(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波素子アレイを有する超音波装置と、
前記超音波装置の第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子に対して、第１の駆動電圧を供給する第１の信号生成回路と、
前記超音波装置の第１の第２方向端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）の第２方向端子に対して、第２の駆動電圧を供給する第２の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、 
第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、
前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、
前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、
前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、
前記第２の信号生成回路は、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の信号生成回路は、
前記第１の第２方向端子から前記第ｍの第２方向端子に向かって、電圧が単調に増加する前記第２の駆動電圧、又は、電圧が単調に減少する前記第２の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２の信号生成回路は、
前記電圧が単調に増加又は減少する前記第２の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、前記超音波素子アレイから放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第１の信号生成回路は、
前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線に接続される前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に対して、位相走査を行うための前記第１の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
超音波素子アレイを有する超音波装置の、第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子に対して、第１の駆動電圧を供給する第１の信号生成回路と、
前記超音波装置の第１の第２方向端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）の第２方向端子に対して、第２の駆動電圧を供給する第２の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、 
第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、
前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、
前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、
前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、
前記第２の信号生成回路は、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記第２の方向は、位相走査により超音波のビームがスキャンされる方向であるスキャン方向であり、
前記第１の方向は、前記第２の方向と交差する方向であるスライス方向であることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記超音波装置の前記超音波素子アレイは、
複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、
前記複数の開口の各開口ごとに設けられる各超音波素子は、
前記各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、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
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膜と、
前記圧電体膜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、
前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、
前記第２の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７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電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の超音波測定装置と、
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診断装置。
【請求項１０】
超音波素子アレイと、 
第１の駆動電圧が入力される第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子と、
第２の駆動電圧を出力する電圧切換回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、 
第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、
前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記電圧切換回路に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、
前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｉは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、
前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、
前記電圧切換回路は、前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に向けて超音波を照射し、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ための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波装置（超音波プローブ）として、特許文献１には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列し、行・列毎に配線を設けることで行方向及び列方向にビームを走査する手法が開示されている。しかしながらこの手法では、列方向の信号遅延に合わせて行方向の遅延を制御することなどが必要となり、信号生成回路の回路規模が大きくなるなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で効率的な走査ができる超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、超音波素子アレイを有する超音波装置と、前記超音波装置の第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子に対して、第１の駆動電圧を供給する第１の信号生成回路と、前記超音波装置の第１の第２方向端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）の第２方向端子に対して、第２の駆動電圧を供給する第２の信号生成回路とを含み、前記超音波素子アレイは、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、前記第２の信号生成回路は、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給する超音波測定装置に関係する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、第１〜第ｎの第１方向電極線に第１の駆動電圧を供給し、第１〜第ｍの第２方向電極線に第２の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波測定装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第１〜第ｍの第２方向電極線に、互いに異なる電圧の第２の駆動電圧を供給することができるから、第ｊ列に配置されるｍ個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、ｍ個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。
【０００７】
また本発明の一態様では、前記第２の信号生成回路は、前記第１の第２方向端子から前記第ｍの第２方向端子に向かって、電圧が単調に増加する前記第２の駆動電圧、又は、電圧が単調に減少する前記第２の駆動電圧を供給してもよい。
【０００８】
このようにすれば、第ｊ列に配置され、第１〜第ｍの第２方向電極線に接続される第１〜第ｍの超音波素子に対して、第１の超音波素子から第ｍの超音波素子に向かって単調に減少する電圧、又は、単調に増加する電圧を印加することができる。その結果、各超音波素子から放射される超音波の強度を、第１の超音波素子から第ｍの超音波素子に向かって単調に増加させる、又は、単調に減少させることができる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記第２の信号生成回路は、前記電圧が単調に増加又は減少する前記第２の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、前記超音波素子アレイから放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させてもよい。
【００１０】
このようにすれば、第２の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を可変に設定することができるから、２次元的なスキャンなどが可能になる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記第１の信号生成回路は、前記駆動電極線である前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線に接続される前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に対して、位相走査を行うための第１の駆動電圧を供給してもよい。
【００１２】
このようにすれば、第１〜第ｎの第１方向電極線に互いに位相の異なる第１の駆動電圧を供給することができるから、超音波素子アレイから放射される超音波ビームを第２の方向に沿ってスキャンすることができる。
【００１３】
本発明の他の態様は、超音波素子アレイを有する超音波装置の、第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子に対して、第１の駆動電圧を供給する第１の信号生成回路と、前記超音波装置の第１の第２方向端子〜第ｍ（ｍは２以上の整数）の第２方向端子に対して、第２の駆動電圧を供給する第２の信号生成回路とを含み、前記超音波素子アレイは、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、前記第２の信号生成回路は、前記第１の第２方向端子〜前記第ｍの第２方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給する超音波測定装置に関係する。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、第１〜第ｎの第１方向電極線に第１の駆動電圧を供給し、第１〜第ｍの第２方向電極線に第２の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波測定装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第１〜第ｍの第２方向電極線に、互いに異なる電圧の第２の駆動電圧を供給することができるから、第ｊ列に配置されるｍ個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、ｍ個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記第２の方向は、位相走査により超音波のビームがスキャンされる方向であるスキャン方向であり、前記第１の方向は、前記第２の方向と交差する方向であるスライス方向であってもよい。
【００１６】
このようにすれば、第１の方向に沿ってスキャン面の設定位置を可変に設定し、設定されたスキャン面に沿って第２の方向に超音波ビームをスキャンすることができる。その結果、簡素な構成で２次元的なスキャンなどが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記超音波素子アレイは、複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、前記複数の開口の各開口ごとに設けられる各超音波素子は、前記各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、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、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膜と、前記圧電体膜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、前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、前記第２の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であってもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１の電極の電圧と第２の電極の電圧との電圧差が圧電体膜に印加されるから、電圧差を変化させることで圧電体膜が伸縮し、超音波を発生させることができる。
【００１９】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置を含む電子機器に関係する。
【００２０】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置と、表示用画像データを表示する表示部とを含む診断装置に関係する。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、超音波ビームのスキャン面の設定位置を可変に設定することができるから、簡素な構成で２次元的なスキャンが可能になり、超音波エコー画像を効率的に取得することなどが可能になる。
【００２２】
本発明の他の態様は、超音波素子アレイと、第１の駆動電圧が入力される第１の第１方向端子〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子と、第２の駆動電圧を設定する電圧切換回路とを含み、前記超音波素子アレイは、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、第１の方向に沿って配線され、前記第１の第１方向端子〜前記第ｎの第１方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第１の駆動電圧を供給する第１の第１方向電極線〜第ｎの第１方向電極線と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線され、前記電圧切換回路に接続され、前記複数の超音波素子に前記第２の駆動電圧を供給する第１の第２方向電極線〜第ｍの第２方向電極線とを有し、前記第１の第１方向電極線〜前記第ｎの第１方向電極線のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の第１方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｊ列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第１の電極に接続され、前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）の第２方向電極線は、前記超音波素子アレイの第ｉ行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第２の電極に接続され、前記電圧切換回路は、前記第１の第２方向電極線〜前記第ｍの第２方向電極線に対して、互いに異なる電圧の前記第２の駆動電圧を供給する超音波装置に関係する。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、第１〜第ｎの第１方向電極線に第１の駆動電圧を供給し、第１〜第ｍの第２方向電極線に第２の駆動電圧を供給することで、各超音波素子を独立に駆動するよりも配線本数が少なくなり、超音波装置の構成を簡素にすることができる。さらに、第１〜第ｍの第２方向電極線に、互いに異なる電圧の第２の駆動電圧を供給することができるから、第ｊ列に配置されるｍ個の超音波素子に対して、互いに異なる電圧を印加することができる。その結果、ｍ個の超音波素子の各々から放射される超音波の強度を異ならせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波素子の基本的な構成例。
【図２】超音波測定装置の構成例。
【図３】超音波測定装置における位相走査を説明する図。
【図４】超音波の強度分布を説明する第１の図。
【図５】超音波の強度分布を説明する第２の図。
【図６】超音波の強度分布を説明する第３の図。
【図７】超音波素子に印加される電圧と超音波素子の変位量との関係の一例。
【図８】互いに異なる第２の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第１の図。
【図９】互いに異なる第２の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第２の図。
【図１０】互いに異なる第２の駆動電圧を供給する場合の、超音波の強度分布を説明する第３の図。
【図１１】第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧のタイミングチャートの一例。
【図１２】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、シミュレーションによるスライス方向における超音波ビームの強度分布の一例。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、第２の信号生成回路の第１及び第２の構成例。
【図１４】超音波プローブ及び診断装置（電子機器）の基本的な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
１．超音波素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の超音波測定装置（又は超音波装置）に含まれる超音波素子ＵＥの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子ＵＥは、振動膜（メンブレン、支持部材）ＭＢと圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極（第１電極層）ＥＬ１、圧電体膜（圧電体層）ＰＥ、上部電極（第２電極層）ＥＬ２を有する。なお、本実施形態の超音波素子ＵＥは図１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。
【００２７】
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）ＳＵＢに形成された超音波素子ＵＥ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Ａ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。
【００２８】
第１電極層ＥＬ１は、振動膜ＭＢの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層ＥＬ１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ＵＥに接続される配線であってもよい。
【００２９】
圧電体膜ＰＥ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ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜ＰＥ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。
【００３０】
第２電極層ＥＬ２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜ＰＥ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ＥＬ２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ＵＥに接続される配線であってもよい。
【００３１】
振動膜（メンブレン）ＭＢは、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口ＣＡＶを塞ぐように設けられる。この振動膜ＭＢは、圧電体膜ＰＥ及び第１、第２電極層ＥＬ１、ＥＬ２を支持すると共に、圧電体膜ＰＥ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。
【００３２】
開口（空洞領域）ＣＡＶは、シリコン基板ＳＵＢ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。この空洞領域ＣＡＶの開口部ＯＰより超音波が放射される。
【００３３】
超音波素子ＵＥの第１の電極は、第１電極層ＥＬ１により形成され、第２の電極は、第２電極層ＥＬ２により形成される。具体的には、第１電極層ＥＬ１のうちの圧電体膜ＰＥに覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層ＥＬ２のうちの圧電体膜ＰＥを覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体膜ＰＥは、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。
【００３４】
圧電体膜ＰＥは、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層ＥＬ１と第２電極層ＥＬ２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体膜ＰＥの一方の面は第１電極層ＥＬ１を介して振動膜ＭＢに接合されているが、他方の面には第２電極層ＥＬ２が形成されるものの、第２電極層ＥＬ２上には他の層が形成されない。そのため圧電体膜ＰＥの振動膜ＭＢ側が伸縮しにくく、第２電極層ＥＬ２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体膜ＰＥに電圧を印加すると、空洞領域ＣＡＶ側に凸となる撓みが生じ、振動膜ＭＢを撓ませる。圧電体膜ＰＥに交流電圧を印加することで、振動膜ＭＢが膜厚方向に対して振動し、この振動膜ＭＢの振動により超音波が開口部ＯＰから放射される。圧電体膜ＰＥ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。
【００３５】
２．超音波測定装置
図２に、本実施形態の超音波測定装置３００の構成例を示す。本構成例の超音波測定装置３００は、第１の信号生成回路１１０及び第２の信号生成回路１２０を含む。また、超音波測定装置３００は、超音波装置２００をさらに含んでもよい。なお、本実施形態の超音波測定装置３００は図２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。
【００３６】
第１の信号生成回路１１０は、超音波素子アレイ１００を有する超音波装置２００の、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の第１方向端子Ｘ１〜Ｘｎに対して、第１の駆動電圧ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを供給する。例えば図２では、第１〜第１２の第１方向端子Ｘ１〜Ｘ１２に対して、位相走査を行うための第１の駆動電圧ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２を供給する。具体的には、Ｘ１にＶＤＲ１を供給し、Ｘ２にＶＤＲＭ２を供給し、以下同様にしてＸ３〜Ｘ８にＶＤＲ３〜ＶＤＲ８を供給する。
【００３７】
第２の信号生成回路１２０は、超音波装置２００の第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）の第２方向端子Ｙ１〜Ｙｍに対して、互いに異なる電圧の第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭｍを供給する。例えば図２では、第１〜第８の第２方向端子Ｙ１〜Ｙ８に対して、互いに異なる電圧の第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８を供給する。具体的には、Ｙ１にＶＣＯＭ１を供給し、Ｙ２にＶＣＯＭ２を供給し、以下同様にしてＹ３〜Ｙ８にＶＣＯＭ３〜ＶＣＯＭ８を供給する。第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８は、それぞれ一定の直流電圧であって、必ずしも接地電位（グランド電位、０Ｖ）を含む必要はない。
【００３８】
なお、図２では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。
【００３９】
超音波装置２００は、超音波素子アレイ１００、第１〜第ｎの第１方向端子Ｘ１〜Ｘｎ、第１〜第ｍの第２方向端子Ｙ１〜Ｙｍを含む。
【００４０】
超音波素子アレイ１００は、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置される複数の超音波素子ＵＥ、第１〜第ｎの第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍの第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹｍを含む。超音波素子ＵＥは、例えば図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示した構成とすることができる。具体的には、図２に示すように、第１の方向Ｄ１に向かって第１行〜第８行（広義には第ｍ行）の超音波素子ＵＥが配置され、第１の方向に交差する第２の方向Ｄ２に向かって第１列〜第１２列（広義には第ｎ列）の超音波素子ＵＥが配置される。なお、以下の説明において、超音波素子ＵＥのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第４行第６列に位置する超音波素子をＵＥ４６と表記する。
【００４１】
第１〜第１２（広義には第ｎ）の第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２は、超音波素子アレイ１００において第１の方向Ｄ１に沿って配線され、超音波素子アレイ１００の複数の超音波素子に第１の駆動電圧を供給する。第１〜第１２（広義には第ｎ）の第１方向端子Ｘ１〜Ｘ１２は、第１〜第１２の第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２に接続される。第１〜第１２の第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の第１方向電極線ＬＸｊは、超音波素子アレイ１００の第ｊ列に配置される超音波素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極に接続される。
【００４２】
第１〜第８（広義には第ｍ）の第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に沿って配線され、超音波素子アレイ１００の複数の超音波素子に第２の駆動電圧を供給する。第１〜第８（広義には第ｍ）の第２方向端子Ｙ１〜Ｙ８は、第１〜第８の第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８に接続される。第１〜第８の第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）の第２方向電極線ＬＹｉは、超音波素子アレイ１００の第ｉ行に配置される超音波素子ＵＥがそれぞれ有する第２の電極に接続される。
【００４３】
具体的には、例えば図２に示す超音波素子ＵＥ１１については、第１の電極が第１の第１方向電極線ＬＸ１に接続され、第２の電極が第１の第２方向電極線ＬＹ１に接続される。また、例えば図２に示す超音波素子ＵＥ４６については、第１の電極が第６の第１方向電極線ＬＸ６に接続され、第２の電極が第４の第２方向電極線ＬＹ４に接続される。
【００４４】
第２の信号生成回路１２０は、第１の第２方向端子Ｙ１から第８の第２方向端子Ｙ８に向かって、電圧が単調に増加又は減少する第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８を供給してもよい。ここで、Ｙ１からＹ８に向かって電圧が単調に増加するとは、Ｙ１〜Ｙ８に供給される第２の駆動電圧がＶＣＯＭ１＜ＶＣＯＭ２＜ＶＣＯＭ３＜・・・＜ＶＣＯＭ８の関係を有することをいう。また、Ｙ１からＹ８に向かって電圧が単調に減少するとは、Ｙ１〜Ｙ８に供給される第２の駆動電圧がＶＣＯＭ１＞ＶＣＯＭ２＞ＶＣＯＭ３＞・・・＞ＶＣＯＭ８の関係を有することをいう。
【００４５】
また、第２の信号生成回路１２０は、電圧が単調に増加する第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８の電圧勾配、又は、電圧が単調に減少する第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。スキャン面とは、超音波素子アレイ１００から放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面である。即ち、超音波素子アレイ１００から放射される超音波のビームがそれに沿ってスキャンされる面である。例えば第１の方向Ｄ１がスライス方向であり、第２の方向Ｄ２が位相走査のスキャン方向である場合には、スキャン面はアレイ面に垂直で、第２の方向Ｄ２と平行な面である。なお、第２の駆動電圧の電圧勾配とスキャン面の設定位置との関係については、後で詳細に説明する。
【００４６】
ここで第２の駆動電圧の電圧勾配は、超音波素子アレイ１００の第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｍ−１である整数）行の超音波素子と第ｋ＋１行の超音波素子との間隔（行間隔）をΔＹｋとした場合に、（ＶＣＯＭｋ＋１−ＶＣＯＭｋ）／ΔＹｋで与えられる。各行間隔が等しい場合、即ち各行が等間隔で配置される場合には、行間隔をΔＹとして、（ＶＣＯＭｋ＋１−ＶＣＯＭｋ）／ΔＹで与えられる。また、電圧差ＶＣＯＭｋ＋１−ＶＣＯＭｋがｋに依らず一定である場合には、電圧差をΔＶＣＯＭとして、ΔＶＣＯＭ／ΔＹで与えられる。例えば図２の構成例では、行間隔ΔＹは固定値であるから、電圧差ＶＣＯＭｋ＋１−ＶＣＯＭｋを変化させることで、第２の駆動電圧の電圧勾配を変化させることができる。
【００４７】
なお、第１の信号生成回路１１０及び第２の信号生成回路１２０をまとめて、１つの信号生成回路としてもよい。或いは、第２の信号生成回路１２０の一部を超音波素子アレイ１００と同一基板上に設けてもよい。
【００４８】
図２の構成例では、第１〜第１２の第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２が第１の駆動電圧を供給し、第１〜第８の第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８が第２の駆動電圧を供給するが、これに限定されるものではない。第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２が第２の駆動電圧を供給し、第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８が第１の駆動電圧を供給してもよい。
【００４９】
なお、以下の説明において、第１の駆動電圧を駆動信号（又は駆動信号電圧）、第２の駆動電圧をコモン電圧とも呼ぶ。また、第１方向電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２を駆動電極線、第２方向電極線ＬＹ１〜ＬＹ８をコモン電極線とも呼ぶ。
【００５０】
駆動電極線（第１方向電極線）ＬＸ１〜ＬＸ１２には、第１の信号生成回路１１０により、所定の周波数で電圧が変化する駆動信号（第１の駆動電圧）ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２が供給される。また、コモン電極線（第２方向電極線）ＬＹ１〜ＬＹ８には、第２の信号生成回路１２０により、互いに異なる電圧のコモン電圧（第２の駆動電圧）ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８が供給される。駆動信号電圧とコモン電圧との差の電圧が各超音波素子ＵＥに印加され、所定の周波数の超音波が放射される。例えば、図２の超音波素子ＵＥ１１には、駆動電極線ＬＸ１に供給される駆動信号電圧ＶＤＲ１とコモン電極線ＬＹ１に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭ１との差ＶＤＲ１−ＶＣＯＭ１が印加される。同様に、超音波素子ＵＥ４６には、駆動電極線ＬＸ６に供給される駆動信号電圧ＶＤＲ６とコモン電極線ＬＹ４に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭ４との差ＶＤＲ６−ＶＣＯＭ４が印加される。
【００５１】
駆動電極線ＬＸ１１〜ＬＸ１２に供給される１２の駆動信号の位相が一致している場合には、各超音波素子からそれぞれ放射される超音波が合成されて、超音波素子アレイ１００に垂直な方向（アレイ面の法線方向）に放射される超音波が形成される。一方、駆動電極線ＬＸ１１〜ＬＸ１２に供給される１２の駆動信号が互いに位相差をもつ場合には、合成された超音波は位相差に応じてアレイ面の法線方向からずれた方向に放射される。この現象を利用すれば、各駆動信号の位相差を変化させることで超音波の放射方向を変化させることができる。各駆動信号の位相差を制御することで、超音波の放射方向（ビーム方向）を走査することを「位相走査」と呼ぶ。
【００５２】
図３は、本実施形態の超音波測定装置３００における位相走査を説明する図である。簡単にするために、図３では４個の超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ４について説明する。ＵＥ１〜ＵＥ４は、等間隔ｄで配置されている。そして供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４の位相はＶＤＲ１が最も早く、ＶＤＲ２、ＶＤＲ３、ＶＤＲ４の順に所定の位相差だけ遅くなる。即ち、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４は、ＶＤＲ１、ＶＤＲ２、ＶＤＲ３、ＶＤＲ４の順に所定の時間差Δｔを伴って供給される。
【００５３】
図３には、各超音波素子ＵＥ１〜ＵＥ４から放射された超音波の或る時刻における波面Ｗ１〜Ｗ４を示す。各超音波素子から放射された超音波は合成されて、合成された超音波の波面ＷＴを形成する。この波面ＷＴの放線方向ＤＴが合成された超音波の放射方向（ビーム方向）となる。ビーム方向ＤＴとアレイ面の法線方向との成す角度θｓは、
ｓｉｎθｓ＝ｃ×Δｔ／ｄ      （１）
で与えられる。ここでｃは音速、Δｔは駆動信号の時間差、ｄは素子間隔である。
【００５４】
このように位相走査、即ち各超音波素子に供給する駆動信号の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を変化させることができる。具体的には、例えば図２に示す構成例では、駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ１２のそれぞれに供給する駆動信号の位相差（時間差）を変化させることで、ビーム方向を第２の方向Ｄ２に沿って走査（スキャン）させることができる。即ち、第２の方向Ｄ２は位相走査のスキャン方向であり、第１の方向Ｄ１はスライス方向である。
【００５５】
３．超音波の強度分布
図４は、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第１の図である。図４では、簡単のために６行６列の超音波素子アレイについて説明する。図４には、第１の方向Ｄ１に関するビームプロファイルＢＰ１、第２の方向Ｄ２に関するビームプロファイルＢＰ２及びビームのピーク位置ＰＫを示す。また、中心線Ｃ１は第１の方向Ｄ１に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線であり、中心線Ｃ２は第２の方向Ｄ２に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線である。
【００５６】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、ＶＤＲ６が最も早く、ＶＤＲ６からＶＤＲ１に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第２の方向Ｄ２に関するピーク位置はビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１からＬＸ１側にシフトする。
【００５７】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、同一電圧のコモン電圧ＶＣＯＭが供給される。各超音波素子ＵＥに印加される電圧は駆動信号電圧とコモン電圧との差であるから、同一の駆動電極線に接続された６個の超音波素子に印加される電圧は同一になる。例えば駆動電極線ＬＸ１に接続される６個の超音波素子ＵＥ１１、ＵＥ２１、ＵＥ３１、ＵＥ４１、ＵＥ５１、ＵＥ６１に印加される電圧は、ＶＤＲ１−ＶＣＯＭである。従って、６個の超音波素子から放射される超音波の強度は同一になる。その結果、合成された超音波の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２上にある。
【００５８】
図５は、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第２の図である。
【００５９】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、同一のタイミングで、即ち位相差（時間差）が無く供給される。従って、各超音波素子から放射される超音波の位相は一致するから、合成された超音波の強度の第２の方向Ｄ２に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１上にある。
【００６０】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、同一電圧のコモン電圧ＶＣＯＭが供給される。従って、合成された超音波の強度の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２上にある。
【００６１】
図６は、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第３の図である。
【００６２】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、ＶＤＲ１が最も早く、ＶＤＲ１からＶＤＲ６に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第２の方向Ｄ２に関するピーク位置はビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１からＬＸ６側にシフトする。
【００６３】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、同一電圧のコモン電圧ＶＣＯＭが供給される。従って、合成された超音波の強度の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２上にある。
【００６４】
図４〜図６に示すように、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６に同一電圧のコモン電圧ＶＣＯＭが供給される場合には、超音波強度のピーク位置ＰＫは中心線Ｃ２上にある。そして位相走査を行うことで、中心線Ｃ２を含みアレイ面に垂直な面（スキャン面）に沿って超音波ビームをスキャンさせることができる。
【００６５】
図７に、超音波素子に印加される電圧（印加電圧）と超音波素子の変位量との関係の一例を示す。横軸は印加電圧であり、縦軸は変位量である。図７に示すように、印加電圧と変位量の関係は非線形である。
【００６６】
超音波素子に印加される電圧は、駆動信号電圧ＶＤＲとコモン電圧ＶＣＯＭとの差ＶＤＲ−ＶＣＯＭであるから、ＶＤＲが同一であってもＶＣＯＭが異なれば印加電圧が異なる。駆動信号は所定の周波数で電圧が変化する信号（交流成分をもつ信号）であり、例えば交流成分が正弦波である場合には、ＶＤＲは時間ｔの関数として次式で与えられる。
【００６７】
ＶＤＲ＝ＶＡ×ｓｉｎωｔ＋ＶＢ      （２）
ここでＶＡは交流成分の電圧振幅、ωは交流成分の角周波数、ＶＢは直流成分の電圧である。
【００６８】
（２）式のＶＤＲがそれぞれに供給され、互いに電圧が異なるコモン電圧ＶＣＯＭ１、ＶＣＯＭ２、ＶＣＯＭ３が供給される３個の超音波素子ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３を考える。ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３の印加電圧ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３は、次式で表される。
【００６９】
ＶＥ１＝ＶＤＲ−ＶＣＯＭ１＝ＶＡ×ｓｉｎωｔ＋ＶＢ−ＶＣＯＭ１    （３）
ＶＥ２＝ＶＤＲ−ＶＣＯＭ２＝ＶＡ×ｓｉｎωｔ＋ＶＢ−ＶＣＯＭ２    （４）
ＶＥ３＝ＶＤＲ−ＶＣＯＭ３＝ＶＡ×ｓｉｎωｔ＋ＶＢ−ＶＣＯＭ３    （５）
ＶＣＯＭ１＞ＶＣＯＭ２＞ＶＣＯＭ３である場合には、各印加電圧の直流成分は次のような関係になる。
【００７０】
ＶＢ−ＶＣＯＭ１＜ＶＢ−ＶＣＯＭ２＜ＶＢ−ＶＣＯＭ３      （６）
従って、印加電圧ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３は、図７に示すように、それぞれの直流成分ＶＢ−ＶＣＯＭ１、ＶＢ−ＶＣＯＭ２、ＶＢ−ＶＣＯＭ３を中心に±ＶＡの範囲で変化する。印加電圧と変位量の関係が非線形であるために、ＶＥ１、ＶＥ２、ＶＥ３に対応する変位量をＤ１、Ｄ２、Ｄ３とすると、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３となる。即ち、ＵＥ１の変位量が最も大きく、ＵＥ１からＵＥ３に向かって変位量が減少する。
【００７１】
このように、互いに電圧が異なるコモン電圧が供給される複数の超音波素子では、コモン電圧が大きいほど変位量が大きくなり、従って放射される超音波の強度も大きくなる。
【００７２】
図８は、互いに異なる第２の駆動電圧（コモン電圧）を供給する場合の、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第１の図である。上述した図４〜図６と同様に、６行６列の超音波素子アレイについて、第１の方向Ｄ１に関するビームプロファイルＢＰ１、第２の方向Ｄ２に関するビームプロファイルＢＰ２及びビームのピーク位置ＰＫを示す。また、中心線Ｃ１は第１の方向Ｄ１に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線であり、中心線Ｃ２は第２の方向Ｄ２に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線である。
【００７３】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６が供給される。図７を用いて説明したように、コモン電圧が大きいほど変位量が大きくなり、放射される超音波の強度も大きくなるから、例えば駆動電極線ＬＸ１に接続される６個の超音波素子ＵＥ１１、ＵＥ２１、ＵＥ３１、ＵＥ４１、ＵＥ５１、ＵＥ６１では、ＵＥ１１から放射される超音波強度が最も大きく、ＵＥ１１からＵＥ６１に向かって超音波強度が徐々に小さくなる。その結果、合成された超音波の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２からＬＹ１側にシフトする。
【００７４】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、ＶＤＲ６が最も早く、ＶＤＲ６からＶＤＲ１に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第２の方向Ｄ２に関するピーク位置はビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１からＬＸ１側にシフトする。
【００７５】
図９は、互いに異なる第２の駆動電圧（コモン電圧）を供給する場合の、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第２の図である。
【００７６】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、図８と同様に、ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６が供給される。その結果、合成された超音波の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２からＬＹ１側にシフトする。
【００７７】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、同一のタイミングで、即ち位相差（時間差）が無く供給される。従って、各超音波素子から放射される超音波の位相は一致するから、合成された超音波の強度の第２の方向Ｄ２に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１上にある。
【００７８】
図１０は、互いに異なる第２の駆動電圧（コモン電圧）を供給する場合の、超音波の強度分布（ビームプロファイル）を説明する第３の図である。
【００７９】
コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ６には、図８と同様に、ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６が供給される。その結果、合成された超音波の第１の方向Ｄ１に関するピーク位置は、ビームプロファイルＢＰ１が示すように中心線Ｃ２からＬＹ１側にシフトする。
【００８０】
駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸ６に供給される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、ＶＤＲ１が最も早く、ＶＤＲ１からＶＤＲ６に向かって一定の時間差で遅くなるように供給される。従って、上述した位相走査により、第２の方向Ｄ２に関するピーク位置はビームプロファイルＢＰ２が示すように中心線Ｃ１からＬＸ６側にシフトする。
【００８１】
図８〜図１０に示すように、ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に減少するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６を供給することで、超音波強度のピーク位置ＰＫを中心線Ｃ２からＬＹ１側にシフトすることができる。そして位相走査を行うことで、中心線Ｃ２からＬＹ１側にシフトした位置に設定されるスキャン面に沿って超音波ビームをスキャンすることができる。さらに電圧が単調に減少するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。
【００８２】
また図示していないが、図８〜図１０とは反対に、ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に増加するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６を供給することで、超音波強度のピーク位置ＰＫを中心線Ｃ２からＬＹ６側にシフトすることができる。そして位相走査を行うことで、中心線Ｃ２からＬＹ６側にシフトした位置に設定されるスキャン面に沿って超音波ビームをスキャンすることができる。さらに電圧が単調に増加するコモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６の電圧勾配を変化させることで、スキャン面の設定位置を変化させることができる。
【００８３】
このように本実施形態の超音波測定装置３００によれば、コモン電極線ＬＹ１からＬＹ６に向かって電圧が単調に増加する第２の駆動電圧（コモン電圧）、又は、電圧が単調に減少する第２の駆動電圧を供給し、これらの第２の駆動電圧の電圧勾配を変化させることでスキャン面の設定位置を可変に設定することができる。その結果、本実施形態の超音波測定装置３００を例えば超音波診断装置等に用いた場合に、簡素な構成で２次元的なスキャンが可能になるから、超音波エコー画像を効率的に取得することなどが可能になる。
【００８４】
本実施形態の超音波測定装置３００によらずに２次元的なスキャンを実現する方法として、超音波素子アレイの各超音波素子を個別に駆動する方法がある。しかしこの方法では、素子数の多いアレイでは駆動電極線の配線が困難になる。例えばｍ行ｎ列のアレイの場合にはｍ×ｎ本の駆動電極線が必要であり、アレイ内で素子を迂回しながら配線を引き回すことはレイアウト上の大きな問題となる。これに対して、本実施形態の超音波測定装置３００では、上述したようにｎ本の駆動電極線でよいから、上記の問題は生じない。
【００８５】
また本実施形態の超音波測定装置３００によらずに２次元的なスキャンを実現する別の方法として、第１方向電極線と第２方向電極線の両方に位相走査のための駆動信号を別々に供給する方法がある。しかしこの方法では、第１方向電極線に供給する駆動信号の遅延に合わせて第２方向電極線に供給する駆動信号の遅延を制御する必要があるため、正確な信号処理が必要となり、回路規模が大きくなる。これに対して、本実施形態の超音波測定装置３００では、第２方向電極線には直流電圧を供給すればよいから、簡素な回路構成でよい。
【００８６】
図１１は、本実施形態の超音波測定装置３００における第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧のタイミングチャートの一例である。図１１では、例として６行６列の超音波素子アレイについて示す。
【００８７】
第１の期間Ｔ１では、第２の駆動電圧（コモン電圧）ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６は、ＶＣＯＭ１が最も電圧が高く、ＶＣＯＭ１からＶＣＯＭ６に向かって電圧が単調に減少する。従ってスキャン面の設定位置は上方向（例えば図８ではＣ２からＬＹ１に向かう方向）にシフトする。また第１の駆動電圧（駆動信号）ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、第１の期間Ｔ１の最初の期間Ｔ１ａでは、ＶＤＲ６が最も位相が早く、ＶＤＲ６からＶＤＲ１に向かって一定の時間差で遅くなる。そして中間期間Ｔ１ｂではＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は同一位相であり、最後の期間Ｔ１ｃではＶＤＲ１が最も位相が早く、ＶＤＲ１からＶＤＲ６に向かって一定の時間差で遅くなる。このように位相走査することで、スキャン面の設定位置を上方向（例えば図８ではＣ２からＬＹ１に向かう方向）にシフトさせてスキャンを行うことができる。
【００８８】
第２の期間Ｔ２では、コモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６は同一の電圧であるからスキャン面の設定位置はシフトしない。駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、第２の期間Ｔ２の最初の期間Ｔ２ａ、中間期間Ｔ２ｂ、最後の期間Ｔ２ｃにおいて、第１の期間Ｔ１と同様の位相走査を行う。こうすることで、スキャン面の設定位置をシフトさせずにスキャンを行うことができる。
【００８９】
第３の期間Ｔ３では、コモン電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ６は、ＶＣＯＭ１が最も電圧が低く、ＶＣＯＭ１からＶＣＯＭ６に向かって電圧が単調に増加する。従ってスキャン面の設定位置は下方向（例えば図８ではＣ２からＬＹ６に向かう方向）にシフトする。駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６は、第３の期間Ｔ３の最初の期間Ｔ３ａ、中間期間Ｔ３ｂ、最後の期間Ｔ３ｃにおいて、第１の期間Ｔ１と同様の位相走査を行う。こうすることで、スキャン面の設定位置を下方向（例えば図８ではＣ２からＬＹ６に向かう方向）にシフトさせてスキャンを行うことができる。
【００９０】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に、シミュレーションによるスライス方向における超音波ビームの強度分布（ビームプロファイル）の一例を示す。横軸はアレイの中心を原点とするスライス方向の座標、縦軸は音圧（超音波強度）である。
【００９１】
図１２（Ａ）は各コモン電極線に同一電圧を供給した場合であり、ビームのピーク位置は原点、即ちアレイの中心にある。一方、図１２（Ｂ）は各コモン電極線に供給する電圧に電圧勾配をもたせた場合であり、ビームのピーク位置がシフトしていることが分かる。
【００９２】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に、本実施形態の第２の信号生成回路１２０の第１及び第２の構成例を示す。なお、本実施形態の第２の信号生成回路１２０は図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）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。
【００９３】
図１３（Ａ）に示す第１の構成例は、信号生成回路ＳＧ１〜ＳＧ８を含む。信号生成回路ＳＧ１〜ＳＧ８は、第２の駆動電圧（コモン電圧）ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８をそれぞれ生成し出力する。信号生成回路ＳＧ１〜ＳＧ８は、後述する超音波プローブ３００（図１４）の制御回路ＣＮＴＬの制御に基づいて、電圧が単調に増加又は減少する第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８を生成し、また第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８の電圧勾配を変化させることができる。信号生成回路ＳＧ１〜ＳＧ８は、ＣＭＯＳトランジスターを用いたアナログ回路及びロジック回路により実現することができる。
【００９４】
図１３（Ｂ）に示す第２の構成例は、電圧生成回路１２２及び電圧切換回路（マルチプレクサー）１２４を含む。電圧生成回路１２２は、第２の駆動電圧（コモン電圧）ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８として必要な複数の電圧を生成する。電圧切換回路（マルチプレクサー）１２４は、電圧生成回路１２２からの複数の電圧を受けて、第２方向端子Ｙ１〜Ｙ８のそれぞれに対して複数の電圧のうちの１つを選択して出力する。こうすることで、電圧切換回路１２４は、電圧が単調に増加又は減少する第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８を出力し、また第２の駆動電圧ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８の電圧勾配を変化させることができる。電圧生成回路１２２及び電圧切換回路１２４は、後述する超音波プローブ３００（図１４）の制御回路ＣＮＴＬにより制御される。電圧生成回路１２２及び電圧切換回路１２４は、ＣＭＯＳトランジスターを用いたアナログ回路及びロジック回路により実現することができる。なお、電圧切換回路１２４を超音波素子アレイ１００と同一の基板上に設けてもよい。
【００９５】
４．超音波プローブ及び診断装置
図１４に、本実施形態の超音波測定装置（超音波プローブ）３００及び診断装置（電子機器）４００の基本的な構成例を示す。超音波プローブ３００は、超音波ヘッドユニット２２０、第１の信号生成回路１１０、第２の信号生成回路１２０を含む。超音波ヘッドユニット２２０は、超音波装置２００及び接続部２１０を含む。第１の信号生成回路１１０は、マルチプレクサーＭＵＸ、パルス信号発生器ＨＶ＿Ｐを含む。また、超音波プローブ３００は、制御回路ＣＮＴＬ、送受信切換スイッチＴ／Ｒ＿ＳＷ、アナログフロントエンドＡＦＥをさらに含む。
【００９６】
超音波ヘッドユニット２２０は、接続部２１０を介して脱着可能であり、診断対象に合わせて交換することができる。接続部２１０は、超音波ヘッドユニット２２０と超音波ヘッドユニット２２０本体とを電気的に接続するためのものであって、例えばフレキシブル基板とコネクターなどで構成することができる。
【００９７】
超音波装置２００は、超音波素子アレイ１００、第１〜第ｎの第１方向端子Ｘ１〜Ｘｎ、第１〜第ｍの第２方向端子Ｙ１〜Ｙｍを含む。なお、第２の信号生成回路１２０のうちの電圧切換回路１２４（図１３（Ｂ））を、超音波装置２００に設けてもよい。この場合には、電圧切換回路１２４を、超音波素子アレイ１００と同一基板上に形成してもよい。
【００９８】
マルチプレクサーＭＵＸは、第１の駆動電圧（駆動信号）及び受信信号のチャネル切換を行う。例えばパルス信号発生器ＨＶ＿Ｐ、送受信切換スイッチＴ／Ｒ＿ＳＷ及びアナログフロントエンドＡＦＥが８チャネル分の信号に対応する構成である場合には、マルチプレクサーＭＵＸがこの８チャネル分の信号を超音波素子アレイ１００の駆動電極線ＬＸ１〜ＬＸｎに分配する。
【００９９】
パルス信号発生器ＨＶ＿Ｐは、制御回路ＣＮＴＬの制御に基づいて、超音波素子ＵＥを駆動するための信号（パルス）を生成する。
【０１００】
送受信切換スイッチＴ／Ｒ＿ＳＷは、送信時及び受信時の信号の切換を行う。受信時にはマルチプレクサーＭＵＸとアナログフロントエンドＡＦＥとを電気的に接続して、超音波ヘッドユニット２２０からの受信信号をアナログフロントエンドＡＦＥに出力する。送信時には、マルチプレクサーＭＵＸとアナログフロントエンドＡＦＥとを電気的に非接続にして、駆動信号がアナログフロントエンドＡＦＥに入力することを防止する。
【０１０１】
アナログフロントエンドＡＦＥは、受信信号の増幅、ゲイン設定、周波数設定、Ａ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）などを行い、検出データ（検出情報）として処理部３２０に出力する。アナログフロントエンドＡＦＥは、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーターなどで構成することができる。
【０１０２】
制御回路ＣＮＴＬは、パルス信号発生器ＨＶ＿Ｐに対して駆動信号の位相、周波数の制御を行い、第２の信号生成回路１２０に対して第２の駆動電圧（コモン電圧）の電圧勾配などの制御を行い、アナログフロントエンドＡＦＥに対して受信信号の周波数設定の制御を行う。制御回路ＣＮＴＬは、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で実現することができる。
【０１０３】
診断装置４００は、超音波プローブ３００、制御部３１０、処理部３２０、ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０、表示部３４０を含む。
【０１０４】
制御部３１０は、超音波プローブ３００に対して超音波の送受信制御を行い、処理部３２０に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部３２０は、アナログフロントエンドＡＦＥからの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０は、ユーザーの行う操作（例えばタッチパネル操作など）に基づいて制御部３１０に必要な命令（コマンド）を出力する。表示部３４０は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部３２０からの表示用画像データを表示する。
【０１０５】
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。また超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置の構成、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】
【０１０６】
１００  超音波素子アレイ、１１０  第１の信号生成回路、
１２０  第２の信号生成回路、１２２  電圧生成回路、１２４  電圧切換回路、
２００  超音波装置、２１０  接続部、２２０  超音波ヘッドユニット、
３００  超音波測定装置、３１０  制御部、３２０  処理部、３３０  ＵＩ部、
３４０  表示部、
ＵＥ  超音波素子、ＬＸ１〜ＬＸ１２  第１方向電極線（駆動電極線）、
ＬＹ１〜ＬＹ８  第２方向電極線（コモン電極線）、Ｘ１〜Ｘ１２  第１方向端子、
Ｙ１〜Ｙ８  第２方向端子、ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２  第１の駆動電圧（駆動信号）、
ＶＣＯＭ１〜ＶＣＯＭ８  第２の駆動電圧（コモン電圧）
【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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