JP6834538B2 - 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置に関する。
従来、超音波の送受信を行う超音波デバイスを備えた超音波センサーが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波センサーは、開口部が形成された基板と、開口部を塞ぐように基板に設けられた振動板と、振動板の開口部とは反対側に積層された圧電素子とを備えている。この超音波センサーでは、１つの開口部に対向して複数の圧電素子が配置され、隣り合う圧電素子間で、かつ、振動板の基板とは反対側の面に、振動板の振動を抑制する柱状部が設けられている。このような超音波センサーでは、振動板のうち、開口部の縁と、柱状部の縁とにより囲われる領域が圧電素子によって振動される振動部となり、開口部に複数の振動部が設けられる構成となる。
特許文献１に記載の超音波センサーは、開口部が形成された基板と、開口部を塞ぐように基板に設けられた振動板と、振動板の開口部とは反対側に積層された圧電素子とを備えている。この超音波センサーでは、１つの開口部に対向して複数の圧電素子が配置され、隣り合う圧電素子間で、かつ、振動板の基板とは反対側の面に、振動板の振動を抑制する柱状部が設けられている。このような超音波センサーでは、振動板のうち、開口部の縁と、柱状部の縁とにより囲われる領域が圧電素子によって振動される振動部となり、開口部に複数の振動部が設けられる構成となる。
ところで、特許文献１に記載の超音波センサーでは、１つの開口部に対して複数の圧電素子が配列され、振動膜に複数の振動部が設けられる構成となる。この場合、１つの振動部の振動によって、柱状部が振動し、他の振動部に振動が伝搬してしまう不都合（いわゆる振動漏れ）が発生し、超音波の送受信精度が低下するおそれがある。
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決することを目的とするものであり、高い送受信精度を有する超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供することを目的とする。
本発明に係る一態様の超音波デバイスは、第一面を有し、前記第一面において前記第一面の面方向に沿う第一方向に延設される複数の開口部と、隣り合う前記開口部を隔てる隔壁と、を有する基板と、前記第一面に設けられ、前記開口部を閉塞する振動膜と、前記振動膜の前記基板とは反対側に設けられ、前記第一方向に交差する第二方向に向かって延設される複数の壁部と、前記振動膜に設けられ、前記基板の厚み方向から見た平面視において、前記隔壁と前記壁部とに囲われる位置に設けられる振動子と、前記振動膜の前記基板側に設けられ、前記隔壁から前記第二方向に向かって延伸する凸部を有し、前記凸部は、前記平面視において前記壁部と重なることを特徴とする。
本態様では、基板の第一方向に延設される複数の開口部に振動膜が位置し、当該振動膜における基板とは反対側の面に第二方向に向かって延設される壁部が設けられ、開口部を隔てる隔壁と、を備えている。また、振動膜において、隔壁と壁部とにより囲まれた領域内に振動子が位置し、隔壁から第二方向に延伸する凸部は、上記平面視において壁部と重なっている。このような構成によれば、隔壁に凸部が設けられていることで、振動子により振動膜の隔壁と壁部とにより囲まれた領域（振動部）が振動された場合でも、当該振動による隔壁の振動が抑制される。このため、隔壁を伝って１つの振動部から他の振動部への振動が伝達すること、すなわち、振動漏れを抑制できる。
ところで、振動部を振動させることにより送信された超音波を被検体に向かって伝搬させ、被検体からの反射波を振動部に向かって伝達させるために、開口部を構成する隔壁に囲われた領域内に、例えばシリコーン等により構成された音響層を充填する場合がある。ここで、１つの開口部により、振動部のサイズを規定する場合、狭い体積の開口部（隔壁に囲われる領域）内に音響層が充填される構成となる。この場合、振動膜のうち開口部により囲われる振動部が振動すると、上記音響層の隔壁に接触する一部に剪断応力が作用し、これによって、当該音響層の一部が固体のような抵抗力を発生させて硬化する（ダイラタンシー）。このようなダイラタンシーが発生すると、振動部において振動可能な領域の面積が狭くなるため、振動部において送受信可能な超音波の周波数が変動（高ぶれ）する可能性がある。この場合、超音波の周波数制御が困難となり、所望の周波数の超音波を送受信できなくなる可能性があり、高精度な超音波の送受信が困難となる。
これに対し、本態様によれば、隔壁と壁部とにより振動部が構成される構成であり、隔壁から突出する凸部が設けられたとしても、隣り合う振動部の間で開口部が連通する。すなわち、凸部と、当該凸部が位置する隔壁に向かい合う隔壁、若しくは、当該隔壁に位置する凸部と、の間に隙間が形成される。このため、開口部内に音響層を充填した際に上記剪断応力が発生した場合でも、当該応力を隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイスにより送受信する超音波の周波数制御も容易となり、高精度な超音波の送受信が可能となる。
これに対し、本態様によれば、隔壁と壁部とにより振動部が構成される構成であり、隔壁から突出する凸部が設けられたとしても、隣り合う振動部の間で開口部が連通する。すなわち、凸部と、当該凸部が位置する隔壁に向かい合う隔壁、若しくは、当該隔壁に位置する凸部と、の間に隙間が形成される。このため、開口部内に音響層を充填した際に上記剪断応力が発生した場合でも、当該応力を隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイスにより送受信する超音波の周波数制御も容易となり、高精度な超音波の送受信が可能となる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記凸部は、前記振動膜における前記隔壁と前記壁部とにより囲まれた領域毎にそれぞれ設けられていることが好ましい。
本態様では、凸部は、振動膜における隔壁と壁部とにより囲まれた領域毎、つまり、振動部と振動部との間毎に設けられている。このような構成によれば、隣り合う振動部間での振動漏れを効果的に抑制できる。
本態様では、凸部は、振動膜における隔壁と壁部とにより囲まれた領域毎、つまり、振動部と振動部との間毎に設けられている。このような構成によれば、隣り合う振動部間での振動漏れを効果的に抑制できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記凸部は、前記開口部を前記第二方向に沿って挟み込む一対の前記隔壁のそれぞれに設けられていることが好ましい。
本態様では、凸部は開口部を挟み込む一対の隔壁のそれぞれに設けられているので、例えば、上記凸部が一対の隔壁の一方にのみ設けられている場合に比べて、振動漏れの影響をより抑制できる。つまり、開口部を挟み込む一対の隔壁の一方にのみ凸部が有る場合、他方の隔壁から振動漏れが発生するおそれがあるが、本態様では、このような不都合を抑制できる。
本態様では、凸部は開口部を挟み込む一対の隔壁のそれぞれに設けられているので、例えば、上記凸部が一対の隔壁の一方にのみ設けられている場合に比べて、振動漏れの影響をより抑制できる。つまり、開口部を挟み込む一対の隔壁の一方にのみ凸部が有る場合、他方の隔壁から振動漏れが発生するおそれがあるが、本態様では、このような不都合を抑制できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記凸部は、前記隔壁の前記第二方向に対する一方側と、他方側とに少なくとも１つずつ設けられていることが好ましい。
本態様では、隔壁の第二方向における一方側及び他方側の両側に凸部が少なくとも１つずつ設けられている。このような構成では、隔壁の前記一方側に設けられた凸部によって、隔壁の前記一方側への変位（倒れ込み）を抑制でき、他方側に設けられた凸部によって、隔壁の前記他方側への変位（倒れ込み）を抑制できる。したがって、隔壁の振動をより効果的に抑制でき、振動漏れの発生をより効果的に抑制できる。
本態様では、隔壁の第二方向における一方側及び他方側の両側に凸部が少なくとも１つずつ設けられている。このような構成では、隔壁の前記一方側に設けられた凸部によって、隔壁の前記一方側への変位（倒れ込み）を抑制でき、他方側に設けられた凸部によって、隔壁の前記他方側への変位（倒れ込み）を抑制できる。したがって、隔壁の振動をより効果的に抑制でき、振動漏れの発生をより効果的に抑制できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記平面視において、前記第二方向における前記凸部の先端は、前記第二方向における前記振動子の端部よりも前記隔壁側に位置することが好ましい。
本態様では、凸部の先端は、平面視において、振動子の端部よりも隔壁側に位置している。言い換えると、第一方向からの投影視において、凸部と振動子とが重ならない。
振動部において、振動子が位置する部分は、振動子の振動時に最も変位量が大きくなる位置である。よって、開口部に音響層を充填させた際、第二方向における凸部の突出寸法が、隔壁から振動子の端部までの距離よりも大きいと、凸部の一部（突出先端部）に当接する音響層に大きい剪断応力が発生する可能性が高まる。
これに対し、本態様では、上記構成により、開口部に音響層を充填させた場合でも、凸部に上記のような大きい剪断応力が作用せず、ダイラタンシーの影響を効果的に抑制できる。これにより、超音波の周波数制御がより容易になり、高精度な超音波の送受信を実行できる。
本態様では、凸部の先端は、平面視において、振動子の端部よりも隔壁側に位置している。言い換えると、第一方向からの投影視において、凸部と振動子とが重ならない。
振動部において、振動子が位置する部分は、振動子の振動時に最も変位量が大きくなる位置である。よって、開口部に音響層を充填させた際、第二方向における凸部の突出寸法が、隔壁から振動子の端部までの距離よりも大きいと、凸部の一部（突出先端部）に当接する音響層に大きい剪断応力が発生する可能性が高まる。
これに対し、本態様では、上記構成により、開口部に音響層を充填させた場合でも、凸部に上記のような大きい剪断応力が作用せず、ダイラタンシーの影響を効果的に抑制できる。これにより、超音波の周波数制御がより容易になり、高精度な超音波の送受信を実行できる。
本態様の超音波探触子は、上記超音波デバイスと、前記超音波デバイスを収容する筐体と、を備えることを特徴とする。
本態様では、筐体内に上述したような超音波デバイスが収納されており、当該超音波探触子を被検体に接触させることで、被検体に対する超音波測定を実施することができる。そして、上述したように、超音波デバイスは、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイスを備えた超音波探触子では、高精度な超音波測定を実施することができる。
本態様では、筐体内に上述したような超音波デバイスが収納されており、当該超音波探触子を被検体に接触させることで、被検体に対する超音波測定を実施することができる。そして、上述したように、超音波デバイスは、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイスを備えた超音波探触子では、高精度な超音波測定を実施することができる。
本態様の超音波装置は、上記超音波探触子と、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本態様では、制御部により、超音波デバイスによる超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイスで超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。そして、上述したように、超音波デバイスは、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイスを備えた超音波装置では、上述したような各種処理を高精度に実施することができる。
本態様では、制御部により、超音波デバイスによる超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイスで超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。そして、上述したように、超音波デバイスは、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイスを備えた超音波装置では、上述したような各種処理を高精度に実施することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る超音波装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波装置の概略構成］
図１は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の超音波装置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装置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。
この超音波装置１は、超音波プローブ２を対象物（例えば生体）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、対象物（生体）内の器官にて反射された超音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。
［超音波装置の概略構成］
図１は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の超音波装置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装置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。
この超音波装置１は、超音波プローブ２を対象物（例えば生体）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、対象物（生体）内の器官にて反射された超音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、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、本発明の超音波探触子に相当し、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に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を収容する。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）には通過孔が設けられ、通過孔を介してケーブル３が筐体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。
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、これに限定されない。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。
図３は、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、本発明の超音波探触子に相当し、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に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を収容する。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）には通過孔が設けられ、通過孔を介してケーブル３が筐体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。
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、これに限定されない。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、図３に示すように、超音波デバイス４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ー回路等が設けられており、超音波デバイス４は、例えばフレキシブル基板等の配線部材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が設けられており、当該音響レンズ７は、筐体２１の一面側から外部に露出する。
超音波センサー２２は、図３に示すように、超音波デバイス４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ー回路等が設けられており、超音波デバイス４は、例えばフレキシブル基板等の配線部材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が設けられており、当該音響レンズ７は、筐体２１の一面側から外部に露出する。
［超音波基板の構成］
次に、超音波基板４１の構成について詳述する。
図４は、超音波基板４１の概略構成を示す平面図である。
超音波デバイス４は、図４に示すように、超音波基板４１を有する。
このような超音波基板４１には、図４に示すように、互いに交差（本実施形態では、直交を例示）するＸ方向（スキャン方向）及びＹ方向（スライス方向）に沿って、複数の超音波トランスデューサー４１Ａ（超音波素子）が２次元アレイ状に配置されている。ここで、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４１Ａにより、１ＣＨ（チャネル）の送受信列４１Ｂ（素子群）が構成される。また、当該１ＣＨの送受信列がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波基板４１が構成される。
なお、図４及び後述する図５は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａの配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー４１Ａが配置されている。
次に、超音波基板４１の構成について詳述する。
図４は、超音波基板４１の概略構成を示す平面図である。
超音波デバイス４は、図４に示すように、超音波基板４１を有する。
このような超音波基板４１には、図４に示すように、互いに交差（本実施形態では、直交を例示）するＸ方向（スキャン方向）及びＹ方向（スライス方向）に沿って、複数の超音波トランスデューサー４１Ａ（超音波素子）が２次元アレイ状に配置されている。ここで、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４１Ａにより、１ＣＨ（チャネル）の送受信列４１Ｂ（素子群）が構成される。また、当該１ＣＨの送受信列がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波基板４１が構成される。
なお、図４及び後述する図５は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａの配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー４１Ａが配置されている。
図５は、超音波基板４１の一部を示し、圧電素子４１３を取り外した平面図である。図６は、超音波センサー２２（超音波デバイス４及び音響レンズ７）をＹ方向に沿って（図５のＡ−Ａ線に沿って）切断した際の断面図である。図７は、超音波センサー２２をＸ方向に沿って（図５のＢ−Ｂ線に沿って）切断した際の断面図である。図８は、超音波センサー２２をＸ方向に沿って（図５のＣ−Ｃ線に沿って）切断した際の断面図である。なお、図５〜図８においては、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａの配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー４１Ａが配置されている。
超音波基板４１は、図５〜図８に示すように、素子基板４１１と、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ上に設けられる支持膜４１２と、支持膜４１２上に設けられる圧電素子４１３とを備えて構成されている。
超音波基板４１は、図５〜図８に示すように、素子基板４１１と、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ上に設けられる支持膜４１２と、支持膜４１２上に設けられる圧電素子４１３とを備えて構成されている。
素子基板４１１は、本発明の基板に相当し、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この素子基板４１１には、図５〜図８に示すように、複数の超音波トランスデューサー４１Ａに対応する開口部４１１Ａが設けられている。本実施形態では、複数の開口部４１１Ａは、第一面４１１Ｃにおいて当該第一面４１１Ｃの面方向に沿う第一方向（Ｙ方向）に延設されている。このような各開口部４１１Ａは、素子基板４１１の一端面（第一面４１１Ｃ）から、第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄに亘って開口され、基板厚み方向を貫通した貫通穴である。この開口部４１１Ａは、第一面４１１Ｃ側が支持膜４１２により閉塞されている。
なお、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ側には、素子基板４１１を補強するための封止板４２が配置され、例えば樹脂等により構成された壁部４２１により固定されている。この封止板４２の構成については、後に詳述する。
また、隣り合う開口部４１１Ａ間には、当該開口部４１１Ａを隔てる隔壁４１１Ｂが位置している。具体的には、開口部４１１Ａは、図５に示すように、Ｙ方向に沿って延びる長手状の第一隔壁面４１１Ｂ１（−Ｘ側）及び第二隔壁面４１１Ｂ２（＋Ｘ側）と、第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２の±Ｙ端部間を連結する一対の第三隔壁面４１１Ｂ３により囲われて形成されている。隔壁４１１Ｂは、＋Ｘ側に位置する開口部４１１Ａを構成する第一隔壁面４１１Ｂ１から、−Ｘ側に位置する開口部４１１Ａを構成する第二隔壁面４１１Ｂ２に亘って、素子基板４１１の基板厚みと同一の厚み寸法に形成される部分により構成される。
そして、隔壁４１１Ｂは、第二方向（Ｘ方向）に向けて延伸する凸部４３を有する。
なお、凸部４３の詳しい構成については、後に詳述する。
また、隣り合う開口部４１１Ａ間には、当該開口部４１１Ａを隔てる隔壁４１１Ｂが位置している。具体的には、開口部４１１Ａは、図５に示すように、Ｙ方向に沿って延びる長手状の第一隔壁面４１１Ｂ１（−Ｘ側）及び第二隔壁面４１１Ｂ２（＋Ｘ側）と、第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２の±Ｙ端部間を連結する一対の第三隔壁面４１１Ｂ３により囲われて形成されている。隔壁４１１Ｂは、＋Ｘ側に位置する開口部４１１Ａを構成する第一隔壁面４１１Ｂ１から、−Ｘ側に位置する開口部４１１Ａを構成する第二隔壁面４１１Ｂ２に亘って、素子基板４１１の基板厚みと同一の厚み寸法に形成される部分により構成される。
そして、隔壁４１１Ｂは、第二方向（Ｘ方向）に向けて延伸する凸部４３を有する。
なお、凸部４３の詳しい構成については、後に詳述する。
また、開口部４１１Ａの支持膜４１２が設けられない側には、音響層４１４が設けられる（充填される）。このような音響層４１４は、音響レンズ７と略同一の音響インピーダンスを有し、支持膜４１２及び音響レンズ７に密着されている。これにより、支持膜４１２の振動により送信される超音波を、音響層４１４を介して音響レンズ７に伝達させることができ、音響レンズ７から入射された超音波を、音響層４１４を介して支持膜４１２に伝達させることが可能となる。
支持膜４１２は、本発明の振動膜に相当し、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ側の全体を覆って設けられている。すなわち、支持膜４１２は、開口部４１１Ａを構成する隔壁４１１Ｂにより支持され、開口部４１１Ａの第一面４１１Ｃ側を閉塞する。この支持膜４１２の厚み寸法は、素子基板４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。
また、支持膜４１２の素子基板４１１と反対側の面には、封止板４２を接合する壁部４２１が接合される。この壁部４２１は、Ｘ方向に長手となり、Ｙ方向に等間隔で複数配置されている。そして、支持膜４１２のうち、隔壁４１１Ｂ及び壁部４２１により囲われた部分は、振動部４１２Ａを構成する。すなわち、本実施形態では、１つの開口部４１１Ａに対して、複数の振動部４１２ＡがＹ方向に並ぶ構成となる。そして、各振動部４１２Ａには、それぞれ圧電素子４１３が設けられており、これらの振動部４１２Ａと圧電素子４１３とにより、１つの超音波トランスデューサー４１Ａが構成される。
また、支持膜４１２の素子基板４１１と反対側の面には、封止板４２を接合する壁部４２１が接合される。この壁部４２１は、Ｘ方向に長手となり、Ｙ方向に等間隔で複数配置されている。そして、支持膜４１２のうち、隔壁４１１Ｂ及び壁部４２１により囲われた部分は、振動部４１２Ａを構成する。すなわち、本実施形態では、１つの開口部４１１Ａに対して、複数の振動部４１２ＡがＹ方向に並ぶ構成となる。そして、各振動部４１２Ａには、それぞれ圧電素子４１３が設けられており、これらの振動部４１２Ａと圧電素子４１３とにより、１つの超音波トランスデューサー４１Ａが構成される。
圧電素子４１３は、振動子に相当し、各開口部４１１Ａを閉塞する支持膜４１２上にそれぞれ設けられている。この圧電素子４１３は、例えば、支持膜４１２側から下部電極４１３Ａ、圧電膜４１３Ｂ、及び上部電極４１３Ｃを積層した積層体により構成されている。
このような超音波トランスデューサー４１Ａでは、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に所定周波数の矩形波電圧（駆動信号）が印加されることで、圧電膜４１３Ｂが撓んで振動部４１２Ａが振動して超音波が送出される。また、生体から反射された超音波により振動部４１２Ａが振動されると、圧電膜４１３Ｂの上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
このような超音波トランスデューサー４１Ａでは、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に所定周波数の矩形波電圧（駆動信号）が印加されることで、圧電膜４１３Ｂが撓んで振動部４１２Ａが振動して超音波が送出される。また、生体から反射された超音波により振動部４１２Ａが振動されると、圧電膜４１３Ｂの上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
また、本実施形態では、図４に示すように、下部電極４１３Ａは、Ｙ方向に沿って直線状に形成されており、１ＣＨの送受信列４１Ｂを構成する複数の超音波トランスデューサー４１Ａを接続する。この下部電極４１３Ａの−Ｙ側端部（第一方向の一端部）には、第一端子４１３Ａ１が設けられ、＋Ｙ側端部（第一方向の他端部）には第二端子４１３Ａ２が設けられている。これらに第一端子４１３Ａ１及び第二端子４１３Ａ２は、それぞれ回路基板６に電気接続されている。
また、上部電極４１３Ｃは、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー４１Ａを接続する。そして、上部電極４１３Ｃの±Ｘ側端部は共通電極線４１３Ｄに接続される。この共通電極線４１３Ｄは、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極４１３Ｃ同士を結線し、その端部には、回路基板６に電気接続される共通端子４１３Ｄ１が設けられている。
［封止板の構成］
封止板４２は、素子基板４１１を補強する機能を有する。この封止板４２は、図５〜図８に示すように、当該封止板４２を素子基板４１１に接続するための複数の壁部４２１を有する。
これら各壁部４２１は、支持膜４１２の素子基板４１１とは反対側に設けられ、上記第一方向であるＹ方向に交差（直交）する第二方向（Ｘ方向）に向かって所定の間隔にて複数延設される。具体的には、壁部４２１は、開口部４１１Ａの＋Ｙ側端部に設けられる壁部４２１、開口部４１１Ａの−Ｙ側端部に設けられる壁部４２１、及び、これらの＋Ｙ側端部の壁部４２１及び−Ｙ側端部の壁部４２１の間で、超音波トランスデューサー４５により送受信される超音波の周波数に応じた所定間隔で配置された複数の壁部４２１が設けられている。
これにより、上述のように、圧電素子４１３は、素子基板４１１の厚み方向から見た平面視（以降単に平面視と称す）において、支持膜４１２のうち、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂと、隣り合う一対の壁部４２１とにより囲われる領域によって振動部４１２Ａが構成されることになる。
封止板４２は、素子基板４１１を補強する機能を有する。この封止板４２は、図５〜図８に示すように、当該封止板４２を素子基板４１１に接続するための複数の壁部４２１を有する。
これら各壁部４２１は、支持膜４１２の素子基板４１１とは反対側に設けられ、上記第一方向であるＹ方向に交差（直交）する第二方向（Ｘ方向）に向かって所定の間隔にて複数延設される。具体的には、壁部４２１は、開口部４１１Ａの＋Ｙ側端部に設けられる壁部４２１、開口部４１１Ａの−Ｙ側端部に設けられる壁部４２１、及び、これらの＋Ｙ側端部の壁部４２１及び−Ｙ側端部の壁部４２１の間で、超音波トランスデューサー４５により送受信される超音波の周波数に応じた所定間隔で配置された複数の壁部４２１が設けられている。
これにより、上述のように、圧電素子４１３は、素子基板４１１の厚み方向から見た平面視（以降単に平面視と称す）において、支持膜４１２のうち、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂと、隣り合う一対の壁部４２１とにより囲われる領域によって振動部４１２Ａが構成されることになる。
［凸部の構成］
図９は、素子基板４１１を厚み方向から見た平面図であり、図１０は、超音波基板４１の一部を拡大して示した平面図である。
図５、図９及び図１０に示すように、隔壁４１１Ｂの第一隔壁面４１１Ｂ１は、＋Ｘ側に向かって延伸する例えば略四角柱状の凸部４３を有し、第二隔壁面４１１Ｂ２は、−Ｘ側に向かって延伸する例えば略四角柱状の凸部４３を有する。これらの凸部４３は、隔壁４１１Ｂと同様、支持膜４１２に接合されている。すなわち、凸部４３は、隔壁４１１ＢのＸ方向における一方側（−Ｘ側）及び他方側（＋Ｘ側）の双方に設けられている。換言すると、凸部４３は、開口部４１１ＡをＸ方向に沿って挟み込む一対の隔壁４１１Ｂの対向する面（第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２）から、それぞれ、互いに近接する方向に突出している。
図９は、素子基板４１１を厚み方向から見た平面図であり、図１０は、超音波基板４１の一部を拡大して示した平面図である。
図５、図９及び図１０に示すように、隔壁４１１Ｂの第一隔壁面４１１Ｂ１は、＋Ｘ側に向かって延伸する例えば略四角柱状の凸部４３を有し、第二隔壁面４１１Ｂ２は、−Ｘ側に向かって延伸する例えば略四角柱状の凸部４３を有する。これらの凸部４３は、隔壁４１１Ｂと同様、支持膜４１２に接合されている。すなわち、凸部４３は、隔壁４１１ＢのＸ方向における一方側（−Ｘ側）及び他方側（＋Ｘ側）の双方に設けられている。換言すると、凸部４３は、開口部４１１ＡをＸ方向に沿って挟み込む一対の隔壁４１１Ｂの対向する面（第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２）から、それぞれ、互いに近接する方向に突出している。
また、これら各凸部４３は、図１０に示すように、平面視において、壁部４２１と重なる位置にそれぞれ設けられている。よって、隔壁４１１Ｂと壁部４２１とにより囲まれた振動部４１２Ａ毎に、つまり、Ｙ方向に隣り合う振動部４１２Ａの間のそれぞれに対して、第一隔壁面４１１Ｂ１の凸部４３と、第二隔壁面４１１Ｂ２の凸部４３と、が設けられる構成となる。
ここで、第一隔壁面４１１Ｂ１は、Ｙ方向と平行な第一基準面Ｐ１に沿って形成されており、第一隔壁面４１１Ｂ１に設けられる凸部４３の先端は、第一基準面Ｐ１から寸法Ｌ１だけ＋Ｘ側に突出して位置する。同様に、第二隔壁面４１１Ｂ２は、Ｙ方向と平行な第二基準面Ｐ２に沿って形成されており、第二隔壁面４１１Ｂ２に設けられる凸部４３の先端は、第二基準面Ｐ２から寸法Ｌ１だけ−Ｘ側に突出して位置する。
一方、圧電素子４１３の−Ｘ側端部は第一基準面Ｐ１から寸法Ｌ２の位置に、また、圧電素子４１３の＋Ｘ側端部は第二基準面Ｐ２から寸法Ｌ２の位置にあり、当該寸法Ｌ２は、寸法Ｌ１よりも大きい。
ここで、第一隔壁面４１１Ｂ１は、Ｙ方向と平行な第一基準面Ｐ１に沿って形成されており、第一隔壁面４１１Ｂ１に設けられる凸部４３の先端は、第一基準面Ｐ１から寸法Ｌ１だけ＋Ｘ側に突出して位置する。同様に、第二隔壁面４１１Ｂ２は、Ｙ方向と平行な第二基準面Ｐ２に沿って形成されており、第二隔壁面４１１Ｂ２に設けられる凸部４３の先端は、第二基準面Ｐ２から寸法Ｌ１だけ−Ｘ側に突出して位置する。
一方、圧電素子４１３の−Ｘ側端部は第一基準面Ｐ１から寸法Ｌ２の位置に、また、圧電素子４１３の＋Ｘ側端部は第二基準面Ｐ２から寸法Ｌ２の位置にあり、当該寸法Ｌ２は、寸法Ｌ１よりも大きい。
つまり、一対の隔壁４１１Ｂの対向する面（第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２）から突出する各凸部４３の突出端部は、平面視において、圧電素子４１３の±Ｘ側端面よりも、当該凸部４３が位置する各隔壁４１１Ｂの各基準面Ｐ１，Ｐ２側に位置し、Ｙ方向からの投影視において、凸部４３と圧電素子４１３とが重ならない。
換言すると、平面視において、１つの開口部４１１Ａの互いに対向する第一隔壁面４１１Ｂ１、及び第二隔壁面４１１Ｂ２に設けられて、１つの壁部４２１と重なる一対の凸部４３は、寸法Ｌ３の隙間をあけて対向しており、当該隙間は、圧電素子４１３のＸ方向における寸法Ｌ４よりも大きい。
また、本実施形態では、各凸部４３のＹ方向の寸法は、壁部４２１のＹ方向の幅寸法と略同じに設定されている。このため、支持膜４１２のうち、平面視において壁部４２１と重なる部分の一部は、凸部４３及び壁部４２１により挟持される構成となる。
換言すると、平面視において、１つの開口部４１１Ａの互いに対向する第一隔壁面４１１Ｂ１、及び第二隔壁面４１１Ｂ２に設けられて、１つの壁部４２１と重なる一対の凸部４３は、寸法Ｌ３の隙間をあけて対向しており、当該隙間は、圧電素子４１３のＸ方向における寸法Ｌ４よりも大きい。
また、本実施形態では、各凸部４３のＹ方向の寸法は、壁部４２１のＹ方向の幅寸法と略同じに設定されている。このため、支持膜４１２のうち、平面視において壁部４２１と重なる部分の一部は、凸部４３及び壁部４２１により挟持される構成となる。
ここで、各凸部４３間に上記隙間が形成されていない場合、すなわち、１つの振動部４１２Ａの四方が隔壁により囲われることで開口部が形成される場合、狭い体積の開口部（隔壁に囲われる領域）内に音響層４１４が充填される構成となる。この場合、開口部により囲われる振動部４１２Ａが振動すると、上記音響層４１４の隔壁４１１Ｂに接触する一部に剪断応力が作用してダイラタンシーが発生する。よって、振動部４１２Ａにおいて送受信可能な超音波の周波数が高ぶれする可能性があり、超音波の周波数制御が困難となる。
これに対し、本実施形態では、上記のように対向する凸部４３間に隙間が設けられているので、開口部４１１ＡがＹ方向に並ぶ複数の振動部４１２Ａに亘って連通する。このため、各振動部４１２Ａが振動した場合でも、音響層４１４に加わる応力を上記隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイス４により送受信する超音波の周波数制御も容易となる。
これに対し、本実施形態では、上記のように対向する凸部４３間に隙間が設けられているので、開口部４１１ＡがＹ方向に並ぶ複数の振動部４１２Ａに亘って連通する。このため、各振動部４１２Ａが振動した場合でも、音響層４１４に加わる応力を上記隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイス４により送受信する超音波の周波数制御も容易となる。
一方、１つの振動部４１２Ａの２辺が隔壁４１１Ｂにより囲われ、他の２辺が壁部４２１により囲われている場合、壁部４２１のみでは、隔壁４１１ＢのＹ方向側への変異（倒れ込み）が発生する可能性がある。
これに対し、本実施形態では、隔壁４１１Ｂに凸部４３が設けられていることで、圧電素子４１３により振動部４１２Ａが振動された場合でも、当該振動による隔壁４１１Ｂの振動が抑制される。このため、隔壁４１１Ｂを伝って１つの振動部４１２Ａから他の振動部４１２Ａへの振動漏れを抑制できる。
これに対し、本実施形態では、隔壁４１１Ｂに凸部４３が設けられていることで、圧電素子４１３により振動部４１２Ａが振動された場合でも、当該振動による隔壁４１１Ｂの振動が抑制される。このため、隔壁４１１Ｂを伝って１つの振動部４１２Ａから他の振動部４１２Ａへの振動漏れを抑制できる。
［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。
ここで、上述のように、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響層４１４が設けられる。この音響層４１４は、音響層４１４を形成する液状の材料（例えば、液状のシリコーン等）を、開口部４１１Ａに充填して形成する。
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。
ここで、上述のように、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響層４１４が設けられる。この音響層４１４は、音響層４１４を形成する液状の材料（例えば、液状のシリコーン等）を、開口部４１１Ａに充填して形成する。
［回路基板の構成］
次に、回路基板６について説明する。
図２に戻って、回路基板６は、超音波トランスデューサー４１Ａを駆動させる各種回路として、例えば選択回路６１、送信回路６２（信号出力部）及び受信回路６３を備えている。また、回路基板６は、超音波基板４１の第一端子４１３Ａ１に接続される第一入出力部６６Ａ１、第二端子４１３Ａ２に接続される第二入出力部６６Ａ２を備える。
さらに、回路基板６は、図示は省略するが、共通端子４１３Ｄ１に接続される共通入出力部、共通入出力部に接続されて共通端子４１３Ｄ１に共通電圧を印加する共通電圧出力部等を備える。
次に、回路基板６について説明する。
図２に戻って、回路基板６は、超音波トランスデューサー４１Ａを駆動させる各種回路として、例えば選択回路６１、送信回路６２（信号出力部）及び受信回路６３を備えている。また、回路基板６は、超音波基板４１の第一端子４１３Ａ１に接続される第一入出力部６６Ａ１、第二端子４１３Ａ２に接続される第二入出力部６６Ａ２を備える。
さらに、回路基板６は、図示は省略するが、共通端子４１３Ｄ１に接続される共通入出力部、共通入出力部に接続されて共通端子４１３Ｄ１に共通電圧を印加する共通電圧出力部等を備える。
選択回路６１は、超音波基板４１の各送受信列４１Ｂと接続される。また、選択回路６１は、送信回路６２や受信回路６３と接続される。
この選択回路６１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と送信回路６２とを接続する送信接続、及び超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と受信回路６３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路６２は、駆動信号を出力する信号出力部であり、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駆動信号を出力する。この駆動信号は、選択回路６１を介して各送受信列４１Ｂに入力され、これにより、各超音波トランスデューサー４１Ａが駆動されて超音波が送出される。
この選択回路６１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と送信回路６２とを接続する送信接続、及び超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と受信回路６３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路６２は、駆動信号を出力する信号出力部であり、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駆動信号を出力する。この駆動信号は、選択回路６１を介して各送受信列４１Ｂに入力され、これにより、各超音波トランスデューサー４１Ａが駆動されて超音波が送出される。
受信回路６３は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、各送受信列４１Ｂから選択回路６１を介して入力される受信信号を処理する。具体的には、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、ユーザーが超音波装置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、超音波装置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、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及び画像形成部１４２等として機能する。
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、ユーザーが超音波装置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、超音波装置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、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及び画像形成部１４２等として機能する。
送受信制御部１４１は、選択回路６１を制御して、送信接続と、受信接続とを切り替える。また、送受信制御部１４１は、送信回路６２に対して駆動信号の生成及び出力処理の制御を行い、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。
画像形成部１４２は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）に基づいて、生体の内部断層像（超音波画像）を生成する。また、画像形成部１４２は、生成した内部断層像を表示部１２に表示させる。
画像形成部１４２は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）に基づいて、生体の内部断層像（超音波画像）を生成する。また、画像形成部１４２は、生成した内部断層像を表示部１２に表示させる。
［実施形態の作用効果］
以上説明した本実施形態に係る超音波装置１は、以下の効果を奏する。
ここで、各凸部４３間に上記隙間が形成されていない場合、すなわち、１つの振動部４１２Ａの四方が隔壁により囲われることで開口部が形成される場合、狭い体積の開口部（隔壁に囲われる領域）内に音響層４１４が充填される構成となる。この場合、開口部により囲われる振動部４１２Ａが振動すると、上記音響層４１４の隔壁４１１Ｂに接触する一部に剪断応力が作用してダイラタンシーが発生する。よって、振動部４１２Ａにおいて送受信可能な超音波の周波数が高ぶれする可能性があり、超音波の周波数制御が困難となる。
これに対し、本実施形態では、上記のように対向する凸部４３間に隙間が設けられているので、開口部４１１ＡがＹ方向に並ぶ複数の振動部４１２Ａに亘って連通する。このため、各振動部４１２Ａが振動した場合でも、音響層４１４に加わる応力を上記隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイス４により送受信する超音波の周波数制御も容易となる。
以上説明した本実施形態に係る超音波装置１は、以下の効果を奏する。
ここで、各凸部４３間に上記隙間が形成されていない場合、すなわち、１つの振動部４１２Ａの四方が隔壁により囲われることで開口部が形成される場合、狭い体積の開口部（隔壁に囲われる領域）内に音響層４１４が充填される構成となる。この場合、開口部により囲われる振動部４１２Ａが振動すると、上記音響層４１４の隔壁４１１Ｂに接触する一部に剪断応力が作用してダイラタンシーが発生する。よって、振動部４１２Ａにおいて送受信可能な超音波の周波数が高ぶれする可能性があり、超音波の周波数制御が困難となる。
これに対し、本実施形態では、上記のように対向する凸部４３間に隙間が設けられているので、開口部４１１ＡがＹ方向に並ぶ複数の振動部４１２Ａに亘って連通する。このため、各振動部４１２Ａが振動した場合でも、音響層４１４に加わる応力を上記隙間から逃がすことができ、ダイラタンシーの発生を抑制できる。したがって、超音波デバイス４により送受信する超音波の周波数制御も容易となる。
一方、１つの振動部４１２Ａの２辺が隔壁４１１Ｂにより囲われ、他の２辺が壁部４２１により囲われている場合、壁部４２１のみでは、隔壁４１１ＢのＹ方向側への変異（倒れ込み）が発生する可能性がある。
これに対し、本実施形態では、隔壁４１１Ｂに凸部４３が設けられていることで、圧電素子４１３により振動部４１２Ａが振動された場合でも、当該振動による隔壁４１１Ｂの振動が抑制される。このため、隔壁４１１Ｂを伝って１つの振動部４１２Ａから他の振動部４１２Ａへの振動漏れを抑制できる。
これに対し、本実施形態では、隔壁４１１Ｂに凸部４３が設けられていることで、圧電素子４１３により振動部４１２Ａが振動された場合でも、当該振動による隔壁４１１Ｂの振動が抑制される。このため、隔壁４１１Ｂを伝って１つの振動部４１２Ａから他の振動部４１２Ａへの振動漏れを抑制できる。
本実施形態では、凸部４３は、支持膜４１２における隔壁４１１Ｂと壁部４２１とにより囲まれた領域毎、つまり、振動部４１２Ａと振動部４１２Ａとの間毎に設けられているので、隣り合う振動部４１２Ａ間での振動漏れを効果的に抑制できる。
本実施形態では、凸部４３は開口部４１１Ａを挟み込む一対の隔壁４１１Ｂのそれぞれに設けられているので、例えば、上記凸部４３が一対の隔壁４１１Ｂの一方にのみ設けられている場合に比べて、振動漏れの影響をより抑制できる。つまり、開口部４１１Ａを挟み込む一対の隔壁４１１Ｂの一方にのみ凸部４３が有る場合、他方の隔壁４１１Ｂから振動漏れが発生するおそれがあるが、本実施形態では、このような不都合を抑制できる。
本実施形態では、第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２に凸部４３が少なくとも１つずつ設けられているので、隔壁４１１Ｂの−Ｘ側への変位（倒れ込み）を抑制でき、＋Ｘ側に設けられた凸部４３によって、隔壁４１１Ｂの＋Ｘ側への変位（倒れ込み）を抑制できる。したがって、隔壁４１１Ｂの振動をより効果的に抑制でき、振動漏れの発生をより効果的に抑制できる。
振動部４１２Ａにおいて、圧電素子４１３が位置する部分は、圧電素子４１３の振動時に最も変位量が大きくなる位置である。よって、開口部４１１Ａに音響層４１４を充填させた際、Ｘ方向における凸部４３の突出寸法Ｌ１が、隔壁４１１Ｂから圧電素子４１３の端部までの距離（寸法Ｌ２）よりも大きいと、凸部４３の一部（突出先端部）に当接する音響層４１４に大きい剪断応力が発生する可能性が高まる。
これに対し、本実施形態では、凸部４３の先端は、平面視において、圧電素子４１３の端部よりも隔壁４１１Ｂ側に位置している。言い換えると、Ｙ方向からの投影視において、凸部４３と圧電素子４１３とが重ならないので、開口部４１１Ａに音響層４１４を充填させていても、凸部４３に上記のような大きい剪断応力が作用せず、ダイラタンシーの影響を効果的に抑制できる。これにより、超音波の周波数制御がより容易になり、高精度な超音波の送受信を実行できる。
これに対し、本実施形態では、凸部４３の先端は、平面視において、圧電素子４１３の端部よりも隔壁４１１Ｂ側に位置している。言い換えると、Ｙ方向からの投影視において、凸部４３と圧電素子４１３とが重ならないので、開口部４１１Ａに音響層４１４を充填させていても、凸部４３に上記のような大きい剪断応力が作用せず、ダイラタンシーの影響を効果的に抑制できる。これにより、超音波の周波数制御がより容易になり、高精度な超音波の送受信を実行できる。
本実施形態では、筐体２１内に上述したような超音波デバイス４が収納されており、当該超音波プローブ２を被検体に接触させることで、被検体に対する超音波測定を実施することができる。そして、上述したように、超音波デバイス４は、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイスを備えた超音波プローブ２では、高精度な超音波測定を実施することができる。
本実施形態では、制御部１４により、超音波デバイス４による超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイス４で超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部１４は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。そして、上述したように、超音波デバイス４は、振動漏れやダイラタンシーを抑制した高性能な超音波の送受信を実施することができるので、当該超音波デバイス４を備えた超音波装置１では、上述したような各種処理を高精度に実施することができる。
［実施形態の変形］
なお、本発明は上記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、及び以下の変形例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。
なお、本発明は上記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、及び以下の変形例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。
［第一変形例］
上記実施形態では、凸部４３のＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法と略同一であることとしたが、これに限らず、例えば、凸部４３のＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法より小さくてもよい。
図１１は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
例えば、図１１に示す例では、凸部４３Ａは、上記凸部４３と同様に四角柱状であり、Ｙ方向における寸法が凸部４３より小さく（略半分）形成されている。すなわち、凸部４３ＡのＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法より小さくなっている。
このような凸部４３Ａは、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂのそれぞれ対向する面（第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２）に設けられ、図１１に示すように、平面視で、壁部４２１と重なっている。また、各凸部４３Ａは、壁部４２１のＹ方向における範囲内において略中央に位置する。
上記実施形態では、凸部４３のＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法と略同一であることとしたが、これに限らず、例えば、凸部４３のＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法より小さくてもよい。
図１１は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
例えば、図１１に示す例では、凸部４３Ａは、上記凸部４３と同様に四角柱状であり、Ｙ方向における寸法が凸部４３より小さく（略半分）形成されている。すなわち、凸部４３ＡのＹ方向における寸法は、壁部４２１のＹ方向における寸法より小さくなっている。
このような凸部４３Ａは、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂのそれぞれ対向する面（第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２）に設けられ、図１１に示すように、平面視で、壁部４２１と重なっている。また、各凸部４３Ａは、壁部４２１のＹ方向における範囲内において略中央に位置する。
図１１に示す例では、壁部４２１よりもＹ方向の幅寸法が小さい凸部４３Ａが、各壁部４２１のＹ方向の中央位置に設けられる例であるが、これに限定されない。
図１２は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
図１２に示すように、凸部４３Ａは、壁部４２１と重なる位置で、かつ、Ｙ方向に対して、振動部４１２Ａ側に近接して設けられていてもよい。また、図１２に示す例では、各凸部４３Ａの−Ｙ方向側の端部と壁部４２１の−Ｙ方向側の端部とが一致しているが、各凸部４３Ａの＋Ｙ側端部と壁部４２１の＋Ｙ側端部とが一致するように構成されてもよい。
図１２は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
図１２に示すように、凸部４３Ａは、壁部４２１と重なる位置で、かつ、Ｙ方向に対して、振動部４１２Ａ側に近接して設けられていてもよい。また、図１２に示す例では、各凸部４３Ａの−Ｙ方向側の端部と壁部４２１の−Ｙ方向側の端部とが一致しているが、各凸部４３Ａの＋Ｙ側端部と壁部４２１の＋Ｙ側端部とが一致するように構成されてもよい。
図１３は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
さらに、図１３に示すように、Ｙ方向に沿って、＋Ｙ側端部が壁部４２１の＋Ｙ側端部に一致する凸部４３Ａと、−Ｙ側端部が壁部４２１の−Ｙ側端部に一致する凸部４３Ａと、が交互に配置されていてもよい。この際、図１３に示すように、１つの壁部４２１と重なり、かつ、開口部４１１Ａを挟んで互いに対向する第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２のそれぞれに設けられる凸部４３Ａに関して、Ｙ方向の位置を異ならせてもよい。例えば、第一隔壁面４１１Ｂ１の凸部４３Ａの＋Ｙ側端部が壁部４２１の＋Ｙ側端部と一致する場合、第二隔壁面４１１Ｂ２の凸部４３Ａの−Ｙ側端部が壁部４２１の−Ｙ側端部と一致するように、各凸部４３Ａを配置する。
さらに、図１３に示すように、Ｙ方向に沿って、＋Ｙ側端部が壁部４２１の＋Ｙ側端部に一致する凸部４３Ａと、−Ｙ側端部が壁部４２１の−Ｙ側端部に一致する凸部４３Ａと、が交互に配置されていてもよい。この際、図１３に示すように、１つの壁部４２１と重なり、かつ、開口部４１１Ａを挟んで互いに対向する第一隔壁面４１１Ｂ１及び第二隔壁面４１１Ｂ２のそれぞれに設けられる凸部４３Ａに関して、Ｙ方向の位置を異ならせてもよい。例えば、第一隔壁面４１１Ｂ１の凸部４３Ａの＋Ｙ側端部が壁部４２１の＋Ｙ側端部と一致する場合、第二隔壁面４１１Ｂ２の凸部４３Ａの−Ｙ側端部が壁部４２１の−Ｙ側端部と一致するように、各凸部４３Ａを配置する。
図１４は、上記実施形態の第一変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
加えて、図１４に示すように、各凸部４３Ａは、壁部４２１と隔壁４１１Ｂとにより囲まれる領域（振動部４１２Ａ）ごとに２つずつ設けられていてもよい。この際、図１４に示すように、隔壁４１１Ｂの第一隔壁面４１１Ｂ１から突出する凸部４３Ａは、振動部４１２Ａに対して＋Ｙ方向側に位置し、かつ、壁部４２１と重なる領域において−Ｙ方向側に位置するようにしてもよい。また、隔壁４１１Ｂの第二隔壁面４１１Ｂ２から突出する凸部４３Ａは振動部４１２Ａに対して−Ｙ方向側に位置し、かつ、壁部４２１と重なる領域において＋Ｙ方向側に位置してもよい。すなわち、図１４の例では、振動部４１２Ａを囲む領域において、２つの凸部４３Ａを配置する。
このような構成においても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
加えて、図１４に示すように、各凸部４３Ａは、壁部４２１と隔壁４１１Ｂとにより囲まれる領域（振動部４１２Ａ）ごとに２つずつ設けられていてもよい。この際、図１４に示すように、隔壁４１１Ｂの第一隔壁面４１１Ｂ１から突出する凸部４３Ａは、振動部４１２Ａに対して＋Ｙ方向側に位置し、かつ、壁部４２１と重なる領域において−Ｙ方向側に位置するようにしてもよい。また、隔壁４１１Ｂの第二隔壁面４１１Ｂ２から突出する凸部４３Ａは振動部４１２Ａに対して−Ｙ方向側に位置し、かつ、壁部４２１と重なる領域において＋Ｙ方向側に位置してもよい。すなわち、図１４の例では、振動部４１２Ａを囲む領域において、２つの凸部４３Ａを配置する。
このような構成においても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
［第二変形例］
上記実施形態及び上記第一変形例では、凸部４３，４３Ａは、四角柱状であることとしたが、これに限らない。例えば、上記各凸部４３，４３Ｂは、図１５に示す形状であってもよい。
図１５は、上記実施形態の第二変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
図１５に示すように、各凸部４３Ｂは、上記平面視で半円形状に形成されている。すなわち、凸部４３Ｂは、半円柱状であってもよい。また、この凸部４３ＢのＸ方向の寸法（各隔壁面４１１Ｂ１，４１１Ｂ２から突出端部までの距離）は、上記凸部４３と同一である。
上記実施形態及び上記第一変形例では、凸部４３，４３Ａは、四角柱状であることとしたが、これに限らない。例えば、上記各凸部４３，４３Ｂは、図１５に示す形状であってもよい。
図１５は、上記実施形態の第二変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
図１５に示すように、各凸部４３Ｂは、上記平面視で半円形状に形成されている。すなわち、凸部４３Ｂは、半円柱状であってもよい。また、この凸部４３ＢのＸ方向の寸法（各隔壁面４１１Ｂ１，４１１Ｂ２から突出端部までの距離）は、上記凸部４３と同一である。
図１６は、上記実施形態の第二変形例に係る超音波装置における超音波基板の一部を拡大して示した平面図である。
図１６に示すように、各凸部４３Ｃは、上記平面視で五角形状に形成されていてもよい。すなわち、凸部４３Ｃは、それぞれが設けられた隔壁４１１Ｂから離れるにしたがって先端のＹ方向の寸法が小さくなる五角柱状に形成されていてもよい。
また、凸部４３Ｂは、平面視で略半円形状であり、凸部４３Ｃは、平面視で略五角形状であることとしたが、これに限らず、凸部４３Ｂ，４３Ｃの先端は、どのような形状であってもよい。
このような構成であっても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態及び上記第一変形例の超音波装置と同様の効果を奏することができる。
図１６に示すように、各凸部４３Ｃは、上記平面視で五角形状に形成されていてもよい。すなわち、凸部４３Ｃは、それぞれが設けられた隔壁４１１Ｂから離れるにしたがって先端のＹ方向の寸法が小さくなる五角柱状に形成されていてもよい。
また、凸部４３Ｂは、平面視で略半円形状であり、凸部４３Ｃは、平面視で略五角形状であることとしたが、これに限らず、凸部４３Ｂ，４３Ｃの先端は、どのような形状であってもよい。
このような構成であっても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態及び上記第一変形例の超音波装置と同様の効果を奏することができる。
［第三変形例］
なお、上記実施形態及び上記各変形例においては、各凸部４３，４３Ａ，４３Ｂ間の寸法Ｌ３は、圧電素子４１３のＸ方向の寸法Ｌ４よりも大きいこととしたが、これに限られない。
例えば、図１６に示すように、各凸部４３Ｃ間のＸ方向の寸法Ｌ６は、隔壁４１１Ｂの各隔壁面４１１Ｂ１，４１１Ｂ２（第一基準面Ｐ１及び第二基準面Ｐ２）から圧電素子４１３の端部までの寸法Ｌ２よりも大きくてもよい。このため、各凸部４３Ｃ間のＸ方向における寸法Ｌ７は、上記圧電素子４１３のＸ方向における寸法Ｌ４よりも若干大きくなっている。
なお、本変形例においては、凸部４３Ｃの先端が異なる凸部４３Ｃに向かうにしたがって小さくなることとしたが、これに限らず、上記実施形態と同様の平面視で略矩形状であってもよいし、凸部４３Ｃの先端部が凹状に凹む形状であってもよい。すなわち、上記凸部４３Ｃの先端の形状は、どのような形状であってもよく、例えば、凸部４３ＣのＸ方向の寸法が、上記ダイラタンシーの発生を抑制する程度の寸法であればよい。
このような構成においても、本変形例に係る上記凸部４３Ｃ間の寸法が若干小さいながらも各凸部４３Ｃ間に隙間が形成されているので、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、上記実施形態及び上記各変形例においては、各凸部４３，４３Ａ，４３Ｂ間の寸法Ｌ３は、圧電素子４１３のＸ方向の寸法Ｌ４よりも大きいこととしたが、これに限られない。
例えば、図１６に示すように、各凸部４３Ｃ間のＸ方向の寸法Ｌ６は、隔壁４１１Ｂの各隔壁面４１１Ｂ１，４１１Ｂ２（第一基準面Ｐ１及び第二基準面Ｐ２）から圧電素子４１３の端部までの寸法Ｌ２よりも大きくてもよい。このため、各凸部４３Ｃ間のＸ方向における寸法Ｌ７は、上記圧電素子４１３のＸ方向における寸法Ｌ４よりも若干大きくなっている。
なお、本変形例においては、凸部４３Ｃの先端が異なる凸部４３Ｃに向かうにしたがって小さくなることとしたが、これに限らず、上記実施形態と同様の平面視で略矩形状であってもよいし、凸部４３Ｃの先端部が凹状に凹む形状であってもよい。すなわち、上記凸部４３Ｃの先端の形状は、どのような形状であってもよく、例えば、凸部４３ＣのＸ方向の寸法が、上記ダイラタンシーの発生を抑制する程度の寸法であればよい。
このような構成においても、本変形例に係る上記凸部４３Ｃ間の寸法が若干小さいながらも各凸部４３Ｃ間に隙間が形成されているので、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
［第四変形例］
上記実施形態では、隔壁４１１Ｂと、壁部４２１により囲われる振動部４１２Ａが、略矩形状となる例を示したが、これに限定されない。
図１７は、上記実施形態の第四変形例に係る超音波装置の素子基板４１１を示す図である。
例えば、隔壁４１１Ｂのうち、隣り合う壁部４２１に挟まれる部分の形状が、複数平面により構成されていてもよく、曲面により構成されていてもよい。図１７に示す例では、第一隔壁面４１１Ｂ４は、開口部４１１Ａを介して対向する第二隔壁面４１１Ｂ５から離れる方向に凹状となる。図１７に示す例では、凸部４３の基端部から振動部４１２ＡのＹ方向における中心に向かうにしたがって、第二隔壁面４１１Ｂ５からの距離が長くなる斜辺を有する。この場合、平面視における振動部４１２Ａの形状は、略六角形状となる。
第一隔壁面４１１Ｂ４の形状は、上記形状に限定されず、半円等の円弧等であってもよく、この場合、振動部４１２Ａは、楕円形状となる。
上記実施形態では、隔壁４１１Ｂと、壁部４２１により囲われる振動部４１２Ａが、略矩形状となる例を示したが、これに限定されない。
図１７は、上記実施形態の第四変形例に係る超音波装置の素子基板４１１を示す図である。
例えば、隔壁４１１Ｂのうち、隣り合う壁部４２１に挟まれる部分の形状が、複数平面により構成されていてもよく、曲面により構成されていてもよい。図１７に示す例では、第一隔壁面４１１Ｂ４は、開口部４１１Ａを介して対向する第二隔壁面４１１Ｂ５から離れる方向に凹状となる。図１７に示す例では、凸部４３の基端部から振動部４１２ＡのＹ方向における中心に向かうにしたがって、第二隔壁面４１１Ｂ５からの距離が長くなる斜辺を有する。この場合、平面視における振動部４１２Ａの形状は、略六角形状となる。
第一隔壁面４１１Ｂ４の形状は、上記形状に限定されず、半円等の円弧等であってもよく、この場合、振動部４１２Ａは、楕円形状となる。
図１８は、上記実施形態の第四変形例に係る超音波装置の素子基板４１１を示す図である。
また、図１８に示すように、凸部４３の先端から、第一基準面Ｐ１や第二基準面Ｐ２の上の所定点までを凹状に形成することで、第一隔壁面４１１Ｂ４及び第二隔壁面４１１Ｂ５を構成してもよい。この場合、例えば、凸部４３の先端から前記所定点までが円弧状となる第一隔壁面４１１Ｂ６及び第二隔壁面４１１Ｂ７を形成する。すなわち、Ｙ方向に隣り合う凸部４３間に、例えば半円凹状となる第一隔壁面４１１Ｂ６及び第二隔壁面４１１Ｂ７を形成する。この場合、平面視における振動部４１２Ａの形状は、略円形状となる。
なお、本変形例では、図１７及び図１８に示すように、振動部４１２Ａの形状の一例を紹介したが、これらに限らず、振動部４１２Ａの形状はどのような形状であってもよい。
このような構成においても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、図１８に示すように、凸部４３の先端から、第一基準面Ｐ１や第二基準面Ｐ２の上の所定点までを凹状に形成することで、第一隔壁面４１１Ｂ４及び第二隔壁面４１１Ｂ５を構成してもよい。この場合、例えば、凸部４３の先端から前記所定点までが円弧状となる第一隔壁面４１１Ｂ６及び第二隔壁面４１１Ｂ７を形成する。すなわち、Ｙ方向に隣り合う凸部４３間に、例えば半円凹状となる第一隔壁面４１１Ｂ６及び第二隔壁面４１１Ｂ７を形成する。この場合、平面視における振動部４１２Ａの形状は、略円形状となる。
なお、本変形例では、図１７及び図１８に示すように、振動部４１２Ａの形状の一例を紹介したが、これらに限らず、振動部４１２Ａの形状はどのような形状であってもよい。
このような構成においても、本変形例に係る超音波装置は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記実施形態では、各凸部４３は、＋Ｙ側及び−Ｙ側のそれぞれの端部、すなわち、隣り合う振動部４１２Ｂが設けられていない端部に位置する振動部４１２Ｂにも各凸部４３が位置していることとしたが、これに限らない。例えば、各凸部４３は、＋Ｙ側及び−Ｙ側のそれぞれの端部に設けられていなくてもよい。
上記実施形態では、圧電素子４１３の各々が上記平面視で、隔壁４１１Ｂ及び壁部４２１にて囲まれることとしたが、これに限らず、例えば、隔壁４１１Ｂ及び壁部４２１にて囲まれる領域に２つ以上の圧電素子４１３が位置することとしてもよい。この場合、当該領域の両端部に、凸部４３が位置することとすればよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記実施形態では、超音波装置１は、生体内の内部断層画像や生体内の器官の状態を測定することとしたが、これに限らず、固形物の内部断層画像などを測定することとしてもよい。すなわち、超音波装置１は、医療用に限らない。
１…超音波装置、４…超音波デバイス、１４…制御部、２１…筐体、４１…超音波基板、４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…凸部、４１１…素子基板（基板）、４１１Ａ…開口部、４１１Ｂ…隔壁、４１１Ｃ…第一面、４１２…支持膜（振動膜）、４１２Ａ…振動部、４１３…圧電素子（振動子）、４２１…壁部。
Claims (7)
- 第一面を有し、前記第一面において前記第一面の面方向に沿う第一方向に延設される複数の開口部と、隣り合う前記開口部を隔てる隔壁と、を有する基板と、
前記第一面に設けられ、前記開口部を閉塞する振動膜と、
前記振動膜の前記基板とは反対側に設けられ、前記第一方向に交差する第二方向に向かって延設される複数の壁部と、
前記振動膜に設けられ、前記基板の厚み方向から見た平面視において、前記隔壁と前記壁部とに囲われる位置に設けられる振動子と、
前記振動膜の前記基板側に設けられ、前記隔壁から前記第二方向に向かって延伸する凸部と、を有し、
前記凸部は、前記平面視において前記壁部と重なる
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記凸部は、前記振動膜における前記隔壁と前記壁部とにより囲まれた領域毎にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記凸部は、前記開口部を前記第二方向に沿って挟み込む一対の前記隔壁のそれぞれに設けられている
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記凸部は、前記隔壁の前記第二方向に対する一方側と、他方側とに少なくとも１つずつ設けられている
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記平面視において、前記第二方向における前記凸部の先端は、前記第二方向における前記振動子の端部よりも前記隔壁側に位置する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを収容する筐体と、を備えた
ことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項６に記載の超音波探触子と、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波装置。
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