(57)【要約】【課題】スライス方向での超音波の出射タイミングが同一でない場合であっても所望のビーム形状を得ることが可能な音響レンズ、ヘッドユニット、プローブ、超音波画像装置及び補正部材等を提供すること。【解決手段】音響レンズ５００は、第１音速ｃ１の材料で形成される第１部材５１０と、第１音速ｃ１とは異なる第２音速ｃ２の材料で形成される第２部材５２０と、を含む。基準面ＳＳ１に垂直な方向を第１方向Ｄ１とし、スライス方向ＤＬに対応する方向を第２方向Ｄ２とする。第１部材５１０は、第２部材５２０の第１方向Ｄ１側に設けられ、第１方向Ｄ１側にレンズ曲面が形成されるレンズ構造を有する。第２部材５２０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２がなす面での断面ＤＮＭにおいて階段形状である。階段形状の段の高さｘｉは、第２方向Ｄ２における端部と中央部とで異なる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１音速の材料で形成される第１部材と、
前記第１音速とは異なる第２音速の材料で形成される第２部材と、
を含み、
前記第２部材の超音波トランスデューサー素子アレイ側の面を基準面とし、前記基準面に垂直な方向を第１方向とし、前記超音波トランスデューサー素子アレイのスライス方向に対応する方向を第２方向とする場合に、
前記第１部材は、前記第２部材の前記第１方向側に設けられ、前記第１方向側にレンズ曲面が形成されるレンズ構造を有し、
前記第２部材は、前記第１方向及び前記第２方向がなす面での断面において階段形状であり、
前記階段形状の段の高さは、前記第２方向における端部と中央部とで異なることを特徴とする音響レンズ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１音速は、前記第２音速よりも速く、
前記階段形状の前記高さは、前記端部から前記中央部に向かって順次低くなることを特徴とする音響レンズ。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１音速は、前記第２音速よりも速く、
前記階段形状の前記高さは、前記第２の方向における第１端部から前記第１端部と第２端部の間の中央部に向かって順次低くなり、前記第２方向における前記第２端部から前記中央部に向かって順次低くなることを特徴とする音響レンズ。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１音速は、前記第２音速よりも遅く、
前記階段形状の前記高さは、前記端部から前記中央部に向かって順次高くなることを特徴とする音響レンズ。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１音速は、前記第２音速よりも遅く、
前記階段形状の前記高さは、前記第２方向における第１端部から前記第１端部と第２端部の間の中央部に向かって順次高くなり、前記第２方向における前記第２端部から前記中央部に向かって順次高くなることを特徴とする音響レンズ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記超音波トランスデューサー素子アレイは、前記スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有し、
前記第２部材と前記レンズ曲面との間の、前記基準面に平行な面を第２基準面とする場合に、前記階段形状の段の高さは、前記複数の超音波トランスデューサー素子から互いに遅延しながら出射される超音波の波面が前記第２基準面において揃う高さに設定されていることを特徴とする音響レンズ。
【請求項７】
プローブのヘッドユニットであって、
請求項１乃至６のいずれかに記載された音響レンズと、
前記スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する前記超音波トランスデューサー素子アレイと、
を含み、
前記階段形状の各段は、前記複数の超音波トランスデューサー素子の１又は複数の素子に対応して設けられることを特徴とするヘッドユニット。
【請求項８】
請求項７において、
前記超音波トランスデューサー素子アレイが配置される基板と、前記基板に配置される第１の端子及び第２の端子と、前記基板に配置される信号電極線と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、
第１の信号線が配置される第１のフレキシブル基板と、
第２の信号線が配置される第２のフレキシブル基板と、
を含み、
前記信号電極線は、前記第１の端子及び前記第２の端子と前記複数の超音波トランスデューサー素子とを接続し、
前記第１の信号線は、一端が前記第１の端子に接続され、前記複数の超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号を前記第１の端子に対して供給し、
前記第２の信号線は、一端が前記第２の端子に接続され、前記駆動信号を前記第２の端子に対して供給することを特徴とするヘッドユニット。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれかに記載された音響レンズを含むことを特徴とするプローブ。
【請求項１０】
請求項９に記載されたプローブと、
表示用画像データを表示する表示部と、
を含むことを特徴とする超音波画像装置。
【請求項１１】
音響レンズ部材と超音波トランスデューサー素子アレイとの間に設けられる補正部材であって、
第１音速の材料で形成される第１部材と、
前記第１音速とは異なる第２音速の材料で形成される第２部材と、
を含み、
前記第２部材の前記超音波トランスデューサー素子アレイ側の面を基準面とし、前記基準面に垂直な方向を第１方向とし、前記超音波トランスデューサー素子アレイのスライス方向に対応する方向を第２方向とする場合に、
前記第１部材は、前記第２部材の前記第１方向側に設けられ、
前記第２部材は、前記第１方向及び前記第２方向がなす面での断面において階段形状であり、
前記階段形状の段の高さは、前記第２方向における端部と中央部とで異なることを特徴とする補正部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響レンズ、ヘッドユニット、プローブ、超音波画像装置及び補正部材等に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な配列型の超音波プローブとして、バルク圧電素子をスキャン方向に１次元的に配列したプローブが知られている。このような超音波プローブでは、一般的に、スキャン方向におけるビーム形状は電子フォーカスにより収束させ、スキャン方向と直交するスライス方向におけるビーム形状は音響レンズ（例えば特許文献１、２）により収束させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１７７７００号公報
【特許文献２】特開平８−２４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、超音波トランスデューサー素子（例えば薄膜圧電素子や容量素子等）を２次元アレイ状に配置し、超音波プローブを形成したとする。この場合、スライス方向に沿って複数の素子が並ぶため、その素子列の端部から入力した駆動信号が素子列の中央部に向かって遅延していき、超音波の出射タイミングが素子列の端部と中央部で異なっている。このような超音波プローブに従来の音響レンズを適用すると、上記の出射タイミングの違いによって所望のビーム形状（例えば所望の焦点距離や音圧）が得られないという課題がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、スライス方向での超音波の出射タイミングが同一でない場合であっても所望のビーム形状を得ることが可能な音響レンズ、ヘッドユニット、プローブ、超音波画像装置及び補正部材等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、第１音速の材料で形成される第１部材と、前記第１音速とは異なる第２音速の材料で形成される第２部材と、を含み、前記第２部材の超音波トランスデューサー素子アレイ側の面を基準面とし、前記基準面に垂直な方向を第１方向とし、前記超音波トランスデューサー素子アレイのスライス方向に対応する方向を第２方向とする場合に、前記第１部材は、前記第２部材の前記第１方向側に設けられ、前記第１方向側にレンズ曲面が形成されるレンズ構造を有し、前記第２部材は、前記第１方向及び前記第２方向がなす面での断面において階段形状であり、前記階段形状の段の高さは、前記第２方向における端部と中央部とで異なる音響レンズに関係する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、音響レンズは、音速の異なる第１部材と第２部材とを含む。そして、第２部材は、基準面に垂直な第１方向及びスライス方向に対応する第２方向がなす面での断面において階段形状となり、その階段形状の段の高さは、第２方向における第２部材の端部と中央部とで異なった高さとなる。これにより、スライス方向での超音波の出射タイミングが同一でない場合であっても所望のビーム形状を得ることが可能となる。
【０００８】
また本発明の一態様では、前記第１音速は、前記第２音速よりも速く、前記階段形状の前記高さは、前記端部から前記中央部に向かって順次低くなってもよい。
【０００９】
このようにすれば、第１部材よりも音速が遅い第２部材の段の高さが、端部から中央部に向かって順次低くなることで、超音波が第１基準面から第２基準面まで到達する時間が短くなる。これにより、スライス方向に沿って異なる遅延時間で超音波が超音波トランスデューサー素子アレイから出射される場合であっても、その遅延を補正することが可能となる。
【００１０】
また本発明の一態様では、前記第１音速は、前記第２音速よりも速く、前記階段形状の前記高さは、前記第２の方向における第１端部から前記第１端部と第２端部の間の中央部に向かって順次低くなり、前記第２方向における前記第２端部から前記中央部に向かって順次低くなってもよい。
【００１１】
超音波トランスデューサー素子アレイのスライス方向に沿った超音波トランスデューサー素子列に対して、その両端側から駆動信号を入力した場合には、両端側から中央部に向かって遅延時間が大きくなる。この点、本発明の一態様によれば、第１部材よりも音速が遅い第２部材の段の高さが両端部から中央部に向かって低くなるため、両端側から中央部に向かって大きくなる遅延時間を補正できる。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記第１音速は、前記第２音速よりも遅く、前記階段形状の前記高さは、前記端部から前記中央部に向かって順次高くなってもよい。
【００１３】
このようにすれば、第１部材よりも音速が速い第２部材の段の高さが、端部から中央部に向かって順次高くなることで、超音波が第１基準面から第２基準面まで到達する時間が短くなる。これにより、スライス方向に沿って異なる遅延時間で超音波が超音波トランスデューサー素子アレイから出射される場合であっても、その遅延を補正することが可能となる。
【００１４】
また本発明の一態様では、前記第１音速は、前記第２音速よりも遅く、前記階段形状の前記高さは、前記第２方向における第１端部から前記第１端部と第２端部の間の中央部に向かって順次高くなり、前記第２方向における前記第２端部から前記中央部に向かって順次高くなってもよい。
【００１５】
このようにすれば、第１部材よりも音速が速い第２部材の段の高さが両端部から中央部に向かって低くなる。これにより、スライス方向に沿った超音波トランスデューサー素子列の両端側から駆動信号を入力した場合に、両端側から中央部に向かって大きくなる遅延時間を補正できる。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサー素子アレイは、前記スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有し、前記第２部材と前記レンズ曲面との間の、前記基準面に平行な面を第２基準面とする場合に、前記階段形状の段の高さは、前記複数の超音波トランスデューサー素子から互いに遅延しながら出射される超音波の波面が前記第２基準面において揃う高さに設定されてもよい。
【００１７】
このようにすれば、スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子の各素子が出射する超音波の遅延を音響レンズの階段形状により補正し、第２基準面で超音波の波面をそろえることができる。これにより、遅延の影響を抑制した所望の超音波ビーム形状を実現できる。
【００１８】
また本発明の他の態様は、プローブのヘッドユニットであって、上記のいずれかに記載された音響レンズと、前記スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する前記超音波トランスデューサー素子アレイと、を含み、前記階段形状の各段は、前記複数の超音波トランスデューサー素子の１又は複数の素子に対応して設けられるヘッドユニットに関係する。
【００１９】
また本発明の他の態様では、前記超音波トランスデューサー素子アレイが配置される基板と、前記基板に配置される第１の端子及び第２の端子と、前記基板に配置される信号電極線と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、第１の信号線が配置される第１のフレキシブル基板と、第２の信号線が配置される第２のフレキシブル基板と、を含み、前記信号電極線は、前記第１の端子及び前記第２の端子と前記複数の超音波トランスデューサー素子とを接続し、前記第１の信号線は、一端が前記第１の端子に接続され、前記複数の超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号を前記第１の端子に対して供給し、前記第２の信号線は、一端が前記第２の端子に接続され、前記駆動信号を前記第２の端子に対して供給してもよい。
【００２０】
このようにすれば、スライス方向に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を、その両端に接続された第１の端子及び第２の端子から供給した駆動信号で駆動できる。この場合、複数の超音波トランスデューサー素子の両端側から中央部に向かって超音波の出射タイミングの遅延が大きくなるが、その遅延を音響レンズにより補正することができる。
【００２１】
また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された音響レンズを含むプローブに関係する。
【００２２】
また本発明の更に他の態様は、上記に記載されたプローブと、表示用画像データを表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。
【００２３】
また本発明の更に他の態様は、音響レンズ部材と超音波トランスデューサー素子アレイとの間に設けられる補正部材であって、第１音速の材料で形成される第１部材と、前記第１音速とは異なる第２音速の材料で形成される第２部材と、を含み、前記第２部材の前記超音波トランスデューサー素子アレイ側の面を基準面とし、前記基準面に垂直な方向を第１方向とし、前記超音波トランスデューサー素子アレイのスライス方向に対応する方向を第２方向とする場合に、前記第１部材は、前記第２部材の前記第１方向側に設けられ、前記第２部材は、前記第１方向及び前記第２方向がなす面での断面において階段形状であり、前記階段形状の段の高さは、前記第２方向における端部と中央部とで異なる補正部材に関係する。
【００２４】
この本発明の他の態様によれば、補正部材は、音速の異なる第１部材と第２部材とを含む。そして、第２部材は、基準面に垂直な第１方向及びスライス方向に対応する第２方向がなす面での断面において階段形状となり、その階段形状の段の高さは、第２方向における第２部材の端部と中央部とで異なった高さとなる。この補正部材を音響レンズ部材と超音波トランスデューサー素子アレイとの間に設けることにより、スライス方向での超音波の出射タイミングが同一でない場合であっても所望のビーム形状を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、超音波素子の構成例。
【図２】超音波トランスデューサーデバイスの構成例。
【図３】超音波トランスデューサーデバイスと比較例の音響レンズの模式的な断面図。
【図４】超音波の出射タイミングの遅延についての説明図。
【図５】本実施形態の音響レンズの第１構成例。
【図６】本実施形態の音響レンズの第１構成例の断面図。
【図７】本実施形態の音響レンズの第２構成例の断面図。
【図８】階段形状の段の高さの例。
【図９】音響解析のシミュレーション結果。
【図１０】本実施形態の音響レンズの変形構成例。
【図１１】本実施形態の補正部材の構成例。
【図１２】ヘッドユニットの構成例。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、ヘッドユニットの詳細な構成例。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、超音波プローブの構成例。
【図１５】超音波画像装置の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２７】
１．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に、本実施形態の音響レンズが適用される超音波トランスデューサー素子の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜５０（メンブレン、支持部材）と圧電素子部と、を有する。圧電素子部は、第１電極層２１（下部電極）、圧電体層３０（圧電体膜）、第２電極層２２（上部電極）を有する。
【００２８】
図１（Ａ）は、基板６０（シリコン基板）に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡＡ’に沿った断面を示す断面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＢＢ’に沿った断面を示す断面図である。
【００２９】
第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
【００３０】
圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
【００３１】
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
【００３２】
振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
【００３３】
開口（空洞領域）４０は、シリコン基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（RIE: Reactive Ion Etching）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の形成によって振動可能になった振動膜５０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図１（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
【００３４】
超音波トランスデューサー素子１０の第１の電極は、第１電極層２１により形成され、第２の電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。
【００３５】
圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子（圧電体層３０）と金属板（振動膜５０）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電体層３０が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜５０の寸法はそのままであるため反りが生じる。圧電体層３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。この圧電体層３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。
【００３６】
２．超音波トランスデューサーデバイス
図２に、本実施形態の音響レンズが適用される超音波トランスデューサーデバイスの構成例を示す。以下では、超音波トランスデューサー素子アレイ１００が８行６４列のマトリックス状のアレイである場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、ｍ行ｎ列のｍ、ｎはｍ＝８及びｎ＝６４以外の値であってもよい。
【００３７】
なお、超音波トランスデューサーデバイス２００としては上述したような圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えばc-ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプのトランスデューサーを採用してもよい。
【００３８】
図２に示す方向ＤＳは、超音波ビームのスキャン動作におけるスキャン方向であり、そのスキャン方向ＤＳに交差（例えば直交）する方向ＤＬは、超音波ビームのスキャン動作におけるスライス方向である。
【００３９】
超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０と、基板６０上に配置される超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、基板６０上にスライス方向ＤＬに沿って配線される信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４と、信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４の一端に接続される信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４の他端に接続される信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４と、を含む。また超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０上にスライス方向ＤＬに沿って配線されるコモン電極線ＬＣ１、ＬＣ２と、コモン電極線ＬＣ１、ＬＣ２の一端に接続されるコモン端子ＸＣ１、ＸＣ２と、コモン電極線ＬＣ１、ＬＣ２の他端に接続されるコモン端子ＸＣ３、ＸＣ４と、一端がコモン電極線ＬＣ１に接続され、他端がコモン電極線ＬＣ２に接続されるコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８と、を含む。
【００４０】
超音波トランスデューサー素子アレイ１００は、スキャン方向ＤＳに沿って配置される６４列の超音波素子列ＳＲを有し、超音波素子列ＳＲは、スライス方向ＤＬに沿って配置される８個の超音波トランスデューサー素子を有する。即ち、超音波トランスデューサー素子アレイ１００には、８行６４列のマトリックス状に超音波トランスデューサー素子１０が配置されている。第１〜第６４列の超音波トランスデューサー素子１０の一方の電極（例えば下部電極）には、それぞれ信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４が接続され、第１〜第８行の超音波トランスデューサー素子１０の他方の電極（例えば上部電極）には、それぞれコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８が接続される。
【００４１】
この信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の第１電極層２１及び第２電極層２２の一方が基板６０上に信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＸＢ１〜ＸＢ６４まで延在形成されることにより、形成される。ここで、「基板６０上に延在形成される」とは、例えばＭＥＭＳプロセスや半導体プロセス等によって基板に導電層（配線層）が積層され、その導電層により少なくとも２点間（例えば超音波トランスデューサー素子から信号端子まで）が接続されていることである。またコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、第１電極層２１及び第２電極層２２の他方が基板６０上にコモン電極線ＬＣ１、ＬＣ２まで延在形成されることにより、形成される。
【００４２】
信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＸＢ１〜ＸＢ６４には、超音波トランスデューサー素子アレイ１００を駆動するための駆動信号（例えばパルス信号）が入力される。駆動信号は、例えば図１５で後述する送信部３３２から供給される。同じ超音波素子列ＳＲに接続される信号端子ＸＡｉ（第１の端子）及びＸＢｉ（第２の端子）（ｉはｉ≦６４の自然数）には、例えば同一のタイミング、位相、振幅の駆動信号が供給される。超音波トランスデューサー素子１０がエコーを受信すると、その受信信号は信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＸＢ１〜ＸＢ６４から出力される。この受信信号は、例えば図１５で後述する受信部３３５が受信する。コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ４には、例えば図１５で後述する処理装置３３０からコモン電圧が供給される。
【００４３】
なお図２では、同一信号を送受信する１つのチャンネル（１組の信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉ）に１つの超音波素子列ＳＲが接続される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、１つのチャンネルに複数の超音波素子列ＳＲが接続されてもよい。この場合、各超音波素子列に１ラインの信号電極線が接続され、その複数の信号電極線が、共通の信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉに接続される。
【００４４】
また図２では、各超音波素子列にコモン電極線が共通接続される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、各チャンネルに対応してコモン端子及びコモン電極線が設けられてもよい。
【００４５】
また図２では、超音波トランスデューサー素子アレイ１００がｍ行ｎ列のマトリックス状の配置である場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、複数の単位要素（超音波トランスデューサー素子１０）が２次元的に規則性を持って配置されたアレイ状の配置であればよい。例えば、超音波トランスデューサー素子アレイ１００は千鳥状の配置であってもよい。ここでマトリックス状の配置とは、ｍ行ｎ列の格子状配置であり、格子が矩形状の場合だけでなく、格子が平行四辺形状に変形した場合を含む。千鳥状の配置とは、超音波トランスデューサー素子ｍ個の列と超音波トランスデューサー素子ｍ−１個の列が交互に並び、ｍ個の列の超音波トランスデューサー素子が、（２ｍ−１）行の中の奇数行に配置され、ｍ−１個の列の超音波トランスデューサー素子が、（２ｍ−１）行の中の偶数行に配置される配置である。
【００４６】
３．音響レンズの比較例
図３は、超音波トランスデューサーデバイス２００と比較例の音響レンズ５５０のスライス方向ＤＬに沿った断面を模式的に示したものである。なお深度方向ＤＺは、スキャン方向ＤＳ及びスライス方向ＤＬに垂直な方向であり、基板６０の超音波出射面の法線方向である。
【００４７】
比較例の音響レンズ５５０は、スライス方向ＤＬにおけるビーム形成を行う一般的な音響レンズを想定している。このような音響レンズ５５０では、スライス方向ＤＬの各位置で同一タイミング（同一位相）の超音波が出射されることを前提に設計されている。例えばバルク圧電素子を用いた１次元アレイでは、スライス方向ＤＬでの開口は１つであるため、スライス方向ＤＬではどの位置でも同一位相の超音波が出射される。この場合、音響レンズ５５０は、超音波ビームＢＭ１を設計された所望の焦点ＦＣＰに収束させることができる。
【００４８】
一方、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００では、スライス方向ＤＬに複数の超音波トランスデューサー素子（例えば図２のＵＥ１〜ＵＥ８）が並び、その両端の信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉから駆動信号を供給する。後述するように、駆動信号のタイミング（位相）は、その遅延量が各素子で異なっており、信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉに近い素子ほど速いタイミングで超音波を出射する。そのため、音響レンズ５５０を通過した超音波ビームＢＭ２は、所望の焦点ＦＣＰよりも手前で収束し（音圧が最大となり）、その収束点よりも遠方では拡散（正面の音圧が低下）してしまう。
【００４９】
図４に、超音波の出射タイミングの遅延についての説明図を示す。図４には、スライス方向ＤＬに沿って並ぶ超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ５を模式的に示す。なお簡単のためｍ＝５とし、コモン電極線は図示を省略する。
【００５０】
素子ＵＥ１〜ＵＥ５の電極間には、圧電体層によって、それぞれ寄生容量Ｃ１〜Ｃ５が生じる。この容量Ｃ１〜Ｃ５は、下部電極と上部電極に挟まれた圧電体層の面積に応じて決まる。また、信号電極線ＬＳｉには配線抵抗が生じる。信号端子ＸＢｉと素子ＵＥ１の間の配線抵抗をＲ０とし、素子ＵＥ１〜ＵＥ５の各素子間の配線抵抗をＲ１〜Ｒ４とし、素子ＵＥ５と信号端子ＸＡｉの間の配線抵抗をＲ５とする。
【００５１】
上記の寄生容量Ｃ１〜Ｃ５と配線抵抗Ｒ０〜Ｒ５はＲＣ定数回路を形成しており、信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉから入力された駆動信号は、このＲＣ定数回路により遅延する。即ち、駆動信号のパルスが印加されるタイミングは、信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉに近い素子ＵＥ１、ＵＥ５よりも列中央の素子ＵＥ３の方が遅くなる。そのため、素子ＵＥ３の出射タイミングを基準とした場合、素子ＵＥ１、ＵＥ５は時間Δｔ１、Δｔ５だけ速いタイミングで超音波を出射し、素子ＵＥ２、ＵＥ３は時間Δｔ２（＜Δｔ１）、Δｔ４（＜Δｔ５）だけ速いタイミングで超音波を出射することになる。時間Δｔ１〜Δｔ５は、寄生容量Ｃ１〜Ｃ５と配線抵抗Ｒ０〜Ｒ５の値によって決まる。
【００５２】
このような出射タイミングの違いにより、スライス方向ＤＬに沿った断面での超音波の波面ＷＭは、直線でなく凹型となり、意図しない超音波ビームの収束（変形）を生じさせる。
【００５３】
図９に、深度に対する超音波ビームの音圧特性のシミュレーション結果を示す。ここでは概要のみ説明し、詳細については後述する。なお、横軸の深度は、超音波素子列の中央を基準とする第１方向Ｄ１での距離である。
【００５４】
音圧特性Ａ１は、超音波の出射タイミングに遅延が無い場合の特性であり、音圧特性Ａ２は、超音波の出射タイミングに遅延が有る場合の特性である。音圧特性Ａ２では、音圧特性Ａ１に比べて最大音圧となる深度が手前にきており、その最大音圧となる深度よりも遠方では音圧特性Ａ１よりも音圧の低下が大きくなっている。このように、スライス方向ＤＬに沿って複数の超音波トランスデューサー素子を配置し、その端部から駆動信号を供給した場合、従来の音響レンズ５５０では所望の音場が得られないという課題がある。
【００５５】
４．本実施形態の音響レンズ
図５、図６に、上記のような課題を解決できる本実施形態の音響レンズの第１構成例を示す。
【００５６】
図５は、本実施形態の音響レンズ５００を超音波トランスデューサーデバイス２００に適用した場合の斜視図である。第１〜第３方向Ｄ１〜Ｄ３は音響レンズ５００における方向を表し、それぞれ超音波トランスデューサーデバイス２００の深度方向ＤＺ、スライス方向ＤＬ、スキャン方向ＤＳに対応する。なお以下では第１方向Ｄ１を「上」とも呼ぶ。
【００５７】
音響レンズ５００は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２が成す面において超音波を収束させるレンズである。即ち、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２が成す面での断面ＤＮＭにおいて、上に凸な曲率をもつレンズ曲面を有している。また、断面ＤＮＭにおいて、音響レンズ５００は図６で後述する構造を有し、この断面構造は、第３方向Ｄ３のどの位置でも同一の構造となるように形成されている。第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３が成す面での断面では、レンズ曲面は曲率をもたず、音響レンズ５００は超音波を収束させない。
【００５８】
なお本実施形態ではこれに限定されず、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３が成す面での断面においても、レンズ曲面が曲率を有してもよい。また本実施形態では、音響レンズ５００と超音波トランスデューサーデバイス２００との間に、例えば音響整合層等の他の部材が設けられてもよい。
【００５９】
図６に、音響レンズ５００の断面ＤＮＭにおける断面図を示す。音響レンズ５００は、第１音速ｃ１を有する材料で形成された第１部材５１０と、第２音速ｃ２を有する材料で形成された第２部材５２０と、を含む。なお以下では、超音波素子列が１０個の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ１０（ｍ＝１０）で構成される場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。また１素子に階段形状の１段が対応する場合を例に説明するが、複数の素子に階段形状の１段が対応してもよい。
【００６０】
第１部材５１０の音速ｃ１と第２部材５２０の音速ｃ２は異なる音速である。第１部材５１０、第２部材５２０は、例えばシリコン樹脂で形成されており、そのシリコン樹脂に金属粉末を混ぜることにより音速ｃ１、ｃ２をシリコーン樹脂より高く調整することが可能である。シリコン樹脂では一般的に１０００ｍ／ｓ程度の音速であり、例えばシリコン樹脂に混入させる金属の種類や粉末の濃度等によって音速（平均音速）を調整する。また、シリコン樹脂に空気の入ったガラス球やプラスチック球を混ぜることにより音速をシリコン樹脂より低く調整することが可能である。
【００６１】
第２部材５２０は、断面ＤＮＭにおいて階段形状（階段構造）である。具体的には、超音波トランスデューサー素子ＵＥｉに対応する段の基準面ＳＳ１からの高さｘｉが、超音波トランスデューサー素子ごとに異なっている。ここで基準面ＳＳ１は、第１方向Ｄ１に直交する第２部材５２０の面であり、音響レンズ５００を超音波トランスデューサーデバイス２００と組み合わせた場合に基板６０と向き合う面である。図６の構成例ではｃ１＞ｃ２であり、この場合には、第２部材５２０の端部での段の高さｘ１、ｘ１０が最も高く、中央部での段の高さｘ５、ｘ６に向かって高さｘｉが単調減少する。
【００６２】
より具体的には、段の高さｘｉについて下式（１）が成り立ち、これをｘｉについて解いた下式（２）により段の高さｘｉを設定する。ここでｘＭは、最も高い段の高さであり、図６の例ではｘＭ＝ｘ１（ｘ１０）である。またｔｉは、端部の素子ＵＥ１（ＵＥ１０）が超音波を出射するタイミングを基準としたときの、素子ＵＥｉが超音波を出射する遅延時間である。ｔＭは、基準面ＳＳ１から高さｘＭ（最も高い段）まで超音波が伝搬する時間である。
【００６３】
【数１】
2014124431.tif 000003
【００６４】
【数２】
2014124431.tif 000004
上式（１）、（２）によれば、素子ＵＥ１〜ＵＥ１０から出射された超音波は、高さｘｉの違いによって遅延時間ｔｉが補正され、基準面ＳＳ２に同一タイミングで到達する。ここで基準面ＳＳ２は、基準面ＳＳ１に平行な面であり、例えば第２部材５２０の最も高い段に接する面である。ｃ１＞ｃ２の場合には、第２部材５２０の方が音速が遅いため、端部ほど超音波の通過時間が長くなり、中央部ほど超音波の通過時間が短くなる。そのため、出射タイミングが速い端部と出射タイミングが遅い中央部との遅延時間が相殺され、基準面ＳＳ２で波面が平坦になる。これにより、基準面ＳＳ２よりも上では従来の音響レンズ（例えば図３の音響レンズ５５０）と同様に考えることができ、波面がそろっているものとして設計したレンズ曲率で所望のビーム形状（例えば図３の超音波ビームＢＭ１）を得ることができる。
【００６５】
上記ではｃ１＞ｃ２の場合を例に説明したが、ｃ１＜ｃ２としてもよい。図７に、ｃ１＜ｃ２の場合の構成例として、音響レンズ５００の第２構成例を示す。ｃ１＜ｃ２の場合には、第２部材５２０の中央部での段の高さｘ５、ｘ６が最も高く、端部での段の高さｘ１、ｘ１に向かって高さｘｉが単調減少する。具体的にはｘＭ＝ｘ５（ｘ６）であり、上式（２）により段の高さｘｉを設定する。この場合にもスライス方向ＤＬでの超音波の遅延が補正され、基準面ＳＳ２で波面を平坦にすることができる。
【００６６】
図８に、ｃ１＞ｃ２（図６）の場合における階段形状の段の高さｘｉの例を示す。図８では、スライス方向ＤＬに２０個の超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ２０が配置されており、レンズ曲面を有する第１部材５１０は音速１０００ｍ／ｓの材料で形成され、階段形状の第２部材５２０は音速８００ｍ／ｓの材料で形成されている。最も高い段の高さはｘＭ＝０．５ｍｍである。
【００６７】
遅延時間は、端部の素子ＵＥ１（ＵＥ２０）を基準とした、各素子に駆動信号が到達するタイミングの遅延時間ｔｉである。遅延時間ｔｉは、回路シミュレーションにより算出した値である。到達時間は、端部の素子ＵＥ１（ＵＥ２０）において超音波が基準面ＳＳ２に到達するのに要する時間ｔＭであり、音速８００ｍ／ｓの超音波が０．５ｍｍを通過するのに要する時間６２５ｎｓである。第２部材５２０の高さｘｉは、これらの値を上式（２）に代入して求めた値であり、各素子において基準面ＳＳ１から基準面ＳＳ２まで超音波が伝搬するのに要する時間（上式（１）の第２項＋第３項）と遅延時間ｔｉとの和が、到達時間ｔＭとなるような高さとなっている。
【００６８】
図９に、図８の階段形状を有する音響レンズ５００で行った音響解析のシミュレーション結果を示す。音響レンズ５００の外では、音速１５００ｍ／ｓの水中を超音波ビームが伝搬するものとする。横軸の深度は、超音波素子列の中央（ＵＥ１０とＵＥ１１の中央）を基準とする第１方向Ｄ１（深度方向ＤＺ）での距離である。
【００６９】
音圧特性Ａ１は、図８の遅延時間ｔｉが発生しておらず（ｔｉ＝０）、本実施形態の遅延補正構造を用いずに基準面ＳＳ２より上のレンズ構造でビーム収束させた場合の特性である。音圧特性Ａ２は、図８の遅延時間ｔｉが発生しているときに、本実施形態の遅延補正構造を用いずに基準面ＳＳ２より上のレンズ構造でビーム収束させた場合の特性である。音圧特性Ａ２では、理想的な音圧特性Ａ１に比べて、最大音圧の深度よりも深い深度での音圧が低下していることが分かる。
【００７０】
音圧特性Ａ３は、図８の遅延時間ｔｉが発生しており、図８の遅延補正構造を用いた本実施形態の音響レンズ５００でビーム収束させた場合の特性である。音圧特性Ａ３では、最大音圧の深度よりも深い深度での音圧が向上しており、理想的な音圧特性Ａ１とほぼ一致する特性が得られている。
【００７１】
以上の実施形態によれば、音響レンズ５００は、第１音速ｃ１の材料で形成される第１部材５１０と、第１音速ｃ１とは異なる第２音速ｃ２の材料で形成される第２部材５２０と、を含む。第２部材５２０の超音波トランスデューサー素子アレイ１００側の面を基準面ＳＳ１とし、基準面ＳＳ１に垂直な方向を第１方向Ｄ１とし、超音波トランスデューサー素子アレイ１００のスライス方向ＤＬに対応する方向を第２方向Ｄ２とする。この場合に、第１部材５１０は、第２部材５２０の第１方向Ｄ１側に設けられ、第１方向Ｄ１側にレンズ曲面が形成されるレンズ構造を有する。第２部材５２０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２がなす面での断面ＤＮＭにおいて階段形状である。階段形状の段の高さｘｉは、第２方向Ｄ２における端部（例えば図６の素子ＵＥ１に対応する段）と中央部（素子ＵＥ５に対応する段）とで異なる。
【００７２】
このようにすれば、音速の異なる２種類の部材が異なる高さで組み合わされるため、各素子から出射した超音波が基準面ＳＳ１から基準面ＳＳ２まで到達する時間を異ならせることができる。この時間の違いにより、図３や図４で説明した超音波の波面の湾曲が補正され、基準面ＳＳ２で超音波の波面を平坦にでき、図９で説明したようにプローブ正面での音圧低下を抑制できる。
【００７３】
さて、仮に第２部材５２０が階段形状でなく滑らかに湾曲した形状である場合、超音波が面を斜めに通過して屈折するため、基準面ＳＳ２で波面が平坦にならない可能性がある。この点、本実施形態では、第２部材５２０が階段形状であるため、各素子から出射した超音波が段の面を垂直に通過する。これにより、基準面ＳＳ２で波面を平坦にできる。
【００７４】
ここで、基準面ＳＳ１とは、第２部材５２０の面であり、音響レンズ５００と超音波トランスデューサーデバイス２００とを組み合わせた場合に、超音波トランスデューサーデバイス２００の超音波を出射する面と向き合う面である。また第２基準面ＳＳ２とは、第２部材５２０と第１部材５１０のレンズ曲面との間の面であり、基準面ＳＳ１の第１方向Ｄ１側で基準面ＳＳ１に平行な面である。例えば、基準面ＳＳ１から距離ｘＭ（階段形状の最も高い段の高さ）の面である。また、階段形状とは、段の高さｘｉ（基準面ＳＳ１から段までの距離）が各段で異なっている形状であり、例えば段の高さｘｉが順次増加又は順次減少する形状である。或は、段の高さｘｉが増加する区間（図６では素子ＵＥ６〜ＵＥ１０）と減少する区間（素子ＵＥ１〜ＵＥ５）が組み合わされたものであってもよい。
【００７５】
また本実施形態では、第１音速ｃ１は、第２音速ｃ２よりも速く、階段形状の段の高さｘｉは、端部（例えば図６の素子ＵＥ１に対応する段）と中央部（素子ＵＥ５に対応する段）に向かって順次低くなる。より具体的には、階段形状の段の高さｘｉは、第２の方向Ｄ２における第１端部（素子ＵＥ１に対応する段）から中央部に向かって順次低くなり、第２方向Ｄ２における第２端部（素子ＵＥ１０に対応する段）から中央部に向かって順次低くなる。中央部は、第１端部と第２端部の間の部分（素子ＵＥ５、ＵＥ６に対応する段）である。
【００７６】
図４で説明したように、両端の端子ＸＡｉ、ＸＢｉから駆動信号を入力した場合には、超音波素子列の両端から中央部に向かって遅延が大きくなる。本実施形態によれば、音速の遅い第２部材５２０の段の高さｘｉが、端部及び第２端部から中央部に向かって順次低くなるため、中央部に近いほど第２基準面ＳＳ２に到達する時間が短くなり、上記の遅延を補正できる。
【００７７】
また本実施形態では、第１音速ｃ１は、第２音速ｃ２よりも遅く、階段形状の段の高さｘｉは、端部（例えば図７の素子ＵＥ１に対応する段）と中央部（素子ＵＥ５に対応する段）に向かって順次高くなってもよい。より具体的には、階段形状の段の高さｘｉは、第２の方向Ｄ２における第１端部（素子ＵＥ１に対応する段）から中央部に向かって順次高くなり、第２方向Ｄ２における第２端部（素子ＵＥ１０に対応する段）から中央部に向かって順次低くなってもよい。中央部は、第１端部と第２端部の間の部分（素子ＵＥ５、ＵＥ６に対応する段）である。
【００７８】
このようにすれば、音速の速い第２部材５２０の段の高さｘｉが、端部及び第２端部から中央部に向かって順次高くなるため、中央部に近いほど第２基準面ＳＳ２に到達する時間が短くなり、中央部に近いほど大きくなる遅延を補正できる。
【００７９】
なお以上の実施形態では階段形状の段の高さｘｉが端部及び第２端部から中央部に向かって順次低く（又は高く）なる場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、図１０に示すように、段の高さｘｉは、端部（素子ＵＥ１に対応する段）から中央部（素子ＵＥ５に対応する段）に向かって順次低く（又は高く）なり、更に中央部から第２端部（素子ＵＥ１０に対応する段）に向かって順次低く（又は高く）なってもよい。
【００８０】
この場合、図２に示す超音波トランスデューサーデバイス２００の一端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４にのみ駆動信号を供給する。図１０において一端の素子ＵＥ１側から駆動信号を供給した場合、駆動信号の遅延は素子ＵＥ１からＵＥ１０に向かって大きくなる。そのため、音速の遅い第２部材５２０の段の高さｘｉが、端部（ＵＥ１側）から第２端部（ＵＥ１０側）に向かって順次低くなることで、第２端部に近いほど第２基準面ＳＳ２に到達する時間が短くなり、基準面ＳＳ２で波面を平坦となるように遅延を補正できる。
【００８１】
５．補正部材
以上の実施形態では音響レンズ５００が遅延補正構造を有する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、補正部材と音響レンズ部材とを別体に構成してもよい。図１１に、この場合における補正部材の構成例を示す。
【００８２】
補正部材５３０は、音響レンズ部材５４０と超音波トランスデューサーデバイス２００との間に設けられる。補正部材５３０は、第１音速ｃ１の材料で形成される第１部材５１０と、第１音速ｃ１とは異なる第２音速ｃ２の材料で形成される第２部材５２０と、を含む。そして、第１部材５１０は、第２部材５２０の第１方向Ｄ１側に設けられる。第２部材５２０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２がなす面での断面において階段形状であり、その階段形状の段の高さｘｉは、第２方向Ｄ２における端部（例えば素子ＵＥ１に対応する段）と中央部（素子ＵＥ５に対応する段）とで異なる。
【００８３】
第１部材５１０と第２部材５２０は、上述した音響レンズ５００の構成例と同様に例えばシリコン樹脂を材料として形成される。階段形状の段の高さｘｉは、上式（２）で説明した手法により設定され、各素子が出射した超音波の波面が第２基準面ＳＳ２で平坦となるように設定される。ここで第２基準面ＳＳ２は、補正部材５３０の第１方向Ｄ１側の面である。例えば補正部材５３０と音響レンズ部材５４０とを直接貼り合わせる場合には、その貼り合わせる面が第２基準面ＳＳ２である。なお図１１では段の高さｘｉが両端部から中央部に向かって低くなる場合を図示したが、これに限定されず、段の高さｘｉが両端部から中央部に向かって高くなってもよいし、一端から他端に向かって低く（高く）なってもよい。
【００８４】
音響レンズ部材５４０は、第３音速の材料（例えばシリコン樹脂）で形成され、第１方向Ｄ１側にレンズ曲面を有する。レンズ曲面の曲率は、第２基準面ＳＳ２で波面がそろっている場合に所望の焦点距離を実現するように設定される。第３音速は、例えば第１部材５１０の第１音速ｃ１と同一であり、この場合には音響レンズ部材５４０の形状は、図６の第１部材５１０の第２基準面ＳＳ２よりも上の形状と同一にできる。なお、第３音速は第１音速ｃ１と異なる音速であってもよい。また音響レンズ部材５４０と補正部材５３０との間に他の層（例えば音響整合層）が設けられてもよい。
【００８５】
以上のように補正部材５３０と音響レンズ部材５４０とを別体に構成した場合にも、音速の異なる部材で階段形状を形成した補正部材５３０により超音波の遅延を補正することができる。
【００８６】
６．ヘッドユニット
図１２に、本実施形態の音響レンズが適用されるヘッドユニット２２０の構成例を示す。図１２に示すヘッドユニット２２０は、超音波トランスデューサーデバイス２００（以下では「素子チップ」とも呼ぶ）、接続部２１０、支持部材２５０を含む。
【００８７】
素子チップ２００は、図２で説明した超音波トランスデューサーデバイスに対応する。素子チップ２００は、超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、第１の端子ＸＡｉを含む第１の端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４と、第２の端子ＸＢｉを含む第２の端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４と、コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ４と、を含む。素子チップ２００は、接続部２１０を介してプローブ本体が有する処理装置（例えば図１５の処理装置３３０）と電気的に接続される。
【００８８】
接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものである。接続部２１０は、第１のコネクター４２１と、第２のコネクター４２２と、第１のフレキシブル基板１３０と、第２のフレキシブル基板１４０と、第１のフレキシブル基板１３０に設けられる第１の集積回路装置１１０と、第２のフレキシブル基板１４０に設けられる第２の集積回路装置１２０と、を有する。
【００８９】
端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４は、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる。フレキシブル基板１３０には、端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４とコネクター４２１の端子群とを接続する第１の信号線群が形成される。第１の信号線群は、第１の端子ＸＡｉに接続される第１の信号線を含む。第１の信号線群には、集積回路装置１１０の第１の送信端子群が接続される。
【００９０】
端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４は、素子チップ２００の第２の辺側に設けられる。フレキシブル基板１４０には、端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４とコネクター４２２の端子群とを接続する第２の信号線群が形成される。第２の信号線群は、第２の端子ＸＢｉに接続される第２の信号線を含む。第２の信号線群には、集積回路装置１２０の第２の送信端子群が接続される。
【００９１】
集積回路装置１１０は、第１の送信端子群及び第１の信号線群を介して端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４へ駆動信号を出力する第１の送信回路群を有する。集積回路装置１２０は、第２の送信端子群及び第２の信号線群を介して端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４へ駆動信号を出力する第２の送信回路群を有する。これらの駆動信号は、処理装置（例えば図１５の処理装置３３０）からの制御信号に基づいて出力される。
【００９２】
コネクター４２１は第１の接続端子群を有する。その接続端子群には、フレキシブル基板１３０の第１の信号線群を介して端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４からの受信信号が出力される。コネクター４２２は第２の接続端子群を有する。その接続端子群には、フレキシブル基板１４０の第２の信号線群を介して、端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４からの受信信号が出力される。
【００９３】
なお接続部２１０は、図１２に示す構成に限定されるものではない。例えば、接続部２１０を、素子チップ２００の第１の辺側のみに設けてもよい。或は、接続部２１０は、コネクター４２１、４２２を省略し、第１の端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４からの受信信号を出力する第１の接続端子群と、第２の端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４からの受信信号を出力する第２の接続端子群と、を有してもよい。
【００９４】
接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。
【００９５】
支持部材２５０は、素子チップ２００を支持する部材である。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材２５０の具体的な構造については後述する。
【００９６】
図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に、ヘッドユニット２２０の詳細な構成例を示す。図１３（Ａ）は支持部材２５０の第２の面ＳＦ２側を示し、図１３（Ｂ）は支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側を示し、図１３（Ｃ）は支持部材２５０の側面側を示す。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００９７】
支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側には、コネクター４２１、４２２が設けられる。コネクター４２１、４２２には、フレキシブル基板１３０、１４０の一端がそれぞれ接続される。フレキシブル基板１３０、１４０には、集積回路装置１１０、１２０が設けられる。コネクター４２１、４２２は、プローブ本体側の対応するコネクターに脱着可能である。
【００９８】
支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２側には、素子チップ２００が支持される。素子チップ２００の端子にはフレキシブル基板１３０、１４０の他端が接続される。固定用部材２６０は、支持部材２５０の各コーナー部に設けられ、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体に固定するために用いられる。
【００９９】
ここで支持部材２５０の第１の面側とは、支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の法線方向側であり、支持部材２５０の第２の面側とは、支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２の法線方向側である。
【０１００】
図１３（Ｃ）に示すように、素子チップ２００の表面（図１（Ｂ）において圧電体層３０が形成される面）には、素子チップ２００を保護する保護部材（保護膜）２７０が設けられる。なお、音響レンズ５００が保護部材２７０を兼ねてもよい。
【０１０１】
７．超音波プローブ
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に、上記のヘッドユニット２２０が適用される超音波プローブ３００の構成例を示す。図１４（Ａ）はヘッドユニット２２０（プローブヘッド）がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図１４（Ｂ）はヘッドユニット２２０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。
【０１０２】
ヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、支持部材２５０、保護部材２７０、フレキシブル基板１３０、１４０（図示省略）、集積回路装置１１０、１２０（図示省略）、ヘッドユニット側コネクター４２５、音響レンズ５００、ヘッドユニット２２０の構成要素を格納する筐体２４０を含む。
【０１０３】
プローブ本体３２０は、処理装置３３０、プローブ本体側コネクター４２６、プローブ本体３２０の構成要素を格納する筐体３４０を含む。処理装置３３０は、受信部３３５（アナログフロントエンド部）、送受信制御部３３４を含む。受信部３３５や送受信制御部３３４は、例えばリジッド基板に設けられた集積回路装置により実現される。
【０１０４】
受信部３３５は、超音波トランスデューサー素子からの超音波エコー信号（受信信号）の受信処理を行う。送受信制御部３３４は、集積回路装置１１０、１２０や受信部３３５の制御を行う。プローブ本体側コネクター４２６は、ヘッドユニット側コネクター４２５と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により電子機器（例えば超音波画像装置）本体に接続される。
【０１０５】
なお、図１２〜図１３（Ｃ）で説明した構成ユニットは筐体２４０に格納されているが、その構成ユニットを筐体２４０から取り外し可能としてもよい。こうすることで、その構成ユニットだけを交換することができる。或いは、筐体２４０に格納された状態のヘッドユニット２２０を交換することもできる。
【０１０６】
８．超音波画像装置
図１５に、超音波画像装置の構成例を示す。超音波画像装置は、超音波プローブ３００、電子機器本体４００を含む。超音波プローブ３００は、超音波ヘッドユニット２２０、処理装置３３０を含む。電子機器本体４００は、制御部４１０、処理部４２０、ユーザーインターフェース部４３０、表示部４４０を含む。
【０１０７】
超音波画像装置としては例えば医療用の超音波診断装置が想定される。或は、建築物等の内部を非破壊検査する診断機器や、ユーザーの指の動きを超音波の反射により検出するユーザーインターフェース機器等が想定される。
【０１０８】
処理装置３３０は、送受信制御部３３４、受信部３３５（アナログフロントエンド部）を含む。超音波ヘッドユニット２２０は、素子チップ２００（超音波トランスデューサーデバイス）と、素子チップ２００を回路基板（例えばリジッド基板）に接続する接続部２１０（コネクター部）と、を含む。回路基板には、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。接続部２１０は、集積回路装置３９０を含む。集積回路装置３９０は、送信部３３２（パルサー）を含む。
【０１０９】
超音波を送信する場合には、送受信制御部３３４が送信部３３２に対して送信指示を行い、送信部３３２がその送信指示を受けて駆動信号を高電圧に増幅して駆動電圧を出力する。受信部３３５は不図示のリミッター回路を有しており、そのリミッター回路が駆動電圧を遮断する。超音波の反射波を受信する場合には、素子チップ２００により検出された反射波の信号を受信部３３５が受信する。受信部３３５は、送受信制御部３３４からの受信指示に基づいて、反射波の信号を処理（例えば増幅処理や、Ａ／Ｄ変換処理等）し、処理後の信号を処理部４２０に送信する。送受信におけるスキャン手法については、例えばリニアスキャンやセクタースキャン等、種々の手法を採用できる。処理部４２０は、その信号を映像化して表示部４４０に表示させる。
【０１１０】
なお以上の実施形態では集積回路装置３９０が送信部３３２のみを含む場合を例に説明したが、本実施形態ではこれに限定されず、例えば集積回路装置３９０が受信部３３５や送受信制御部３３４を含んでもよい。
【０１１１】
ここで、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また音響レンズ、超音波トランスデューサーデバイス、ヘッドユニット、超音波プローブ、超音波画像装置の構成・動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  超音波トランスデューサー素子、２１  第１電極層、２２  第２電極層、
３０  圧電体層、４０  開口、４０  空洞領域、４５  開口部、５０  振動膜、
６０  基板、１００  超音波トランスデューサー素子アレイ、
１１０  第１の集積回路装置、１２０  第２の集積回路装置、
１３０  第１のフレキシブル基板、１４０  第２のフレキシブル基板、
２００  超音波トランスデューサーデバイス、２１０  接続部、
２２０  ヘッドユニット、２４０  筐体、２５０  支持部材、
２６０  固定用部材、２７０  保護部材、３００  超音波プローブ、
３２０  プローブ本体、３３０  処理装置、３３２  送信部、
３３４  送受信制御部、３３５  受信部、３４０  筐体、３５０  ケーブル、
３９０  集積回路装置、４００  電子機器本体、４１０  制御部、
４２０  処理部、４２１，４２２  コネクター、
４２５  ヘッドユニット側コネクター、４２６  プローブ本体側コネクター、
４３０  ユーザーインターフェース部、４４０  表示部、５００  音響レンズ、
５１０  第１部材、５２０  第２部材、５３０  補正部材、
５４０  音響レンズ部材、５５０  音響レンズ、
ＢＭ１，ＢＭ２  超音波ビーム、Ｃ１〜Ｃ５  寄生容量、
Ｄ１〜Ｄ３  第１〜第３方向、ＤＬ  スライス方向、ＤＮＭ  断面、
ＤＳ  スキャン方向、ＤＺ  深度方向、ＦＣＰ  焦点、
ＬＣ１，ＬＣ２  コモン電極線、ＬＳ１〜ＬＳ６４  信号電極線、
ＬＹ１〜ＬＹ８  コモン電極線、Ｒ０〜Ｒ５  配線抵抗、ＳＲ  超音波素子列、
ＳＳ１  第１基準面、ＳＳ２  第２基準面、
ＵＥ１〜ＵＥ１０  超音波トランスデューサー素子、ＷＭ  波面、
ＸＡ１〜ＸＡ６４，ＸＢ１〜ＸＢ６４  信号端子、ＸＣ１〜ＸＣ４  コモン端子、
ｃ１  第１音速、ｃ２  第２音速、ｘｉ  段の高さ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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