(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有し、複数の開口がアレイ状に配置された第１の基板と、
前記第１の基板の第１面に形成されて前記複数の開口を覆う支持膜と、
前記支持膜に設けられ、超音波の送受信を行う複数の超音波素子と、
前記第１の基板を第１の方向に撓ませる第１の基板変形部と、前記第１の基板を第１の方向と交差する第２の方向に撓ませる第２の基板変形部とを有する基板変形手段とを備え、
前記第１の基板は、前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域を備え、
前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域において、前記第１の基板の端部から前記開口までの距離が前記開口の幅より長く、
前記複数の開口の間の仕切り壁部は、前記厚さ方向からの平面視で、前記超音波素子と前記仕切り壁部とが重ならないことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項２】
前記第１の基板を前記第１の方向と前記第２の方向との少なくとも一方の方向に撓ませて、少なくとも１つの前記超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を変更するよう構成されている請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項３】
前記第１の基板を前記第１の方向と前記第２の方向との少なくとも一方の方向に撓ませて、少なくとも２つの前記超音波素子の相対的な方向および位置を変更するよう構成されている請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項４】
前記第１の基板変形部および前記第２の基板変形部は、それぞれ圧電素子を有し、前記圧電素子の伸縮により前記第１の基板を撓ませるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項５】
前記第１の基板変形部および前記第２の基板変形部は、それぞれ前記第１の基板を加熱して膨張させる第１基板加熱手段である請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項６】
前記基板変形手段は、前記第１の基板の厚み方向から見た平面視で前記各超音波素子が配置されている領域よりも外側に設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項７】
前記第１の基板の前記超音波素子と反対側に接合された可撓性を有する第２の基板を備え、
前記基板変形手段は、前記第２の基板を撓ませることにより前記第１の基板を撓ませるものである請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項８】
可撓性を有し、複数の開口がアレイ状に配置された第１の基板と、
前記第１の基板の第１面に形成されて前記複数の開口を覆う支持膜と、
前記第１の基板上に設けられ、超音波の送受信を行う複数の超音波素子と、
前記第１の基板の前記超音波素子と反対側に接合された可撓性を有する第２の基板と、
前記第１の基板を撓ませる基板変形手段と、を備え、
前記第１の基板は、前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域を備え、
前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域において、前記第１の基板の端部から前記開口までの距離が前記開口の幅より長く、
前記基板変形手段は、前記第２の基板の中央部を前記第１の基板と反対側に向かって引っ張ることにより前記第１の基板を撓ませる引張機構であり、
前記複数の開口の間の仕切り壁部は、前記厚さ方向からの平面視で、前記超音波素子と前記仕切り壁部とが重ならないことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項９】
前記超音波素子は、前記第１の方向に沿って並設されている請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１０】
前記超音波素子は、前記第２の方向に沿って並設されている請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１１】
前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交している請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体とを有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体と、
前記超音波トランスデューサーから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする診断機器。
【請求項１４】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体と、
前記超音波トランスデューサーから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする電子機器。
【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、超音波プローブ、診断機器および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の超音波素子を行列状に配置してなる超音波トランスデューサーが知られている。この超音波トランスデューサーの超音波素子の圧電体としては、長方形の圧電体を使用している。そして、圧電体の短辺方向に並んだ各超音波素子を個別に駆動することでビームフォーミングを行い、圧電体の短辺方向、すなわち方位方向の分解能（方位分解能）を高めているが、各超音波素子の駆動を独立に制御しなければならないため、処理回路に負荷がかかる。一方、圧電体の長辺方向、すなわちスライス方向の分解能（スライス分解能）を向上させるためには、音響レンズ構造を設ける必要があり、超音波トランスデューサーの焦点の位置は、音響レンズの構造で決定されてしまう。
【０００３】
また、特許文献１には、焦点の位置を変更することができる超音波トランスデューサーが開示されている。この超音波トランスデューサーでは、超音波素子が設けられた基板を撓ますことにより、超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を変更し、これにより焦点の位置が変更されるようになっている。
しかしながら、特許文献１に記載されている超音波トランスデューサーでは、基板を一方向にしか撓ますことができず、このため超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を一方向にしか変更することができない。すなわち、超音波トランスデューサーの焦点は、一方向にしか変更することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５１２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、第１の基板を第１の方向と第２の方向とに撓ませて超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を変更することができる超音波トランスデューサー、超音波プローブ、診断機器および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の超音波トランスデューサーは、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、超音波の送受信を行う複数の超音波素子と、
前記第１の基板を第１の方向に撓ませる第１の基板変形部と、前記第１の基板を第１の方向と交差する第２の方向に撓ませる第２の基板変形部とを有する基板変形手段とを備えることを特徴とする。
これにより、第１の基板を第１の方向と第２の方向とに撓ませることができ、これによって、２方向において、超音波トランスデューサーの焦点の位置を調整することができる。
【０００７】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の基板を前記第１の方向と前記第２の方向との少なくとも一方の方向に撓ませて、少なくとも１つの前記超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、第１の基板を第１の方向と第２の方向とに撓ませて超音波素子の出射面に対して垂直な線分の方向を変更することができる。これによって、２方向において、超音波トランスデューサーの焦点の位置を調整することができる。
【０００８】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の基板を前記第１の方向と前記第２の方向との少なくとも一方の方向に撓ませて、少なくとも２つの前記超音波素子の相対的な方向および位置を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、基板を第１の方向と第２の方向とに撓ませて超音波素子の姿勢を変更することができる。これによって、２方向において、超音波トランスデューサーの焦点の位置を調整することができる。
【０００９】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の基板変形部および前記第２の基板変形部は、それぞれ圧電素子を有し、前記圧電素子の伸縮により前記第１の基板を撓ませるものであることが好ましい。
これにより、第１の基板を確実に撓ますことができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の基板変形部および前記第２の基板変形部は、それぞれ前記第１の基板を加熱して膨張させる第１基板加熱手段であることが好ましい。
これにより、第１の基板を確実に撓ますことができる。
【００１０】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記基板変形手段は、前記第１の基板の厚み方向から見た平面視で前記各超音波素子が配置されている領域よりも外側に設けられていることが好ましい。
これにより、第１の基板を確実に撓ますことができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の基板の前記超音波素子と反対側に接合された可撓性を有する第２の基板を備え、
前記基板変形手段は、前記第２の基板を撓ませることにより前記第１の基板を撓ませるものであることが好ましい。
これにより、第１の基板に基板変形手段を設けることなく、第１の基板を撓ますことができる。
【００１１】
本発明の超音波トランスデューサーは、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、超音波の送受信を行う複数の超音波素子と、
前記第１の基板よりも熱膨張率が大きく、前記第１の基板の前記超音波素子と反対側に接合された可撓性を有する第２の基板と、
前記第１の基板を第１の方向に撓ませる第１の基板変形部と、前記第１の基板を第１の方向と交差する第２の方向に撓ませる第２の基板変形部とを有する基板変形手段とを備え、
前記基板変形手段は、前記第２の基板を加熱して膨張させることにより前記第１の基板を撓ませる第２基板加熱手段であることを特徴とする。
これにより、第１の基板を確実に撓ますことができる。
【００１２】
本発明の超音波トランスデューサーは、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、超音波の送受信を行う複数の超音波素子と、
前記第１の基板の前記超音波素子と反対側に接合された可撓性を有する第２の基板と、
前記第１の基板を第１の方向に撓ませる第１の基板変形部と、前記第１の基板を第１の方向と交差する第２の方向に撓ませる第２の基板変形部とを有する基板変形手段とを備え、
前記基板変形手段は、前記第２の基板の中央部を前記第１の基板と反対側に向かって引っ張ることにより前記第１の基板を撓ませる引張機構であることを特徴とする。
これにより、第１の基板を確実に撓ますことができる。
【００１３】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記超音波素子は、前記第１の方向に沿って並設されていることが好ましい。
これにより、超音波トランスデューサーの焦点の位置を確実に調整することができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記超音波素子は、前記第２の方向に沿って並設されていることが好ましい。
これにより、超音波トランスデューサーの焦点の位置を確実に調整することができる。
【００１４】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交していることが好ましい。
これにより、制御を容易に行うことができ、性能の良い超音波トランスデューサーを実現することができる。
本発明の超音波プローブは、本発明の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体とを有することを特徴とする。
これにより、前述した効果を発揮することのできる超音波プローブが得られる。
【００１５】
本発明の診断機器は、本発明の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体と、
前記超音波トランスデューサーから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする。
これにより、前述した効果を発揮することのできる診断機器が得られる。
【００１６】
本発明の電子機器は、本発明の超音波トランスデューサーと、
前記超音波トランスデューサーが収容された筐体と、
前記超音波トランスデューサーから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする。
これにより、前述した効果を発揮することのできる電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の超音波プローブの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサー（第１実施形態）を示す平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】図２に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図（図２中のＡ−Ａ線での断面図）である。
【図５】図２に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図（図２中のＢ−Ｂ線での断面図）である。
【図６】図２に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す平面図である。
【図７】図２および図６中のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図８】本発明の超音波トランスデューサーの第２実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の超音波トランスデューサーの第３実施形態を示す断面図である。
【図１０】図９に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の超音波トランスデューサーの第４実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の診断機器の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の超音波トランスデューサー、超音波プローブ、診断機器および電子機器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の超音波プローブの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサー（第１実施形態）を示す平面図、図３は、図２中のＡ−Ａ線での断面図、図４は、図２に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図（図２中のＡ−Ａ線での断面図）、図５は、図２に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図（図２中のＢ−Ｂ線での断面図）、図６は、図２に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す平面図、図７は、図２および図６中のＣ−Ｃ線での断面図である。
【００１９】
なお、以下では、図２〜図７中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明を行う。
また、図２では、音響整合部、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線の一部等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。また、図３〜図５では、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。また、図６では、音響整合部の図示を省略している。
【００２０】
また、各図に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸を想定し、Ｘ軸の方向（Ｘ軸方向）を第１の方向とし、Ｙ軸の方向（Ｙ軸方向）を第１の方向と直交する第２の方向とする。なお、Ｘ軸方向が方位方向に対応し、Ｙ軸方向がスライス方向に対応している（第２〜第４実施形態も同様）。
図１に示すように、超音波プローブ１０は、筐体２００と、筐体２００に収納（収容）された超音波トランスデューサー１とを有している。超音波トランスデューサー１は、筐体２００の先端部に設置されている。この超音波プローブ１０は、例えば、後述する診断機器１００等、各種の診断機器の超音波プローブとして用いることができる。
【００２１】
また、実施形態では、超音波トランスデューサー１の表面、すなわち後述する音響整合部６の表面は、外部に露出している。この音響整合部６は、超音波プローブ１０および超音波トランスデューサー１の保護層として機能する。音響整合部６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、シリコーンゴム等、音響インピーダンスが生体とほぼ同等の素材が用いられる。なお、音響整合部６の表面が外部に露出しないように構成してもよい。
【００２２】
また、本実施形態では、超音波プローブ１０は、音響整合部６の表面を検査対象である生体に接触させて使用する接触型のセンサーである。すなわち、検査の際は、超音波プローブ１０は、その音響整合部６の表面を検査対象である生体に接触させて使用する。この場合、超音波トランスデューサー１から音響整合部６に向かって超音波が送出されると、超音波は、音響整合部６を通過して生体内部に伝搬し、生体内の所定の部位で反射した超音波は、音響整合部６を通過して超音波トランスデューサー１に入力される。
【００２３】
また、超音波プローブ１０は、ケーブル２１０を介して、後述する診断機器１００の装置本体３００（図１３参照）と電気的に接続される。
図２〜図７に示すように、超音波トランスデューサー１は、可撓性を有する基板（第１の基板）２と、基板２上に設けられ、超音波の送受信を行う複数（図示の構成では１２個）の超音波素子（超音波振動子）８と、基板２の超音波素子８側に設けられ、各超音波素子８を覆う音響整合部６と、基板２の超音波素子８と反対側に接合された可撓性を有する基板（第２の基板）３と、基板３の基板２と反対側に接合された支持基板４とを備えている。
【００２４】
基板２、基板３、支持基板４の形状は、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、平面視（基板２の厚み方向から見た平面視）で四角形をなしている。なお、基板２、基板３、支持基板４の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
また、基板２、基板３、支持基板４の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体形成素材が用いられる。これにより、エッチング等により容易に加工することができる。
【００２５】
超音波素子８は、ダイアフラム５１と、圧電体７とにより構成されており、各超音波素子８は、基板２上に行列状に配置されている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って複数（図示の構成では４つ）の超音波素子８が並設され、かつＹ軸方向に沿って複数（図示の構成では３つ）の超音波素子８が並設されている。
圧電体７の形状は、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で長方形をなしている。なお、圧電体７の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、正方形等の他の四角形、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。なお、圧電体７およびその配線については後で述べる。
【００２６】
また、基板２の各超音波素子８に対応する部位には、それぞれ、その超音波素子８のダイアフラム５１を形成するための開口２１が形成されている。
開口２１の形状は、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で長方形をなしている。なお、開口２１の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、正方形等の他の四角形、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
【００２７】
そして、基板２上には、支持膜５が形成されており、各開口２１は支持膜５により閉塞されている。この支持膜５のうち、開口２１を閉塞する領域により、ダイアフラム５１が構成される。なお、ダイアフラム５１上には、圧電体７が設けられている。
支持膜５の構成材料としては、特に限定されないが、支持膜５は、例えば、ＳｉＯ２膜とＺｒＯ２層との積層体（２層構造）により構成される。ここで、ＳｉＯ２層は、基板２がＳｉ基板である場合、基板２の表面を熱酸化処理することで形成することができる。また、ＺｒＯ２層は、ＳｉＯ２層上に、例えばスパッタリング等の手法により形成することができる。ここで、ＺｒＯ２層は、後述する圧電体７の圧電膜７２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層は、圧電膜７２の歪みに対する撓み効率を向上させる等の効果も有している。
【００２８】
支持基板４は、その外周部に、基板３側に向って突出したリブ（支持部）４１を有しており、そのリブ４１に基板３が接合している。これにより、支持基板４と基板３との間に、空間１２が形成される。この空間１２は、基板２、３が撓んだときのその基板２、３の逃げ部として機能する。
図７に示すように、圧電体７は、ダイアフラム５１（支持膜５）上に形成された下部電極７１と、下部電極７１上に形成された圧電膜７２と、圧電膜７２上に形成された上部電極７３とを有している。
【００２９】
また、下部電極７１には、例えば図６に示すように、支持膜５上でＹ軸方向に沿って延出する下部電極用導線７１ａが接続されている。この下部電極用導線７１ａは、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の共通の導線となる。すなわち、下部電極用導線７１ａは、図６に示すように、Ｙ軸方向に隣り合う超音波素子８の下部電極７１に接続されている。これにより、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の集合体を独立して駆動することができる。
【００３０】
また、上部電極７３には、例えば図６に示すように、支持膜５上のＸ軸方向に沿って延出する上部電極用導線７３ａが接続されている。この上部電極用導線７３ａは、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の共通の導線となる。すなわち、上部電極用導線７３ａは、図６に示すように、Ｘ軸方向に隣り合う超音波素子８の上部電極７３に接続されており、その端部において、例えばＧＮＤに接続されている。これにより、各超音波素子８の上部電極７３がアースされることになる。
なお、前記とは逆に、下部電極用導線７１ａをＧＮＤに接続してもよい。
【００３１】
これらの下部電極７１、上部電極７３、下部電極用導線７１ａ、上部電極用導線７３ａの構成材料としては、それぞれ、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、各種の金属材料等を用いることができる。また、下部電極７１、上部電極７３、下部電極用導線７１ａ、上部電極用導線７３ａは、それぞれ、単層であってもよく、また、複数の層を積層してなる積層体であってもよい。具体例としては、例えば、下部電極７１および下部電極用導線７１ａとして、それぞれ、Ｔｉ/Ｉｒ/Ｐｔ/Ｔｉ積層膜を用い、上部電極７３および上部電極用導線７３ａとして、それぞれ、Ｉｒ膜を用いることができる。
【００３２】
圧電膜７２は、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電膜７２としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮（伸縮）することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、ＰＺＴの他、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）等を用いてもよい。
【００３３】
このような超音波素子８では、例えば、装置本体３００（図１３参照）により、ケーブル２１０を介して、下部電極７１と上部電極７３との間に電圧を印加することで、圧電膜７２が面内方向に伸縮する。このとき、圧電膜７２の一方の面は、下部電極７１を介して支持膜５に接合され、他方の面には、上部電極７３が形成されている。ここで、上部電極７３上には他の層が形成されないため、圧電膜７２の支持膜５側が伸縮しにくく、上部電極７３側が伸縮し易くなる。このため、圧電膜７２に電圧を印加すると、開口２１側に凸となる撓みが生じ、ダイアフラム５１を撓ませる。したがって、圧電膜７２に交流電圧を印加することで、ダイアフラム５１が膜厚方向に対して振動し、このダイアフラム５１の振動により超音波が発信される。
【００３４】
また、超音波素子８で超音波を受信する場合、超音波がダイアフラム５１に入力されると、ダイアフラム５１が膜厚方向に振動する。超音波素子８では、このダイアフラム５１の振動により、圧電膜７２の下部電極７１側の面と上部電極７３側の面とで電位差が発生し、上部電極７３および下部電極７１から圧電膜７２の変位量に応じた受信信号（検出信号）（電流）が出力される。この信号は、ケーブル２１０を介して装置本体３００（図１３参照）に送信され、装置本体３００において、その信号に基づいて所定の信号処理等がなされる。これにより、装置本体３００において、超音波画像（電子画像）が形成され、表示される。
また、このような超音波プローブ１０では、Ｘ軸方向に沿って並設された各超音波素子８から超音波を発信させるタイミングを遅延させてずらすことで、所望の方向に超音波の平面波を発信することが可能となる。
【００３５】
さて、図２および図３に示すように、トランスデューサー１は、基板２をＸ軸方向に撓ませる（湾曲させる）第１の基板変形部として、圧電体（圧電素子）１１ａ、１１ｂを有し、基板２をＹ軸方向に撓ませる第２の基板変形部として、圧電体（圧電素子）１１ｃ、１１ｄを有している。圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれ、図示しない圧電膜、上部電極および下部電極を有しており、その構成は、前述した圧電体７と同様であるので、その説明は省略する。なお、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにより、基板変形手段が構成される。
【００３６】
ここで、圧電体１１ａ、１１ｂは、基板２をＸ軸方向に撓ませて、少なくとも１つの超音波素子８の超音波の出射面に対して垂直な線分１３（図７参照）の方向を変更する手段である。すなわち、圧電体１１ａ、１１ｂは、基板２をＸ軸方向に撓ませて、少なくとも２つの超音波素子８の相対的な方向（線分１３の方向）および位置を変更する手段である。
【００３７】
また、圧電体１１ｃ、１１ｄは、基板２をＹ軸方向に撓ませて、少なくとも１つの超音波素子８の線分１３の方向を変更する手段である。すなわち、圧電体１１ｃ、１１ｄは、基板２をＹ軸方向に撓ませて、少なくとも２つの超音波素子８の相対的な方向（線分１３の方向）および位置を変更する手段である。
なお、「出射面」とは、超音波素子８の超音波を出射する側の表面（面）を言う。具体的には、「出射面」とは、超音波素子８のダイアフラム５１の圧電体７側（図７中の上側）の表面のことである。
【００３８】
また、「Ｘ軸方向（第１の方向）に撓む」とは、図４に示すとおり、基板（第１の基板）２の断面をＸ軸に直交（交差）するＹ軸方向（第２の方向）から見た時に、基板２の断面形状が図４中上か下に曲がっている、すなわち撓んでいることを言う。
また「Ｙ軸方向（第２の方向）に撓む」とは、図５に示すとおり、基板２の断面をＹ軸に直交（交差）するＸ軸方向（第１の方向）から見た時に、基板２の断面形状が図５中上か下に曲がっている、すなわち撓んでいることを言う。
【００３９】
圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれ、支持膜５（基板２）上に設けられている。これらの圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれ、前述した圧電体７を形成する工程において、同時に形成することができる。
また、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれ、基板２の外周部、すなわち、基板２の各超音波素子８が配置されている領域１４よりも外側に配置されている。
【００４０】
ここで、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの形状は、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で長方形をなしている。なお、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、正方形等の他の四角形、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
そして、圧電体１１ａは、領域１４の図２中右側に、その長辺方向がＹ軸方向となるように配置され、圧電体１１ｂは、領域１４の図２中左側に、その長辺方向がＹ軸方向となるように配置されている。また、圧電体１１ｃは、領域１４の図２中上側に、その長辺方向がＸ軸方向となるように配置され、圧電体１１ｄは、領域１４の図２中下側に、その長辺方向がＸ軸方向となるように配置されている。
各圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには、それぞれ、ケーブル２１０を介して、装置本体３００側に設けられた電源２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄが接続される。
【００４１】
次に、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサー１の作用を説明する。
電源２２０ａ、２２０ｂにより、圧電体１１ａ、１１ｂに直流電圧が印加されると、圧電体１１ａ、１１ｂが収縮し、これにより、図４に示すように、基板２および３が、支持基板４側と反対側が凹となるようにＸ軸方向に撓む（湾曲する）。これにより、超音波素子８の線分１３の方向（姿勢）が変更される。すなわち、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成される。
【００４２】
そして、圧電体１１ａ、１１ｂに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、圧電体１１ａ、１１ｂの収縮の度合いが変更され、これにより、基板２および３の撓み（湾曲）の度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更され、焦点の位置が変更される。このようにして、焦点の位置を調整することができる。
また、電源２２０ｃ、２２０ｄにより、圧電体１１ｃ、１１ｄに直流電圧が印加されると、圧電体１１ｃ、１１ｄが収縮し、これにより、図５に示すように、基板２および３が、支持基板４と反対側が凹となるようにＹ軸方向に撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。すなわち、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成される。
【００４３】
そして、圧電体１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、圧電体１１ｃ、１１ｄの収縮の度合いが変更され、これにより、基板２および３の撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更され、焦点の位置が変更される。このようにして、焦点の位置を調整することができる。
また、電源２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにより、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに直流電圧が印加されると、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが収縮し、これにより、基板２および３が、支持基板４と反対側が凹となるようにＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。すなわち、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成されるとともに、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成される。
【００４４】
そして、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの収縮の度合いが変更され、これにより、基板２および３のＸ軸方向およびＹ軸方向の撓みの度合いがそれぞれ変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更され、焦点の位置が変更される。このようにして、２方向において、焦点の位置を調整することができる。
【００４５】
また、前記圧電体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによる基板２および３の変形動作は、基板２の表面が歪んだり、反ってしまった場合に、それを修正する際にも用いることができる。
なお、基板３は、省略されていてもよい。
また、この超音波プローブ１０には、後述する第２〜第４実施形態の超音波トランスデューサー１を用いることもできる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の超音波トランスデューサーの第２実施形態を示す平面図である。
なお、以下では、図８中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明を行う。
また、図８では、音響整合部、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線の一部等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。
【００４７】
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８に示すように、第２実施形態の超音波トランスデューサー１では、第１の基板変形部として、基板２を加熱して膨張させる加熱部（第１基板加熱手段）１５ａ、１５ｂを有し、第２の基板変形部として、基板２を加熱して膨張させる加熱部（第１基板加熱手段）１１５ｃ、１５ｄを有している。加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとしては、それぞれ、基板２を加熱することがきるものであれば、特に限定されず、例えば、ヒーター等を用いることができる。なお、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにより、基板変形手段が構成される。
【００４８】
加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、それぞれ、支持膜５（基板２）上に設けられている。これらの加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、それぞれ、前述した下部電極用導線７１ａや上部電極用導線７３ａを形成する工程において、同時に形成することができる。
また、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、それぞれ、基板２の外周部、すなわち、基板２の各超音波素子８が配置されている領域１４よりも外側に配置されている。
【００４９】
ここで、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの形状は、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で長方形をなしている。なお、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、正方形等の他の四角形、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
そして、加熱部１５ａは、領域１４の図８中右側に、その長辺方向がＹ軸方向となるように配置され、加熱部１５ｂは、領域１４の図８中左側に、その長辺方向がＹ軸方向となるように配置されている。また、加熱部１５ｃは、領域１４の図８中上側に、その長辺方向がＸ軸方向となるように配置され、加熱部１５ｄは、領域１４の図８中下側に、その長辺方向がＸ軸方向となるように配置されている。
各加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄには、それぞれ、ケーブル２１０を介して、装置本体３００側に設けられた電源２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄが接続される。
【００５０】
次に、超音波トランスデューサー１の作用を説明する。
電源２２０ａ、２２０ｂにより、加熱部１５ａ、１５ｂに直流電圧が印加されると、加熱部１５ａ、１５ｂにより基板２が加熱されて膨張し、これにより、基板２および３が、支持基板４と反対側が凸となるようにＸ軸方向に撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向（姿勢）が変更される。
【００５１】
そして、加熱部１５ａ、１５ｂに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、加熱部１５ａ、１５ｂの加熱温度が変更され、これにより、基板２の膨張の度合いが変更され、基板２および３の撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。
また、電源２２０ｃ、２２０ｄにより、加熱部１５ｃ、１５ｄに直流電圧が印加されると、加熱部１５ｃ、１５ｄにより基板２が加熱されて膨張し、これにより、基板２および３が、支持基板４と反対側が凸となるようにＹ軸方向に撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。
【００５２】
そして、加熱部１５ｃ、１５ｄに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、加熱部１５ｃ、１５ｄの加熱温度が変更され、これにより、基板２の膨張の度合いが変更され、基板２および３の撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。
また、電源２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにより、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに直流電圧が印加されると、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにより基板２が加熱されて膨張し、これにより、基板２および３が、支持基板４と反対側が凸となるようにＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。
【００５３】
そして、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに印加する直流電圧の電圧値を変更すると、加熱部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの加熱温度が変更され、これにより、基板２の膨張の度合いが変更され、基板２および３のＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。
この超音波トランスデューサー１では、基板２の表面が歪んだり、反ってしまった場合に、それを修正することができる。
なお、基板３は、省略されていてもよい。
【００５４】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の超音波トランスデューサーの第３実施形態を示す断面図、図１０は、図９に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図である。
なお、以下では、図９および図１０中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明を行う。
【００５５】
また、図９および図１０では、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図９に示すように、第３実施形態の超音波トランスデューサー１では、第１の基板変形部および第２の基板変形部（基板変形手段）として、基板３を加熱して膨張させる加熱部（第２基板加熱手段）１６を有している。この加熱部１６は、基板３を膨張させて撓ませることにより基板２を撓ませるものである。また、加熱部１６としては、基板３を加熱することがきるものであれば、特に限定されず、例えば、ヒーター等を用いることができる。
【００５６】
また、加熱部１６は、基板３の支持基板４側の面に設けられている。また、加熱部１６は、基板３の中央部に配置されている。なお、加熱部１６の形状は、特に限定されない。
また、基板３の熱膨張率は、基板２の熱膨張率よりも大きく設定されている。これにより、加熱部１６により、基板３を加熱して膨張させた場合、基板２が加熱されて膨張しても、その膨張の度合いは、基板３の方が大きくなる。これにより、基板２は、支持基板４と反対側が凹となるようにＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに撓む。
なお、加熱部１６には、ケーブル２１０を介して、装置本体３００側に設けられた図示しない電源が接続される。
【００５７】
次に、超音波トランスデューサー１の作用を説明する。
電源により、加熱部１６に直流電圧が印加されると、加熱部１６により基板３が加熱されて膨張し、これにより、図１０に示すように、基板２および３が、支持基板４と反対側が凹となるようにＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向（姿勢）が変更される。すなわち、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成されるとともに、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成される。
【００５８】
そして、加熱部１６に印加する直流電圧の電圧値を変更すると、加熱部１６の加熱温度が変更され、これにより、基板３の膨張の度合いが変更され、基板２および３のＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。このようにして、２方向において、焦点の位置を調整することができる。
また、前記加熱部１６による基板２および３の変形動作は、基板２の表面が歪んだり、反ってしまった場合に、それを修正する際にも用いることができる。
【００５９】
＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の超音波トランスデューサーの第４実施形態を示す断面図、図１２は、図１１に示す超音波トランスデューサーの作用を説明するための断面図である。
なお、以下では、図１１および図１２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明を行う。
また、図１１および図１２では、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。
【００６０】
以下、第４実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１１に示すように、第４実施形態の超音波トランスデューサー１では、第１の基板変形部および第２の基板変形部（基板変形手段）として、基板３の中央部を基板２と反対側に向かって引っ張る引張機構１７を有している。この引張機構１７は、基板３を引っ張って撓ませることにより基板２を撓ませるものである。
【００６１】
引張機構１７としては、基板３の中央部を基板２と反対側に向かって引っ張ることがきるものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、カム機構を用いている。すなわち、引張機構１７は、支持部材１７１と、カム１７２と、モーター１７３とを有している。以下、引張機構１７について説明する。
まず、支持部材１７１は、基板３の支持基板４側の面に設けられている。この支持部材１７１は、図示の構成では、Ｌ字状をなし、基板３の中央部に接合されている。
【００６２】
また、カム１７２は、支持基板４の中央部に形成されている壁部４２に回転（回動）可能に設置されている。このカム１７２は、支持部材１７１の直上に配置されている。
また、モーター１７３の回転軸１７４は、カム１７２に固着されており、モーター１７３が駆動して回転軸１７４が回転すると、その回転軸１７４とともにカム１７２が回転する。
なお、モーター１７３には、ケーブル２１０を介して、装置本体３００側に設けられたモーター１７３の図示しない駆動制御部が接続される。
【００６３】
次に、超音波トランスデューサー１の作用を説明する。
駆動制御部により、加熱部１６に駆動電圧が印加されると、モーター１７３が駆動してカム１７２が回転する（図１２参照）。これにより、カム１７２によって支持部材１７１が支持基板４側に押されて移動する。これにより、支持部材１７１によって基板３の中央部が支持基板４側に引っ張られ、基板２および３が、支持基板４と反対側が凹となるようにＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに撓む。これにより、超音波素子８の線分１３の方向（姿勢）が変更される。すなわち、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成されるとともに、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の線分１３が所定の位置で交差し、焦点が形成される。
【００６４】
そして、図１２に示すように、カム１７２がさらに回転すると、カム１７２によって支持部材１７１が支持基板４側にさたに押されて移動する。これにより、支持部材１７１によって基板３の中央部がさらに支持基板４側に引っ張られ、基板２および３のＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの撓みの度合いが変更される。これにより、超音波素子８の線分１３の方向が変更される。このようにして、２方向において、焦点の位置を調整することができる。
【００６５】
また、前記加熱部１６による基板２および３の変形動作は、基板２の表面が歪んだり、反ってしまった場合に、それを修正する際にも用いることができる。
以上説明したような超音波プローブ１０や超音波トランスデューサー１は、例えば、診断機器等の各種電子機器に好適に適用することができる。以下、電子機器の実施形態として、代表的に、診断機器の実施形態について説明する。
【００６６】
＜診断機器（電子機器）の実施形態＞
図１３は、本発明の診断機器の実施形態を示すブロック図である。
図１３に示すように、診断機器１００は、前述した超音波プローブ１０と、超音波プローブ１０とケーブル２１０を介して電気的に接続される装置本体３００とを備えている。
装置本体３００は、制御部（制御手段）３１０と、駆動信号発生部３２０と、検出信号処理部３３０と、画像信号処理部３４０と、画像表示部（表示手段）３５０とを備えている。なお、検出信号処理部３３０および画像信号処理部３４０により、信号処理部が構成される。
制御部３１０は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、駆動信号発生部３２０、画像信号処理部３４０等、装置本体３００全体の制御を行う。また、画像表示部３５０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ等のディスプレイ装置で構成されている。
【００６７】
次に、診断機器１００の動作について説明する。
検査の際は、超音波プローブ１０の音響整合部６の表面を検査対象である生体に接触させ、診断機器１００を作動させる。
まず、制御部３１０が駆動信号発生部３２０に送信命令を出力すると、駆動信号発生部３２０は、各超音波素子８に対して、それぞれ、所定のタイミングで、その超音波素子８を駆動する駆動信号を送信する。これにより、各超音波素子８が、それぞれ、所定のタイミングで駆動する。これによって、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサー１から超音波が発信される。
【００６８】
発信された超音波は、生体内部に伝搬し、生体内の所定の部位で反射した超音波は、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサー１に入力される。
そして、超音波トランスデューサー１からは、入力した超音波に応じた検出信号が出力される。この検出信号は、ケーブル２１０を介して装置本体３００の検出信号処理部３３０に送信され、検出信号処理部３３０において、所定の信号処理が施され、検出信号処理部３３０に含まれている図示しないＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換される。
【００６９】
検出信号処理部３３０から出力されたディジタル信号は、画像信号処理部３４０に入力され、フレームタイミング信号に同期して、画像信号処理部３４０に含まれている図示しない１次記憶部に面データとして順次記憶される。画像信号処理部３４０は、各面データに基づいて、２次元または３次元の画像データを再構成するととともに、画像データに対して、例えば、補間、レスポンス強調処理、階調処理等の画像処理を施す。画像処理が施された画像データは、画像信号処理部３４０に含まれている図示しない２次記憶部に記憶される。
【００７０】
そして、画像処理が施された画像データは、画像信号処理部３４０の２次記憶部から読みだされ、画像表示部３５０に入力される。画像表示部３５０は、画像データに基づいて画像を表示する。医師等の医療従事者は、前記画像表示部３５０に表示された画像を見て、診断等を行う。
以上、本発明の超音波トランスデューサー、超音波プローブ、診断機器および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００７１】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
なお、本発明の超音波トランスデューサーは、検査対象に接触させて使用する超音波プローブに限らず、検査対象に非接触で使用する近接センサーのような非接触型のセンサーに適用することもできる。
【符号の説明】
【００７２】
１…超音波トランスデューサー  ２…基板  ２１…開口  ３…基板  ４…支持基板  ４１…リブ  ４２…壁部  ５…支持膜  ５１…ダイアフラム  ６…音響整合部  ７…圧電体  ７１…下部電極  ７１ａ…下部電極用導線  ７２…圧電膜  ７３…上部電極  ７３ａ…上部電極用導線  ８…超音波素子  １０…超音波プローブ  １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…圧電体  １２…空間  １３…線分  １４…領域  １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…加熱部  １６…加熱部  １７…引張機構  １７１…支持部材  １７２…カム  １７３…モーター  １７４…回転軸  １００…診断機器  ２００…筐体  ２１０…ケーブル  ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ…電源  ３００…装置本体  ３１０…制御部  ３２０…駆動信号発生部  ３３０…検出信号処理部  ３４０…画像信号処理部  ３５０…画像表示部
【図１】
0005962018.tif 000002
【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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