(57)【要約】      （修正有）【課題】尾引きによる分解能の低下を抑制可能な超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供する。【解決手段】超音波デバイス２２は、第１超音波トランスデューサー４５１が設けられる第１領域と、第２超音波トランスデューサー４５２が設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、第１領域に積層される第１音響層４３１と、第２領域に積層される第２音響層４３２と、第１音響層及び第２音響層に跨って設けられ、第１音響層及び第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズ４４と、を備え、積層方向において、第１音響層の第１寸法Ｌ１は、第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、積層方向において、第２音響層の第２寸法Ｌ２は、第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍である。【選択図】図４
2018068620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第１寸法は、λａ／２であり、
前記第２寸法は、λｂ／２である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、
前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、
前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下である
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において、
前記第１音響層の寸法及び前記第２音響層の寸法は、同じである
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第１寸法は、λａ／２であり、
前記第１層及び前記第２層のうちの一方の寸法は、λｂ／４である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第１音響層、前記第２音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍である
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第１音響層、前記第２音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、
前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、
前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下である
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記第１超音波トランスデューサー及び前記第２超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍である
ことを特徴とする超音波装置。
【請求項９】
第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、
前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、
前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、
前記第１超音波トランスデューサー及び前記第２超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、
前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、
前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、
前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下である
ことを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波の送受信を行う複数の超音波トランスデューサー素子（超音波トランスデューサー）がアレイ状に配置され構成される超音波アレイと、超音波アレイ上に設けられる保護層（音響層）と、音響層上に設けられる音響レンズと、を備える超音波トランスデューサー素子ユニット（超音波デバイス）が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波デバイスでは、超音波トランスデューサーは、振動膜と、振動膜上に設けられた振動子としての圧電素子と、を備える。そして、超音波デバイスは、振動膜上に音響層及び音響レンズが順に積層され構成される。この超音波デバイスは、音響レンズが生体等の測定対象に当接された状態で、超音波を送受信する。例えば、圧電素子の駆動によって送信された超音波は、音響層及び音響レンズを伝播した後、音響レンズの表面から生体内に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９８１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に記載されるような従来の超音波デバイスでは、音響層の音響インピーダンスを音響レンズよりも大きくし、かつ、音響層の厚みを、音響層での超音波の波長の半値とすることにより、超音波の残響の影響を抑制できる。すなわち、超音波のうち、振幅が大きい第１波に続く第２波以降の残響成分、所謂、尾引き部分を、超音波トランスデューサーと音響層との界面（第１界面）や、音響層と音響レンズとの界面（第２界面）にて生じる反射波（界面反射波）によって相殺できる。
【０００６】
例えば、超音波トランスデューサーからの送信波のうちの第２界面で生じた界面反射波は、第１界面で反射されて第２界面に再入射する。この際、第１界面での位相反転により、界面反射波は送信波の第２波と逆位相で重なり、第２波以降が相殺される。また、例えば、超音波トランスデューサーに向かう受信波は、第１界面で反射された後、第２界面で反射され、再び第１界面に入射する。同様に、第１界面での位相反転により、界面反射波は、受信波の第２波と逆位相で重なり、受信波の第２波以降が相殺される。
【０００７】
しかしながら、送信波と異なる周波数の超音波、例えば、送信波の高次高調波を受信可能な超音波アレイにおいて、送信領域と受信領域とに同じ厚みの音響層を設けた場合、送信側よりも受信側で尾引きの影響が大きくなるおそれがある。例えば、第２次高調波を受信する場合、音響層での受信波の波長は送信波の半値となる。このため、音響層の厚みは、送信波の半波長が受信波の１波長に相当する。したがって、第１界面で生じた受信波の界面反射は、第２界面で反射されて第１界面に再入射する際に、受信波の第３波と逆位相で重なり、第２波が相殺されない。このため、送信側よりも尾引きの影響が大きくなり、分解能が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、尾引きによる分解能の低下を抑制可能な超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例では、超音波トランスデューサーアレイの第１領域に積層される第１音響層の第１寸法は、λａ／２の整数ｎ倍である。また、第２音響層の第２寸法は、λｂ／２の整数ｎ倍である。これにより、第２超音波トランスデューサーによって、第１超音波トランスデューサーから送信される超音波とは異なる周波数の超音波を受信する場合、例えば、第１超音波トランスデューサーから送信波（基本波）に対する高次高調波を受信する場合でも分解能の低下を抑制できる。
ここで、第１音響層を伝播する超音波は、第１超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。また、同様に、第２音響層を伝播する超音波は、第２超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。
本適用例では、第１超音波トランスデューサーから送信される超音波（送信波であり基本波）のうちの第１音響層と音響レンズとの界面（第２界面）で生じた反射波（第１反射波）は、第１音響層と第１超音波トランスデューサーとの界面（第１界面）で反射されたのち、再び第１界面に入射する。この際、第１寸法が（λａ／２）・ｎであるため、第１反射波の伝播距離は、第１音響層を往復に相当するλａ・ｎである。このため、第２界面において、第１反射波の位相は、送信波に対して、２ｎπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第１反射波によって、送信波の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。
一方、測定対象からの反射波のうち、第２音響層と第２超音波トランスデューサーとの界面（第１界面）で反射された反射波（第２反射波）は、第２音響層と音響レンズとの界面（第３界面）で反射された後、再び第２界面に入射する。この際、第２寸法が（λｂ／２）・ｎであるため、同様に、第２反射波の位相は、受信波に対して、２ｎπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第２反射波によって、受信波の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降を相殺できるため、尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１寸法は、λａ／２であり、前記第２寸法は、λｂ／２であることが好ましい。
本適用例は、上記適用例におけるｎ＝１に相当する。すなわち、本適用例によれば、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第２波目以降を相殺でき、尾引きの影響を好適に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
【００１２】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、を備え、前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下であることを特徴とする。
【００１３】
本適用例では、超音波トランスデューサーアレイの第１領域に積層される第１音響層の第１寸法は、λａ／２の整数ｎ倍である。また、第２音響層は、第１層及び第２層を有する。これら第１層及び第２層の寸法は、λｂ／４の奇数倍であり、かつ、第１層及び第２層の寸法のうちの少なくとも一方は、λｂ／２のｎ倍以下である。これにより、上記適用例と同様に、第２超音波トランスデューサーによって、第１超音波トランスデューサーから送信される超音波とは異なる周波数の超音波を受信する場合、例えば、第１超音波トランスデューサーから送信波（基本波）に対する高次高調波を受信する場合でも分解能の低下を抑制できる。
ここで、第１音響層を伝播する超音波は、第１超音波トランスデューサーとの界面で反射される際に、位相が反転する。また、同様に、第２音響層の第１層を伝播する超音波は、第２超音波トランスデューサーとの界面や、第２層との界面で反射される際に、位相が反転する。
本適用例では、上記適用例と同様に、第１超音波トランスデューサーから送信される送信波と第１反射波の位相が逆位相となり、送信波の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。
一方、測定対象からの受信波のうち、第２音響層と第２超音波トランスデューサーとの界面（第１界面）で反射された第２反射波は、第３界面や、第１層と第２層との界面（第４界面）で反射された後、再び、第１界面に入射する際に、受信波と逆位相となる。また、受信波のうち、第４界面で反射された反射波（第３反射波）は、第３界面で反射された後、再び、第４界面に入射する際に、受信波と逆位相となり相殺される。
さらに、第１層及び第２層の少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下である。このため、上記適用例と同様に、第２反射波及び第３反射波の少なくとも一方は、受信波に対して、遅延量が２ｎπ以下、かつ、逆位相となる。このため、受信波の残響部分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降が検出されることによる、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１音響層の寸法及び前記第２音響層の寸法は、同じであることが好ましい。
本適用例では、第１音響層の寸法と、第２音響層の寸法とは、同じである。これにより、第１音響層及び第２音響層に亘って設けられる音響レンズの各音響層との界面を平面とすることができ、音響レンズの構成を簡略化できる。
【００１５】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１寸法は、λａ／２であり、前記第１層及び前記第２層のうちの一方の寸法は、λｂ／４であることが好ましい。
本適用例では、上記適用例と同様に、送信波の残響成分のうちの第２波目以降を相殺できる。また、受信側では、第１層及び前記第２層のうちの一方の層の寸法を、ｎ＝１に対応するλｂ／２よりも小さいλｂ／４とする。これにより、当該一方の層においては、受信波の残響成分のうちの少なくとも第２波目以降を相殺できる。したがって、尾引きの影響を好適に抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１６】
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第１音響層、前記第２音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、送信波及び受信波のいずれも、残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。したがって、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記超音波トランスデューサーアレイ、前記第１音響層、前記第２音響層、及び前記音響レンズを収納する筐体と、を備え、前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、送信波の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。また、第１層及び第２層の少なくとも一方では、受信波の残響部分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降が相殺される。したがって、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１８】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記第１超音波トランスデューサー及び前記第２超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の前記第１音響層における波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第２音響層の第２寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／２のｎ倍であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、送信波及び受信波のいずれも、残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。したがって、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００１９】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、第１振動膜を有する第１超音波トランスデューサーが設けられる第１領域と、第２振動膜を有する第２超音波トランスデューサーが設けられる第２領域と、を有する超音波トランスデューサーアレイと、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第１領域に積層される第１音響層と、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第２領域に積層される第２音響層と、前記第１音響層及び前記第２音響層に跨って設けられ、前記第１音響層及び前記第２音響層よりも音響インピーダンスが大きい音響レンズと、前記第１超音波トランスデューサー及び前記第２超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記第２音響層は、前記超音波トランスデューサーアレイ側の第１層と、前記超音波トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記第１層よりも音響インピーダンスが小さい第２層と、を有し、前記超音波トランスデューサーアレイに対する前記第１音響層の積層方向において、前記第１音響層の第１寸法は、前記第１超音波トランスデューサーが送信する超音波の波長をλａとし、λａ／２の整数ｎ倍であり、前記積層方向において、前記第１層及び前記第２層の寸法は、前記第２超音波トランスデューサーが受信する超音波の前記第２音響層における波長をλｂとし、λｂ／４の奇数倍であり、前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも一方の寸法は、λｂ／２のｎ倍以下であることを特徴とする。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、送信波の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。また、第１層及び第２層の少なくとも一方では、受信波の残響部分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降が相殺される。したがって、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出される、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の超音波装置の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態の超音波デバイスの素子基板を封止板側から見た平面図。
【図４】第１実施形態の超音波デバイスの断面を模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態の超音波デバイスの作用を説明する図。
【図６】第１実施形態の超音波デバイスの作用を説明する図。
【図７】第２実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
【図８】第２実施形態の超音波デバイスの作用を説明する図。
【図９】変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置１は、超音波装置に相当し、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して接続された制御装置１０と、を備える。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を測定対象としての生体（例えば人体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送信する。また、超音波測定装置１は、生体内の器官にて反射された超音波のうちの第２次高調波を超音波プローブ２にて受信し、受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
【００２２】
［制御装置の構成］
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部１１と、表示部１２と、を備える。また、制御装置１０は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、を備える。制御装置１０は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置１を制御する。例えば、制御装置１０は、超音波プローブ２の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ２から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部１２に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部１２に表示させたりする。このような制御装置１０としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
【００２３】
［超音波プローブの構成］
図２は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、超音波探触子に相当し、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納された超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板２３と、を備える。なお、超音波デバイス２２と、回路基板２３とにより、超音波モジュールに相当する超音波センサー２４が構成される。
【００２４】
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の回路基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成を例示するが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
【００２５】
［回路基板の構成］
回路基板２３は、超音波デバイス２２の第１信号端子４１４Ｐ及び共通端子４１６Ｐ（図３参照）と電気的に接続され、制御装置１０の制御に基づいて超音波デバイス２２を制御する。
具体的には、回路基板２３は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス２２に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス２２から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置１０に出力する。
【００２６】
［超音波デバイスの構成］
図３は、超音波デバイス２２における素子基板４１を、封止板４２側から見た平面図である。図４は、超音波デバイス２２の中央部分を含む断面図である。
超音波デバイス２２は、図４に示すように、超音波トランスデューサーアレイ４６が設けられた素子基板４１と、封止板４２と、第１音響層４３１及び第２音響層４３２を含む音響層４３と、音響レンズ４４と、により構成される。
【００２７】
（素子基板の構成）
素子基板４１は、基板に相当し、図４に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の封止板４２側に設けられる振動膜４１２と、を備える。ここで、以降の説明にあたり、基板本体部４１１の音響レンズ４４側の面を前面４１１Ａと称し、封止板４２に対向する面を背面４１１Ｂと称する。また、振動膜４１２の封止板４２とは反対側の面（一面に相当）を開口面４１２Ａと称し、封止板４２側の面を作動面４１２Ｂと称する。
【００２８】
基板本体部４１１は、図４に示すように、振動膜４１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１１Ｂに設けられる。この振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。
【００２９】
図３に示すように、素子基板４１の中央のアレイ領域Ａｒ１には、アレイ状に配置された超音波トランスデューサー４５により構成され、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーアレイ４６が設けられる。なお、図３では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４５の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー４５が配置される。
超音波トランスデューサーアレイ４６は、所定の周波数の超音波（以下、基本波とも称す）を送信する第１超音波トランスデューサー４５１を有する送信アレイ４６１と、基本波に対する第２次高調波を受信する第２超音波トランスデューサー４５２を有する受信アレイ４６２と、を含む。
【００３０】
（送信アレイの構成）
送信アレイ４６１は、アレイ領域Ａｒ１のうちの送信領域（第１領域）Ａｒ１１に設けられる。この送信アレイ４６１は、超音波トランスデューサー４５のうち基本波を送信する第１超音波トランスデューサー４５１の複数がアレイ状に配置され構成される。送信アレイ４６１は、Ｘ方向（スライス方向）に沿って配置された複数の第１超音波トランスデューサー４５１により構成され、１つの送信チャンネルとして機能する送信列４５１Ａを複数有する。これら複数の送信列４５１Ａは、Ｙ方向（スキャン方向）に配置される。
【００３１】
第１超音波トランスデューサー４５１は、後述する振動膜４１２の振動領域であり、第１振動膜に相当する第１可撓部４１２Ｃと、第１可撓部４１２Ｃに設けられた第１圧電素子４１３と、を含み構成される。この第１超音波トランスデューサー４５１は、第１可撓部４１２ＣのＸ方向及びＹ方向における寸法に応じた周波数（基本波）の超音波を送信可能に構成される。
【００３２】
基板本体部４１１には、各第１超音波トランスデューサー４５１に対応した第１開口部４１１Ｃが設けられる。第１開口部４１１Ｃは、背面４１１Ｂ側にて振動膜４１２により閉塞される。すなわち、振動膜４１２は、背面４１１Ｂ側にて第１開口部４１１Ｃを閉塞する第１可撓部４１２Ｃを有する。第１可撓部４１２Ｃは、振動膜４１２の振動領域であり、第１開口部４１１Ｃにより外縁が規定される。上述のように、第１超音波トランスデューサー４５１は、第１可撓部４１２Ｃの外形寸法に応じた周波数の基本波を送信可能である。すなわち、第１開口部４１１ＣのＸ方向及びＹ方向の寸法は、基本波の周波数に応じた値に設定される。
【００３３】
第１可撓部４１２Ｃの作動面４１２Ｂには、それぞれ第１下部電極４１４、第１圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である第１圧電素子４１３が設けられている。
第１下部電極４１４は、１ＣＨの送信列４５１Ａを構成する複数の第１超音波トランスデューサー４５１に跨って、Ｘ方向に沿って直線状に形成される。この第１下部電極４１４の一方の端部（−Ｘ側端部）は、素子基板４１の外周部の端子領域Ａｒ２に位置し、回路基板２３に電気接続される第１信号端子４１４Ｐが設けられる。
【００３４】
また、上部電極４１６は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されており、Ｙ方向に並ぶ複数の送信列４５１Ａを接続し、また、後述する複数の受信列４５２Ａを接続する。そして、上部電極４１６の±Ｙ側端部は共通電極線４１６Ａに接続される。この共通電極線４１６Ａは、Ｘ方向に沿って複数配置された上部電極４１６のそれぞれの±Ｙ側の端部を結線する。共通電極線４１６Ａの両端部（±Ｘ側端部）は、端子領域Ａｒ２に位置し、回路基板２３に電気接続される共通端子４１６Ｐが設けられている。共通端子４１６Ｐは、回路基板２３の基準電位回路（図示省略）に接続され、基準電位に設定される。
第１超音波トランスデューサー４５１では、第１下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されると、第１開口部４１１Ｃの開口領域内の第１可撓部４１２Ｃが振動され、開口面４１２Ａ側から＋Ｚ側に超音波（基本波）が送信される。
【００３５】
（受信アレイの構成）
受信アレイ４６２は、アレイ領域Ａｒ１のうちの送信領域Ａｒ１１の＋Ｘ側に位置する受信領域（第２領域）Ａｒ１２に設けられる。この受信アレイ４６２は、超音波トランスデューサー４５のうち第２次高調波を受信する第２超音波トランスデューサー４５２を、第１超音波トランスデューサー４５１の代りに有する以外は、送信アレイ４６１と同様に構成される。すなわち、受信アレイ４６２では、Ｘ方向に沿って配置された複数の第２超音波トランスデューサー４５２により１つの受信チャンネルとして機能する受信列４５２Ａが構成され、複数の受信列４５２Ａが、Ｙ方向に配置される。
【００３６】
第２超音波トランスデューサー４５２は、後述する振動膜４１２の振動領域であり、第２振動膜に相当する第２可撓部４１２Ｄと、第２可撓部４１２Ｄに設けられた第２圧電素子４１７と、を含み構成される。この第２超音波トランスデューサー４５２は、第２可撓部４１２ＤのＸ方向及びＹ方向における寸法に応じた周波数の超音波を受信可能であり、本実施形態では、基本波に対する第２次高調波を受信可能に構成される。
【００３７】
第２可撓部４１２Ｄは、振動膜４１２のうち、基板本体部４１１に設けられた第２開口部４１１Ｄを背面４１１Ｂ側にて閉塞し、振動領域を構成する。第２開口部４１１Ｄは、平面視において、各第２超音波トランスデューサー４５２に対応した位置に設けられる。この第２開口部４１１Ｄは、第２可撓部４１２Ｄの外縁を規定する。すなわち、第２開口部４１１ＤのＸ方向及びＹ方向の寸法は、第２次高調波の周波数に応じた値に設定される。本実施形態では、例えば、第２開口部４１１ＤのＹ方向の寸法が第１開口部４１１Ｃと略同じであり、Ｘ方向の寸法が第１開口部４１１Ｃの略２分の１である場合を例示している。
【００３８】
第２圧電素子４１７は、第２可撓部４１２Ｄの作動面４１２Ｂに設けられ、第２下部電極４１８、第２圧電膜４１９、及び上部電極４１６の積層体である。
第２下部電極４１８は、１ＣＨの受信列４５２Ａを構成する複数の第２超音波トランスデューサー４５２に跨って、Ｘ方向に沿って直線状に形成される。この第２下部電極４１８の一方の端部（＋Ｘ側端部）には、回路基板２３に電気接続される第２信号端子４１８Ｐが設けられる。
【００３９】
第２超音波トランスデューサー４５２では、対象物から反射され、開口面４１２Ａに入射する超音波（第２次高調波）により第２可撓部４１２Ｄが振動されると、第２圧電膜４１９の上下で電位差が発生する。したがって、第２下部電極４１８及び上部電極４１６間に発生する前記電位差を検出することにより、超音波を検出、つまり受信する。
【００４０】
（封止板の構成）
封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００４１】
封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向する領域には凹溝４２１が形成される。すなわち、封止板４２は、各開口部４１１Ｃ，４１１Ｄに対応した複数の凹溝４２１を有する。これにより、素子基板４１と封止板４２との間にギャップ４２１Ａが設けられることになり、各可撓部４１２Ｃ，４１２Ｄの振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー４５からの背面波が、他の隣接する超音波トランスデューサー４５に入射される不都合（クロストーク）を抑制できる。
【００４２】
なお、各凹溝４２１の溝深さは、送信領域Ａｒ１１では、基本波の波長の１／４の奇数倍となるように設定されてもよく、受信領域Ａｒ１２では、第２次高調波の波長の１／４の奇数倍となるように設定されていてもよい。ここで、振動膜４１２が振動すると、開口面４１２Ａ側の他、背面４１１Ｂ側にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板４２により反射され、再びギャップ４２１Ａを介して振動膜４１２側に放出される。この際、上述のように溝深さを設定することにより、反射背面波と、振動膜４１２から開口面４１２Ａ側に放出される超音波との位相をずらすことができ、超音波を減衰させることができる。つまり、超音波トランスデューサー４５から発せられる超音波の波長を考慮して、素子基板４１や封止板４２の各部の厚み寸法が設定される。
【００４３】
また、封止板４２は、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に対向する位置に、各端子４１４Ｐ，４１６Ｐ，４１８Ｐを回路基板２３に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、素子基板４１に設けられた開口と、当該開口を介して各端子４１４Ｐ，４１６Ｐ，４１８Ｐと回路基板２３とを接続するＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）やケーブル線、ワイヤー等の配線部材と、を含む構成が例示される。
【００４４】
（音響レンズの構成）
音響レンズ４４は、後に詳述する音響層４３上（＋Ｚ側）に設けられる。この音響レンズ４４は、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂから外部に露出する。また、音響レンズ４４の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス（例えば、１．５ＭＲａｙｌｓ）に設定されている。音響レンズ４４は、＋Ｚ側の面は、Ｘ方向に沿って中心部（送信領域Ａｒ１１と受信領域Ａｒ１２との境界位置）に向かうにしたがって、＋Ｚ側に湾曲する湾曲面である。この音響レンズ４４は、生体表面に密着されることにより、音響層４３を介して、送信アレイ４６１から送信された超音波を生体内の所望の位置に効率良く収束させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く受信アレイ４６２に伝播させる。
【００４５】
なお、音響レンズ４４は、平面視において、−Ｚ側の面のうち、送信領域Ａｒ１１と重なり、送信アレイ４６１に対向する第１面部４４１と、受信領域Ａｒ１２と重なり、受信アレイ４６２に対向する第２面部４４２と、を有する。第１面部４４１及び第２面部４４２は、ＸＹ面に平行であり、第２面部４４２は、第１面部４４１よりも−Ｚ側に位置する。これにより、後述するように、送信領域Ａｒ１１よりも受信領域Ａｒ１２で音響層４３を薄くできる。
【００４６】
このような音響レンズ４４の形成材料として、例えばミラブル型シリコーンゴムを例示できる。ミラブル型シリコーンゴムは、例えばビニル基を含むジメチルポリシロキサン構造のシリコーンゴム、シリカ、及び加硫剤を含有する。具体的には、シリカは、シリコーンゴムに対する質量比４０質量％以上５０質量％以下の重量平均粒子径１５μｍ〜３０μｍのシリカ粒子として、シリコーンゴムに混入される。加硫剤として、例えば２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを用いることができる。
【００４７】
（音響層の構成）
図５は、超音波デバイス２２を模式的に示す図である。なお、図５では、超音波デバイス２２の構成を簡略化し、超音波デバイス２２の振動膜４１２、音響層４３、及び音響レンズ４４の断面を模式的に示している。
音響層４３は、図４に示すように、素子基板４１の＋Ｚ側の面（基板本体部４１１の前面４１１Ａと、振動膜４１２の開口面４１２Ａと）に設けられる。音響層４３は、音響レンズ４４とともに、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝播させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝播させる。このため、音響層４３は、音響レンズよりも小さい音響インピーダンス（例えば、１．０ＭＲａｙｌｓ）に設定されている。このような音響インピーダンスを有する材料としては、例えばＲＴＶシリコーンゴム等のシリコーン樹脂材料を用いることができる。
【００４８】
音響層４３は、送信領域Ａｒ１１の＋Ｚ側に積層される第１音響層４３１と、受信領域Ａｒ１２の＋Ｚ側に積層される第２音響層４３２と、を有する。すなわち、Ｚ方向は、超音波トランスデューサーアレイ４６に対する音響層４３の積層方向である。なお、本実施形態では、第１音響層４３１及び第２音響層４３２は、同一の材料によって一体的に形成されている。したがって、第１音響層４３１及び第２音響層４３２は、超音波の音速や、音響インピーダンスが同一である。なお、第１音響層４３１及び第２音響層４３２は、一体的に形成されていることに制限されず、例えば、送信領域Ａｒ１１と受信領域Ａｒ１２との境界位置（図４の一点鎖線で示す位置）で分離され、別々に形成されてもよい。
【００４９】
第１音響層４３１のＺ方向における寸法Ｌ１（厚み寸法であり第１寸法に相当）は、基本波の波長λａ（音響層４３における波長）とした場合に、λａ／２である。例えば、第１音響層４３１の寸法Ｌ１は、送信波の周波数が５ＭＨｚとした場合、０．２ｍｍである。なお、Ｌ１は、開口面４１２Ａ（第１音響層４３１及び振動膜４１２の界面であり第１界面Ｆ１（図５参照）とも称す）と、第１音響層４３１及び音響レンズ４４の界面（以下、第２界面Ｆ２（図５参照）とも称す）との距離である。
【００５０】
第２音響層４３２の厚み寸法Ｌ２は、第２次高調波の波長λｂ（音響層４３における波長）とした場合に、λｂ／２である。なお、λｂ＝λａ／２なので、第２音響層４３２の厚み寸法は、λａ／４であり、Ｌ２＝Ｌ１／２である。Ｌ２は、第２音響層４３２及び音響レンズ４４の界面（以下、第３界面Ｆ３（図５参照）とも称す）と、開口面４１２Ａ（第１界面Ｆ１）との距離である。
【００５１】
図６は、音響層４３による作用を説明する図である。
本実施形態では、第１音響層４３１の厚み寸法Ｌ１＝λａ／２とし、第２音響層４３２の厚み寸法Ｌ２＝λａ／４とすることにより、以下に説明するように、測定精度（分解能）の向上を図ることができる。
【００５２】
ここで、第１超音波トランスデューサー４５１にパルス波電圧が印加され、超音波（基本波としての送信波Ｕ０）が送信される。この際、送信波Ｕ０として、図６の上段に示すように、残響を含む複数のピークを有する粗密波が送信され、所謂、尾引きが生じる。つまり、送信波Ｕ０の第１波ｕ１に続く残響（尾引き）部分、つまり第２波ｕ２や第３波ｕ３による反射波が検出されることにより、分解能が低下し、測定精度が低下するおそれがある。
また、受信側でも同様に、尾引きによる分解能の低下が生じるおそれがある。すなわち、図６の下段に示すように、受信波Ｖ０も、残響を含む複数のピークを有する粗密波であり、第１波ｖ１に続く尾引き部分として第２波ｖ２や第３波ｖ３を含む。これら尾引き部分が第２超音波トランスデューサー４５２に検出されることにより、分解能が低下し、測定精度が低下するおそれがある。
また、本実施形態では、第２界面Ｆ２を境界として音響インピーダンスが異なる場合、第１界面Ｆ１と第２界面Ｆ２との間で超音波の多重反射が生じると、多重反射波に対応する複数のピークが検出され、測定精度が低下するおそれがある。
【００５３】
これに対して、本実施形態では、第１音響層４３１の寸法Ｌ１をλａ／２とする。
すなわち、送信側において、第１超音波トランスデューサー４５１から送信され、第１音響層４３１を＋Ｚ側に伝播する送信波Ｕ０の一部が、第２界面Ｆ２で反射され界面反射波（以下、第１界面反射波Ｕ１と称す）が生じる。第１音響層４３１を−Ｚ側に伝播する第１界面反射波Ｕ１は、第１界面Ｆ１（開口面４１２Ａ）にて反射される際に位相が反転する。このため、第１音響層４３１の厚み寸法をλａ／２とすることにより、１波長λａだけ伝播して再び第２界面Ｆ２に入射する第１界面反射波Ｕ１の位相を、第２界面Ｆ２における送信波Ｕ０の第２波ｕ２と逆位相とできる。したがって、図６の上段の図に示すように、送信波Ｕ０の第２波ｕ２以降の尾引き部分を、第１界面反射波Ｕ１によって相殺できる。したがって、送信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、第２音響層４３２の厚み寸法Ｌ２＝λｂ／２、つまり、Ｌ２＝Ｌ１／２とする。
すなわち、受信側において、第２音響層４３２を−Ｚ側に伝播する受信波（第２次高調波）Ｖ０の一部が、第１界面Ｆ１で反射され界面反射波（以下、第２界面反射波Ｖ１と称す）が生じる。なお、この際に、超音波の位相が反転する。このため、第１音響層４３１の厚み寸法をλｂ／２とすることにより、第２音響層４３２において１波長λｂだけ伝播して再び第２界面Ｆ２に入射する第２界面反射波Ｖ１の位相を、第２界面Ｆ２における受信波Ｖ０の第２波ｖ２と逆位相とできる。これにより、図６の下段の図に示すように、受信波Ｖ０の第２波ｖ２以降の尾引き部分を、第２界面反射波Ｖ１によって相殺できる。したがって、受信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
【００５５】
ここで、第２音響層４３２の厚み寸法Ｌ２＝Ｌ１＝λｂの場合、図６の下段の図に示すように、第２界面反射波Ｖ１は、第１界面Ｆ１に再び入射するまでの伝播距離が２波長となる。このため、第２界面反射波Ｖ１は、第１界面Ｆ１への再入射時に、受信波Ｖ０の第３波ｖ３と相殺される。したがて、第２波ｖ２が相殺されず、第２波ｖ２が受信される。したがって、送信側で尾引き部分である第２波ｕ２以降が相殺できたとしても、受信側では尾引き部分の第３波ｖ３以降しか相殺できず、分解能が低下する可能性がある。
これに対して、本実施形態では、第２音響層４３２の厚み寸法Ｌ２＝Ｌ１／２とすることにより、送信側のみならず、受信側においても、第２波ｖ２以降の尾引き部分を相殺でき、分解能の低下を好適に抑制できる。
【００５６】
［第１実施形態の作用効果］
上述のように構成される第１実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
第１音響層４３１の第１寸法Ｌ１は、λａ／２である。また、第２音響層４３２の第２寸法Ｌ２は、λｂ／２である。これにより、第２超音波トランスデューサー４５２によって、第１超音波トランスデューサー４５１から送信される超音波（基本波）に対する第２次高調波を受信する場合に、分解能の低下を抑制できる。
すなわち、上述のように、第１寸法Ｌ１がλａ／２であるため、送信波（基本波）Ｕ０のうちの第２界面Ｆ２で生じた第１界面反射波Ｕ１は、第２界面Ｆ２に再入射する際に、送信波Ｕ０に対して、１波長分だけ位相が遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第１界面反射波Ｕ１によって、送信波Ｕ０の残響部分のうちの第２波ｕ２以降が相殺される。
一方、第２寸法Ｌ２がλｂ／２であるため、受信波（第２次高調波）Ｖ０のうちの第１界面Ｆ１で生じた第２界面反射波Ｖ１は、第２界面Ｆ２で反射し、第１界面Ｆ１に再入射する際に、受信波Ｖ０に対して、１波長分だけ位相が遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第２界面反射波Ｖ１によって、受信波Ｖ０の残響部分のうちの第２波ｖ２以降が相殺される。
以上から、送信側及び受信側のいずれでも、超音波の残響成分が検出されることによる分解能の低下、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００５７】
また、本実施形態では、音響レンズ４４の第１面部４４１と、第２面部４４２とは、Ｚ方向における位置が異なる。このような構成では、音響層４３及び音響レンズ４４を素子基板４１に設ける際に、音響レンズ４４を素子基板４１に対して適切な位置（例えばＺ方向における距離）に配設することにより、音響層４３の厚み寸法を設定することができる。つまり、素子基板４１に対する音響レンズ４４の配置位置に応じて、第１面部４４１及び第２面部４４２のＺ方向の距離を適宜設定することにより、適切な厚み寸法を有する第１音響層４３１及び第２音響層４３２を容易に形成できる。
【００５８】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、音響層４３は、第１音響層４３１と、第１音響層４３１の半分の厚み寸法の第２音響層４３２と、を有する。これに対して、第２実施形態では、第２音響層は、複数層で構成され、第１音響層４３１と同じ厚み寸法を有する点で、主に第１実施形態と相違している。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５９】
図７は、第２実施形態の超音波デバイス２２Ａを模式的に示す図である。
図７に示すように、音響レンズ４４Ａは、−Ｚ側の面であるアレイ対向面４４３は平面状である点で、第１実施形態の音響レンズ４４と相違している。
音響層４３Ａは、第１音響層４３１と、第２音響層４７と、を有する。
第２音響層４７は、第１音響層４３１と同じ厚み寸法、すなわちＬ１（＝λａ／２）を有し、第１層４７１と、第１層４７１の＋Ｚ側に積層された第２層４７２と、を含む。第１層４７１及び第２層４７２は、例えばＲＴＶシリコーンゴム等のシリコーン樹脂材料を用いて形成され、伝播する超音波の音速は略同じである。なお、本実施形態は、第２層４７２は、第１音響層４３１と一体的に形成されている。
【００６０】
第１層４７１は、第２開口部４１１Ｄ内に充填され、第２可撓部４１２Ｄ上に設けられる。第１層４７１の音響インピーダンスは、第２層４７２の音響インピーダンスよりも大きい。例えば、第１層４７１の音響インピーダンスが１．５ＭＲａｙｌｓであり、第２層４７２の音響インピーダンスが１．０ＭＲａｙｌｓである。このような第１層４７１は、例えば、第２層４７２を形成するシリコーン樹脂材料にフィラーを分散させて形成でき、これにより音響インピーダンスを第２層４７２よりも大きくできる。
【００６１】
第１層４７１及び第２層４７２の厚み寸法は、λｂ／４の奇数倍である。また、第１層４７１及び第２層４７２の少なくとも一方の厚み寸法は、λｂ／２以下である。
本実施形態では、第１層４７１の厚み寸法Ｌ３は、λｂ／４であり、第２層４７２の厚み寸法Ｌ４は、λｂ・（３／４）である。換言すると、第１層４７１の厚み寸法Ｌ３＝λａ／８であり、第２層４７２の厚み寸法Ｌ４＝λａ（３／８）である。第１層４７１及び第２層４７２の厚み寸法を上記値とすることにより、上述の尾引きによる測定精度の低下を抑制するとともに、第２音響層４７の厚み寸法を、第１音響層４３１と同じとすることができる。
【００６２】
図８は、音響層４３Ａによる作用を説明する図である。なお、図８では、超音波デバイス２２Ａの構成を簡略化し、超音波デバイス２２の振動膜４１２、音響層４３Ａ、及び音響レンズ４４Ａの断面を模式的に示している。
図８において、第２音響層４７と振動膜４１２との界面を第１界面Ｆ１とし、第２音響層４７と音響レンズ４４Ａとの界面を第３界面Ｆ３とし、第１層４７１と第２層４７２との界面を第４界面Ｆ４とする。なお、本実施形態では、第１層４７１を伝播する超音波が、第１界面Ｆ１及び第４界面Ｆ４で反射されると、超音波の位相は反転する。
【００６３】
図８に示すように、第１界面Ｆ１に入射する受信波Ｖ０の一部が、第１界面Ｆ１で反射され第２界面反射波Ｖ１が生じる。なお、第１界面Ｆ１での反射時に受信波の位相は反転する。この第２界面反射波Ｖ１の一部は、第４界面Ｆ４で反射され再び第１界面Ｆ１に入射する。なお、第４界面Ｆ４で反射される際も位相が反転する。このため、第１層４７１の厚み寸法をλｂ／４とすることにより、第１層４７１を半波長（λｂ／２）伝播して第１界面Ｆ１に再入射する第２界面反射波Ｖ１の位相を、第１界面Ｆ１における受信波Ｖ０の第１波ｖ１と逆位相とできる。これにより、第２界面反射波Ｖ１との少なくとも一部は、受信波Ｖ０の第１波ｖ１の一部及び第２波ｖ２以降の尾引き部分と相殺される。したがって、受信波の尾引きによる測定精度の低下を抑制できる。
【００６４】
なお、第１界面Ｆ１で生じた第２界面反射波Ｖ１の一部は、第３界面Ｆ３で反射され再び第１界面Ｆ１に入射する。第２音響層４７の厚み寸法は、λｂ／２の整数倍であるため、第２界面反射波Ｖ１の位相を受信波Ｖ０の位相と逆位相とでき、受信波Ｖ０によって第２界面反射波Ｖ１を相殺できる。
また、受信波Ｖ０の一部が第４界面Ｆ４で反射され第３界面反射波Ｖ２が生じる。この第３界面反射波Ｖ２は、第３界面Ｆ３で反射され再び第４界面Ｆ４に入射する。第２層４７２の厚み寸法をλｂ／４の奇数倍とすることにより、第３界面反射波Ｖ２の位相を受信波Ｖ０の位相と逆位相とでき、受信波Ｖ０によって第３界面反射波Ｖ２を相殺できる。
したがって、界面反射波が受信されることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００６５】
［第２実施形態の作用効果］
上述のように構成される第２実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
第１音響層４３１の第１寸法Ｌ１は、λ／２である。また、第２音響層４７は、第１層４７１及び第２層４７２を有する。第１層４７１の第３寸法Ｌ３は、λｂ／４（＝λａ／８）であり、λｂ／２以下である。また、第２層４７２の厚み寸法Ｌ４は、λｂ・（３／４）＝λａ（３／８）である。これにより、第１実施形態と同様に、第２超音波トランスデューサー４５２によって、送信波（基本波）に対する第２次高調波を受信する場合に、分解能を向上させることができる。
【００６６】
すなわち、送信側では第１実施形態と同様に、送信波Ｕ０の残響部分のうちの第２波目以降が第１界面反射波Ｕ１によって相殺される。
一方、受信側では、第２次高調波である受信波Ｖ０のうち、第１界面Ｆ１で反射された第２界面反射波Ｖ１は、第３界面Ｆ３や第４界面Ｆ４で反射された後、再び、第１界面Ｆ１に入射する際に、受信波Ｖ０と逆位相となり相殺される。また、受信波Ｖ０のうち、第４界面Ｆ４で反射された第３界面反射波Ｖ２は、第３界面Ｆ３で反射された後、再び、第４界面Ｆ４に入射する際に、受信波Ｖ０と逆位相となり相殺される。
ここで、第１層４７１の寸法Ｌ３は、λｂ／２以下である。このため、第１界面Ｆ１と第４界面Ｆ４との間で反射され第１層４７１を伝播する第２界面反射波Ｖ１によって、受信波Ｖ０の残響部分の少なくとも第２波ｖ２以降を相殺できる。
以上から、送信側と同様に、受信側でも残響成分の第２波目以降が検出されることによる、つまり尾引きの影響による分解能の低下を抑制でき、測定精度の低下を抑制できる。
【００６７】
また、第１音響層４３１と第２音響層４７の厚み寸法が同じである。これにより、第１音響層４３１及び第２音響層４７に亘って設けられる音響レンズ４４Ａの各音響層４３１，４７との界面を平面とすることができ、音響レンズ４４Ａの構成を簡略化できる。
また、第１層４７１の寸法Ｌ３をλｂ／４とし、第２層４７２の寸法Ｌ４をλｂ・（３／４）とすることにより、上記尾引きの影響を抑制しつつ、第１音響層４３１の寸法と、第２音響層４７の寸法とを同じとすることができる。
【００６８】
また、基板本体部４１１の第２開口部４１１Ｄの深さ寸法（Ｚ方向の寸法）を、第１層４７１の厚み寸法Ｌ３とし、当該第２開口部４１１Ｄ内に第１層４７１を形成する。その後、第１音響層４３１と第２層４７２とを同時に形成し、音響レンズ４４を配置することにより超音波デバイス２２Ａを形成することができる。これにより、第１層４７１の厚みを適切な寸法とすることが容易である。第１音響層４３１及び第２層４７２を同時に形成することができ、別々に製造する場合と比べて製造工程を簡略化できる。
【００６９】
また、第１層４７１の厚み寸法を、第２層４７２よりも小さくすることにより、受信感度の増大を図ることが容易である。すなわち、第１層４７１は、第２層４７２層よりも音響インピーダンスが大きい層である。このような第１層４７１は、上述のように第２層４７２の形成材料と同じ材料を母材として、フィラーを拡散させることにより容易に形成できる。したがって、第１層４７１よりも減衰係数が小さい第２層４７２の厚みを、第１層４７１よりも大きくすることにより、受信感度の増大を図ることができる。また、このような第１層４７１及び第２層４７２を備える音響層４３Ａは、上述のように容易に形成することができる。以上から、受信感度の増大を図ることが容易である。
【００７０】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００７１】
（変形例１）
第１実施形態では、第１音響層４３１の第１寸法Ｌ１をλａ／２とし、第２音響層４３２の第２寸法Ｌ２をλｂ／２としたが、これに限定されない。例えば、第１寸法Ｌ１をλａ／２の整数ｎ倍としてもよい（下記式（１）参照）。また、第２音響層４３２の第２寸法Ｌ２をλｂ／２の整数ｎ倍としてもよい（下記式（２）参照）。このような構成でも、送信波と受信波とで超音波の波長が異なる場合に、尾引きによる影響が送信側と受信側とで異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００７２】
［数１］
Ｌ１＝（λａ／２）・ｎ    ・・・（１）
Ｌ２＝（λｂ／２）・ｎ    ・・・（２）
【００７３】
すなわち、上述のように、第１音響層４３１を伝播する送信波Ｕ０のうちの第２界面Ｆ２で生じた第１界面反射波Ｕ１は、第１界面Ｆ１で反射されたのち、再び第２界面Ｆ２に入射する。この際、第１寸法Ｌ１が（λａ／２）・ｎであるため、第１界面反射波Ｕ１の伝播距離は、第１音響層４３１の往復でλａ・ｎである。このため、第２界面Ｆ２において、第１界面反射波Ｕ１の位相は、送信波Ｕ０に対して、２ｎπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、第１反射波によって、送信波Ｕ０の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。
【００７４】
一方、測定対象からの反射波である受信波Ｖ０のうち、第１界面Ｆ１で生じた第２界面反射波Ｖ１は、第３界面Ｆ３で反射された後、再び第１界面Ｆ１に入射する。この際、第２寸法Ｌ２が（λｂ／２）・ｎであるため、同様に、第１界面Ｆ１において第２界面反射波Ｖ１の位相は、受信波Ｖ０に対して、２ｎπだけ遅延し、かつ、逆位相となる。したがって、受信波Ｖ０の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が相殺される。
【００７５】
上述のように、第１音響層４３１及び第２音響層４３２の厚みを、対応する波長に応じて設定することにより、送信側及び受信側の両方で第ｎ＋１波目以降が検出されることを抑制できる。したがって、送信波に対する高次高調波を受信する場合のように、送信波と受信波が異なる場合でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる、測定精度の低下を抑制できる。
【００７６】
（変形例２）
第２実施形態では、第１音響層４３１の第１寸法Ｌ１をλａ／２とし、第１層４７１の第３寸法Ｌ３をλｂ／４、つまりλｂ／２以下とし、第２層４７２の第４寸法Ｌ４をλａ・（３／８）とした。しかしながら、これに限定されない。例えば、第１寸法Ｌ１をλａ／２の整数ｎ倍とし（上記記式（１）参照）、第１層４７１及び第２層４７２の寸法をλｂ／４の奇数倍とし、かつ、第１層４７１及び第２層４７２の少なくとも一方の寸法を、λｂ／２の整数ｎ倍以下としてもよい。このような構成でも、送信波と受信波とで超音波の波長が異なる場合に、尾引きによる影響が送信側と受信側とで異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００７７】
すなわち、第１音響層４３１の第１寸法Ｌ１をλａ／２の整数倍（例えばｎ倍）とすることにより、送信波Ｕ０の残響部分のうちの第ｎ＋１波目以降が第１界面反射波Ｕ１によって相殺される。
一方、第１層４７１及び第２層４７２の寸法をλｂ／４の奇数倍とすることにより、第２実施形態と同様に、第２界面反射波Ｖ１は、第１界面Ｆ１に再入射する際に、受信波Ｖ０と逆位相となり相殺される。また、第３界面反射波Ｖ２は、第４界面Ｆ４に再入射する際に、受信波Ｖ０と逆位相となり相殺される。
【００７８】
ここで、第１層４７１及び第２層４７２の少なくとも一方の寸法は、λｂ／２の整数ｎ倍以下である。このため、第２界面反射波Ｖ１及び第３界面反射波Ｖ２の少なくとも一方は、伝播距離がλｂ・ｎ以下であり、受信波に対して、遅延量が２ｎπ以下、かつ、逆位相となる。このため、受信波Ｖ０の残響部分のうちの少なくとも第ｎ＋１波目以降が、第２界面反射波Ｖ１及び第３界面反射波Ｖ２の少なくとも一方によって相殺される。
【００７９】
以上から、送信側及び受信側の両方で第ｎ＋１波目以降が検出されることを抑制できる。したがって、送信波に対する高次高調波を受信する場合のように、送信波と受信波が異なる場合でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる、測定精度の低下を抑制できる。
【００８０】
（他の変形例）
第１実施形態では、第２音響層４３２の厚み寸法が、第２開口部４１１Ｄの深さ寸法よりも大きい構成を例示したが、これに限定されず、第２開口部４１１Ｄの深さ寸法を、第２音響層４３２の厚み寸法としてもよい。これにより、第２音響層４３２の厚みを調整することが容易である。また、同様に、第１開口部４１１Ｃの深さ寸法を、第１音響層４３１の厚み寸法としてもよい。
【００８１】
第２実施形態では、第１層４７１の寸法が、第２層４７２よりも小さい構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、第１層４７１の寸法を、第２層４７２よりも大きくしてもよい。例えば、第１層４７１の寸法をλｂ・（３／４）とし、第２層４７２の寸法をλｂ／４としてもよい。このような構成でも、第２実施形態と同様に尾引きの影響を抑制できる。
【００８２】
上記各実施形態では、音響層は、振動膜４１２の開口面４１２Ａの側、すなわち基板本体部４１１を覆うように配置されていた。しかしながら、これに限定されず、音響層は、振動膜４１２の作動面４１２Ｂを覆うように、基板本体部４１１とは反対側に設けられていてもよい。
図９は、一変形例に係る超音波デバイス２２Ｂを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｂは、図９に示すように、素子基板４１と、素子基板４１の−Ｚ側に配置される封止板４２Ｂと、素子基板４１の＋Ｚ側に配置される音響層４３及び音響レンズ４４と、を備える。この超音波デバイス２２Ｂでは、振動膜４１２は、基板本体部４１１の＋Ｚ側に設けられる。すなわち、振動膜４１２の−Ｚ側の面が開口面４１２Ａであり、＋Ｚ側の面が作動面４１２Ｂである。この作動面４１２Ｂに第１圧電素子４１３及び第２圧電素子４１７が設けられる。また、封止板４２Ｂは、平板状に形成され、素子基板４１の−Ｚ側に、基板本体部４１１と対向するように設けられる。
なお、上記以外の構成は、基本的に、第１実施形態と同様である。
【００８３】
上記各実施形態では、第１音響層と第２音響層において、超音波の音速が同じである場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第１音響層と第２音響層とで音速が異なっていてもよい。
また、上記各実施形態では、送信波に対する第２次高調波を受信する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第２超音波トランスデューサーを第３次以上の高次高調波を受信可能としてもよい。このような場合でも、対応する波長に応じて音響層の各層の厚み寸法を設定することにより、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００８４】
上記各実施形態では、送信用の第１超音波トランスデューサー４５１と、受信用の第２超音波トランスデューサー４５２とを備える超音波トランスデューサーアレイ４６を例示したが、これに限定されない。すなわち、第１超音波トランスデューサー４５１及び第２超音波トランスデューサー４５２は、いずれも超音波の送信及び受信のいずれも可能に構成されてもよい。すなわち、第１超音波トランスデューサー４５１で超音波を送受信し、第２超音波トランスデューサー４５２で超音波を送受信してもよい。このように、同一の基板に、互いに異なる周波数（波長）の超音波を送受信する超音波トランスデューサーアレイを形成しても、各超音波トランスデューサーアレイの分解能の低下を抑制できる。
【００８５】
上記各実施形態では、送信アレイ４６１及び受信アレイ４６２は、それぞれ送信チャンネル又は受信チャンネルが１方向に配置された１次元アレイとして構成されているが、これに限定されない。例えば、個別に駆動可能な各チャンネがマトリクス状に配置される２次元アレイとして構成されてもよい。この場合、音響レンズの代りに、音響層上に、音響インピーダンスが音響層よりも大きい保護膜等が配置される。このような構成でも、送信側と受信側とで尾引きの影響が異なることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００８６】
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー４５として、振動膜と、当該振動膜上に形成された圧電素子と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー４５として、可撓膜と、可撓膜に設けられた第１電極と、封止板における第１電極に対向する位置に設けられた第２電極と、を備える構成を採用してもよい。この第１電極及び第２電極は、振動子としての静電アクチュエーターを構成する。このような構成では、当該静電アクチュエーターを駆動することにより超音波を送信し、電極間の静電容量を検出することにより超音波を検出できる。
【００８７】
上記各実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用できる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。
【００８８】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、１０…制御装置、２１…筐体、２２，２２Ａ，２２Ｂ…超音波デバイス、４１…素子基板、４２…封止板、４３，４３Ａ…音響層、４４，４４Ａ…音響レンズ、４５…超音波トランスデューサー、４６…超音波トランスデューサーアレイ、４１１…基板本体部、４１１Ａ…前面、４１１Ｂ…背面、４１１Ｃ…第１開口部、４１１Ｄ…第２開口部、４１２…振動膜、４１２Ａ…開口面、４１２Ｂ…作動面、４１２Ｃ…第１可撓部、４１２Ｄ…第２可撓部、４１３…第１圧電素子、４１４…第１下部電極、４１５…第１圧電膜、４１６…上部電極、４１７…第２圧電素子、４１８…第２下部電極、４１９…第２圧電膜、４２１…凹溝、４２１Ａ…ギャップ、４３１…第１音響層、４３２…第２音響層、４４１…第１面部、４４２…第２面部、４５１…第１超音波トランスデューサー、４５２…第２超音波トランスデューサー、４６１…送信アレイ、４６２…受信アレイ、４７１…第１層、４７２…第２層、Ａｒ１…アレイ領域、Ａｒ１１…送信領域、Ａｒ１２…受信領域。
【図１】
2018068620.tif 000003
【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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