(57)【要約】【課題】  ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を検知し、異常の発生した素子が与える他の素子への影響を抑制した超音波プローブを提供する。【解決手段】  間隙を隔てて配置された一対の電極と、該一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜と、を有するセルを配して構成された複数の素子を備えたトランスデューサと、前記素子を構成する前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記素子を構成する前記一対の電極間の特性変化を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される検出情報に基づき、前記電圧印加を停止する電圧印加停止手段と、を有する超音波プローブ。【選択図】  図１
2018068363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を隔てて配置された一対の電極と、該一対電極のうちの一方の電極を含む振動膜と、を有するセルを配して構成された複数の素子を備えたトランスデューサと、
前記素子を構成する前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記素子を構成する前記一対の電極間の特性変化を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される検出情報に基づき、前記電圧印加を停止する電圧印加停止手段と、を有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記複数の素子毎に電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記トランスデューサは、静電容量型であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記特性変化は、電気的特性の変化であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記超音波プローブは、前記振動膜の振動により得られる信号を検出する受信回路を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記検出手段は、前記一対の間に印加した電圧と、前記振動膜の振動により得られる信号との、オフセット情報に基づいて、検出を行うものであることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記検出手段は、前記特性変化の異常を検出するものであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記一対の電極に接続された異常検出用の電極を有することを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記検出手段と、前記電圧印加停止手段とがスイッチで構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記スイッチは、所定の印加電圧以上で、スイッチが導通される動作を行う静電型スイッチであることを特徴とする請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記静電型スイッチが、前記静電容量型トランスデューサと同じ構造をしていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記静電型スイッチが、前記静電容量型トランスデューサが形成された基板上に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れか１項に記載の超音波プローブと、光源と、前記超音波プローブで検出される光音響波を被検体の情報を表わす信号に変換する信号処理部と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記光音響波は、前記光源より前記被検体に光を照射することで発生するものであることを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波などの音響波の送受信（本明細書で送受信と言う場合、送信と受信のうちの少なくとも一方を意味する）を行う超音波プローブ、それを用いた被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送受信を行う目的で、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が提案されている。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスを用いて作製されたものである。
【０００３】
図１６は、特許文献１に開示された静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）のセル２の断面を示す模式図である。図１６においては、基板４の上方に薄膜又はダイヤフラム８が間隙（キャビティ）８を介して配されており、薄膜８は、支持体６によって支持されている。２つの電極１０と１２とは、間隙１４によって隔てられており、キャパシタンスを形成する。ここで、薄膜８上に電極１２が形成されている。５３、５４は、直流電圧印加手段、交流電圧印加手段、若しくは、ＧＮＤ等の固定電位を印加する電圧印加手段である。図１６のＣＭＵＴセルでは、一対の電極（電極１０と１２）間にバイアス電圧を印加した状態で、音波が薄膜８に入射することで生じる振動を電圧変化として検出する。また、交流電圧を一方の電極に印加することで、２つの電極間の容量性の力が変調され、薄膜８（ダイヤフラム）が動かされて音響信号（超音波）を送出する。
【０００４】
また、特許文献１は、センサアレイを構成するＣＭＵＴセルがアースへの短絡回路を形成した場合に、短絡したセルを隔離し、残りのセルを適切に動作させる技術を開示する。図１７を参照してこれについて説明する。図１７では、ＣＭＵＴセル２が多数のセル群５８を構成しており、各セル群５８はセル２の頂部電極１２を接続体１５を用いて直列に接続している。各セル群５８は、それぞれのヒューズ６４によって共通のバイアス電圧母線線路５０に接続されており、各セル群５８内の何れかのセル２が不具合により短絡すると、短絡したセル２が属する群５８のヒューズ６４を流れる電流が増大し、このヒューズ６４が溶断するように設計されている。これにより、不具合なセル２が属するセル群５８を不動作（このセル群５８を隔離）とするが、他のセル群は適正に動作させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４３３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、受信素子（または、送受信素子）内を複数のグループに分けておいて、不良が発生したグループをヒューズなどで溶断させる技術が記載されている。しかし、ヒューズなどを溶断させるには、一時的に大きな電流が流れる必要があり、溶断するまでの間に、他の素子の特性に影響を与え、素子を破損するなどの可能性がある。
【０００７】
本発明は、トランスデューサを有するプローブ内の個別素子で発生した異常を検知し、異常の発生した素子が与える他の素子への影響を抑制した超音波プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により提供される超音波プローブは、間隙を隔てて配置された一対の電極と、該一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜と、を有するセルを配して構成された複数の素子を備えたトランスデューサと、前記素子を構成する前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記素子を構成する前記一対の電極間の特性変化を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される検出情報に基づき、前記電圧印加を停止する電圧印加停止手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、プローブ内の個別素子で発生した異常を検知し、異常の発生した素子が与える他の素子への影響を抑制した超音波プローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図２】第１の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図４】第２の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図５】第３の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図６】第４の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図７】第５の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図８】第５の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図９】第６の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図１０】第６の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図１１】第７の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図１２】第７の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図１３】第７の実施形態に係る超音波プローブを説明する図である。
【図１４】第８の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する図である。
【図１５】第９の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する図である。
【図１６】ＣＭＵＴセルの断面を示す模式図である。
【図１７】特許文献１に記載のセンサアレイを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、上記課題を解決するにあたり、異常が発生した素子では上下電極間での特性（具体的には、抵抗値や電位差、流れる電流など）が変化する点に着目した。本発明のプローブは、上下電極間の抵抗値や電位差、電流値の変化により素子の異常を検出する手段を有しており、検出手段での検出情報を元に、検出した素子へのバイアス電圧印加の停止を可能とする形態を包含する。
【００１２】
本明細書において、音響波とは、光音響波、光超音波、音波、超音波と呼ばれる弾性波を含み、光照射により発生する音響波を、特に「光音響波」と呼ぶ。また、音響波のうち、プローブから送信される音響波を「超音波」と呼び、送信された超音波が被検体内で反射したものを特に「反射波」と呼ぶ場合もある。音響波を代表して超音波と記す場合もある。
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、これらの
実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形、変更が可能である。
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態の超音波プローブでは、素子毎に上下電極間の特性を測定し、素子に異常が発生したことを検出する手段を有しており、検出手段での検出情報を元に、検出した素子へのバイアス電圧印加を停止する手段を有している。
【００１５】
図１を用いて、本実施形態を説明する。図１は、本発明の超音波プローブを説明する模式図である。図１は、本発明の超音波プローブの構成要素を表す模式図である。図１においては、チップ（基板）９９上に間隙（キャビティ）１０５を隔てて配置された一対の電極（第１の電極１０２と第２の電極１０３）が設けられている。そして、一方の電極（第１の電極１０２）を載置した振動膜１０１が支持部１０４により振動可能に支持されて、セル９５が構成されている。１００は、複数のセル９５を配して構成された素子（エレメント）を表わしている。第１の電極１０２には、直流電圧発生手段４０２が接続され、所定の直流電圧Ｖａが印加される。もう一方の第２の電極１０３は、受信回路４０２に接続され、例えば、ＧＮＤ電位付近の固定電位となっている。これにより、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間にＶｂｉａｓ＝Ｖａ−０Ｖの電位差を発生させることができる。Ｖａの値を調整することで、Ｖｂｉａｓ（バイアス電圧）の値をＣＭＵＴのセルが持つ機械特性により決まる所望の電位差（数十Ｖから数百Ｖ程度）と一致させることができる。振動膜１０１が超音波を受けて振動することにより、第２の電極１０３に静電誘導により微小電流が発生し、受信回路４０２により、その電流値を測定することで、受信信号を取り出すことができる。２０１は、本発明で特徴的な（バイアス）電圧印加停止手段であり、２０２は、同じく本発明で特徴的な一対の電極間の特性変化を検出する検出手段（異常検知手段）である。また、受信回路４０２の代わりに、送信の電圧を印加する機能を追加した送受信回路を用いる（不図示）ことも可能である。送受信回路を用いて、第２の電極１０３に、交流の駆動電圧を印加することで、第１及び第２の電極間に交流の静電引力が発生し、振動膜１０１を或る周波数で振動させて超音波を送信することが可能である。
【００１６】
本発明では、受信（または送受信）を行う素子単位毎（エレメントと呼ぶ）に、第２の電極１０３は、配線３０２を介して、同じ受信回路４０２に接続されている。言い換えると、超音波プローブは、素子数と同じ数の受信回路４０２を有しており、素子毎に受信信号を取り出す（または、超音波の送信を行う）ことができる。一方、素子単位毎の第１の電極１０２は、配線３０２を介して、同じバイアス印加停止手段２０１に接続されている。各素子に接続されたバイアス印加停止手段２０１のもう一方の端子は、直流電圧印加手段４０１に接続されている。各素子に対応するバイアス印加停止手段２０１を備えているため、直流電圧印加手段４０１から各素子の上下電極間に電位差を印加する動作を停止することができる。このバイアス印加停止手段２０１には、高耐圧の半導体スイッチなどを採用することができる。
【００１７】
また、本発明では、素子毎に上下電極間での特性変化（例えば、異常）を検出できる手段２０２を備えていることがもう一つの特徴である。特性変化は、電気的特性の変化を包含する。この検出手段２０２は、例えば、素子に上下電極間の抵抗値が低下するという異常が発生した時の、素子毎の上下電極間に起こる特性の変化を検出できる機能を有している。もし、ある素子で上下電極間の抵抗値が低下すると、上下電極間に所望の電位差が印加できなくなる。それに伴い、異常素子以外の正常な素子の上下電極間にも、所望の電位差が印加できなくなり、正常な素子も所望の受信（あるいは、送受信）特性を得ることができなくなる。
【００１８】
本発明の構成では、異常検出手段２０２が素子の異常を検出すると、異常検出信号５０１を、バイアス印加停止手段２０１に送る。バイアス印加停止手段２０１では、異常検出信号５０１を元に、異常が発生した素子への直流電圧（バイアス電圧）の印加を停止する。そのため、正常な素子の上下電極間には、所定の直流電圧（バイアス電圧）の印加が印加されたままの状態にでき、正常な素子の動作には影響をほとんど与えなくできる。本発明の超音波プローブは、素子に異常が発生した際、素子の異常を検出し、素子毎に直流電圧（バイアス電圧）の印加を停止することができるため、異常が発生していない素子に影響を与えることを回避することができる。そのため、一部の素子に異常が発生した場合でも、それ以外の素子は、影響を受けることなく使用することができる。本発明では、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難い超音波プローブを提供することができる。
【００１９】
本実施形態の別の形態を、図２を用いて説明する。図２において、２１１は抵抗である。別の形態では、各素子の第１の電極１０２と、直流電圧発生手段４０１の間に、素子毎に抵抗２１１が配置されていることが、特徴的である。抵抗２１１があることにより、上下電極間の抵抗値が低下した場合でも、直流電圧発生手段４０１から各素子への配線の電圧への変動を少なくすることができる。そのため、もし、異常検出手段２０２が異常を検出し、バイアス印加停止手段２０１で停止するまでに少しの時間差が発生した場合でも、他の正常な素子により影響を与えにくくなる。また、抵抗２１１が電流制限機能を有するため、上下電極間にショートが発生した場合でも、配線の焼き切れなどを防ぐことができる。そのため、異常検出手段２０２が異常を検出する前に、一瞬のうちに配線が焼き切れてしまい、異常が発生したことを検出できないエラー発生を避けることができる。図２に示した別の形態では、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響をより与え難い超音波プローブを提供することができる。加えて、その他の効果として、外部の物体と絶縁抵抗が低下した場合でも、外部に流れる電流の大きさを抑制することができる。そのため、より安全性が高く、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響をより与え難い超音波プローブを提供することができる。尚、別の実施形態は、図２で示したように、抵抗２１１を、バイアス印加停止手段２０１の直流電圧印加手段４０１側に配置した構成だけではなく、図３に示すようにバイアス印加停止手段２０１のＣＭＵＴ側に配置する構成とすることもできる。
【００２０】
（第２の実施形態）
本実施形態は、一対の電極間の特性変化を検出する（例えば、異常）検出手段２０１の構成に関する。それ以外は、第１実施形態と同様である。図４を用いて、本実施形態を説明する。図４は、直流電圧発生手段４０１と第１の電極１０２の間の機能ブロックを説明する模式図である。図４において、２１１は第１の抵抗、２１２は第２の抵抗、２１３は第１のコンデンサ、２１４は第２のコンデンサ、２２１は電圧測定手段、２２２は異常検知信号生成手段、５０１は異常検知信号、５０２はバイアス電圧測定信号である。本実施形態では、直流電圧発生手段４０１からの電圧を、第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２で分圧し、分圧した電圧を第１の電極１０２に印加している。ここで、電圧の分圧比は、第１の抵抗２１１に対する、ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値と、第２の抵抗２１２の抵抗値の合成抵抗で決まる。ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値に対して、第２の抵抗２１２は、小さい値に設定しておくことで、分圧比を第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２のみで規定することができる。第１のコンデンサ２１３と、第２のコンデンサ２１４は、それぞれ分圧前の電圧と、分圧後の電圧を安定化させるためのコンデンサである。
【００２１】
もし、ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値が、第２の抵抗２１２の抵抗値に近くなる、或いは小さくなると、第１の抵抗２１１に対して、第２の抵抗２１２側の実効的な抵抗値が低下してしまい、分圧比が変わるため、第１の電極１０２に印加される電圧値が減少する。そのため、上下電極間に印加される電位差は、所定の値より小さくなり、受信（または、送受信）の効率が変化してしまう。本実施形態では、電圧を分圧した第２の抵抗２１２での電圧降下を、電圧測定手段２２１により測定することで、ＣＭＵＴの素子に発生した異常を検出する。
【００２２】
電圧測定手段２２１で測定した電圧は、バイアス電圧測定信号５０２として、異常検知信号生成手段２２２に入力される。異常検知信号生成手段２２２では、基準の電圧値より低下した場合、異常検知信号５０１を生成し、バイアス印加停止手段２０１に信号出力する。バイアス印加停止手段２０１は、異常検知信号５０１を受け取ると、備えているスイッチなどをＯＦＦとして、ＣＭＵＴ素子側へのバイアス電圧の供給を停止する。
【００２３】
ここで、第１の抵抗２１１があることで、素子の上下電極間に異常が発生しても、直流電位発生手段４０１にかかる負荷が急激に増大することを防ぐことができるので、直流電位発生手段４０１で生成するバイアス電圧の変動が発生しにくくなる。一方、第２の抵抗２１２での電圧降下を測定することで、上下電極間で発生した異常を正確に検出することができる。本実施形態に係る超音波プローブは、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常をより確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響をより与え難い超音波プローブを提供することができる。また、抵抗で分圧した電圧値を測定しているので、第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２を調整することで、異常の発生を最適な条件で検出することが容易にできる。加えて、素子毎に、第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２の分圧比を変えることで、素子毎の初期特性の違い（具体的には、最適な上下電極間電位が異なる）を補正して、素子毎に最適な上下電極間電位を印加することができる。そのため、受信（または、送受信）特性のばらつきの小さい超音波プローブを提供することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
本実施形態は、異常検出手段２０１の構成に関する。それ以外は、第１実施形態と同様である。図５を用いて、本実施形態を説明する。図５は、直流電圧発生手段４０１と第１の電極１０２の間の機能ブロックを説明する模式図である。図５において、２１１は第１の抵抗、２１２は第２の抵抗、２１３は第１のコンデンサ、２１４は第２のコンデンサ、２２３は電流測定手段、２２２は異常検知信号生成手段、５０１は異常検知信号、５０２はバイアス電圧測定信号である。
【００２５】
本実施形態では、直流電圧発生手段４０１からの電圧を、第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２で分圧し、分圧した電圧を第１の電極１０２に印加している。ここで、電圧の分圧比は、第１の抵抗２１１に対する、ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値と、第２の抵抗２１２の抵抗値の合成抵抗で決まる。ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値に対して、第２の抵抗２１２は、小さい値に設定しておくことで、分圧比を第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２のみで規定することができる。第１のコンデンサ２１３と、第２のコンデンサ２１４は、それぞれ分圧前の電圧と、分圧後の電圧を安定化させるためのコンデンサである。
【００２６】
ここで、第２の抵抗２１２には、バイアス電圧の大きさと、第１の抵抗２１１と第２の抵抗２１２の値で決まる定常電流が流れている。もし、ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値が、第２の抵抗２１２の抵抗値に近くなる、或いは小さくなると、第２の抵抗に流れる電流の大きさが小さくなる。本実施形態では、第２の抵抗２１２に流れる電流値を、電流測定手段２２３により測定することで、ＣＭＵＴの素子に発生した異常を検出する。
【００２７】
電流測定手段２２３で測定した電流は、電流測定信号５０３として、異常検知信号生成手段２２２に入力される。異常検知信号生成手段２２２では、基準の電流値より低下した場合、異常検知信号５０１を生成し、バイアス印加停止手段２０１に信号出力する。バイアス印加停止手段２０１は、異常検知信号５０１を受け取ると、備えているスイッチなどをＯＦＦとして、ＣＭＵＴ素子側へのバイアス電圧の供給を停止する。
【００２８】
ここで、第１の抵抗２１１があることで、素子の上下電極間に異常が発生しても、直流電位発生手段４０１にかかる負荷が急激に増大することを防ぐことができるので、直流電位発生手段４０１で生成するバイアス電圧の変動が発生しにくくなる。一方、第２の抵抗２１２での電流値を測定することで、高い耐圧の部品を使うことなく、上下電極間で発生した異常を検出することができる。本実施形態に係る超音波プローブは、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響をより与え難い、簡単な構成の超音波プローブを提供することができる。
【００２９】
（第４の実施形態）
本実施形態は、異常検出手段２０１の構成に関する。それ以外は、第１実施形態と同様である。図６を用いて、本実施形態を説明する。図６において、２２２は異常検知信号生成手段、５０１は異常検知信号、５０４は受信オフセット信号である。本実施形態では、受信回路４０２（または、送受信回路４０３）が、異常検出手段２２３の一部の機能を兼ねていることが特徴である。受信回路４０２（または、送受信回路４０３）では、第２の電極１０３に発生した交流の微小電流を検出し、電圧信号として超音波プローブ外に出力する機能を有している。本実施形態では、この電流検出機能を、ＣＭＵＴ素子で発生した異常の検出に用いることが特徴である。
【００３０】
ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値が十分高い時は、上下電極間に流れる電流値は、十分無視できる程度まで小さい。しかし、ＣＭＵＴ素子に異常が発生し、ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁抵抗値が低下すると、第１の配線３０１と第２の配線３０２間に、漏れ電流が流れる。この漏れ電流は定常的に流れるため、受信回路４０２から出力される信号のオフセット値（ＤＣ値）を変化させる。そのため、受信回路４０２からの出力信号のオフセット値をモニタすることで、漏れ電流値の変化を把握することができ、ＣＭＵＴ素子に発生した異常を把握することができる。即ち、一対の間に印加した電圧と、振動膜の振動により得られる信号との、オフセット情報に基づいて検出がなされる。
【００３１】
具体的には、受信回路４０２（または、送受信回路４０３）で受信した信号のオフセット成分を、受信オフセット信号５０４として、異常検知信号生成手段２２２に出力する。異常検知信号生成手段２２２では、予め初期に測定しておいたオフセット値より大きく変化した場合、異常検知信号５０１を生成し、バイアス印加停止手段２０１に信号出力する。バイアス印加停止手段２０１は、異常検知信号５０１を受け取ると、備えているスイッチなどをＯＦＦとして、ＣＭＵＴ素子側へのバイアス電圧の供給を停止する。このように、図６では、受信回路４０２（または、送受信回路４０３）の出力信号を利用することで、素子で発生した異常を検出することができるため、構成要素の増加を抑制することができる。本実施形態では、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難い、簡単な構成の超音波プローブを提供することができる。尚、本実施形態は、受信回路４０２（または、送受信回路４０３）の回路構成に寄らず、電流を電圧に変換する機能を有した回路を有したものであれば、どのような構成でも用いることができる。
【００３２】
（第５の実施形態）
本実施形態は、ＣＭＵＴの上下電極に接続されたパッドの構成に関する。それ以外は、第１から第４の実施形態の何れかと同様である。図７と図８を用いて、本実施形態を説明する。まず、図７を用いて、ＣＭＵＴを用いた超音波プローブの受信部（または、送受信部）の付近の構成例の説明を行う。
【００３３】
図７の超音波プローブでは、ＣＭＵＴ１００を備えたチップ９９上を、絶縁フィルム１４１と枠１４２で囲んで、その間をシリコーン１４４で充填された構成となっている。
【００３４】
基板（チップ）９９上には、ＣＭＵＴ１００が形成されている。ＣＭＵＴ１００は、振動膜１０１、第１の電極１０２、第２の電極１０３と、支持部１０４、配線１０７、１０８、電極１０９、１１０により構成されている。基板上２０１は、第２の電極１０３と支持部１０４が配置されており、支持部１０４により支持された振動膜１０１上に第１の電極１０２が配置されている。第１の電極１０２と第２の電極１０３は対向するように配置されており、振動膜１０１は第１の電極１０２と一体に振動する構成となっている。配線１０７、１０８や電極１０９、１１０は、アルミニウムや銅、金、ニッケル、チタンなどの金属薄膜を成膜することにより形成されている。配線１０７、１０８や電極１０９、１１０は、数百ナノメーターから数マイクロメーターの厚さで、数マイクロメーターから数百マイクロメーターの線幅や線間距離を有している。
【００３５】
第１の電極１０２と、第２の電極１０３は、フレキシブル配線基板１４３を介して、それぞれ直流電圧発生手段４０１（不図示）と送受信回路４０２（不図示）に接続されている。第１の電極１０２は配線１０７を介して、電極１０９に接続されており、第２の電極１０３は配線１０８を介して、電極１０９に接続されている。フレキシブル配線基板１４３は、薄い導電層１２２が、薄い絶縁膜１２３と絶縁層１２４により挟まれた構成になっており、導電層や絶縁層の厚さは数マイクロメーターから数十マイクロメーター程度であり、屈曲しやすい構成となっている。導電層１２２は、銅などにより構成することができる。絶縁層１２２、１２３は、ポリイミドなどにより構成することができる。フレキシブル基板１４３の両端は、絶縁層が一部形成されず導電層１２２が露出した電極１２１となっており、電極１２１部で後述する電気接続手段により、基板上９９の電極と接続されており、もう一方側で回路基板上の直流電圧発生手段４０１（不図示）や送受信回路４０２（不図示）に接続されている。
【００３６】
図１で、基板９９は、支持部材１４６上にフレキシブル配線基板１４３と並んで配置されており、電極１０９、１１０と電極１２１間は、ワイヤー１３１により電気的に接続されている。ワイヤー１３１は、封止材１３２により覆われており、ワイヤー１３１が基板やフレキシブル配線基板１４３と固定され、外部からの衝撃などによる変形から保護されている。封止材１３２は、エポキシなどの樹脂接着剤を用いて、容易に実現することができる。
【００３７】
支持部材１４６は、樹脂などにより構成することができる。また、枠１４２の一部が有する凹部に、支持部材１４５が有する凸部がはめ込める構造になっており、組み立てることにより枠１４２と支持部材１４５を所望の位置関係に設定することができる。それにより、枠２０２に対して、支持部材１４５上の基板９９に形成したＣＭＵＴ１００との位置の相対関係を所望のものにすることができる。尚、上記説明と逆の構成すなわち、枠１４２が凸部を有し、支持部材１４５が凹部を有する構成も同様に用いることができる。
【００３８】
基板９９上のＣＭＵＴ１００の表面上には、シリコーンの層１４４が形成されており、更にシリコーン層１４４上には、シート状の絶縁フィルム１４１が配置されている。基板９９の端面（側面）は、枠１４２により四方を完全に囲まれている。シート状のフィルム１４１は、枠１４２の端面と隙間が全くなくなるように全周を接着されおり、枠２０２をフィルム１４１で蓋をしている構成となっている。
【００３９】
図７の構成では、ＣＭＵＴ１００上は、絶縁のシリコーン１４４で充填されているが、充填が不完全な部分があったり、シリコーンの剥がれなどがあると、上下電極間の絶縁抵抗値が低下することがある。また、超音波プローブは、被検体との間に、超音波ゲルや水などの媒質を介して使用する。そのため、更に、外部とは絶縁フィルム１４１と枠１４２で囲まれているが、絶縁フィルム１４１の剥がれや、傷、破れなどが発生すると、外部からの媒質がＣＭＵＴの電極及びその配線付近に侵入し、上下電極間の絶縁抵抗値の低下につながる。本発明を用いることで、このような故障モードに寄る上下電極間の絶縁抵抗値を検出することができる。図８に、本実施形態の超音波プローブの上面からの模式図を示す。図８では、絶縁フィルム１４１と、シリコーン１４４をなくした状態で、示している。図８のＸ−Ｘ‘断面は、図７の断面の模式図に対応している。
【００４０】
本実施形態では、チップ９９上に、第１の電極１０２と電気的に接続された第１の異常検出用電極１５１と、第２の電極１０３と電気的に接続された第２の異常検出用電極１５２を備えていることが特徴である。
【００４１】
第１の異常検出用電極１５１と、第２の異常検出用電極１５２は、チップ９９上に分散して配置されている。これにより、ＣＭＵＴ１００を備えたチップ９９とシリコーン１４４間や、絶縁フィルム１４１などによる異常が発生した場合に、より早く異常を検出することができる。また、第１の異常検出用電極１５１と、第２の異常検出用電極１５２を、チップ９９の角や辺の近くに配置することで、枠１４２と絶縁フィルム１４１間の接着している部分に故障が発生し、絶縁フィルム１４１が剥がれたことによる異常が発生する際には、より早く異常を検出することができる。
【００４２】
本実施形態の超音波プローブによると、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常をより早い段階で確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難い超音波プローブを提供することができる。尚、本実施形態では、ＣＭＵＴ１００を備えたチップ９９を、枠１４１と絶縁フィルム１４２で囲んだ構成で説明したが、本発明はこの構成に限らない。ＣＭＵＴ１００を備えたチップ９９が、枠とシリコーンなどでできた音響レンズで囲まれた構成など、超音波プローブとして用いられる構成であれば、同様に用いることができる。
【００４３】
（第６の実施形態）
本実施形態は、バイアス印加停止手段２０１と異常検出手段２０２に関する。第１と第５の実施形態の何れかと同様である。本実施形態では、バイアス印加停止手段２０１と異常検出手段２０２が、静電型スイッチ１９０で構成されていることが特徴である。図９、図１０を用いて、説明する。図９、図１０において、９９は基板（チップ）、１８０は梁、１８１は上部スイッチ電極、１８２は接点用電極、１８３は下部スイッチ電極、１８４は支持部、２３０は抵抗である。
【００４４】
本実施形態で、直流電圧が印加されていない状態を図９に示す。静電型スイッチ１９０は、基板（チップ）９９上に形成されている。梁１８０は、支持部１８４により一方を固定され、もう一方には上部スイッチ電極１８１が配置され、片持ち梁の構造となっている。下部スイッチ電極１８３は、グランド電位に接続されているため、上部電極１８１に高電圧が印加されると、上部スイッチ電極１８１と下部スイッチ電極１８３間に電位差が発生し、電極間に静電引力が発生する。発生する静電引力は、電位差に対応して、指数関数的に増加し、片持ち梁１８０のバネの復元力を超えた静電引力が印加されると、梁１８０が、基板（チップ）９９側に引き込まれて、梁１８０と下部スイッチ電極１８３が接触する（図１０の状態）。ここで、梁１８０は絶縁性の材料、または表面が絶縁されており、下部スイッチ電極１８３と対応する上部スイッチ電極１８１の下部には梁１８０が配置されていることが特徴である。これにより、上部スイッチ電極１８１と下部スイッチ電極１８３は、電気的には接続されず、上部スイッチ電極１８１がグランド電位に短絡されないようになっている。
【００４５】
一方、接点用電極１８２と対応する上部スイッチ電極１８１の下部には梁１８０が配置されていないことが特徴である。これにより、梁１８０と下部スイッチ電極１８３が接触した図１０の状態では、上部スイッチ電極１８１と接点用電極１８２は接触し、電気的に接続された状態になっている。そのため、直流電圧発生手段４０１からバイアス電圧が、静電型スイッチ１９０を介して、第１の電極１０２に印加される。
【００４６】
もし、ＣＭＵＴ１００の上下電極間に異常が発生すると、第１の電極１０２の電圧が低下していく。ここで、各素子には、抵抗２３０を備えているため、異常がある素子の電圧だけが低下して、他の正常な素子の電圧には変化は起こらない。異常素子では、第１の電極１０２の電圧が低下するために静電引力が減少して、片持ち梁１８０のバネの復元力の方が大きくなると、梁１８０が離れて、接点用電極１８２と上部スイッチ電極１８１の接続がオフになる。これにより、静電型スイッチ１９０により、電極間の異常を検出して、検出した素子へのバイアス電圧印加を停止する動作を行うことができる。静電型スイッチは、所定の印加電圧以上で、スイッチが導通される動作を行うものを採用可能である。
【００４７】
ここで、梁１８０は、所定のバイアス電圧で、下部電極１８３と接触するように、梁の構造や、電極の間隔を決めればよい。また、製造上の誤差や、異常を検出するマージンを見込んで、接触・非接触が発生する閾値の電圧を設定すればよい。
【００４８】
本実施形態では、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難く、追加の構成要素の少ない超音波プローブを提供することができる。尚、本実施形態では、梁１８０を片持ち梁として説明したが、本発明はこれに限らず、同様の動作を行うことができるものであれば、両持ち梁を始めとして様々な構造のものも、同様に用いることができる。尚、本実施形態では、静電型スイッチ１９０はＭＥＭＳ技術を用いて形成した構成で説明したが、本発明はこれに限らない。印加電圧の大きさにより、電気的な導通のＯＮ／ＯＦＦが行えるものであれば、メカ部品や電気部品などで実現したものを始めとして、同様に用いることができる。
【００４９】
（第７の実施形態）
本実施形態は、バイアス印加停止手段２０１と異常検出手段２０２に関する。第６の実施形態と同様である。図１１、図１２を用いて、具体的に説明する。図１１において、１６１は上部スイッチ電極、１６２は接点用電極、１６３は下部スイッチ電極、４０２は、受信回路である。図１２において、４０３は、送受信回答であり、図１１と図１２との違いは、受信回路４０２を用いているか送受信回路４０３を用いているかである。本実施形態では、超音波の受信（または、送受信）を行う素子１００と、静電型スイッチ１９０を、同じ基板９９上に、ほぼ同じ構造で備えていることが特徴である。本実施形態での静電型スイッチ１９０は、振動膜１０１上に、上部スイッチ電極１６１を備えており、振動膜１０１の中央部は孔があいており、上部スイッチ電極１６１が振動膜１０１の下面まで露出している構造となっている。振動膜１０１の中央部の孔に対応する領域のチップ９９上には、接点用電極１６２が配置されており、それを囲むように、ドーナツ状に下部スイッチ電極１６３が配置されている。第６の実施形態と同様に、下部スイッチ電極１６３は、グランド電位に固定されており、振動膜１０１は絶縁材料、または表面が絶縁された構造となっている。尚、本実施形態の静電型スイッチ１９０は、ＣＭＵＴ１００とほぼ同じ形状のパラメータ（メンブレンの直径、振動膜の厚さ、空隙の高さなど）で構成することで、実現することができる。メンブレン中央部の孔や、電極形状が異なることや、電圧ばらつきや変動のマージンを考慮して、静電型スイッチ１９０の形状パラメータを最適なものにすることで、所望の動作を容易に得ることができる。
【００５０】
本実施形態では、ＣＭＵＴ１００と同じ製造プロセスで、静電型スイッチ１９０を同じチップに作り込むことができるので、チップの外部に構成要素を追加することなく、欲しい機能を実現することとができる。そのため、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難く、追加の構成要素がほとんどない超音波プローブを提供することができる。尚、本実施形態では、静電型スイッチ１９０は、ＣＭＵＴ１００に近接して配置する必要はなく、チップ上のあいたスペースに配置することができる。また、静電型スイッチ１９０に超音波が到達することで、静電型スイッチ１９０のＯＮ／ＯＦＦ特性に影響を与える場合には、図１３で示すように、静電型スイッチ１９０の測定対象側に、超音波遮蔽部材１７０を備えることが望ましい。超音波遮蔽部材１７０は、外部からの超音波を反射または吸収して、静電型スイッチ１９０まで到達させないものであれば、用いることができる。これにより、外部からの超音波により、静電型スイッチ１９０のＯＮ／ＯＦＦ特性が影響を受けることを防ぎ、より安定した動作をさせることができる。
【００５１】
（第８の実施形態）
第１から第７の何れかの実施形態に記載の超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）は、光音響効果を利用した光音響波（超音波）の受信に用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。図１４は、本実施形態の被検体情報取得装置を説明する模式図である。図１４において、７００は被検体、７０１は静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、７０２はトランスデューサの保持部材、７０４は光源、７０５は画像情報生成装置である。そして、７０６は画像表示器、６０１は発光指示信号、６０２は光、６０３は光６０２の照射により発生した音響波（超音波）、６０４は光音響波受信信号、６０５は光音響信号による再現画像情報である。
【００５２】
発光指示信号６０１に基づいて、光源７０４から光６０２（パルス光）を発生させることにより、測定対象物（被検体）７００に光６０２を照射する。測定対象物７００では光６０２の照射により光音響波（超音波）６０３が発生し、この超音波６０３を複数の超音波トランスデューサ７０２で受信する。被検体７００との間には、気泡による音響波（超音波）の減衰を避けるために、媒質７０７が充填されている。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波の受信信号６０４として、信号処理部である画像情報生成装置７０５に送られる。一方、光源７０４で発生させた光６０２の大きさや形状、時間の情報（発光情報）が、光音響信号の画像情報生成装置７０５に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置７０５では、光音響波受信信号６０３と発光情報を基に測定対象物７００の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報６０５として出力する。画像表示器７０６では、光音響信号による再現画像情報６０５を基に、測定対象物７００を画像として表示する。
【００５３】
本発明の超音波プローブは、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難い。そのため、異常を検出して、動作を停止した素子があっても、他の素子にほとんど影響を与えずに、画像データの取得を行うことができる。更に、異常を検出した素子の情報を、被検体情報取得装置に提供する構成にすることが、より望ましい。これにより、被検体情報取得装置側で、異常を検出して動作を停止している素子を把握することができ、画像を再現する際に、受信動作を停止している素子の情報を補間する処理を行い、画像を生成することができる。そのため、動作を停止している素子があっても、取得する画像の劣化を極力抑えることができる。
【００５４】
本実施形態に係る超音波プローブを用いた被検体情報取得装置は、素子に異常が発生しても、画質の低下が少ない画像を提供することができる。
【００５５】
（第９の実施形態）
第１から第７の何れかの実施形態に記載の超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）は、超音波の送受信を利用した超音波イメージングに用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。その際、受信回路４０２の代わりに、受信機能に加えて、ＣＭＵＴに送信信号を与える機能も付加された送受信回路４０３を用いる必要がある。
【００５６】
図１５において、９００は測定対象、９０１は被検体情報取得装置、９０２は超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、９０３は画像情報生成装置、９０４は画像表示器、８０１、８０２は超音波、８００は超音波送信情報、８０３は超音波受信信号、８０４は再現画像情報である。超音波トランスデューサ９０２は、送受信素子であるＣＭＵＴのエレメントを複数のアレイ状に並べたもので構成されている。超音波トランスデューサ９０２から測定対象９００に向かって出力された超音波８０１は、測定対象９００の表面でその界面での固有音響インピーダンスの差により、反射する。反射した超音波８０２は、超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）９０２で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号８０３として画像情報生成装置９０３に送られる。一方、超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）９０２から、送信超音波の大きさや形状、時間の情報が超音波送信情報８０３として、画像情報生成装置９０４に送られている。画像情報生成装置９０４では、超音波受信信号８０３と超音波送信情報８００を基に、測定対象９００の画像信号を生成して再現画像情報８０４として送り、画像表示器９０４で表示される。
【００５７】
本発明の超音波プローブは、ＣＭＵＴプローブ内の個別素子で発生した異常を確実に検知し、異常の発生した素子が他の素子への影響を与え難い。そのため、異常を検出して、動作を停止した素子があっても、他の素子にほとんど影響を与えずに、画像データの取得を行うことができる。更に、異常を検出した素子の情報を、被検体情報取得装置に提供する構成にすることが、より望ましい。これにより、被検体情報取得装置側で、異常を検出して動作を停止している素子を把握することができるので、超音波を送信する際に、動作を停止している素子には、不要の高電圧の送信信号を印加しない動作を行える。ＣＭＵＴの上下電極間で異常が発生している素子に、高電圧の送信信号を印加すると、更なる異常が発生する可能性があるので、この動作を行うことは望ましい。
【００５８】
更に、送信動作を停止している素子を補間するように、他の素子の送信条件を変えて、影響を低減することができる。また、画像を再現する際に、受信動作を停止している素子の情報を補間する処理を行い、画像を生成することができる。そのため、送受信動作を停止している素子があっても、取得する画像の劣化を極力抑えることができる。尚、本明細書中の実施形態では、第１の電極１０２に直流電圧発生手段４０１を、第２の電極１０３を受信回路４０２に接続して説明しているが、本発明はこの形態に限らない。第１の電極１０２に受信回路４０２を、第２の電極１０３を直流電圧発生手段４０１に接続した構成にも同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
９９  チップ（基板）
１００  素子単位（エレメント）
１０１  振動膜
１０２  第１の電極（上電極）
１０３  第２の電極（下電極）
１０４  支持部
１０５  間隙（キャビティ）
２０１  電圧印加停止手段
２０２  電極間の特性変化を検出する検出手段
４０１  電圧印加手段
【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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