(57)【要約】【課題】超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び超音波画像装置等を提供すること。【解決手段】超音波トランスデューサーデバイス２００は、電気的に接続される複数の超音波素子１０が第１の方向Ｄ１に配置される超音波素子列を、３列（ＳＲ１〜ＳＲ３）有する超音波素子アレイ１００と、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）のうち１列の超音波素子列（ＳＲ２）にコモン電圧を供給するコモン電極線（ＬＣ２）と、を含む。３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）は、第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に配置される。コモン電極線（ＬＣ２）は、第１の方向Ｄ１に配置され、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）のうち外側に位置する２列の超音波素子列（ＳＲ１、ＳＲ３）の間に配置される。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有する超音波素子アレイと、
前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線と、
を含み、
前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、
前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記超音波素子アレイは、前記第２の方向に沿って配置され、前記３列の超音波素子列を含む第１〜第ｎ（ｎは３以上の整数）の超音波素子列を有し、
前記コモン電極線は、前記第１〜第ｎの超音波素子列のうち第ｉ〜第ｊの超音波素子列（ｉ、ｊはｉ≦ｊ≦ｎ−１の自然数）に前記コモン電圧を供給し、第ｉ−１〜第ｊの超音波素子列のうち第ｋの超音波素子列と第ｋ＋１の超音波素子列（ｋはｉ−１≦ｋ≦ｊの自然数）との間に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記超音波素子アレイが配置され、前記コモン電極線が形成される基板と、
前記基板に形成され、前記超音波素子列に対して信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う信号電極線と、
を含み、
前記複数の超音波素子の各超音波素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部と、を有し、
前記第１の電極は、前記信号電極線に接続され、
前記第２の電極は、前記コモン電極線に接続されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項４】
請求項３において、
前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、
前記各超音波素子は、
前記複数の開口のうちの対応する開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部と、
を有し、
前記圧電素子部は、
前記第１の電極と前記第２の電極の一方として、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記トランスデューサー部として、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体層と、
前記第１の電極と前記第２の電極の他方として、前記圧電体層の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、
を有することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
複数の信号電極線と、
前記コモン電極線として第１のコモン電極線と、
少なくとも第２、第３のコモン電極線と、
を含み、
前記超音波素子アレイは、前記３列の超音波素子列を含む複数の超音波素子列を有し、
前記複数の信号電極線の各信号電極線は、前記第１の方向に配線され、前記複数の超音波素子列のいずれかに対して、信号の供給及び受信の少なくとも一方を行い、
前記第１〜第３のコモン電極線の各コモン電極線は、前記第１の方向に配線され、前記複数の超音波素子列のうちの１又は複数の超音波素子列に対してコモン電圧を供給することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１〜第３のコモン電極線のうちの第１のコモン電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第１〜第ｐの超音波素子列（ｐは自然数）に電気的に接続されるとともに、前記複数の超音波素子列のうちの第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ｑはｑ＞ｐの自然数）に電気的に非接続であり、
前記第１〜第３のコモン電極線のうちの第２のコモン電極線は、前記第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列に電気的に接続されるとともに、前記第１〜第ｐの超音波素子列に電気的に非接続であることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記第１の方向における前記超音波素子アレイの一方の端部に配置され、前記複数の信号電極線のうちのいずれかの信号電極線の一端に接続される一端側の信号端子と、
前記第１の方向における前記超音波素子アレイの他方の端部に配置され、前記いずれかの信号電極線の他端に接続される他端側の信号端子と、
を含むことを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかにおいて、
前記第１の方向における前記超音波素子アレイの一方の端部に配置され、前記少なくとも第１〜第３のコモン電極線のうちのいずれかのコモン電極線の一端に接続される一端側のコモン端子と、
前記第１の方向における前記超音波素子アレイの他方の端部に配置され、前記いずれかのコモン電極線の他端に接続される他端側のコモン端子と、
を含むことを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかにおいて、
前記第１のコモン電極線に接続される第１のコモン端子と、
前記第２のコモン電極線に接続される第２のコモン端子と、
前記複数の信号電極線のうちの第１〜第ｒの信号電極線（ｒは自然数）に共通接続される第１の信号端子と、
前記複数の信号電極線のうちの第ｒ＋１〜第２ｒの信号電極線に共通接続される第２の信号端子と、
を含み、
前記第１のコモン電極線と前記第１〜第ｒの信号電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第１〜第ｒの超音波素子列に電気的に接続され、
前記第２のコモン電極線と前記第ｒ＋１〜第２ｒの信号電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第ｒ＋１〜第２ｒの超音波素子列に電気的に接続されことを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項１０】
請求項３又は４において、
前記信号電極線は、前記超音波素子アレイに対する平面視において、前記トランスデューサー部と重なる位置を含んで前記第１の方向に配線され、
前記コモン電極線は、前記平面視において、前記トランスデューサー部と重ならない位置に前記第１の方向に配線されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項１１】
請求項３又は４において、
前記信号電極線は、前記超音波素子アレイに対する平面視において、前記トランスデューサー部と重ならない位置に前記第１の方向に配線され、
前記コモン電極線は、前記平面視において、前記トランスデューサー部及び前記信号電極線に重ならない位置に前記第１の方向に配線されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項１２】
基板上にアレイ状に配置される超音波素子アレイを含み、
前記超音波素子アレイの隅に配置される第１の超音波素子のコモン電極の電位と、前記超音波素子アレイの中央に配置される第２の超音波素子のコモン電極の電位との差分が、生じないように前記基板上にコモン電極線が形成されていることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記超音波素子アレイは、電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有し、
前記コモン電極線は、前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給し、
前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、
前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
【請求項１４】
超音波トランスデューサーデバイスと、
第１の複数の信号線が配置された第１のフレキシブル基板と、
第２の複数の信号線が配置された第２のフレキシブル基板と、
を含み、
前記超音波トランスデューサーデバイスは、
電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有する超音波素子アレイと、
前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線と、
前記超音波素子アレイが配置され、前記コモン電極線が形成される基板と、
前記基板に形成され、前記３列の超音波素子列の各々に対して信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う３本の信号電極線と、
を含み、
前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、
前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置され、
前記第１の複数の信号線のうち３本の信号線の各々は、前記３本の信号電極線のうちいずれかの一端に接続され、
前記第２の複数の信号線のうち３本の信号線の各々は、前記３本の信号電極線のうちいずれかの他端に接続されることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記第１のフレキシブル基板に実装され、第１の複数の送信回路を有する第１の集積回路装置と、
前記第２のフレキシブル基板に実装され、第２の複数の送信回路を有する第２の集積回路装置と、
を含み、
前記第１の複数の送信回路の各送信回路は、前記第１の複数の信号線のうちいずれかに送信信号を出力し、
前記第２の複数の送信回路の各送信回路は、前記第２の複数の信号線のうちいずれかに送信信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１６】
プローブのヘッドユニットであって、
請求項１乃至１３のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスを含み、
前記プローブのプローブ本体に対して着脱可能であることを特徴とするヘッドユニット。
【請求項１７】
請求項１乃至１３のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスを含むことを特徴とするプローブ。
【請求項１８】
請求項１乃至１３のいずれかに記載された超音波トランスデューサーデバイスと、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び超音波画像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブ先端から対象物に向かって超音波を出射し、その対象物から反射された超音波を検出する超音波装置（例えば特許文献１）が知られている。例えば、患者の体内を映像化して診断に用いる超音波画像装置などとして用いられている。超音波を出射する超音波素子として、例えば圧電素子が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波素子に印加される電圧振幅は、超音波素子のコモン電極の電位を基準に決まっている。従来は、全ての超音波素子に対して共通のコモン電極線を接続しているため、コモン電圧を供給するコモン端子から遠い超音波素子ほど、コモン電極線のインピーダンスが高くなる。そのため、コモン端子から遠い超音波素子ほど、駆動信号に応じてコモン電極の電位が変動し、超音波素子に印加される実効的な電圧振幅が小さくなるという課題がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び超音波画像装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有する超音波素子アレイと、前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線と、を含み、前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイスに関係する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線が、３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置される。これにより、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制することが可能になる。
【０００８】
また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイは、前記第２の方向に沿って配置され、前記３列の超音波素子列を含む第１〜第ｎの超音波素子列（ｎは３以上の整数）を有し、前記コモン電極線は、前記第１〜第ｎの超音波素子列のうち第ｉ〜第ｊの超音波素子列（ｉ、ｊはｉ≦ｊ≦ｎ−１の自然数）に前記コモン電圧を供給し、第ｉ−１〜第ｊの超音波素子列のうち第ｋの超音波素子列と第ｋ＋１の超音波素子列（ｋはｉ−１≦ｋ≦ｊの自然数）との間に配置されてもよい。
【０００９】
このようにすれば、第ｉ〜第ｊの超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線を、第ｉ−１〜第ｊの超音波素子列のうち第ｋの超音波素子列と第ｋ＋１の超音波素子列の間に配置できる。これにより、第ｉ〜第ｊの超音波素子列に対して低抵抗でコモン電圧を供給することが可能になり、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００１０】
また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイが配置され、前記コモン電極線が形成される基板と、前記基板に形成され、前記超音波素子列に対して信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う信号電極線と、を含み、前記複数の超音波素子の各超音波素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部と、を有し、前記第１の電極は、前記信号電極線に接続され、前記第２の電極は、前記コモン電極線に接続されてもよい。
【００１１】
コモン電極線が基板上に形成される場合、コモン電極線に配線抵抗が生じる可能性があるが、本発明の一態様によれば、このような場合であっても低抵抗でコモン電圧を供給することが可能になり、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、前記各超音波素子は、前記複数の開口のうちの対応する開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部と、を有し、前記圧電素子部は、前記第１の電極と前記第２の電極の一方として、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記トランスデューサー部として、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体層と、前記第１の電極と前記第２の電極の他方として、前記圧電体層の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、を有してもよい。
【００１３】
このようにすれば、開口を塞ぐ振動膜を圧電素子により振動させる超音波素子によって超音波素子アレイを構成することができる。これにより、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧の駆動信号で超音波素子を駆動することが可能になり、送信回路を低耐圧のプロセスで製造できるため、送信回路をコンパクトに形成することが可能となる。
【００１４】
また本発明の一態様では、複数の信号電極線と、前記コモン電極線として第１のコモン電極線と、少なくとも第２、第３のコモン電極線と、を含み、前記超音波素子アレイは、前記３列の超音波素子列を含む複数の超音波素子列を有し、前記複数の信号電極線の各信号電極線は、前記第１の方向に配線され、前記複数の超音波素子列のいずれかに対して、信号の供給及び受信の少なくとも一方を行い、前記第１〜第３のコモン電極線の各コモン電極線は、前記第１の方向に配線され、前記複数の超音波素子列のうちの１又は複数の超音波素子列に対してコモン電圧を供給してもよい。
【００１５】
このようにすれば、少なくとも第１のコモン電極線が超音波素子列の間に配置されており、第１〜第３のコモン電極線により、それぞれ１又は複数の超音波素子列に対してコモン電圧を供給できる。これにより、コモン電極線から超音波素子までの配線抵抗を小さくできるため、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記第１〜第３のコモン電極線のうちの第１のコモン電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第１〜第ｐの超音波素子列（ｐは自然数）に電気的に接続されるとともに、前記複数の超音波素子列のうちの第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ｑはｑ＞ｐの自然数）に電気的に非接続であり、前記第１〜第３のコモン電極線のうちの第２のコモン電極線は、前記第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列に電気的に接続されるとともに、前記第１〜第ｐの超音波素子列に電気的に非接続であってもよい。
【００１７】
このようにすれば、第１〜第ｐの超音波素子列に接続されるコモン電極線と第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列に接続されるコモン電極線とを電気的に非接続にできるため、コモン電極線の電圧変動を介した超音波素子列間のクロストークを抑制できる。
【００１８】
また本発明の一態様では、前記第１の方向における前記超音波素子アレイの一方の端部に配置され、前記複数の信号電極線のうちのいずれかの信号電極線の一端に接続される一端側の信号端子と、前記第１の方向における前記超音波素子アレイの他方の端部に配置され、前記いずれかの信号電極線の他端に接続される他端側の信号端子と、を含んでもよい。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記第１の方向における前記超音波素子アレイの一方の端部に配置され、前記少なくとも第１〜第３のコモン電極線のうちのいずれかのコモン電極線の一端に接続される一端側のコモン端子と、前記第１の方向における前記超音波素子アレイの他方の端部に配置され、前記いずれかのコモン電極線の他端に接続される他端側のコモン端子と、を含んでもよい。
【００２０】
これらの本発明の一態様によれば、超音波素子列の両端から駆動信号とコモン電圧を供給できるため、超音波素子の電極間に印加される電圧振幅の減衰を、超音波素子列の両端から中央に向かって対称にすることが可能となる。即ち、電圧振幅の減衰が超音波素子列の一端側から他端側に向かって音場が非対称となることを抑制できる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記第１のコモン電極線に接続される第１のコモン端子と、前記第２のコモン電極線に接続される第２のコモン端子と、前記複数の信号電極線のうちの第１〜第ｒの信号電極線（ｒは自然数）に共通接続される第１の信号端子と、前記複数の信号電極線のうちの第ｒ＋１〜第２ｒの信号電極線に共通接続される第２の信号端子と、を含み、前記第１のコモン電極線と前記第１〜第ｒの信号電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第１〜第ｒの超音波素子列に電気的に接続され、前記第２のコモン電極線と前記第ｒ＋１〜第２ｒの信号電極線は、前記複数の超音波素子列のうちの第ｒ＋１〜第２ｒの超音波素子列に電気的に接続されてもよい。
【００２２】
このようにすれば、信号の送信及び受信の少なくとも一方を行うチャンネルごとにコモン電極線を分離することができるため、コモン電極線の電圧変動を介したチャンネル間クロストークを抑制できる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記信号電極線は、前記超音波素子アレイに対する平面視において、前記トランスデューサー部と重なる位置を含んで前記第１の方向に配線され、前記コモン電極線は、前記平面視において、前記トランスデューサー部と重ならない位置に前記第１の方向に配線されてもよい。
【００２４】
このようにすれば、トランスデューサー部の下に信号電極線を配線できるため、第２の方向における超音波素子列の配置ピッチを狭くできる。これにより、グレーティングローブを抑制することが可能となる。
【００２５】
また本発明の一態様では、前記信号電極線は、前記超音波素子アレイに対する平面視において、前記トランスデューサー部と重ならない位置に前記第１の方向に配線され、前記コモン電極線は、前記平面視において、前記トランスデューサー部及び前記信号電極線に重ならない位置に前記第１の方向に配線されてもよい。
【００２６】
このようにすれば、トランスデューサー部に重ならない位置に信号電極線を設けることができるため、トランスデューサー部の幅に制限されずに信号電極線の幅を決定できる。これにより、信号電極線の配線インピーダンスを低下させることが可能となる。
【００２７】
また本発明の他の態様は、基板上にアレイ状に配置される超音波素子アレイを含み、前記超音波素子アレイの隅に配置される第１の超音波素子のコモン電極の電位と、前記超音波素子アレイの中央に配置される第２の超音波素子のコモン電極の電位との差分が、生じないように前記基板上にコモン電極線が形成されていることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイスに関係する。
【００２８】
このようにすれば、超音波素子アレイの隅の超音波素子に供給されるコモン電圧と、超音波素子アレイの中央の超音波素子に供給されるコモン電圧との差分を生じさせないように超音波トランスデューサーデバイスを構成できる。これにより、超音波素子アレイの隅と中央部でコモン電圧の違いが小さくなるので、超音波素子の電極間に印加される電圧振幅が超音波素子アレイの中央部で低下してしまうことを抑制できる。
【００２９】
また本発明の他の態様では、前記超音波素子アレイは、電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有し、前記コモン電極線は、前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給し、前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置されてもよい。
【００３０】
また本発明の更に他の態様は、超音波トランスデューサーデバイスと、第１の複数の信号線が配置された第１のフレキシブル基板と、第２の複数の信号線が配置された第２のフレキシブル基板と、を含み、前記超音波トランスデューサーデバイスは、電気的に接続される複数の超音波素子が第１の方向に配置される超音波素子列を、３列有する超音波素子アレイと、前記３列の超音波素子列のうち１列の超音波素子列にコモン電圧を供給するコモン電極線と、前記超音波素子アレイが配置され、前記コモン電極線が形成される基板と、前記基板に形成され、前記３列の超音波素子列の各々に対して信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う３本の信号電極線と、を含み、前記３列の超音波素子列は、前記第１の方向に交差する第２の方向に配置され、前記コモン電極線は、前記第１の方向に配置され、前記３列の超音波素子列のうち外側に位置する２列の超音波素子列の間に配置され、前記第１の複数の信号線のうち３本の信号線の各々は、前記３本の信号電極線のうちいずれかの一端に接続され、前記第２の複数の信号線のうち３本の信号線の各々は、前記３本の信号電極線のうちいずれかの他端に接続される超音波測定装置に関係する。
【００３１】
また本発明の更に他の態様では、前記第１のフレキシブル基板に実装され、第１の複数の送信回路を有する第１の集積回路装置と、前記第２のフレキシブル基板に実装され、第２の複数の送信回路を有する第２の集積回路装置と、を含み、前記第１の複数の送信回路の各送信回路は、前記第１の複数の信号線のうちいずれかに送信信号を出力し、前記第２の複数の送信回路の各送信回路は、前記第２の複数の信号線のうちいずれかに送信信号を出力してもよい。
【００３２】
また本発明の更に他の態様は、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超音波トランスデューサーデバイスを含み、プローブのプローブ本体に対して着脱可能であるヘッドユニットに関係する。
【００３３】
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超音波トランスデューサーデバイスを含むプローブに関係する。
【００３４】
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超音波トランスデューサーデバイスと、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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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比較例。
【図３】超音波素子の信号電極の電圧と超音波素子のコモン電極の電圧の波形例。
【図４】比較例における、超音波素子の電極間に印加される電圧振幅の特性例。
【図５】超音波トランスデューサーデバイスの第１構成例。
【図６】本実施形態における、超音波素子の電極間に印加される電圧振幅の特性例。
【図７】図７（Ａ）は、比較例における放射音圧分布の特性例。図７（Ｂ）は、本実施形態における放射音圧分布の特性例。
【図８】超音波トランスデューサーデバイスの第２構成例。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、超音波トランスデューサーデバイスの第１の詳細な構成例。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、超音波トランスデューサーデバイスの第２の詳細な構成例。
【図１１】超音波測定装置の構成例。
【図１２】第１の集積回路装置と第２の集積回路装置のレイアウト構成例。
【図１３】ヘッドユニットの構成例。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、ヘッドユニットの詳細な構成例。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、超音波プローブの構成例。
【図１６】超音波画像装置の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
１．超音波素子
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスに適用される超音波素子１０の構成例を示す。この超音波素子１０（超音波トランスデューサー素子）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。
【００３８】
図１（Ａ）は、基板６０（シリコン基板）に形成された超音波素子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。
【００３９】
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、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
【００４０】
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。
【００４１】
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、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
【００４２】
振動膜５０（メンブレン）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電極層２１、第２電極層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。
【００４３】
開口４０（空洞領域）は、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１（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
【００４４】
超音波素子１０の第１の電極は、第１電極層２１及び第２電極層２２の一方により形成され、第２の電極は、第１電極層２１及び第２電極層２２の他方により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分及び第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分の一方が第１の電極を形成し、他方が第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。
【００４５】
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。
【００４６】
上記のように超音波素子を構成することにより、バルク型の超音波素子に比べて素子を小型化できるため、素子ピッチを狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの発生を抑制できる。また、バルク型の超音波素子に比べて小さい電圧振幅で駆動できるため、低耐圧の回路素子で駆動回路を構成できる。
【００４７】
２．比較例
図２に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスの比較例を示す。図２に示す第１の方向Ｄ１は、超音波ビームのスキャン動作におけるスライス方向に対応し、第１の方向に交差（例えば直交）する第２の方向Ｄ２は、超音波ビームのスキャン動作におけるスキャン方向に対応する。
【００４８】
比較例の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素子アレイ１００と、基板６０上に第１の方向Ｄ１に沿って配線される信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ９と、信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ９の一端に接続される信号端子ＸＡ１〜ＸＡ９と、信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ９の他端に接続される信号端子ＸＢ１〜ＸＢ９と、基板６０上に第１の方向Ｄ１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〜ＬＹ２０と、を含む。
【００４９】
超音波素子アレイ１００は、第２の方向Ｄ２に沿って配置される９列の超音波素子列ＳＲを有し、超音波素子列ＳＲは、第１の方向Ｄ１に沿って配置される２０個の超音波素子を有する。即ち、超音波素子アレイ１００には、２０行９列のマトリックス状に超音波素子１０が配置されている。第１〜第９列の超音波素子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〜ＬＳ９が接続され、第１〜第２０行の超音波素子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〜ＬＹ２０が接続される。
【００５０】
図３に、超音波素子１０の信号電極の電圧Ｖｓｉｇと、超音波素子１０のコモン電極の電圧Ｖｃｏｍの波形例を模式的に示す。超音波素子１０の電極間には容量成分が見えるため、信号電極の電圧Ｖｓｉｇが変動するとコモン電極を介してコモン電極線に電流が流れ、コモン電極線の配線インピーダンスによってコモン電極の電圧Ｖｃｏｍが変動する。この変動の電圧振幅をＶｃｐとする。
【００５１】
上記の比較例では、コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ４は超音波素子アレイ１００の４つの角に配置されているため、超音波素子アレイ１００の中央に近づくほど、コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ４から超音波素子１０までのコモン電極線の配線インピーダンスが大きくなる。そのため、超音波素子アレイ１００の中央に近づくほど、コモン電極の電圧振幅Ｖｃｐが大きくなり、超音波素子１０の電極間に印加される電圧（Ｖｓｉｇ−Ｖｃｏｍ）の実効的な電圧振幅は小さくなってしまう。
【００５２】
図４に、超音波素子１０の電極間に印加される電圧振幅の特性例を示す。この特性例は、図２の比較例において、中央の信号端子ＸＡ５、ＸＢ５に共通の駆動信号を供給し、その両側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ４、ＸＡ６〜ＸＡ９、ＸＢ１〜ＸＢ４、ＸＢ６〜ＸＢ９に固定電圧を供給し、コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ４に共通のコモン電圧を供給した場合のシミュレーション結果である。駆動信号の周波数は３．５ＭＨｚである。横軸の素子位置１〜２０は、超音波素子の行番号であり、信号端子ＸＡ５、ＸＢ５に接続される超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ２０に対応している。
【００５３】
図４に示すように、超音波素子アレイ１００の端に近いほど電極間の電圧振幅が大きくなり、中央に近いほど電極間の電圧振幅が小さくなる。このような電圧振幅の低下や偏りがあると、超音波ビームの音圧低下や、音場の偏り、音場割れなどが生じるという課題がある。
【００５４】
３．超音波トランスデューサーデバイス
３．１．第１構成例
図５に、上記のような課題を解決できる本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００の第１構成例を示す。以下では、超音波素子アレイ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。
【００５５】
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。
【００５６】
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に形成された超音波素子アレイ１００と、基板６０に形成された第１〜第６４の一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、基板６０に形成された第１〜第６４の他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４と、基板６０に形成された第１〜第６４の一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４と、基板６０に形成された第１〜第６４の他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４と、基板６０に形成された第１〜第６４の信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４と、基板６０に形成された第１〜第６４のコモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４と、を含む。
【００５７】
超音波素子アレイ１００は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って配置される第１〜第６４の超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４を含む。超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４の各超音波素子列は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される８個の超音波素子１０を含む。
【００５８】
一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４は、第１の方向Ｄ１における超音波素子アレイ１００の一方の端部に配置される。他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４は、第１の方向Ｄ１における超音波素子アレイ１００の他方の端部に配置される。また、一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４は、第１の方向Ｄ１における超音波素子アレイ１００の一方の端部に配置される。他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４は、第１の方向Ｄ１における超音波素子アレイ１００の他方の端部に配置される。
【００５９】
例えば、基板６０は、第２の方向Ｄ２を長辺方向とする矩形であり、その矩形の第１の長辺ＨＮ１に沿って一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４及び一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４が交互に配置される。また、矩形の第２の長辺ＨＮ２に沿って他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４及び他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４が交互に配置される。
【００６０】
コモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４は、第１の方向Ｄ１に沿って配線され、それぞれ超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４に接続される。コモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４の一端は、一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４に接続され、コモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４の他端は、他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４に接続される。
【００６１】
超音波素子列ＳＲ１を例にとると、コモン端子ＣＡ１、ＣＢ１には同一電圧のコモン電圧が供給され、そのコモン電圧はコモン電極線ＬＣ１を介して、超音波素子列ＳＲ１を構成する超音波素子１０のコモン電極（例えば上部電極）に供給される。超音波素子列ＳＲ２〜ＳＲ６４についても同様に、それぞれコモン電極線ＬＣ２〜ＬＣ６４を介してコモン電圧が供給される。
【００６２】
このように、各超音波素子列に対してコモン電極線が設けられているので、上述の比較例に比べてコモン端子から超音波素子までの配線長が短くなり、また、１ラインのコモン電極線に接続される超音波素子の数が少なくなる。これにより、超音波素子の端子間に印加される電圧振幅を超音波素子アレイ１００の端と中央部とで近づけることができ、中央部での音圧低下を抑制できる。
【００６３】
なお、コモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４（及び対応するコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４）には、同一電圧のコモン電圧が供給されてもよいし、異なる電圧のコモン電圧が供給されてもよい。例えば、送信専用の超音波素子列と受信専用の超音波素子列が存在する場合には、その送信専用の超音波素子列に対するコモン電圧と受信専用の超音波素子列に対するコモン電圧を、異なる電圧としてもよい。
【００６４】
信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４は、第１の方向Ｄ１に沿って配線され、それぞれ超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４に接続される。信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４の一端は、一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続され、信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４の他端は、他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４に接続される。
【００６５】
超音波素子列ＳＲ１を例にとると、信号端子ＸＡ１、ＸＢ１には同一波形・同一電圧の駆動信号が供給され、その駆動信号は信号電極線ＬＳ１を介して、超音波素子列ＳＲ１を構成する超音波素子１０の信号電極（例えば下部電極）に供給される。超音波素子列ＳＲ２〜ＳＲ６４についても同様に、それぞれ信号電極線ＬＳ２〜ＬＳ６４を介して駆動信号が供給される。
【００６６】
さて、信号電極線の配線インピーダンスや超音波素子の容量成分があるため、信号端子に印加された駆動信号は、信号電極線を伝達するに従って減衰していく。この点、本実施形態では信号電極線の両端から駆動信号を供給するので、一端のみから駆動信号を供給する場合に比べて駆動信号の減衰を抑制できる。また、一端のみから駆動信号を供給する場合、駆動信号の減衰によってスライス方向（第１の方向Ｄ１）に音場の偏りが生じるが、本実施形態では、駆動信号の減衰が対称となるため音場の偏りを抑制できる。
【００６７】
なお上記では、超音波素子アレイ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（超音波素子）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、超音波素子ｍ個の列と超音波素子ｍ−１個の列が交互に並び、ｍ個の列の超音波素子が、（２ｍ−１）行の中の奇数行に配置され、ｍ−１個の列の超音波素子が、（２ｍ−１）行の中の偶数行に配置される配置である。
【００６８】
図６に、超音波素子１０の電極間に印加される電圧振幅の特性例を示す。この特性例は、上記の第１構成例において、超音波素子列を２０行９列（ｍ＝２０、ｎ＝９）で構成し、その９列の中央の信号端子ＸＡ５、ＸＢ５に共通の駆動信号を供給し、その両側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ４、ＸＡ６〜ＸＡ９、ＸＢ１〜ＸＢ４、ＸＢ６〜ＸＢ９に固定電圧を供給し、コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ９に同一電圧のコモン電圧を供給した場合のシミュレーション結果である。駆動信号の周波数は３．５ＭＨｚである。横軸の素子位置１〜２０は、超音波素子の行番号である。
【００６９】
図６に示すように、超音波素子アレイ１００の端と中央部とで電極間の電圧振幅に１Ｖ程度の差があるが、図４の比較例に比べて中央部での電圧振幅の低下は大幅に抑制されている。このように、本実施形態では電圧振幅の低下や偏りが抑制されるため、超音波ビームの音圧向上や、音場の偏りの抑制、音場割れの抑制などを実現できる。
【００７０】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に放射音圧分布の特性例を示す。図７（Ａ）には図４の比較例と同一条件での特性例を示し、図７（Ｂ）には図６の本実施形態の同一条件での特性例を示す。横軸は、駆動信号を印加している素子列に沿った方向での位置を表し、ｘ＝０ｍｍは素子列の中央に対応する。深度は、基板６０から測定点までの、基板６０の平面に垂直な方向での距離を表す。
【００７１】
比較例では、深度５０ｍｍでの最大音圧は２９２５Ｐａであり、深度１００ｍｍでの最大音圧は１５５７Ｐａである。一方、本実施形態では、深度５０ｍｍでの最大音圧は４８２５Ｐａであり、深度１００ｍｍでの最大音圧は２４９７Ｐａである。いずれの深度においても本実施形態の方が最大音圧が大幅に向上していることが分かる。
【００７２】
３．２．第２構成例
上記の第１構成例では、同一信号を受信又は送信する１チャンネルに１列の超音波素子列が接続される場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、１チャンネルに複数列の超音波素子列が接続されてもよい。
【００７３】
図８に、このような場合の構成例として、超音波トランスデューサーデバイスの第２構成例を示す。以下では１チャンネルに２列の超音波素子列が接続される場合を例に説明するが、１チャンネルに３列以上の超音波素子列が接続されてもよい。また、各チャンネルで異なる列数の超音波素子列が接続されてもよい。
【００７４】
超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０と、超音波素子アレイ１００と、第１〜第６４の一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、第１〜第６４の他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４と、第１〜第６４の一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４と、第１〜第６４の他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４と、第１〜第１２８の信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ１２８と、第１〜第６４のコモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４と、を含む。なお、図５で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７５】
超音波素子アレイ１００は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って配置される第１〜第１２８の超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ１２８を含む。
【００７６】
コモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４は、それぞれ２列ずつの超音波素子列に接続される。例えばコモン電極線ＬＣ１は、超音波素子列ＳＲ１、ＳＲ２を構成する超音波素子１０のコモン電極（例えば上部電極）に接続される。
【００７７】
信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ１２８は、それぞれ超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ１２８に接続される。一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４には、それぞれ２ラインずつの信号電極線の一端が接続され、他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４にそれぞれ２ラインずつの信号電極線の他端が接続される。例えば信号電極線ＬＳ１は、超音波素子列ＳＲ１を構成する超音波素子１０の信号電極（例えば下部電極）に接続され、信号電極線ＬＳ２は、超音波素子列ＳＲ２を構成する超音波素子１０の信号電極（例えば下部電極）に接続される。信号電極線ＬＳ１、ＬＳ２の一端は信号端子ＸＡ１に接続され、信号電極線ＬＳ１、ＬＳ２の他端は信号端子ＸＢ１に接続される。
【００７８】
このように１チャンネルに複数列の超音波素子列を接続することで、１チャンネルに接続される超音波素子の数を増やすことができる。これにより、送信超音波の音圧を向上することができる。
【００７９】
なお上記では同一信号を受信又は送信する１チャンネルに１ラインのコモン電極線が接続される場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、例えば複数チャンネルに１ラインのコモン電極線が接続されてもよいし、或は１チャンネルに複数ラインのコモン電極線が接続されてもよい。
【００８０】
以上の実施形態では、例えば図５で説明したように、超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波素子アレイ１００とコモン電極線（例えばＬＣ２）とを含む。超音波素子アレイ１００は、電気的に接続される複数の超音波素子１０が第１の方向Ｄ１に配置される超音波素子列を、３列（例えばＳＲ１〜ＳＲ３）有する。コモン電極線（ＬＣ２）は、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）のうち１列の超音波素子列（ＳＲ２）にコモン電圧を供給する。３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）は、第１の方向Ｄ１に交差（例えば直交）する第２の方向Ｄ２に配置される。コモン電極線（ＬＣ２）は、第１の方向Ｄ１に配置され、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）のうち外側に位置する２列の超音波素子列（ＳＲ１、ＳＲ３）の間に配置される。
【００８１】
このようにすれば、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）の間にコモン電極線（ＬＣ２）が配置され、そのコモン電極線（ＬＣ２）により、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）のうち少なくとも１列の超音波素子列（ＳＲ２）にコモン電圧を供給できる。これにより、図６等で説明したように、超音波素子アレイ１００の両端にコモン電極線が配置される場合に比べて、コモン端子から超音波素子までのコモン電極線の配線長が短くなり、配線インピーダンスが低下する。そのため、超音波素子アレイ１００の中央部でも実効的な電圧振幅の低下を抑制でき、図７（Ｂ）等で説明したように、音圧低下等を抑制できる。
【００８２】
ここで、「第１の方向Ｄ１（又は第２の方向Ｄ２）に配置される」とは、具体的には、第１の方向Ｄ１に沿って配置されることである。例えば複数の超音波素子１０が第１の方向Ｄ１に沿って配置される場合、複数の超音波素子１０が第１の方向Ｄ１に沿った直線上に並ぶ場合に限らず、複数の超音波素子１０が第１の方向Ｄ１に沿った直線に対してジグザグに配置されてもよい。
【００８３】
なお、３列の超音波素子列は、超音波素子アレイ１００に含まれる複数の超音波素子列のうち任意の３列である。例えば３列は超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ３である。この場合、外側の２列は超音波素子列ＳＲ１、ＳＲ３となり、その間のコモン電極線はコモン電極線ＬＣ２である。或いは３列は超音波素子列ＳＲ１、ＳＲ３、ＳＲ５である。この場合、外側の２列は超音波素子列ＳＲ１、ＳＲ５となり、その間のコモン電極線はコモン電極線ＬＣ２或はコモン電極線ＬＣ３である。或は３列は超音波素子列ＳＲ１と、超音波素子列ＳＲ２〜ＳＲ６３のうちいずれかと、超音波素子列ＳＲ６４と、であってもよい。この場合、外側の２列は超音波素子列ＳＲ１、ＳＲ６４であり、その間のコモン電極線は、コモン電極線ＬＣ２〜ＬＣ６４のいずれかである。
【００８４】
また本実施形態では、超音波素子アレイ１００は、第２の方向Ｄ２に沿って配置され、３列の超音波素子列（ＳＲ１〜ＳＲ３）を含む第１〜第ｎの超音波素子列（例えばＳＲ１〜ＳＲ６４）を有する。コモン電極線（ＬＣ２）は、第１〜第ｎの超音波素子列のうち第ｉ〜第ｊの超音波素子列（例えばＳＲ２）にコモン電圧を供給し、第ｉ−１〜第ｊの超音波素子列（ＳＲ１、ＳＲ２）のうち第ｋの超音波素子列（ＳＲ１）と第ｋ＋１の超音波素子列（ＳＲ２）との間に配置される。
【００８５】
ここで、ｉ、ｊはｉ≦ｊ≦ｎ−１の自然数であり、ｋはｉ−１≦ｋ≦ｊの自然数である。例えば、図５のようにコモン電極線（ＬＣ２）が第２の超音波素子列（ＳＲ２、ｉ＝ｊ＝２）にコモン電圧を供給する場合、コモン電極線（ＬＣ２）は、第１、第２の超音波素子列（ＳＲ１、ＳＲ２、ｋ＝１＝ｉ−１）の間に配置されてもよい。或は図５の配置とは左右反対に、コモン電極線（ＬＣ２）は、第２、第３の超音波素子列（ＳＲ２、ＳＲ３、ｋ＝２＝ｊ）の間に配置されてもよい。
【００８６】
このようにすれば、第ｉ〜第ｊの超音波素子列（ＳＲ２）にコモン電圧を供給するコモン電極線（ＬＣ２）を、第ｋの超音波素子列（例えばＳＲ１）と第ｋ＋１の超音波素子列（ＳＲ２）の間に配置できる。これにより、第ｉ〜第ｊの超音波素子列（ＳＲ２）に対して低抵抗でコモン電圧を供給することが可能になり、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００８７】
また本実施形態では、超音波素子アレイ１００が配置され、コモン電極線（ＬＣ２）が形成される基板６０と、基板６０に形成され、超音波素子列（例えばＳＲ２）に対して信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う信号電極線（ＬＳ２）と、を含む。複数の超音波素子１０の各超音波素子は、第１の電極（例えば第１電極層２１が圧電体層３０に覆われる部分）と、第２の電極（圧電体層３０を覆う部分の第２電極層２２）と、第１の電極と第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部（例えば圧電体層３０）と、を有する。第１の電極は、信号電極線（例えばＬＳ２）に接続され、第２の電極は、コモン電極線（ＬＣ２）に接続されてもよい。
【００８８】
例えば本実施形態では、コモン電極線や信号電極線は基板６０上に延在形成される。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６０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（例えば超音波素子から信号端子まで）が接続されていることである。
【００８９】
コモン電極線（ＬＣ２）が基板６０上に形成される場合、コモン電極線（ＬＣ２）に配線抵抗が生じる可能性があるが、本実施形態によれば、このような場合であっても低抵抗でコモン端子（ＣＡ２）から超音波素子１０まで接続することが可能になり、超音波素子１０に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００９０】
また本実施形態では、超音波トランスデューサーデバイス２００は、複数の信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４と、上記のコモン電極線（ＬＣ２）として第１のコモン電極線（ＬＣ２）と、第２、第３のコモン電極線（例えばＬＣ３、ＬＣ４）と、を含む。複数の信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４の各信号電極線は、第１の方向Ｄ１に配線される。また各信号電極線は、少なくとも第１、第２の超音波素子列である複数の超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４のいずれかに対して、信号の供給及び受信の少なくとも一方を行う。第１〜第３のコモン電極線（ＬＣ２〜ＬＣ４）の各コモン電極線は、第１の方向Ｄ１に配線され、複数の超音波素子列ＳＲ１〜ＳＲ６４のうちの１又は複数の超音波素子列に対してコモン電圧を供給する。
【００９１】
このようにすれば、少なくとも第１のコモン電極線（例えば図５のＬＣ２）が超音波素子列の間に配置されており、第１〜第３のコモン電極線（ＬＣ２〜ＬＣ４）により、それぞれ１又は複数の超音波素子列（図５の例では、それぞれＳＲ２〜ＳＲ４）に対してコモン電圧を供給できる。これにより、コモン端子から超音波素子までの配線抵抗を小さくできるため、超音波素子に印加される電圧振幅の低下を抑制できる。
【００９２】
また本実施形態では、第１のコモン電極線（例えば図５のＬＣ２）は、第１〜第ｐの超音波素子列（ｐは自然数）（ＳＲ２）に電気的に接続されるとともに、第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ｑはｑ＞ｐの自然数）（ＳＲ３）に電気的に非接続である。第２のコモン電極線（ＬＣ３）は、第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ＳＲ３）に電気的に接続されるとともに、第１〜第ｐの超音波素子列（ＳＲ２）に電気的に非接続である。
【００９３】
このようにすれば、第１〜第ｐの超音波素子列（ＳＲ２）に接続されるコモン電極線（ＬＣ２）と第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ＳＲ３）に接続されるコモン電極線（ＬＣ３）とを分離できるため、コモン電圧の変動を介したクロストークを抑制できる。例えば、連続波ドップラー用に第１〜第ｐの超音波素子列（ＳＲ２）を受信用とし、第ｐ＋１〜第ｑの超音波素子列（ＳＲ３）を送信用としたとする。仮にコモン電極線が共通であれば、コモン電圧が駆動信号によって変動し、その変動が受信用の超音波素子列に影響を与え、微弱な受信信号を検出できなくなる。この点、本実施形態によれば、受信用の超音波素子列のコモン電圧が独立しているため、微弱な受信信号を検出可能となる。
【００９４】
また本実施形態では、超音波トランスデューサーデバイス２００は、第１、第２のコモン電極線（例えば図８のＬＣ２、ＬＣ３）に接続される第１、第２のコモン端子（ＣＡ２、ＣＡ３）と、第１〜第ｒの信号電極線（ｒは自然数）（ＬＳ３、ＬＳ４）に共通接続される第１の信号端子（ＸＡ２）と、第ｋ＋１〜第２ｋの信号電極線（ＬＳ５、ＬＳ６）に共通接続される第２の信号端子（ＸＡ３）と、を含む。第１のコモン電極線（ＬＣ２）と第１〜第ｋの信号電極線（ＬＳ３、ＬＳ４）は、第１〜第ｋの超音波素子列（ＳＲ３、ＳＲ４）に電気的に接続される。第２のコモン電極線（ＬＣ３）と第ｋ＋１〜第２ｋの信号電極線（ＬＳ５、ＬＳ６）は、第ｋ＋１〜第２ｋの超音波素子列（ＳＲ５、ＳＲ６）に電気的に接続される。
【００９５】
このようにすれば、同一信号を送信又は受信するチャンネルごとにコモン電極線を分離することができるため、コモン電極線の電圧変動を介したチャンネル間クロストークを抑制できる。例えば、上述の連続波ドップラーに用いる場合、受信用チャンネルと送信用チャンネルを分けることが可能となる。
【００９６】
また本実施形態では、超音波素子アレイ１００の隅に配置される第１の超音波素子１０のコモン電極の電位と、超音波素子アレイ１００の中央に配置される第２の超音波素子１０のコモン電極の電位との差が、生じないように、前記基板６０上にコモン電極線（例えばＬＣ１等）が形成されている。
【００９７】
ここで、「電位の差分が生じないように」とは、例えば電位の差分が所定の範囲内となることである。所定の範囲とは、所望の超音波ビーム形状を実現できる、超音波素子アレイ１００の隅と中央でのコモン電圧の電位差である。例えば、超音波素子の電極間に印加されるべき電圧振幅を、所望の超音波ビーム形状を実現するように決定し、その電圧振幅を実現するようにコモン電圧の許容誤差を決定する。そして、その許容誤差範囲内となるように、コモン電極線（例えばＬＣ１等）を形成する。
【００９８】
このようにすれば、超音波素子アレイ１００の端部に供給されるコモン電圧と、超音波素子アレイ１００の中央部に供給されるコモン電圧の差分を生じさせないようにできる。これにより、図３で説明したような配線抵抗によるコモン電圧の変動を小さくできるので、超音波素子アレイ１００の中央部における駆動電圧振幅の低下が抑制される。
【００９９】
４．超音波トランスデューサーデバイスの詳細構成
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス２００の第１の詳細な構成例を示す。図９（Ａ）は基板６０に対して平面視したときの平面視図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡＡ’断面での断面図であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＢＢ’断面での断面図である。
【０１００】
超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０、振動膜５０、圧電体層３０、第１電極層２１ａ、２１ｂ、第２電極層２２ａを含む。以下では「上」は、超音波の出射方向に基板６０から離れる方向を表し、「下」は、超音波の出射方向の反対方向に基板６０へ近づく方向を表す。
【０１０１】
第１電極層２１ａは、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿ったライン状に、振動膜５０上に形成される。第２電極層２２ａは、第１の方向Ｄ１に沿ったライン状に第１電極層２１ａ上に形成される電極層ＬＣｄ１と、電極層ＬＣｄ１から第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に伸びる電極層ＬＣｄ２と、で構成される。電極層ＬＣｄ２は、圧電体層３０の上部を覆うように形成される。電極層ＬＣｄ１は、信号電極線及びコモン電極線の一方に対応する。電極層ＬＣｄ２は超音波素子の上部電極を兼ねており、例えば図９（Ａ）の平面視において圧電体層３０と重なる部分が上部電極に相当する。
【０１０２】
第１電極層２１ｂは、第１の方向Ｄ１に沿ったライン状に、振動膜５０上に形成される。圧電体層３０は開口４０の上に設けられ、その圧電体層３０と振動膜５０の間に第１電極層２１ｂが形成される。第１電極層２１ｂは、信号電極線及びコモン電極線の他方に対応する。また、第１電極層２１ｂは超音波素子の下部電極を兼ねており、例えば図９（Ａ）の平面視において圧電体層３０と重なる部分が下部電極に相当する。
【０１０３】
以上の実施形態では、信号電極線（第１電極層２１ｂ）は、超音波素子アレイ１００に対する平面視において、圧電体層３０（広義にはトランスデューサー部）と重なる位置を含んで第１の方向Ｄ１に配線される。コモン電極線（電極層ＬＣｄ１）は、超音波素子アレイ１００に対する平面視において、圧電体層３０と重ならない位置に第１の方向Ｄ１に配線される。
【０１０４】
このようにすれば、圧電体層３０の下に第１電極層２１ｂを配線できるので、スキャン方向（第２の方向Ｄ２）における素子ピッチを狭くすることができる。これにより、スキャン方向におけるグレーティングローブを抑制することが可能となる。
【０１０５】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス２００の第２の詳細な構成例を示す。図１０（Ａ）は基板６０に対して平面視したときの平面視図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＡＡ’断面での断面図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＢＢ’断面での断面図である。
【０１０６】
超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０、振動膜５０、圧電体層３０、第１電極層２１ａ、２１ｂ、第２電極層２２ａ、２２ｂを含む。
【０１０７】
第１電極層２１ａと第２電極層２２ａの構成については、第１の詳細な構成例と同様なので説明を省略する。
【０１０８】
第１電極層２１ｂは、第１の方向Ｄ１に沿ったライン状に振動膜５０上に形成される電極層ＬＳｄ１１、ＬＳｄ１２と、電極層ＬＳｄ１１から第２の方向Ｄ２に伸びて電極層ＬＳｄ１２に接続される電極層ＬＳｄ２と、で構成される。電極層ＬＳｄ１２は、信号電極線及びコモン電極線の他方に対応する。電極層ＬＳｄ１１は、超音波素子の下部電極を兼ねており、例えば図１０（Ａ）の平面視において圧電体層３０と重なる部分が下部電極に相当する。第２電極層２２ｂは、第１電極層２１ｂを覆うように第１電極層２１ｂ上に形成される。
【０１０９】
以上の実施形態では、信号電極線（電極層ＬＳｄ１２）は、超音波素子アレイ１００に対する平面視において、圧電体層３０と重ならない位置に第１の方向Ｄ１に配線される。コモン電極線（電極層ＬＣｄ１）は、超音波素子アレイ１００に対する平面視において、圧電体層３０及び信号電極線（電極層ＬＳｄ１２）に重ならない位置に第１の方向Ｄ１に配線される。
【０１１０】
このように、圧電体層３０の下に設けた電極層ＬＳｄ１１とは別に電極層ＬＳｄ１２を設けることで、圧電体層３０の幅に制限されずに電極層ＬＳｄ１２の幅を決定し、配線インピーダンスを低下させることが可能となる。これにより、コモン電圧（又は駆動信号）を、より低インピーダンスで超音波素子まで供給できる。
【０１１１】
５．超音波測定装置
図１１に、超音波トランスデューサーデバイス２００が適用された超音波測定装置の構成例を示す。以下ではフレキシブル基板に、送信回路を含む集積回路装置が実装される場合について説明するが、本実施形態はこれに限定されず、送信回路はプローブのリジッド基板に設けられてもよい。
【０１１２】
超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００（素子チップ）、第１のフレキシブル基板１３０、第２のフレキシブル基板１４０、第１の集積回路装置１１０、第２の集積回路装置１２０を含む。なお以下では、超音波トランスデューサーデバイスを素子チップとも呼ぶ。
【０１１３】
図１１に示すように、フレキシブル基板１３０上の方向を第３の方向Ｄ３と、第３の方向Ｄ３に交差（例えば直交）する第４の方向Ｄ４とする。フレキシブル基板１３０は、第３の方向Ｄ３での一方の端部ＨＦＡ１で素子チップ２００に接続され、他方の端部ＨＦＡ２でプローブのリジッド基板に例えば不図示のコネクター等を介して接続される。集積回路装置１１０は、その長辺方向が第４の方向Ｄ４に沿うようにフレキシブル基板１３０に実装される。
【０１１４】
具体的には、フレキシブル基板１３０には、第３の方向Ｄ３に沿って第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４と第１〜第６４のコモン線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ６４が配線される。第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４の一端は、素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続され、第１〜第６４のコモン線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ６４の一端は、素子チップ２００の第１〜第６４のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４に接続される。第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と第１〜第６４のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４は、素子チップ２００の超音波出射方向側の面に形成されており、フレキシブル基板１３０は、その超音波出射方向側の面で素子チップ２００に接続される。
【０１１５】
集積回路装置１１０は、駆動信号を出力する第１〜第６４の送信回路（例えば図１２のＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４）と、第１〜第６４の送信回路の出力ノードに接続される不図示の第１〜第６４の送信端子と、を含む。第１〜第６４の送信端子は、集積回路装置１１０の第１の長辺ＨＬＡ１に沿って配置されており、それぞれ第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４に接続される。
【０１１６】
プローブのリジッド基板には、第１〜第６４のコモン線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ６４を介して素子チップ２００の第１〜第６４のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４に対してコモン電圧を供給する不図示のコモン電圧出力回路が設けられる。集積回路装置１１０の第１〜第６４の送信回路は、第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４を介して素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対して駆動信号を供給し、素子チップ２００から超音波ビームが出力される。素子チップ２００が超音波エコーを受信すると、第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４から受信信号が出力される。プローブのリジッド基板には、その受信信号を第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４を介して受信する不図示の受信回路が設けられている。
【０１１７】
フレキシブル基板１３０には、複数の制御信号線ＣＴＬＡ１〜ＣＴＬＡ４を配線してもよい。この制御信号線ＣＴＬＡ１〜ＣＴＬＡ４を介して、例えばプローブのリジッド基板に設けられた制御回路（例えば図１６の送受信制御部３３４）から制御信号が入力される。例えば、制御回路は、送信回路に対して駆動パルス信号の出力を指示する制御信号を出力する。その制御信号は、駆動パルス信号の遅延時間（出力タイミング）に応じたタイミングで出力され、送信回路は、制御信号を受けたタイミングで駆動パルス信号を出力する。
【０１１８】
集積回路装置１１０の実装は、異方性導電フィルム（ACF: Anisotropic Conductive Film）を用いたフリップチップ実装（ベアチップ実装）により実現される。ここで、フリップチップ実装とは、例えば、素子形成面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースダウン実装である。或は、素子形成面の裏面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースアップ実装であってもよい。
【０１１９】
このように、送信回路を含む集積回路装置１１０をフレキシブル基板に実装することで、送信回路をプローブのリジッド基板に設ける場合に比べてプローブを小型化できる。また、フリップチップ実装を行うことで、フラットパッケージの集積回路装置をリジッド基板に対して実装する場合に比べて実装面積を削減できる。また、本実施形態の素子チップ２００は１０〜３０Ｖ程度で駆動可能であるため集積回路装置１１０を小型化できる。そのため、高耐圧の集積回路装置が必要なバルク圧電素子では困難な、フリップチップ実装による小型化を容易に実現できる。
【０１２０】
なお、集積回路装置１１０の第２の長辺ＨＬＡ２に沿って第１〜第６４のダミー端子が設けられ、第１〜第６４のダミー端子が第１〜第６４の信号線ＬＸＡ１〜ＬＸＡ６４に接続されてもよい。このようにすれば、異方性導電フィルムが硬化収縮して端子を配線に導通させるときに、第１の長辺ＨＬＡ１側と第２の長辺ＨＬＡ２側で硬化収縮の力が均等になり、導通の信頼性を向上できる。
【０１２１】
第２のフレキシブル基板１４０と第２の集積回路装置１２０についても、第１のフレキシブル基板１３０と第１の集積回路装置１１０と同様に構成できる。即ち、フレキシブル基板１４０には、第５の方向Ｄ５に沿って第１〜第６４の信号線ＬＸＢ１〜ＬＸＢ６４と第１〜第６４のコモン線ＬＣＢ１〜ＬＣＢ６４が配線される。第１〜第６４の信号線ＬＸＢ１〜ＬＸＢ６４の一端は、素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４に接続され、第１〜第６４のコモン線ＬＣＢ１〜ＬＣＢ６４の一端は、素子チップ２００の第１〜第６４のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４に接続される。集積回路装置１２０は、その長辺方向が、第５の方向Ｄ５に交差（例えば直交）する第６の方向Ｄ６に沿うようにフレキシブル基板１４０にフリップチップ実装される。
【０１２２】
なお上記では集積回路装置１１０、１２０が送信回路を含む場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、例えば集積回路装置１１０、１２０は、更に送受信切り替え回路（又はリミッター回路）やマルチプレクサー、受信回路等を含んでもよい。
【０１２３】
６．集積回路装置のレイアウト構成例
図１２に、第１の集積回路装置１１０と第２の集積回路装置１２０のレイアウト構成例を示す。なお簡単のため、コモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４、ＣＢ１〜ＣＢ６４、コモン線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ６４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ６４の図示を省略する。
【０１２４】
集積回路装置１１０は、第４の方向Ｄ４（集積回路装置１１０の長辺方向）に沿って配置される第１〜第６４の送信回路ＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４と、第１の短辺ＨＳＡ１側に配置される第１の制御回路ＣＴＡ１と、第２の短辺ＨＳＡ２側に配置される第２の制御回路ＣＴＡ２と、を含む。
【０１２５】
第１〜第６４の送信回路ＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４は、駆動パルス信号を出力するパルサーで構成される。制御回路ＣＴＡ１、ＣＴＡ２は、リジッド基板の制御回路からの制御信号を受けて、送信回路ＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４へ制御信号を出力するロジック回路である。なお制御回路ＣＴＡ１、ＣＴＡ２は、いずれか一方のみでもよいし、省略してもよい。
【０１２６】
集積回路装置１２０についても集積回路装置１１０と同様に構成できる。即ち、集積回路装置１２０は、第６の方向Ｄ６（集積回路装置１２０の長辺方向）に沿って配置される第１〜第６４の送信回路ＴＸＢ１〜ＴＸＢ６４と、第１の短辺ＨＳＢ１側に配置される第１の制御回路ＣＴＢ１と、第２の短辺ＨＳＢ２側に配置される第２の制御回路ＣＴＢ２と、を含む。
【０１２７】
本レイアウト構成例によれば、集積回路装置１１０、１２０を長辺方向に長細い矩形状に構成し、素子チップ２００の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＸＢ１〜ＸＢ６４に対して送信回路ＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４、ＴＸＢ１〜ＴＸＢ６４を対向させることができる。これにより、端子間の配線が簡素になり、集積回路装置１１０、１２０をフレキシブル基板１３０、１４０に対してコンパクトに実装することが可能となる。
【０１２８】
７．ヘッドユニット
図１３に、本実施形態の超音波測定装置が搭載されるヘッドユニット２２０の構成例を示す。図１３に示すヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０、支持部材２５０を含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図１３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。
【０１２９】
素子チップ２００は、超音波素子アレイ１００、第１のチップ端子群（一端側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、一端側のコモン端子ＣＡ１〜ＣＡ６４）、第２のチップ端子群（他端側の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４、他端側のコモン端子ＣＢ１〜ＣＢ６４）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１６の処理装置３３０）と電気的に接続される。
【０１３０】
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って、複数の接続端子を有するコネクターと、コネクターと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板とを有する。具体的には、接続部２１０は、コネクターとして第１のコネクター４２１及び第２のコネクター４２２を有し、フレキシブル基板として第１のフレキシブル基板１３０及び第２のフレキシブル基板１４０を有する。
【０１３１】
第１のフレキシブル基板１３０には、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる第１のチップ端子群（ＸＡ１〜ＸＡ６４、ＣＡ１〜ＣＡ６４）とコネクター４２１の端子群とを接続する第１の配線群（複数の信号線、複数のコモン線）が形成される。第２のフレキシブル基板１４０には、素子チップ２００の第２の辺側に設けられる第２のチップ端子群（ＸＢ１〜ＸＢ６４、ＣＢ１〜ＣＢ６４）とコネクター４２２の端子群とを接続する第２の配線群（複数の信号線、複数のコモン線）が形成される。
【０１３２】
なお接続部２１０は、図１３に示す構成に限定されず、例えばコネクター４２１、４２２を含まない構成とし、コネクター４２１、４２２の代わりに接続端子群を設けてもよい。
【０１３３】
以上のように、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。
【０１３４】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に、ヘッドユニット２２０の詳細な構成例を示す。図１４（Ａ）は支持部材２５０の第２の面ＳＦ２側を示し、図１４（Ｂ）は支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側を示し、図１４（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１４（Ａ）〜図１４（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。
【０１３５】
支持部材２５０は、素子チップ２００を支持する部材である。支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側には、コネクター４２１、４２２（広義には複数の接続端子）が設けられる。このコネクター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。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。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。
【０１３６】
ここで支持部材２５０の第１の面ＳＦ１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ＳＦ２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。
【０１３７】
図１４（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。保護部材は、音響整合層を兼ねてもよい。
【０１３８】
８．超音波プローブ
図１５（Ａ）、図１５（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（プローブ）の構成例を示す。図１５（Ａ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図１５（Ｂ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。
【０１３９】
プローブヘッド３１０は、ヘッドユニット２２０、被検体と接触する接触部材２３０及びヘッドユニット２２０を格納するプローブ筐体２４０を含む。素子チップ２００は、接触部材２３０と支持部材２５０との間に設けられる。
【０１４０】
プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクター４２６を含む。処理装置３３０は、送信部３３２、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。送信部３３２は、素子チップ２００への駆動パルス（送信信号）の送信処理を行う。受信部３３５は、素子チップ２００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、送信部３３２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（又はプローブヘッド）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。
【０１４１】
ヘッドユニット２２０は、プローブ筐体２４０に格納されているが、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体２４０から取り外すことができる。こうすることで、ヘッドユニット２２０だけを交換することができる。或いは、プローブ筐体２４０に格納された状態で、即ちプローブヘッド３１０として交換することもできる。
【０１４２】
９．超音波画像装置
図１６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、ヘッドユニット２２０（超音波ヘッドユニット）、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。
【０１４３】
処理装置３３０は、送信部３３２、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。ヘッドユニット２２０は、素子チップ２００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、送信部３３２、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。送信部３３２は、パルサーの電源電圧を発生する高電圧生成回路（例えば昇圧回路）を含んでもよい。
【０１４４】
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。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。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。
【０１４５】
なお、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスは、上記のような医療用の超音波画像装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。例えば、超音波トランスデューサーデバイスが適用された電子機器として、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。
【０１４６】
なお、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。また集積回路装置、超音波素子、超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ、超音波画像装置の構成・動作や、集積回路装置の実装手法等も、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】
【０１４７】
１０  超音波素子、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（素子チップ）、２１０  接続部、
２２０  超音波ヘッドユニット、２３０  接触部材、２４０  プローブ筐体、
２５０  支持部材、２６０  固定用部材、３００  超音波プローブ、
３１０  プローブヘッド、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、３５０  ケーブル、
４００  電子機器本体、４１０  制御部、４２０  処理部、
４２１  第１のコネクター、４２２  第２のコネクター、
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、
ＣＡ１〜ＣＡ６４  第１〜第６４の一端側のコモン端子、
ＣＢ１〜ＣＢ６４  第１〜第６４の他端側のコモン端子、
Ｄ１〜Ｄ６  第１〜第６の方向、ＬＣ１〜ＬＣ６４  第１〜第６４のコモン電極線、
ＬＣｄ１，ＬＣｄ２，ＬＳｄ１１，ＬＳｄ１２，ＬＳｄ２  電極層、
ＬＳ１〜ＬＳ１２８  第１〜第１２８の信号電極線、
ＳＲ１〜ＳＲ１２８  第１〜第１２８の超音波素子列、
ＴＸＡ１〜ＴＸＡ６４  第１〜第６４の送信回路、
ＸＡ１〜ＸＡ６４  第１〜第６４の一端側の信号端子、
ＸＢ１〜ＸＢ６４  第１〜第６４の他端側の信号端子
【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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【図１６】
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