JP6597063B2 - 超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定機 - Google Patents

超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定機 Download PDF

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Description

本発明は、超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定機に関する。
従来、超音波プローブを用いて超音波を送受信することにより超音波画像を形成する超音波診断装置（超音波測定機）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置では、超音波プローブは、送信用アレイと、受信用アレイと、を有する。これらのうち、送信用アレイは、基本波の超音波に対応した複数の基本波振動子が、当該基本波に対応する配列条件に従って１方向（スキャン方向）に配列された１次元アレイとして構成される。また、受信用アレイは、基本波に対する高次高調波の超音波に対応した複数の高調波振動子が、高次高調波の次数に対応する所定の配列条件に従って上記１方向に配列された１次元アレイとして構成される。これら送信用アレイと受信用アレイとが、平行に近接して配置される。
特開２０１１−１６０８５６号公報
ところで、超音波を送受信する上記振動子すなわち開口が、１次元アレイ状に配置された超音波アレイにおいて、スキャン方向と直交するスライス方向における開口寸法を大きくすることにより、超音波の検出精度を向上させることができる。
例えば、音響レンズ等を用いて超音波を収束させる場合、超音波を送信する開口（送信開口）における、スライス方向の寸法を大きくすることにより、超音波をより小さい領域に収束させることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波を受信する開口（受信開口）における、スライス方向の寸法を大きくすることにより、超音波の受信面積を増大させることができる。これにより、受信開口における超音波の受信感度を向上させることができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、送信用アレイに対してスライス方向に近接する位置に受信用アレイを配置している。このため、スライス方向における送信開口及び受信開口の寸法を大きくすると、スライス方向における超音波アレイ全体の寸法が大きくなり、超音波プローブが大型化してしまうという課題があった。このため、超音波プローブの小型化と、基本波に対する高次高調波の検出精度の向上と、を両立させることが困難だった。
本発明は、小型化と、高次高調波の検出精度の向上とを両立可能な超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定機を提供することを１つの目的とする。
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部と、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部と、を備え、複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置されることを特徴とする。
ここで、第一間隔は、Ｎ次の高次高調波を適切に受信可能となる超音波受信部の間隔である。当該第一間隔は、例えば、Ｎ次の高次高調波を所望の精度で受信可能となるように、当該高次高調波の波長（周波数）に応じた最大間隔以下となるように設定される。
本適用例に係る超音波デバイスでは、超音波送信部及び超音波受信部が、一列に配置される。そして、超音波受信部は、高次高調波の次数に応じた第一間隔にて配置される。また、超音波送信部が次数に応じた個数ずつ同時に駆動されることにより、これら超音波送信部が１つの送信チャンネルとして機能し、当該送信チャンネルが、第一間隔を、高次高調波の次数倍した第二間隔で配置される。
このような構成では、送信チャンネルの間隔が、超音波受信部（受信チャンネル）の間隔の次数倍であるため、基本波に対する高次高調波を高精度に検出することができる。
そして、これら超音波送信部と超音波受信部とを、一列に配置することにより、超音波送信部からなる送信列と、超音波受信部からなる受信列とを平行に配置する構成と比べて、超音波デバイスを小型化することができる。
また、スライス方向において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイスを形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、本適用例では、超音波送信部と超音波受信部とが、一列に配置されている。このような構成では、上述の送信列と受信列と平行に配置する構成と比べて、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とを、近づけることができる。このため、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とが、超音波送信部及び超音波受信部の第一方向と交差する方向に離れることによる分解能の低下を抑制できる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波送信部及び前記超音波受信部は、前記第一方向に沿って交互に配置されることが好ましい。
本適用例では、超音波送信部と超音波受信部とが交互に配置され、超音波送信部及び超音波受信部がそれぞれ所定の間隔で配置される。
このような構成では、超音波送信部間の間隔が第一方向において変化する場合と比べて、各超音波送信部から送信された超音波の合成波としての基本波をより適切に送信することができる。例えば、伝播方向に対して波面が直交する基本波をより確実に送出できる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波送信部の前記第一方向に交差する第二方向における前記超音波送信部の寸法は、前記超音波受信部の前記第二方向の寸法よりも大きいことが好ましい。
本適用例では、上記第二方向において、超音波送信部の寸法は、超音波受信部の寸法よりも大きい。すなわち、上記第二方向において、超音波受信部の寸法は、超音波送信部の寸法よりも小さい。
ここで、超音波送信部と超音波受信部とを２列で配置した場合、上記第二方向における超音波送信部の寸法を大きくすると、超音波送信部の中心位置と、超音波受信部の中心位置とのスライス方向における距離が大きくなる。このため、超音波の送信方向を超音波受信部側に傾けることとなり、分解能が低下するおそれがある。
これに対して、本適用例では、超音波送信部と超音波受信部とが１列に配置されているため、超音波送信部及び超音波受信部のスライス方向における中心位置を変化させずに、上記第二方向における超音波送信部の寸法を大きくすることができる。従って、上述の分解能の低下のおそれがないうえ、さらに、上述のように、超音波送信部の寸法を大きくすることにより分解能を向上させることができる。また、超音波受信部の寸法を小さくすることにより、基本波の収束領域からの反射波をより適切に超音波受信部で受信することができ、分解能を向上させることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なることが好ましい。
本適用例では、各超音波受信部（受信開口）の中心位置を通る仮想線が、超音波送信部（送信開口）と重なる。すなわち、第二方向において、受信開口の中心が、送信開口の両端部よりも内側に位置する。これにより、第二方向において、受信開口の中心が、受信開口よりも外側に位置する場合と比べて、送信開口及び受信開口の各中心のずれ量を小さくでき、分解能を向上させることができる。
なお、第二方向において、送信開口の中心と受信開口の中心とが一致することがより好ましい。この場合、送信波と反射波との伝搬方向を略平行とでき、分解能をより一層向上させることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられていることが好ましい。
本適用例では、各超音波受信部（受信開口）は、第一方向に沿った投影視において、超音波送信部（送信開口）と重なる位置に設けられている。すなわち、上記投影視において、超音波送信部に含まれるように超音波受信部が設けられている。
このような構成では、上記投影視において、超音波受信部の少なくとも一部が、超音波送信部と重ならない位置に設けられている場合と比べて、分解能を向上させることができる。
本発明の一適用例に係る超音波モジュールは、基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部、を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスが設けられる回路基板と、を備え、複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置されることを特徴とする。
本適用例に係る超音波モジュールでは、上記超音波デバイスに係る適用例と同様に、
一列に配置された超音波送信部及び超音波受信部のうち、超音波受信部は、Ｎ次の高次高調波の次数に応じた第一間隔にて配置され、複数の超音波送信部を含む送信チャンネルが、第一間隔を、高次高調波の次数倍した第二間隔で配置される。
このような構成では、送信チャンネルの間隔が、受信チャンネルの間隔の次数倍であるため、高次高調波を高精度に検出することができる。
そして、超音波送信部と超音波受信部が一列に配置されるため、送信列と受信列とを平行に配置する構成と比べ、超音波デバイス、ひいては超音波モジュールを小型化できる。
また、スライス方向において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイスを形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波送信部と超音波受信部とが一列に配置されているため、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と比べて、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とを、近づけることができ、分解能の低下を抑制できる。
本発明の一適用例に係る超音波モジュールは、基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスが設けられ、かつ、複数の前記超音波送信部のうち、同一の駆動信号が入力される前記超音波送信部を選択する選択部を備える回路基板と、を備え、複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、前記選択部は、Ｎ個の前記超音波受信部が同時に駆動されて構成される送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍の第二間隔となるように、前記超音波送信部を選択することを特徴とする。
本適用例に係る超音波モジュールでは、上記超音波デバイスに係る適用例と同様に、一列に配置された超音波送信部及び超音波受信部のうち、超音波受信部は、高次高調波の次数に応じた第一間隔にて配置される。そして、選択部は、複数の超音波送信部を含む送信チャンネル間の間隔が、第一間隔を高次高調波の次数倍した第二間隔となるように、同時に駆動される超音波送信部を選択する。
このような構成では、上記超音波デバイスと同様に、送信チャンネルの間隔が、受信チャンネルの間隔の次数倍であるため、高次高調波を高精度に検出することができる。
そして、超音波送信部と超音波受信部が一列に配置されるため、送信列と受信列とを平行に配置する構成と比べ、超音波デバイス、ひいては超音波モジュールを小型化できる。
また、スライス方向において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイスを形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波送信部と超音波受信部とが一列に配置されているため、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と比べて、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とを、近づけることができ、分解能の低下を抑制できる。
さらに、本適用例では、同時に駆動する超音波送信部を回路基板側に設けられた選択部で選択可能に構成される。これにより、例えば、超音波送信部を個別に駆動させて、基本波を受信対象とすることもでき、超音波測定機の利便性を向上させることができる。
本発明の一適用例に係る超音波測定機は、基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置されることを特徴とする。
本適用例に係る超音波測定機では、上記超音波デバイス及び超音波モジュールに係る適用例と同様に、一列に配置された超音波送信部及び超音波受信部のうち、超音波受信部は、高次高調波の次数に応じた第一間隔にて配置され、複数の超音波送信部を含む送信チャンネルが、第一間隔を、高次高調波の次数倍した第二間隔で配置される。
このような構成では、送信チャンネルの間隔が、受信チャンネルの間隔の次数倍であるため、高次高調波を高精度に検出することができる。
そして、超音波送信部と超音波受信部が一列に配置されるため、送信列と受信列とを平行に配置する構成と比べ、超音波デバイス、ひいては超音波測定機を小型化できる。
また、スライス方向において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイスを形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波送信部と超音波受信部とが一列に配置されているため、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と比べて、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とを、近づけることができ、分解能の低下を抑制できる。
本発明の一適用例に係る超音波測定機は、基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、同一の駆動信号が入力される前記超音波送信部を選択する選択部と、前記超音波デバイス及び前記選択部を制御する制御部と、を備え、複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、前記選択部は、前記制御部による制御に基づいて、Ｎ個の前記超音波受信部が同時に駆動されて構成される送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍の第二間隔となるように、前記超音波送信部を選択することを特徴とする。
本適用例に係る超音波測定機では、上記超音波デバイス及び超音波モジュールに係る適用例と同様に、一列に配置された超音波送信部及び超音波受信部のうち、超音波受信部は、高次高調波の次数に応じた第一間隔にて配置される。そして、選択部は、複数の超音波送信部を含む送信チャンネル間の間隔が、第一間隔を高次高調波の次数倍した第二間隔となるように、同時に駆動される超音波送信部を選択する。
このような構成では、送信チャンネルの間隔が、受信チャンネルの間隔の次数倍であるため、高次高調波を高精度に検出することができる。
そして、超音波送信部と超音波受信部が一列に配置されるため、送信列と受信列とを平行に配置する構成と比べ、超音波デバイス、ひいては超音波測定機を小型化できる。
また、スライス方向において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイスを形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波送信部と超音波受信部とが一列に配置されているため、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と比べて、送信開口の中心位置と、受信開口の中心位置とを、近づけることができ、分解能の低下を抑制できる。
さらに、本適用例では、同時に駆動する超音波送信部を回路基板側に設けられた選択部で選択可能に構成される。これにより、例えば、超音波送信部を個別に駆動させて、基本波を受信対象とすることもでき、超音波測定機の利便性を向上させることができる。
本適用例の超音波測定機において、前記複数の超音波受信部は、複数の次数の高次高調波を受信可能であり、最高次数に応じた前記第一間隔で配置され、前記選択部は、前記第二間隔が、受信対象の高次高調波の次数と前記第一間隔との積となるように、前記超音波送信部を選択することが好ましい。
本適用例では、複数の次数の高次高調波を受信対象とし、超音波受信部の配置間隔である第一間隔が、最高次数に応じた間隔である。そして、選択部は、受信対象の高次高調波の次数に応じて超音波送信部を選択して、これらを同時に駆動させる。
このような構成では、複数の次数のうちの最高次数に応じた間隔で、超音波受信部が配置されるため、複数次数を検出対象とする際に、最高次数よりも低次の高次高調波や基本波よりも強度が小さい最高次数の高次高調波を、より確実に検出することができる。
また、選択部が、受信対象の次数に応じて同時駆動の対象となる超音波送信部を選択することにより、当該受信対象の次数に応じて送信チャンネルの間隔を設定することができる。従って、複数の次数の高次高調波を検出する場合でも、各次数の高次高調波の検出精度を向上させることができる。
本適用例の超音波測定機において、前記超音波受信部は、受信対象の次数のそれぞれに対応する受信素子を備えることが好ましい。
ここで、高次高調波は、次数に応じて基本波の周波数の次数倍の周波数を有する。本適用例において、受信対象の次数に対応する受信素子とは、例えば、次数に応じた周波数を有する高調波に対して、測定精度に応じた所望の感度を有する受信素子である。
本適用例では、受信素子は、複数の次数のそれぞれに対応する受信素子を備える。これにより、複数の次数の高次高調波を受信対象とする場合でも、各次数の高調波の検出精度を向上させることができる。
本発明の第一実施形態に係る超音波測定機の概略構成を示す斜視図。 第一実施形態の超音波測定機の概略構成を示すブロック図。 第一実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。 第一実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す平面図。 第一実施形態の超音波素子の構成を模式的に示す図。 第一実施形態の超音波デバイスを模式的に示す図。 第一実施形態の超音波デバイスを模式的に示す図。 第一実施形態の一変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す平面図。 本発明の第二実施形態に係る超音波測定機の概略構成を示すブロック図。 第二実施形態に係る超音波デバイスの概略構成を示す平面図。 第二実施形態に係る超音波測定処理を示すフローチャート。 本発明の一変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す平面図。 本発明の一変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す平面図。
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の電子機器としての超音波測定機について、図面に基づいて説明する。
［超音波測定機の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定機１の概略構成を示す斜視図である。図２は、超音波測定機１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波測定機１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定機１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波のうち、上記基本波に対する高次高調波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
［超音波プローブの構成］
図３は、図１のIII−III線で切断した超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、筐体２１と、超音波センサー２２と、を備える。
［筐体の構成］
筐体２１は、図１示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を支持する。筐体２１の厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波センサー２２の一部（後述する音響レンズ７）が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、筐体２１の内部に挿入される。このケーブル３は、図示を省略するが、筐体２１の内部にて超音波センサー２２（後述する回路基板６）に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
［超音波センサーの構成］
超音波センサー２２は、本発明の超音波モジュールに相当し、図３に示すように、超音波デバイス４と、フレキシブル基板５と、回路基板６と、音響レンズ７と、を備える。後述するが、回路基板６には、超音波デバイス４を制御するためのドライバ回路等が設けられており、超音波デバイス４は、フレキシブル基板５を介して回路基板６に電気的に接続される。この超音波デバイス４の超音波送受信側の面に、音響レンズ７が配置される。この超音波センサー２２は、音響レンズ７が露出するように筐体２１に収納され、露出部分から超音波を対象に送出し、対象からの反射波を受信する。
［音響レンズの構成］
音響レンズ７は、超音波デバイス４から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波デバイス４に伝搬させる。この音響レンズ７は、超音波デバイス４が超音波を送受信する面に沿って配置される。なお、図示を省略するが、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響整合層が設けられる。これら、音響レンズ７及び音響整合層は、素子基板４１の超音波素子４０（送信素子４２１及び受信素子４３１）の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
［超音波デバイスの構成］
図４は、音響レンズ７側から見た超音波デバイス４の概略構成を示す平面図である。
以下の説明では、後述するように一次アレイ構造を有する超音波デバイス４のスキャン方向（第１方向）をＸ方向とし、スキャン方向に直交するスライス方向（第２方向）をＹ方向とする。
超音波デバイス４は、超音波送信部４２と、超音波受信部４３と、信号電極線ＳＬと、コモン電極線ＣＬと、第１信号端子ＳＡと、第２信号端子ＳＢと、第１コモン端子ＣＡと、第２コモン端子ＣＢと、を備え、これらが素子基板４１に設けられている。
これらのうち超音波送信部４２は、送信用の超音波素子である複数の送信素子４２１を有し、これら複数の送信素子４２１が、Ｙ方向に沿って配置されて構成される。また、超音波受信部４３は、受信用の超音波素子である複数の受信素子４３１を有し、これら複数の受信素子４３１が、Ｙ方向に沿って配置されて構成される。
なお、本実施形態の超音波デバイス４では、複数の超音波送信部４２及び超音波受信部４３が、Ｘ方向に交互に配置され、Ｘ方向に隣り合う１組の超音波送信部４２が、１つの送信チャンネルとして機能し、各超音波受信部４３が、１つの受信チャンネルとして機能する。そして、各送信チャンネルから送信された基本波に対応する２次高調波を、各受信チャンネルによって受信する。
（素子基板の構成）
図５に、素子基板４１及び超音波素子４０の構成の一例を示す。図５（Ａ）は、送信素子４２１の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａに沿った断面を示す断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。
素子基板４１は、図５に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１に積層された振動膜４１２と、振動膜４１２に積層された圧電素子４１３と、を備えている。ここで、振動膜４１２及び圧電素子４１３により、超音波素子４０（送信素子４２１及び受信素子４３１）が構成されている。
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１のアレイ領域内には、各々の超音波素子に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、各開口部４１１Ａは、基板本体部４１１の背面４１Ａ側に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１Ａ側全体を覆って設けられている。この振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、振動膜４１２をＳｉＯ２により構成する場合、例えば基板本体部４１１の背面４１Ａ側を酸化処理することで、所望の厚み寸法の振動膜４１２を容易に形成することが可能となる。また、この場合、ＳｉＯ２の振動膜４１２をエッチングストッパとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、容易に前記開口部４１１Ａを形成することができる。
（超音波送信部の構成）
超音波送信部４２は、上述のように、複数の送信素子４２１を備える。この送信素子４２１は、図５に示すように、振動膜４１２と、圧電素子４１３とを含み構成される。
圧電素子４１３は、下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体であり、図５に示すように、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２上に設けられる。
このような送信素子４２１では、下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部４１１Ａの開口領域内の振動膜４１２を振動させて超音波を送出できる。ここで、送信素子４２１の振動膜４１２（開口部４１１Ａの開口寸法）は、上述の受信対象の２次高調波に対応する基本波に応じた寸法を有する。これにより、送信素子４２１によって基本波を所望の効率で送出させることができる。
下部電極４１４は、下部電極本体４１４Ａと、下部電極線４１４Ｂと、を有し、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、複数の送信素子４２１に跨って設けられる。従って、Ｙ方向に並ぶ送信素子４２１において、下部電極４１４は同電位となる。この下部電極４１４は、信号電極線ＳＬによって、素子基板４１の＋Ｙ側の外周部に配置された対応する第１信号端子ＳＡと、素子基板４１の−Ｙ側の外周部に配置された対応する第１信号端子ＳＡに接続される。下部電極４１４には、各信号端子ＳＡ，ＳＢ（図４参照）を介して駆動電圧が印加される。
本実施形態では、Ｙ方向における超音波送信部４２の２つを１組として、１つの送信チャンネルが構成される。すなわち、図５に示すように、隣り合う２つの超音波送信部４２は、同一の信号端子ＳＡ，ＳＢに接続される。
圧電膜４１５は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の薄膜により形成され、下部電極４１４を少なくとも覆うように構成される。
上部電極４１６は、上部電極本体４１６Ａ（図５参照）と、上部電極線４１６Ｂ（図５参照）と、を有する。上部電極４１６は、コモン電極線ＣＬによって、第１コモン端子ＣＡ及び第２コモン端子ＣＢに接続され（図４参照）、コモン電圧が印加される。
（超音波受信部の構成）
超音波受信部４３は、上述のように、Ｙ方向に沿って配置された複数の受信素子４３１を備える。複数の超音波受信部４３が、Ｘ方向に配置される。この超音波受信部４３は、超音波素子４０としての受信素子４３１を備えることと、Ｙ方向（スライス方向）の寸法が、超音波送信部４２よりも小さい点以外は、基本的に略同様に構成される。
すなわち、受信素子４３１は、上記送信素子４２１と基本的に同様に構成され、振動膜４１２と、圧電素子４１３とを含み構成される。受信素子４３１は、送信素子４２１から送出された基本波に対応する２次高調波（基本波の中心周波数ｆ０とした場合、中心周波数２ｆ０の高次高調波）を効率よく受信するために、振動膜４１２の寸法が、２次高調波に応じた寸法に設定されている。
複数の超音波受信部４３は、信号電極線ＳＬにより、互いに異なる信号端子ＳＡ，ＳＢに接続される。また、複数の超音波受信部４３は、コモン電極線ＣＬによってコモン端子ＣＡ，ＣＢに接続される（図４参照）。すなわち、Ｘ方向に等間隔に配置された複数の超音波受信部４３のそれぞれが、１つの受信チャンネルとして機能する。
（超音波送信部及び超音波受信部の配置）
図６は、超音波送信部４２及び超音波受信部４３を備える超音波デバイス４の概略構成を模式的に示す図である。なお、図６では、信号電極線ＳＬ及びコモン電極線ＣＬのうち、超音波送信部４２における信号電極線ＳＬのみを図示している。
図６に示すように、複数の超音波送信部４２及び超音波受信部４３が交互に配置される。
超音波送信部４２及び超音波受信部４３は、それぞれ所定の間隔で配置される。
超音波受信部４３は、それぞれ１つの受信チャンネルＲとして機能する。この超音波受信部４３、すなわち受信チャンネルＲが、間隔Ｌ（受信ピッチ）で配置される。ここで、受信ピッチＬは、基本波に対する２次高調波に応じて設定される。なお、受信ピッチＬは、超音波送信部４２から送信された基本波に対する２次高調波を、所望の精度で取得可能な最大間隔Ｌmax以下の寸法に設定される。
ここで、上述のように、複数の超音波送信部４２のうちのＸ方向に隣り合う２つが、信号電極線ＳＬにより結線され、１つの送信チャンネルＴを構成する。この送信チャンネルＴは、所定の間隔２Ｌで配置される。すなわち、Ｘ方向に沿って複数の送信チャンネルＴが、間隔２Ｌ（送信ピッチ２Ｌ）で配置される。このように、本実施形態では、送信ピッチを受信ピッチの２倍に設定する。これにより、送信ピッチと受信ピッチとが同一の場合に比べて、基本波に対する２次高調波を高精度に受信することができる。
図７は、超音波デバイス４の送信チャンネルＴから基本波が送信される様子を模式的に示す図である。
各送信チャンネルＴからの基本波（波長λ）の送信タイミングを順次遅延させて、所定の走査角度θの範囲を走査対象とする場合、送信ピッチ２Ｌは、下記式（１）で示されるグレーティングローブ条件を満たすように設定される。このように送信ピッチ２Ｌを設定することにより、走査角度がθの範囲であれば、グレーティングローブの発生を抑制できる。
なお、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が等間隔に配置され、かつ、超音波送信部４２すなわち送信開口のＸ方向における寸法をｄとすると、本実施形態では、超音波受信部４３すなわち受信開口のＸ方向における寸法もｄであり、Ｌとｄとの間には、下記式（２）の関係があり、ｄは、下記式（３）を満たすように設定される。
［数１］
２Ｌ＜λ／（１＋ｓｉｎθ） …（１）
２Ｌ＝４ｄ …（２）
ｄ＜λ／４（１＋ｓｉｎθ） …（３）
図６に戻り、超音波デバイス４では、送信開口の中心位置Ｐ１と、受信開口の中心位置Ｐ２とが、Ｙ軸に平行な仮想線Ｏ１上に位置するように、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が設けられている。このような構成では、超音波アレイに直交する面に沿って送信され、反射された後、当該面に沿って伝播した超音波を受信することができる。従って、送信開口及び受信開口のそれぞれの中心が、Ｙ方向にずれて設定され、送信された超音波とは異なる角度で伝播した反射波が受信される構成と比べて、分解能を向上させることができる。
また、スキャン方向（Ｘ方向）に沿った投影視において、各中心位置Ｐ１，Ｐ２の位置が一致しているため、超音波受信部４３のＹ方向における寸法（受信スライス開口の寸法）を小さくすることができ、分解能を向上させることができる。
なお、本実施形態では、超音波送信部４２のＹ方向における寸法（送信スライス開口の寸法）が、超音波受信部４３の寸法（受信スライス開口の寸法）よりも小さい。また、Ｘ方向に沿った投影視において、超音波受信部４３の内部に重なる位置に、超音波送信部４２が設けられている。これにより、分解能の向上を図ることができる。
［回路基板の構成］
図２に示す回路基板６は、駆動信号端子（図示省略）と、コモン端子（図示省略）とを備え、フレキシブル基板５によって超音波デバイス４が接続される。また、回路基板６は、ケーブル３を介して制御装置１０に接続されている。
この回路基板６は、超音波デバイス４を駆動させるためのドライバ回路等が設けられている。具体的には、回路基板６は、図２に示すように、選択回路６１、送信回路６２、及び受信回路６３を備えている。
選択回路６１は、本発明の選択部に相当し、制御装置１０の制御に基づいて、送信回路６２と接続する送信チャンネルＴ（超音波送信部４２）を選択する。
送信回路６２は、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路６１を介して超音波デバイス４に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。なお、選択回路６１によって選択された超音波送信部４２に含まれる送信素子４２１は、当該送信信号の出力に応じて駆動され、超音波を送信する。
受信回路６３は、超音波センサー２２から入力された受信信号を制御装置１０に出力する。受信回路６３は、例えば低雑音増幅回路、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、整相加算回路等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅、各受信チャンネル毎の整相加算処理等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
［制御装置の構成］
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、制御部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定機１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定機１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、後述する各処理を実施する処理回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、制御部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送受信制御部１４１、ハーモニック処理部１４２、信号処理部１４３として機能する。
送受信制御部１４１は、選択回路６１に対して駆動対象の送信チャンネルＴを選択させる制御を行う。また、送受信制御部１４１は、送信回路６２に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行う。また、送受信制御部１４１は、受信回路６３に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
ハーモニック処理部１４２は、チャンネル毎の受信信号に基づいて、チャンネル毎にハーモニック成分（高調波成分ともいう）を抽出する。
信号処理部１４３は、ハーモニック処理された受信信号に対して、良好な断層画像を取得するための各種処理を実施する。各種処理としては、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に碓認しやすいように、表現形式を変換する対数変換処理等の非線形圧縮処理や、反射波の伝播時間（すなわち深さ）に応じて増幅度（明るさ）を補正するＳＴＣ（Sensitive Time Control）処理等を例示できる。また、信号処理部１４３は、Ｂモード画像やＭモード画像等の各種超音波画像を生成し、表示部１２に表示させる。
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が、Ｘ方向に一列に配置される。これらのうち超音波受信部４３は、２次高調波の次数に応じた間隔Ｌにて配置される。また、超音波送信部４２が高次高調波の次数に応じた個数、本実施形態では、２つずつ同時に駆動されるように構成される。これにより、同時に駆動される超音波送信部４２が１つの送信チャンネルＴとして機能し、当該送信チャンネルＴが、上記間隔Ｌを、高次高調波の次数倍した間隔、すなわち間隔２Ｌで配置される。
このような構成では、送信チャンネルＴの間隔が、超音波受信部４３（すなわち受信チャンネルＲ）の間隔の次数倍であるため、基本波に対する高次高調波を高精度に検出することができる。
また、超音波送信部４２と超音波受信部４３とを、Ｘ方向に沿って一列に配置することにより、超音波送信部４２からなる送信列と、超音波受信部４３からなる受信列とを平行に配置する構成と比べて、超音波デバイス４を小型化することができる。
また、Ｙ方向（スライス方向）において、上述の送信列と受信列とが平行に配置される構成と同一の寸法で超音波デバイス４を形成する場合、送信開口のスライス方向の寸法を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
また、超音波送信部４２と超音波受信部４３とが、Ｘ方向に沿って一列に配置されているため、上述の送信列と受信列とを平行に配置する構成と比べて、送信開口の中心位置Ｐ１と、受信開口の中心位置Ｐ２とを、近づけることができる。このため、送信開口の中心位置Ｐ１と、受信開口の中心位置Ｐ２とが、Ｙ方向に離れることによる分解能の低下を抑制できる。
また、各超音波受信部４３（受信開口）は、Ｘ方向に沿った投影視において、超音波送信部４２（送信開口）と重なる位置に設けられている。すなわち、上記投影視において、超音波送信部４２に含まれるように超音波受信部４３が設けられている。このような構成では、上記投影視において、超音波受信部４３の少なくとも一部が、超音波送信部４２と重ならない位置に設けられている場合と比べて、分解能を向上させることができる。
本実施形態では、超音波送信部４２と超音波受信部４３とが交互に配置され、これら超音波送信部４２及び超音波受信部４３がそれぞれ所定の間隔で配置される。
このような構成では、超音波送信部４２間の間隔が配列方向において変化する場合と比べて、各超音波送信部４２から送信された超音波の合成波としての基本波をより適切に送信することができる。例えば、伝播方向に対して波面が直交する基本波をより確実に形成することができる。
また、本実施形態では、Ｙ方向において、超音波送信部４２の寸法は、超音波受信部４３の寸法よりも大きい。すなわち、超音波受信部４３の寸法は、超音波送信部４２の寸法よりも小さい。
ここで、スライス方向（Ｙ方向）における超音波送信部４２の寸法を大きくすると、超音波をより適切に収束させることができる。しかしながら、超音波送信部４２と超音波受信部４３とを２列で配置した場合、超音波送信部４２の寸法を大きくすると、超音波送信部４２の中心位置Ｐ１と、超音波受信部４３の中心位置Ｐ２と、スライス方向における距離が大きくなる。このため、送信波を超音波受信部４３側に傾けて送信することとなり、分解能が低下するおそれがある。
これに対して、本実施形態では、超音波送信部４２と超音波受信部４３とが、Ｘ方向に１列に配置されているため、超音波送信部４２及び超音波受信部４３のスライス方向（Ｙ方向）における中心位置を変化させずに、スライス方向における超音波送信部４２の寸法を大きくすることができる。従って、上述の分解能の低下のおそれがないうえ、さらに、上述のように、超音波送信部４２の寸法を大きくすることにより分解能を向上させることができる。また、超音波受信部４３の寸法を小さくすることにより、基本波の収束領域からの反射波をより適切に超音波受信部４３で受信することができ、分解能を向上させることができる。
本実施形態では、超音波送信部４２の中心位置Ｐ１と、超音波受信部４３の中心位置Ｐ２とが、同一の仮想線Ｏ１上に位置する。これにより、超音波送信部４２と超音波受信部４３とを２列で配置した場合と比べて、送信開口及び受信開口の各中心のずれ量を小さくでき、分解能を向上させることができる。
また、Ｙ方向における、送信開口及び受信開口の各中心の位置が一致することにより、送信波と反射波との伝搬方向を略平行とでき、分解能をより一層向上させることができる。
また、本実施形態の超音波デバイス４では、一つの送信チャンネルＴを構成する２つの超音波送信部４２が同一の端子に接続されている。これにより、当該端子に駆動信号を入力することにより、上記２つの超音波送信部４２を同時に駆動させることができる。従って、上記２つの超音波送信部４２にそれぞれ個別駆動信号を入力して、同時に駆動させる場合と比べて、２つの超音波送信部４２の駆動タイミングの同期等の処理を省略することができ、制御処理の簡略化を図ることができる。
本実施形態では、超音波送信部４２及び超音波受信部４３がＸ方向に一列に配置され、＋Ｙ側及び−Ｙ側の両方に設けられた端子に接続される。このような構成では、＋Ｙ側及び−Ｙ側のうちの片側のみに設けられた端子に、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が接続される構成と比べて、超音波送信部４２及び超音波受信部４３をより確実に所望の特性で駆動させることができる。すなわち、超音波送信部４２の内部抵抗によって、端子からの距離に応じて電圧が低下し、所望の特性で圧電素子を駆動できないおそれがあるが、本実施形態では、Ｙ方向の両側に設けられた端子から電圧が印加されるため、上記不具合の発生を抑制できる。
なお、超音波送信部４２及び超音波受信部４３がＹ方向に並置されている場合、上記構成を採用することが困難である。これに対して、本実施形態では、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が一列に配置されるため、超音波送信部４２及び超音波受信部４３から＋Ｙ側及び−Ｙ側の両方に信号線を引き出すことが容易である。
［第一実施形態の変形例］
図８は、第一実施形態の一変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す図である。
上記第一実施形態では、超音波デバイス４は、基本波に対する２次高調波を受信対象とし、Ｘ方向に隣り合う２つの超音波送信部４２によって１つの送信チャンネルＴとして機能させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。
図８に示す、超音波デバイス４Ａでは、基本波に対する３次高調波を受信対象とし、Ｘ方向に隣り合う３つの超音波送信部４２を１つの送信チャンネルＴとして機能させる。すなわち、３つの超音波送信部４２を共通の信号端子ＳＡ，ＳＢ（図４参照）に接続する。超音波デバイス４Ａでは、受信ピッチに対して送信ピッチが３倍になり、基本波に対する３次高調波を高精度に受信可能である。
なお、本変形例では、受信ピッチや受信素子４３１の振動膜の寸法は、３次高調波の波長に応じて設定される。
このように、３次以上の高調波を受信対象とすることができる。なお、ｎ次の高調波を受信対象とする場合、隣り合うｎ個の超音波送信部４２を１組として１つの送信チャンネルを構成する。
また、Ｘ方向における送信開口及び受信開口の寸法をｄ、走査角度をθ、基本波の波長をλとすると、送信ピッチＬｎと、各開口の寸法ｄとの間には、下記式（４）の関係があり、上記寸法ｄは、グレーティングローブ条件を満たすように、下記式（５）を満たすように設定される。
［数２］
Ｌｎ＝２ｎｄ …（４）
ｄ＜λ／２ｎ（１＋ｓｉｎθ） …（５）
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
第一実施形態では、超音波測定機は、所定の次数の高調波を受信対象とし、複数の超音波送信部を１つの送信チャンネルとして機能させるために、複数の超音波送信部を共通する端子に接続していた。
これに対して、第二実施形態では、超音波測定機は、複数の次数の高調波を受信対象とし、受信対象の高調波の次数に応じて、送信ピッチを変更可能に構成されている点で、第一実施形態と相違する。
なお、本実施形態では、受信対象として２次及び３次の高調波を受信対象とする例について説明するが、４次以上の高調波を受信対象としてもよいし、３種類以上の次数の高調波を受信対象としてもよい。
また、以降の説明にあたり、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図９は、第二実施形態に係る超音波測定機１Ａの概略構成を示すブロック図である。
また、図１０は、超音波送信部４２及び超音波受信部４４を備える超音波デバイス４Ｂの概略構成を模式的に示す図である。
超音波デバイス４Ｂは、各超音波送信部４２が、それぞれ異なる信号端子ＳＡ，ＳＢ（図４参照）に接続され、個別に駆動可能に構成されている。
超音波受信部４４は、複数の高次高調波として、２次高調波と３次高調波とを受信対象とし、図１０に示すように、複数の受信素子４４１，４４２を有し、これら第１受信素子４４１及び第２受信素子４４２がＹ方向に交互に配置される。
第１受信素子４４１は、２次高調波に対して、所望の測定精度に応じた感度を有する。すなわち、第１受信素子４４１は、２次高調波の周波数帯域の超音波を所望の感度で検出可能なように、振動膜の寸法や膜厚や、圧電素子の特性等が設定される。
第２受信素子４４２は、３次高調波に対して、所望の測定精度に応じた感度を有する。すなわち、第２受信素子４４２は、３次高調波の周波数帯域の超音波を所望の感度で検出可能に構成される。なお、第１受信素子４４１と第２受信素子４４２とは、異なる端子に接続される。これにより、第１受信素子４４１からの検出信号と、第２受信素子４４２からの検出信号を個別に検出することができる。
なお、超音波受信部４４は、２次及び３次高調波の両方を受信可能な受信素子を備え構成されてもよい。この場合、受信素子は、受信可能な周波数帯域が２次及び３次高調波のそれぞれの周波数帯域を含むよう、振動膜の寸法や膜厚や、圧電素子の特性等が設定される。
受信ピッチは、受信対象となる高次高調波のうちの最高次数の高調波に応じて設定される。本実施形態では、３次高調波に対する受信ピッチＬ３が設定される。これにより、最高次数よりも低次の高調波も受信することができる。
図９に示すように、選択回路６１は、制御装置１０の制御に基づいて、送信回路６２と接続する超音波送信部４２を選択する。なお、本実施形態では、複数の超音波送信部４２を選択し、同じ駆動信号を出力することにより、選択された超音波送信部４２を１つの送信チャンネルＴとして機能させる。
本実施形態では、制御部１４Ａは、送受信制御部１４１、ハーモニック処理部１４２、信号処理部１４３及びモード設定部１４４として機能する。
送受信制御部１４１は、送信回路からの駆動信号の入力対象となる超音波送信部４２を選択する。本実施形態では、選択制御部は、超音波送信部４２のうち、２次高調波を受信する場合（２次受信モード）と、３次高調波を受信する場合（３次受信モード）とで、同時に駆動する超音波送信部４２を選択する。
モード設定部１４４は、超音波の送受信モードを上記２次受信モード及び３次受信モードのいずれかのモードに設定する。モード設定部１４４は、例えば、操作部１１によって使用者によるモードの選択操作によって指定された送受信モードを設定する。
送受信制御部１４１は、モード設定部１４４によって設定された送受信モードに応じて、選択回路６１に対して駆動対象の超音波送信部４２を選択させる制御を行う。
ここで、超音波送信部４２に対して、−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって昇り順に番号を付し、第１送信部４２〜第Ｎ送信部４２とする。
送受信モードが２次受信モードに設定されている場合、第（２ｊ−１）送信部４２と第２ｊ送信部４２とを同時に駆動させ、第ｊ番目の送信チャンネルＴｊとして駆動させる（但し、１≦ｊ≦ｊmax、２ｊmax＝Ｎ、ｊ及びｊmaxは整数）。この場合、送信ピッチが受信ピッチの２倍となり、２次高調波を高精度に取得可能である。
また、送受信モードが３次受信モードに設定されている場合、第（３ｋ−２）送信部４２、第（３ｋ−１）送信部４２、及び第３ｋ送信部４２を同時に駆動させ、第ｋ番目の送信チャンネルＴｋとして駆動させる（但し、１≦ｋ≦ｋmax、３ｋmax＝Ｎ、ｋ及びｋmaxは整数）。この場合、送信ピッチが受信ピッチの３倍となり、３次高調波を高精度に取得可能である。
［超音波測定処理］
図１１は、超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
図１１に示すように、先ず、モード設定部１４４は、使用者の操作指示に基づいて、送受信モードを設定する（ステップＳ１）。
そして、送受信制御部１４１は、設定された送受信モードに基づいて、超音波プローブ２を駆動させることにより、超音波測定機１Ａに超音波測定を実施させる（ステップＳ２）。
例えば、送受信制御部１４１は、送受信モードが２次受信モードに設定されている場合、隣り合う２つの超音波送信部４２を１つの送信チャンネルＴとして駆動させるように、選択回路６１を制御する。セクタースキャン等により走査方向を変更する場合、各送信チャンネルＴを構成する第（２ｋ−１）送信部４２及び第２ｋ送信部４２を同時に駆動させ、さらに、１番目の送信チャンネルＴ１から順次遅延させながら超音波を送信させる。これにより、送信ピッチが受信ピッチの２倍となるように、超音波デバイス４Ｂを駆動させることができる。
なお、送受信モードの設定に係る指示がされずに、超音波測定の開始指示を受けた場合は、制御部１４は、送受信モードの設定を実施せずに、現在設定されている送受信モードを用いて、超音波測定を実施させる。
また、制御部１４は、超音波測定中に、送受信モードの設定指示を受け付けた場合、超音波測定処理を終了させた後、送受信モードを設定し、設定した送受信モードに基づいて超音波測定を実施する。
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、選択回路６１は、制御部１４Ａからの制御に基づいて、送信チャンネルＴ間の間隔が、受信チャンネルＲの間隔Ｌを、受信対象の高次高調波の次数倍した間隔となるように、同時に駆動される超音波送信部４２を選択する。
このような構成では、第一実施形態と同様の効果を得ることができる他、複数の次数の高次高調波を受信対象とし、各高次高調波を高精度に受信することができる。すなわち、上述のように２次高調波を受信対象とする場合は、送信チャンネルＴの間隔が２Ｌとなるように、３次高調波を受信対象とする場合は、送信チャンネルＴの間隔が３Ｌとなるように、同時に駆動させる超音波送信部４２を適宜選択することにより、次数に応じた送信ピッチを設定することができる。従って、１つの超音波デバイス４Ａで、複数次数の高次高調波を高精度に受信することができる。
また、本実施形態では、超音波受信部４４は、複数の次数のそれぞれに対応する受信素子を備える。これにより、複数の次数の高次高調波を受信対象とする場合でも、各次数の高調波の検出精度を向上させることができる。
なお、受信素子４３１が、基本波を受信可能に構成されている場合は、超音波送信部４２をそれぞれ個別駆動させることにより、基本波を受信対象とすることもでき、超音波測定機の利便性を向上させることができる。
［他の変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
図１２は、本発明の一変形例に係る超音波デバイス４Ｃの概略構成を示す図である。
上記各実施形態では、送信開口の中心位置Ｐ１と、受信開口の中心位置Ｐ２とが、Ｙ軸に平行な同一の仮想線Ｏ１上に位置していたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、送信開口の中心位置Ｐ１が位置する仮想線Ｏ１とは異なる仮想線Ｏ２上に受信開口の中心位置Ｐ２が位置する構成でもよい。この場合、仮想線Ｏ２が少なくとも送信開口に重なっていればよく、これにより、送信開口と、受信開口とが、Ｙ方向に並置される構成と比べて、分解能の低下を抑制することができる。また、超音波デバイスの小型化を図りつつ、分解能の低下を抑制できる。
上記各実施形態では、超音波送信部４２及び超音波受信部４３は、Ｘ方向における寸法が同一であったが、本発明はこれに限定されず、異なる寸法でもよい。この場合でも、上記各実施形態のように、それぞれ所定の寸法である超音波送信部４２及び超音波受信部４３が、Ｘ方向に交互に配置することにより、超音波送信部４２及び超音波受信部４３のそれぞれを所定の間隔で配置することができる。
図１３は、本発明の一変形例に係る超音波デバイス４Ｄの概略構成を示す図である。
上記各実施形態では、超音波送信部４２及び超音波受信部４３が、Ｘ方向に交互に配置されている構成を例示したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、少なくとも一部に超音波受信部４３が隣り合って配置されていてもよい。
図１３には、一例として、３次高調波を受信可能に構成された超音波デバイス４Ｄを示す。超音波デバイス４Ｄでは、受信チャンネルＲは、３次高調波の周波数（波長）に応じた所定間隔で配置される。一方、送信チャンネルＴは、所定間隔で配置された２つの受信チャンネルＲのＹ方向の両側に配置された２つの超音波送信部４２により構成される。このような構成では、送信チャンネルＴでは、２つの超音波送信部４２の間に超音波受信部４３が連続して配置される。このような構成では、送信チャンネルＴが３つの超音波送信部４２で構成されている場合と比べて、超音波送信部４２の数を減らすことができ、構成を簡略化できる。
なお、図１３に示す超音波デバイス４Ｄでは、送信チャンネルＴを構成する２つの超音波送信部４２の間に、２つの超音波受信部４３を設け、これら２つの超音波受信部４３の間に超音波送信部４２を配置しない構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波送信部４２及び超音波受信部４３を交互に配置し、２つの超音波受信部４３の両側に配置された２つの超音波送信部４２を選択的に駆動させ、かつ、これら２つの超音波受信部４３間に配置された超音波送信部４２を駆動させないように、超音波デバイスを駆動制御してもよい。このように、超音波送信部４２を個別に駆動可能に構成し、高次高調波の次数に対応する数の複数の超音波送信部４２の一部を駆動させて、送信チャンネルＴを構成してもよい。
上記第二実施形態では、２種類の第１受信素子４４１，４４２を備え、周波数が異なる２つの高次高調波を受信可能に構成されていたが、本発明はこれに限定されず、互いに異なる次数の高次高調波を好適に受信する３種類以上の受信素子を同時に備える構成としてもよい。
上記各実施形態では、超音波デバイスとして、超音波送信部４２を構成する各送信素子４２１が同時に駆動される１次元アレイ構造を有する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、超音波デバイスは、１つの超音波送信部４２において、送信素子４２１が個別に駆動可能に構成される２次元アレイ構造を有するものでもよい。
上記各実施形態では、生体の一部を測定対象とする超音波測定機を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う超音波測定機に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する超音波測定機にも本発明を適用することができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
１，１Ａ…超音波測定機、２…超音波プローブ、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…超音波デバイス、６…回路基板、１４，１４Ａ…制御部、２２…超音波センサー、４２…超音波送信部、４３，４４…超音波受信部、６１…選択回路（選択部）、４４１…第１受信素子４４２…第２受信素子、Ｔ…送信チャンネル。

Claims (9)

  1. 基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部と、
    前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部と、を備え、
    複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、
    複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、
    前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、
    前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、
    Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、
    前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置される
    ことを特徴とする超音波デバイス。
  2. 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記超音波送信部及び前記超音波受信部は、前記第一方向に沿って交互に配置される
    ことを特徴とする超音波デバイス。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記超音波送信部の前記第二方向における前記超音波送信部の寸法は、前記超音波受信部の前記第二方向の寸法よりも大きい
    ことを特徴とする超音波デバイス。
  4. 基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部、を備える超音波デバイスと、
    前記超音波デバイスが設けられる回路基板と、を備え、
    複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、
    複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、
    前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、
    前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、
    Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、
    前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置される
    ことを特徴とする超音波モジュール。
  5. 基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、
    前記超音波デバイスが設けられ、かつ、複数の前記超音波送信部のうち、同一の駆動信号が入力される前記超音波送信部を選択する選択部を備える回路基板と、を備え、
    複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、
    複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、
    前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、
    前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、
    前記選択部は、Ｎ個の前記超音波受信部が同時に駆動されて構成される送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍の第二間隔となるように、前記超音波送信部を選択する
    ことを特徴とする超音波モジュール。
  6. 基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、
    前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、
    複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、
    複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、
    前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、
    前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、
    Ｎ個の前記超音波送信部により１つの送信チャンネルが構成され、当該送信チャンネルを構成するＮ個の前記超音波送信部は、互いに結線され、
    前記送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍となる第二間隔で配置される
    ことを特徴とする超音波測定機。
  7. 基本波の超音波を送信する複数の超音波送信部、及び、前記基本波に対するＮ次高調波を受信可能な複数の超音波受信部を備える超音波デバイスと、
    同一の駆動信号が入力される前記超音波送信部を選択する選択部と、
    前記超音波デバイス及び前記選択部を制御する制御部と、を備え、
    複数の前記超音波送信部及び複数の前記超音波受信部は、第一方向に沿って配置され、
    複数の前記超音波受信部は、前記Ｎ次高調波の次数Ｎに応じた第一間隔にて配置され、
    前記超音波送信部は、前記第一方向と交差する第二方向における前記超音波受信部の中心位置を通り、前記第一方向に平行な仮想線と重なり、
    前記超音波受信部は、前記第一方向に沿った投影視において、前記超音波送信部と重なる位置に設けられており、
    前記選択部は、前記制御部による制御に基づいて、Ｎ個の前記超音波受信部が同時に駆動されて構成される送信チャンネルが、前記第一間隔のＮ倍の第二間隔となるように、前記超音波送信部を選択する
    ことを特徴とする超音波測定機。
  8. 請求項７に記載の超音波測定機において、
    複数の前記超音波受信部は、複数の次数の高次高調波を受信可能であり、最高次数に応じた前記第一間隔で配置され、
    前記選択部は、前記第二間隔が、受信対象の前記高次高調波の次数と前記第一間隔との積となるように、前記超音波送信部を選択する
    ことを特徴とする超音波測定機。
  9. 請求項８に記載の超音波測定機において、
    前記超音波受信部は、前記受信対象の次数のそれぞれに対応する受信素子を備える
    ことを特徴とする超音波測定機。
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