(57)【要約】【課題】切り替えスイッチを用いずに送受信の感度を向上できる超音波トランスデューサーデバイス、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は、第１の素子群〜第ｋの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３を有する超音波トランスデューサー素子アレイと、信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部に接続される第１信号端子ＸＡｉと、第１信号端子ＸＡｉと超音波トランスデューサー素子アレイを介して接続される第２信号端子ＸＣｉと、を含む。第１の素子群〜第ｋの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は各素子群ＥＧ１〜ＥＧ３内において電気的に並列接続される。第１の素子群〜第ｋの素子群ＥＧ１〜ＥＧ３は、第１信号端子ＸＡｉと第２信号端子ＸＣｉとの間に電気的に直列接続される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の素子群〜第ｋの素子群（ｋはｋ≧２の自然数）を有する超音波トランスデューサー素子アレイと、
信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部に接続される第１信号端子と、
前記第１信号端子と前記超音波トランスデューサー素子アレイを介して接続される第２信号端子と、
を含み、
前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は前記各素子群内において電気的に並列接続され、
前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列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２】
請求項１において、
前記第１信号端子は、信号の受信及び送信を行う前記制御部に接続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３】
請求項１又は２において、
電気的に並列接続される前記複数の超音波トランスデューサー素子は、スキャン方向である第１の方向に並んで配置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４】
請求項３において、
前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１の方向に交差する第２の方向に並んで配置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５】
請求項４において、
前記各素子群は、前記複数の超音波トランスデューサー素子として第１の超音波トランスデューサー素子〜第ｊの超音波トランスデューサー素子（ｊはｊ≧２の自然数）を有し、
前記第１の超音波トランスデューサー素子〜前記第ｊの超音波トランスデューサー素子のうち、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群における第ｓの超音波トランスデューサー素子（ｓはｓ≦ｊの自然数）の各々は、前記第２の方向に並んで配置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６】
請求項１において、
前記各素子群は、電気的に並列接続される前記複数の超音波トランスデューサー素子として、スキャン方向である第１の方向と前記第１の方向に交差する第２の方向との２方向にマトリックス配置される少なくとも４個の超音波トランスデューサー素子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７】
請求項３乃至６のいずれかにおいて、
前記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、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられるトランスデューサー部と、を有し、
前記第１の素子群の前記第１電極は、前記第１信号端子に接続され、
前記第１の素子群の前記第２電極は、前記第２の素子群の前記第１電極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８】
請求項７において、
前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群のうちの第ｋ−１の素子群の前記第２電極は、前記第ｋの素子群の前記第１電極に接続され、
前記第ｋの素子群の前記第２電極は、前記第２信号端子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９】
請求項３乃至８のいずれかにおいて、
前記第１の方向に交差する第２の方向おける前記超音波トランスデューサー素子アレイの一方の端部に配置される複数の前記第１信号端子と、
前記第２の方向における前記超音波トランスデューサー素子アレイの他方の端部に少なくとも配置され、前記第２信号端子に接続される第２信号電極線と、
を含み、
前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１信号端子と前記第２信号電極線との間に電気的に直列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１０】
請求項９において、
前記第２信号端子は、前記一方の端部に配置され、
前記第２信号電極線は、前記他方の端部に前記第１の方向に配置される第１配線と、前記第１配線と前記一方の端部に配置される前記第２信号端子とを接続する第２配線と、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１１】
超音波トランスデューサー素子アレイと、
信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部に接続される第１信号端子と、
前記第１信号端子と前記超音波トランスデューサー素子アレイを介して接続される第２信号端子と、
を含み、
前記超音波トランスデューサー素子アレイは、
前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列接続される複数の超音波トランスデューサー素子又は、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列接続される複数の素子群を有し、
前記複数の素子群の各素子群は、
電気的に並列接続される複数の超音波トランスデューサー素子を有し、
前記複数の超音波トランスデューサー素子又は前記複数の素子群は、スキャン方向である第１の方向に交差する第２の方向に並んで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１２】
複数の超音波トランスデューサー素子が電気的に並列接続されている第１の素子群と、
複数の超音波トランスデューサー素子が電気的に並列接続されている第２の素子群と、
前記第１の素子群と前記第２の素子群を電気的に直列接続する接続配線と、
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１３】
プローブのヘッドユニットであって、
請求項１乃至１２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１４】
請求項１乃至１２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１５】
請求項１４において、
前記第１信号端子に接続される第１信号線と、前記第２信号端子に接続される第２信号線と、が配置されるフレキシブル基板を含み、
前記第１信号端子及び前記第２信号端子は前記超音波トランスデューサーデバイスの一端に配置され、
前記フレキシブル基板は、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記一端に設けられることを特徴とするプローブ。
【請求項１６】
請求項１４又は１５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。
【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、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画像装置（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診断装置などとして用いられている。超音波を送信・受信する超音波トランスデューサー素子として、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２０１１−５０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の超音波プローブでは、超音波トランスデューサー素子を並べた超音波トランスデューサーアレイを用いた超音波の送受信で、送信時と受信時において超音波トランスデューサー素子の接続関係を直列と並列との間でスイッチ回路によって切り替えることにより送受信の感度を向上させている。しかしながら、切り替えのためのスイッチ回路やそのための配線が複雑に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、切り替えスイッチを用いずに送受信の感度を向上できる超音波トランスデューサーデバイス、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、第１の素子群〜第ｋの素子群（ｋはｋ≧２の自然数）を有する超音波トランスデューサー素子アレイと、信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部に接続される第１信号端子と、前記第１信号端子と前記超音波トランスデューサー素子アレイを介して接続される第２信号端子と、を含み、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子は前記各素子群内において電気的に並列接続され、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列接続され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、第１の素子群〜第ｋの素子群が第１信号端子と第２信号端子との間に直列接続され、その各素子群が有する複数の超音波トランスデューサー素子が、並列接続される。これにより、切り替えスイッチを用いずに超音波の送受信の感度を向上す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信号端子は、信号の受信及び送信を行う前記制御部に接続されていてもよい。
【０００９】
このようにすれば、制御部が、第１信号端子を介して信号の受信及び送信を行うことができ、超音波の送受信を行うことが可能となる。
【００１０】
また本発明の一態様では、電気的に並列接続される前記複数の超音波トランスデューサー素子は、スキャン方向である第１の方向に並んで配置されていてもよい。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１の方向に交差する第２の方向に並んで配置されていてもよい。
【００１２】
このようにすれば、第１の素子群〜第ｋの素子群は直列接続されているので、第２の方向に沿って配置された第１の素子群〜第ｋの素子群に同一位相・同一振幅の送信信号を印加することが可能となる。これにより、位相遅延等による自然フォーカスを抑制でき、第２の方向におけるビームプロファイルを改善できる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記各素子群は、前記複数の超音波トランスデューサー素子として第１の超音波トランスデューサー素子〜第ｊの超音波トランスデューサー素子（ｊはｊ≧２の自然数）を有し、前記第１の超音波トランスデューサー素子〜前記第ｊの超音波トランスデューサー素子のうち、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群における第ｓの超音波トランスデューサー素子（ｓはｓ≦ｊの自然数）の各々は、前記第２の方向に並んで配置されていてもよい。
【００１４】
このようにすれば、第１の素子群〜第ｎの素子群における第ｓの超音波トランスデューサー素子を第２の方向に沿って配置できるため、同一位相・同一振幅の超音波を、第２の方向に沿って配置された超音波トランスデューサー素子から出射できる。これにより、ビームプロファイルをより理想的なプロファイルにできる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記各素子群は、電気的に並列接続される前記複数の超音波トランスデューサー素子として、スキャン方向である第１の方向と前記第１の方向に交差する第２の方向との２方向にマトリックス配置される少なくとも４個の超音波トランスデューサー素子を有してもよい。
【００１６】
このようにした場合にも、各素子群の第ｓの超音波トランスデューサー素子を第２の方向に沿って配置することが可能であるため、第２の方向におけるビームプロファイルを改善できる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記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、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられるトランスデューサー部と、を有し、前記第１の素子群の前記第１電極は、前記第１信号端子に接続され、前記第１の素子群の前記第２電極は、前記第２の素子群の前記第１電極に接続されてもよい。
【００１８】
また本発明の一態様では、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群のうちの第ｋ−１の素子群の前記第２電極は、前記第ｋの素子群の前記第１電極に接続され、前記第ｋの素子群の前記第２電極は、前記第２信号端子に接続されてもよい。
【００１９】
このようにすれば、第１の素子群〜第ｋの素子群を第１信号端子と第２信号端子との間に直列接続できる。また、第１信号端子と第１電極を接続する配線の抵抗や第２信号端子と第２電極を接続する配線の抵抗により送信信号の位相遅延が生じる可能性があるが、本発明の一態様によれば、第１信号端子と第２信号端子との間に複数の素子群が直列接続されるため、位相遅延を抑制できる。
【００２０】
また本発明の一態様では、前記第１の方向に交差する第２の方向おける前記超音波トランスデューサー素子アレイの一方の端部に配置される複数の前記第１信号端子と、前記第２の方向における前記超音波トランスデューサー素子アレイの他方の端部に少なくとも配置され、前記第２信号端子に接続される第２信号電極線と、を含み、前記第１の素子群〜前記第ｋの素子群は、前記第１信号端子と前記第２信号電極線との間に電気的に直列接続されてもよい。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記第２信号端子は、前記一方の端部に配置され、前記第２信号電極線は、前記他方の端部に前記第１の方向に配置される第１配線と、前記第１配線と前記一方の端部に配置される前記第２信号端子とを接続する第２配線と、を有してもよい。
【００２２】
本発明の一態様によれば、各チャンネルを構成する第１の素子群〜第ｋの素子群の一端が第２信号電極線となるため、複数のチャンネルの第２信号電極線を容易に共通接続できる。第２信号電極線を第１配線及び第２配線により第２信号端子に共通接続し、その第２信号端子及び複数の第１信号端子を超音波トランスデューサー素子アレイの一方の端部に配置することで、信号の入出力を一方の端部のみから行うことが可能となる。
【００２３】
また本発明の他の態様は、超音波トランスデューサー素子アレイと、信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部に接続される第１信号端子と、前記第１信号端子と前記超音波トランスデューサー素子アレイを介して接続される第２信号端子と、を含み、前記超音波トランスデューサー素子アレイは、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列接続される複数の超音波トランスデューサー素子又は、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間に電気的に直列接続される複数の素子群を有し、前記複数の素子群の各素子群は、電気的に並列接続される複数の超音波トランスデューサー素子を有し、前記複数の超音波トランスデューサー素子又は前記複数の素子群は、スキャン方向である第１の方向に交差する第２の方向に並んで配置される超音波トランスデューサーデバイスに関係する。
【００２４】
また本発明の更に他の態様は、複数の超音波トランスデューサー素子が電気的に並列接続されている第１の素子群と、複数の超音波トランスデューサー素子が電気的に並列接続されている第２の素子群と、前記第１の素子群と前記第２の素子群を電気的に直列接続する接続配線と、を含む超音波トランスデューサーデバイスに関係する。
【００２５】
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、前記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。
【００２６】
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。
【００２７】
また本発明の更に他の態様では、前記第１信号端子に接続される第１信号線と、前記第２信号端子に接続される第２信号線と、が配置されるフレキシブル基板を含み、前記第１信号端子及び前記第２信号端子は前記超音波トランスデューサーデバイスの一端に配置され、前記フレキシブル基板は、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記一端に設けられてもよい。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。
【図２】超音波トランスデューサーデバイスの構成例。
【図３】チャンネル素子群の構成例。
【図４】チャンネル素子群の第１のレイアウト構成例の平面視図。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、チャンネル素子群の第１のレイアウト構成例の断面図。
【図６】チャンネル素子群の第２のレイアウト構成例。
【図７】図７（Ａ）は、チャンネルの比較構成例。図７（Ｂ）は、比較構成例における音場シミュレーション結果。
【図８】本実施形態における音場シミュレーション結果。
【図９】チャンネル素子群の変形例。
【図１０】チャンネル素子群の変形例のレイアウト構成例。
【図１１】超音波トランスデューサーデバイスの変形例。
【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】
【００３０】
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。
【００３１】
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５０（メンブレン、支持部材）、第１電極層２１（下部電極層）、圧電体層３０（圧電体膜）、第２電極層２２（上部電極層）を含む。
【００３２】
超音波トランスデューサー素子１０は、基板６０に形成される。基板６０は例えばシリコン基板である。図１（Ａ）は、超音波トランスデューサー素子１０を、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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ている。これらの第１の電極、第２の電極、圧電体層３０を圧電素子部とも呼ぶ。
【００３７】
振動膜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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
上記のように超音波トランスデューサー素子１０を構成することにより、バルク型の超音波トランスデューサー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、バルク型の超音波トランスデューサー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。
【００４１】
２．超音波トランスデューサーデバイス
図２に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００の構成例を示す。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。
【００４２】
なお以下では、送受信チャンネルが第１〜第６４チャンネル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ず、ｎ＝６４以外の第１〜第ｎチャンネルで構成されてもよい。また以下では、信号端子とコモン端子との間に素子群が接続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。即ち、２つの信号端子の間に素子群を接続し、その２つの信号端子に例えば逆位相の信号を供給してもよい。
【００４３】
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トランスデューサー素子アレイ１００と、基板６０に形成された信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、基板６０に形成されたコモン端子ＸＣ１〜ＸＣ６４（広義には信号端子）と、基板６０に形成された信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４と、基板６０に形成されたコモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４（広義には信号電極線）と、を含む。
【００４４】
信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４は、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の一方の端部に配置され、各信号端子ＸＡｉ（ｉはｉ≦ｎ＝６４の自然数）は、信号電極線ＬＳｉの一端に接続される。コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ６４は、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の他方の端部に配置され、各コモン端子ＸＣｉは、コモン電極線ＬＣｉの一端に接続される。例えば、基板６０は、スキャン方向ＤＳを長辺方向とする矩形であり、その矩形の一方の長辺に沿って信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４が配置され、矩形の他方の長辺に沿ってコモン端子ＸＣ１〜ＸＣ６４が配置される。
【００４５】
ここで、スキャン方向ＤＳ及びスライス方向ＤＬは、基板６０の平面上における方向を表す。スキャン方向ＤＳとは、例えばセクタースキャンやリニアスキャン等のスキャン動作において超音波ビームをスキャンする方向に対応する。スライス方向ＤＬとは、スキャン方向ＤＳに交差（例えば直交）する方向であり、例えば超音波ビームをスキャンして断層画像を得る場合、その断層に直交する方向に対応する。
【００４６】
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チャンネル素子群ＣＨ１〜ＣＨ６４を含む。各チャンネル素子群ＣＨｉは、電気的に接続された複数の超音波トランスデューサー素子１０で構成され、信号電極線ＬＳｉの他端及びコモン電極線ＬＣｉの他端に接続されている。チャンネル素子群ＣＨｉの詳細な構成については後述する。
【００４７】
１つの送受信チャンネルは、信号端子ＸＡｉと信号電極線ＬＳｉとチャンネル素子群ＣＨｉとコモン電極線ＬＣｉとコモン端子ＸＣｉとにより構成される。即ち、信号端子ＸＡｉに送信信号（例えば電圧パルス）が供給されると、その送信信号をチャンネル素子群ＣＨｉの超音波トランスデューサー素子１０が超音波に変換し、超音波が出射される。そして、対象物が反射した超音波エコーを超音波トランスデューサー素子１０が受信信号（例えば電圧信号）に変換し、その受信信号が信号端子ＸＡｉから出力される。なお、コモン端子ＸＣｉにはコモン電圧（例えば一定の電圧）が供給される。
【００４８】
３．チャンネル素子群
さて、超音波エコーを高感度に検出するためには、送信音圧の増加及び受信感度の向上の少なくとも一方を行う必要がある。
【００４９】
送信音圧を増加する手法として、信号端子ＸＡｉとコモン端子ＸＣｉとの間に複数の超音波トランスデューサー素子１０を並列に接続することが考えられる。並列接続した場合、端子ＸＡｉ、ＸＣｉの間の送信電圧が複数の超音波トランスデューサー素子１０に印加されるので、超音波トランスデューサー素子１０が１個の場合に比べて送信音圧を上げることができる。
【００５０】
しかしながら、並列接続の場合には、各超音波トランスデューサー素子１０の受信電圧の振幅が加算されずに端子ＸＡｉ、ＸＣｉに出力されるため、受信感度の向上は期待できない。例えば体の深部を観察するためには微弱なエコーを受信する必要があり、受信におけるＳ／Ｎを上げる必要がある。また、人体への影響等を考慮すると送信音圧には上限があるため、受信感度を上げることが必要となる。
【００５１】
受信感度を向上させる手法としては、信号端子ＸＡｉとコモン端子ＸＣｉとの間に複数の超音波トランスデューサー素子１０を直列に接続することが考えられる。直列接続した場合、各超音波トランスデューサー素子１０の端子間の受信電圧が加算されて端子ＸＡｉ、ＸＣｉに出力されるため、受信感度を向上できる。
【００５２】
しかしながら、送信電圧が電圧分割されて複数の超音波トランスデューサー素子１０に印加されるため、送信音圧の向上は期待できない。このように、送信音圧と受信感度の双方を上げ、全体として送受信の感度を向上させることは困難であるという課題がある。
【００５３】
図３に、上記のような課題を解決できる本実施形態のチャンネル素子群ＣＨｉの構成例を示す。チャンネル素子群ＣＨｉは、信号電極線ＬＳｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に直列接続される素子群ＥＧ１〜ＥＧｋ（ｋはｋ≧２の自然数）を含む。なお以下ではｋ＝３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ない。
【００５４】
素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の各素子群は、並列接続されたｊ個の超音波トランスデューサー素子１０（ｊはｊ≧２の自然数）を有する。なお以下ではｊ＝４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ない。具体的には、素子群ＥＧ１は、信号電極線ＬＳｉとノードＮＡ１との間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１４を有し、素子群ＥＧ２は、ノードＮＡ１とノードＮＡ２との間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２４を有し、素子群ＥＧ３は、ノードＮＡ２とコモン電極線ＬＣｉとの間に並列接続される超音波トランスデューサー素子ＵＥ３１〜ＵＥ３４を有する。
【００５５】
各素子群の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１４、ＵＥ２１〜ＵＥ２４、ＵＥ３１〜ＵＥ３４は、スキャン方向ＤＳに沿って配置されており、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。具体的には、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ（ｓはｓ≦３＝ｊの自然数）は、スライス方向ＤＬに沿って配置されている。
【００５６】
なお本実施形態では、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓがスライス方向ＤＬに沿って一直線に並ぶ場合に限定されず、例えば一直線に対して交互にずれて配置されてもよい（例えばＵＥ１ｓ、ＵＥ３ｓが紙面右にずれ、ＵＥ２ｓが紙面左にずれてもよい）。また、各素子群が有する超音波トランスデューサー素子の数は同数のｊ個に限定されず、素子群ごとに超音波トランスデューサー素子の数が異なってもよい。
【００５７】
４．レイアウト構成
図４〜図５（Ｂ）に、上記チャンネル素子群ＣＨｉの第１のレイアウト構成例を示す。図４は、超音波出射方向側から基板６０の厚み方向に見たときの平面視図である。図５（Ａ）は、図４のＡＡ’断面における断面図であり、図５（Ｂ）は、図４のＢＢ’断面における断面図である。
【００５８】
まず、各素子群のレイアウト構成について素子群ＥＧ２を例にとり説明する。素子群ＥＧ２は、第１電極層７２ａ〜７２ｅ、第２電極層８２、圧電体層９２ａ〜９２ｄで構成される。
【００５９】
図４に示すように、平面視において、矩形の第１電極層７２ａ〜７２ｄがスキャン方向ＤＳに沿って配置されており、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿うように配置されている。第１電極層７２ａ〜７２ｄは、第１電極層７２ａ〜７２ｄのスライス方向ＤＬ側に配置された第１電極層７２ｅに共通接続されている。第１電極層７２ｅは、矩形の長辺がスキャン方向ＤＳに沿うように配置されている。これらの第１電極層７２ａ〜７２ｅは、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように振動膜５０の上に配置されている。ここで「上」とは、基板６０の厚み方向のうち超音波出射方向に基板６０から遠ざかる方向である。なお、第１電極層７２ａ〜７２ｅは便宜的に分割したものであり、１つの電極層で構成される。
【００６０】
圧電体層９２ａ〜９２ｄは、スキャン方向ＤＳに沿って等間隔に、第１電極層７２ａ〜７２ｄの上を覆うように配置されている。圧電体層９２ａ〜９２ｄは、平面視において矩形であり、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿うように配置されている。第２電極層８２は、圧電体層９２ａ〜９２ｄの上を覆うように配置されており、圧電体層９２ａ〜９２ｄにより第１電極層７２ａ〜７２ｄと絶縁されている。
【００６１】
次に、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３のレイアウト構成について説明する。素子群ＥＧ１の第１電極層７１ｅは、信号電極線ＬＳｉ（又は信号端子ＸＡｉ）に対応する。素子群ＥＧ１の第２電極層８１は、素子群ＥＧ２の第１電極層７２ａ〜７２ｄの一部と第１電極層７２ｅの上に配置されており、素子群ＥＧ１の第２電極層８１と素子群ＥＧ２の第１電極層７２ａ〜７２ｅは導通している。
【００６２】
そして、素子群ＥＧ２の第２電極層８２は、素子群ＥＧ３の第１電極層７３ａ〜７３ｄの一部と第１電極層７３ｅの上に配置されており、素子群ＥＧ２の第２電極層８２と素子群ＥＧ３の第１電極層７３ａ〜７３ｅとは導通している。素子群ＥＧ３の第２電極層８３は、コモン電極線ＬＣｉ（又はコモン端子ＸＣｉ）に対応する第１電極層７４に接続されている。第１電極層７４は、素子群ＥＧ３から見てスライス方向ＤＬの反対方向側に配置されている。このように、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３が信号電極線ＬＳｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に直列接続された構成となっている。
【００６３】
素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の圧電体層９１ａ〜９３ａ（又は９１ｂ〜９３ｂ、９１ｃ〜９３ｃ、９１ｄ〜９３ｄ）は、スライス方向ＤＬに沿って等間隔に配置されている。電極層に挟まれた圧電体層９１ａ〜９３ａの面積は同一である。この場合、圧電体層９１ａ〜９３ａを挟む電極間に印加される電圧は等しく、出射される超音波の位相や音圧も同一となる。このように等間隔の素子から同一位相・同一音圧の超音波が出射されることで、図７（Ａ）〜図８で後述するようなスライス方向ＤＬにおけるビームプロファイルの改善を実現できる。
【００６４】
なお、上記では平面視において圧電体層（９２ａ〜９２ｄ等）が矩形であり、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿っている配置を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、例えば圧電体層は正方形（略正方形）等であってもよい。
【００６５】
ここで、第１電極層７１ａ〜７１ｅ、第１電極層７２ａ〜７２ｅ、第１電極層７３ａ〜７３ｅは、便宜的に分割したもの（図４、図５（Ｂ）において点線で示す）であり、それぞれ１つの電極層（実線で示す）で構成される。
【００６６】
図６に、チャンネル素子群ＣＨｉの第２のレイアウト変形例を示す。図６は、超音波出射方向側から基板６０の厚み方向に見たときの平面視図である。
【００６７】
各素子群のレイアウト構成について素子群ＥＧ２を例にとり説明する。素子群ＥＧ２は、第１電極層７２ａ、７２ｂ、７２ｅ、第２電極層８２ａ〜８２ｃ、圧電体層９２ａ〜９２ｄで構成される。
【００６８】
平面視において、矩形の第１電極層７２ａ、７２ｂがスキャン方向ＤＳに沿って配置されており、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿うように配置されている。第１電極層７２ａ、７２ｂは、第１電極層７２ａ、７２ｂのスライス方向ＤＬ側に配置された第１電極層７２ｅに共通接続されている。
【００６９】
圧電体層９２ａ、９２ｃは、第１電極層７２ａの上を覆うように配置されており、圧電体層９２ｂ、９２ｄは、第１電極層７２ｂの上を覆うように配置されている。即ち、スキャン方向ＤＳに沿って等間隔に配置された圧電体層９２ａ、９２ｂ及び圧電体層９２ｃ、９２ｄが、スライス方向ＤＬに沿って２段に配置された構成となっている。
【００７０】
第２電極層８２ａは、圧電体層９２ａ、９２ｂの上を覆うように配置されており、第２電極層８２ａのスライス方向ＤＬ側に配置される第２電極層８２ｂは、圧電体層９２ｃ、９２ｄの上を覆うように配置されている。第２電極層８２ａ、８２ｂは、第２電極層８２ｃにより接続されている。
【００７１】
次に、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３のレイアウト構成について説明する。素子群ＥＧ１の第２電極層８１ａは、素子群ＥＧ２の第１電極層７２ａ、７２ｂの一部と第１電極層７２ｅの上に配置されている。また、素子群ＥＧ２の第２電極層８２は、素子群ＥＧ３の第１電極層７３ａ、７３ｂの一部と第１電極層７３ｅの上に配置されている。即ち、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３は、信号電極線ＬＳｉ（第１電極層７１ｅ）とコモン電極線ＬＣｉ（第１電極層７４）との間に直列接続されている。
【００７２】
素子群ＥＧ１〜ＥＧ３の圧電体層９１ａ〜９３ａ（又は９１ｂ〜９３ｂ、９１ｃ〜９３ｃ、９１ｄ〜９３ｄ）は、スライス方向ＤＬに沿って等間隔に配置されている。即ち、図６のように各素子群を多段に構成する場合であっても、スライス方向ＤＬに等間隔に配置した素子から同一位相・同一音圧の超音波を出射できる。
【００７３】
なお、第１電極層７１ａ、７１ｂ、７１ｅ、第１電極層７２ａ、７２ｂ、７２ｅ、第１電極層７３ａ、７３ｂ、７３ｅ、第２電極層８１ａ〜８１ｃ、第２電極層８２ａ〜８２ｃ、第２電極層８３ａ〜８３ｃは、便宜的に分割したもの（図６において点線で示す）であり、それぞれ１つの電極層（実線で示す）で構成される。
【００７４】
以上の実施形態によれば、超音波トランスデューサーデバイス２００は、第１〜第ｋの素子群（例えばＥＧ１〜ＥＧ３（ｋ＝３））を有する超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、信号の受信及び送信の少なくとも一方を行う制御部（例えば図１５の処理装置３３０）に接続される第１信号端子（ＸＡｉ）と、第１信号端子（ＸＡｉ）と超音波トランスデューサー素子アレイ１００を介して接続される第２信号端子（ＸＣｉ）と、を含む。第１〜第ｋの素子群（ＥＧ１〜ＥＧ３）の各素子群に含まれる複数の超音波トランスデューサー素子（例えばＥＧ１はＵＥ１１〜ＵＥ１４を有する）は各素子群内において電気的に並列接続される。第１〜第ｋの素子群（ＥＧ１〜ＥＧ３）、第１信号端子（ＸＡｉ）と第２信号端子（ＸＣｉ）との間に電気的に直列接続される。
【００７５】
このようにすれば、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３を端子ＸＡｉ、ＸＣｉの間に直列接続することで、受信電圧の振幅を加算できるため、受信感度を向上できる。また、各素子群の超音波トランスデューサー素子を並列接続することで、送信音圧を大きくできる。このようにして、送信音圧の増大と受信感度の向上を両立でき、送信超音波による人体への影響を抑えながら人体深部からの微小なエコーを高Ｓ／Ｎで受信することが可能となる。
【００７６】
ここで素子群とは、２つのノード間に電気的に接続されている複数の超音波トランスデューサー素子のことである。その複数の超音波トランスデューサー素子は、直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよいし、或は直列及び並列の組み合わせで接続されてもよい。
【００７７】
例えば本実施形態では、第２信号端子はコモン端子ＸＣｉである。この場合、チャンネル素子群ＣＨｉの一端の端子がコモン端子ＸＣｉとなるため、図１１で後述するように複数のチャンネル素子群のコモン端子を１つに共通化することが容易となる。コモン端子を共通化した場合、例えば基板６０上における配線領域の節約や、外部からコモン端子にコモン電圧を供給するための端子や配線の数を削減できる。
【００７８】
また本実施形態では、電気的に並列接続される複数の超音波トランスデューサー素子（例えば素子群ＥＧ１のＵＥ１１〜ＵＥ１４）は、スキャン方向ＤＳである第１の方向に並んで配置されている。
【００７９】
また本実施形態では、第１〜第ｋの素子群（ＥＧ１〜ＥＧ３）は、第１の方向に交差する第２の方向に並んで配置されている。例えば本実施形態では、第２の方向はスライス方向ＤＬである。
【００８０】
このようにすれば、スライス方向ＤＬにおけるビームプロファイルを改善することが可能となる。この点について、図７（Ａ）〜図８を用いて詳細に説明する。
【００８１】
図７（Ａ）に、チャンネルの比較構成例を示す。この比較構成例では、信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉが信号電極線ＬＳｉの両端に接続され、コモン端子ＸＣＡｉ、ＸＣＢｉがコモン電極線ＬＣｉの両端に接続される。そして、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ５は、スライス方向ＤＬに沿って配置され、信号電極線ＬＳｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に並列接続される。送信信号としては、同一の信号が信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉに供給される。
【００８２】
このような構成では、信号電極線ＬＳｉやコモン電極線ＬＣｉの配線抵抗と超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ５の電極間に見える容量成分がＲＣ定数回路となっている。このＲＣ定数回路は、信号端子ＸＡｉ、ＸＢｉから印加された送信信号の位相を外側の素子ＵＥ１、ＵＥ５から中央の素子ＵＥ３に向かって遅延させ、送信信号の振幅を外側の素子ＵＥ１、ＵＥ５から中央の素子ＵＥ３に向かって小さくさせる。このような位相や振幅の変化によって、スライス方向ＤＬにおけるビームプロファイルが変化してしまう。
【００８３】
図７（Ｂ）に、上記のような並列接続の場合の音場シミュレーション結果を示す。縦軸Ｙは、スライス方向ＤＬにおける位置を表し、横軸Ｚは、深度方向（即ち基板６０の平面の法線方向）における位置を表す。点線で示すＢＭＡ１は、音響レンズを設けない場合の音圧特性線であり、実線で示すＢＭＡ２は、音響レンズを設けた場合の音圧特性線である。これらの音圧特性線は、各Ｚ位置において、Ｙ＝０での音圧から−６ｄＢとなるＹ位置に引いた線である。Ｙ軸に沿った方向での音圧特性線間の幅はビーム幅を表す。
【００８４】
音圧特性線ＢＭＡ１に示すように、音響レンズを設けない場合であっても、ＲＣ定数回路による位相遅延や振幅変化によって、超音波ビームは若干の自然フォーカスを生じている。この自然フォーカスの効果が加わるため、音響レンズを設けた場合の音圧特性線ＢＭＡ２では、焦点（Ｚ＝４０ｍｍ付近）よりも遠方でビーム幅が大きく拡散してしまう。そうすると、遠方で音圧が低下してしまい、体の深部等を観察することが困難となる。
【００８５】
この点、本実施形態によれば、直列に接続された第１〜第ｋの素子群（ＥＧ１〜ＥＧ３）をスライス方向ＤＬに沿って配置することで、各素子群に同一位相・同一振幅の送信信号を印加することが可能となる。これにより、上記のような自然フォーカスを抑制し、スライス方向ＤＬにおけるビームプロファイルの改善を実現できる。
【００８６】
図８に、本実施形態を適用した場合の音場シミュレーション結果を示す。縦軸Ｙは、スライス方向ＤＬにおける位置を表し、横軸Ｚは、深度方向（即ち基板６０の平面の法線方向）における位置を表す。点線で示すＢＭＢ１は、音響レンズを設けない場合の音圧特性線であり、実線で示すＢＭＢ２は、音響レンズを設けた場合の音圧特性線である。これらの音圧特性線は、各Ｚ位置において、Ｙ＝０での音圧から−６ｄＢとなるＹ位置に引いた線である。Ｙ軸に沿った方向での音圧特性線間の幅はビーム幅を表す。
【００８７】
音響レンズを設けない場合の音圧特性線ＢＭＢ１は、遠方でも収束せず、自然フォーカスを生じていないことが分かる。音響レンズを設けた場合の音圧特性線ＢＭＢ２は、比較例の音圧特性線ＢＭＡ２に比べて遠方でのビーム幅が小さくなっていることが分かる。このように本実施形態では、比較例に比べて遠方での拡散を抑制でき、より遠方までエコーを検出することができる。また、遠方でのビーム幅が小さいことからスライス方向ＤＬでの方位分解能も向上できる。
【００８８】
ここで、「第１の方向（又は第２の方向）に並んで配置される」とは、例えば、第１の方向（又は第２の方向）に沿って配置されることである。例えば複数の超音波トランスデューサー素子が第１の方向（又は第２の方向）に並んで配置される場合、複数の超音波トランスデューサー素子が第１の方向（又は第２の方向）に沿った直線上に並ぶ場合に限らず、例えば複数の超音波トランスデューサー素子が第１の方向（又は第２の方向）に沿った直線に対してジグザグに配置されてもよい。
【００８９】
さて本実施形態では、各素子群は、複数の超音波トランスデューサー素子として第１〜第ｊの超音波トランスデューサー素子（ＥＧ１のＵＥ１１〜ＵＥ１４、ＥＧ２のＵＥ２１〜ＵＥ２４、ＥＧ３のＵＥ３１〜ＵＥ３４）を有する。その第１〜第ｊの超音波トランスデューサー素子のうち、第１〜第ｋの素子群（ＥＧ１〜ＥＧ３）における第ｓの超音波トランスデューサー素子（ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ）の各々は、第２の方向（スライス方向ＤＬ）に沿って配置されている。
【００９０】
このようにすれば、各素子群の第ｓの超音波トランスデューサー素子（ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ）をスライス方向ＤＬに沿って等間隔に配置することが可能となる。これにより、同一位相・同一振幅の超音波を、等間隔に配置された超音波トランスデューサー素子（ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ）から出射できるため、上述のビームプロファイルをより理想的なプロファイルにできる。
【００９１】
また本実施形態では、レイアウト変形例で説明したように、各素子群は、電気的に並列接続される複数の超音波トランスデューサー素子として、スキャン方向ＤＳである第１の方向と第１の方向に交差する第２の方向（スライス方向ＤＬ）との２方向にマトリックス配置される少なくとも４個の超音波トランスデューサー素子（例えば図６の圧電体層９３ａ〜９３ｄ）を有する。
【００９２】
このようなレイアウト構成においても、各素子群の第ｓの超音波トランスデューサー素子（ＵＥ１ｓ、ＵＥ２ｓ、ＵＥ３ｓ）をスライス方向ＤＬに沿って等間隔に配置することが可能となり、ビームプロファイルを改善できる。
【００９３】
５．チャンネル素子群の変形例
以上の実施形態では、素子群ＥＧ１〜ＥＧ３が直列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ず、例えば複数の超音波トランスデューサー素子１０が直列接続されてもよい。図９に、この場合のチャンネル素子群ＣＨｉの変形例を示す。
【００９４】
図９に示すチャンネル素子群ＣＨｉは、スライス方向ＤＬに沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥｋ（例えばｋ＝３）を含む。超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ３は、信号電極線ＬＳｉとコモン電極線ＬＣｉとの間に直列接続される。具体的には、ＵＥ１は信号電極線ＬＳｉとノードＮＢ１との間に接続され、ＵＥ２はノードＮＢ１とノードＮＢ２との間に接続され、ＵＥ３はノードＮＢ２とコモン電極線ＬＣｉとの間に接続される。
【００９５】
図１０に、上記変形例のレイアウト構成例を示す。図１０は、超音波出射方向側から基板６０の厚み方向に見たときの平面視図である。超音波トランスデューサー素子ＵＥ２のレイアウト構成を例にとり説明する。超音波トランスデューサー素子ＵＥ２は、第１電極層７２ａ、７２ｅ、第２電極層８２、圧電体層９２で構成される。
【００９６】
平面視において、第１電極層７２ａは矩形であり、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿うように配置されている。第１電極層７２ａは、第１電極層７２ａのスライス方向ＤＬ側に配置された第１電極層７２ｅに接続されている。圧電体層９２は、第１電極層７２ａの上を覆うように配置されている。圧電体層９２は、平面視において矩形であり、その矩形の長辺がスライス方向ＤＬに沿うように配置されている。第２電極層８２は、圧電体層９２の上を覆うように配置されている。
【００９７】
第１電極層７２ａの一部と第１電極層７２ｅの上には、超音波トランスデューサー素子ＵＥ１の第２電極層８１が配置されており、素子群ＥＧ１の第２電極層８１と素子群ＥＧ２の第１電極層７２ａ、７２ｅは導通している。また、第２電極層８２は、素子群ＥＧ３の第１電極層７３ａの一部と第１電極層７３ｅの上に配置されており、素子群ＥＧ２の第２電極層８２と素子群ＥＧ３の第１電極層７３ａ、７３ｅとは導通している。
【００９８】
上記の変形例においても、図８で説明したようなスライス方向ＤＬにおけるビーム形状の改善を実現できる。即ち、直列接続された複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥ１〜ＵＥ３をスライス方向ＤＬに沿って配置することで、スライス方向ＤＬにおいて各超音波トランスデューサー素子の端子間に同一位相・同一振幅の送信電圧を印加できる。これにより、同位相・同音圧の超音波が各超音波トランスデューサー素子から出射され、スライス方向ＤＬにおいて理想的なビーム形状に近づけることが可能となる。
【００９９】
なお、第１電極層７１ａ、７１ｅ、第１電極層７２ａ、７２ｅ、第１電極層７３ａ、７３ｅは、便宜的に分割したもの（図１０において点線で示す）であり、それぞれ１つの電極層（実線で示す）で構成される。
【０１００】
６．超音波トランスデューサーデバイスの変形例
さて、本実施形態では、チャンネル素子群ＣＨｉの一端に信号端子ＸＡｉが接続され、他端にコモン端子ＸＣｉが接続される。そのため、チャンネル素子群ＣＨ１〜ＣＨ６４のコモン端子ＸＣ１〜ＸＣ６４を基板６０上で束ねて容易に共通化できる。図１１に、コモン端子を共通化した場合の超音波トランスデューサーデバイス２００の変形例を示す。なお図２の構成例と同様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。
【０１０１】
図１１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に形成された超音波トランスデューサー素子アレイ１００と、基板６０に形成された信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、基板６０に形成されたコモン端子ＸＣ（広義には信号端子）と、基板６０に形成された信号電極線ＬＳ１〜ＬＳ６４と、基板６０に形成されたコモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４（広義には信号電極線）と、基板６０に形成された第１配線ＬＣＸ及び第２配線ＬＣＹと、を含む。
【０１０２】
コモン端子ＸＣ及び信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４は、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の一方の端部に配置される。コモン端子ＸＣとチャンネル素子群ＣＨ１〜ＣＨ６４とは、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の他方の端部から一方の端部へ回り込むように配線された第１配線ＬＣＸと第２配線ＬＣＹによって接続されている。即ち、第１配線ＬＣＸは、スライス方向ＤＬにおける超音波トランスデューサー素子アレイ１００の他方の端部に、スキャン方向ＤＳに沿って配線される。この第１配線ＬＣＸは、コモン電極線ＬＣ１〜ＬＣ６４に共通接続され、スライス方向ＤＬに沿って配線される第２配線ＬＣＹによりコモン端子ＸＣに接続される。
【０１０３】
上記の変形例によれば、コモン端子ＸＣを共通化することで、全ての端子を超音波トランスデューサーデバイス２００の一方の端部に配置することが可能となる。これにより、一方の端部からのみ信号の入出力を行うことができるので、両端部から信号の入出力を行う場合に比べて入出力のための構成部品を削減できる。
７．ヘッドユニット
【０１０４】
図１２に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００が搭載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。
【０１０５】
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、素子チップ２００の第１の辺側に設けられるチップ端子群（信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４、コモン端子ＸＣ）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。
【０１０６】
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、端子群（複数の接続端子）を有するコネクター４２１と、フレキシブル基板１３０と、を有する。フレキシブル基板１３０には、チップ端子群とコネクター４２１の端子群とを接続する配線群（複数の信号線、コモン線）が形成される。
【０１０７】
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。また、チップ端子群を素子チップ２００の第１の辺側に設けることで、接続部２１０を１つにできる。なお、図２のように素子チップ２００の第２の辺側に第２のチップ端子群（コモン端子ＸＣ１〜ＸＣ６４）を設ける場合には、接続部２１０を素子チップ２００の第１の辺側及び第２の辺側に設ければよい。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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が設けられる。このコネクター４２１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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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２７０（保護膜）が設けられる。保護部材２７０は、例えば音響整合層や音響レンズ等を兼ねてもよい。
【０１１２】
８．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（プローブ）の構成例を示す。図１４（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１４（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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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、ヘッドユニット側コネクター４２５（又はプローブヘッド側コネクター）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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
９．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、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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。また超音波トランスデューサーデバイス、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】
【０１２１】
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、５０  振動膜、６０  基板、
７１ａ〜７１ｅ，７２ａ〜７２ｅ，７３ａ〜７３ｅ，７４  第１電極層、
８１〜８３  第２電極層、
９１ａ〜９１ｄ，９２ａ〜９２ｄ，９３ａ〜９３ｄ  圧電体層、
１００  超音波トランスデューサー素子アレイ、１３０  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、２３０  接触部材、２４０  プローブ筐体、
２５０  支持部材、２６０  固定用部材、２７０  保護部材、
３００  超音波プローブ、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  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、
ＢＭＡ１，ＢＭＡ２，ＢＭＢ１，ＢＭＢ２  音圧特性線、
ＣＨ１〜ＣＨ６４  チャンネル素子群、ＤＬ  スライス方向、ＤＳ  スキャン方向、
ＥＧ１〜ＥＧ３  素子群、ＬＣ１〜ＬＣ６４  コモン電極線（信号電極線）、
ＬＣＸ  第１配線、ＬＣＹ  第２配線、ＬＳ１〜ＬＳ６４  信号電極線、
ＵＥ１〜ＵＥ５，ＵＥ１１〜ＵＥ１４，ＵＥ２１〜ＵＥ２４，
ＵＥ３１〜ＵＥ３４  超音波トランスデューサー素子、
ＸＡ１〜ＸＡ６４  信号端子、ＸＣ１〜ＸＣ６４  コモン端子（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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