(57)【要約】      （修正有）【課題】製造を容易にできる超音波素子及び超音波装置を提供する。【解決手段】超音波素子１０は、３行３列の格子状に９つ配置される超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９と、超音波アレイユニットのそれぞれに対して駆動信号を入出力する９つの駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９と、共通電位が印加され、８つの超音波アレイユニットと接続される第一共通バイパス配線Ｃ１と、第一共通バイパス配線が接続されない超音波アレイユニットと接続される第二共通バイパス配線Ｃ２と、第一共通バイパス配線と第二共通バイパス配線とを接続させる第三共通バイパス配線Ｃ３と、を備える。第三共通バイパス配線は、第二共通バイパス配線と接続された超音波アレイユニットに隣り合って配置される超音波アレイユニットの内部に配置される。【選択図】図２
2020088552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３行３列の格子状に９つ配置される超音波アレイユニットと、
前記超音波アレイユニットのそれぞれに、二次元アレイ状に複数配置される超音波トランスデューサーと、
前記超音波アレイユニットのそれぞれに対して駆動信号を入出力する９つの駆動バイパス配線と、
共通電位が印加され、９つの前記超音波アレイユニットのうち、８つの前記超音波アレイユニットと接続される第一共通バイパス配線と、
前記第一共通バイパス配線が接続されない前記超音波アレイユニットと接続される第二共通バイパス配線と、
前記第一共通バイパス配線と前記第二共通バイパス配線とを接続させる第三共通バイパス配線と、を備え、
隣り合って配置される前記超音波アレイユニットの間には、前記駆動バイパス配線、前記第一共通バイパス配線、及び前記第二共通バイパス配線のいずれか１つが配置され、
前記第三共通バイパス配線は、前記第二共通バイパス配線と接続された前記超音波アレイユニットに隣り合って配置される前記超音波アレイユニットの内部に配置される
ことを特徴とする超音波素子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波素子において、
前記超音波アレイユニットにおいて、複数の前記超音波トランスデューサーは同じ間隔に配置され、
隣り合って配置される前記超音波アレイユニットにおいて、一方の前記超音波アレイユニットにおける他方の前記超音波アレイユニット側の端部に配置される前記超音波トランスデューサーと、前記他方の前記超音波アレイユニットにおける前記一方の前記超音波アレイユニット側の端部に配置される前記超音波トランスデューサーとの間隔は、前記超音波アレイユニット内に配置された前記超音波トランスデューサーの間隔と同じである
ことを特徴とする超音波素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波素子において、
前記第三共通バイパス配線は、前記第三共通バイパス配線が配置される前記超音波アレイユニットの一方の端部から他方の端部に亘って配置される
ことを特徴とする超音波素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波素子と、
前記超音波トランスデューサーに対して駆動信号を入力する駆動回路と、
を備えることを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波素子、及び超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波の送受信を行う送受信素子が格子状に複数配置された超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の超音波センサー（超音波素子）では、９個の受信素子を３行３列の格子状に配置し、それぞれの受信素子に対して、駆動信号用配線及び共通配線を接続させている。これにより、それぞれの受信素子が独立して超音波を受信することを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０９４４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の超音波素子では、各受信素子に接続された駆動信号用配線及び共通配線がワイヤボンディングにより立体的に配置されている。そのため、超音波センサーのサイズが大型化してしまう。超音波センサーを小型化するためには、各受信素子に対する配線を受信素子が設けられた基板上に二次元的に配置することが好ましい。しかし、例えば、各受信素子間に複数の配線を配置することを意図して各受信素子間の間隔を広げると、各受信素子の特性が変動してしまう。また、各受信素子間の間隔を広げることなく配線を配置しようとした場合、駆動用信号配線及び共通配線が錯綜するので、これらの配線を二次元的に配置することは困難である。駆動用信号配線と共通配線とを交差させて配線することも考えられるが、この場合、駆動信号等の短絡を防ぐために、各配線に絶縁処理を施す必要があるので、超音波センサーの製造が煩雑になるといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一適用例に係る超音波素子は、３行３列の格子状に９つ配置される超音波アレイユニットと、前記超音波アレイユニットのそれぞれに、二次元アレイ状に複数配置される超音波トランスデューサーと、前記超音波アレイユニットのそれぞれに対して駆動信号を入出力する９つの駆動バイパス配線と、共通電位が印加され、９つの前記超音波アレイユニットのうち、８つの前記超音波アレイユニットと接続される第一共通バイパス配線と、前記第一共通バイパス配線が接続されない前記超音波アレイユニットと接続される第二共通バイパス配線と、前記第一共通バイパス配線と前記第二共通バイパス配線とを接続させる第三共通バイパス配線と、を備え、隣り合って配置される前記超音波アレイユニットの間には、前記駆動バイパス配線、前記第一共通バイパス配線、及び前記第二共通バイパス配線のいずれか１つが配置され、前記第三共通バイパス配線は、前記第二共通バイパス配線と接続された前記超音波アレイユニットに隣り合って配置される前記超音波アレイユニットの内部に配置されることを特徴とする。
【０００７】
本適用例の超音波素子において、前記超音波アレイユニットにおいて、複数の前記超音波トランスデューサーは同じ間隔に配置され、隣り合って配置される前記超音波アレイユニットにおいて、一方の前記超音波アレイユニットにおける他方の前記超音波アレイユニット側の端部に配置される前記超音波トランスデューサーと、前記他方の前記超音波アレイユニットにおける前記一方の前記超音波アレイユニット側の端部に配置される前記超音波トランスデューサーとの間隔は、前記超音波アレイユニット内に配置された前記超音波トランスデューサーの間隔と同じであることが好ましい。
【０００８】
本適用例の超音波素子において、前記第三共通バイパス配線は、前記第三共通バイパス配線が配置される前記超音波アレイユニットの一方の端部から他方の端部に亘って配置されることが好ましい。
【０００９】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、上述した適用例の超音波素子と、前記超音波トランスデューサーに対して駆動信号を入力する駆動回路と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の超音波装置の一例である距離測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態の超音波素子の構成を模式的に示す平面図。
【図３】図２におけるＩ領域を拡大した超音波素子を模式的に示す平面図。
【図４】図２におけるＩＩ領域を拡大した超音波素子を模式的に示す平面図。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線で切断した超音波素子を模式的に示す断面図。
【図６】変形例の超音波素子の構成を模式的に示す平面図。
【図７】別の変形例の超音波素子の構成を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、一実施形態の超音波装置の一例である距離測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の距離測定装置１は、超音波素子１０と、超音波素子１０を制御する制御部２０とを備える。この距離測定装置１では、制御部２０は、駆動回路３０を介して超音波素子１０を制御し、超音波素子１０から超音波を送信する。そして、対象物により超音波が反射され、超音波素子１０により反射波が受信されると、制御部２０は、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングの時間に基づいて、超音波素子１０から対象物までの距離を算出する。
以下、このような距離測定装置１の構成について、具体的に説明する。
【００１２】
［超音波素子１０の構成］
図２は、超音波素子１０の概略を模式的に示す平面図である。
図２に示すように、超音波素子１０には、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に沿って、９つの超音波アレイユニットＡｒが３行３列の格子状に配置されている。なお、本実施形態では、１つの超音波素子１０上に各超音波アレイユニットＡｒが配置される場合を例示している。なお、超音波素子１０の構成の詳細については、後述する。
本実施形態では、超音波アレイユニットＡｒの配置に関し、以下の説明において、図２中のＹ方向の並びを「行」、Ｘ方向の並びを「列」と呼ぶ。そして、図２中の左上に配置された超音波アレイユニットＡｒの位置を［第１行、第１列］とする。つまり、第１行目において、［第１行、第１列］の位置に第１超音波アレイユニットＡｒ１、［第１行、第２列］の位置に第２超音波アレイユニットＡｒ２、［第１行、第３列］の位置に第３超音波アレイユニットＡｒ３が配置される。同様に、第２行目において、［第２行、第１列］の位置に第４超音波アレイユニットＡｒ４、［第２行、第２列］の位置に第５超音波アレイユニットＡｒ５、［第２行、第３列］の位置に第６超音波アレイユニットＡｒ６が配置される。そして、第３行目において、［第３行、第１列］の位置に第７超音波アレイユニットＡｒ７、［第３行、第２列］の位置に第８超音波アレイユニットＡｒ８、［第３行、第３列］の位置に第９超音波アレイユニットＡｒ９が配置される。
【００１３】
［超音波アレイユニットＡｒ］
各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９には、超音波トランスデューサー５０が、Ｘ方向及びＹ方向に２次元アレイ状に配置されている。
本実施形態では、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９に配置された超音波トランスデューサー５０は並列に接続されている。つまり、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９は、それぞれ１チャネルの送受信列素子群を構成しており、これにより、超音波素子１０には９チャネルの送受信素子群が構成されている。なお、超音波トランスデューサー５０の接続の詳細については、後述する。
また、図２では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー５０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５０が配置されている。
【００１４】
［駆動バイパス配線Ｓ］
各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９には、駆動回路３０から出力された駆動信号を超音波トランスデューサー５０に入力する、あるいは、超音波トランスデューサー５０から出力された駆動信号を駆動回路３０に入力する駆動バイパス配線Ｓがそれぞれ接続されている。駆動バイパス配線Ｓは、それぞれ第１〜第９超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９に対応する、第１〜第９駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９を有する。各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９は、隣り合って配置される超音波アレイユニットＡｒの間、又は素子基板４１の外周に沿って配置され、それぞれ対応する第１〜第９駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９に接続されている。なお、図２において、各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９は細線で示している。
【００１５】
具体的には、第１駆動バイパス配線Ｓ１は、素子基板４１の−Ｙ側の外周、及び−Ｘ側の外周に沿って配置される。
第２駆動バイパス配線Ｓ２は、素子基板４１の＋Ｙ側の外周、及び−Ｘ側の外周に沿って配置される。
第３駆動バイパス配線Ｓ３は、素子基板４１の＋Ｙ側の外周、及び−Ｘ側の外周に沿って配置される。
第４駆動バイパス配線Ｓ４は、素子基板４１の−Ｙ側の外周、及び第１超音波アレイユニットＡｒ１と第４超音波アレイユニットＡｒ４との間に沿って配置される。
第５駆動バイパス配線Ｓ５は、第７超音波アレイユニットＡｒ７と第８超音波アレイユニットＡｒ８との間、及び第５超音波アレイユニットＡｒ５と第８超音波アレイユニットＡｒ８との間に沿って配置される。
第６駆動バイパス配線Ｓ６は、素子基板４１の＋Ｙ側の外周、及び第３超音波アレイユニットＡｒ３と第６超音波アレイユニットＡｒ６との間に沿って配置される。
第７駆動バイパス配線Ｓ７は、素子基板４１の＋Ｘ側の外周に沿って配置される。
第８駆動バイパス配線Ｓ８は、素子基板４１の＋Ｘ側の外周に沿って配置される。
第９駆動バイパス配線Ｓ９は、素子基板４１の＋Ｘ側の外周に沿って配置される。
【００１６】
また、各駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９は、素子基板４１の＋Ｘ側の外周付近に配置され、それぞれ制御部２０の駆動回路３０に接続される。これにより、各駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９及び各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９を介して、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９に駆動信号を入出力することを可能にしている。
【００１７】
［第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２］
また、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９には、第一共通バイパス配線Ｃ１、又は第二共通バイパス配線Ｃ２が接続されている。本実施形態では、［第３行、第１列］に配置される第７超音波アレイユニットＡｒ７に第二共通バイパス配線Ｃ２が接続され、それ以外の超音波アレイユニットＡｒに第一共通バイパス配線Ｃ１が接続されている。つまり、第一共通バイパス配線Ｃ１は、９つの超音波アレイユニットＡｒのうち、８つの超音波アレイユニットＡｒと接続され、第二共通バイパス配線Ｃ２は、第一共通バイパス配線Ｃ１と接続されない第７超音波アレイユニットＡｒ７と接続される。
第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２は、素子基板４１の外周、又は隣り合って配置される超音波アレイユニットＡｒの間であって、且つ、各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９が配置されない位置に配置されている。なお、図２において、第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２は太線で示している。
【００１８】
具体的には、第一共通バイパス配線Ｃ１は、素子基板４１の−Ｘ側及び±Ｙ側の外周に沿って配置される。また、第一共通バイパス配線Ｃ１は、第１超音波アレイユニットＡｒ１と第２超音波アレイユニットＡｒ２との間、第２超音波アレイユニットＡｒ２と第５超音波アレイユニットＡｒ５との間、及び第２超音波アレイユニットＡｒ２と第３超音波アレイユニットＡｒ３との間に沿って配置される。さらに、第一共通バイパス配線Ｃ１は、第４超音波アレイユニットＡｒ４と第５超音波アレイユニットＡｒ５との間、第５超音波アレイユニットＡｒ５と第６超音波アレイユニットＡｒ６との間、第６超音波アレイユニットＡｒ６と第９超音波アレイユニットＡｒ９との間、及び第８超音波アレイユニットＡｒ８と第９超音波アレイユニットＡｒ９との間に沿って配置される。
【００１９】
また、第一共通バイパス配線Ｃ１は共通電極パッドＰ１０に接続され、当該共通電極パッドＰ１０を介して、制御部２０の駆動回路３０に接続されており、例えば、−３Ｖの共通電位が印加されている。
【００２０】
第二共通バイパス配線Ｃ２は、素子基板４１の−Ｙ側の外周、及び第４超音波アレイユニットＡｒ４と第７超音波アレイユニットＡｒ７との間に沿って配置される。
このように、本実施形態では、隣り合って配置される超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の間には、駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９、第一共通バイパス配線Ｃ１、及び第二共通バイパス配線Ｃ２のいずれか１つが配置される。
【００２１】
［第三共通バイパス配線Ｃ３］
第三共通バイパス配線Ｃ３は、第一共通バイパス配線Ｃ１と第二共通バイパス配線Ｃ２とを電気的に接続する配線である。本実施形態では、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第二共通バイパス配線Ｃ２と接続された第７超音波アレイユニットＡｒ７に隣り合って配置される第４超音波アレイユニットＡｒ４の内部に配置される。そして、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、＋Ｘ側端部から−Ｘ側の端部に亘って１つ配置される。
また、本実施形態では、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、＋Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、＋Ｙ側の端部から２つ目の位置に配置される超音波トランスデューサー５０との間に配置される。
なお、図２において、第三共通バイパス配線Ｃ３は太線で示している。
【００２２】
［超音波素子１０の構成の詳細］
図３は、図２におけるＩ領域を拡大した超音波素子１０を模式的に示す平面図であり、図４は、図２におけるＩＩ領域を拡大した超音波素子１０を模式的に示す平面図であり、図５は、図３におけるＡ−Ａ線で切断した超音波素子１０を模式的に示す断面図である。
図３〜図５に示すように、超音波素子１０は、素子基板４１と、支持膜４２と、圧電素子４３と、を含んで構成されている。
【００２３】
［素子基板４１の構成］
素子基板４１は、第一面４１１、及び第一面４１１と表裏を為す第二面４１２を有し、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。そして、素子基板４１には、各々の超音波トランスデューサー５０に対応した開口部４１Ａが設けられている。本実施形態では、各開口部４１Ａは、素子基板４１の第一面４１１から第二面４１２までを貫通する貫通孔であり、当該貫通孔の第一面４１１側に支持膜４２が設けられる。ここで、素子基板４１の支持膜４２と接合される部分は隔壁４１Ｂであり、開口部４１Ａは、隔壁４１Ｂにより、±Ｘ側お及び±Ｙ側の四方が囲われることで形成される。すなわち、開口部４１Ａの±Ｘ側に位置する隔壁４１Ｂが開口部４１Ａを挟んで互いに対向し、開口部４１Ａの±Ｙ側に位置する隔壁４１Ｂが開口部４１Ａを挟んで互いに対向する。なお、開口部４１Ａには、クロストークの影響を抑制するために、樹脂等が充填されて振動抑制層が形成されていてもよい。
【００２４】
［支持膜４２の構成］
支持膜４２は、例えばＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板４１の開口部４１Ａに臨む第三面４２１及び当該第三面４２１の裏面である第四面４２２を有する。すなわち、支持膜４２は、開口部４１Ａを構成する隔壁４１Ｂにより支持され、開口部４１Ａの第一面４１１側を閉塞する。この支持膜４２の厚み寸法は、素子基板４１に対して十分小さい厚み寸法となる。
ここで、支持膜４２のうち、開口部４１Ａを閉塞する部分は振動部４２３を構成し、この振動部４２３と、圧電素子４３とにより、１つの超音波トランスデューサー５０が構成される。
【００２５】
［圧電素子］
圧電素子４３は、支持膜４２の第四面４２２側において、各振動部４２３上にそれぞれ設けられている。この圧電素子４３は、例えば、支持膜４２側から下部電極４３１、圧電膜４３２、及び上部電極４３３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５０では、下部電極４３１及び上部電極４３３の間に所定周波数の矩形波電圧、つまり駆動信号が印加されることで、圧電膜４３２が撓んで振動部４２３が振動して超音波が送出される。また、被検体から反射された超音波により振動部４２３が振動されると、圧電膜４３２の上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４３１及び上部電極４３３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。
【００２６】
図３及び図４に示すように、本実施形態では、下部電極４３１は、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内において、Ｘ方向に沿って直線状に形成され、Ｙ方向に沿って複数配置されている。そして、下部電極４３１のそれぞれは、対応する駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９にそれぞれ接続されている。つまり、下部電極４３１は、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内において、対応する駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９を介して、並列に接続されている。例えば、図４において、第４超音波アレイユニットＡｒ４内に配置された下部電極４３１は、−Ｘ側の端部において第４駆動バイパス配線Ｓ４に接続され、当該第４駆動バイパス配線Ｓ４を介して、並列に接続される。そして、下部電極４３１は、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９に対応する駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９及び駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９を介して、後述する切替回路３２に電気接続されている。
なお、各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９は、複数の配線が束ねられた束配線として構成される。本実施形態では、各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９は、３本の配線が束ねられて構成される。
【００２７】
また、上部電極４３３は、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内において、Ｙ方向に沿って直線状に形成され、Ｘ方向に沿って複数配置されている。そして、上部電極４３３のそれぞれは、第一共通バイパス配線Ｃ１、又は第二共通バイパス配線Ｃ２に接続されている。つまり、上部電極４３３は、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内において、第一共通バイパス配線Ｃ１、又は第二共通バイパス配線Ｃ２を介して、並列に接続されている。例えば、図３において、第４超音波アレイユニットＡｒ４内に配置された上部電極４３３は、＋Ｙ側の端部において第一共通バイパス配線Ｃ１に接続され、当該第一共通バイパス配線Ｃ１を介して、並列に接続される。そして、上部電極４３３は、第一共通バイパス配線Ｃ１、第二共通バイパス配線Ｃ２、第三共通バイパス配線Ｃ３、及び共通電極パッドＰ１０を介して、後述する基準電位回路３１に電気接続されている。
なお、第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２は、複数の配線が束ねられた束配線として構成される。本実施形態では、第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２は、３本の配線が束ねられて構成される。
【００２８】
［超音波トランスデューサー５０の配置］
図３に示すように、本実施形態では、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内において、複数の超音波トランスデューサー５０は同じ間隔に配置されている。具体的には、各超音波トランスデューサー５０は、Ｘ方向に沿ってＬ１間隔に配置されており、Ｙ方向に沿ってＷ１間隔に配置されている。なお、同じ間隔に配置されるとは、完全に同じ間隔に配置されることに限られず、ほぼ同じ間隔に配置される場合も含まれる。
そして、Ｘ方向に隣り合って配置される第１超音波アレイユニットＡｒ１及び第４超音波アレイユニットＡｒ４において、第１超音波アレイユニットＡｒ１の＋Ｘ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、第４超音波アレイユニットＡｒ４の−Ｘ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０との間隔Ｌ２は、前述したＬ１と同じである。
同様に、Ｙ方向に隣り合って配置される第４超音波アレイユニットＡｒ４及び第５超音波アレイユニットＡｒ５において、第４超音波アレイユニットＡｒ４の＋Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、第５超音波アレイユニットＡｒ５の−Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０との間隔Ｗ２は、前述したＷ１と同じである。なお、同じとは、完全に同じであることに限られず、ほぼ同じ場合も含まれる。
つまり、隣り合って配置される超音波アレイユニットＡｒにおいて、一方の超音波アレイユニットＡｒにおける他方の超音波アレイユニットＡｒ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、他方の超音波アレイユニットＡｒにおける一方の超音波アレイユニットＡｒ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０との間隔は、超音波アレイユニットＡｒ内に配置された超音波トランスデューサー５０の間隔と同じである。
なお、本実施形態では、さらに超音波トランスデューサー５０は、Ｘ方向とＹ方向とで同じ間隔に配置されている。つまり、Ｌ１、Ｌ２、Ｗ１、及びＷ２が同じである。
【００２９】
［第一共通バイパス配線Ｃ１及び第三共通バイパス配線Ｃ３の接続］
図３及び図５に示すように、第一共通バイパス配線Ｃ１は、前述したように、第４超音波アレイユニットＡｒ４と第５超音波アレイユニットＡｒ５との間に配置される。
また、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４において、＋Ｙ方向の端部に配置される圧電素子４３と、＋Ｙ方向の端部から２つ目の圧電素子４３との間に配置される。本実施形態では、第一共通バイパス配線Ｃ１と同様に、第三共通バイパス配線Ｃ３は、３本の配線が束ねられた束配線として構成される。
そして、第一共通バイパス配線Ｃ１及び第三共通バイパス配線Ｃ３は、Ｙ方向に沿って直線状に形成された上部電極４３３を介して電気的に接続される。
【００３０】
［第二共通バイパス配線Ｃ２及び第三共通バイパス配線Ｃ３の接続］
また、図４に示すように、第二共通バイパス配線Ｃ２は、前述したように、第４超音波アレイユニットＡｒ４と第７超音波アレイユニットＡｒ７との間に配置される。そして、第４超音波アレイユニットＡｒ４の＋Ｘ側の端部において、第二共通バイパス配線Ｃ２と第三共通バイパス配線Ｃ３とが接続される。
これにより、第一共通バイパス配線Ｃ１と第二共通バイパス配線Ｃ２とが、第三共通バイパス配線Ｃ３を介して、電気的に接続される。
【００３１】
［制御部２０の構成］
図１に戻って、制御部２０は、超音波素子１０を駆動させる駆動回路３０と、演算部４０とを含んで構成されている。また、制御部２０には、その他、距離測定装置１を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
【００３２】
駆動回路３０は、超音波素子１０の駆動を制御するためのドライバー回路であり、例えば図１に示すように、基準電位回路３１、切替回路３２、送信回路３３、及び受信回路３４等を備える。
基準電位回路３１は、超音波素子１０の共通電極パッドＰ１０に接続され、第一共通バイパス配線Ｃ１、第二共通バイパス配線Ｃ２、及び第三共通バイパス配線Ｃ３を介して、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の上部電極４３３に基準電位、例えば−３Ｖ等を印加する。
切替回路３２は、各駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９と、送信回路３３と、受信回路３４とに接続される。この切替回路３２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９のそれぞれと送信回路３３とを接続する送信接続、及び、各駆動電極パッドＰ１〜Ｐ９のそれぞれと受信回路３４とを接続する受信接続を切り替える。
【００３３】
送信回路３３は、切替回路３２及び演算部４０に接続され、切替回路３２が送信接続に切り替えられた際に、演算部４０の制御に基づいて、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９内の超音波トランスデューサー５０に対してパルス波形の駆動信号を入力し、超音波素子１０から超音波を送信させる。
【００３４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波素子１０は、二次元アレイ状に配置される複数の圧電素子４３を有し、３行３列の格子状に９つ配置される各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９を備える。各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９には、駆動信号を入出力する各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９がそれぞれ接続される。また、第７超音波アレイユニットＡｒ７を除く８つの超音波アレイユニットＡｒには、共通電位が印加される第一共通バイパス配線Ｃ１が接続され、第７超音波アレイユニットＡｒ７には、第二共通バイパス配線Ｃ２が接続される。
この際、隣り合って配置される各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の間には、駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９、第一共通バイパス配線Ｃ１、及び第二共通バイパス配線Ｃ２のいずれか１つが配置される。そして、第一共通バイパス配線Ｃ１と第二共通バイパス配線Ｃ２とは、第三共通バイパス配線Ｃ３により電気的に接続され、当該第三共通バイパス配線Ｃ３は、第６超音波アレイユニットＡｒ６の内部に配置される。
これにより、各圧電素子４３に駆動信号を入出力する各駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９と、共通電位を印加する第一共通バイパス配線Ｃ１及び第二共通バイパス配線Ｃ２とを、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の間、及び各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の外周に沿って、二次元的に配置することができる。そのため、超音波素子１０を小型化することができる。
さらに、駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９、第一共通バイパス配線Ｃ１、第二共通バイパス配線Ｃ２、及び第三共通バイパス配線Ｃ３を交差して配置する必要がない。そのため、駆動バイパス配線Ｓ１〜Ｓ９と、第一共通バイパス配線Ｃ１、第二共通バイパス配線Ｃ２及び第三共通バイパス配線Ｃ３とが短絡するおそれがないので、これらの配線に絶縁処理を施す必要がない。したがって、超音波素子１０の製造を容易にすることができる。
【００３５】
本実施形態では、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９が３行３列の格子状に配置される。そのため、例えば、中心に配置された第５超音波アレイユニットＡｒ５を送信用のユニットとし、その周囲に配置される超音波アレイユニットＡｒを受信用のユニットとした場合、送信用のユニットである第５超音波アレイユニットＡｒ５から送出された超音波の反射波を、他の超音波アレイユニットＡｒで均一に受信することができる。そのため、受信用ユニットとされた各超音波アレイユニットＡｒの受信特性を均一化でき、超音波素子１０としての性能を向上することができる。
【００３６】
本実施形態では、各超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９において、超音波トランスデューサー５０は等間隔に配置される。具体的には、超音波トランスデューサー５０は、Ｘ方向に沿ってＬ１間隔で配置されており、Ｙ方向に沿ってＷ１間隔で配置されている。そして、例えば、Ｘ方向に隣り合って配置される第１超音波アレイユニットＡｒ１及び第４超音波アレイユニットＡｒ４において、第１超音波アレイユニットＡｒ１の＋Ｘ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、第４超音波アレイユニットＡｒ４の−Ｘ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０との間隔Ｌ２は、前述したＬ１と同じである。また、同様に、Ｙ方向に隣り合って配置される第１超音波アレイユニットＡｒ１及び第２超音波アレイユニットＡｒ２において、第１超音波アレイユニットＡｒ１の＋Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、第２超音波アレイユニットＡｒ２の−Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０との間隔Ｗ２は、前述したＷ１と同じである。すなわち、超音波素子１０において、超音波トランスデューサー５０は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って同じ間隔に配置される。
ここで、例えば、隣り合って配置される超音波アレイユニットＡｒ１〜Ａｒ９の間に駆動バイパス配線Ｓと第一共通バイパス配線Ｃ１との２つの配線を配置するために、超音波アレイユニットＡｒ間の間隔を広げた場合、超音波トランスデューサー５０が配置される間隔が不均一となる。超音波トランスデューサー５０が配置される間隔が不均一になると、不均等な多重反射が発生し、所謂クロストークによる影響が顕著になる。そうすると、超音波トランスデューサー５０により送出された超音波の特定の周波数が打ち消されてしまい、所望する振動特性が得られなくなってしまうおそれがある。
これに対し、本実施形態では、超音波トランスデューサー５０がＸ方向及びＹ方向に沿って同じ間隔に配置されるので、不均等な多重反射の発生を抑制することができる。そのため、所望する振動特性を得やすくすることができる。
【００３７】
本実施形態では、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、＋Ｘ側端部から−Ｘ側の端部に亘って配置される。これにより、Ｘ方向に複数配置された上部電極４３３を介して、第一共通バイパス配線Ｃ１と接続されるので、第一共通バイパス配線Ｃ１と第三共通バイパス配線Ｃ３との接続において、抵抗を小さくすることができる。そのため、第一共通バイパス配線Ｃ１から第三共通バイパス配線Ｃ３にかけて、基準電位の電圧降下を小さくすることができる。
【００３８】
［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。
【００３９】
上記実施形態では、第三共通バイパス配線Ｃ３が、第４超音波アレイユニットＡｒ４内に配置される例を示したが、これに限定されない。
図６は、変形例の超音波素子１０Ａの構成を模式的に示す平面図である。
図６に示すように、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第６超音波アレイユニットＡｒ６内に配置されていてもよい。この場合、第二共通バイパス配線Ｃ２は、第９超音波アレイユニットＡｒ９に接続されていてもよい。
また、図７は、別の変形例の超音波素子１０Ｂの構成を模式的に示す平面図である。
図７に示すように、第三共通バイパス配線Ｃ３が第６超音波アレイユニットＡｒ６内に配置された上で、第二共通バイパス配線Ｃ２が第３超音波アレイユニットＡｒ３に接続されていてもよい。
【００４０】
上記実施形態において、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、＋Ｘ側端部から−Ｘ側の端部に亘って配置される例を示したが、これに限定されない。例えば、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、Ｘ方向の一部に亘って配置されていてもよく、＋Ｘ側の端部に配置される上部電極４３３及び第二共通バイパス配線Ｃ２に接続されていればよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内の、＋Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、＋Ｙ側の端部から２つ目の位置に配置される超音波トランスデューサー５０との間に配置される例を示したが、これに限定されない。例えば、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内の、−Ｙ側の端部に配置される超音波トランスデューサー５０と、−Ｙ側の端部から２つ目の位置に配置される超音波トランスデューサー５０との間に配置されていてもよく、隣り合って配置される超音波トランスデューサー５０の間に配置されていればよい。
さらに、上記実施形態において、第三共通バイパス配線Ｃ３は、第４超音波アレイユニットＡｒ４内において、１つ配置される例を示したが、これに限定されず、複数配置されていてもよい。
【００４２】
上記実施形態において、圧電素子４３は、支持膜４２の第四面４２２側に設けられる例を示したが、これに限定されない。例えば、圧電素子４３は、支持膜４２の第三面４２１側に設けられていてもよい。
【００４３】
上記実施形態において、支持膜４２の第四面４２２側に、梁部を介して封止板が接合されていてもよい。
この場合、振動部４２３は、当該梁部と隔壁４１Ｂとにより区画されていてもよい。
【００４４】
上記実施形態では、超音波装置の一例として距離測定装置１を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波の送受信結果に応じて、構造体の内部断層像を測定する超音波測定装置等に適用することもできる。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
１…距離測定装置（超音波装置）、１０，１０Ａ，１０Ｂ…超音波素子、２０…制御部、３０…駆動回路、４１…素子基板、４１Ａ…開口部、４１Ｂ…隔壁、４２…支持膜、４３…圧電素子、５０…超音波トランスデューサー、４１１…第一面、４１２…第二面、４２１…第三面、４２２…第四面、４２３…振動部、４３１…下部電極、４３２…圧電膜、４３３…上部電極、Ａｒ…超音波アレイユニット、Ｓ…駆動バイパス配線、Ｃ１…第一共通バイパス配線、Ｃ２…第二共通バイパス配線、Ｃ３…第三共通バイパス配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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