA having a larger capacitance value is added to the common electrode line in the case of front emission (steering angle is 0). As can be seen from FIGS. 8B and 9A, the potential of the common electrode line is stabilized by adding a capacitor CA to the common electrode line.

図9(B)には、超音波素子に印加される電圧(実効電圧)VDR3−V(N3)を示す。コモン電極線に容量CAを付加することで、ステアリング角に関わらず実効電圧の振幅がほとんど一定になることが分かる(図9(B)のB1、B2、B3)。   FIG. 9B shows a voltage (effective voltage) VDR3-V (N3) applied to the ultrasonic element. It can be seen that by adding the capacitor CA to the common electrode line, the amplitude of the effective voltage becomes almost constant regardless of the steering angle (B1, B2, B3 in FIG. 9B).

図10には、本実施形態の可変容量回路110の第2の構成例(図7(C))による容量設定の一例を示す。ここでは簡単にするために、図7(A)に示すような6本の信号線DL1〜DL6に駆動信号VDR1〜VDR6が入力される場合を説明する。また、図7(C)の容量素子CA1〜CA5は、同一の容量値であるとする。   FIG. 10 shows an example of capacitance setting according to the second configuration example (FIG. 7C) of the variable capacitance circuit 110 of the present embodiment. Here, for the sake of simplicity, the case where the drive signals VDR1 to VDR6 are input to the six signal lines DL1 to DL6 as shown in FIG. 7A will be described. In addition, the capacitor elements CA1 to CA5 in FIG. 7C have the same capacitance value.

図10には、第1〜第4の送信期間TC1〜TC4における、駆動信号VDR1〜VDR6の波形、同時に駆動される超音波素子の個数(重なり度合)及びコモン電極線に接続される容量素子数を示す。   FIG. 10 shows the waveforms of the drive signals VDR1 to VDR6, the number of ultrasonic elements driven simultaneously (overlap degree), and the number of capacitive elements connected to the common electrode line in the first to fourth transmission periods TC1 to TC4. Indicates.

第1の送信期間TC1は、正面出射の場合(第1の動作状態)であって、同時に駆動される超音波素子の個数(重なり度合)は6である。この場合は図7(C)のスイッチ素子SW1〜SW5を全てオン状態に設定し、こうすることで容量素子CA1〜CA5の全てがコモン電極線に接続される。即ち、コモン電極線に接続される容量素子数を5に設定することができる。   The first transmission period TC1 is the case of front emission (first operation state), and the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously (overlap degree) is six. In this case, all of the switch elements SW1 to SW5 in FIG. 7C are set to an on state, whereby all of the capacitor elements CA1 to CA5 are connected to the common electrode line. That is, the number of capacitive elements connected to the common electrode line can be set to 5.

第2、第3、第4の送信期間TC2、TC3、TC4は、互いに異なる位相の駆動信号が入力される場合(第2の動作状態)であって、ステアリング角がそれぞれφ2、φ3、φ4(φ2<φ3<φ4)の場合である。   The second, third, and fourth transmission periods TC2, TC3, and TC4 are cases where drive signals having different phases are input (second operation state), and steering angles are φ2, φ3, and φ4 ( This is the case of φ2 <φ3 <φ4).

第2の送信期間TC2では、同時に駆動される超音波素子数(重なり度合)は期間の初めには1であり、次に2になり、その後3、4、3、2、1と変化する。これに対応してスイッチ素子SW1〜SW5を個別にオン・オフすることで、コモン電極線に接続される容量素子数を0、1、2、3、2、1、0と可変に設定することができる。   In the second transmission period TC2, the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously (overlap degree) is 1 at the beginning of the period, then 2 and then changes to 3, 4, 3, 2, 1 after that. Correspondingly, the number of capacitive elements connected to the common electrode line can be set to 0, 1, 2, 3, 2, 1, 0 by turning on / off the switching elements SW1 to SW5 individually. Can do.

第3の送信期間TC3では、同時に駆動される超音波素子数(重なり度合)は期間の初めには1であり、次に2になり、そして1になる。これに対応してスイッチ素子SW1〜SW5を個別にオン・オフすることで、コモン電極線に接続される容量素子数を0、1、0と可変に設定することができる。   In the third transmission period TC3, the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously (the degree of overlap) is 1 at the beginning of the period, then 2 and then 1. Correspondingly, the number of capacitive elements connected to the common electrode line can be variably set to 0, 1, 0 by individually turning on / off the switching elements SW1 to SW5.

第4の送信期間TC4では、ステアリング角がさらに大きくなり、同時に駆動される超音波素子数(重なり度合)は1である。これに対応してスイッチ素子SW1〜SW5を全てオフ状態に設定することで、コモン電極線に接続される容量素子数を0に設定することができる。   In the fourth transmission period TC4, the steering angle is further increased, and the number of ultrasonic elements (overlap degree) that are simultaneously driven is 1. Correspondingly, the number of capacitive elements connected to the common electrode line can be set to 0 by setting all the switch elements SW1 to SW5 to the off state.

このように本実施形態の超音波装置によれば、同時に駆動される超音波素子数(重なり度合)に応じてコモン電極線に接続される容量の容量値を可変に設定することができる。そして重なり度合が大きいほど容量値が大きな値に設定される。こうすることで、コモン電極線の電位変動を低減することができるから、位相走査時のビーム方向による超音波強度の変化を抑制することができる。その結果、ビーム方向に関わらず超音波強度を一定にすることができるから、例えば超音波診断装置などで精度の高いエコー画像を得ることなどが可能になる。   Thus, according to the ultrasonic apparatus of the present embodiment, the capacitance value of the capacitor connected to the common electrode line can be variably set according to the number of ultrasonic elements that are driven simultaneously (overlap degree). The capacity value is set to a larger value as the overlapping degree is larger. By doing so, it is possible to reduce the potential fluctuation of the common electrode line, and thus it is possible to suppress changes in the ultrasonic intensity due to the beam direction during phase scanning. As a result, since the ultrasonic intensity can be made constant regardless of the beam direction, it is possible to obtain a highly accurate echo image, for example, with an ultrasonic diagnostic apparatus.

3.超音波プローブ、電子機器、診断装置及び処理装置
図11に、本実施形態の超音波装置200を含む超音波プローブ300、電子機器(診断装置)400及び処理装置の基本的な構成例を示す。超音波プローブ300は、プローブヘッド220及びプローブ本体230を含む。プローブヘッド220は、超音波装置200及び接続部210を含む。プローブ本体230は、送受信部と制御部(超音波プローブ側制御部)CNTLとを含む。
3. Ultrasonic Probe, Electronic Device, Diagnostic Device, and Processing Device FIG. 11 shows a basic configuration example of an ultrasonic probe 300, an electronic device (diagnostic device) 400, and a processing device including the ultrasonic device 200 of this embodiment. The ultrasonic probe 300 includes a probe head 220 and a probe main body 230. The probe head 220 includes an ultrasonic device 200 and a connection unit 210. The probe main body 230 includes a transmission / reception unit and a control unit (ultrasonic probe side control unit) CNTL.

また、処理装置は、超音波素子アレイ100の送受信処理を行う送受信部と、可変容量回路110と、送受信部の制御及び可変容量回路110の容量値を設定する制御を行う制御部(超音波プローブ側制御部)CNTLとを含む。なお、処理装置が行う制御の一部は、制御部(本体装置側制御部)310により実現されてもよい。   The processing apparatus also includes a transmission / reception unit that performs transmission / reception processing of the ultrasonic element array 100, a variable capacitance circuit 110, a control unit that performs control of the transmission / reception unit and control of setting the capacitance value of the variable capacitance circuit 110 (ultrasonic probe). Side control unit) CNTL. A part of the control performed by the processing device may be realized by the control unit (main body device side control unit) 310.

プローブヘッド220は、接続部210を介して脱着可能であり、診断対象に合わせて交換することができる。接続部210は、超音波装置200とプローブ本体230とを電気的に接続するためのものであって、例えばフレキシブル基板とコネクターなどで構成することができる。   The probe head 220 is detachable through the connection part 210, and can be exchanged according to the diagnosis target. The connection unit 210 is for electrically connecting the ultrasonic apparatus 200 and the probe main body 230, and can be configured by, for example, a flexible substrate and a connector.

送受信部は、超音波素子アレイ100の送受信処理を行い、マルチプレクサーMUX、駆動信号発生器HV_P、送受信切換スイッチT/R_SW及びアナログフロントエンドAFEを含む。   The transmission / reception unit performs transmission / reception processing of the ultrasonic element array 100 and includes a multiplexer MUX, a drive signal generator HV_P, a transmission / reception changeover switch T / R_SW, and an analog front end AFE.

マルチプレクサーMUXは、駆動信号及び受信信号のチャネル切換を行う。例えば駆動信号発生器HV_P、送受信切換スイッチT/R_SW及びアナログフロントエンドAFEが8チャネル分の信号に対応する構成である場合には、マルチプレクサーMUXがこの8チャネル分の信号を超音波素子アレイ100の信号線DL1〜DLnに分配する。   The multiplexer MUX performs channel switching between the drive signal and the reception signal. For example, when the drive signal generator HV_P, the transmission / reception selector switch T / R_SW, and the analog front end AFE are configured to correspond to signals for eight channels, the multiplexer MUX outputs the signals for the eight channels to the ultrasonic element array 100. Are distributed to the signal lines DL1 to DLn.

駆動信号発生器HV_Pは、制御部(超音波プローブ側制御部)CNTLの制御に基づいて、超音波素子UEを駆動するための駆動信号VDR1〜VDRnを生成する。   The drive signal generator HV_P generates drive signals VDR1 to VDRn for driving the ultrasonic element UE based on the control of the control unit (ultrasonic probe side control unit) CNTL.

送受信切換スイッチT/R_SWは、送信時及び受信時の信号の切換を行う。受信時にはマルチプレクサーMUXとアナログフロントエンドAFEとを電気的に接続して、プローブヘッド220からの受信信号をアナログフロントエンドAFEに出力する。送信時には、マルチプレクサーMUXとアナログフロントエンドAFEとを電気的に非接続にして、駆動信号がアナログフロントエンドAFEに入力することを防止する。   The transmission / reception change-over switch T / R_SW performs signal switching at the time of transmission and reception. At the time of reception, the multiplexer MUX and the analog front end AFE are electrically connected to output a reception signal from the probe head 220 to the analog front end AFE. At the time of transmission, the multiplexer MUX and the analog front end AFE are electrically disconnected to prevent the drive signal from being input to the analog front end AFE.

アナログフロントエンドAFEは、受信信号の増幅、ゲイン設定、周波数設定、A/D変換(アナログ/デジタル変換)などを行い、検出データ(検出情報)として処理部320に出力する。アナログフロントエンドAFEは、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、A/Dコンバーターなどで構成することができる。   The analog front end AFE performs amplification, gain setting, frequency setting, A / D conversion (analog / digital conversion), and the like of the received signal, and outputs the detection data (detection information) to the processing unit 320. The analog front end AFE can be composed of, for example, a low noise amplifier, a voltage control attenuator, a programmable gain amplifier, a low pass filter, an A / D converter, and the like.

制御部(超音波プローブ側制御部)CNTLは、送受信部の制御を行う。具体的には、駆動信号発生器HV_Pに対して駆動信号の位相、周波数の制御を行い、アナログフロントエンドAFEに対して受信信号の周波数設定の制御を行う。また、制御部CNTLは、可変容量回路110の容量値を設定する制御を行う。具体的には、可変容量回路110のスイッチ素子をオン・オフして、容量値の設定制御を行う。制御部CNTLは、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)で実現することができる。   The control unit (ultrasonic probe side control unit) CNTL controls the transmission / reception unit. Specifically, the phase and frequency of the drive signal are controlled for the drive signal generator HV_P, and the frequency setting of the received signal is controlled for the analog front end AFE. Further, the control unit CNTL performs control for setting the capacitance value of the variable capacitance circuit 110. Specifically, the setting of the capacitance value is controlled by turning on / off the switch element of the variable capacitance circuit 110. The control unit CNTL can be realized by, for example, an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

なお、送受信部の制御及び可変容量回路110の容量値を設定する制御は、制御部(超音波プローブ側制御部)CNTLが行ってもよいし、或いは制御部(本体装置側制御部)310が行ってもよい。   The control of the transmission / reception unit and the control of setting the capacitance value of the variable capacitance circuit 110 may be performed by the control unit (ultrasonic probe side control unit) CNTL, or the control unit (main body device side control unit) 310. You may go.

電子機器400は、例えば超音波診断装置であって、超音波プローブ300、本体装置410を含む。本体装置410は、制御部(本体装置側制御部)310、処理部320、UI(ユーザーインターフェース)部330、表示部340を含む。   The electronic apparatus 400 is an ultrasonic diagnostic apparatus, for example, and includes an ultrasonic probe 300 and a main body apparatus 410. The main device 410 includes a control unit (main device control unit) 310, a processing unit 320, a UI (user interface) unit 330, and a display unit 340.

制御部(本体装置側制御部)310は、超音波プローブ300に対して超音波の送受信制御を行い、処理部320に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部320は、アナログフロントエンドAFEからの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。UI(ユーザーインターフェース)部330は、ユーザーの行う操作(例えばタッチパネル操作など)に基づいて制御部(本体装置側制御部)310に必要な命令(コマンド)を出力する。表示部340は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部320からの表示用画像データを表示する。   The control unit (main body device side control unit) 310 performs ultrasonic transmission / reception control on the ultrasonic probe 300 and controls the processing unit 320 such as image processing of detection data. The processing unit 320 receives detection data from the analog front end AFE and performs necessary image processing, generation of display image data, and the like. The UI (user interface) unit 330 outputs necessary commands (commands) to the control unit (main body device side control unit) 310 based on an operation (for example, a touch panel operation) performed by the user. The display unit 340 is a liquid crystal display, for example, and displays the display image data from the processing unit 320.

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。また超音波装置、超音波プローブ、電子機器、診断装置及び処理装置の構成、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。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. The configurations and operations of the ultrasonic device, the ultrasonic probe, the electronic device, the diagnostic device, and the processing device are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made.

100 超音波素子アレイ、110 可変容量回路、200 超音波装置、
210 接続部、220 プローブヘッド、230 プローブ本体、
300 超音波プローブ、310 制御部(本体装置側制御部)、320 処理部、
330 UI部、340 表示部、400 電子機器、410 本体装置、
UE 超音波素子、UEC1〜12 超音波素子列、DL1〜DL12 信号線、
CL1〜CL8 コモン電極線、VDR1〜VDR12 駆動信号、
VCOM コモン電圧
100 ultrasonic element array, 110 variable capacitance circuit, 200 ultrasonic device,
210 connection part, 220 probe head, 230 probe body,
300 ultrasonic probe, 310 control unit (main unit side control unit), 320 processing unit,
330 UI unit, 340 display unit, 400 electronic device, 410 main unit,
UE ultrasonic element, UEC1-12 ultrasonic element row, DL1-DL12 signal line,
CL1 to CL8 common electrode lines, VDR1 to VDR12 drive signals,
VCOM common voltage

Claims (11)

超音波素子アレイと、
可変容量回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
各超音波素子列において複数の超音波素子が第1の方向に沿って配置される第1の超音波素子列〜第n(nは2以上の整数)の超音波素子列と、
前記第1の方向に沿って配線される第1の信号線〜第nの信号線と、
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る第1のコモン電極線〜第m(mは2以上の整数)のコモン電極線とを有し、
前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列は、前記第2の方向に沿って配置され、
前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列のうちの、第j(jは1≦j≦nである整数)の超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第1の電極は、前記第1の信号線〜前記第nの信号線のうちの第jの信号線に接続され、
前記第jの超音波素子列を構成する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、
前記可変容量回路は、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線に共通接続され、
前記可変容量回路の容量値は、前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して入力される第1の駆動信号〜第nの駆動信号の位相に応じて設定されることを特徴とする超音波装置。
An ultrasonic element array;
Including a variable capacitance circuit,
The ultrasonic element array is:
In each ultrasonic element row, a plurality of ultrasonic elements are arranged along a first direction to a first ultrasonic element row to an n-th (n is an integer of 2 or more) ultrasonic element row;
A first signal line to an nth signal line wired along the first direction;
A first common electrode line wired along a second direction crossing the first direction to an m-th (m is an integer of 2 or more) common electrode line;
The first ultrasonic element array to the nth ultrasonic element array are arranged along the second direction,
Among the first ultrasonic element array to the nth ultrasonic element array, the plurality of ultrasonic elements constituting the jth ultrasonic element array (j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ n). Each of the first electrodes is connected to a jth signal line among the first signal line to the nth signal line,
A second electrode of each of the plurality of ultrasonic elements constituting the j-th ultrasonic element row is connected to any one of the first common electrode line to the m-th common electrode line;
The variable capacitance circuit is commonly connected to the first common electrode line to the m-th common electrode line,
The capacitance value of the variable capacitance circuit is set according to the phase of the first drive signal to the n-th drive signal input to the first signal line to the n-th signal line. An ultrasonic device.
請求項1に記載の超音波装置であって
前記第1の超音波素子列〜前記第nの超音波素子列の前記各超音波素子列は、
前記複数の超音波素子として、
前記第1の方向に沿って配置される第1の超音波素子〜第mの超音波素子を有し、
前記第1の超音波素子〜前記第mの超音波素子のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の超音波素子が有する前記第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第iのコモン電極線に接続されることを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to claim 1,
Each ultrasonic element row of the first ultrasonic element row to the nth ultrasonic element row is:
As the plurality of ultrasonic elements,
Having a first ultrasonic element to an m-th ultrasonic element arranged along the first direction,
The second electrode of the i-th ultrasonic element (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ m) of the first to m-th ultrasonic elements is the first common. An ultrasonic apparatus connected to an i-th common electrode line among electrode lines to the m-th common electrode line.
請求項1又は2に記載の超音波装置であって
超音波出力の位相走査時において、
前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、同位相の第1の駆動信号〜第nの駆動信号が入力される第1の動作状態では、前記可変容量回路の容量値が第1の容量値に設定され、
前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、互いに異なる位相の前記第1の駆動信号〜前記第nの駆動信号が入力される第2の動作状態では、前記可変容量回路の容量値が前記第1の容量値より小さい第2の容量値に設定されることを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to claim 1 or 2,
During phase scanning of ultrasonic output,
In the first operation state in which the first drive signal to the n-th drive signal having the same phase are input to the first signal line to the n-th signal line, the capacitance value of the variable capacitance circuit is Set to the first capacity value,
In the second operation state in which the first drive signal to the nth drive signal having different phases are input to the first signal line to the nth signal line, the variable capacitance circuit An ultrasonic device characterized in that a capacitance value is set to a second capacitance value smaller than the first capacitance value.
請求項3に記載の超音波装置であって
前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して、前記第1の駆動信号〜前記第nの駆動信号が第1の期間〜第nの期間において入力され、前記第1の期間〜前記第nの期間の重なり度合に応じて、前記可変容量回路の前記第2の容量値が設定されることを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to claim 3,
The first driving signal to the n-th driving signal are input to the first signal line to the n-th signal line in the first period to the n-th period, and the first period to the n-th signal line. 2. The ultrasonic apparatus according to claim 1, wherein the second capacitance value of the variable capacitance circuit is set according to the overlapping degree of the n-th period.
請求項4に記載の超音波装置であって
前記第1の期間〜前記第nの期間の前記重なり度合が大きいほど、前記可変容量回路の前記第2の容量値が大きな値に設定されることを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to claim 4,
The ultrasonic apparatus, wherein the second capacitance value of the variable capacitance circuit is set to a larger value as the degree of overlap between the first period to the nth period is larger.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の超音波装置であって
前記可変容量回路は、
超音波を放射する送信期間には、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線と電気的に接続され、
超音波エコー信号を受信する受信期間には、前記第1のコモン電極線〜前記第mのコモン電極線と電気的に非接続となることを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 5,
The variable capacitance circuit is:
In the transmission period for radiating ultrasonic waves, the first common electrode line to the m-th common electrode line are electrically connected,
An ultrasonic device, wherein the ultrasonic device is electrically disconnected from the first common electrode line to the m-th common electrode line during a reception period for receiving an ultrasonic echo signal.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の超音波装置であって
前記可変容量回路は、
圧電素子により構成される容量素子を有することを特徴とする超音波装置。
The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 6,
The variable capacitance circuit is:
An ultrasonic device comprising a capacitive element composed of a piezoelectric element.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の超音波装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。 Ultrasound probe which comprises an ultrasonic apparatus according to any one of claims 1 to 7. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の超音波装置を含むことを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the ultrasonic apparatus according to any one of claims 1 to 7. 請求項9において、
前記可変容量回路の容量値を、前記第1の信号線〜前記第nの信号線に対して入力される前記第1の駆動信号〜前記第nの駆動信号の位相に応じて設定する制御部を含むことを特徴とする電子機器。
In claim 9,
A control unit that sets a capacitance value of the variable capacitance circuit according to a phase of the first drive signal to the nth drive signal input to the first signal line to the nth signal line. An electronic device comprising:
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の超音波装置を含むことを特徴とする診断装置。 Diagnostic apparatus comprising the ultrasonic apparatus according to any one of claims 1 to 7.
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