(57)【要約】【課題】送信期間における信号のクロストークを抑制できる超音波送信回路、集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等の提供。【解決手段】  超音波送信回路は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨに対して送信信号を出力する送信回路１１２と、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨのノードＮＨのインピーダンス設定を行うインピーダンス設定回路１１４を含む。インピーダンス設定回路１１４は、送信信号が出力される送信信号出力期間ＴＱの前及び後ろの少なくとも一方に設定された低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいて、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨのノードＮＨを、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＲＢの前又は後ろの期間である送信回路１１２の非駆動期間ＴＮにおけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサーデバイスのチャンネルに対して送信信号を出力する送信回路と、
前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードのインピーダンス設定を行うインピーダンス設定回路と、
を含み、
前記インピーダンス設定回路は、
前記送信信号が出力される送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された低インピーダンス設定期間において、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、前記低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記送信回路の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記送信回路は、
前記超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネルに対して、第１の送信信号出力期間において第１の送信信号を出力する第１の送信部と、
前記超音波トランスデューサーデバイスの第２のチャンネルに対して、第２の送信信号出力期間において第２の送信信号を出力する第２の送信部と、
を含み、
前記インピーダンス設定回路は、
前記第１の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第１の低インピーダンス設定期間において、前記第１のチャンネルのノードを、前記第１の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第１の送信部の第１の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定し、
前記第２の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第２の低インピーダンス設定期間において、前記第２のチャンネルのノードを、前記第２の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第２の送信部の第２の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記インピーダンス設定回路は、
前記第２の送信信号出力期間の前の期間のうち、少なくとも前記第１の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第２の低インピーダンス設定期間を設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記インピーダンス設定回路は、
前記第１の送信信号出力期間の後ろの期間のうち、少なくとも前記第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第１の低インピーダンス設定期間を設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項５】
請求項２において、
前記送信回路は、
前記超音波トランスデューサーデバイスの第３のチャンネルに対して、第３の送信信号出力期間において第３の送信信号を出力する第３の送信部を含み、
前記インピーダンス設定回路は、
前記第３の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第３の低インピーダンス設定期間において、前記第３のチャンネルのノードを、前記第３の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第３の送信部の第３の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項６】
請求項５において、
前記インピーダンス設定回路は、
前記第３の送信信号出力期間の前の期間のうち、前記第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第３の低インピーダンス設定期間を設定し、前記第２の送信信号出力期間の後ろの期間のうち、少なくとも前記第３の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第２の低インピーダンス設定期間を設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記インピーダンス設定回路はバイアス電圧設定回路であり、
前記バイアス電圧設定回路は、
前記送信信号出力期間においては、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、抵抗素子を介してバイアス電圧に設定し、前記低インピーダンス設定期間においては、前記チャンネルのノードを、前記抵抗素子を介さずに前記バイアス電圧の電位に設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項８】
請求項７において、
前記バイアス電圧設定回路は、
バイアス電圧供給ノードと前記チャンネルのノードとの間に設けられる前記抵抗素子と、
前記バイアス電圧供給ノードと前記チャンネルのノードとの間に前記抵抗素子と並列に設けられ、前記送信信号出力期間においてオフになり、前記低インピーダンス設定期間においてオンになるスイッチ素子と、
を含むことを特徴とする超音波送信回路。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記インピーダンス設定回路はバイアス電圧設定回路であり、
前記バイアス電圧設定回路は、
前記送信信号出力期間においては、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、抵抗素子を介してバイアス電圧に設定し、前記低インピーダンス設定期間においては、前記チャンネルのノードを、前記バイアス電圧の電位とは別の固定電位に設定することを特徴とする超音波送信回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波送信回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記送信回路は、
前記超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネル〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のチャンネルに対して、第１の送信信号出力期間〜第Ｋ（ＫはＫ≦Ｎとなる整数）の送信信号出力期間において第１の送信信号〜第Ｋの送信信号を出力する第１の送信部〜第Ｋの送信部を含み、
前記第１の送信部〜第Ｋの送信部は、集積回路装置の長辺方向に沿って配置されることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の集積回路装置を含むことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記超音波トランスデューサーデバイスが接続されるフレキシブル基板上に前記集積回路装置が実装されることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波送信回路を含むことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれかに記載の超音波測定装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１６】
請求項１２乃至１４のいずれかに記載の超音波測定装置と、
画像を表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送信回路、集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に向けて超音波を出射し、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装置として、例えば被検体である人体の内部を検査するための超音波測定装置が知られている。この超音波測定装置では、超音波ビームを出射する超音波トランスデューサーデバイスの各チャンネルに対して送信信号を出力する送信回路が設けられる。超音波測定装置の従来技術としては例えば特許文献１などがある。
【０００３】
このような超音波の送信回路においては、送信フォーカス制御やビーム・ステアリング制御のための送信信号の遅延制御が行われる。このため、隣接するチャンネル（素子列）の送信信号は同位相の信号にはならない。例えば第１のチャンネル（第１の素子列）の送信信号（送信パルス）と、第１のチャンネルに隣接する第２のチャンネル（第２の素子列）の送信信号は、同位相の信号にはならず、送信パルスのエッジ等が時間的にずれた信号になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１３４０３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、このように送信信号の位相が時間的にずれていると、隣接するチャンネル間においてクロストークが発生することが判明した。例えば第１のチャンネルの送信信号の送信パルスのエッジの電位変化が、第２のチャンネルの送信信号に重畳されて悪影響を及ぼしたり、第２のチャンネルの送信信号の送信パルスのエッジの電位変化が、第１のチャンネルの送信信号に重畳されて悪影響を及ぼすなどの問題が生じる。このような送信号のクロストークが発生すると、例えばフォーカス点のずれや、送信ビーム形状の崩れが発生して、受信信号により生成される画像の解像度等の品質が劣化するという問題が生じる。なお特許文献１の従来技術は、受信期間における信号のクロストークを抑制するものであり、送信期間における信号のクロストークの抑制手法については開示されていない。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、送信期間における信号のクロストークを抑制できる超音波送信回路、集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、超音波トランスデューサーデバイスのチャンネルに対して送信信号を出力する送信回路と、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードのインピーダンス設定を行うインピーダンス設定回路と、を含み、前記インピーダンス設定回路は、前記送信信号が出力される送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された低インピーダンス設定期間において、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、前記低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記送信回路の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定する超音波送信回路に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方の期間に低インピーダンス設定期間が設定される。そして、この低インピーダンス設定期間において、超音波トランスデューサーデバイスのチャンネルのノードが、送信回路の非駆動期間におけるインピーダンスよりも低いインピーダンスに設定される。例えば超音波トランスデューサーデバイスのチャンネル側からみた送信回路側のインピーダンスが低いインピーダンスに設定される。このように低インピーダンス設定期間においてチャンネルのノードを低インピーダンスに設定すれば、例えば隣接するチャンネルにおいて電位変化等があった場合にも、その影響が当該チャンネルの送信信号に及ぶのを抑制できる。従って、送信期間における信号のクロストークを抑制できる超音波送信回路の提供が可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、前記超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネルに対して、第１の送信信号出力期間において第１の送信信号を出力する第１の送信部と、前記超音波トランスデューサーデバイスの第２のチャンネルに対して、第２の送信信号出力期間において第２の送信信号を出力する第２の送信部と、を含み、前記インピーダンス設定回路は、前記第１の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第１の低インピーダンス設定期間において、前記第１のチャンネルのノードを、前記第１の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第１の送信部の第１の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定し、前記第２の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第２の低インピーダンス設定期間において、前記第２のチャンネルのノードを、前記第２の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第２の送信部の第２の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定してもよい。
【００１０】
このように第１、第２の低インピーダンス設定期間を設定すれば、例えば第２のチャンネルの第２の送信信号の電位変化が、第１のチャンネルの第１の送信信号に悪影響を与えたり、第１のチャンネルの第１の送信信号の電位変化が、第２のチャンネルの第２の送信信号に悪影響を与えるなどの事態を抑制できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記インピーダンス設定回路は、前記第２の送信信号出力期間の前の期間のうち、少なくとも前記第１の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第２の低インピーダンス設定期間を設定してもよい。
【００１２】
このように、第１の送信信号出力期間と時間がオーバーラップするように第２の低インピーダンス設定期間を設定すれば、例えば第１の送信信号出力期間での第１の送信信号の電位変化が、第２の送信信号に対してグリッジ等として乗るなどの事態を抑制できる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記インピーダンス設定回路は、前記第１の送信信号出力期間の後ろの期間のうち、少なくとも前記第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第１の低インピーダンス設定期間を設定してもよい。
【００１４】
このように、第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップするように第１の低インピーダンス設定期間を設定すれば、例えば第２の送信信号出力期間での第２の送信信号の電位変化が、第１の送信信号に対してグリッジ等として乗るなどの事態を抑制できる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、前記超音波トランスデューサーデバイスの第３のチャンネルに対して、第３の送信信号出力期間において第３の送信信号を出力する第３の送信部を含み、前記インピーダンス設定回路は、前記第３の送信信号出力期間の前及び後ろの少なくとも一方に設定された第３の低インピーダンス設定期間において、前記第３のチャンネルのノードを、前記第３の低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間である前記第３の送信部の第３の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定してもよい。
【００１６】
このように第３の低インピーダンス設定期間を設定すれば、例えば第２のチャンネルの第２の送信信号の電位変化等が、第３のチャンネルの第３の送信信号に悪影響を与えるなどの事態を抑制できる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記インピーダンス設定回路は、前記第３の送信信号出力期間の前の期間のうち、前記第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第３の低インピーダンス設定期間を設定し、前記第２の送信信号出力期間の後ろの期間のうち、少なくとも前記第３の送信信号出力期間と時間がオーバーラップする期間に対して、前記第２の低インピーダンス設定期間を設定してもよい。
【００１８】
このように、第２の送信信号出力期間と時間がオーバーラップするように第３の低インピーダンス設定期間を設定し、第３の送信信号出力期間と時間がオーバーラップするように第２の低インピーダンス設定期間を設定すれば、第２、第３のチャンネル間での送信信号のクロストークの発生等を抑制できる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記インピーダンス設定回路はバイアス電圧設定回路であり、前記バイアス電圧設定回路は、前記送信信号出力期間においては、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、抵抗素子を介してバイアス電圧に設定し、前記低インピーダンス設定期間においては、前記チャンネルのノードを、前記抵抗素子を介さずに前記バイアス電圧の電位に設定してもよい。
【００２０】
このようにすれば、バイアス電圧設定回路の回路構成を有効活用して、インピーダンス設定回路を実現し、低インピーダンス設定期間での低インピーダンス設定を実現できるようになる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記バイアス電圧設定回路は、バイアス電圧供給ノードと前記チャンネルのノードとの間に設けられる前記抵抗素子と、前記バイアス電圧供給ノードと前記チャンネルのノードとの間に前記抵抗素子と並列に設けられ、前記送信信号出力期間においてオフになり、前記低インピーダンス設定期間においてオンになるスイッチ素子と、を含んでもよい。
【００２２】
このようにすれば、スイッチ素子のオンオフを制御することで、低インピーダンス設定期間での低インピーダンス設定を簡素に実現できるようになる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記インピーダンス設定回路はバイアス電圧設定回路であり、前記バイアス電圧設定回路は、前記送信信号出力期間においては、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記チャンネルのノードを、抵抗素子を介してバイアス電圧に設定し、前記低インピーダンス設定期間においては、前記チャンネルのノードを、前記バイアス電圧の電位とは別の固定電位に設定してもよい。
【００２４】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波送信回路を含む集積回路装置に関係する。
【００２５】
また本発明の他の態様では、前記送信回路は、前記超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネル〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のチャンネルに対して、第１の送信信号出力期間〜第Ｋ（ＫはＫ≦Ｎとなる整数）の送信信号出力期間において第１の送信信号〜第Ｋの送信信号を出力する第１の送信部〜第Ｋの送信部を含み、前記第１の送信部〜第Ｋの送信部は、集積回路装置の長辺方向に沿って配置されてもよい。
【００２６】
このようにすれば、集積回路装置等の効率的なレイアウト配置を実現できると共に、長辺方向に沿って配置される第１〜第Ｋの送信部の信号線間等のクロストークを、低インピーダンス設定回路による低インピーダンス設定により効果的に抑制できるようになる。
【００２７】
また本発明の他の態様は、上記に記載の集積回路装置を含む超音波測定装置に関係する。
【００２８】
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デバイスが接続されるフレキシブル基板上に前記集積回路装置が実装されてもよい。
【００２９】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波送信回路を含む超音波測定装置に関係する。
【００３０】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波測定装置を含む超音波プローブに関係する。
【００３１】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波測定装置と、画像を表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の超音波送信回路の構成例及び動作説明図。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は超音波送信回路の具体的な構成例及び動作説明図。
【図３】送信信号の具体的な信号波形例。
【図４】本実施形態の超音波測定装置、超音波送信回路の第１の構成例。
【図５】本実施形態の超音波測定装置、超音波送信回路の第２の構成例。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）はリニアスキャンモード、セクタースキャンモードの説明図。
【図７】第１の構成例でのインピーダンス設定回路、送信回路の詳細な構成例。
【図８】第２の構成例でのインピーダンス設定回路、送信回路、マルチプレクサーの詳細な構成例。
【図９】本実施形態の詳細な動作を説明する信号波形例。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。
【図１１】超音波トランスデューサーデバイスの構成例。
【図１２】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、各チャンネルに対応して設けられる超音波トランスデューサー素子群の構成例。
【図１３】本実施形態の超音波測定装置（超音波診断装置）の全体的な構成例。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）は超音波測定装置の具体的な実装形態の説明図。
【図１５】集積回路装置の回路のレイアウト配置例。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
１．超音波送信回路
図１（Ａ）に本実施形態の超音波送信回路の構成例を示す。超音波送信回路は送信回路１１２とインピーダンス設定回路１１４を含む。
【００３５】
送信回路１１２は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨに対して送信信号を出力する回路である。この送信回路１１２はパルサー等により構成される。インピーダンス設定回路１１４は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨのノードＮＨのインピーダンス設定を行う回路である。チャンネルＣＨには、超音波トランスデューサーデバイス１００の超音波トランスデューサー素子群（素子列）が接続されている。
【００３６】
そしてインピーダンス設定回路１１４は、送信信号が出力される送信信号出力期間の前及び後ろ（時間的に前及び後ろ）の少なくとも一方に設定された低インピーダンス設定期間において、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨのノードＮＨを、送信回路１１２の非駆動期間におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定する。例えばインピーダンス設定回路１１４は、低インピーダンス設定期間においてノードＮＨを所定の電位（例えばバイアス電圧の電位）に設定する。送信回路１１２の非駆動期間は、送信期間のうち、低インピーダンス設定期間の前又は後ろの期間であって、送信回路１１２がチャンネルＣＨを駆動していない期間（送信パルスの非出力期間）である。
【００３７】
図１（Ｂ）は本実施形態の動作を説明する信号波形例である。ここでＴＱは、送信信号出力期間であり、送信回路１１２が、送信信号ＳＴＸ（送信パルス）を出力してチャンネルＣＨ（チャンネルの信号線）を駆動している期間である。図１（Ｂ）では、正極性の送信パルスと負極性の送信パルスでチャンネルＣＨが駆動されている。
【００３８】
ＴＦは、送信信号出力期間ＴＱの前の期間（ＴＱに続く前の期間）に設定された低インピーダンス設定期間である。ＴＢは、送信信号出力期間ＴＱの後ろの期間（ＴＱに続く後ろの期間）に設定された低インピーダンス設定期間である。ＴＦ、ＴＢは、例えば所与の長さの期間として設定される。なお、図１（Ｂ）では、送信信号出力期間ＴＱの前及び後ろの両方に低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢを設定しているが、送信信号出力期間ＴＱの前及び後ろのいずれか一方のみに、低インピーダンス設定期間を設定してもよい。
【００３９】
ＴＮは、送信回路１１２の非駆動期間である。ＴＮは、送信期間のうち、低インピーダンス設定期間ＴＦの前の期間、或いは低インピーダンス設定期間ＴＢの後ろの期間である。
【００４０】
図１（Ｂ）に示すように本実施形態では、インピーダンス設定回路１１４は、送信信号出力期間ＴＱの前後の低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいて、チャンネルＣＨのノードＮＨを低インピーダンスに設定している。具体的には、非駆動期間ＴＮのインピーダンスよりも低いインピーダンスに設定している。ここで、インピーダンスは、チャンネル側からみた送信回路側のインピーダンスである。
【００４１】
図２（Ａ）に送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４の具体的な回路構成例を示す。図２（Ａ）では、送信回路１１２は、スイッチ素子ＳＷＨ、ＳＷＬと、ダイオードＤＩＨ、ＤＩＬを有する。
【００４２】
第１のスイッチ素子ＳＷＨは、高電位側電圧ＶＨの供給ノードと、ダイオードＤＩＨとの間に設けられ、信号ＳＧＨによりオンオフ制御される。スイッチ素子ＳＷＬは、低電位側電圧ＶＬの供給ノードと、ダイオードＤＩＬとの間に設けられ、信号ＳＧＬによりオンオフ制御される。
【００４３】
ダイオードＤＩＨは、スイッチ素子ＳＷＨとノードＮＨとの間に設けられ、スイッチ素子ＳＷＨ側からノードＮＨへと向かう方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩＬは、スイッチ素子ＳＷＬとノードＮＨとの間に設けられ、ノードＮＨからスイッチ素子ＳＷＬ側へと向かう方向を順方向とするダイオードである。
【００４４】
図２（Ａ）のインピーダンス設定回路１１４は、バイアス電圧設定回路であり、図１（Ｂ）の送信信号出力期間ＴＱにおいては、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨのノードＮＨを、抵抗素子ＲＢを介してバイアス電圧に設定する。一方、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいては、チャンネルＣＨのノードＮＨを、抵抗素子ＲＢを介さずにバイアス電圧の電位に設定する。即ち、ノードＮＨは、送信信号出力期間ＴＱにおいて、高インピーダンス（抵抗素子ＲＢのインピーダンス）のバイアス電圧に設定され、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいては、低インピーダンス（スイッチ素子ＳＷＢのオン抵抗のインピーダンス）のバイアス電圧に設定される。
【００４５】
具体的には、インピーダンス設定回路１１４（バイアス電圧設定回路）は、抵抗素子ＲＢとスイッチ素子ＳＷＢを含む。抵抗素子ＲＢは、バイアス電圧ＶＢＳの供給ノードとチャンネルＣＨのノードＮＨとの間に設けられる。スイッチ素子ＳＷＢは、バイアス電圧ＶＢＳの供給ノードとノードＮＨとの間に抵抗素子ＲＢと並列に設けられる。そしてスイッチ素子ＳＷＢは信号ＳＧＢによりオンオフ制御される。具体的には、スイッチ素子ＳＷＢは、送信信号出力期間ＴＱにおいてオフになり、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいてオンになる。また非駆動期間ＴＮにおいてもオフになる。このスイッチ素子ＳＷＢは、例えばＣＭＯＳのトランジスターにより実現できる。具体的には、ＣＭＯＳのトランジスターにより構成されるトランスファーゲートなどにより実現できる。
【００４６】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の超音波送信回路の動作を説明する信号波形例である。図２（Ｂ）に示すように、送信信号出力期間ＴＱの前半期間ＴＱＨにおいて信号ＳＧＨがＨレベル（アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＨがオンになる。これにより、高電位側電圧ＶＨが、スイッチ素子ＳＷＨ、ダイオードＤＩＨを介してノードＮＨに供給される。これにより、送信信号ＳＴＸとして、正極性（バイアス電圧を基準として正極性）の送信パルスが出力されるようになる。また送信信号出力期間ＴＱの後半期間ＴＱＬにおいて信号ＳＧＬがＨレベル（アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＬがオンになる。これにより、低電位側電圧ＶＬが、スイッチ素子ＳＷＬ、ダイオードＤＩＬを介してノードＮＨに供給される。これにより、送信信号ＳＴＸとして、負極性（バイアス電圧を基準として負極性）の送信パルスが出力されるようになる。
【００４７】
また、送信号出力期間ＴＱでは、信号ＳＧＢがＬレベル（非アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＢがオフになる。これにより、ノードＮＨは、抵抗素子ＲＢを介してバイアス電圧ＶＢＳに設定され、送信信号ＳＴＸのバイアス電圧設定が行われる。
【００４８】
一方、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいては、信号ＳＧＢがＨレベル（アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＢがオンになる。これにより、チャンネルＣＨのノードＮＨは、バイアス電圧ＶＢＳの電位に設定される。即ち、ノードＮＨは、送信信号出力期間ＴＱでは抵抗素子ＲＢを介してバイアス電圧ＶＢＳに設定される一方で、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢでは、抵抗素子ＲＢを介さずにバイアス電圧ＶＢＳの電位に設定され、低インピーダンスに設定される。
【００４９】
また、低インピーダンス設定期間ＴＦの前の期間、或いは低インピーダンス設定期間ＴＢの後ろの期間である非駆動期間ＴＮでは、信号ＳＧＢがＬレベル（非アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＢがオフになる。また、非駆動期間ＴＮでは、信号ＳＧＨ、ＳＧＬもＬレベル（非アクティブ）になり、スイッチ素子ＳＷＨ、ＳＷＬがオフになるため、送信回路１１２による駆動は行われない。従って、ノードＮＢが抵抗素子ＲＢを介さずにバイアス電圧ＶＢＳの電位に設定される低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢでは、非駆動期間ＴＮに比べて、チャンネルＣＨ側からみたインピーダンスが低くなる。
【００５０】
なお、送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４の構成は図２（Ａ）に限定されず、その構成要素の一部を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなど種々の変形実施が可能である。例えば送信回路１１２に対して、送信信号のダンピング用のスイッチ素子を設けてもよい。
【００５１】
また図２（Ｃ）に示すように、低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいて、スイッチ素子ＳＷＢを介して、バイアス電圧ＶＢＳとは別の固定電位ＶＦＸをノードＮＨに供給するようにしてもよい。即ち図２（Ｃ）では、スイッチ素子ＳＷＢは、バイアス電圧ＶＢＳとは異なる固定電位ＶＦＸの供給ノードとノードＮＨとの間に、抵抗素子ＲＢと並列に設けられている。そして低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢにおいてスイッチ素子ＳＷＢがオンになることで、ノードＮＨが固定電位ＶＦＸの供給ノードに接続されて、ノードＮＨの低インピーダンス化が実現される。
【００５２】
図３に送信信号の詳細な信号波形例を示す。送信期間では、バイアス電圧ＶＢＳを基準として高電位側電圧ＶＨをピークとする正極性の送信パルスと、バイアス電圧ＶＢＳを基準として低電位側電圧ＶＬをピークとする負極性のパルスとからなる送信信号が出力される。受信期間においては、チャンネルＣＨのノードＮＨに対して、超音波トランスデューサーデバイス１００から受信信号（受信エコー）が出力される。
【００５３】
図３のように送信信号のバイアス電圧ＶＢＳを設定することで、素子特性に合った送信信号を超音波トランスデューサーデバイス１００に対して供給できるようになる。例えば、バイアス電圧ＶＢＳの設定により、負極性の送信パルスのときにも送信信号が負の電圧にならないようにする。こうすることで、超音波トランスデューサーデバイス１００に対して負の電圧が供給されて特性が悪化するなどの事態を防止できる。
【００５４】
そして本実施形態では、送信信号のバイアス電圧設定回路の回路構成を有効活用してインピーダンス設定回路を実現している。例えば図２（Ａ）では、バイアス電圧設定回路に用いられる抵抗素子ＲＢに並列にスイッチ素子ＳＷＢを設けることで、バイアス電圧設定回路をインピーダンス設定回路として機能させている。従って、元々あった回路構成を有効活用してインピーダンス設定回路を実現できるという利点がある。
【００５５】
図２（Ａ）の構成では、別の固定電位ＶＦＸの電源を設けなくても済むため、回路構成等をシンプルにすることができるという利点がある。また図２（Ａ）の構成では、ノードＮＨの電位が過渡的に変化するバイアス電圧の過渡応答の発生を抑止できるという利点がある。
【００５６】
例えば超音波の送信回路においては、送信フォーカス制御やビームのステアリング制御のための送信信号の遅延制御が行われる。このため、隣接するチャンネルの送信信号は同位相の信号にはならず、送信パルスのエッジ等が時間的にずれた信号になる。従って、図１（Ｂ）の期間ＴＦや期間ＴＢにおいて、隣接するチャンネルの送信信号の送信パルスのエッジ等が存在するようになる。この結果、この送信パルスのエッジによる電位変化が、素子列間や信号線間の寄生容量等を介して当該チャンネルに伝達されて、当該チャンネルの送信信号に対してグリッジ等が乗るクロストークが発生する。このような送信信号のクロストークが発生すると、例えばフォーカス点のずれや、送信ビーム形状の崩れが発生して、受信信号により生成される画像の解像度等の品質が劣化するなどの問題が生じる。
【００５７】
この点、本実施形態の超音波送信回路によれば、図１（Ｂ）に示すように、送信信号出力期間の前後の期間が低インピーダンス設定期間ＴＦ、ＴＢに設定されて、チャンネルＣＨのノードＮＨのインピーダンスが低インピーダンスに設定される。例えば図２（Ａ）、図２（Ｃ）に示すように、ノードＮＨがＶＢＳやＶＦＸの固定電位に設定される。従って、隣接するチャンネルの送信パルスのエッジ等が、期間ＴＦ、ＴＢに存在したとしても、期間ＴＦ、ＴＢでのノードＮＨのインピーダンスが低インピーダンス（固定電位）に設定されるため、送信パルスのエッジの電位変化がノードＮＨに伝達されてグリッジ等が発生するのを、効果的に抑制できる。従って、送信信号のクロストークの発生を抑制できるため、放射ビームプロファイルが適正化され、分解能（方位分解能、深さ方向の分解能）の高い画像を取得できるようになる。特に、図２（Ａ）等では、元々あるバイアス電圧設定回路の回路構成を有効活用しているため、最小限の回路の追加で、図２（Ｂ）のようなインピーダンス設定を行うインピーダンス設定回路１１４を実現できるという利点がある。
【００５８】
２．詳細な構成例
図４に本実施形態の超音波測定装置、超音波送信回路の詳細な第１の構成例を示す。図４の超音波測定装置は、送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４、スイッチ回路１２０を含む。また超音波トランスデューサーデバイス１００や受信回路１５０や送受信制御部１６０を含むことができる。例えば図４の送信回路１１２とインピーダンス設定回路１１４により本実施形態の超音波送信回路が実現される。
【００５９】
超音波トランスデューサーデバイス１００は、複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子アレイ）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有する。超音波トランスデューサーデバイス１００の詳細については後述する。なお、超音波トランスデューサーデバイス１００としては後述するような圧電素子（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。
【００６０】
送信回路１１２は、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４（広義には第１〜第Ｋの送信部。Ｋは２以上の整数）を含む。送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４（広義には第１〜第Ｎのチャンネル。Ｎは２以上の整数）に対して送信信号を出力する。送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４は、例えば超音波のパルス信号を送信信号として出力するパルサー等により構成される。また、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４は、超音波の送信信号が入力されたり、受信信号を出力される超音波トランスデューサーデバイス１００の端子や信号線に相当する。
【００６１】
なお、以下ではチャンネル数が６４（Ｎ＝６４）である場合を例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されず、チャンネル数は６４より少なくてもよいし、多くてもよい。また図４では送信回路１１２の送信部（ＴＸ１〜ＴＸ６４）の個数とチャンネル（ＣＨ１〜ＣＨ６４）の数が等しい場合（Ｋ＝Ｎ）の例であるが、後述する図５の第２の構成例のように送信部（ＴＸ１〜ＴＸ８）の個数がチャンネル（ＣＨ１〜ＣＨ６４）の数よりも少ない場合（Ｋ＜Ｎ）であってもよい。
【００６２】
送信回路１１２と超音波トランスデューサーデバイス１００との間にはインピーダンス設定回路１１４が設けられている。インピーダンス設定回路１１４の詳細については後述する。
【００６３】
スイッチ回路１２０（マルチプレクサー）は、送受信制御部１６０により制御されてスイッチ動作を行う回路である。本実施形態では、このスイッチ回路１２０が、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４（第１〜第Ｋの送信回路）の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４（広義には第１〜第Ｋの出力ノード）と受信回路１５０との間に設けられる。具体的には、スイッチ回路１２０の一端は、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４に電気的に接続される。スイッチ回路１２０の他端は、受信回路１５０に電気的に接続される。
【００６４】
例えば後述する図５の第２の構成例では、マルチプレクサー１１６が送信回路１１２の出力ノードと超音波トランスデューサーデバイス１００との間に設けられているが、図４では、このようなマルチプレクサーは存在せず、その代わりにスイッチ回路１２０が、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４と受信回路１５０との間に設けられる。そして送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４は、マルチプレクサーを介さずに送信信号を超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４に対して出力する。
【００６５】
そしてスイッチ回路１２０は、送信期間においては、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号の受信回路１５０への信号伝達を非伝達にする動作を行う。つまりスイッチ回路１２０は、受信期間においては受信信号が受信回路１５０に伝達するようにする一方で、送信期間においては送信信号が受信回路１５０に伝達しないようにする。
【００６６】
またスイッチ回路１２０は、受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から選択されたチャンネル（少なくとも１つのチャンネル）からの受信信号を、受信回路１５０に出力するスイッチ動作（マルチプレクサーの動作）を行う。即ち、複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４から所定のチャンネル数のチャンネル（受信チャンネル）を選択し、選択されたチャンネルからの受信信号を受信回路１５０に出力する。
【００６７】
例えば、超音波測定装置のスキャンモードとしては、図６（Ａ）に示すリニアスキャンモードや、図６（Ｂ）に示すセクタースキャンモードがある。スイッチ回路１２０は、図６（Ａ）のリニアスキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中からリニアスキャンの対象となる複数のチャンネルを順次シフト（例えば順次１チャンネルずつシフト）させて、選択するスイッチ動作を行う。
【００６８】
例えばスイッチ回路１２０は、図６（Ａ）のリニアスキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から選択されたリニアスキャンの対象となる８個（広義にはＬ個。ＬはＬ＜Ｎとなる２以上の整数）のチャンネルからの受信信号を、受信回路１５０の８個の入力ノード（広義には第１〜第Ｌの入力ノード）に出力するマルチプレクサーの動作を行う。
【００６９】
一方、スイッチ回路１２０は、図６（Ｂ）のセクタースキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０の６４個の入力ノード（広義には第１〜第Ｎの入力ノード）に出力するスイッチ動作を行う。
【００７０】
具体的には、リニアスキャンモードにおける受信期間では、スイッチ回路１２０は、まず、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８をリニアスキャン対象のチャンネルとして選択する。これにより、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。次にスイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９をリニアスキャン対象のチャンネルとして選択する。これにより、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。同様にしてスイッチ回路１２０は、次はチャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０、その次はチャンネルＣＨ４〜ＣＨ１１というように、順次１チャンネルずつシフトさせて、選択する。そして、最後にチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４を選択し、これによりチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。
【００７１】
一方、セクタースキャンモードにおける受信期間では、スイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０の６４個の入力ノードに出力する。即ち、送信信号が入力された全てのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、そのまま受信回路１５０に出力する。なお、超音波トランスデューサーデバイス１００の全チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４を送受信に用いなくてもよい。例えば送信にはチャンネルＣＨ９からチャンネルＣＨ５６までの４８チャンネルを用いて、受信にはチャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ６４までの全チャンネルを用いるなどの手法も考えられる。これは送受信で開口幅を変化させる手法であり、このような手法にも本発明は対応可能である。
【００７２】
送受信制御部１６０は、超音波の送受信等のための各種の制御を行う。例えば送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４を制御して、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４の送信信号の送信タイミング等を制御する。また送受信制御部１６０は、スイッチ回路１２０のスイッチ制御を行い、スイッチ回路１２０が有するスイッチ素子のオンオフを制御する。また送受信制御部１６０は受信回路１５０の制御も行う。送受信制御部１６０は、例えばゲートアレイ等の論理回路又はＣＰＵ等のプロセッサーにより実現できる。
【００７３】
送受信制御部１６０は送信ビームフォーマー１６２、受信ビームフォーマー１６４を含む。送信ビームフォーマー１６２は、送信フォーカス制御やビーム・ステアリング制御等のための送信信号の位相調整を行うものであり、例えば、送信信号の遅延制御を行う信号遅延回路等により実現される。受信ビームフォーマー１６４は、超音波の受信信号の位相調整や位相調整後の受信信号の加算処理等を行うものである。
【００７４】
受信回路１５０は、超音波トランスデューサーデバイス１００からスイッチ回路１２０を介して入力される受信信号の受信処理を行う。具体的には、受信回路１５０は、受信信号の信号増幅、ゲイン調整、フィルター処理、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。受信回路１５０は、例えばＬＮＡ（低雑音増幅器）、ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）、フィルター部、Ａ／Ｄ変換器などにより構成できる。
【００７５】
次に図４の第１の構成例の動作について詳細に説明する。
【００７６】
まず、リニアスキャンモードの送信期間において、送受信制御部１６０の制御により、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４のうちのＴＸ１〜ＴＸ８が、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４のうちのリニアスキャン対象のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に対して送信信号を出力する。具体的には、超音波の送信フォーカス制御のための信号遅延処理が送信信号に対して行われ、信号遅延処理が施された送信信号が、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に出力される。これにより、例えば図６（Ａ）の超音波ビームＢＭ１が出射される。この際に、スイッチ回路１２０は、送信部ＴＸ１〜ＴＸ８からの送信信号が受信回路１５０に伝達されないように動作する。
【００７７】
そして、受信期間では、スイッチ回路１２０は、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８を選択するスイッチ動作を行う。これにより、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、スイッチ回路１２０を介して受信回路１５０に出力される。
【００７８】
次の送信期間において、送受信制御部１６０の制御により、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４のうちのＴＸ２〜ＴＸ９が、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９に対して送信信号を出力する。これにより、例えば図６（Ａ）の超音波ビームＢＭ２が出射される。この際に、スイッチ回路１２０は、送信部ＴＸ２〜ＴＸ９からの送信信号が受信回路１５０に伝達されないように動作する。
【００７９】
そして、受信期間では、スイッチ回路１２０は、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９を選択するスイッチ動作を行う。これにより、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が、スイッチ回路１２０を介して受信回路１５０に出力される。
【００８０】
以上のようなリニアスキャンによる送信、受信が順次行われ、最後の送信期間において、送信部ＴＸ５７〜ＴＸ６４が、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４に対して送信信号を出力する。これにより図６（Ａ）の超音波ビームＢＭｊが出射される。そして、受信期間では、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４が選択されて、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４からの受信信号が受信回路１５０に出力される。これにより、１回目のスキャン（リニアスキャン）が終了し、次に２回目のスキャンが行われる。
【００８１】
一方、セクタースキャンモードにおける送信期間では、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４がチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４に対して送信信号を出力する。これにより図６（Ｂ）の超音波ビームＢＭ１〜ＢＭｊが送信される。そして受信期間では、スイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０（入力ノードＮＩ１〜ＮＩ６４）に対してそのまま出力する。
【００８２】
この場合に、セクタースキャンモードでは、送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４の送信信号の送信開始タイミングの遅延制御を行うことで、図６（Ｂ）に示した方向に超音波ビームＢＭ１〜ＢＭｊが送信されるようになる。例えば図６（Ｂ）の超音波ビームＢＭ１の送信は、紙面において左側の超音波トランスデューサー素子の送信開始タイミングを遅くし、右側の超音波トランスデューサー素子の送信開始タイミングを早くすることで実現される。一方、超音波ビームＢＭｊの送信は、紙面において左側の超音波トランスデューサー素子の送信開始タイミングを早くし、右側の超音波トランスデューサー素子の送信開始タイミングを遅くすることで実現される。
【００８３】
なお、図６（Ａ）のリニアスキャンモードでは、選択されたチャンネル（例えばチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８）の幅に対応する出射幅ＷＳの超音波ビームが超音波トランスデューサーデバイス１００から出射される。また図６（Ｂ）のセクタースキャンモードでは、ライン状のデバイス幅全体（或いはセクタースキャンの対象チャンネルの幅）にわたる出射幅ＷＳの超音波ビームが超音波トランスデューサーデバイス１００から出射される。そして図６（Ｃ）に示すように、送信信号の遅延制御や音響レンズ等により、スキャン方向での幅がフォーカス点ＦＰにおいて集束するように超音波ビームの送信フォーカス制御が行われる。
【００８４】
以上の第１の構成例によれば、送信回路１１２は、マルチプレクサーのスイッチ素子（アナログスイッチ）を介さずに、直接に送信信号を超音波トランスデューサーデバイス１００に出力して超音波トランスデューサー素子を駆動できる。従って、スイッチ素子のオン抵抗を原因とする送信信号のロスを抑制することができ、所望の超音波音圧（送信パワー）を容易に得ることが可能になる。即ち、送信ロスが抑えられ、送信信号の電圧の低下を最小限に抑えることができるため、所望の超音波音圧を容易に得ることが可能になる。また、送信ロスが抑えられることから、超音波測定装置を実現する集積回路装置の製造プロセスとして、例えば１５Ｖ程度というように、それほど耐圧が高くないＣＭＯＳの高耐圧プロセスを採用することが可能になる。例えば、１５Ｖの高耐圧プロセスで送信回路を形成し、送信回路が例えば１２Ｖ程度の電圧振幅の送信信号を出力したとしても、送信ロスが最小限に抑えられることにより、超音波トランスデューサー素子に対して例えば１０Ｖ程度の印加電圧を印加して、所望の超音波音圧を得られるようになる。従って、例えば２０Ｖ以上の高耐圧プロセスを使用する場合に比べて、集積回路装置のレイアウト面積を小さくすることが可能になる。また、回路のレイアウト面積が小さくなることで、１つの集積回路装置（ＩＣ）に集積させることができる送信チャンネル数を増やすことが可能になり、送信系回路の全体のコンパクト化を図れる。
【００８５】
そして第１の構成例では、このように送信ロスの低減等を図りながら、スイッチ回路１２０のスイッチ動作（マルチプレクサーの動作）により、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すリニアスキャンモードやセクタースキャンモードについても実現することが可能になる。そして、このスイッチ回路１２０は、送信回路１１２の出力ノードと超音波トランスデューサーデバイス１００との間ではなく、送信回路１１２の出力ノードと受信回路１５０との間に設けられる。従って、スイッチ回路１２０のスイッチ素子のオン抵抗が、送信経路に乗ることないため、送信ロスが生じるのを効果的に抑制できる。
【００８６】
図５に本実施形態の超音波測定装置、超音波送信回路の詳細な第２の構成例を示す。この超音波測定装置は、送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４、マルチプレクサー１１６、送受信切替回路１１８を含む。また、超音波トランスデューサーデバイス１００や、受信回路１５０や、送受信制御部１６０などを含むことができる。
【００８７】
図５の第２の構成例では、送信回路１１２からの送信信号は、マルチプレクサー１１６を介して超音波トランスデューサーデバイス１００に出力される。この場合に、送受信切替回路１１８は、送信回路１１２からの送信信号が受信回路１５０に信号伝達されないようにする回路動作を行う。なお、第２の構成例では、インピーダンス設定回路１１４は、超音波トランスデューサーデバイス１００とマルチプレクサー１１６との間に設けられている。
【００８８】
一方、受信期間においては、超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号は、マルチプレクサー１１６、送受信切替回路１１８を介して、受信回路１５０に入力される。
【００８９】
マルチプレクサー１１６は、図６（Ａ）のリニアスキャンモードにおいて、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から、リニアスキャンの対象となるチャンネルを選択する動作を行う。
【００９０】
例えば、まず、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８がリニアスキャンの対象として選択され、送信回路１１２の送信部ＴＸ１〜ＴＸ８からの送信信号が、マルチプレクサー１１６を介して超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に出力される。そして、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、マルチプレクサー１１６、送受信切替回路１１８を介して、受信回路１５０に入力される。受信回路１５０は、受信信号の信号増幅、ゲイン調整、フィルター処理、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。
【００９１】
次に、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９がリニアスキャンの対象として選択され、送信回路１１２の送信部ＴＸ１〜ＴＸ８からの送信信号がチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９に出力される。そして、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が受信回路１５０に入力される。このようにして、リニアスキャンによるチャンネルの選択が順次行われ、最後はチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４が選択される。
【００９２】
前述したように第２の構成例では、マルチプレクサー１１６を構成するスイッチ素子のオン抵抗等が原因となって、超音波トランスデューサーデバイス１００の超音波トランスデューサー素子に印加される送信信号の電圧が低下してしまい、所望の超音波音圧を得られない場合がある。例えば後述する薄膜圧電方式の超音波トランスデューサー素子は、バルク方式に比べて、素子の容量成分が大きいため、使用する周波数でのインピーダンスが小さい。従って、バルク方式用の送信回路を用いて薄膜圧電方式の超音波トランスデューサー素子を駆動すると、駆動ラインにのってくる抵抗成分の影響を受けやすくなる。このため、所望の超音波音圧を得るためには、その抵抗成分の影響を打ち消すために、駆動電圧を高くする必要がある。一方、送信回路を、ＣＭＯＳの集積回路装置（ＩＣ）に内蔵させた場合には、ＣＭＯＳの高耐圧プロセスの限界から、送信信号の電圧をそれほど高くできないという制約がある。例えば１５Ｖ程度の耐圧のＣＭＯＳの高耐圧プロセスを用いて、送信信号の電圧を１０〜１２Ｖとした場合に、マルチプレクサー１１６のオン抵抗が主な要因となって、超音波トランスデューサー素子の印加電圧は、例えば５〜６Ｖ程度になってしまう。従って、超音波トランスデューサー素子の印加電圧が低くなりすぎて、所望の超音波音圧を得ることができない。この場合、より高い耐圧のＣＭＯＳの高耐圧プロセスを用いる手法も考えられるが、この手法によると、より高耐圧のトランジスターを用いることになるため、当該トランジスターにより構成される送信回路等のレイアウト面積が大きくなってしまう。この意味においては、図４の第１の構成例の方が図５の第２の構成例に比べて有利な構成になる。
【００９３】
図７は、図４の第１の構成例における送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４の詳細な構成やその接続関係を示す図である。
【００９４】
送信回路１１２は送信部ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４・・・を含む。送信部ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４に対して送信信号を出力する。
【００９５】
インピーダンス設定回路１１４は、抵抗素子ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３、ＲＢ４・・・と、スイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２、ＳＷＢ３、ＳＷＢ４・・・を含む。抵抗素子ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３、ＲＢ４は、バイアス電圧ＶＢＳの供給ノードと、チャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のノードＮＨ１、ＮＨ２、ＮＨ３、ＮＨ４との間に設けられる。スイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２、ＳＷＢ３、ＳＷＢ４は、抵抗素子ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３、ＲＢ４と並列に、バイアス電圧ＶＢＳの供給ノードとノードＮＨ１、ＮＨ２、ＮＨ３、ＮＨ４との間に設けられる。
【００９６】
ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の各送信部は、各送信信号出力期間において、送信信号の送信パルスを出力する。送信フォーカス制御のための送信信号の遅延制御により、これらの送信信号出力期間は、互いに時間（位相）がずれた期間になる。スイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２、ＳＷＢ３、ＳＷＢ４は、低インピーダンス設定期間においてオンになり、これによりチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のノードＮＨ１、ＮＨ２、ＮＨ３、ＮＨ４のインピーダンスが低インピーダンスに設定される。
【００９７】
図８は、図５の第２の構成例における送信回路１１２、インピーダンス設定回路１１４、マルチプレクサー１１６の詳細な構成やその接続関係を示す図である。
【００９８】
図８では、送信回路１１２とインピーダンス設定回路１１４との間にマルチプレクサー１１６が設けられる。マルチプレクサー１１６は、スイッチ素子ＳＭ１、ＳＭ２、ＳＭ３、ＳＭ４・・・・ＳＭ６４を含む。
【００９９】
スイッチ素子ＳＭ１、ＳＭ２・・・・ＳＭ８の一端は、送信部ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸ８の出力ノードに接続され、他端は、チャンネルＣＨ１、ＣＨ２・・・ＣＨ８のノードＮＨ１、ＮＨ２・・・・ＮＨ８に接続される。スイッチ素子ＳＭ９、ＳＭ１０・・・・ＳＭ１６の一端は、送信部ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸ８の出力ノードに接続され、他端は、チャンネルＣＨ９、ＣＨ１０・・・ＣＨ１６のノードＮＨ９、ＮＨ１０・・・・ＮＨ１６に接続される。他のスイッチ素子ＳＭ１７〜ＳＭ６４の接続関係も同様である。
【０１００】
前述の図６（Ａ）のリニアスキャンモードでは、まず、スイッチ素子ＳＭ１、ＳＭ２・・・ＳＭ８がオンになって、他のスイッチ素子がオフになる。そして送信部ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸ８からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ１、ＳＭ２・・・ＳＭ８を介して、チャンネルＣＨ１、ＣＨ２・・・ＣＨ８に出力される。
【０１０１】
次に、スイッチ素子ＳＭ２、ＳＭ３・・・ＳＭ９がオンになって、他のスイッチ素子がオフになる。そして、送信部ＴＸ２、ＴＸ３・・・ＴＸ８からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ２、ＳＭ３・・・ＳＭ８を介して、チャンネルＣＨ２、ＣＨ３・・・ＣＨ８に出力される。また送信部ＴＸ１からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ９を介して、チャンネルＣＨ９に出力される。
【０１０２】
次に、スイッチ素子ＳＭ３、ＳＭ４・・・ＳＭ１０がオンになって、他のスイッチ素子がオフになる。そして、送信部ＴＸ３、ＴＸ４・・・ＴＸ８からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ３、ＳＭ４・・・ＳＭ８を介して、チャンネルＣＨ３、ＣＨ４・・・ＣＨ８に出力される。また送信部ＴＸ１、ＴＸ２からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ９、ＳＭ１０を介して、チャンネルＣＨ９、ＣＨ１０に出力される。
【０１０３】
以下、同様の動作が行われ、最後にスイッチ素子ＳＭ５７、ＳＭ５８・・・ＳＭ６４がオンになり、送信部ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸ８からの送信信号が、スイッチ素子ＳＭ５７、ＳＭ５８・・・ＳＭ６４を介して、チャンネルＣＨ５７、ＣＨ５８・・・ＣＨ６４に出力される。これにより、１回目のリニアスキャンが完了し、次の２回目のリニアスキャンが行われる。
【０１０４】
インピーダンス設定回路１１４は、抵抗素子ＲＢ１、ＲＢ２・・・ＲＢ６４と、スイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２・・・ＳＷＢ６４を含む。そして図７の第１の構成例と同様に、抵抗素子ＲＢ１、ＲＢ２・・・ＲＢ６４、スイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２・・・ＳＷＢ６４は、各々、バイアス電圧ＶＢＳの供給ノードとチャンネルＣＨ１、ＣＨ２・・ＣＨ６４のノードＮＨ１、ＮＨ２・・・ＮＨ６４との間に設けられる。そしてスイッチ素子ＳＷＢ１、ＳＷＢ２・・・ＳＷＢ６４は低インピーダンス設定期間においてオンになる。
【０１０５】
図９は本実施形態の第１の構成例や第２の構成例の動作を説明する信号波形例である。
【０１０６】
図９において、送信回路１１２の第１の送信部ＴＸ１は、超音波トランスデューサーデバイス１００の第１のチャンネルＣＨ１に対して、第１の送信信号出力期間ＴＱ１において第１の送信信号ＳＴＸ１を出力する。第２の送信部ＴＸ２は、第２のチャンネルＣＨ２に対して、第２の送信信号出力期間ＴＱ２において第２の送信信号ＳＴＸ２を出力する。第３の送信部ＴＸ３は、第３のチャンネルＣＨ３に対して、第３の送信信号出力期間ＴＱ３において第３の送信信号ＳＴＸ３を出力する。
【０１０７】
なお、ここでは説明の簡素化のために、第１、第２、第３の送信部が送信部ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３であり、第１、第２、第３のチャンネルがチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３である場合を例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されるものではない。即ち、広義の意味では、第１、第２、第３の送信部は、第ｉ、第ｉ＋１、第ｉ＋２の送信部ＴＸｉ、ＴＸｉ＋１、ＴＸｉ＋２（ｉは自然数）であり、第１、第２、第３のチャンネルは、第ｊ、第ｊ＋１、第ｊ＋２のチャンネルＣＨｊ、ＣＨｊ＋１、ＣＨｊ＋２（ｊは自然数）である。
【０１０８】
図９に示すように、インピーダンス設定回路１１４は、第１の送信信号出力期間ＴＱ１の前及び後ろ（前及び後ろの少なくとも一方）に設定された第１の低インピーダンス設定期間ＴＦ１、ＴＢ１において、第１のチャンネルＣＨ１のノードＮＨ１を、第１の非駆動期間ＴＮ１におけるインピーダンスよりも低いインピーダンスに設定する。第１の非駆動期間ＴＮ１は、送信期間のうち、第１の送信信号ＳＴＸ１の送信パルスが出力されない非駆動期間であって、期間ＴＦ１、ＴＢ１の前又は後ろの期間（時間的に前又は後ろの期間）である。
【０１０９】
また、インピーダンス設定回路１１４は、第２の送信信号出力期間ＴＱ２の前及び後ろに設定された第２の低インピーダンス設定期間ＴＦ２、ＴＢ２において、第２のチャンネルＣＨ２のノードＮＨ２を、第２の非駆動期間ＴＮ２におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定する。第２の非駆動期間ＴＮ２は、送信期間のうち、第２の送信信号ＳＴＸ２の送信パルスが出力されない非駆動期間であって、期間ＴＦ２、ＴＢ２の前又は後ろの期間である。
【０１１０】
また、インピーダンス設定回路１１４は、第３の送信信号出力期間ＴＱ３の前及び後ろに設定された第３の低インピーダンス設定期間ＴＦ３、ＴＢ３において、第３のチャンネルＣＨ３のノードＮＨ３を、第３の非駆動期間ＴＮ３におけるインピーダンスよりも、低いインピーダンスに設定する。第３の非駆動期間ＴＮ３は、送信期間のうち、第３の送信信号ＳＴＸ３の送信パルスが出力されない非駆動期間であって、期間ＴＦ３、ＴＢ３の前又は後ろの期間である。
【０１１１】
図９に示すように、送信部ＴＸ１〜ＴＸ３がチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３に出力する送信信号ＳＴＸ１〜ＳＴＸ３は、送信フォーカス制御等により、時間的に位相がずれた信号になっている。このため、例えばチャンネルＣＨ１の送信信号ＳＴＸ１のＡ１に示す送信パルスのエッジの電位変化が、隣接するチャンネルＣＨ２（隣接する素子列）の送信信号ＳＴＸ２にグリッジとして乗るというクロストークが発生する。また、チャンネルＣＨ２の送信信号ＳＴＸ２のＡ２に示す送信パルスのエッジの電位変化が、隣接するチャンネルＣＨ１の送信信号ＳＴＸ１にグリッジとして乗るというクロストークが発生する。特に、超音波トランスデューサーデバイス１００が、高集積の薄膜圧電素子タイプの素子で構成される場合には、隣接する素子列間の距離や送信信号の信号線間の距離が短くなり、素子列間や信号線間の寄生容量により、このようなクロストークが発生し易くなる。
【０１１２】
この点、本実施形態では、インピーダンス設定回路１１４が、送信信号出力期間の前後の期間において、チャンネルのノードを低インピーダンスに設定している。これにより、上記のような隣接するチャンネルの電位変化を要因とするクロストークの発生を効果的に抑制できる。
【０１１３】
具体的にはインピーダンス設定回路１１４は、図９のＢ１に示すように、第２の送信信号出力期間ＴＱ２の前の期間のうち、少なくとも、第１の送信信号出力期間ＴＱ１と時間がオーバーラップする期間に対して、第２の低インピーダンス設定期間ＴＦ２を設定している。即ち、期間ＴＦ２は、第１の送信信号出力期間ＴＱ１と時間がオーバーラップする期間を含む期間になっている。このような期間ＴＦ２においてチャンネルＣＨ２を低インピーダンスに設定すれば、隣接するチャンネルＣＨ１においてＡ１に示すような送信パルス等による急激な電位変化があった場合にも、この電位変化がグリッジ等としてチャンネルＣＨ２に乗るのを抑制できる。従って、クロストークによる悪影響を低減できる。
【０１１４】
またインピーダンス設定回路１１４は、図９のＢ２に示すように、第１の送信信号出力期間ＴＱ１の後ろの期間のうち、少なくとも、第２の送信信号出力期間ＴＱ２と時間がオーバーラップする期間に対して、第１の低インピーダンス設定期間ＴＢ１を設定している。即ち、期間ＴＢ１は、第２の送信信号出力期間ＴＱ２と時間がオーバーラップする期間を含む期間になっている。このような期間ＴＢ１においてチャンネルＣＨ１を低インピーダンスに設定すれば、隣接するチャンネルＣＨ２においてＡ２に示すような送信パルス等による急激な電位変化があった場合にも、この電位変化がグリッジ等としてチャンネルＣＨ１に乗るのを抑制できる。従って、クロストークによる悪影響を低減できる。
【０１１５】
またインピーダンス設定回路１１４は、図９のＢ３に示すように、第３の送信信号出力期間ＴＱ３の前の期間のうち、第２の送信信号出力期間ＴＱ２と時間がオーバーラップする期間に対して、第３の低インピーダンス設定期間ＴＦ３を設定している。このような期間ＴＦ３においてチャンネルＣＨ３を低インピーダンスに設定すれば、隣接するチャンネルＣＨ２においてＡ３に示すような送信パルス等による急激な電位変化があった場合にも、この電位変化がグリッジ等としてチャンネルＣＨ３に乗るのを抑制できる。
【０１１６】
またインピーダンス設定回路１１４は、図９のＢ４に示すように、第２の送信信号出力期間ＴＱ２の後ろの期間のうち、第３の送信信号出力期間ＴＱ３と時間がオーバーラップする期間に対して、第２の低インピーダンス設定期間ＴＢ２を設定している。このような期間ＴＢ２においてチャンネルＣＨ２を低インピーダンスに設定すれば、隣接するチャンネルＣＨ３においてＡ４に示すような送信パルス等による急激な電位変化があった場合にも、この電位変化がグリッジ等としてチャンネルＣＨ２に乗るのを抑制できる。
【０１１７】
以上のように本実施形態では、送信信号出力期間の前後に、隣接するチャンネルの送信信号出力期間との時間的なオーバーラップを考慮した低インピーダンス設定期間を設定している。これにより、隣接するチャンネルの電位変化を原因とするクロストークの発生を効果的に抑制できる。従って、クロストークを原因としてフォーカス点のずれや送信ビーム形状の崩れが生じて生成画像の解像度等の品質が劣化するという問題を解消できる。そして、放射ビーププロファイルを最適化でき、方位方向や深さ方向での分解能が高い画像を取得できるようになる。
【０１１８】
なお、低インピーダンス設定期間の長さは、固定であってもよいが、可変にしてもよい。例えば送信フォーカス制御等による送信信号の遅延時間の変化と連動して、低インピーダンス設定期間の長さを可変に制御してもよい。具体的には、隣接するチャンネル間の送信信号の遅延時間が長い場合には、低インピーダンス設定期間も長くし、遅延時間が短い場合には、低インピーダンス設定期間も短くする。低インピーダンス設定期間の長さの調整は、例えば図２（Ａ）等において、スイッチ素子ＳＷＢのオン期間を調整することで実現できる。このオン期間の調整は送受信制御部１６０のスイッチ制御により実現できる。
【０１１９】
３．超音波トランスデューサー素子
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス１００の超音波トランスデューサー素子１０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（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。
【０１２０】
図１０（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０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６０に垂直な方向から見た平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。
【０１２１】
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１０（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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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１０（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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
開口（空洞領域）４０は、基板６０にアレイ状に配置される。開口４０は、基板６０（シリコン基板）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）等によりエッチングすることで形成される。この開口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１０（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
【０１２６】
超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２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に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
【０１２７】
圧電体層３０は、下部電極と上部電極との間、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。
【０１２８】
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。即ち、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧で駆動することができ、駆動ＩＣを低耐圧の半導体プロセスで製造することが可能となる。これにより、超音波測定装置のコンパクト化や多チャンネル化を図ることが可能となる。
【０１２９】
また超音波トランスデューサー素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜５０が振動し、この振動によって圧電体層３０に応力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。
【０１３０】
４．超音波トランスデューサーデバイス
図１１に、超音波トランスデューサーデバイス１００（素子チップ）の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス１００は、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図１１に示す本数には限定されない。
【０１３１】
複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波トランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（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。
【０１３２】
図１２（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図１２（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。
【０１３３】
そして図１２（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイス１００の１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また駆動電極線ＤＬからの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図１２（Ａ）のような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図１２（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。
【０１３４】
図１１に示すように、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。
【０１３５】
超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。
【０１３６】
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図１１に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。
【０１３７】
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。
【０１３８】
そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。
【０１３９】
なお、超音波トランスデューサー素子の配置は、図１１に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。
【０１４０】
また図１０（Ａ）〜図１２（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。
【０１４１】
５．超音波測定装置
図１３は、本実施形態の超音波測定装置（超音波診断装置）の全体的な構成を示すブロック図である。図１３の超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス１００と集積回路装置１１０を含む。また処理装置１４０を含むことができる。例えば超音波測定装置が超音波診断装置として用いられる場合には、超音波診断装置は表示部１９０を含むことができる。なお、本実施形態の超音波測定装置は図１３の構成には限定されず、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。
【０１４２】
集積回路装置１１０は、前述した送信回路１１２（ＴＸ１〜ＴＸ６４）、スイッチ回路１２０を含む。集積回路装置１１０は、例えばＣＭＯＳのプロセスで形成される半導体ＩＣ（半導体チップ）である。
【０１４３】
処理装置１４０は、超音波測定装置の各種の制御処理や、超音波の送受信制御などを行う。この処理装置１４０は、受信回路１５０、送受信制御部１６０、画像処理部１７０、表示制御部１８０を含む。なお、送受信制御部１６０の一部の機能を有する制御回路を、集積回路装置１１０に設けてもよい。
【０１４４】
受信回路１５０は、受信処理を行うものであり、複数の受信部を有する。各受信部は各チャンネルごとに設けられたアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ）である。送受信制御部１６０は超音波の送受信のための各種の制御を行う。例えば送信ビームフォーマーの制御処理や受信ビームフォーマーの制御処理などを行う。画像処理部１７０は、超音波の受信信号（Ａモード波形データ）に基づいて、Ｂモード画像などの画像を生成したり、生成された画像に対する各種の画像処理を行う。表示制御部１８０は、超音波の受信信号により生成された画像等を表示部１９０に表示するための制御を行う。
【０１４５】
本実施形態の超音波プローブは超音波測定装置を含む。この場合に超音波プローブは、超音波トランスデューサーデバイス１００と集積回路装置１１０だけを含んでもよいし、これに加えて処理装置１４０や表示部１９０を含んでもよい。
【０１４６】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）は、超音波測定装置の具体的な実装形態の例を説明する図である。図１４（Ａ）では、超音波トランスデューサーデバイス１００に対して、フレキシブル基板２１０、２１２が接続されている。フレキシブル基板２１０には、本実施形態の集積回路装置１１０が実装されている。超音波トランスデューサーデバイス１００は、その長辺に沿って配置される複数の端子（チャンネル端子）を有し、集積回路装置１１０も、その長辺に沿って配置される複数の端子（チャンネル端子）を有する。そして超音波トランスデューサーデバイス１００の複数の端子と、集積回路装置１１０の複数の端子は、フレキシブル基板２１０上に形成された複数の信号線により接続される。これらの複数の信号線は第１の方向ＤＲ１に沿って配線される。集積回路装置１１０は、第１の方向ＤＲ１に直交（交差）する第２の方向ＤＲ２に、その長辺方向が沿うようにフレキシブル基板２１０に実装される。
【０１４７】
なお集積回路装置１１０の複数の端子は例えばバンプ端子である。また集積回路装置１１０のフレキシブル基板２１０への実装は、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等を用いたフリップチップ実装（ベアチップ実装）により実現できる。また図１４（Ａ）では、集積回路装置１１０が、フレキシブル基板２１０にだけ実装されているが、フレキシブル基板２１０、２１２の両方に集積回路装置を実装してもよい。例えばフレキシブル基板２１０に第１の集積回路装置を実装し、フレキシブル基板２１２に第２の集積回路装置を実装する。
【０１４８】
この場合には、超音波トランスデューサーデバイス１００には、フレキシブル基板２１０に実装された第１の集積回路装置の端子群に信号線を介して電気的に接続される第１の端子群が設けられる。また、フレキシブル基板２１２に実装された第２の集積回路装置の端子群に信号線を介して接続される第２の端子群が設けられる。そして第１の集積回路装置からの送信信号は、超音波トランスデューサーデバイス１００の第１の端子群に入力され、受信信号は第１の端子群から第１の集積回路装置に出力される。また第２の集積回路装置からの送信信号は、超音波トランスデューサーデバイス１００の第２の端子群に入力され、受信信号は第２の端子群から第２の集積回路装置に出力される。
【０１４９】
図１４（Ｂ）は、本実施形態の超音波プローブ２００の構成例を示す断面図である。図１４（Ｂ）では、図１４（Ａ）のように超音波トランスデューサーデバイス１００に対してフレキシブル基板２１０、２１２が接続され、フレキシブル基板２１０には集積回路装置１１０が実装されている。超音波トランスデューサーデバイス１００の表面側には、音響整合層（音響レンズ）１０２が設けられる。超音波トランスデューサーデバイス１００の裏面側には、バックプレート１０４が設けられる。超音波トランスデューサーデバイス１００（及びバックプレート）は、回路基板２２０、２２２に取り付けられた支持部材１０６により支持される。
【０１５０】
回路基板２２０、２２２は例えばリジッド基板（プリント基板）である。回路基板２２０と回路基板２２２とは、コネクタ２２４を介して信号線が接続される。そしてフレキシブル基板２１０は、超音波トランスデューサーデバイス１００と回路基板２２０に接続される。またフレキシブル基板２１２は、超音波トランスデューサーデバイス１００と回路基板２２２に接続される。
【０１５１】
回路基板２２０、２２２には、例えば図１３の処理装置１４０の一部又は全部を実現するＩＣ（集積回路装置）等が実装される。例えば回路基板２２０には、少なくとも受信回路１５０を実現するＩＣ等が実装される。また回路基板２２０、２２２には、送受信制御部１６０、画像処理部１７０、表示制御部１８０を実現するＩＣ等が実装される。
【０１５２】
このように図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）では、送信回路１１２やスイッチ回路１２０を有する集積回路装置１１０が、フレキシブル基板２１０に実装されるため、送信信号の送信ロス等を最小限に抑えることが可能になる。一方、アナログ回路により構成される受信回路１５０については、リジッド基板である回路基板２２０に実装することで、アナログ回路の性能維持や安定したアナログ回路の動作を実現できるようになる。
【０１５３】
図１４（Ｃ）では、フレキシブル基板２１０、２１２に対して集積回路装置１１０は実装されておらず、図１４（Ｄ）に示すように集積回路装置１１０は回路基板２２０に実装されている。そして超音波プローブ２００（回路基板２２０、２２２）は、ケーブル２４０（同軸ケーブル）を介して、超音波測定装置（超音波診断装置）の本体装置２５０に接続される。即ち、図１４（Ｂ）は、プローブ・本体一体型の例であり、図１４（Ｄ）は、プローブ・本体別体型の例である。図１４（Ｂ）の一体型では、コンパクトな機器構成が可能になるという利点がある。図１４（Ｄ）の別体型では、負荷の重い処理であっても、本体装置２５０で処理できるという利点がある。なお図１４（Ｂ）、図１４（Ｄ）において、回路基板２２０、２２２の２枚構成としているが、回路基板を１枚で構成してもよいし、３枚以上で構成してもよい。
【０１５４】
図１５は、集積回路装置１１０のＩＣのレイアウト配置例を示す図である。図１５に示すように集積回路装置１１０の送信回路は、第１〜第Ｋの送信部ＴＸ１〜ＴＸＫを含む。第１〜第Ｋの送信部ＴＸ１〜ＴＸＫは、超音波トランスデューサーデバイス１００の第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数。ＫはＫ≦Ｎとなる整数）のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮに対して、第１〜第Ｋの送信信号出力期間において第１〜第Ｋの送信信号を出力する。例えば図４、図７の第１の構成例の場合には、Ｋ＝Ｎとなる。即ち送信部の個数とチャンネル数は等しくなる。一方、図５、図８の第２の構成例の場合には、Ｋ＜Ｎとなる。即ち、第２の構成例ではマルチプレクサー１１６が設けられるため、送信部の個数はチャンネル数よりも少なくなる。
【０１５５】
そして図１５に示すように第１〜第Ｋの送信部ＴＸ１〜ＴＸＫは、集積回路装置１１０の長辺方向（第２の方向ＤＲ２）に沿って配置される。即ち、集積回路装置１１０の半導体チップの回路レイアウトにおいて、送信部ＴＸ１〜ＴＸＫの回路ブロックが、チップの長辺方向（長手方向）に沿ってレイアウト配置される。例えば、送信部ＴＸ１〜ＴＸのうちの隣接する送信部同士は、その間に他の回路ブロックを介さずにレイアウト配置される。
【０１５６】
このようにすれば、集積回路装置１１０の送信部ＴＸ１〜ＴＸＫからの信号線を、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮの端子に対して、効率的なレイアウト配線で接続できるようになる。例えば図１４（Ａ）では、集積回路装置１１０の長辺方向が、超音波トランスデューサーデバイス１００の長辺方向と沿うように、集積回路装置１１０がフレキシブル基板２１０に実装されている。このような場合に、集積回路装置１１０での送信部ＴＸ１〜ＴＸＫの配置を図１５のようなレイアウト配置にすれば、フレキシブル基板２１０上での信号線のショートパスでの接続等が可能になり、効率的なレイアウト配線を実現できる。
【０１５７】
また図１５のようなレイアウト配置は、送信部ＴＸ１〜ＴＸＫが集積回路装置１１０において隣接して配置されるため、信号線間の距離が短くなり、前述したようなクロストークが発生し易い配置になる。この点、本実施形態では、前述したような低インピーダンス設定期間を設定することで、図１５のようなレイアウト配置においてもクロストークの発生を効果的に抑制できる。
【０１５８】
なお、以上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（第１〜第Ｋの送信回路、第１〜第Ｎのチャンネル等）と共に記載された用語（送信部ＴＸ１〜ＴＸ６４、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４等）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。また超音波送信回路、集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ、超音波トランスデューサーデバイス、超音波トランスデューサー素子等の構成、動作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】
【０１５９】
ＣＨ、ＣＨ１〜ＣＨ６４  チャンネル、ＮＨ、ＮＨ１〜ＮＨ６４  ノード、
ＴＸ１〜ＴＸ６４  送信部、ＮＱ１〜ＮＱ６４  出力ノード、
ＴＱ、ＴＱ１〜ＴＱ３  送信信号出力期間、ＴＮ、ＴＮ１〜ＴＮ３  非駆動期間、
ＴＦ、ＴＦ１〜ＴＦ３、ＴＢ、ＴＢ１〜ＴＢ３  低インピーダンス設定期間、
ＳＷＨ、ＳＷＬ、ＳＷＢ、ＳＷＢ１〜ＳＷＢ６４  ＳＭ１〜ＳＭ６４  スイッチ素子、
ＲＢ、ＲＢ１〜ＲＢ６４  抵抗素子、ＤＩＨ、ＤＩＬ  ダイオード、
ＤＬ１〜ＤＬ６４  駆動電極線、ＣＬ１〜ＣＬ８  コモン電極線、ＶＢＳ  バイアス電圧、
ＶＴ１〜ＶＴ６４  送信信号、ＶＲ１〜ＶＲ６４  受信信号、ＶＣＯＭ  コモン電圧、
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、４５  開口部、５０  振動膜、６０  基板、
１００  超音波トランスデューサーデバイス、１０２  音響整合層、
１０４  バックプレート、１０６  支持部材、１１０  集積回路装置、
１１２  送信回路、１１４  インピーダンス設定回路、１１６  マルチプレクサー、
１１８  送受信切替回路、１２０  スイッチ回路、１４０  処理装置、１５０  受信回路、
１６０  送受信制御部、１６２  送信ビームフォーマー、１６４  受信ビーフフォーマー、１７０  画像処理部、１８０  表示制御部、１９０  表示部、２００  超音波プローブ、
２１０、２１２  フレキシブル基板、２２０、２２２  回路基板、
２４０  ケーブル、２５０  本体装置
【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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