JP6658291B2 - 超音波トランスデューサーデバイス、超音波プローブおよび超音波測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波トランスデューサーデバイス、超音波プローブおよび超音波測定装置に関するものである。
対象物に向けて超音波を射出し、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超音波測定装置が知られている。超音波測定装置は、例えば、被検体である人体の内部を検査するために用いられる。
このような超音波測定装置では超音波ビームを対象物に対して射出し、対象物から反射してきた超音波エコーをダイアフラムで受ける。そして、超音波エコーの受信感度を高めた超音波測定装置が特許文献１に開示されている。それによると、超音波を射出する発信源に圧電素子を用いている。そして、超音波エコーを振動膜で受けて、振動膜の振動を光検出部が検出していた。光検出部は振動膜に光を照射して反射光を用いて振動膜の振動を検出する。従って、振動膜の周波数特性を超音波エコーに適した周波数特性にすることができた。
特許文献１の超音波測定装置は開口が形成された基板を備えている。そして、基板の一方の面に振動膜が設置されている。光検出部は開口を通して光を振動膜に照射していた。そして、振動膜で反射した反射波を受光して振動膜の振動を検出していた。従って、光検出部は振動膜に照射する光と反射する光が開口を通過するように、開口と光検出部との相対位置を精度良く位置合わせする必要があった。圧電素子を配置する密度を高くするとき、開口のアスペクト比が高くなる。従って、開口と光検出部との位置合わせが難しくなっていた。そこで、基板の平面視において振動膜に対する光検出部の位置を位置精度良く設置しなくても良い超音波測定装置が望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスであって、開口部を有する基板と、前記基板上に設置された振動膜と、前記振動膜上に設置され前記振動膜を振動させる圧電素子と、光を用いて前記振動膜の振動を検出する光検出部と、を備え、前記光検出部は、前記振動膜に対して前記基板の反対側に位置することを特徴とする。
本適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスであって、開口部を有する基板と、前記基板上に設置された振動膜と、前記振動膜上に設置され前記振動膜を振動させる圧電素子と、光を用いて前記振動膜の振動を検出する光検出部と、を備え、前記光検出部は、前記振動膜に対して前記基板の反対側に位置することを特徴とする。
本適用例によれば、超音波トランスデューサーデバイスは基板を備え、基板には開口部が設置されている。基板上には振動膜が設置されており、開口部では振動膜が固定されていないので振動し易くなっている。振動膜上には圧電素子が設置され、圧電素子は振動膜を振動させる。さらに、超音波トランスデューサーデバイスは光検出部を備え、光を用いて振動膜の振動を検出する。そして、光検出部は、振動膜に対して基板の反対側に位置する。従って、光検出部と振動膜との間には基板が存在しない構造になっている。
光検出部が振動膜に対して基板側に位置するときには光検出部は開口部を通過した光を受光する。基板は振動膜を支持する部材であり構造面での強度を有する厚みを有する。このため基板は光を通過させない厚みになっている。このとき、開口部のアスペクト比が大きいとき光検出部を開口部に対して位置精度良く設置しないと光検出部は振動膜の振動を光で検出することができない。一方、本適用例では光検出部と振動膜との間に基板及び開口部が存在しない配置になっている。従って、基板の平面視において振動膜に対する光検出部の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部は振動膜の振動を検出することができる。
［適用例２］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、圧電素子は振動膜に設置されている。これにより、振動膜が振動するとき圧電素子も振動する。そして、光検出部は圧電素子の振動を検出することにより振動膜の振動を検出できる。圧電素子を駆動することにより振動膜を振動させて、振動膜から超音波を発信する。超音波を発信させた後で圧電素子の駆動を停止する。そして、超音波の反射波が振動膜に到達するとき、振動膜及び圧電素子が振動する。このとき、光検出部は圧電素子及び振動膜の振動を検出する。１つの振動膜で超音波を発信させて、超音波の反射波を検出することができる。従って、少ない面積で超音波の発信及び受信ができる。
［適用例３］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は一部の前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は一部の前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、光検出部は一部の圧電素子の振動を検出する。つまり、圧電素子には光検出部により振動を検出する対象となっている物と振動を検出する対象となっていない物とがある。光検出部が振動を検出する対象となっている圧電素子を第１圧電素子とする。光検出部が振動を検出する対象となっていない圧電素子を第２圧電素子とする。
第１圧電素子が設置された振動膜は超音波の反射波を受けて振動する必要がある。従って、第１圧電素子は超音波の反射波で振動し易い形態にする必要がある。一方、第２圧電素子が設置された振動膜は超音波の反射波を受けて振動する必要がない。第２圧電素子は超音波の反射波で振動し易い形状にする必要がない。そして、第２圧電素子は音圧の大きな超音波を出力する形態にすることができる。第１圧電素子及び第２圧電素子の両方の圧電素子から超音波を出力するので音圧の大きな超音波を出力することができる。
［適用例４］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記圧電素子は複数の前記振動膜の一部に設置され、前記光検出部は前記圧電素子が設置されていない場所の前記振動膜の振動を検出することを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記圧電素子は複数の前記振動膜の一部に設置され、前記光検出部は前記圧電素子が設置されていない場所の前記振動膜の振動を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、圧電素子は複数の振動膜の一部に設置されている。従って、振動膜には圧電素子が設置されている振動膜と圧電素子が設置されていない振動膜とがある。圧電素子が設置されている振動膜から超音波が射出される。超音波の反射波は両方の振動膜に入力される。そして、光検出部は圧電素子が設置されていない振動膜の振動を検出する。圧電素子が設置されていない振動膜は圧電素子が設置されている振動膜に比べて剛性が小さいので振動し易い。従って、光検出部は感度良く超音波の反射波を検出することができる。
［適用例５］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部を支持する支持基板を備え、前記光検出部は前記振動膜が振動する場所と対向することを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部を支持する支持基板を備え、前記光検出部は前記振動膜が振動する場所と対向することを特徴とする。
本適用例によれば、光検出部は支持基板に支持されている。そして、光検出部は振動膜が振動する場所と対向する場所に位置している。このとき、基板の平面視において光検出部は振動膜と重なって配置されている。従って、光検出部の占める面積と振動膜が占める面積とが重なっている。その結果、超音波トランスデューサーデバイスは光検出部を高密度に配置することができる。
［適用例６］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は前記開口部の中央に位置する前記振動膜の振動を検出することを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記光検出部は前記開口部の中央に位置する前記振動膜の振動を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、光検出部は開口部の中央に位置する振動膜の振動を検出する。振動膜は超音波の反射波を受けて振動する。振動膜の振動モードは開口部の端に節ができて、開口部の中央に腹ができる。そして、光検出部は振動モードの腹の部分を用いて振動膜の振動を検出する。振動モードの腹の部分は振幅が最も大きくなる場所である為、光検出部は感度良く振動膜の振動を検出することができる。
［適用例７］
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記圧電素子は反射膜を備えることを特徴とする。
上記適用例にかかる超音波トランスデューサーデバイスにおいて、前記圧電素子は反射膜を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、圧電素子は反射膜を備えている。光検出部は反射膜にて反射した光を用いて圧電素子の振動を検出することができる。そして、反射膜にて反射した光は光の強度が大きいので、外乱光によるノイズの比率を小さくすることができる。その結果、精度良く圧電素子の振動を検出することができる。
［適用例８］
本適用例にかかる超音波プローブであって、超音波を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスを備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする。
本適用例にかかる超音波プローブであって、超音波を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスを備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする。
本適用例によれば、超音波プローブは超音波を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスを備えている。そして、超音波トランスデューサーデバイスには上記の超音波トランスデューサーデバイスが用いられている。上記の超音波トランスデューサーデバイスは基板の平面視において振動膜に対する光検出部の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部は振動膜の振動を検出することができるので製造し易いデバイスである。従って、超音波プローブは製造し易い超音波トランスデューサーデバイスを備えた装置とすることができる。
［適用例９］
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする。
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする。
本適用例によれば、超音波測定装置は超音波トランスデューサーデバイス、変換部及び表示部を備えている。超音波トランスデューサーデバイスが超音波を検出して電気信号を出力する。変換部が電気信号をデータ信号に変換する。そして、表示部がデータ信号を表示する。そして、超音波トランスデューサーデバイスには上記の超音波トランスデューサーデバイスが用いられている。上記の超音波トランスデューサーデバイスは基板の平面視において振動膜に対する光検出部の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部は振動膜の振動を検出することができるので製造し易いデバイスである。従って、超音波測定装置は製造し易い超音波トランスデューサーデバイスを備えた装置とすることができる。
［適用例１０］
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記表示部は前記振動膜の振幅を表示することを特徴とする。
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記表示部は前記振動膜の振幅を表示することを特徴とする。
本適用例によれば、光検出部は圧電素子が振動させる振動膜の振幅を検出する。そして、表示部は振動膜の振幅を表示する。操作者は表示部に表示された振動膜の振幅を確認することができる。そして、射出制御部は超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する。操作者は射出制御部に超音波の強度を変更させて、適切な超音波の強度に調整することができる。
［適用例１１］
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記射出制御部は前記振動膜の振幅データ信号を入力し前記振動膜の振幅を調整することを特徴とする。
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーデバイスが上記に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記射出制御部は前記振動膜の振幅データ信号を入力し前記振動膜の振幅を調整することを特徴とする。
本適用例によれば、光検出部は圧電素子が振動させる振動膜の振幅を検出する。そして、射出制御部は振動膜の振幅データ信号を入力する。そして、射出制御部は振動膜の振幅データ信号を参照して超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する。従って、射出制御部は精度良く超音波の強度を調整することができる。
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
本実施形態では、超音波トランスデューサーデバイスの特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる超音波トランスデューサーデバイスについて図１及び図２に従って説明する。図１は、超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図１に示すように、超音波トランスデューサーデバイス１は基板２を備えている。基板２の平面方向をＸＹ方向とし、基板２の厚み方向をＺ方向とする。
本実施形態では、超音波トランスデューサーデバイスの特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる超音波トランスデューサーデバイスについて図１及び図２に従って説明する。図１は、超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図１に示すように、超音波トランスデューサーデバイス１は基板２を備えている。基板２の平面方向をＸＹ方向とし、基板２の厚み方向をＺ方向とする。
基板２には開口部３が設置されている。開口部３は基板２を貫通する貫通孔である。基板２の＋Ｚ方向側の面には振動膜部材４が設置されている。そして、振動膜部材４のうち開口部３から露出する部分を振動膜５とする。従って、振動膜５も基板２上に設置されている。振動膜部材４のうち基板２に固定されている部分は振動せず、振動膜５の部分は開口部３で露出しているので振動し易くなっている。
振動膜５の＋Ｚ方向側には下電極６、圧電体７及び上電極８が重ねて設置されている。下電極６、圧電体７及び上電極８等により圧電素子９が構成されている。下電極６はＸ方向に延びる配線１０と接続されている。上電極８はＹ方向に延びる配線１１と接続されている。圧電体７は下電極６と上電極８とに挟まれている。圧電体７は逆圧電効果を有しており、下電極６と上電極８とにより電圧が印加されるとき歪む。下電極６と上電極８との間に交流電圧を印加することにより圧電素子９が振動する。そして、圧電素子９は振動膜５上に設置され、振動膜５を振動させて振動膜５から超音波１２を射出する。
基板２の＋Ｚ方向側には基板２と所定の間隔をあけて支持基板１３が設置されている。支持基板１３と基板２とは図示しない支持部により連結されている。支持基板１３には圧電素子９と対向する場所に光検出部１４が設置されている。支持基板１３は光検出部１４を支持する。光検出部１４は振動膜５が振動する場所と対向する。光検出部１４は圧電素子９の上電極８に向けてレーザー光１５ａを射出する。
上電極８はレーザー光１５ａを反射する反射膜を兼ねている。上電極８はレーザー光１５ａを反射し易い金属膜で形成され、表面粗さが小さくなるように調整されている。これにより、上電極８は反射率の高い面を備えている。換言すれば圧電素子９は反射膜を備えている。光検出部１４は上電極８にて反射した光を用いて圧電素子９の振動を検出する。そして、上電極８にて反射した光は光の強度が大きいので、外乱光によるノイズの比率を小さくすることができる。その結果、精度良く圧電素子９の振動を検出することができる。
レーザー光１５ａは上電極８にて反射して光としての反射光１５ｂとなり、反射光１５ｂは光検出部１４を照射する。光検出部１４は反射光１５ｂを入力してレーザー光１５ａと反射光１５ｂとの位相差を検出する。そして、光検出部１４は圧電素子９の振動を検出することにより圧電素子９とともに振動する振動膜５の振動を検出する。
光検出部１４は、振動膜５に対して基板２の反対側に位置している。換言すれば光検出部１４と基板２との間に振動膜５が配置されている。さらに換言すれば光検出部１４は、振動膜５に対して圧電素子９が設置される側に位置している。開口部３のアスペクト比が大きいとき光検出部１４を開口部３に対して位置精度良く設置しないと光検出部１４は振動膜５の振動を光で検出することができない。一方、本実施形態では光検出部１４と振動膜５との間に基板２及び開口部３が存在しない配置になっている。従って、基板２の平面視において振動膜５に対する光検出部１４の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部１４は振動膜５の振動を検出することができる。
基板２の材質は剛性があり開口部３を精度良く形成可能であり耐水性があれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、基板２の材質はシリコンを用いている。振動膜部材４の材質は靱性があり超音波１２を発信する振動に耐えられれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、振動膜部材４の材質は２酸化シリコン膜上に酸化ジルコニウム膜を積層した膜を用いている。
下電極６は振動膜部材４及び圧電体７との密着性が良く、導電性があれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、下電極６の材質はチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）及びチタン（Ｔｉ）の積層膜を用いている。圧電体７は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ3）等を用いることができる。
上電極８は導電性があって圧電体７との親和性が高ければ良い。本実施形態では、例えば、上電極８の材質はチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及びＡｇの積層膜を用いている。支持基板１３の材質も剛性があり精度良く形成可能であり耐水性があれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、支持基板１３の材質はシリコンを用いている。
超音波トランスデューサーデバイス１は制御部１６を備えている。制御部１６は発信駆動部１７、受信駆動部１８及び受発信制御部２１を備えている。発信駆動部１７は圧電素子９を駆動する。発信駆動部１７は下電極６及び上電極８と接続され、下電極６及び上電極８に所定の駆動波形を印加する。駆動波形は電圧波形である。受信駆動部１８は光検出部１４を駆動する。受信駆動部１８は光検出部１４にレーザー光１５ａを射出させる。そして、上電極８にて反射した反射光１５ｂを入力して振動膜５の振動波形を検出する。
受発信制御部２１は発信駆動部１７及び受信駆動部１８と接続されている。受発信制御部２１は発信駆動部１７が超音波１２を射出するタイミングと光検出部１４が振動膜５の振動を検出するタイミングを制御する。
次に、超音波トランスデューサーデバイス１が超音波１２を射出して被検体２２の内部で反射する反射波２３を検出する手順を説明する。まず、受発信制御部２１が超音波１２を発信する指示信号を発信駆動部１７に出力する。発信駆動部１７は所定の周波数の駆動波形を下電極６と上電極８との間に印加する。所定の周波数は超音波に対応する周波数である。これにより、圧電素子９及び振動膜５が振動して、超音波１２が射出される。圧電素子９は所定の時間だけ振動して停止する。
超音波１２は開口部３を通過して被検体２２に到達し、さらに、被検体２２の内部を進行する。超音波１２は被検体２２の内部で反射する。反射した超音波１２を反射波２３とする。反射波２３が振動膜５に到達するとき、発信駆動部１７は圧電素子９を駆動していない。従って、振動膜５及び圧電素子９は反射波２３によってのみ振動させられる。
受発信制御部２１は圧電素子９を駆動するタイミングと同時に光検出部１４を駆動する指示信号を受信駆動部１８に出力する。受信駆動部１８は光検出部１４にレーザー光１５ａを射出させて、光検出部１４に振動膜５及び圧電素子９の振動を検出させる。光検出部１４は超音波１２が射出された後に受信する反射波２３による振動膜５及び圧電素子９の振動を検出する。
反射波２３による振動膜５及び圧電素子９の振動を検出した後で、受発信制御部２１が超音波１２を発信する指示信号を発信駆動部１７に出力する。そして、超音波トランスデューサーデバイス１は超音波１２の発信と反射波２３の検出とを交互に行う。また、光検出部１４は圧電素子９が超音波１２を射出しているときに振動する振幅を検出しても良い。圧電素子９の動作を確認するデータ信号として活用することができる。
光検出部１４は開口部３の中央に位置する場所の圧電素子９にレーザー光１５ａを照射し、反射光１５ｂを入力する。これにより、光検出部１４は開口部３の中央に位置する振動膜５の振動を検出する。振動膜５は超音波の反射波２３を受けて振動する。振動膜５の振動モードは開口部３の端に節ができて、開口部３の中央に腹ができる。そして、光検出部１４は振動モードの腹の部分を用いて振動膜５の振動を検出する。振動モードの腹の部分は振幅が最も大きくなる場所である為、光検出部１４は感度良く振動膜５の振動を検出することができる。
図２は光検出部の構造を示すブロック図である。図２に示すように、光検出部１４はレーザー光源２４を備えている。レーザー光源２４はレーザー光１５を射出する。レーザー光１５の光軸上には第１ビームスプリッター２５及び第２ビームスプリッター２６が設置されている。
第１ビームスプリッター２５はレーザー光１５を２つの光束に分離する光学素子である。第１ビームスプリッター２５はレーザー光１５を直進するレーザー光１５ａと進行方向が変えられたレーザー光１５ｃとに分離する。レーザー光１５ａは第２ビームスプリッター２６に入力される。第２ビームスプリッター２６はレーザー光１５の偏光状態に応じて反射または通過させる光学素子である。第２ビームスプリッター２６はレーザー光１５ａを通過させる。
第２ビームスプリッター２６を通過したレーザー光１５ａは圧電素子９を照射する。レーザー光１５ａの一部は反射光１５ｂとして第２ビームスプリッター２６を照射する。尚、第２ビームスプリッター２６と圧電素子９との間に対物レンズを配置しても良い。レーザー光１５ａの直径より圧電素子９が小さいときにも確実に圧電素子９の上電極８にレーザー光１５ａを照射することができる。
反射光１５ｂは第２ビームスプリッター２６に入力して進行方向が変えられる。これにより、同軸であったレーザー光１５ａと反射光１５ｂとが分離される。
第１ビームスプリッター２５にてレーザー光１５から分離したレーザー光１５ｃの光路上には鏡体２７、周波数シフター２８、第３ビームスプリッター２９及びフォトディテクター３０が設置されている。鏡体２７はレーザー光１５ｃの進行方向をかえる光学素子である。第１ビームスプリッター２５から射出されたレーザー光１５ｃは鏡体２７に入力されて進行方向を変える。そして、周波数シフター２８に入力される。
周波数シフター２８はブラッグセルとも言われる光学素子である。周波数シフター２８は柱状の透明体を有し、超音波により透明体に移動する疎密波が加えられる。その透明体内では疎密波が格子縞として機能する。周波数シフター２８ではレーザー光１５ｃの一部が移動する回折格子にて回折する。そして、回折したレーザー光１５ｃの周波数がシフトする。その結果、レーザー光１５ｃの一部は周波数がシフトしたレーザー光１５ｄとなって周波数シフター２８から出力される。
レーザー光１５ｄは周波数シフター２８から第３ビームスプリッター２９に入力される。第３ビームスプリッター２９はレーザー光１５の偏光状態に応じて反射または通過させる光学素子である。そして、レーザー光１５ｄは第３ビームスプリッター２９を通過する。次に、レーザー光１５ｄは第３ビームスプリッター２９からフォトディテクター３０に入力する。
第２ビームスプリッター２６から出力された反射光１５ｂも第３ビームスプリッター２９に入力される。反射光１５ｂは第３ビームスプリッター２９により進行方向が変えられる。次に、反射光１５ｂも第３ビームスプリッター２９からフォトディテクター３０に入力する。反射光１５ｂとレーザー光１５ｄとは同軸上に重なるように調整されている。
反射光１５ｂとレーザー光１５ｄとは周波数が少しだけ異なる光であり、干渉してうなりが生ずる。これにより、干渉波は周波数が下がるので、フォトディテクター３０で波長の変化を検出することが可能になる。そして、振動膜５及び圧電素子９が振動するとき、反射光１５ｂにドップラー効果が作用するので、反射光１５ｂの波長が変化する。これにより、干渉波の波形が変化するので、光検出部１４は振動膜５及び圧電素子９の振動を検出できる。光検出部１４は反射光１５ｂがドップラー効果により変化することを利用しているので、レーザドップラ振動計と言われている。
振動膜５が超音波１２を発信するときの振動膜５の振幅は１μｍ〜０．１μｍである。そして、振動膜５が反射波２３を受信するときの振動膜５の振幅は約０．０１μｍである。このとき、圧電素子９が振動膜５の振動波形を検出するのは難しいが光検出部１４では容易に振動膜５の振動波形を検出することができる。従って、超音波トランスデューサーデバイス１は精度良く反射波２３の波形を検出できる。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、光検出部１４は、振動膜５に対して基板２の反対側に位置する。従って、光検出部１４と振動膜５との間には基板２が存在しない構造になっている。光検出部１４が振動膜５に対して基板２側に位置するときには光検出部１４は開口部３を通過した反射光１５ｂを受光する。基板２は振動膜５を支持する部材であり構造面での強度を有する厚みを有する。このため基板２は反射光１５ｂを通過させない厚みになっている。
（１）本実施形態によれば、光検出部１４は、振動膜５に対して基板２の反対側に位置する。従って、光検出部１４と振動膜５との間には基板２が存在しない構造になっている。光検出部１４が振動膜５に対して基板２側に位置するときには光検出部１４は開口部３を通過した反射光１５ｂを受光する。基板２は振動膜５を支持する部材であり構造面での強度を有する厚みを有する。このため基板２は反射光１５ｂを通過させない厚みになっている。
開口部３のアスペクト比が大きいときには、光検出部１４を開口部３に対して位置精度良く設置しないと光検出部１４は振動膜５の振動を反射光１５ｂで検出することができない。一方、本実施形態では光検出部１４と振動膜５との間に基板２及び開口部３が存在しない配置になっている。従って、基板２の平面視において振動膜５に対する光検出部１４の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部１４は振動膜５の振動を検出することができる。さらに、光検出部１４が射出するレーザー光１５ａは開口部３の大きさに限定されない。従って、レーザー光１５ａの径を大きくして光検出部１４の感度を向上させることができる。
（２）本実施形態によれば、圧電素子９は振動膜５に設置されている。これにより、振動膜５が振動するとき圧電素子９も振動する。そして、光検出部１４は圧電素子９の振動を検出することにより振動膜５の振動を検出できる。圧電素子９を駆動することにより振動膜５を振動させて、振動膜５から超音波１２を発信する。超音波１２を発信させた後で圧電素子９の駆動を停止する。そして、超音波１２の反射波２３が振動膜５に到達するとき、振動膜５及び圧電素子９が振動する。このとき、光検出部１４は圧電素子９及び振動膜５の振動を検出する。１つの振動膜５で超音波１２を発信させて、超音波１２の反射波２３を検出することができる。従って、少ない面積で超音波１２の発信及び反射波２３の受信ができる。
（３）本実施形態によれば、光検出部１４は支持基板１３に支持されている。そして、光検出部１４は振動膜５が振動する場所と対向する場所に位置している。このとき、基板２の平面視において光検出部１４は振動膜５と重なって配置されている。その結果、超音波トランスデューサーデバイス１は光検出部１４を高密度に配置することができる。
（４）本実施形態によれば、光検出部１４は開口部３の中央に位置する振動膜５の振動を検出する。振動膜５は超音波１２の反射波２３を受けて振動する。振動膜５の振動モードは開口部３の端に節ができて、開口部３の中央に腹ができる。そして、光検出部１４は振動モードの腹の部分を用いて振動膜５の振動を検出する。振動モードの腹の部分は振幅が最も大きくなる場所である為、光検出部１４は感度良く振動膜５の振動を検出することができる。
（５）本実施形態によれば、圧電素子９では上電極８が反射膜になっている。光検出部１４は上電極８にて反射した反射光１５ｂを用いて圧電素子９の振動を検出している。そして、上電極８にて反射した反射光１５ｂは光の強度が大きいので、外乱光によるノイズの比率を小さくすることができる。その結果、精度良く圧電素子９の振動を検出することができる。
（６）本実施形態によれば、超音波トランスデューサーデバイス１は基板２側から被検体２２へ超音波１２が射出される。このとき、基板２と被検体２２との間に音響インピーダンスを整合させるゲルを配置する。ゲルは水分を多く含む。水分は圧電体７を劣化させ易いが、基板２及び振動膜部材４によって水分が圧電体７に移動することを防止または抑制できる。さらに、圧電素子９、配線１１及び光検出部１４に水分が付着して短絡することを防止または抑制できる。
（７）本実施形態によれば、各開口部３と対向して圧電素子９及び光検出部１４が設置されている。そして、開口部３と同数の圧電素子９及び光検出部１４が設置されている。従って、圧電素子９及び光検出部１４を高密度に配置することができる。
（第２の実施形態）
次に、超音波トランスデューサーデバイスの一実施形態について図３の超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光検出部１４は一部の圧電素子９の振動を検出する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、超音波トランスデューサーデバイスの一実施形態について図３の超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光検出部１４は一部の圧電素子９の振動を検出する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、図３に示すように、超音波トランスデューサーデバイス３３では振動膜部材４上に圧電素子としての第１圧電素子３４及び圧電素子としての第２圧電素子３５が設置されている。第１圧電素子３４の圧電体７は第２圧電素子３５の圧電体７より薄くなっている。このため、第１圧電素子３４が振動膜５から射出する超音波１２は第２圧電素子３５が振動膜５から射出する超音波１２より弱い音圧になっている。
第１圧電素子３４は第２圧電素子３５より薄いので剛性が小さくなっている。従って、第１圧電素子３４は第２圧電素子３５より振動し易くなっている。そして、光検出部１４は第１圧電素子３４及び振動膜５が振動する場所の振動を検出する。つまり、光検出部１４は一部の圧電素子９の振動を検出する。第１圧電素子３４においても上電極８が反射膜を兼ねているので、第１圧電素子３４は反射膜を備えている。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、光検出部１４は一部の圧電素子９の振動を検出する。つまり、圧電素子９には光検出部１４により振動を検出する対象となっている第１圧電素子３４と振動を検出する対象となっていない第２圧電素子３５とがある。
（１）本実施形態によれば、光検出部１４は一部の圧電素子９の振動を検出する。つまり、圧電素子９には光検出部１４により振動を検出する対象となっている第１圧電素子３４と振動を検出する対象となっていない第２圧電素子３５とがある。
第１圧電素子３４が設置された振動膜５は超音波１２の反射波２３を受けて振動する必要がある。従って、第１圧電素子３４は反射波２３で振動し易い形態にする必要がある。一方、第２圧電素子３５が設置された振動膜５は反射波２３を受けて振動する必要がない。第２圧電素子３５は反射波２３で振動し易い形状にする必要がない。そして、第２圧電素子３５は音圧の大きな超音波１２を出力する形態にすることができる。第１圧電素子３４及び第２圧電素子３５の両方の圧電素子９から超音波１２を出力するので音圧の大きな超音波１２を出力することができる。
（第３の実施形態）
次に、超音波トランスデューサーデバイスの一実施形態について図４の超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光検出部１４は一部の圧電素子９が設置されていない場所の振動膜５の振動を検出する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、超音波トランスデューサーデバイスの一実施形態について図４の超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光検出部１４は一部の圧電素子９が設置されていない場所の振動膜５の振動を検出する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、図４に示すように、超音波トランスデューサーデバイス３８では基板２に複数の開口部３が設置されている。開口部３により振動膜部材４が露出する場所が振動膜５になっている。振動膜部材４上に圧電素子９が設置されており、圧電素子９は複数の振動膜５の一部に設置されている。従って、振動膜５の一部には圧電素子９が設置されていない。光検出部１４は圧電素子９が設置されていない場所の振動膜５と対向する場所に設置されている。そして、光検出部１４は圧電素子９が設置されていない場所の振動膜５の振動を検出する。
光検出部１４は配線１１を反射膜として活用することができる。そして、光検出部１４は配線１１にレーザー光１５ａを照射して反射した反射光１５ｂを検出する。尚、振動膜部材４の表面の反射率が高いときには、光検出部１４は振動膜部材４にレーザー光１５ａを照射して反射した反射光１５ｂを検出しても良い。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、圧電素子９は複数の振動膜５の一部に設置されている。従って、振動膜５には圧電素子９が設置されている振動膜５と圧電素子９が設置されていない振動膜５とがある。圧電素子９が設置されている振動膜５から超音波１２が射出される。超音波１２の反射波２３は両方の振動膜５に到達する。そして、光検出部１４は圧電素子９が設置されていない振動膜５の振動を検出する。圧電素子９が設置されていない振動膜５は圧電素子９が設置されている振動膜５に比べて剛性が小さいので振動し易い。従って、光検出部１４は感度良く超音波１２の反射波２３を検出することができる。
（１）本実施形態によれば、圧電素子９は複数の振動膜５の一部に設置されている。従って、振動膜５には圧電素子９が設置されている振動膜５と圧電素子９が設置されていない振動膜５とがある。圧電素子９が設置されている振動膜５から超音波１２が射出される。超音波１２の反射波２３は両方の振動膜５に到達する。そして、光検出部１４は圧電素子９が設置されていない振動膜５の振動を検出する。圧電素子９が設置されていない振動膜５は圧電素子９が設置されている振動膜５に比べて剛性が小さいので振動し易い。従って、光検出部１４は感度良く超音波１２の反射波２３を検出することができる。
（第４の実施形態）
次に、超音波トランスデューサーデバイスが搭載された超音波プローブ及び超音波測定装置の一実施形態について図５及び図６を用いて説明する。本実施形態における超音波プローブ及び超音波測定装置に搭載された超音波トランスデューサーデバイスは第１実施形態〜第３の実施形態に記載の超音波トランスデューサーデバイスである。尚、第１の実施形態〜第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、超音波トランスデューサーデバイスが搭載された超音波プローブ及び超音波測定装置の一実施形態について図５及び図６を用いて説明する。本実施形態における超音波プローブ及び超音波測定装置に搭載された超音波トランスデューサーデバイスは第１実施形態〜第３の実施形態に記載の超音波トランスデューサーデバイスである。尚、第１の実施形態〜第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図５は超音波測定装置の構成を示す概略斜視図である。図５に示すように、超音波測定装置４１は超音波プローブ４２を備えている。超音波プローブ４２は一方向に長い略直方体の形状をしており、操作者が握り易い形状になっている。超音波プローブ４２の長手方向をＺ方向とする。超音波プローブ４２の−Ｚ方向の面は略平坦な面であり、平面形状が長方形になっている。平面形状の直交する２辺が延びる方向をＸ方向及びＹ方向とする。
超音波プローブ４２の−Ｚ方向側には超音波トランスデューサーデバイス４３が設置されている。この超音波トランスデューサーデバイス４３には上記に記載の超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８のいずれかが用いられている。
超音波プローブ４２の−Ｚ方向側の面では筐体から超音波トランスデューサーデバイス４３が露出している。超音波プローブ４２の内部には超音波トランスデューサーデバイス４３を制御する制御部４４が設置され、超音波トランスデューサーデバイス４３と制御部４４とがケーブル４５により接続されている。制御部４４にはＣＰＵ（中央演算装置）及び記憶装置を備えている。記憶装置には超音波トランスデューサーデバイス４３を駆動する駆動波形のデータや超音波トランスデューサーデバイス４３を駆動する手順を示すプログラムが記憶されている。そして、ＣＰＵはプログラムに沿って超音波トランスデューサーデバイス４３に駆動波形を出力して超音波トランスデューサーデバイス４３を駆動する。
超音波プローブ４２はケーブル４６を介して制御装置４７と接続されている。制御装置４７は超音波プローブ４２が出力するデータ信号を入力し、データ信号を解析して表示する装置である。制御装置４７もＣＰＵ及び記憶装置を備えている。そして、ＣＰＵはプログラムに沿って各種の演算や制御を行う。制御装置４７には入力部４８及び表示部４９が設置されている。入力部４８はキーボードやマウスパッド等の装置であり、操作者が制御装置４７に指示する内容を入力するための装置である。表示部４９はデータ信号を画像にして表示可能であれば良く特に限定されず、液晶表示装置やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ）表示装置を用いることができる。本実施形態では、例えば、表示部４９にＯＬＥＤを用いている。
超音波プローブ４２は被検体２２の表面に押圧して用いられる。超音波プローブ４２は超音波トランスデューサーデバイス４３から被検体２２に向けて超音波１２を射出する。そして、超音波トランスデューサーデバイス４３は被検体２２の内部で反射した反射波２３を受信する。反射波２３は反射して戻る時間が反射した面により異なるので、反射波２３が戻る時間を解析することにより被検体２２の内部の構造を非破壊検査することができる。超音波トランスデューサーデバイス４３が受信した反射波２３の信号は制御部４４に出力される。制御部４４はＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）をする変換部を備え、反射波２３の信号をデジタル形式のデータ信号に変換する。そして、デジタル形式のデータ信号に変換されたデータ信号はケーブル４６を介して制御部４４から制御装置４７に送信される。制御装置４７は反射波のデータ信号を受信して解析する。そして、制御装置４７は被検体２２の内部構造を画像に変換して表示部４９に表示する。
図６は超音波測定装置の電気ブロック図である。図６に示すように、超音波測定装置４１は超音波プローブ４２と制御装置４７とがケーブル４６にて接続されている。超音波プローブ４２内では超音波トランスデューサーデバイス４３と制御部４４とがケーブル４５にて接続されている。超音波トランスデューサーデバイス４３には複数の圧電素子９が設置されている。さらに、超音波トランスデューサーデバイス４３には複数の光検出部１４が設置されている。従って、超音波トランスデューサーデバイス４３は反射波２３を受信し電気信号を出力する。
超音波トランスデューサーデバイス４３に超音波トランスデューサーデバイス１または超音波トランスデューサーデバイス３３を用いるとき、光検出部１４は圧電素子９が振動させる振動膜５の振幅を検出する。
制御部４４には発信駆動部１７、受信駆動部１８、受発信制御部２１及び変換部５０等が設置されている。発信駆動部１７は複数の圧電素子９と接続され、圧電素子９を駆動する。受信駆動部１８は複数の光検出部１４と接続され、光検出部１４を駆動する。受発信制御部２１は発信駆動部１７及び受信駆動部１８と接続され、発信駆動部１７及び受信駆動部１８を駆動するタイミングを制御する。
変換部５０は受信駆動部１８及び制御装置４７と接続されている。変換部５０は受信駆動部１８が出力する信号をデジタル形式のデータ信号に変換して制御装置４７に出力する。つまり、変換部５０は超音波トランスデューサーデバイス４３が出力する電気信号としてのアナログ信号をデジタル形式のデータ信号に変換する。他にも、変換部５０は制御装置４７が出力するデータ信号をアナログ信号に変換して受発信制御部２１に出力する。
制御装置４７には射出制御部５１、画像演算部５２及び表示部４９等が設置されている。射出制御部５１は超音波トランスデューサーデバイス４３が射出する超音波１２の強度を制御する。超音波トランスデューサーデバイス４３に超音波トランスデューサーデバイス１または超音波トランスデューサーデバイス３３を用いるとき、光検出部１４は圧電素子９が振動させる振動膜５の振幅を検出する。そして、圧電素子９が振動させる振動膜５の振幅データ信号は受信駆動部１８から変換部５０を介して射出制御部５１に出力される。
射出制御部５１は振動膜５の振幅データ信号を入力し振動膜５の振幅を調整する。詳しくは、射出制御部５１は振動膜５の振幅を判定値と比較する。そして、振動膜５の振幅が判定値より小さいときには圧電素子９を駆動する交流電圧を大きくする指示信号を発信駆動部１７に出力する。振動膜５の振幅が判定値より大きいときには圧電素子９を駆動する交流電圧を小さくする指示信号を発信駆動部１７に出力する。このようにして、射出制御部５１は振動膜５の振幅を目標とする振幅に近づける制御を行う。
画像演算部５２は超音波プローブ４２が出力するデータ信号を入力して表示部４９に表示する画像を演算する。画像は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、超音波画像、反射波２３により振動膜５が振動する波形の振幅を示す受信振幅波形、圧電素子９により振動膜５が振動する波形の振幅を示す発信振幅波形等の画像を画像演算部５２が形成する。
画像演算部５２は形成した画像のデータ信号を表示部４９に出力する。そして、表示部４９は画像演算部５２が形成した各種の画像を表示する。つまり、表示部４９は超音波トランスデューサーデバイス４３が検出したデータ信号を表示する。
図７は表示部が表示する表示画像を説明するための模式図である。図７に示すように表示画像５３には画像演算部５２が形成した超音波画像５４が表示される。超音波画像５４は被検体２２の断面を示す２次元画像である。操作者は超音波画像５４を観察して被検体２２の内部構造を知ることができる。他にも、受信振幅波形５６が表示される。他にも、超音波トランスデューサーデバイス４３が超音波トランスデューサーデバイス１または超音波トランスデューサーデバイス３３のとき、表示画像５３には発信振幅波形５５が表示される。
発信振幅波形５５は圧電素子９により振動膜５が振動する波形の振幅の推移を示す。受信振幅波形５６は反射波２３により振動膜５が振動する波形の振幅の推移を示す。超音波トランスデューサーデバイス４３には圧電素子９及び光検出部１４が複数設置されている。発信振幅波形５５及び受信振幅波形５６は圧電素子９毎に表示される。図中発信振幅波形５５及び受信振幅波形５６は１０個の波形が表示されている。画面を切り替えることにより総ての圧電素子９における発信振幅波形５５及び光検出部１４が検出した受信振幅波形５６を表示することが可能になっている。
表示部４９は振動膜５の振幅を表示する。そして、操作者は入力部４８を操作して、圧電素子９により振動膜５が振動する振幅を変更することが可能になっている。詳しく述べると、まず、操作者が出力調整モードを手動に切り替える。表示画像５３の左下には出力調整モードの状態が表示されている。出力調整モードは自動モードと手動モードとが選択可能になっている。操作者は入力部４８を操作して出力調整モードを切り替える。自動モードは射出制御部５１が振動膜５の振幅を判定値に近づけるように制御するモードである。手動モードは操作者が入力部４８から入力して操作するモードである。
操作者は調整する圧電素子９の番号を入力部４８から入力する。そして、操作者は振動膜５の振幅を大きくするか小さくするかの指示を入力する。射出制御部５１が入力された指示に基づいて圧電素子９を駆動する電圧の大きさを変更する指示信号を発信駆動部１７に出力する。発信駆動部１７は指示信号に基づいて駆動電圧を変更し、振動膜５の振幅が変更される。このように、射出制御部５１により振動膜５の振幅が変更される。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波プローブ４２は超音波１２の反射波２３を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイス４３を備えている。そして、超音波トランスデューサーデバイス４３には上記の超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８が用いられている。超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８は基板２の平面視において振動膜５に対する光検出部１４の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部１４は振動膜５の振動を検出することができるので製造し易いデバイスである。従って、超音波プローブ４２は製造し易い超音波トランスデューサーデバイスを備えた装置とすることができる。
（１）本実施形態によれば、超音波プローブ４２は超音波１２の反射波２３を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイス４３を備えている。そして、超音波トランスデューサーデバイス４３には上記の超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８が用いられている。超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８は基板２の平面視において振動膜５に対する光検出部１４の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部１４は振動膜５の振動を検出することができるので製造し易いデバイスである。従って、超音波プローブ４２は製造し易い超音波トランスデューサーデバイスを備えた装置とすることができる。
（２）本実施形態によれば、超音波測定装置４１は超音波トランスデューサーデバイス４３、変換部５０及び表示部４９を備えている。超音波トランスデューサーデバイス４３が超音波１２の反射波２３を検出して電気信号を出力する。変換部５０が電気信号をデータ信号に変換する。そして、表示部４９がデータ信号を表示する。そして、超音波トランスデューサーデバイス４３には上記の超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８が用いられている。上記の超音波トランスデューサーデバイス１、超音波トランスデューサーデバイス３３または超音波トランスデューサーデバイス３８は基板２の平面視において振動膜５に対する光検出部１４の位置を位置精度良く設置しなくても光検出部１４は振動膜５の振動を検出することができるので製造し易いデバイスである。従って、超音波測定装置４１は製造し易い超音波トランスデューサーデバイスを備えた装置とすることができる。
（３）本実施形態によれば、光検出部１４は圧電素子９が振動させる振動膜５の振幅を検出する。そして、表示部４９は振動膜５の振幅を表示する。操作者は表示部４９に表示された振動膜５の振幅を確認し、振動膜５の振幅の変更を指示する。そして、射出制御部５１は超音波トランスデューサーデバイス４３が射出する超音波１２の強度を制御する。従って、操作者は射出制御部５１に超音波１２の強度を変更させて、適切な超音波１２の強度に調整することができる。
（４）本実施形態によれば、超音波トランスデューサーデバイス４３が超音波トランスデューサーデバイス１または超音波トランスデューサーデバイス３３のとき、光検出部１４は圧電素子９が振動させる振動膜５の振幅を検出する。そして、射出制御部５１は振動膜５の振幅データ信号を入力する。そして、射出制御部５１は振動膜５の振幅データ信号を参照して超音波トランスデューサーデバイス４３が射出する超音波１２の強度を制御する。従って、射出制御部５１は精度良く超音波１２の強度を調整することができる。
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、光検出部１４はレーザー光１５を上電極８に照射して上電極８を反射膜として活用した。図８は超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図８に示すように、上電極８上に反射膜５９を設置しても良い。反射膜５９は反射する機能だけに特化した膜として活用することができる。従って、反射率の良い材質を選択して、表面粗さの少ない鏡面に近い製造方法を選択することができる。その結果、光検出部１４は効率良く反射光１５ｂを入力することができる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、光検出部１４はレーザー光１５を上電極８に照射して上電極８を反射膜として活用した。図８は超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図８に示すように、上電極８上に反射膜５９を設置しても良い。反射膜５９は反射する機能だけに特化した膜として活用することができる。従って、反射率の良い材質を選択して、表面粗さの少ない鏡面に近い製造方法を選択することができる。その結果、光検出部１４は効率良く反射光１５ｂを入力することができる。
（変形例２）
前記第３の実施形態では、光検出部１４はレーザー光１５を配線１１に照射して配線１１を反射膜として活用した。図９は超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図９に示すように、配線１１上または振動膜部材４上に反射膜６０を設置しても良い。反射膜６０は反射する機能だけに特化した膜として活用することができる。従って、反射率の良い金属を選択して、表面粗さの少ない鏡面に近い製造方法を選択することができる。その結果、光検出部１４は効率良く反射光１５ｂを入力することができる。
前記第３の実施形態では、光検出部１４はレーザー光１５を配線１１に照射して配線１１を反射膜として活用した。図９は超音波トランスデューサーデバイスの構造を示す要部模式側断面図である。図９に示すように、配線１１上または振動膜部材４上に反射膜６０を設置しても良い。反射膜６０は反射する機能だけに特化した膜として活用することができる。従って、反射率の良い金属を選択して、表面粗さの少ない鏡面に近い製造方法を選択することができる。その結果、光検出部１４は効率良く反射光１５ｂを入力することができる。
（変形例３）
前記第１の実施形態では、支持基板１３は光検出部１４を支持した。支持基板１３は他にも配線を中継する中継基板を兼ねても良い。他にも、圧電素子９を駆動する駆動回路や光検出部１４を駆動する駆動回路が設置された回路基板を兼ねても良い。他にも、基板２と支持基板１３との間の空間を封止する封止基板を兼ねても良い。支持基板１３に複数の機能を持たせることにより部品点数を減らすことができる。
前記第１の実施形態では、支持基板１３は光検出部１４を支持した。支持基板１３は他にも配線を中継する中継基板を兼ねても良い。他にも、圧電素子９を駆動する駆動回路や光検出部１４を駆動する駆動回路が設置された回路基板を兼ねても良い。他にも、基板２と支持基板１３との間の空間を封止する封止基板を兼ねても良い。支持基板１３に複数の機能を持たせることにより部品点数を減らすことができる。
（変形例４）
前記第４の実施形態では、表示画像５３に発信振幅波形５５及び受信振幅波形５６を表示した。他にも、表示画像５３に圧電素子９を駆動する駆動波形や光検出部１４が検出した振動膜５の振動波形を表示しても良い。圧電素子９を駆動する駆動波形には矩形波や正弦波が用いられる。駆動波形の振幅の他、波長及び波形の形状を確認できる。そして、振動膜５の振動波形を確認することにより、振動膜５の振動する様子を確認することができる。
前記第４の実施形態では、表示画像５３に発信振幅波形５５及び受信振幅波形５６を表示した。他にも、表示画像５３に圧電素子９を駆動する駆動波形や光検出部１４が検出した振動膜５の振動波形を表示しても良い。圧電素子９を駆動する駆動波形には矩形波や正弦波が用いられる。駆動波形の振幅の他、波長及び波形の形状を確認できる。そして、振動膜５の振動波形を確認することにより、振動膜５の振動する様子を確認することができる。
１，３３，３８，４３…超音波トランスデューサーデバイス、２…基板、３…開口部、５…振動膜、８…反射膜としての上電極、９…圧電素子、１３…支持基板、１４…光検出部、１５ｂ…光としての反射光、３４…圧電素子としての第１圧電素子、３５…圧電素子としての第２圧電素子、４１…超音波測定装置、４２…超音波プローブ、４９…表示部、５０…変換部、５１…射出制御部、５９，６０…反射膜。
Claims (11)
- 開口部を有する基板と、
前記基板上に設置された振動膜と、
前記振動膜上に設置され前記振動膜を振動させる圧電素子と、
光を用いて前記振動膜の振動を検出する光検出部と、を備え、
前記光検出部は、前記振動膜に対して前記基板の反対側に位置することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項１に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記光検出部は前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項１に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記光検出部は一部の前記圧電素子の振動を検出することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項１に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記圧電素子は複数の前記振動膜の一部に設置され、
前記光検出部は前記圧電素子が設置されていない場所の前記振動膜の振動を検出することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記光検出部を支持する支持基板を備え、
前記光検出部は前記振動膜が振動する場所と対向することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記光検出部は前記開口部の中央に位置する前記振動膜の振動を検出することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 請求項２または３に記載の超音波トランスデューサーデバイスであって、
前記圧電素子は反射膜を備えることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。 - 超音波を受信し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスを備え、
前記超音波トランスデューサーデバイスが請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする超音波プローブ。 - 超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、
前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、
前記データ信号を表示する表示部と、を備え、
前記超音波トランスデューサーデバイスが請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーデバイスであることを特徴とする超音波測定装置。 - 超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、
前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、
前記データ信号を表示する表示部と、
前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、
を備え、
前記超音波トランスデューサーデバイスが請求項２または３に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記表示部は前記振動膜の振幅を表示することを特徴とする超音波測定装置。 - 超音波を検出し電気信号を出力する超音波トランスデューサーデバイスと、
前記超音波トランスデューサーデバイスが出力する電気信号をデータ信号に変換する変換部と、
前記データ信号を表示する表示部と、
前記超音波トランスデューサーデバイスが射出する超音波の強度を制御する射出制御部と、
を備え、
前記超音波トランスデューサーデバイスが請求項２または３に記載の超音波トランスデューサーデバイスであり、前記光検出部は前記圧電素子が振動させる前記振動膜の振幅を検出し、前記射出制御部は前記振動膜の振幅データ信号を入力し前記振動膜の振幅を調整することを特徴とする超音波測定装置。
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