(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波デバイスの駆動装置であって、
前記超音波デバイスが有する第１の駆動電極線ないし第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線に対して第１の駆動信号ないし第ｎの駆動信号を出力する送信回路と、
前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号におけるタイミングおよび電圧振幅を制御する制御部とを含み、
前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）の駆動信号と前記第ｉ以外の駆動信号とが重なる前記タイミングおよび重なり度合に基づいて、前記制御部が、前記第ｉの駆動信号における前記タイミングおよび前記電圧振幅を制御することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記重なり度合が大きいほど前記第ｉの駆動信号における前記電圧振幅を大きくすることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記送信回路は、
前記制御部によりゲインが制御されるゲインアンプを有し、
前記制御部は、
前記ゲインアンプのゲインを制御することで、前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を制御することを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記送信回路は、
信号生成回路と、
前記制御部により遅延時間が制御される遅延回路とをさらに有し、
前記ゲインアンプは、
前記信号生成回路からの基準信号を増幅し、
前記遅延回路は、
前記制御部の制御に基づいて、増幅された前記基準信号を遅延することで、前記第ｉの駆動信号と前記第ｉ＋１の駆動信号との位相差を有する前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号を生成することを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記第１の駆動信号が第１のタイミングで出力され、前記第ｎの駆動信号が第ｎのタイミングで出力される場合に、
前記ゲインアンプのゲインが、前記第１のタイミングから、前記第１のタイミングと前記第ｎのタイミングとの中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することで、
前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号の電圧振幅が、前記第１のタイミングから前記中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１又は２において、
前記送信回路は、
複数の電圧のうちの１つを選択電圧として選択する電圧選択回路を有し、
前記電圧選択回路は、
選択した前記選択電圧を電圧振幅とする信号を出力し、
前記制御部は、
前記選択電圧を切り換える制御を行うことで、前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号の電圧振幅を制御し、
前記送信回路は、
前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号に基づいて、前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号を出力することを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記送信回路は、
信号生成回路と、
前記制御部により遅延時間が制御される遅延回路とをさらに有し、
前記電圧選択回路は、
前記信号生成回路からの基準信号に同期して、前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号を出力し、
前記遅延回路は、
前記制御部の制御に基づいて、前記電圧選択回路からの前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号を遅延し、
前記送信回路は、
前記遅延回路からの遅延された信号に基づいて、前記第ｉの駆動信号と前記第ｉ＋１の駆動信号との位相差を有する前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号を出力することを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項５又は６において、
前記第１の駆動信号が第１のタイミングで出力され、前記第ｎの駆動信号が第ｎのタイミングで出力される場合に、
前記電圧選択回路の前記選択電圧が、前記第１のタイミングから、前記第１のタイミングと前記第ｎのタイミングとの中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することで、
前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号の電圧振幅が、前記第１のタイミングから前記中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することを特徴とする駆動装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記超音波デバイスが有するコモン電極線の電圧をモニターするコモン電圧モニター回路を含み、
前記制御部は、
前記コモン電圧モニター回路のモニター結果に基づいて、前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を制御することを特徴とする駆動装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記制御部は、
前記コモン電圧モニター回路の前記モニター結果に基づいて、前記コモン電極線の電圧の振幅が大きいほど、前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を大きくする制御を行うことを特徴とする駆動装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記第１の駆動信号ないし前記第ｎの駆動信号は、ｍ（ｍは０．５の自然数倍）波の正弦波又は矩形波であることを特徴とする駆動装置。
【請求項１２】
超音波デバイスの駆動装置であって、
前記超音波デバイスが有する第１の駆動電極線ないし第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線に対して第１のパルス信号ないし第ｎのパルス信号を出力する送信回路と、
前記第１のパルス信号ないし前記第ｎのパルス信号におけるタイミングおよび電圧振幅を制御する制御部とを含み、
前記制御部が、前記第１のパルス信号ないし前記第ｎのパルス信号を合成した電圧振幅に基づいて前記第１のパルス信号ないし前記第ｎのパルス信号の前記タイミングおよび前記電圧振幅を制御することを特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の駆動装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の駆動装置と、
前記超音波デバイスからの受信信号に基づいて生成される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診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に向けて超音波を照射し、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、圧電素子に駆動信号が印加されることによりコモン電極線の電位が変動し、このために位相走査を行う場合にビーム方向（ステアリング角）によって超音波強度が変化するという問題がある。
【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、位相走査時の超音波強度の変化を低減することができる駆動装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、超音波デバイスの駆動装置であって、前記超音波デバイスが有する第１の駆動電極線〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線に対して第１の駆動信号〜第ｎの駆動信号を出力する送信回路と、前記送信回路を制御する制御部とを含み、前記送信回路は、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）の駆動信号と第ｉ＋１の駆動信号との位相差が第１の位相差である場合に、前記第ｉの駆動信号と前記第ｉ＋１の駆動信号との前記位相差が前記第１の位相差よりも大きい第２の位相差である場合と比べて、より大きい電圧振幅の前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号を出力する駆動装置に関係する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、第ｉの駆動信号と第ｉ＋１の駆動信号との位相差が小さいほど、第１〜第ｎの駆動信号の電圧振幅を大きくすることができるから、位相差を変化させる場合に超音波の強度の変化を低減させることができる。
【０００７】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、正面出射モードの場合には、位相走査モードの場合に比べてより大きい電圧振幅の前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号を出力してもよい。
【０００８】
このようにすれば、正面出射モードの場合と位相走査モードの場合とにおける超音波強度の差を低減することができる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、前記制御部によりゲインが制御されるゲインアンプを有し、前記制御部は、前記ゲインアンプのゲインを制御することで、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を制御してもよい。
【００１０】
このようにすれば、送信回路は、制御部の制御に基づいて、第ｉの駆動信号と第ｉ＋１の駆動信号との位相差に応じて第１〜第ｎの駆動信号の電圧振幅を変化させることができる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、信号生成回路と、前記制御部により遅延時間が制御される遅延回路とをさらに有し、前記ゲインアンプは、前記信号生成回路からの基準信号を増幅し、前記遅延回路は、前記制御部の制御に基づいて、増幅された前記基準信号を遅延することで、前記第ｉの駆動信号と前記第ｉ＋１の駆動信号との位相差を有する前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号を生成してもよい。
【００１２】
このようにすれば、送信回路は、制御部の制御に基づいて、所望の位相差をもつ第１〜第ｎの駆動信号を出力することができる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記第１の駆動信号が第１のタイミングで出力され、前記第ｎの駆動信号が第ｎのタイミングで出力される場合に、前記ゲインアンプのゲインが、前記第１のタイミングから、前記第１のタイミングと前記第ｎのタイミングとの中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することで、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号の電圧振幅が、前記第１のタイミングから前記中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少してもよい。
【００１４】
このようにすれば、送信回路は、電圧振幅が第１のタイミングから中間のタイミングに向かって増加し、中間のタイミングから第ｎのタイミングに向かって減少する第１〜第ｎの駆動信号を出力することができる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、複数の電圧のうちの１つを選択電圧として選択する電圧選択回路を有し、前記電圧選択回路は、選択した前記選択電圧を電圧振幅とする信号を出力し、前記制御部は、前記選択電圧を切り換える制御を行うことで、前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号の電圧振幅を制御し、前記送信回路は、前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号に基づいて、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号を出力してもよい。
【００１６】
このようにすれば、送信回路は、制御部の制御に基づいて、第ｉの駆動信号と第ｉ＋１の駆動信号との位相差に応じて第１〜第ｎの駆動信号の電圧振幅を変化させることができる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記送信回路は、信号生成回路と、前記制御部により遅延時間が制御される遅延回路とをさらに有し、前記電圧選択回路は、前記信号生成回路からの基準信号に同期して、前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号を出力し、前記遅延回路は、前記制御部の制御に基づいて、前記電圧選択回路からの前記選択電圧を電圧振幅とする前記信号を遅延し、前記送信回路は、前記遅延回路からの遅延された信号に基づいて、前記第ｉの駆動信号と前記第ｉ＋１の駆動信号との位相差を有する前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号を出力してもよい。
【００１８】
このようにすれば、送信回路は、制御部の制御に基づいて、所望の位相差をもつ第１〜第ｎの駆動信号を出力することができる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記第１の駆動信号が第１のタイミングで出力され、前記第ｎの駆動信号が第ｎのタイミングで出力される場合に、前記電圧選択回路の前記選択電圧が、前記第１のタイミングから、前記第１のタイミングと前記第ｎのタイミングとの中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少することで、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号の電圧振幅が、前記第１のタイミングから前記中間のタイミングに向かって増加し、前記中間のタイミングから前記第ｎのタイミングに向かって減少してもよい。
【００２０】
このようにすれば、送信回路は、電圧振幅が第１のタイミングから中間のタイミングに向かって増加し、中間のタイミングから第ｎのタイミングに向かって減少する第１〜第ｎの駆動信号を出力することができる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記超音波デバイスが有するコモン電極線の電圧をモニターするコモン電圧モニター回路を含み、前記制御部は、前記コモン電圧モニター回路のモニター結果に基づいて、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を制御してもよい。
【００２２】
このようにすれば、送信回路は、コモン電極線の電圧の変化に応じて第１〜第ｎの駆動信号の電圧振幅を変化させることができる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記制御部は、前記コモン電圧モニター回路の前記モニター結果に基づいて、前記コモン電極線の電圧の振幅が大きいほど、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号の電圧振幅を大きくする制御を行ってもよい。
【００２４】
このようにすれば、コモン電極線の電圧の振幅の変化による超音波の強度の変化を低減することができる。
【００２５】
また本発明の一態様では、前記第１の駆動信号〜前記第ｎの駆動信号は、ｍ（ｍは０．５の自然数倍）波の正弦波又は矩形波であってもよい。
【００２６】
このようにすれば、正弦波の位相差又は矩形波のタイミング差に応じて、第１〜第ｎの駆動信号の電圧振幅を制御することができる。
【００２７】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の駆動装置を含む超音波プローブに関係する。
【００２８】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の駆動装置と、前記超音波デバイスからの受信信号に基づいて生成される表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
【００２９】
本発明の他の態様は、超音波デバイスの駆動装置であって、前記超音波デバイスが有する第１の駆動電極線〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線に対して出力する第１のパルス信号〜第ｎのパルス信号を出力する送信回路と、前記送信回路を制御する制御部とを含み、前記送信回路は、第１のモードでは、前記第１のパルス信号〜前記第ｎのパルス信号のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）のパルス信号と第ｉ＋１のパルス信号とを同じタイミングで出力し、第２のモードでは、前記第ｉのパルス信号が出力されるタイミングから遅れたタイミングで前記第ｉ＋１のパルス信号を出力し、前記第１のモードでは、前記第２のモードよりもパルス信号の電圧振幅が大きい前記第１のパルス信号〜前記第ｎパルス信号を出力する駆動装置に関係する。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、送信回路は、第１のモードでは第２のモードよりもパルス信号の電圧振幅が大きい第１〜第ｎパルス信号を出力することができるから、第１のモードの場合と第２のモードの場合とにおける超音波強度の差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波素子の基本的な構成例。
【図２】超音波デバイスの構成例。
【図３】超音波デバイスにおける位相走査を説明する図。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、位相走査時におけるコモン電極線の電位の変化を説明する図。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例。
【図７】駆動装置の第１の構成例。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、駆動信号の信号波形の例。
【図９】駆動装置の第２の構成例。
【図１０】送信回路の構成例及び駆動装置の第１の構成例における制御の一例。
【図１１】送信回路の構成例及び駆動装置の第２の構成例における制御の一例。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、ゲイン制御の第１の例。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）は、ゲイン制御の第２の例。
【図１４】超音波プローブ及び超音波診断装置の基本的な構成例。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、超音波診断装置の具体的な構成例。図１５（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
１．超音波素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の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。
【００３４】
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。
【００３５】
超音波素子ＵＥは、基板ＳＵＢにアレイ状に配置された複数の開口ＯＰの各開口ごとに設けられる。超音波素子ＵＥは、開口ＯＰを塞ぐ振動膜ＭＢと、振動膜ＭＢの上に設けられる圧電素子部とを有する。圧電素子部は、振動膜ＭＢの上に設けられる下部電極ＥＬ１と、下部電極ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜ＰＥと、圧電体膜ＰＥの少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極ＥＬ２とを有する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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ＯＰ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。
【００４０】
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ＯＰより超音波が放射される。
【００４１】
超音波素子ＵＥの第１の電極（下部電極）は、第１電極層ＥＬ１により形成され、第２の電極（上部電極）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。
【００４２】
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。
【００４３】
２．超音波デバイス
図２に、本実施形態の超音波デバイス１００の構成例を示す。本構成例の超音波デバイス１００は、アレイ状に配置された複数の超音波素子ＵＥ、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍを含む。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。なお、本実施形態の超音波デバイス１００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。
【００４４】
複数の超音波素子ＵＥは、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配置される。例えば図２に示すように、第１の方向Ｄ１に沿って８行、そして第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に沿って１２列に配置される。
【００４５】
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。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ＵＥ４−６と表記する。例えば第６列には、ＵＥ１−６、ＵＥ２−６、・・・ＵＥ７−６、ＵＥ８−６の８個の超音波素子が配置される。また、例えば第４行には、ＵＥ４−１、ＵＥ４−２、・・・ＵＥ４−１１、ＵＥ４−１２の１２個の超音波素子が配置される。
【００４６】
第１〜第１２（広義には第ｎ）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。第１〜第１２の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の駆動電極線ＤＬｊは、第ｊ列に配置される各超音波素子ＵＥが有する第１の電極に接続される。
【００４７】
超音波を出射する送信期間には、後述する駆動装置２００が出力する第１〜第１２の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して各超音波素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波素子ＵＥからの受信信号が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して出力される。駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２の詳細については、後述する。
【００４８】
第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波素子ＵＥが有する第２の電極は、第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍのうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図２に示すように、第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ列に配置される各超音波素子ＵＥが有する第２の電極に接続される。
【００４９】
第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。
【００５０】
例えば図２に示す超音波素子ＵＥ１−１については、第１の電極が駆動電極線ＤＬ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。また、例えば図２に示す超音波素子ＵＥ４−６については、第１の電極が第６の駆動電極線ＤＬ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＣＬ４に接続される。
【００５１】
第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８の電圧ＶＭをモニターするための電圧モニター用配線を設けることができる。こうすることで、後述するコモン電圧モニター回路２５０によりコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８の電圧をモニターすることができる。
【００５２】
なお、超音波素子ＵＥの配置は、図２に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の超音波素子列にｍ個の超音波素子が配置され、偶数番目の超音波素子列にｍ−１個の超音波素子が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。
【００５３】
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ＵＥ１−１には、駆動電極線ＤＬ１に供給される駆動信号電圧ＶＤＲ１とコモン電極線ＣＬ１に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭとの差ＶＤＲ１−ＶＣＯＭが印加される。同様に、超音波素子ＵＥ４−６には、駆動電極線ＤＬ６に供給される駆動信号電圧ＶＤＲ６とコモン電極線ＣＬ４に供給されるコモン電圧ＶＣＯＭとの差ＶＤＲ６−ＶＣＯＭが印加される。
【００５４】
第１〜第１２の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２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、超音波デバイス１００の素子アレイ面に垂直な方向（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、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２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」又は「ビームステアリング」と呼ぶ。
【００５５】
図３は、本実施形態の超音波デバイス１００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。
【００５６】
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の法線方向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。
【００５７】
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ＤＬ１〜ＤＬ１２に供給する駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２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。
【００５８】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、位相走査時におけるコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８の電位の変化を説明する図である。簡単にするために、第ｉ行の６個の超音波素子ＵＥ、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６及び第ｉのコモン電極線ＣＬｉについて説明する。
【００５９】
図４（Ａ）には、超音波素子ＵＥ及びコモン電極線ＣＬｉの等価回路を示す。超音波素子ＵＥは、電気的には容量素子（キャパシター）ＣＥとみなすことができる。コモン電極線ＣＬｉは配線抵抗ＲＣＯＭを有するから、各超音波素子ＵＥには抵抗素子ＲＣＯＭを介してコモン電圧ＶＣＯＭが印加される。コモン電極線ＣＬｉは、超音波素子ＵＥが持つ容量ＣＥを介して駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６に接続されるから、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６に入力される駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６によって、コモン電極線ＣＬｉの電位が変化する。
【００６０】
図４（Ｂ）には、正面出射、即ち超音波のビーム方向がアレイ面の法線方向である場合（第１のモード、正面出射モード）の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６の波形の一例を示す。正面出射時には、同位相の駆動信号が同一タイミングで入力されるから、６個の超音波素子が同時に駆動される。即ち、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６が第１〜第６の期間Ｔ１〜Ｔ６において入力され、第１〜第６の期間Ｔ１〜Ｔ６の重なり度合は６である。
【００６１】
図４（Ｃ）には、超音波のビーム方向がアレイ面の法線方向からずれた方向である場合（第２のモード、位相走査モード）の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６の波形の一例を示す。この場合には、駆動信号は互いに位相差（時間差）を伴って入力される。期間ＴＢ１、ＴＢ３では同時に駆動される超音波素子は１個であるが、期間ＴＢ２では同時に駆動される超音波素子は２個である。即ち、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ６が第１〜第６の期間Ｔ１〜Ｔ６において入力され、期間ＴＢ１、ＴＢ３では重なり度合は１であり、期間ＴＢ２では重なり度合は２である。
【００６２】
このように、図４（Ｂ）に示す正面出射モードの場合では、１本のコモン電極線に接続される全ての超音波素子が同時に駆動されるから、コモン電極線の電位変化（電圧変動）は大きくなる。一方、図４（Ｃ）に示す位相走査モードの場合では、同時に駆動される超音波素子の個数は少なくなるから、コモン電極線の電位変化（電圧変動）は図４（Ｂ）の場合より小さくなる。上記の説明では、１本のコモン電極線について説明したが、コモン電極線が複数ある場合でも同様である。
【００６３】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、回路シミュレーションによる駆動信号波形及びコモン電極線の電圧変動の一例を示す。具体的には、駆動信号波形は図４（Ａ）のＶＤＲ３の波形であり、コモン電極線の電圧はＶＤＲ３が入力される超音波素子のコモン電極ノード（図４（Ａ）のＮ３）の電圧Ｖ（Ｎ３）である。
【００６４】
図５（Ａ）には第１のステアリング角（ビーム方向とアレイ面の法線方向とが成す角）θ１の場合を示し、図５（Ｂ）には第２のステアリング角θ２（＜θ１）の場合を示し、図６（Ａ）には正面出射（ステアリング角が０）の場合を示す。
【００６５】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）から分かるように、ステアリング角が小さいほど、即ち駆動信号の位相差（時間差）が小さいほどコモン電極線の電圧変動は大きくなる。これは上述したように、駆動信号の位相差（時間差）が小さいほど同時に駆動される超音波素子の個数が多くなり、反対に駆動信号の位相差（時間差）が大きいほど同時に駆動される超音波素子の個数が少なくなるからである。
【００６６】
図６（Ｂ）には、超音波素子に印加される電圧（実効電圧）ＶＤＲ３−Ｖ（Ｎ３）を示す。ステアリング角がθ１の場合には、Ａ１に示すように最も実効電圧の振幅が大きくなる。そしてステアリング角θ２（＜θ１）の場合には、Ａ２に示すように実効電圧の振幅がθ１の場合よりも小さくなり、正面出射の場合にはＡ３に示すように実効電圧の振幅が最も小さくなる。このように、ステアリング角が小さくなるほど、即ち駆動信号の位相差（時間差）が小さいほど実効電圧の振幅は小さくなり、反対にステアリング角が大きくなるほど、即ち駆動信号の位相差（時間差）が大きいほど実効電圧の振幅は大きくなる。
【００６７】
実効電圧の振幅がステアリング角によって変化すると、放射される超音波の強度がステアリング角によって変化してしまう。例えば超音波診断装置などで位相走査する場合に、ビーム方向によって放射される超音波強度が変化するためにエコー信号の強度も方向により変化する。その結果、正確なエコー画像を得ることが難しいなどの問題が生じる。
【００６８】
本実施形態の駆動装置２００は、この問題を解決する手段を提供するものである。本実施形態の駆動装置２００によれば、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの位相差（時間差）に応じて駆動信号の電圧振幅を変化させることができる。こうすることで、位相走査モードにおいて、ステアリング角に応じた超音波強度の変化を低減する、或いは強度をほぼ一定にすることができる。
【００６９】
本実施形態の駆動装置２００は、バルク超音波素子（バルク振動子を用いた超音波素子）にも適用することができるが、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したような薄膜超音波素子の駆動により適したものである。というのは、バルク超音波素子に比べて薄膜超音波素子では、図４（Ａ）に示した容量ＣＥが大きいためにコモン電極線の電位変化が大きくなるからである。
【００７０】
３．駆動装置
図７に、本実施形態の駆動装置２００の第１の構成例を示す。第１の構成例の駆動装置２００は、超音波デバイス１００の駆動装置であって、送信回路２１０、制御部２２０及びスイッチ部２３０を含む。なお、本実施形態の駆動装置２００は図７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。
【００７１】
送信回路２１０は、超音波デバイス１００が有する第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎに対して第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。なお、送信回路２１０の構成については、後述する。
【００７２】
制御部２２０は、送信回路２１０及びスイッチ部２３０を制御する。具体的には、制御部２２０は、送信回路２１０が出力する駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの位相差（タイミング）及び電圧振幅を制御する。また、スイッチ部２３０が行う駆動信号と受信信号との切り換えを制御する。
【００７３】
スイッチ部２３０は、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷｎを含み、駆動信号と受信信号との切り換えを行う。例えばＳＷ１は、送信期間には送信回路２１０からの駆動信号ＶＤＲ１を超音波デバイス１００の駆動電極線ＤＬ１に対して出力し、受信期間には駆動電極線ＤＬ１からの受信信号を受信部２４０（図示せず）に対して出力する。
【００７４】
送信回路２１０は、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎのうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）の駆動信号ＶＤＲｉと第ｉ＋１の駆動信号ＶＤＲｉ＋１との位相差が第１の位相差である場合に、第ｉの駆動信号ＶＤＲｉと前記第ｉ＋１の駆動信号ＶＤＲｉ＋１との位相差が第１の位相差よりも大きい第２の位相差である場合と比べて、より大きい電圧振幅の第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。
【００７５】
こうすることで、ＶＤＲｉとＶＤＲｉ＋１との位相差が小さいほど、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を大きくすることができるから、位相差が小さい場合に超音波素子に印加される電圧（実効電圧）の低下を抑制することができる。その結果、駆動信号の位相差の違い（ステアリング角の違い）による超音波強度の差を低減することができる。
【００７６】
また、送信回路２１０は、正面出射モードの場合には、位相走査モードの場合に比べてより大きい電圧振幅の第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。こうすることで、正面出射モードの場合に駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を大きくすることができるから、正面出射モードの場合と位相走査モードの場合との超音波素子に印加される電圧（実効電圧）の差を低減することができる。その結果、正面出射モードの場合と位相走査モードの場合との超音波強度の差を低減することができる。
【００７７】
以上の説明では、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎとして、正弦波の信号を例として説明したが、駆動信号は正弦波に限定されるものではない。例えば、矩形波のパルス信号を用いてもよい。例えば、送信回路２１０は、第１のモード（正面出射モード）では、第１〜第ｎのパルス信号のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）のパルス信号と第ｉ＋１のパルス信号とを同じタイミングで出力する。また第２のモード（位相走査モード）では、第ｉのパルス信号が出力されるタイミングから遅れたタイミングで、第ｉ＋１のパルス信号を出力する。
【００７８】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に、駆動信号の信号波形の例を示す。図８（Ａ）は、正弦波の駆動信号であって、例として半波の正弦波、１波の正弦波及び１．５波の正弦波を示す。図８（Ｂ）は、矩形波の駆動信号であって、例として半波の矩形波、１波の矩形波及び１．５波の矩形波を示す。ＶＡは各信号の電圧振幅を示す。
【００７９】
このように駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎとして、ｋ（ｋは０．５の自然数倍、即ちｋ＝０．５、１、１．５、２、・・・）波の正弦波又は矩形波を用いることができる。
【００８０】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）で説明したステアリング角による実効電圧の振幅の変化は、駆動信号が矩形波の場合でも同様に生じる。即ち、ステアリング角が小さくなるほど、即ち駆動信号のタイミング差が小さいほど実効電圧の振幅は小さくなり、反対にステアリング角が大きくなるほど、即ち駆動信号のタイミング差が大きいほど実効電圧の振幅は大きくなる。
【００８１】
正弦波の場合と同様に、送信回路２１０は、第１のモード（正面出射モード）では、第２のモード（位相走査モード）よりもパルス信号の電圧振幅が大きい第１〜第ｎのパルス信号を出力することで、正面出射モードの場合と位相走査モードの場合との実効電圧の差を低減することができる。
【００８２】
図９に、本実施形態の駆動装置２００の第２の構成例を示す。第２の構成例の駆動装置２００は、超音波デバイス１００の駆動装置であって、送信回路２１０、制御部２２０、スイッチ部２３０及びコモン電圧モニター回路２５０を含む。なお、本実施形態の駆動装置２００は図９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。
【００８３】
送信回路２１０及びスイッチ部２３０については、既に説明した第１の構成例（図７）と同じであるから、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】
コモン電圧モニター回路２５０は、超音波デバイス１００が有するコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８の電圧ＶＭをモニターする。
【００８５】
制御部２２０は、第１の構成例と同様に、送信回路２１０及びスイッチ部２３０を制御する。特に第２の構成例では、コモン電圧モニター回路２５０のモニター結果に基づいて、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を制御する。
【００８６】
図１０に、送信回路２１０の構成例及び駆動装置２００の第１の構成例における制御の一例を示す。送信回路２１０は、信号生成回路Ｓ＿ＧＥＮ、ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎ（又は電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎ）、遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹｎを含む。なお、本実施形態の送信回路２１０は図１０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。
【００８７】
信号生成回路Ｓ＿ＧＥＮは、基準信号ＶＲＦを出力する。基準信号ＶＲＦは、正弦波であってもよいし、矩形波であってもよい。
【００８８】
ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎは、制御部２２０によりゲインが制御される。ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎは、制御部２２０により設定されたゲインで基準信号ＶＲＦを増幅して、増幅された基準信号ＶＲＡ１〜ＶＲＡｎを出力する。即ち、制御部２２０は、ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎのゲインを制御することで、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を制御することができる。
【００８９】
遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹｎは、制御部２２０により遅延時間が制御される。遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹｎは、制御部２２０の制御に基づいて、増幅された基準信号ＶＲＡ１〜ＶＲＡｎを遅延することで、所望の位相差（タイミング差）を有する第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを生成する。即ち、第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）の駆動信号ＶＤＲｉと第ｉ＋１の駆動信号ＶＤＲｉ＋１との位相差を有する第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを生成する。
【００９０】
ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎは、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎで置き換えることができる。電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎは、制御部２２０の制御に基づいて、複数の電圧のうちの１つを選択電圧として選択する。そして信号生成回路Ｓ＿ＧＥＮからの基準信号ＶＲＦに同期して、選択電圧を電圧振幅とする信号ＶＲＡ１〜ＶＲＡｎを出力する。即ち、制御部２２０は、選択電圧を切り換える制御を行うことで、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を制御することができる。
【００９１】
遅延回路ＤＬＹ１〜ＤＬＹｎは、制御部２２０の制御に基づいて、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎからの選択電圧を電圧振幅とする信号ＶＲＡ１〜ＶＲＡｎを遅延することで、所望の位相差（タイミング差）を有する第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを生成する。即ち、第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１である整数）の駆動信号ＶＤＲｉと第ｉ＋１の駆動信号ＶＤＲｉ＋１との位相差を有する第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを生成する。
【００９２】
制御部２２０は、ゲインテーブルが格納されたレジスター（記憶回路）を有し、このゲインテーブルに基づいてゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎのゲインを設定することができる。ゲインテーブルは、例えばステアリング角とゲインの関係を示すテーブルであってもよいし、位相差（タイミング差）とゲインの関係を示すテーブルであってもよい。
【００９３】
また、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎを用いる構成では、ゲインテーブルの代わりに、例えばステアリング角と選択電圧の関係を示すテーブルであってもよいし、位相差（タイミング差）と選択電圧の関係を示すテーブルであってもよい。
【００９４】
図１１に、送信回路２１０の構成例及び駆動装置２００の第２の構成例における制御の一例を示す。送信回路２１０は、図１０に示した構成と同じであるから、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９５】
制御部２２０は、コモン電圧モニター回路２５０のモニター結果に基づいて、第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を制御する。具体的には、コモン電極線の電圧ＶＭの振幅が大きいほど、駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの電圧振幅を大きくする制御を行う。こうすることで、実効電圧の変化を抑制することができるから、位相走査モードにおいて駆動信号の位相差（タイミング差）の違いによる超音波強度の差を低減することができる。また、正面出射モードと位相走査モードとの超音波強度の差を低減することができる。
【００９６】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、制御部２２０によるゲイン制御の第１の例を示す。ここでは、簡単にするために第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３について説明する。制御部２２０は、駆動信号の重なり度合いに応じてゲインを１、２、３のいずれかに設定する。図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）では、例として正弦波の駆動信号を示しているが、矩形波であっても同様にゲインを設定することができる。
【００９７】
図１２（Ａ）は、正面出射モードの場合を示し、第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の各駆動信号間の位相差は０度である。この場合は、駆動信号の重なり度合いが３であり、コモン電極線の電圧変動が最も大きくなるから、制御部２２０はゲインを３に設定する。
【００９８】
図１２（Ｂ）は、位相走査モードの場合を示す。第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の各駆動信号間の位相差は９０度である。この場合は、ステアリング角が小さいため駆動信号の重なり度合いは１、２、３、２、１と時間的に変化する。これに対応して制御部２２０はゲインを１、２、３、２、１と時間的に変化させる。即ち、第１の駆動信号ＶＤＲ１が第１のタイミングｔｂ１で出力され、第３の駆動信号ＶＤＲ３（広義には第ｎの駆動信号ＶＤＲｎ）が第３のタイミングｔｂ３（広義には第ｎのタイミングｔｂｎ）で出力される場合に、ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎのゲインは、第１のタイミングｔｂ１から、第１のタイミングｔｂ１と第３のタイミングｔｂ３との中間のタイミングｔｂｍに向かって増加する。そして中間のタイミングｔｂｍから第３のタイミングｔｂ３に向かって減少する。こうすることで、第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の電圧振幅が、第１のタイミングｔｂ１から中間のタイミングｔｂｍに向かって増加し、中間のタイミングｔｂｍから第３のタイミングｔｂ３に向かって減少する。
【００９９】
図１２（Ｃ）も位相走査モードの場合であるが、ステアリング角は図１２（Ｂ）の場合より大きい。第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の各駆動信号間の位相差は１８０度である。この場合には、駆動信号の重なり度合いは１、２、１と時間的に変化する。これに対応して制御部２２０はゲインを１、２、１と時間的に変化させる。即ち、第１の駆動信号ＶＤＲ１が第１のタイミングｔｃ１で出力され、第３の駆動信号ＶＤＲ３（広義には第ｎの駆動信号ＶＤＲｎ）が第３のタイミングｔｃ３（広義には第ｎのタイミングｔｃｎ）で出力される場合に、ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎのゲインは、第１のタイミングｔｃ１から、第１のタイミングｔｃ１と第３のタイミングｔｃ３との中間のタイミングｔｃｍに向かって増加する。そして中間のタイミングｔｃｍから第３のタイミングｔｃ３に向かって減少する。こうすることで、第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の電圧振幅が、第１のタイミングｔｃ１から中間のタイミングｔｃｍに向かって増加し、中間のタイミングｔｃｍから第３のタイミングｔｃ３に向かって減少する。
【０１００】
図１２（Ｄ）も位相走査モードの場合であるが、ステアリング角は図１２（Ｃ）の場合よりさらに大きい。第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３の各駆動信号間の位相差は３６０度である。この場合には、駆動信号の重なり度合いは１であるから、制御部２２０はゲインを１に設定する。
【０１０１】
図１２（Ｂ）と図１２（Ｃ）から分かるように、各駆動信号間の位相差が９０度である場合には最大のゲインが３であり、各駆動信号間の位相差が１８０度である場合では最大のゲインが２である。従って、送信回路２１０は、各駆動信号間の位相差が９０度（広義には第１の位相差）である場合に、各駆動信号間の位相差が第１の位相差よりも大きい１８０度（広義には第２の位相差）である場合と比べて、より大きい電圧振幅の駆動信号を出力する。図１２（Ｂ）と図１２（Ｄ）、及び図１２（Ｃ）と図１２（Ｄ）についても同様である。
【０１０２】
ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎの代わりに、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎを用いる構成でも、同様な制御を行うことができる。制御部２２０は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示すゲイン制御の代わりに、例えば第１、第２、第３の選択電圧のいずれかを選択する制御を行うことができる。このようにすれば、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎの選択電圧は、第１のタイミングから、第１のタイミングと第ｎのタイミングとの中間のタイミングに向かって増加する。そして中間のタイミングから第ｎのタイミングに向かって減少する。
【０１０３】
図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）は、制御部２２０によるゲイン制御の第２の例を示す。ここでは、簡単にするために第１〜第３の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲ３について説明する。図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）では、例として正弦波の駆動信号を示しているが、矩形波であっても同様である。
【０１０４】
第２の例では、制御部２２０は、駆動信号の重なり度合いだけでなく位相も考慮してゲインを制御することができる。具体的には、３つの信号が同位相で重なる場合には最大のゲイン４に設定し、２つの信号が同位相で重なる場合にはゲイン３に設定し、３つの信号が重なるがそのうちの２つの信号が逆位相である場合にはゲイン２に設定し、信号の重なりがない場合にはゲイン２に設定し、２つの逆位相の信号が重なる場合にはゲイン１に設定する。こうすることで、逆位相の駆動信号が重なることによる打消しの効果を考慮したゲイン制御を行うことができる。
【０１０５】
図１３（Ａ）は、正面出射モードの場合を示す。この場合は、３つの信号が同位相で重なり、コモン電極線の電圧変動が最も大きくなるから、制御部２２０はゲインを最大のゲイン４に設定する。
【０１０６】
図１３（Ｂ）は、位相走査モードの場合を示す。この場合は、制御部２２０はゲインをゲイン２、ゲイン３、ゲイン２、ゲイン３、ゲイン２と時間的に変化させる。
【０１０７】
図１３（Ｃ）も位相走査モードの場合であるが、ステアリング角は図１３（Ｂ）の場合より大きい。この場合には、制御部２２０はゲインをゲイン２、ゲイン１、ゲイン２と時間的に変化させる。
【０１０８】
図１３（Ｄ）も位相走査モードの場合であるが、ステアリング角は図１３（Ｃ）の場合よりさらに大きい。この場合には、制御部２２０はゲインをゲイン２に設定する。
【０１０９】
なお、ゲインアンプＧ＿ＡＭＰ１〜Ｇ＿ＡＭＰｎの代わりに、電圧選択回路Ｖ＿ＳＥＬ１〜Ｖ＿ＳＥＬｎを用いる構成でも、ゲイン制御の代わりに、例えば第１〜第４の選択電圧のいずれかを選択する制御を行うことで、同様な制御を行うことができる。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置２００によれば、駆動信号の位相差（時間差）に応じて駆動信号の電圧振幅を制御することができる。こうすることで、位相走査モードにおいて、ステアリング角に応じた超音波強度の変化を低減し、或いは超音波強度をほぼ一定にすることができる。また、正面出射モードの場合に駆動信号の電圧振幅を大きくすることができるから、正面出射モードの場合と位相走査モードの場合との超音波強度の差を低減することができる。その結果、超音波のビーム方向による強度の変化を低減することができるから、精度の高いエコー画像を得ることなどが可能になる。
【０１１１】
４．超音波プローブ及び超音波診断装置
図１４に、本実施形態の超音波プローブ３００及び超音波診断装置４００の基本的な構成例を示す。超音波プローブ３００は、超音波デバイス１００、駆動装置２００及び受信部２４０を含む。
【０１１２】
受信部（アナログフロントエンド）２４０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。受信部２４０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。
【０１１３】
制御部２２０は、上述したように送信回路２１０及びスイッチ部２３０の制御を行い、さらに受信部２４０に対して受信信号の周波数設定やゲインなどの制御を行う。制御部２２０は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で実現することができる。
【０１１４】
なお、制御部２２０が行う制御の一部は、超音波診断装置４００の主制御部３１０が行ってもよい。
【０１１５】
超音波診断装置４００は、超音波プローブ３００、主制御部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。
【０１１６】
主制御部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、受信部２４０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）に基づいて主制御部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。なお、主制御部３１０が行う制御の一部は、駆動装置２００の制御部２２０が行ってもよい。
【０１１７】
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に、本実施形態の超音波診断装置４００の具体的な構成例を示す。図１５（Ａ）は携帯型の超音波診断装置４００を示し、図１５（Ｂ）は据置型の超音波診断装置４００を示す。
【０１１８】
携帯型及び据置型の超音波診断装置４００は共に、超音波プローブ３００、ケーブルＣＢ及び超音波診断装置本体４１０を含む。超音波プローブ３００は、ケーブルＣＢにより超音波診断装置本体４１０に接続される。超音波診断装置本体４１０は表示用画像データを表示する表示部３４０を含む。
【０１１９】
図１５（Ｃ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の具体的な構成例を示す。超音波プローブ３００はプローブヘッド３０１及びプローブ本体３０２を含み、図１３（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３０１はプローブ本体３０２と脱着可能である。
【０１２０】
プローブヘッド３０１は、超音波デバイス１００、支持部材ＳＵＰ、被検体と接触する接触部材１３０、超音波デバイス１００を保護する保護部材（保護膜）ＰＦ、コネクターＣＮａ及びプローブ筐体１４０を含む。超音波デバイス１００は、接触部材１３０と支持部材ＳＵＰとの間に設けられる。
【０１２１】
プローブ本体３０２は、処理装置２０１及びプローブ本体側コネクターＣＮｂを含む。処理装置２０１は、駆動装置２００及び受信部２４０を含む。プローブ本体側コネクターＣＮｂは、プローブヘッド側コネクターＣＮａと接続される。プローブ本体３０２は、ケーブルＣＢにより超音波診断装置本体に接続される。
【０１２２】
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。また駆動装置、超音波プローブ及び超音波診断装置の構成、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】
【０１２３】
１００  超音波デバイス、１３０  接触部材、１４０  プローブ筐体、
２００  駆動装置、２０１  処理装置、２１０  送信回路、２２０  制御部、
２３０  スイッチ部、２４０  受信部、２５０  コモン電圧モニター回路、
３００  超音波プローブ、３０１  プローブヘッド、３０２  プローブ本体、
３１０  主制御部、３２０  処理部、３３０  ＵＩ部、
３４０  表示部、４００  超音波診断装置、４１０  超音波診断装置本体、
ＵＥ  超音波素子、ＤＬ１〜ＤＬ１２  駆動電極線、
ＣＬ１〜ＣＬ８  コモン電極線、ＶＤＲ１〜ＶＤＲ１２  駆動信号、
ＶＣＯＭ  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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【図１５】
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