(57)【要約】【課題】感度良く信号を取得できる超音波デバイスを提供する。【解決手段】超音波デバイス１は仮想面１４に沿って行方向及び列方向に並ぶ行列として配置された複数の超音波素子３と、仮想面１４を挟むように超音波素子３の一方の面である第１の面３ａに設けられた第１の電極１１ともう一方の面である第２の面３ｂに設けられた第２の電極１３と、複数の第１の電極１１を行方向に配線する第１の行配線６ｆと、複数の第２の電極１３を行方向に配線する第２の行配線６ｇと、複数の第１の電極１１と複数の第２の電極１３を列方向に配線する列配線８と、を備え、第１の電極１１が第１の行配線６ｆと接続する超音波素子３は第２の電極１３が列配線８と接続され、第１の電極１１が列配線８と接続する超音波素子３は第２の電極１３が第２の行配線６ｇと接続され、列配線８は、仮想面１４を貫通して配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想面に沿って行方向及び列方向に並ぶ行列として配置された複数の超音波素子と、
前記仮想面を挟むように前記超音波素子の一方の面である第１の面に設けられた第１の電極ともう一方の面である第２の面に設けられた第２の電極と、
複数の前記第１の電極を前記行方向に配線する第１の行配線と、
複数の前記第２の電極を前記行方向に配線する第２の行配線と、
複数の前記第１の電極と複数の前記第２の電極とを前記列方向に配線する列配線と、を備え、
前記第１の電極が前記第１の行配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記列配線と接続され、
前記第１の電極が前記列配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記第２の行配線と接続され、
前記列配線は、前記仮想面を貫通して配置されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
基板と、
前記基板に行方向及び列方向に並ぶ行列として配置された複数の超音波素子と、
前記超音波素子の一方の面である第１の面に設けられた第１の電極と、
前記超音波素子のもう一方の面である第２の面に設けられた第２の電極と、
複数の前記第１の電極を前記行方向に配線する第１の行配線と、
複数の前記第２の電極を前記行方向に配線する第２の行配線と、
複数の前記第１の電極と複数の前記第２の電極とを前記列方向に配線する列配線と、を備え、
前記第１の電極が前記第１の行配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記列配線と接続され、
前記第１の電極が前記列配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記第２の行配線と接続されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波デバイスであって、
前記列配線は受信信号引き出し線であり、
前記第１の行配線と前記第２の行配線とに印加する選択電圧によって、前記第１の行配線か前記第２の行配線のどちらか一方に配線された超音波素子を選択することを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波デバイスであって、
前記第１の行配線と前記第２の行配線とは交互に配置されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波デバイスであって、
前記第１の行配線を複数接続した第１の行配線の群と、前記第２の行配線を複数接続した第２の行配線の群と、が交互に配置されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波デバイスであって、
複数の前記列配線が互いに接続されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
超音波を受信し電気信号を出力する超音波デバイスを備え、
前記超音波デバイスが請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波デバイスであることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
超音波を検出し電気信号を出力する超音波デバイスと、
前記超音波デバイスが出力する前記電気信号をデータ信号に変換する変換部と、
前記データ信号を表示する表示部と、を備え、
前記超音波デバイスが請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波デバイスであることを特徴とする超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波プローブおよび超音波測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体の内部に向けて超音波を発信し、被検体の内部から反射した超音波を用いて超音波画像を生成する超音波診断装置が広く用いられている。反射した超音波は超音波トランスデューサーにて電気信号に変換される。超音波トランスデューサーは超音波素子ともいう。この電気信号は微弱な信号であり増幅回路にて増幅されて用いられる。
【０００３】
超音波素子が２次元に行列状に配置された超音波デバイスが特許文献１に開示されている。それによると、超音波デバイスは行配線をバイアス配線にして列配線を信号配線にしている。微細加工された超音波素子はバイアス電圧によって受信感度が変わる特性がある。この特性を利用して行毎に受信感度を変えている。詳しくは、非選択行の超音波素子のバイアス電圧がオフになるようにバイアス配線を駆動する。さらに、選択行の超音波素子のバイアス電圧がオンになるようにバイアス配線を駆動する。そして、選択行の超音波素子からのみの受信信号を信号配線から得ていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５４００７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の超音波デバイスでは、バイアス電圧を適切に選択することによって、非選択行の超音波素子の受信感度を小さくしている。しかし、受信感度が低くなっても受信した信号が不要な信号となって信号配線に出力される。そして、非選択行の超音波素子からの不要信号が選択行の超音波素子からの信号に重畳する。このため、選択行の超音波素子が出力する信号の信号対雑音比が劣化する。そこで、さらに、不要信号を減少して、感度良く信号を取得できる超音波デバイスが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる超音波デバイスであって、仮想面に沿って行方向及び列方向に並ぶ行列として配置された複数の超音波素子と、前記仮想面を挟むように前記超音波素子の一方の面である第１の面に設けられた第１の電極ともう一方の面である第２の面に設けられた第２の電極と、複数の前記第１の電極を前記行方向に配線する第１の行配線と、複数の前記第２の電極を前記行方向に配線する第２の行配線と、複数の前記第１の電極と複数の前記第２の電極とを前記列方向に配線する列配線と、を備え、前記第１の電極が前記第１の行配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記列配線と接続され、前記第１の電極が前記列配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記第２の行配線と接続され、前記列配線は、前記仮想面を貫通して配置されることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、複数の超音波素子が仮想面に沿って配置され、超音波素子は行方向及び列方向に並ぶ行列の形態になっている。超音波素子の一方の面を第１の面とし、もう一方の面を第２の面とする。第１の面に第１の電極が設けられ、第２の面に第２の電極が設けられている。第１の電極と第２の電極とで仮想面を挟んでいる。
【０００９】
超音波デバイスは第１の行配線、第２の行配線及び列配線を備えている。第１の行配線及び第２の行配線は行方向に延びており、列配線は列方向に延びている。第１の行配線は複数の第１の電極を行方向に配線する。第２の行配線は複数の第２の電極を行方向に配線する。列配線は複数の第１の電極と複数の第２の電極を列方向に配線する。第１の電極が第１の行配線と接続する超音波素子は第２の電極が列配線と接続されている。第１の電極が列配線と接続する超音波素子は第２の電極が第２の行配線と接続されている。列配線は、仮想面を貫通して配置されているので、仮想面の第１の電極側と第２の電極側とを配線することができる。
【００１０】
超音波素子に超音波が到達するとき超音波素子が変形して第１の電極と第２の電極との間に電圧が生じる。この電圧を超音波電圧とする。第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加するときは印加しないときに比べて、超音波電圧が大きくなる。そして、超音波素子の行列に超音波が照射されるとき超音波素子の行列は超音波の分布に応じた出力を列配線に出力する。このとき、測定する超音波素子の第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加することにより選択した超音波素子が出力する電圧を列配線を通して取得することができる。
【００１１】
一方、第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加していない超音波素子においても弱い出力の不要信号が列配線に出力される。列配線の幾つかは第１の電極と接続し、列配線の幾つかは第２の電極と接続している。近い場所に位置する超音波素子は第１の電極に対する第２の電極の電圧波形が第２の電極に対する第１の電極の電圧波形を位相反転した波形に類似する。列配線は第１の電極と第２の電極とに接続されているので不要信号が加算されて互いに打消しあう。従って、不要信号を減少できるので、超音波デバイスは感度の良い信号を取得することができる。
【００１２】
［適用例２］
本適用例にかかる超音波デバイスであって、基板と、前記基板に行方向及び列方向に並ぶ行列として配置された複数の超音波素子と、前記超音波素子の一方の面である第１の面に設けられた第１の電極と、前記超音波素子のもう一方の面である第２の面に設けられた第２の電極と、複数の前記第１の電極を前記行方向に配線する第１の行配線と、複数の前記第２の電極を前記行方向に配線する第２の行配線と、複数の前記第１の電極と複数の前記第２の電極とを前記列方向に配線する列配線と、を備え、前記第１の電極が前記第１の行配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記列配線と接続され、前記第１の電極が前記列配線と接続する前記超音波素子は前記第２の電極が前記第２の行配線と接続されることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、超音波デバイスの基板には複数の超音波素子が設置されている。複数の超音波素子は行方向及び列方向に並ぶ行列として配置されている。超音波素子の一方の面を第１の面とし、もう一方の面を第２の面とする。第１の面に第１の電極が設けられ、第２の面に第２の電極が設けられている。
【００１４】
超音波デバイスは第１の行配線、第２の行配線及び列配線を備えている。第１の行配線及び第２の行配線は行方向に延びており、列配線は列方向に延びている。第１の行配線は複数の第１の電極を行方向に配線する。第２の行配線は複数の第２の電極を行方向に配線する。列配線は複数の第１の電極と複数の第２の電極を列方向に配線する。第１の電極が第１の行配線と接続する超音波素子は第２の電極が列配線と接続されている。第１の電極が列配線と接続する超音波素子は第２の電極が第２の行配線と接続されている。
【００１５】
超音波素子に超音波が到達するとき超音波素子が変形して第１の電極と第２の電極との間に超音波電圧が生じる。第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加するときは印加しないときに比べて、超音波電圧が大きくなる。そして、超音波素子の行列に超音波が照射されるとき超音波素子の行列は超音波の分布に応じた出力を列配線に出力する。このとき、測定する超音波素子の第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加することにより特定の超音波素子が出力する電圧を列配線を通して取得することができる。
【００１６】
一方、第１の電極と第２の電極との間に最適感度電圧を印加していない超音波素子においても弱い出力の不要信号が列配線に出力される。列配線の幾つかは第１の電極と接続し、列配線の幾つかは第２の電極と接続している。近い場所に位置する超音波素子は第１の電極に対する第２の電極の電圧波形が第２の電極に対する第１の電極の電圧波形を位相反転した波形に類似する。列配線は第１の電極と第２の電極とに接続されているので不要信号が加算されて互いに打消しあう。従って、不要信号を減少できるので、超音波デバイスは感度の良い信号を取得することができる。
【００１７】
［適用例３］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記列配線は受信信号引き出し線であり、前記第１の行配線と前記第２の行配線とに印加する選択電圧によって、前記第１の行配線か前記第２の行配線のどちらか一方に配線された超音波素子を選択することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、列配線は受信信号引き出し線である。そして、第１の行配線と第２の行配線とに選択電圧が印加される。このとき超音波素子では第１の電極と第２の電極との間の電圧が選択電圧により制御される。そして、選択する超音波素子に印加する電圧を超音波素子が反応しやすい電圧にすることにより、選択された超音波素子が受信する超音波の波形に対応する電圧波形を列配線から取得することができる。
【００１９】
［適用例４］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記第１の行配線と前記第２の行配線とは交互に配置されることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、第１の行配線と第２の行配線は交互に配置されている。このとき、列配線は第１の電極と第２の電極とを交互に配線する。そして、隣り合う超音波素子が選択されていないとき、隣り合う超音波素子が出力する不要信号が互いに打消しあう。隣り合う超音波素子は類似した超音波を受信するので、不要信号の波形形状が類似する。従って、不要信号を効果的に低減することができる。
【００２１】
［適用例５］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、前記第１の行配線を複数接続した第１の行配線の群と、前記第２の行配線を複数接続した第２の行配線の群と、が交互に配置されることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、超音波デバイスは第１の行配線の群及び第２の行配線の群が設置されている。第１の行配線の群は第１の行配線を複数接続したものであり、第２の行配線の群は第２の行配線を複数接続したものである。第１の行配線の群及び第２の行配線の群はそれぞれ複数の超音波素子を選択する。そして、選択した複数の超音波素子が受信する超音波の波形に対応する電圧波形を列配線から取得することができる。従って、超音波の強度が弱いときにも複数の超音波素子が出力する電圧波形を列配線を通して取得することができる。
【００２３】
［適用例６］
上記適用例にかかる超音波デバイスにおいて、複数の前記列配線が互いに接続されることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、超音波デバイスでは複数の列配線が互いに接続されている。各列配線には超音波素子が接続されているので、選択された複数の超音波素子が受信する超音波に対応する電圧波形を複数の列配線から取得することができる。従って、超音波の強度が弱いときにも複数の超音波素子が出力する電圧波形を複数の列配線を通して取得することができる。
【００２５】
［適用例７］
本適用例にかかる超音波プローブであって、超音波を受信し電気信号を出力する超音波デバイスを備え、前記超音波デバイスが上記に記載の超音波デバイスであることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、超音波プローブは超音波を受信し電気信号を出力する超音波デバイスを備えている。そして、超音波デバイスは上記に記載の超音波デバイスである。上記に記載の超音波デバイスは感度の良い信号を取得することができる。従って、超音波プローブは感度の良い信号を取得できる超音波デバイスを備えた装置とすることができる。
【００２７】
［適用例８］
本適用例にかかる超音波測定装置であって、超音波を検出し電気信号を出力する超音波デバイスと、前記超音波デバイスが出力する前記電気信号をデータ信号に変換する変換部と、前記データ信号を表示する表示部と、を備え、前記超音波デバイスが上記に記載の超音波デバイスであることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、超音波測定装置は超音波デバイス、変換部及び表示部を備えている。超音波デバイスが超音波を検出して電気信号を出力する。変換部が電気信号をデータ信号に変換する。そして、表示部がデータ信号を表示する。そして、超音波デバイスには上記の超音波デバイスが用いられている。上記の超音波デバイスは感度良く信号を取得することができる。従って、超音波測定装置は感度良く信号を取得できる超音波デバイスを備えた装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態にかかわる超音波デバイスの構成を示す模式平面図。
【図２】超音波デバイスの構造を示す模式側断面図。
【図３】超音波デバイスの構造を示す模式側断面図。
【図４】超音波デバイスの構造を示す模式側断面図。
【図５】超音波デバイスの電気ブロック図。
【図６】超音波デバイスから超音波を発信する方法を説明するための図。
【図７】超音波デバイスから超音波を発信する方法を説明するための図。
【図８】超音波素子の感度特性を示す図。
【図９】設定した電圧の例を示す図。
【図１０】スイッチ制御部がスイッチを切り替えて行配線に印加する電圧を示す図。
【図１１】第１列の超音波素子の第１行から第５行までを順番に選択する手順を説明するためのタイムチャート。
【図１２】第１行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１３】第２行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１４】第３行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１５】第４行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１６】第５行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１７】第１列目の配線の出力信号を説明するための図。
【図１８】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図１９】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２０】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２１】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２２】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２３】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２４】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２５】超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図。
【図２６】第２の実施形態にかかわる超音波デバイスの構成を示す模式平面図。
【図２７】第３の実施形態にかかわる超音波デバイスの構成を示す模式平面図。
【図２８】第４の実施形態にかかわる超音波測定装置の構成を示す概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００３１】
（第１の実施形態）
本実施形態では、超音波デバイスと、この超音波デバイスを用いて超音波を受信する超音波受信方法との特徴的な例について、図に従って説明する。この超音波デバイスは超音波測定装置に用いられる。超音波デバイスは超音波を発信して被検体の内部で反射した反射波を受信して電気信号に変換する。超音波デバイスは超音波トランスデュデューサーデバイスとも言われる。
【００３２】
第１の実施形態にかかわる超音波デバイスについて図１〜図２５に従って説明する。図１は、超音波デバイスの構成を示す模式平面図である。図１に示すように、超音波デバイス１は四角形の基板２を備えている。基板２は図中横方向に延びる側面を備え、この側面の延びる方向をＹ方向とする。さらに、基板２は縦方向に延びる側面を備え、この側面の延びる方向をＸ方向とする。そして、基板２の厚み方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交する。基板２の材質は微細な加工ができる材質であれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、基板２の材質にシリコン基板を用いている。
【００３３】
基板２には複数の超音波素子３が設置され、超音波素子３は行方向２ｂ及び列方向２ｃに並ぶ行列として配置されている。超音波素子３は微細な素子であり微細加工超音波トランスデューサーともいう。行方向２ｂがＹ方向であり、列方向２ｃがＸ方向である。超音波素子３の行数及び列数は特に限定されない。例えば、６４行６４列、９０行９０列、１００行１００列等の配列にすることができる。本実施形態では説明を分かり易くするために超音波素子３の配列数は５行５列にした。
【００３４】
超音波素子３が行方向２ｂに並ぶ配列を行配列４とする。図中−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって、第１行４ａ、第２行４ｂ、第３行４ｃ、第４行４ｄ、第５行４ｅの順に行配列４が並んでいる。そして、超音波素子３が列方向２ｃに並ぶ配列を列配列５とする。図中−Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向かって、第１列５ａ、第２列５ｂ、第３列５ｃ、第４列５ｄ、第５列５ｅの順に列配列５が並んでいる。
【００３５】
１つの行配列４の超音波素子３は１つの行配線６により配線されている。第１行４ａの超音波素子３は第１の行配線としての第１行目の配線６ａにより配線され、第２行４ｂの超音波素子３は第２の行配線としての第２行目の配線６ｂにより配線されている。第３行４ｃの超音波素子３は第１の行配線としての第３行目の配線６ｃにより配線され、第４行４ｄの超音波素子３は第２の行配線としての第４行目の配線６ｄにより配線されている。第５行４ｅの超音波素子３は第１の行配線としての第５行目の配線６ｅにより配線されている。基板２の−Ｙ方向側には行駆動回路７が設置され、各行配線６は行駆動回路７に接続されている。そして、第１の行配線である第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ、第５行目の配線６ｅと第２の行配線である第２行目の配線６ｂ、第４行目の配線６ｄとは交互に配置されている。
【００３６】
１つの列配列５の超音波素子３は１つの列配線８により配線されている。第１列５ａの超音波素子３は第１列目の配線８ａにより配線され、第２列５ｂの超音波素子３は第２列目の配線８ｂにより配線されている。第３列５ｃの超音波素子３は第３列目の配線８ｃにより配線され、第４列５ｄの超音波素子３は第４列目の配線８ｄにより配線されている。第５列５ｅの超音波素子３は第５列目の配線８ｅにより配線されている。基板２の−Ｘ方向側には列駆動回路９が設置され、各列配線８は列駆動回路９に接続されている。
【００３７】
第１行４ａ、第３行４ｃ及び第５行４ｅでは基板２側から＋Ｚ方向に向かって、行配線６、超音波素子３、列配線８の順に配置されている。このときの行配線６である第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ及び第５行目の配線６ｅを第１の行配線６ｆとする。そして、第２行４ｂ及び第４行４ｄでは基板２側から＋Ｚ方向に向かって、列配線８、超音波素子３、行配線６の順に配置されている。このときの行配線６である第２行目の配線６ｂ及び第４行目の配線６ｄを第２の行配線６ｇとする。列配線８は超音波素子３の−Ｚ方向側と＋Ｚ方向側とを交互に繰り返す配置になっている。
【００３８】
図２は超音波デバイスの構造を示す模式側断面図であり、図１のＡ−Ａ‘線に沿う断面を示している。図２に示すように、基板２に重ねて振動板１０が設置されている。振動板１０は振動して超音波を発信する部位である。振動板１０の材質は振動特性の良い材質であれば良く特に限定されない。振動板１０は絶縁性があると好ましい。本実施形態では、例えば、振動板１０の材質に２酸化シリコンや２酸化ジルコニウムを用いている。基板２は超音波素子３と対向する場所に凹部２ａが設置されている。凹部２ａでは振動板１０が露出している。これにより、振動板１０が振動し易くなっている。
【００３９】
振動板１０上には超音波素子３が設置されている。振動板１０上には第１の電極１１、圧電体１２及び第２の電極１３がこの順に重ねて設置され、超音波素子３は第１の電極１１、圧電体１２及び第２の電極１３により構成されている。振動板１０と所定の距離離れた平行な面を仮想面１４とする。複数の超音波素子３は仮想面１４に沿って行方向２ｂ及び列方向２ｃに並ぶ行列として配置されている。
【００４０】
圧電体１２の種類は特に限定されないがＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）素子やＰＤＶＦ（ポリフッ化ビニリデン）素子等の圧電体を用いることができる。本実施形態では圧電体１２にＰＺＴ素子を用いている。
【００４１】
超音波素子３において−Ｚ方向を向く面を第１の面３ａとし、＋Ｚ方向を向く面を第２の面３ｂとする。超音波素子３の一方の面が第１の面３ａであり、超音波素子３のもう一方の面が第２の面３ｂである。仮想面１４を挟むように超音波素子３の一方の面である第１の面３ａに第１の電極１１が設けられ、もう一方の面である第２の面３ｂに第２の電極１３が設けられている。
【００４２】
そして、列配線８が複数の第１の電極１１と複数の第２の電極１３とを列方向２ｃに配線する。列配線８は、仮想面１４を貫通して配置されている。第１行４ａの超音波素子３では第１の電極１１が第１行目の配線６ａと接続し、第２の電極１３が列配線８と接続されている。第２行４ｂの超音波素子３では第１の電極１１が列配線８と接続し、第２の電極１３が第２行目の配線６ｂと接続されている。第３行４ｃの超音波素子３では第１の電極１１が第３行目の配線６ｃと接続し、第２の電極１３が列配線８と接続されている。第４行４ｄの超音波素子３では第１の電極１１が列配線８と接続し、第２の電極１３が第４行目の配線６ｄと接続されている。第５行４ｅの超音波素子３では第１の電極１１が第５行目の配線６ｅと接続し、第２の電極１３が列配線８と接続されている。
【００４３】
第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ及び第５行目の配線６ｅは第１の行配線６ｆである。第１の行配線６ｆは複数の第１の電極１１を行方向２ｂに配線する。第１の電極１１が第１の行配線６ｆと接続する超音波素子３は第２の電極１３が列配線８と接続される。第２の行配線６ｇは複数の第２の電極１３を行方向２ｂに配線する。第２行目の配線６ｂ及び第４行目の配線６ｄは第２の行配線６ｇである。第１の電極１１が列配線８と接続する超音波素子３は第２の電極１３が第２の行配線６ｇと接続される。
【００４４】
基板２上では超音波素子３、行配線６及び列配線８を覆って保護膜１５が設置される。保護膜１５は圧電体１２に水分が進入することを防止し、塵による配線間のリークを防止する。保護膜１５の材質には酸化シリコンや酸化アルミニウム等の無機物の絶縁膜を用いることができる。本実施形態では、例えば、保護膜１５である無機絶縁膜の材質に酸化アルミニウムを採用している。さらに、絶縁膜に重ねて樹脂膜を設置しても良い。
【００４５】
図３は超音波デバイスの構造を示す模式側断面図であり、図１のＢ−Ｂ‘線に沿う断面を示している。図３に示すように、第３行４ｃでは、各超音波素子３の第１の電極１１が第１の行配線６ｆである第３行目の配線６ｃに接続されている。そして、第２の電極１３が列配線８と接続される。
【００４６】
図４は超音波デバイスの構造を示す模式側断面図であり、図１のＣ−Ｃ‘線に沿う断面を示している。図４に示すように、第４行４ｄでは、各超音波素子３の第１の電極１１が列配線８に接続されている。そして、第２の電極１３が第２の行配線６ｇである第４行目の配線６ｄと接続される。
【００４７】
行配線６、列配線８、第１の電極１１及び第２の電極１３の材質は導電性があり安定性のある材質であれば良く本実施形態では、例えば、イリジウムの膜とプラチナの膜とが積層された膜を用いている。
【００４８】
図５は超音波デバイスの電気ブロック図である。図５に示すように、行駆動回路７は発信波形出力回路１６、基準電圧出力回路１７、第１行スイッチ１８、第２行スイッチ２１、第３行スイッチ２２、第４行スイッチ２３、第５行スイッチ２４を備えている。発信波形出力回路１６は超音波素子３が超音波を発信するときの駆動波形を出力する回路である。発信波形出力回路１６は第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４と接続されている。
【００４９】
基準電圧出力回路１７は接地１７ａ、第１直流電圧回路１７ｂ、第２直流電圧回路１７ｃ、第３直流電圧回路１７ｄを備えている。接地１７ａは第１電圧である“０ｖ”を出力し、第１直流電圧回路１７ｂは第２電圧を出力する。第２直流電圧回路１７ｃは第３電圧を出力し、第３直流電圧回路１７ｄは第４電圧を出力する。従って、基準電圧出力回路１７は第１電圧〜第４電圧の４つの電位の電圧を出力する。基準電圧出力回路１７も第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４と接続されている。
【００５０】
第１行スイッチ１８は第１行目の配線６ａと接続され、第１行目の配線６ａに出力する信号を切り替える。第１行スイッチ１８は第１行目の配線６ａに駆動波形、第１電圧または第２電圧のいずれかの信号を出力する。同様に、第２行スイッチ２１は第２行目の配線６ｂと接続され、第２行スイッチ２１は第２行目の配線６ｂに駆動波形、第３電圧または第４電圧のいずれかの信号を出力する。第３行スイッチ２２は第３行目の配線６ｃと接続され、第３行スイッチ２２は第３行目の配線６ｃに駆動波形、第１電圧または第２電圧のいずれかの信号を出力する。第４行スイッチ２３は第４行目の配線６ｄと接続され、第４行スイッチ２３は第４行目の配線６ｄに駆動波形、第３電圧または第４電圧のいずれかの信号を出力する。第５行スイッチ２４は第５行目の配線６ｅと接続され、第５行スイッチ２４は第５行目の配線６ｅに駆動波形、第１電圧または第２電圧のいずれかの信号を出力する。
【００５１】
超音波デバイス１はスイッチ制御部２５を備え、スイッチ制御部２５は第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４と接続されている。そして、スイッチ制御部２５は外部の機器から制御信号を入力するインターフェイスを備えている。そして、スイッチ制御部２５は外部の機器から受信する制御信号に基づいて第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４を制御する。
【００５２】
列駆動回路９は第１列スイッチ２６、第２列スイッチ２７、第３列スイッチ２８、第４列スイッチ２９、第５列スイッチ３０を備えている。他にも、列駆動回路９は５つのバイアス回路３１、第４直流電圧回路３３、第５直流電圧回路３４、５つの増幅回路３５、出力端子３６及び接地９ａを備えている。バイアス回路３１は列配線８に第５電圧を印加し列配線８から送信される信号の交流成分を出力する回路である。接地９ａとバイアス回路３１との間には第４直流電圧回路３３が配置され、第４直流電圧回路３３はバイアス回路３１に第５電圧を供給する。バイアス回路３１は電気抵抗３１ａ及び電気容量３１ｂを備えている。バイアス回路３１では電気抵抗３１ａを介して列配線８に第５電圧を供給する。そして、電気容量３１ｂは列配線８を通る電気信号のうち交流成分のみ通過させる。接地９ａは接地１７ａと同様に第１電圧である“０ｖ”になっている。電気抵抗３１ａは特に限定されないが本実施形態では、例えば、１００ｋΩの高抵抗に設定されている。
【００５３】
第１列スイッチ２６は第１列目の配線８ａ、第５直流電圧回路３４及びバイアス回路３１と接続され、第１列目の配線８ａに印加する電圧を切り替える。第５直流電圧回路３４は第６電圧である１５ｖを供給する直流電源である。第１列スイッチ２６は第１列目の配線８ａに第６電圧または第５電圧のいずれかの信号を出力する。同様に、第２列スイッチ２７は第２列目の配線８ｂと接続され、第２列スイッチ２７は第２列目の配線８ｂに第６電圧または第５電圧のいずれかの信号を出力する。同様に、第３列スイッチ２８は第３列目の配線８ｃと接続され、第３列スイッチ２８は第３列目の配線８ｃに第６電圧または第５電圧のいずれかの信号を出力する。同様に、第４列スイッチ２９は第４列目の配線８ｄと接続され、第４列スイッチ２９は第４列目の配線８ｄに第６電圧または第５電圧のいずれかの信号を出力する。同様に、第５列スイッチ３０は第５列目の配線８ｅと接続され、第５列スイッチ３０は第５列目の配線８ｅに第６電圧または第５電圧のいずれかの信号を出力する。
【００５４】
スイッチ制御部２５は第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０と接続されている。そして、スイッチ制御部２５は外部の機器から受信する制御信号に基づいて第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０を制御する。
【００５５】
バイアス回路３１は増幅回路３５と接続され、列配線８を通る電気信号のうち交流成分を増幅回路３５に出力する。増幅回路３５は出力端子３６と接続され出力端子３６に交流成分を増幅して出力する。従って、出力端子３６には列配線８を通る電気信号の交流成分が増幅されて出力される。
【００５６】
出力端子３６は第１端子３６ａ、第２端子３６ｂ、第３端子３６ｃ、第４端子３６ｄ及び第５端子３６ｅにより構成されている。そして、第１列目の配線８ａの電気信号は第１端子３６ａに出力され、第２列目の配線８ｂの電気信号は第２端子３６ｂに出力される。第３列目の配線８ｃの電気信号は第３端子３６ｃに出力され、第４列目の配線８ｄの電気信号は第４端子３６ｄに出力される。第５列目の配線８ｅの電気信号は第５端子３６ｅに出力される。
【００５７】
超音波デバイス１が超音波素子３から超音波を発信するとき、第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４は行配線６と発信波形出力回路１６とを接続する。そして、第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０は列配線８と第５直流電圧回路３４とを接続する。発信波形出力回路１６が各超音波素子３に駆動波形を印加させることにより、各超音波素子３は超音波を発信する。
【００５８】
超音波デバイス１が被検体から超音波の反射波を受信するとき、第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４は行配線６と基準電圧出力回路１７とを接続する。そして、第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ及び第５行目の配線６ｅに第１電圧または第２電圧を供給し、第２行目の配線６ｂ、第４行目の配線６ｄに第３電圧または第４電圧を供給する。そして、第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０は列配線８とバイアス回路３１とを接続する。そして、第１列目の配線８ａを通る電気信号は第１列スイッチ２６、バイアス回路３１及び増幅回路３５を通って第１端子３６ａに出力される。同様に、第２列目の配線８ｂを通る電気信号は第２端子３６ｂに出力され、第３列目の配線８ｃを通る電気信号は第３端子３６ｃに出力される。第４列目の配線８ｄを通る電気信号は第４端子３６ｄに出力され、第５列目の配線８ｅを通る電気信号は第５端子３６ｅに出力される。このように、列配線８は超音波３７を受信した信号を引き出すための受信信号引き出し線になっている。
【００５９】
図６及び図７は超音波デバイスから超音波を発信する方法を説明するための図である。図６は第２行４ｂの超音波素子３から超音波を発信する様子を示す。超音波を発信するときは第１行スイッチ１８〜第５行スイッチ２４により行配線６に発信波形出力回路１６が接続される。そして、第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０により列配線８に第５直流電圧回路３４が接続される。第５直流電圧回路３４により列配線８には第６電圧である１５ｖが供給される。
【００６０】
そして、発信波形出力回路１６には波形形成回路１６ａ、増幅回路１６ｂ、電気容量１６ｃ、電気抵抗１６ｄ及び電源回路１６ｅを備えている。波形形成回路１６ａが駆動波形を増幅回路１６ｂに出力し、増幅回路１６ｂが駆動波形を増幅して電気容量１６ｃに出力する。電気容量１６ｃは駆動波形の交流成分のみ通過させて第２行目の配線６ｂに供給する。発信波形出力回路１６では第２行目の配線６ｂが電気抵抗１６ｄを介して電源回路１６ｅに接続されている。電源回路１６ｅの出力は特に限定されないが本実施形態では、例えば、“３０ｖ”に設定されている。従って、第２行目の配線６ｂには３０ｖに交流成分の電圧が合成された駆動電圧波形が発信波形出力回路１６から供給される。
【００６１】
そして、超音波素子３では列配線８により第１の電極１１に“１５ｖ”が印加され、第２の行配線６ｇにより第２の電極１３に“３０ｖ”が印加される。従って、超音波素子３には“１５ｖ“の電圧に駆動波形が合成されて供給される。これにより、超音波デバイス１では第２行４ｂの各超音波素子３から超音波３７が発信される。その結果、超音波３７はＸ軸及びＺ軸を通る平面では点音源のように同心円状に広がる。そして、超音波３７はＹ軸及びＺ軸を通る平面では平面波として広がる。第４行４ｄの超音波素子３を駆動して超音波３７を発信するときにも同様の方法で超音波素子３を駆動する。
【００６２】
図７は第３行４ｃの超音波素子３から超音波を発信する様子を示す。列配線８には第５直流電圧回路３４から第６電圧である１５ｖが供給される。発信波形出力回路１６は波形形成回路１６ａ、増幅回路１６ｂ、電気容量１６ｃ、の他に電気抵抗１６ｆ及び電源回路１６ｇを備えている。波形形成回路１６ａが駆動波形を増幅回路１６ｂに出力し、増幅回路１６ｂが駆動波形を増幅して電気容量１６ｃに出力する。電気容量１６ｃは駆動波形の交流成分のみ通過させて第３行目の配線６ｃに供給する。発信波形出力回路１６では第３行目の配線６ｃが電気抵抗１６ｆを介して電源回路１６ｇに接続されている。電源回路１６ｇの出力は “０ｖ”に設定されている。従って、第３行目の配線６ｃには“０ｖ”に交流成分の電圧が合成された駆動電圧波形が発信波形出力回路１６から供給される。
【００６３】
そして、超音波素子３では第１の行配線６ｆにより第１の電極１１に“０ｖ”が印加され、列配線８により第２の電極１３に“１５ｖ”が印加される。従って、超音波素子３には“１５ｖ“の電圧に駆動波形が合成されて供給される。これにより、超音波デバイス１では第３行４ｃの各超音波素子３から超音波３７が発信される。超音波３７はＸ軸及びＺ軸を通る平面では点音源のように同心円状に広がる。そして、超音波３７はＹ軸及びＺ軸を通る平面では平面波として広がる。第１行４ａ及び第５行４ｅの超音波素子３を駆動して超音波３７を発信するときにも同様の方法で超音波素子３を駆動する。電気抵抗１６ｄ及び電気抵抗１６ｆの電気抵抗は特に限定されないが本実施形態では、例えば、１００ｋΩの高抵抗に設定されている。各行配列４から発信される超音波３７の位相を制御して重ねることにより、特定の線における超音波３７の音圧を高くすることができる。
【００６４】
図８は超音波素子の感度特性を示す図である。図８において縦軸は感度を示し図中上側が下側より高い感度になっている。横軸は電圧を示し図中右側が左側より高い電圧になっている。そして、感度特性線３８は超音波素子３に印加する電圧に対して超音波３７を電気信号に変換する感度を示している。ある音圧変動の超音波３７を受信したとき感度が高い方が低い方より出力する電圧変動が大きくなる。
【００６５】
超音波素子３は利用領域３９の制限がある。利用領域３９の範囲内では電圧が高い程感度が高くなる。感度が最も高いときの電圧を最適感度電圧４１とする。感度が最も低いときの電圧を極小感度電圧４２とする。最適感度電圧４１及び極小感度電圧４２は超音波素子３により異なるが本実施形態では、例えば、最適感度電圧４１を“１５ｖ”とし、極小感度電圧４２を“３ｖ”とする。
【００６６】
図９は設定した電圧の例を示す図である。図９に示すように、最適感度電圧４１は“１５ｖ”、極小感度電圧４２は“３ｖ”、第１電圧は“０ｖ”、第２電圧は“１２ｖ”、第３電圧は“１８ｖ”、第４電圧は“３０ｖ”、第５電圧は“１５ｖ”、第６電圧は“１５ｖ”に設定されている。第１電圧〜第４電圧は基準電圧出力回路１７が行配線６にバイアスをかける電圧であり、第５電圧は列駆動回路９が列配線８にバイアスをかける電圧である。第６電圧は超音波の発信時に第５直流電圧回路３４が列配線８に供給する電圧である。
【００６７】
図１０はスイッチ制御部がスイッチを切り替えて行配線に印加する電圧を示す図である。図１０において、“非選択”は超音波素子３から反射波に対応する電気信号を出力しないことを示す。“選択”は超音波素子３から反射波に対応する電気信号を出力することを示す。反射波に対応する電気信号を取り出さない“非選択”のとき第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ及び第５行目の配線６ｅに“１２ｖ“が印加される。列配線８には”１５ｖ“のバイアスがかけられているので、超音波素子３には”３ｖ“の極小感度電圧４２がかけられた状態になる。このため、超音波素子３は反射波に対応する電気信号の出力が小さくなる。このとき、第１の電極１１の電圧が“１２ｖ“であり、第２の電極１３が”１５ｖ“であるので第１の電極１１に対して第２の電極１３の電圧が高くなる。
【００６８】
反射波に対応する電気信号を取り出さない“非選択”のとき第２行目の配線６ｂ及び第４行目の配線６ｄに“１８ｖ“が印加される。列配線８には”１５ｖ“のバイアスがかけられており、超音波素子３には”３ｖ“の極小感度電圧４２がかけられた状態になる。このため、超音波素子３は反射波に対応する電気信号の出力が小さくなる。このとき、第１の電極１１の電圧が“１５ｖ“であり、第２の電極１３が”１８ｖ“であるので第１の電極１１に対して第２の電極１３の電圧が高くなる。
【００６９】
反射波に対応する電気信号を取り出す“選択”のとき第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ及び第５行目の配線６ｅに“０ｖ“が印加される。列配線８には”１５ｖ“のバイアスがかけられており、超音波素子３には”１５ｖ“の最適感度電圧４１がかけられた状態になる。このため、超音波素子３は反射波に対応する電気信号の出力が大きくなる。このとき、第１の電極１１の電圧が“０ｖ“であり、第２の電極１３が”１５ｖ“であるので第１の電極１１に対して第２の電極１３の電圧が高くなる。
【００７０】
反射波に対応する電気信号を取り出す“選択”のとき第２行目の配線６ｂ及び第４行目の配線６ｄに“３０ｖ“が印加される。列配線８には”１５ｖ“のバイアスがかけられており、超音波素子３には”１５ｖ“の最適感度電圧４１がかけられた状態になる。このため、超音波素子３は反射波に対応する電気信号の出力が大きくなる。このとき、第１の電極１１の電圧が“１５ｖ“であり、第２の電極１３が”３０ｖ“であるので第１の電極１１に対して第２の電極１３の電圧が高くなる。
【００７１】
第１電圧、第２電圧、第３電圧、第４電圧は超音波電圧を出力する超音波素子３を選択する電圧であり、選択電圧という。上述のように、第１の行配線６ｆと第２の行配線６ｇとに印加する選択電圧によって、第１の行配線６ｆか第２の行配線６ｇのどちらか一方に配線された超音波素子３を選択している。そして、選択する超音波素子３に印加する電圧を超音波素子３が反応しやすい最適感度電圧４１にすることにより、選択された超音波素子３が受信する超音波３７の波形に対応する電圧波形を列配線８から取得することができる。
【００７２】
図１１は第１列の超音波素子の第１行から第５行までを順番に選択する手順を説明するためのタイムチャートである。この“選択”は反射波に対応する電気信号を取り出す超音波素子３の選択である。図１１において、図中上下に１１個のタイムチャートが表示されている。各タイムチャートの縦軸は電圧であり図中上側が下側より高い電圧になっている。横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右へ推移する。時間は６つの期間に分けてあり図中左側から右側に向けて第１期間４３、第２期間４４、第３期間４５、第４期間４６、第５期間４７、第６期間４８に分けてある。
【００７３】
最上段の第１列電圧線４９は第１列目の配線８ａに印加される電圧の推移を示す。第１列電圧線４９は第１期間４３〜第６期間４８の間１５ｖに維持される。超音波素子３から反射波に対応する電気信号を取り出すときスイッチ制御部２５が第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０を操作して、列配線８とバイアス回路３１とを接続する。バイアス回路３１では第１列スイッチ２６〜第５列スイッチ３０に電気抵抗３１ａを介して第４直流電圧回路３３が接続される。これにより、第１列電圧線４９が示すように列配線８には１５ｖのバイアスがかけられる。超音波素子３が受信する反射波に対応する電気信号を出力するとき、電気信号は出力端子３６から出力される。
【００７４】
上から２段目のタイムチャートに示す第１行電圧線５０は第１行目の配線６ａに印加される電圧の推移を示す。第１期間４３及び第３期間４５〜第６期間４８では第１行目の配線６ａに第２電圧である１２ｖの電圧が印加される。上から７段目の第１素子電圧線５１は第１行４ａ且つ第１列５ａの超音波素子３に印加される電圧の推移を示す。第１期間４３及び第３期間４５〜第６期間４８では第１行目の配線６ａに１２ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第１素子電圧線５１が示すように第１行４ａ且つ第１列５ａの超音波素子３には３ｖの電圧が印加されている。この３Ｖの電圧は極小感度電圧４２なので、第１行４ａ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００７５】
第１行電圧線５０に示されるように、第２期間４４では第１行目の配線６ａに第１電圧である０ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第１素子電圧線５１が示すように第１行４ａ且つ第１列５ａの超音波素子３には１５ｖの電圧が印加されている。この１５Ｖの電圧は最適感度電圧４１なので、第１行４ａ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。
【００７６】
上から３段目のタイムチャートに示す第２行電圧線５２は第２行目の配線６ｂに印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第２期間４４及び第４期間４６〜第６期間４８では第２行目の配線６ｂに第３電圧である１８ｖの電圧が印加される。上から８段目の第２素子電圧線５３は第２行４ｂ且つ第１列５ａの超音波素子３に印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第２期間４４及び第４期間４６〜第６期間４８では第２行目の配線６ｂに１８ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第２素子電圧線５３が示すように第２行４ｂ且つ第１列５ａの超音波素子３には３ｖの電圧が印加されている。この３Ｖの電圧は極小感度電圧４２なので、第２行４ｂ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００７７】
第２行電圧線５２に示されるように、第３期間４５では第２行目の配線６ｂに第４電圧である３０ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第２素子電圧線５３が示すように第２行４ｂ且つ第１列５ａの超音波素子３には１５ｖの電圧が印加されている。この１５Ｖの電圧は最適感度電圧４１なので、第２行４ｂ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。
【００７８】
上から４段目のタイムチャートに示す第３行電圧線５４は第３行目の配線６ｃに印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第３期間４５及び第５期間４７〜第６期間４８では第３行目の配線６ｃに第２電圧である１２ｖの電圧が印加される。上から９段目の第３素子電圧線５５は第３行４ｃ且つ第１列５ａの超音波素子３に印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第３期間４５及び第５期間４７〜第６期間４８では第３行目の配線６ｃに１２ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第３素子電圧線５５が示すように第３行４ｃ且つ第１列５ａの超音波素子３には３ｖの電圧が印加されている。この３Ｖの電圧は極小感度電圧４２なので、第３行４ｃ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００７９】
第３行電圧線５４に示されるように、第４期間４６では第３行目の配線６ｃに第１電圧である０ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第３素子電圧線５５が示すように第３行４ｃ且つ第１列５ａの超音波素子３には１５ｖの電圧が印加されている。この１５Ｖの電圧は最適感度電圧４１なので、第３行４ｃ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。
【００８０】
上から５段目のタイムチャートに示す第４行電圧線５６は第４行目の配線６ｄに印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第４期間４６及び第６期間４８では第４行目の配線６ｄに第３電圧である１８ｖの電圧が印加される。上から１０段目の第４素子電圧線５７は第４行４ｄ且つ第１列５ａの超音波素子３に印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第４期間４６及び第６期間４８では第４行目の配線６ｄに１８ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第４素子電圧線５７が示すように第４行４ｄ且つ第１列５ａの超音波素子３には３ｖの電圧が印加されている。この３Ｖの電圧は極小感度電圧４２なので、第４行４ｄ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８１】
第４行電圧線５６に示されるように、第５期間４７では第４行目の配線６ｄに第４電圧である３０ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第４素子電圧線５７が示すように第４行４ｄ且つ第１列５ａの超音波素子３には１５ｖの電圧が印加されている。この１５Ｖの電圧は最適感度電圧４１なので、第４行４ｄ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。
【００８２】
上から６段目のタイムチャートに示す第５行電圧線５８は第５行目の配線６ｅに印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第５期間４７では第５行目の配線６ｅに第２電圧である１２ｖの電圧が印加される。上から１１段目の第５素子電圧線５９は第５行４ｅ且つ第１列５ａの超音波素子３に印加される電圧の推移を示す。第１期間４３〜第５期間４７では第５行目の配線６ｅに１２ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第５素子電圧線５９が示すように第５行４ｅ且つ第１列５ａの超音波素子３には３ｖの電圧が印加されている。この３Ｖの電圧は極小感度電圧４２なので、第５行４ｅ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８３】
第５行電圧線５８に示されるように、第６期間４８では第５行目の配線６ｅに第１電圧である０ｖの電圧が印加され、第１列目の配線８ａに１５ｖの電圧が印加される。従って、第５素子電圧線５９が示すように第５行４ｅ且つ第１列５ａの超音波素子３には１５ｖの電圧が印加されている。この１５Ｖの電圧は最適感度電圧４１なので、第５行４ｅ且つ第１列５ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。
【００８４】
第１期間４３では第１列５ａの総ての超音波素子３に３ｖの電圧が印加されるので、第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。第２期間４４の第１列５ａでは第１行４ａの超音波素子３に１５ｖの電圧が印加され第１行４ａ以外の超音波素子３には３ｖの電圧が印加される。従って、第１行４ａの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第１行４ａ以外の超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８５】
第３期間４５の第１列５ａでは第２行４ｂの超音波素子３に１５ｖの電圧が印加され第２行４ｂ以外の超音波素子３には３ｖの電圧が印加される。従って、第２行４ｂの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第２行４ｂ以外の超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８６】
第４期間４６の第１列５ａでは第３行４ｃの超音波素子３に１５ｖの電圧が印加され第３行４ｃ以外の超音波素子３には３ｖの電圧が印加される。従って、第３行４ｃの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第３行４ｃ以外の超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８７】
第５期間４７の第１列５ａでは第４行４ｄの超音波素子３に１５ｖの電圧が印加され第４行４ｄ以外の超音波素子３には３ｖの電圧が印加される。従って、第４行４ｄの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第４行４ｄ以外の超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８８】
第６期間４８の第１列５ａでは第５行４ｅの超音波素子３に１５ｖの電圧が印加され第５行４ｅ以外の超音波素子３には３ｖの電圧が印加される。従って、第５行４ｅの超音波素子３が超音波３７を受信するとき第１列目の配線８ａには超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第５行４ｅ以外の超音波素子３が超音波３７を受信しても第１列目の配線８ａには微弱な信号が出力される。
【００８９】
従って、超音波素子３が超音波３７を受信するとき、第１期間４３では第１列目の配線８ａには微弱な信号しか出力されない。第２期間４４では第１行４ａの超音波素子３から第１列目の配線８ａに超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第３期間４５では第２行４ｂの超音波素子３から第１列目の配線８ａに超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第４期間４６では第３行４ｃの超音波素子３から第１列目の配線８ａに超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第５期間４７では第４行４ｄの超音波素子３から第１列目の配線８ａに超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。第６期間４８では第５行４ｅの超音波素子３から第１列目の配線８ａに超音波３７の音圧変動に対応する大きな信号が出力される。このように、行を変えて順次超音波素子３が受信した超音波３７を電気信号に変換して出力することができる。
【００９０】
図１２〜図１７は第１列５ａにおいて第３行４ｃの超音波素子３の電極間に１５ｖが印加され、他の行の超音波素子３の電極間に３ｖが印加されたときの出力を説明するための図である。図中横軸は時間の推移を示し時間は図中左側から右側へ推移する。縦軸は電圧を示し図中上側が下側より高い電圧になっている。第４期間４６の状態を示し、第１列目の配線８ａには１５ｖのバイアスがかけられている。
【００９１】
図１２は第１行且つ第１列の超音波素子３における第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第１行目の配線６ａには１２ｖの電圧が印加されている。従って、第１の電極１１と第２の電極１３との間には３ｖの極小感度電圧４２が印加されている。第１素子電圧線６２は第１列目の配線８ａに接続された第２の電極１３の電圧の推移を示している。第１素子電圧線６２が示すように第２の電極１３の電圧は最初１５ｖから降下し、次に、上昇して１５ｖに戻る曲線になっている。この効果は、超音波素子３の圧電体１２が超音波３７を受信した影響を示している。
【００９２】
図１３は第２行且つ第１列の超音波素子３における第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第２行目の配線６ｂには１８ｖの電圧が印加されている。従って、第１の電極１１と第２の電極１３との間には３ｖの極小感度電圧４２が印加されている。第２素子電圧線６３は第１列目の配線８ａに接続された第１の電極１１の電圧の推移を示している。第２素子電圧線６３が示すように第１の電極１１の電圧は最初１５ｖから上昇し、次に、下降して１５ｖに戻る曲線になっている。この効果は、超音波素子３の圧電体１２が超音波３７を受信した影響を示している。
【００９３】
第１行４ａと第２行４ｂとでは圧電体１２に対する第１の電極１１と第２の電極１３との位置が異なる。このため、同じ超音波３７を受信しても第１素子電圧線６２は電圧が下降して、第２素子電圧線６３は電圧が上昇する。従って、第１素子電圧線６２と第２素子電圧線６３とは互いに位相が反転した波形に類似する。
【００９４】
図１４は第３行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第３行目の配線６ｃには０ｖの電圧が印加されている。従って、第１の電極１１と第２の電極１３との間には１５ｖの最適感度電圧４１が印加されている。第３素子電圧線６４は第１列目の配線８ａに接続された第２の電極１３の電圧の推移を示している。第３素子電圧線６４が示すように第２の電極１３の電圧は最初１５ｖから下降し、次に、上昇して１５ｖに戻る曲線になっている。この効果は、超音波素子３の圧電体１２が超音波３７を受信した影響を示している。この超音波素子３では圧電体１２に最適感度電圧４１が印加されているので第３素子電圧線６４は超音波３７の音圧変動に対応して大きく変動する。
【００９５】
図１５は第４行且つ第１列の超音波素子における第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第４行目の配線６ｄには１８ｖの電圧が印加されている。従って、第１の電極１１と第２の電極１３との間には３ｖの極小感度電圧４２が印加されている。第４素子電圧線６５は第１列目の配線８ａに接続された第１の電極１１の電圧の推移を示している。第４素子電圧線６５が示すように第１の電極１１の電圧は最初１５ｖから上昇し、次に、下降して１５ｖに戻る曲線になっている。この効果は、超音波素子３の圧電体１２が超音波３７を受信した影響を示している。
【００９６】
第２行４ｂと第４行４ｄでは圧電体１２に対する第１の電極１１と第２の電極１３との位置が同じである。このため、同じ超音波３７を受信したときに第２素子電圧線６３と第４素子電圧線６５とは互いに類似した形状になる。
【００９７】
図１６は第５行且つ第１列５ａの超音波素子３における第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第５行目の配線６ｅには１２ｖの電圧が印加されている。従って、第１の電極１１と第２の電極１３との間には３ｖの極小感度電圧４２が印加されている。第５素子電圧線６６は第１列目の配線８ａに接続された第２の電極１３の電圧の推移を示している。第５素子電圧線６６が示すように第２の電極１３の電圧は最初１５ｖから降下し、次に、上昇して１５ｖに戻る曲線になっている。この効果は、超音波素子３の圧電体１２が超音波３７を受信した影響を示している。
【００９８】
第１行４ａと第５行４ｅでは圧電体１２に対する第１の電極１１と第２の電極１３との位置が同じである。このため、同じ超音波３７を受信したときに第１素子電圧線６２と第５素子電圧線６６とは互いに類似した形状になる。
【００９９】
図１７は第１列目の配線の出力信号を説明するための図である。第１列電圧線６７は第１素子電圧線６２〜第５素子電圧線６６を加算した形態になっている。第１素子電圧線６２が示す電圧の降下と第２素子電圧線６３が示す電圧の上昇とが加算されて打消しあう。そして、第４素子電圧線６５が示す電圧の上昇と第５素子電圧線６６が示す電圧の降下とが加算されて打消しあう。このように、極小感度電圧４２が印加された超音波素子３が隣り合うとき２つの超音波素子３の電圧変化が互いに打消しあう。従って、極小感度電圧４２の超音波素子３の出力が第１列目の配線８ａに影響することが抑制される。
【０１００】
このように、第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１を印加していない超音波素子３においても弱い出力の不要信号が列配線に出力される。列配線の幾つかは第１の電極１１と接続し、列配線の幾つかは第２の電極１３と接続している。近い場所に位置する超音波素子３は第１の電極１１に対する第２の電極１３の電圧波形が第２の電極１３に対する第１の電極１１の電圧波形を位相反転した波形に類似する。列配線は第１の電極１１と第２の電極１３とに接続されているので不要信号が加算されて互いに打消しあう。従って、不要信号を減少できるので、超音波デバイス１は感度良く信号を取得することができる。
【０１０１】
超音波デバイス１では、第１の行配線６ｆである第１行目の配線６ａ、第３行目の配線６ｃ、第５行目の配線６ｅと第２の行配線６ｇである第２行目の配線６ｂ、第４行目の配線６ｄとが交互に配置されている。このとき、列配線８は第１の電極１１と第２の電極１３とを交互に配線する。そして、隣り合う超音波素子３が選択されていないとき、隣り合う超音波素子３が出力する不要信号が互いに打消しあう。隣り合う超音波素子３は類似した超音波３７を受信するので、不要信号の波形形状が類似する。従って、不要信号を効果的に低減することができる。
【０１０２】
図１８〜図２５は超音波デバイスの製造方法を説明するための模式図である。次に、図１８〜図２５を用いて、超音波デバイス１の製造方法を説明する。図１８は振動板設置工程に対応する図である。図１８に示すように、基板２を用意する。そして、基板２上に振動板１０を設置する。まず、基板２の表面に酸化シリコン層（ＳｉＯ2）を積層し、酸化シリコン層の表面に酸化ジルコニウム層（ＺｒＯ2）を積層する。材料を積層する方法としてはスパッタ法やＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。
【０１０３】
図１９は下電極設置工程に対応する図である。図１９に示すように、振動板１０上に第１の電極１１及び列配線８の一部及び第１の行配線６ｆの一部を設置する。まず、振動板１０上に金属膜を設置する。本実施形態では、例えば、金属膜は酸化イリジウム上にプラチナが積層される。プラチナは白金とも称される。金属膜の設置方法は特に限定されないが本実施形態では、例えば、スパッタ法を用いて設置される。
【０１０４】
次に、金属膜上に感光性のレジストを設置し、第１の電極１１及び列配線８の一部及び第１の行配線６ｆの一部の形状のマスクを重ねて露光する。次に、感光性のレジストをエッチングして除去し、さらに、レジストをマスクにして金属膜をエッチングした後でレジストを除去する。その結果、振動板１０上に第１の電極１１及び列配線８の一部及び第１の行配線６ｆの一部が設置される。
【０１０５】
図２０〜図２２は圧電体設置工程に対応する図である。図２０に示すように、焦電体材料層６８を設置する。焦電体材料層６８は圧電体１２の材料になる層であり、ＰＺＴ膜の層である。焦電体材料層６８はスパッタ法やゾルゲル法を用いて設置される。スパッタ法では特定成分のＰＺＴ焼結体をスパッタリングのターゲットとして用い、振動板１０上にスパッタリングによりアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を形成する。
【０１０６】
次に、このアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を加熱し結晶化し、焼結させる。この加熱は例えば、酸素または酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス等の酸素雰囲気中において行われる。加熱工程では酸素雰囲気中で圧電体膜前駆体膜を５００〜７００℃の温度で加熱する。加熱によって圧電体膜前駆体膜を結晶化する。
【０１０７】
ゾルゲル法では焦電体材料層６８の材料となるチタン、ジルコニウム、鉛等の水酸化物の水和錯体であるゾルを作成する。このゾルを脱水処理してゲルとする。このゲルを加熱焼成して無機酸化物である焦電体材料層６８を調製する。チタン、ジルコニウム、鉛、さらには他の金属成分のそれぞれのアルコキシドまたはアセテートを出発原料とする。この出発原料がゾルになっている。このゾルは有機高分子化合物と混合された組成物として用いられる。この有機高分子化合物は、乾燥及び焼成時に焦電体材料層６８の残留応力を吸収し、焦電体材料層６８にクラックが生ずる虞を低減する。
【０１０８】
次に、基板２上にゾル組成物を塗布する。塗布方法には各種のコート法や印刷法が用いられる。塗布後ゾル組成物の膜を乾燥する。乾燥は自然乾燥、または８０℃以上２００℃以下の温度に加熱して乾燥する。次に、ゾル組成物の膜を焼成する。焼成温度は３００〜４５０℃の範囲で１０〜１２０分程度焼成する。焼成によりゾル組成物の膜がゲル化する。
【０１０９】
次に温度を変えて再焼成する。焼成温度としては４００〜８００℃の範囲で、０．１〜５時間程度焼成する。再焼成では４００〜６００℃の範囲の温度の第一段階を行い。次に、６００〜８００℃以下の範囲の温度で第二段階を行う。これにより、多孔質ゲル薄膜が結晶質の金属酸化物からなる膜に変換される。この膜を積層膜にするときには出発原料の塗布から焼成までの工程を繰り返す。その後でプレアニールする。
【０１１０】
図２１に示すように、上金属膜６９を設置する。本実施形態では、例えば、上金属膜６９はイリジウム膜、チタン膜、イリジウム膜がこの順に積層される。上金属膜６９の設置方法は特に限定されないが本実施形態では、例えば、スパッタ法を用いて設置される。
【０１１１】
図２２に示すように、焦電体材料層６８及び上金属膜６９をパターニングする。上金属膜６９の上にマスク膜の材料からなる膜を設置する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像しマスク膜の材料からなる膜をパターニングしてマスク膜を形成する。詳しくは、まず、感光性のレジスト膜を設置し、圧電体１２の形状のマスクを重ねて露光する。次に、レジスト膜をエッチングして除去し、マスク膜を設置する。マスク膜の形状は圧電体１２の形状にする。
【０１１２】
マスク膜をマスクにしたドライエッチング法を用いて焦電体材料層６８の一部を除去する。ドライエッチングにより、焦電体材料層６８及び上金属膜６９がエッチングされて四角形になる。このとき、第１の電極１１の表面も少しエッチングされる。次に、剥離液を用いてマスク膜を剥離する。その結果、振動板１０上に第１の電極１１、圧電体１２及び第２の電極１３が形成される。尚、第２の電極１３は列配線８及び第２の行配線６ｇのうち圧電体１２と重なっている部分を示す。
【０１１３】
図２３は第１配線設置工程に対応する図である。図２３に示すように、行配線６及び列配線８を設置する。まず、金属膜を成膜する。金属膜は行配線６及び列配線８の材料となる膜である。金属膜の成膜方法は特に限定されないが本実施形態では、例えば、スパッタ法を用いている。
【０１１４】
次に、金属膜の上に感光性の材料からなる膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像し膜をパターニングしてマスク膜を形成する。マスク膜の形状を行配線６及び列配線８の形状にする。次に、マスク膜をマスクにして金属膜をドライエッチングする。その結果、金属膜から行配線６及び列配線８が形成される。ドライエッチングはウエットエッチングに比べて平面方向のオーバーエッチング量が少ないので微細なパターンを精度良く形成することができる。
【０１１５】
図２４は絶縁膜設置工程に対応する図である。図２４に示すように、無機絶縁膜を設置する。まず、行配線６、列配線８、圧電体１２、振動板１０に重ねて無機膜を設置する。超音波素子３は第１の電極１１、圧電体１２、第２の電極１３が重ねて設置されている。無機膜はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜であり、ＣＶＤ法を用いて成膜する。次に、感光性の材料からなる膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像し膜をパターニングしてマスク膜を形成する。次に、マスク膜をマスクにして無機膜をドライエッチングする。その結果、無機膜から無機絶縁膜が形成される。
【０１１６】
次に、無機絶縁膜に重ねて有機絶縁膜を設置する。まず、無機絶縁膜に重ねて有機ベタ膜を設置する。有機ベタ膜は感光性樹脂膜である。感光性樹脂材料を溶解した溶液を基板２に塗布する。塗布方法は溶液が所定の量が均等に塗布されれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、スピンコーターを用いて溶液を塗布した。次に、溶液を乾燥して溶媒を除去する。
【０１１７】
次に、有機ベタ膜を所定のパターンでマスクして露光する。さらに、有機ベタ膜をエッチングしてパターニングする。その結果、無機絶縁膜上に有機絶縁膜が設置されて保護膜１５が完成する。
【０１１８】
図２５は凹部設置工程に対応する図である。図２５に示すように、基板２がパターニングされて、凹部２ａが設置される。基板２上の−Ｚ方向側の面にマスク膜の材料からなる膜を設置する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像しマスク膜の材料からなる膜をパターニングしてマスク膜を形成する。マスク膜の形状は凹部２ａが開口した平面形状にする。次に、マスク膜をマスクにして基板２をエッチングする。エッチング方法としては、例えば、湿式の異方性エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを用いて、基板２のエッチングを行う。振動板１０がエッチングストップ層として機能する。次に、マスク膜を除去する。その結果、基板２に凹部２ａが形成される。以上の工程により超音波デバイス１が完成する。
【０１１９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、複数の超音波素子３が仮想面１４に沿って配置され、超音波素子３は行方向２ｂ及び列方向２ｃに並ぶ行列の形態になっている。超音波素子３の一方の面が第１の面３ａであり、もう一方の面が第２の面３ｂである。第１の面３ａに第１の電極１１が設けられ、第２の面３ｂに第２の電極１３が設けられている。第１の電極１１と第２の電極１３とで仮想面１４を挟んでいる。
【０１２０】
超音波デバイス１は第１の行配線６ｆ、第２の行配線６ｇ及び列配線８を備えている。第１の行配線６ｆ及び第２の行配線６ｇは行方向２ｂに延びており、列配線８は列方向２ｃに延びている。第１の行配線６ｆは複数の第１の電極１１を行方向２ｂに配線する。第２の行配線６ｇは複数の第２の電極１３を行方向２ｂに配線する。列配線８は複数の第１の電極１１と複数の第２の電極１３とを列方向２ｃに配線する。第１の電極１１が第１の行配線６ｆと接続する超音波素子３は第２の電極１３が列配線８と接続されている。第１の電極１１が列配線８と接続する超音波素子３は第２の電極１３が第２の行配線６ｇと接続されている。列配線８は、仮想面１４を貫通して配置されているので、仮想面１４の第１の電極１１側と第２の電極１３側とを配線することができる。
【０１２１】
超音波素子３に超音波３７が到達するとき超音波素子３が変形して第１の電極１１と第２の電極１３との間に電圧が生じる。この電圧を超音波電圧とする。第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１のバイアス電圧を印加するときは極小感度電圧４２のバイアス電圧を印加するときに比べて、超音波電圧が大きくなる。そして、超音波素子３の行列に超音波３７が照射されるとき超音波素子３の行列は超音波３７の分布に応じた出力を列配線８に出力する。このとき、超音波３７を測定する超音波素子３の第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１のバイアス電圧を印加することにより選択した超音波素子３が出力する電圧を列配線８を通して取得することができる。
【０１２２】
一方、第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１のバイアス電圧を印加していない超音波素子３においても弱い出力の不要信号が列配線に出力される。列配線８の幾つかは第１の電極１１と接続し、列配線８の幾つかは第２の電極１３と接続している。近い場所に位置する超音波素子３は第１の電極１１に対する第２の電極１３の電圧波形が第２の電極１３に対する第１の電極１１の電圧波形を位相反転した波形に類似する。列配線８は第１の電極１１と第２の電極１３とに接続されているので不要信号が加算されて互いに打消しあう。従って、不要信号を減少できるので、超音波デバイスは感度良く信号を取得することができる。
【０１２３】
（２）本実施形態によれば、超音波デバイス１の基板２には複数の超音波素子３が設置されている。複数の超音波素子３は行方向２ｂ及び列方向２ｃに並ぶ行列として配置されている。超音波素子３の一方の面が第１の面３ａであり、もう一方の面が第２の面３ｂである。第１の面３ａに第１の電極１１が設けられ、第２の面３ｂに第２の電極１３が設けられている。
【０１２４】
超音波デバイス１は第１の行配線６ｆ、第２の行配線６ｇ及び列配線８を備えている。第１の行配線６ｆ及び第２の行配線６ｇは行方向２ｂに延びており、列配線８は列方向２ｃに延びている。第１の行配線６ｆは複数の第１の電極１１を行方向２ｂに配線する。第２の行配線６ｇは複数の第２の電極１３を行方向２ｂに配線する。列配線８は複数の第１の電極１１と複数の第２の電極１３を列方向２ｃに配線する。第１の電極１１が第１の行配線６ｆと接続する超音波素子３は第２の電極１３が列配線８と接続されている。第１の電極１１が列配線８と接続する超音波素子３は第２の電極１３が第２の行配線６ｇと接続されている。
【０１２５】
超音波素子３に超音波３７が到達するとき超音波素子３が変形して第１の電極１１と第２の電極１３との間に超音波電圧が生じる。第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧を印加するときは印加しないときに比べて、超音波電圧が大きくなる。そして、超音波素子３の行列に超音波３７が照射されるとき超音波素子３の行列は超音波３７の分布に応じた出力を列配線に出力する。このとき、測定する超音波素子３の第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１を印加することにより特定の超音波素子３が出力する超音波電圧を列配線８を通して取得することができる。
【０１２６】
一方、第１の電極１１と第２の電極１３との間に最適感度電圧４１を印加していない超音波素子３においても弱い出力の不要信号が列配線に出力される。列配線８の幾つかは第１の電極１１と接続し、列配線８の幾つかは第２の電極１３と接続している。近い場所に位置する超音波素子３は第１の電極１１に対する第２の電極１３の電圧波形が第２の電極１３に対する第１の電極１１の電圧波形を位相反転した波形に類似する。列配線８は第１の電極１１と第２の電極１３とに接続されているので不要信号が加算されて互いに打消しあう。従って、不要信号を減少できるので、超音波デバイス１は感度良く信号を取得することができる。
【０１２７】
（３）本実施形態によれば、列配線８は受信信号引き出し線である。そして、第１の行配線６ｆと第２の行配線６ｇとに選択電圧が印加される。このとき超音波素子３では第１の電極１１と第２の電極１３との間の電圧に選択電圧のいずれかが設定されることにより制御される。そして、選択する超音波素子３に印加する電圧を超音波素子が反応しやすい最適感度電圧４１にすることにより、選択された超音波素子３が受信する超音波３７の波形に対応する電圧波形を列配線８から取得することができる。
【０１２８】
（４）本実施形態によれば、第１の行配線６ｆと第２の行配線６ｇとは交互に配置されている。このとき、列配線８は第１の電極１１と第２の電極１３とを交互に配線する。そして、隣り合う超音波素子３が選択されていないとき、隣り合う超音波素子３が出力する不要信号が互いに打消しあう。隣り合う超音波素子３は類似した超音波３７を受信するので、不要信号の波形形状が類似し逆位相となる。従って、不要信号を効果的に低減することができる。
【０１２９】
（第２の実施形態）
次に、超音波デバイスの一実施形態について図２６の超音波デバイスの構成を示す模式平面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、２つの第１の行配線６ｆが互いに接続され、２つの第２の行配線６ｇが互いに接続されている点にある。さらに、本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、２つの列配線８が互いに接続されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１３０】
すなわち、本実施形態では、図２６に示すように、超音波デバイス７１では基板７２に複数の超音波素子３が設置され、超音波素子３は行方向７２ｂ及び列方向７２ｃに並ぶ行列として配置されている。行方向７２ｂがＹ方向であり、列方向７２ｃがＸ方向である。超音波素子３の行数及び列数は特に限定されない。例えば、６４行６４列、９０行９０列、１００行１００列等の配列にすることができる。本実施形態では説明を分かり易くするために超音波素子３の配列数は８行８列にした。
【０１３１】
超音波素子３が行方向７２ｂに並ぶ配列を行配列７３とする。図中−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって、第１行７３ａ、第２行７３ｂ、第３行７３ｃ、第４行７３ｄ、第５行７３ｅ、第６行７３ｆ、第７行７３ｇ、第８行７３ｈの順に行配列７３が並んでいる。そして、超音波素子３が列方向７２ｃに並ぶ配列を列配列７４とする。図中−Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向かって、第１列７４ａ、第２列７４ｂ、第３列７４ｃ、第４列７４ｄ、第５列７４ｅ、第６列７４ｆ、第７列７４ｇ、第８列７４ｈの順に列配列７４が並んでいる。
【０１３２】
１つの行配列７３の超音波素子３は１つの行配線７５により配線されている。第１行７３ａの超音波素子３は第１行目の配線７５ａにより配線され、第２行７３ｂの超音波素子３は第２行目の配線７５ｂにより配線されている。第３行７３ｃの超音波素子３は第３行目の配線７５ｃにより配線され、第４行７３ｄの超音波素子３は第４行目の配線７５ｄにより配線されている。第５行７３ｅの超音波素子３は第５行目の配線７５ｅにより配線されている。第６行７３ｆの超音波素子３は第６行目の配線７５ｆにより配線されている。第７行７３ｇの超音波素子３は第７行目の配線７５ｇにより配線されている。第８行７３ｈの超音波素子３は第８行目の配線７５ｈにより配線されている。
【０１３３】
第１行目の配線７５ａ及び第２行目の配線７５ｂは第１の電極１１を配線する第１の行配線７５ｉである。そして、第１行目の配線７５ａ及び第２行目の配線７５ｂは互いに接続されて第１の行配線の群７５ｋを構成している。同様に、第５行目の配線７５ｅ及び第６行目の配線７５ｆも第１の電極１１を配線する第１の行配線７５ｉである。そして、第５行目の配線７５ｅ及び第６行目の配線７５ｆは互いに接続されて第１の行配線の群７５ｋを構成している。
【０１３４】
第３行目の配線７５ｃ及び第４行目の配線７５ｄは第２の電極１３を配線する第２の行配線７５ｊである。そして、第３行目の配線７５ｃ及び第４行目の配線７５ｄは接続されて第２の行配線の群７５ｍを構成している。同様に、第７行目の配線７５ｇ及び第８行目の配線７５ｈも第２の電極１３を配線する第２の行配線７５ｊである。そして、第７行目の配線７５ｇ及び第８行目の配線７５ｈは接続されて第２の行配線の群７５ｍを構成している。
【０１３５】
第１の行配線７５ｉを複数接続した第１の行配線の群７５ｋと、第２の行配線７５ｊを複数接続した第２の行配線の群７５ｍと、が交互に配置される。第１の行配線の群７５ｋ及び第２の行配線の群７５ｍはそれぞれ複数の超音波素子３を選択する。そして、選択した複数の超音波素子３が受信する超音波の波形に対応する電圧波形を列配線７６から取得することができる。従って、超音波３７の音圧強度が弱いときにも複数の超音波素子３が出力する電圧波形を列配線７６を通して取得することができる。
【０１３６】
１つの列配列７４の超音波素子３は１つの列配線７６により配線されている。第１列７４ａの超音波素子３は第１列目の配線７６ａにより配線され、第２列７４ｂの超音波素子３は第２列目の配線７６ｂにより配線されている。第３列７４ｃの超音波素子３は第３列目の配線７６ｃにより配線され、第４列７４ｄの超音波素子３は第４列目の配線７６ｄにより配線されている。第５列７４ｅの超音波素子３は第５列目の配線７６ｅにより配線され、第６列７４ｆの超音波素子３は第６列目の配線７６ｆにより配線されている。第７列７４ｇの超音波素子３は第７列目の配線７６ｇにより配線され、第８列７４ｈの超音波素子３は第８列目の配線７６ｈにより配線されている。
【０１３７】
そして、第１列目の配線７６ａと第２列目の配線７６ｂとが接続されて１つの列配線群７６ｉとなり、第３列目の配線７６ｃと第４列目の配線７６ｄとが接続されて１つの列配線群７６ｉとなっている。さらに、第５列目の配線７６ｅと第６列目の配線７６ｆとが接続されて１つの列配線群７６ｉとなり、第７列目の配線７６ｇと第８列目の配線７６ｈとが接続されて１つの列配線群７６ｉとなっている。このように、複数の列配線７６が互いに接続されている。各列配線７６には超音波素子３が接続されているので、選択された複数の超音波素子３が受信する超音波３７に対応する電圧波形を列配線７６から取得することができる。従って、超音波３７の強度が弱いときにも複数の超音波素子３が出力する電圧を列配線７６を通して取得することができる。
【０１３８】
第１の行配線の群７５ｋ及び第２の行配線の群７５ｍは行駆動回路７７に接続されている。行駆動回路７７は行駆動回路７と同様な機能を備えている。そして、４つの列配線群７６ｉが列駆動回路７８に接続されている。列駆動回路７８は列駆動回路９と同様な機能を備えている。
【０１３９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波デバイス７１は第１の行配線の群７５ｋ及び第２の行配線の群７５ｍが設置されている。第１の行配線の群７５ｋは第１の行配線７５ｉを複数互いに接続したものであり、第２の行配線の群７５ｍは第２の行配線７５ｊを複数互いに接続したものである。第１の行配線の群７５ｋ及び第２の行配線の群７５ｍはそれぞれ複数の超音波素子３に接続されているので、同時に複数の超音波素子３を選択できる。そして、選択した複数の超音波素子３が受信する超音波３７の波形に対応する電圧波形を列配線から取得することができる。従って、超音波３７の強度が弱いときにも複数の超音波素子３が出力する電圧波形を列配線を通して取得することができる。その結果、超音波デバイス７１は超音波３７を感度良く受信することができる。
【０１４０】
（２）本実施形態によれば、超音波デバイス７１では複数の列配線７６が互いに接続されている。各列配線７６には超音波素子３が接続されているので、選択された複数の超音波素子３が受信する超音波３７に対応する電圧波形を列配線７６から取得することができる。従って、超音波３７の強度が弱いときにも複数の超音波素子３が出力する電圧波形を列配線７６を通して取得することができる。
【０１４１】
（第３の実施形態）
次に、超音波デバイスの一実施形態について図２７の超音波デバイスの構成を示す模式平面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、超音波３７を発信する超音波素子と超音波３７を受信する超音波素子とが設置されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１４２】
すなわち、本実施形態では、図２７に示すように、超音波デバイス８１は基板８２を備えている。基板８２上には複数の発信用超音波素子８３及び受信用超音波素子８４が設置されている。図中発信用超音波素子８３にはハッチングが描かれており、受信用超音波素子８４にはハッチングが描かれていない。発信用超音波素子８３は超音波３７を発信するのに最適な構造になっており、受信用超音波素子８４は超音波３７を受信するのに最適な構造になっている。従って、発信用超音波素子８３は強い音圧の超音波３７を発信することが可能であり、受信用超音波素子８４は超音波３７の受信感度の高い素子になっている。
【０１４３】
発信用超音波素子８３及び受信用超音波素子８４は行方向８５ｂ及び列方向８５ｃに並ぶ行列として配置されている。行方向８５ｂがＹ方向であり、列方向８５ｃがＸ方向である。発信用超音波素子８３及び受信用超音波素子８４の行数及び列数は特に限定されない。本実施形態では説明を分かり易くするために発信用超音波素子８３及び受信用超音波素子８４の配列数はそれぞれ５行５列にした。
【０１４４】
発信用超音波素子８３は−Ｚ方向側に第１の電極を備え、＋Ｚ方向側に第２の電極を備えている。そして、各行の第１の電極は行配線８６により行駆動回路８７に接続されている。各列の第２の電極は列配線８８により列駆動回路８９に接続されている。
【０１４５】
受信用超音波素子８４が行方向８５ｂに並ぶ配列を行配列９０とする。図中−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって、第１行９０ａ、第２行９０ｂ、第３行９０ｃ、第４行９０ｄ、第５行９０ｅの順に行配列９０が並んでいる。そして、受信用超音波素子８４が列方向８５ｃに並ぶ配列を列配列９１とする。図中−Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向かって、第１列９１ａ、第２列９１ｂ、第３列９１ｃ、第４列９１ｄ、第５列９１ｅの順に列配列９１が並んでいる。
【０１４６】
そして、各行の受信用超音波素子８４は行配線９２により行駆動回路８７に接続されている。各列の受信用超音波素子８４は列配線９３により列駆動回路８９に接続されている。受信用超音波素子８４は−Ｚ方向側に第１の電極を備え、＋Ｚ方向側に第２の電極を備えている。
【０１４７】
第１行９０ａの第１の電極は第１の行配線としての第１行目の配線９２ａにより配線され、第２行９０ｂの第２の電極は第２の行配線としての第２行目の配線９２ｂにより配線されている。第３行９０ｃの第１の電極は第１の行配線としての第３行目の配線９２ｃにより配線され、第４行９０ｄの第２の電極は第２の行配線としての第４行目の配線９２ｄにより配線されている。第５行９０ｅの第１の電極は第１の行配線としての第５行目の配線９２ｅにより配線されている。
【０１４８】
第１の行配線９２ｆは第１行目の配線９２ａ、第３行目の配線９２ｃ、第５行目の配線９２ｅであり、第１の電極と接続する。第２の行配線９２ｇは第２行目の配線９２ｂ、第４行目の配線９２ｄであり、第２の電極と接続する。第１の行配線９２ｆと第２の行配線９２ｇとは交互に配置されている。
【０１４９】
１つの列配列９１の受信用超音波素子８４は１つの列配線９３により配線されている。第１列９１ａの受信用超音波素子８４は第１列目の配線９３ａにより配線され、第２列９１ｂの受信用超音波素子８４は第２列目の配線９３ｂにより配線されている。第３列９１ｃの受信用超音波素子８４は第３列目の配線９３ｃにより配線され、第４列９１ｄの受信用超音波素子８４は第４列目の配線９３ｄにより配線されている。第５列９１ｅの受信用超音波素子８４は第５列目の配線９３ｅにより配線されている。
【０１５０】
第１の電極が第１の行配線９２ｆと接続する受信用超音波素子８４は第２の電極が列配線９３と接続されている。第１の電極が列配線９３と接続する受信用超音波素子８４は第２の電極が第２の行配線９２ｇと接続されている。従って、受信用超音波素子８４に対する第１の行配線９２ｆ、第２の行配線９２ｇ及び列配線９３の構造は第１の実施形態における。超音波素子３に対する第１の行配線６ｆ、第２の行配線６ｇ及び列配線８の構造と同じになっている。
【０１５１】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、発信用超音波素子８３及び受信用超音波素子８４を備えている。発信用超音波素子８３は強い音圧の超音波３７を発信することが可能であり、受信用超音波素子８４は超音波３７の受信感度の高い素子になっている。従って、超音波デバイス８１は検出感度の良いデバイスになっている。
【０１５２】
（第４の実施形態）
次に、超音波デバイスが搭載された超音波プローブを備えた超音波測定装置の一実施形態について図２８の超音波測定装置の構成を示す概略斜視図を用いて説明する。本実施形態における超音波プローブ及び超音波測定装置に搭載された超音波デバイスは第１の実施形態〜第３の実施形態に記載の超音波デバイスである。尚、第１の実施形態〜第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１５３】
図２８は超音波測定装置の構成を示す概略斜視図である。図２８に示すように、超音波測定装置９６は超音波プローブ９７を備えている。超音波プローブ９７は一方向に長い略直方体の形状をしており、操作者が握り易い形状になっている。超音波プローブ９７の長手方向をＺ方向とする。超音波プローブ９７の−Ｚ方向の面は略平坦な面であり、平面形状が長方形になっている。平面形状の直交する２辺が延びる方向をＸ方向及びＹ方向とする。
【０１５４】
超音波プローブ９７の−Ｚ方向側には超音波デバイス９８が設置されている。超音波デバイス９８は超音波３７を受信し電気信号を出力する。この超音波デバイス９８には上記に記載の超音波デバイス１、超音波デバイス７１または超音波デバイス８１のいずれかが用いられている。
【０１５５】
超音波プローブ９７の−Ｚ方向側の面では筐体から超音波デバイス９８が露出している。超音波プローブ９７の内部には超音波デバイス９８を制御する制御部９９が設置され、超音波デバイス９８と制御部９９とがケーブル１００により接続されている。制御部９９にはＣＰＵ（中央演算装置）及び記憶装置を備えている。記憶装置には超音波デバイス９８を駆動する駆動波形のデータや超音波デバイス９８を駆動する手順を示すプログラムが記憶されている。そして、ＣＰＵはプログラムに沿って超音波デバイス９８に駆動波形を出力して超音波デバイス９８を駆動する。
【０１５６】
超音波プローブ９７はケーブル１０１を介して制御装置１０２と接続されている。制御装置１０２は超音波プローブ９７が出力するデータ信号を入力し、データ信号を解析して表示する装置である。制御装置１０２もＣＰＵ及び記憶装置を備えている。そして、ＣＰＵはプログラムに沿って各種の演算や制御を行う。制御装置１０２には入力部１０３及び表示部１０４が設置されている。入力部１０３はキーボードやマウスパッド、専用スイッチ、トラックボールなどのポインター等の装置であり、操作者が制御装置１０２に指示する内容を入力するための装置である。表示部１０４はデータ信号を画像にして表示可能であれば良く特に限定されず、液晶表示装置やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ）表示装置を用いることができる。本実施形態では、例えば、表示部１０４にＯＬＥＤを用いている。
【０１５７】
超音波プローブ９７は被検体１０５の表面に押圧して用いられる。超音波プローブ９７は超音波デバイス９８から被検体１０５に向けて超音波３７を発信する。そして、超音波デバイス９８は被検体１０５に超音波３７を発信して被検体１０５の内部で反射した反射波を受信する。超音波デバイス９８は超音波３７を検出し電気信号を出力する。反射波は反射して戻る時間が反射した面により異なるので、反射波が戻る時間を解析することにより被検体１０５の内部の構造を非破壊検査することができる。超音波デバイス９８が受信した反射波の信号は制御部９９に出力される。制御部９９はＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）をする変換部９９ａを備え、変換部９９ａは超音波デバイス９８が出力する電気信号をデジタル形式のデータ信号に変換する。そして、デジタル形式のデータ信号に変換されたデータ信号はケーブル１０１を介して制御部９９から制御装置１０２に送信される。制御装置１０２は反射波のデータ信号を受信して解析する。そして、制御装置１０２は反射波のデータ信号を被検体１０５の内部構造示す画像に変換して表示部１０４に表示する。
【０１５８】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波プローブ９７は超音波３７を受信し電気信号を出力する超音波デバイス９８を備えている。そして、超音波デバイス９８は上記に記載の超音波デバイス１、超音波デバイス７１または超音波デバイス８１のいずれかである。上記に記載の超音波デバイス１、超音波デバイス７１及び超音波デバイス８１は感度良く信号を取得することができる。従って、超音波プローブ９７は感度良く信号を取得できる超音波デバイス９８を備えた装置とすることができる。
【０１５９】
（２）本実施形態によれば、超音波測定装置９６は超音波デバイス９８、変換部９９ａ及び表示部１０４を備えている。超音波デバイスが超音波を検出して電気信号を出力する。変換部９９ａが電気信号をデータ信号に変換する。そして、表示部１０４がデータ信号を表示する。そして、超音波デバイス９８には上記の超音波デバイス１、超音波デバイス７１または超音波デバイス８１のいずれかが用いられている。上記の超音波デバイス１、超音波デバイス７１及び超音波デバイス８１のいずれかは感度良く信号を取得することができる。従って、超音波測定装置９６は感度良く信号を取得できる超音波デバイス９８を備えた装置とすることができる。
【０１６０】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、第１の行配線６ｆと第２の行配線６ｇとが交互に配置された。第１の行配線６ｆを複数行配置してその列方向２ｃに第２の行配線６ｇを複数行配置してもよい。このときにも、列配線８上の不要な信号を抑制することができる。
【０１６１】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１電圧〜第５電圧が最適感度電圧４１及び極小感度電圧４２を基に設定された。従って、最適感度電圧４１及び極小感度電圧４２が異なる超音波素子３では最適感度電圧４１及び極小感度電圧４２に合わせて第１電圧〜第５電圧を設定するのが好ましい。これにより、列配線８上の不要な信号を抑制することができる。
【０１６２】
（変形例３）
前記第２の実施形態では、第１の行配線の群７５ｋは２行の第１の行配線７５ｉで構成された。そして、第２の行配線の群７５ｍも２行の第２の行配線７５ｊで構成された。第１の行配線の群７５ｋは３行以上の第１の行配線７５ｉで構成されても良い。そして、第２の行配線の群７５ｍも３行以上の第２の行配線７５ｊで構成されても良い。さらに、超音波デバイス７１の受信感度を良くすることができる。
【０１６３】
（変形例４）
前記第２の実施形態では、列配線群７６ｉは２列の列配線７６で構成された。列配線群７６ｉは３列以上の列配線７６で構成されても良い。さらに、超音波デバイス７１の受信感度を良くすることができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１，７１，８１，９８…超音波デバイス、２…基板、２ｂ…行方向、２ｃ…列方向、３ａ…第１の面、３ｂ…第２の面、３…超音波素子、６ａ…第１の行配線としての第１行目の配線、６ｂ…第２の行配線としての第２行目の配線、６ｃ…第１の行配線としての第３行目の配線、６ｄ…第２の行配線としての第４行目の配線、６ｅ…第１の行配線としての第５行目の配線、６ｆ，７５ｉ，９２ｆ…第１の行配線、６ｇ，７５ｊ，９２ｇ…第２の行配線、８，７６，９３…列配線、１１…第１の電極、１４…仮想面、７５ｋ…第１の行配線の群、７５ｍ…第２の行配線の群、９６…超音波測定装置、９７…超音波プローブ、９９ａ…変換部、１０４…表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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