(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発信周波数帯域が異なる複数の超音波トランスデューサーを備えた送信部、及び前記送信部から送信された超音波を受信して受信信号を出力する受信部を備えたセンサー部と、
複数の前記超音波トランスデューサーの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記送信部の前記超音波トランスデューサーに印加する駆動信号の周波数を変更する周波数変更手段と、
前記発信周波数帯域が前記周波数変更手段により変更された周波数に対応した前記超音波トランスデューサーに対して、前記駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、
前記受信部から出力された前記受信信号を検出する受信信号取得手段と、
前記駆動信号の駆動電圧を変更する電圧変更手段と、
を備え、
前記電圧変更手段は、前記受信信号取得手段により取得された前記受信信号の受信電圧が所定の測定可能電圧以上となるように、前記駆動電圧を変更し、
前記センサー部は、前記送信部及び前記受信部が配置されるセンサー基板と、前記センサー基板を覆い、測定対象に密着可能な密着層と、を備え、
前記制御部は、前記駆動信号により前記送信部から超音波が発信された時点から、前記受信部で超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記測定対象と前記密着層との剥がれを検出する剥がれ検出手段を備え、
前記センサー部は、剥がれ検出用の超音波を発信する剥がれ検出用送信部、及び前記剥がれ検出用の超音波を受信する剥がれ検出用受信部を備え、
前記剥がれ検出用送信部及び剥がれ検出用受信部は、前記センサー基板を厚み方向から見た平面視において、前記送信部より外側の位置に設けられ、
前記剥がれ検出手段は、前記剥がれ検出用送信部から剥がれ検出用の超音波が発信された時点から、前記受信部で剥がれ検出用の超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記測定対象と前記密着層との剥がれを検出する
ことを特徴とする超音波センサー制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波センサー制御装置において、
前記制御部は、
測定対象における測定部位を設定する測定部位設定手段と、
前記測定部位の前記測定対象の表面からの深さ範囲が記憶される記憶部と、
前記駆動信号印加手段により前記送信部から超音波が発信された時点から、前記受信部で超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記送信部から発信された超音波が反射された反射部位の前記測定対象の表面からの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定された距離が、前記測定部位の前記測定対象の表面からの深さ範囲となる超音波を特定する反射波特定手段と、を備え、
前記周波数変更手段は、前記測定部位設定手段により設定された前記測定部位に対する前記深さ範囲に応じて、前記センサー部から出力する超音波の周波数を設定し、
前記電圧変更手段は、前記反射波特定手段により特定された超音波に対応した受信信号の受信電圧が前記測定可能電圧以上となるように、前記駆動電圧を変更する
ことを特徴とする超音波センサー制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波センサー制御装置を備えた
ことを特徴とする生体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の受発信を制御する超音波センサー制御装置、及び超音波センサー制御装置を備えた電子機器、及び超音波センサー制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波トランスデューサーから発信する超音波の出力値を切り替える装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、超音波を出力するためのパルス信号を発生させる発振器本体と、発振器本体からのパルス信号により超音波を出力する振動子と、振動子及び発振器本体とを接続し、発振器本体から出力されるパルス信号を、振動子に応じた電気特性に調整する接続ユニットを備えた超音波振動装置が開示されている。
特許文献２には、測定部位に応じて、出力する超音波の出力値（音響パワー）を予め設定された規格値に設定する超音波診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４４２１６６４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の超音波振動装置では、１つの振動子から１つの周波数の超音波が出力される構成である。このため、測定対象に応じて、超音波の発信周波数を変更するためには、振動子や接続ユニットを発振器本体に接続し直す必要があり、操作が煩雑であり、構成も複雑化するという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２に記載の超音波診断装置では診断部位に応じて、設定された駆動電圧により超音波を発信させる。例えば、診断箇所が、眼球である場合は、低出力の超音波を出力させ、診断箇所が心臓である場合は高出力の超音波を出力させる。しかしながら、設定された駆動電圧に設定された場合であっても、測定対象の個人差等により、駆動電圧に対して受信電圧が小さい場合があり、このような場合、正確な診断ができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、測定対象に応じて、適切な周波数で、かつ適切な出力値の超音波を出力可能な超音波センサー制御装置、電子機器、及び超音波センサー制御方法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】
【０００７】
本発明の超音波センサー制御装置は、発信周波数帯域が異なる複数の超音波トランスデューサーを備えた送信部、及び前記送信部から送信された超音波を受信して受信信号を出力する受信部を備えたセンサー部と、複数の前記超音波トランスデューサーの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記送信部の前記超音波トランスデューサーに印加する駆動信号の周波数を変更する周波数変更手段と、前記発信周波数帯域が前記周波数変更手段により変更された周波数に対応した前記超音波トランスデューサーに対して、前記駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、前記受信部から出力された前記受信信号を検出する受信信号取得手段と、前記駆動信号の駆動電圧を変更する電圧変更手段と、を備え、前記電圧変更手段は、前記受信信号取得手段により取得された前記受信信号の受信電圧が所定の測定可能電圧以上となるように、前記駆動電圧を変更することを特徴とする。
ここで、本発明における駆動信号とは、送信部の超音波トランスデューサーを制御する信号であり、駆動周波数及び駆動電位（電圧）を制御するための信号である。
また、本発明においてセンサー部が送信部及び受信部を備えるとは、送信部が受信部を兼ねる構成をも含むものである。したがって、本発明のセンサー部としては、超音波発信用の超音波トランスデューサーが配置された送信部と、超音波受信用の超音波トランスデューサーが配置された受信部とが設けられる構成の他、例えば、送信部の発信周波数が異なる複数の超音波トランスデューサーのうち、駆動信号印加手段により駆動信号が印加されていない超音波トランスデューサーが受信部を構成して、反射された超音波を受信する構成などとしてもよい。また、超音波を発信した超音波トランスデューサー自身で、反射超音波を受信する構成、すなわち、１つの超音波トランスデューサーを送信部としても受信部としても機能させる構成としてもよい。
【０００８】
本発明では、周波数変更手段により、センサー部から発信させる周波数が変更されると、駆動信号印加手段は、その周波数に対応した発信周波数帯域を有する超音波トランスデューサーに駆動信号を印加する。これにより、容易に、測定対象に応じた最適な周波数を設定することができる。
また、電圧変更手段は、受信信号取得手段により取得された受信信号に基づいて、当該受信信号の受信電圧が所定の計測可能電圧以上となるように、駆動電圧を設定する。ここで、計測可能電圧としては、測定時において、適切な受信信号（受信電圧）を安定して処理することができる最適値が設定されている。このため、受信電圧が計測可能電圧以上となるように、最適な駆動電圧を設定することで、受信感度を安定させることができ、適切な測定処理を実施することが可能となる。
以上により、本発明では、測定対象に対応して、適切な周波数で、かつ適切な出力値の超音波を出力することができ、精度の高い超音波制御を実施することができる。
【０００９】
本発明の超音波センサー制御装置では、前記センサー部は、前記送信部及び前記受信部が配置されるセンサー基板と、前記センサー基板を覆い、測定対象に密着可能な密着層と、を備え、前記制御部は、前記駆動信号により前記送信部から超音波が発信された時点から、前記受信部で超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記測定対象と前記密着層との剥がれを検出する剥がれ検出手段を備えたことが好ましい。
【００１０】
本発明では、センサー部は、超音波トランスデューサーが配置されるセンサー基板の上面に測定対象と接触可能な密着層が設けられており、制御部は、密着層と測定対象とが密着された状態であるか否かを検出、すなわち剥がれを検出する剥がれ検出手段が設けられている。
つまり、密着層と測定対象とが剥がれている状態では、密着層と測定対象との間に空気層が介在することとなり、送信部から発信された超音波が密着層と空気層との境界で反射されて受信部で受信されてしまう。このような場合、測定対象の測定部位で反射された超音波を受信することができないため、駆動電圧の調整や測定処理を適切に実施できない。
これに対して、本発明では、剥がれ検出手段が設けられている。上述のように、送信部から発信された超音波が密着層と空気層との境界で反射されて受信部で受信された場合、超音波が測定部位で反射された場合に比べて、超音波発信から受信までの時間が短くなる。したがって、剥がれ検出手段は、超音波発信から受信までの時間に基づいて、剥がれがあるか否かを判断することができる。
このような剥がれ検出手段を設けることで、剥がれが検出されていない状態での適切な駆動電圧の設定を実施することができる。また、剥がれが検出された場合では、例えば電圧変更手段による駆動電圧の変更や、駆動信号印加手段による超音波トランスデューサーへの駆動信号の印加を停止させることが可能となり、駆動電圧の設定や測定処理をより正確に実施することができる。
【００１１】
本発明の超音波センサー制御装置では、前記センサー部は、剥がれ検出用の超音波を発信する剥がれ検出用送信部、及び前記剥がれ検出用の超音波を受信する剥がれ検出用受信部を備え、これらの剥がれ検出用送信部及び剥がれ検出用受信部は、前記センサー基板を厚み方向から見た平面視において、前記送信部より外側の位置に設けられ、前記剥がれ検出手段は、前記剥がれ検出用送信部から剥がれ検出用の超音波が発信された時点から、前記受信部で剥がれ検出用の超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記測定対象と前記密着層との剥がれを検出することが好ましい。
【００１２】
上述したような剥がれ検出手段による、密着層と測定対象との密着状態の検出では、測定用の送信部及び受信部を用いてもよい。しかしながら、密着層と測定対象との剥がれが起こりやすいのはセンサー基板の外周部であり、このセンサー基板外周部の剥がれを検出することがより好ましい。これに対して、本発明では、センサー部のセンサー基板には、剥がれ検出用送信部及び剥がれ検出用受信部が設けられており、これらはセンサー基板を厚み方向から見た平面視において送信部よりも外側に設けられている。これにより、本発明では、センサー基板の外周部における剥がれを迅速に検出することができる。
また、センサー基板の外周部において、密着層が測定対象から剥がれている場合でも、センサー基板の中心部の測定用の超音波センサーが設けられている部分では、測定対象と密着層とが密着されている場合がある。このような場合、外周部の剥がれがセンサー部の全体に波及しやすく、例えばセンサー制御装置の起動時に剥がれがなくとも、計測時や駆動電圧の設定時に剥がれが発生してしまう場合がある。これに対して本発明のように、送信部の外側の領域であるセンサー外周部に剥がれ検出用の送信部及び受信部を設けることで、このようなセンサー部の全体に波及する剥がれを未然に防ぐことができ、より迅速に駆動電圧の設定、測定処理を実施することができる。
【００１３】
本発明の超音波センサー制御装置では、前記制御部は、測定対象における測定部位を設定する測定部位設定手段と、前記測定部位の前記測定対象の表面からの深さ範囲が記憶される記憶部と、前記駆動信号印加手段により前記送信部から超音波が発信された時点から、前記受信部で超音波が受信された時点までの時間に基づいて、前記送信部から発信された超音波が反射された反射部位の前記測定対象の表面からの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段により測定された距離が、前記測定部位の前記測定対象の表面からの深さ範囲となる超音波を特定する反射波特定手段と、を備え、前記周波数変更手段は、前記測定部位設定手段により設定された前記測定部位に対する前記深さ範囲に応じて、前記センサー部から出力する超音波の周波数を設定し、前記電圧変更手段は、前記反射波特定手段により特定された超音波に対応した受信信号の受信電圧が前記測定可能電圧以上となるように、前記駆動電圧を変更することが好ましい。
【００１４】
本発明では、周波数変更手段は、測定対象における測定部位の深さ範囲に応じて、センサー部から出力させる超音波の周波数を適切な周波数に設定する。例えば、センサー制御装置により生体の情報を取得する場合、肝臓等の内蔵を検査する場合では、低周波数の超音波を設定し、皮膚表面に近い静脈を検出する場合では、高周波数の超音波を設定する。これにより、測定部位に対応した最適な周波数を容易に設定することができる。
また、距離測定手段は、超音波が発信されてから反射超音波が受信されるまでの時間に基づいて、測定対象の表面から超音波反射位置までの距離を算出する。さらに、反射波特定手段は、記憶部から、設定された測定部位に対する当該測定部位の深さ範囲を読み出し、距離測定手段により算出された距離が、測定部位の深さ範囲となる超音波を特定する。そして、電圧変更手段は、この特定した超音波を受信した際の受信電圧が計測可能受信電圧以上となるように駆動電圧を設定する。
このような構成とすることで、電圧変更手段は、測定部位に対応した適切な駆動電圧を設定することができる。つまり、センサー部から超音波を出力した場合、測定対象の測定部位で反射された超音波の他、測定部位とは異なる位置で反射された超音波が反射されることがある。この場合、電圧変更手段により、測定部位とは異なる位置で反射された超音波に基づいて駆動電圧を設定すると、測定した位置である測定部位からの反射超音波の受信電圧が計測可能電圧未満となる場合があり、この場合、精度の高い測定を実施できないおそれがある。これに対して、本発明では、測定部位から反射された反射超音波の受信による受信電圧に基づいて、駆動電圧を設定するため、測定部位に対して適切な出力値の超音波を出力可能な状態に設定することができ、測定部位の測定精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の電子機器は、上述した超音波センサー制御装置を備えることを特徴とする。
ここで、電子機器としては、例えば、生体内の各種情報を超音波により収集する生体検査装置や、ウエハー等の形状検査を実施するウエハー検査装置等、超音波により対象物を測定したり、測定結果に基づいて各種処理を実施したりする機器を挙げることができる。
そして、上述したように、超音波センサー制御装置は、測定対象に対応して、適切な周波数、適切な駆動電圧で超音波を出力することができるため、測定対象の正確な測定結果を取得することができ、電子機器における電子処理の精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の超音波センサー制御方法は、発信周波数帯域が異なる複数の超音波トランスデューサーを備えた送信部、及び前記送信部から送信された超音波を受信して受信信号を出力する受信部を備えたセンサー部の駆動を制御する超音波センサー制御方法であって、前記送信部の前記超音波トランスデューサーに印加する駆動信号の周波数を変更する周波数変更ステップと、前記発信周波数帯域が前記周波数変更ステップにより変更された周波数に対応した前記超音波トランスデューサーに対して、駆動信号を印加する駆動信号印加ステップと、前記受信部から出力された前記受信信号を検出する受信信号取得ステップと、
前記駆動信号の駆動電圧を変更する電圧変更ステップと、を備え、前記電圧変更ステップは、前記受信信号取得手段により取得された前記受信信号の受信電圧が所定の測定可能電圧以上となるように、前記駆動電圧を変更することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、上述した超音波センサー制御装置と同様に、駆動信号印加ステップでは、周波数変更ステップにより、設定された周波数の超音波を出力することができ、測定対象に応じた最適な周波数を設定することができる。また、電圧変更ステップでは、受信信号取得ステップにより取得された受信信号の受信電圧に基づいて、当該受信電圧が所定の計測可能電圧以上となるように、駆動電圧を設定する。以上により、本発明では、測定対象に対応して、適切な周波数で、かつ適切な出力値の超音波を出力することができ、精度の高い超音波制御を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る一実施形態における生体検査装置の概略構成を示す斜視図であり、（Ａ）は、生体検査装置の表面側、（Ｂ）は生体検査装置の裏面側を示す図。
【図２】本実施形態のセンサー部の平面図。
【図３】本実施形態の超音波トランスデューサーの概略構成を示す平面図、及び断面図。
【図４】（Ａ）は、本実施形態の送信部における超音波トランスデューサーの配置例を示す平面図、（Ｂ）は、送信部の超音波トランスデューサーの他の配置例を示す平面図。
【図５】本実施形態において、密着層が生体に密着している状態における剥がれ検出部での超音波の進行経路例を示す図。
【図６】本実施形態において、密着層が生体から剥がれている状態における剥がれ検出部での超音波の進行経路例を示す図。
【図７】本実施形態の生体検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】本実施形態の生体検査装置の動作を示すフローチャート。
【図９】図８における剥がれ検出処理の動作を示すフローチャート。
【図１０】剥がれ検出処理における各信号のタイミングチャート。
【図１１】図８における補正処理の動作を示すフローチャート。
【図１２】補正処理における各信号のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、本発明の超音波センサー制御装置を備えた生体検査装置を説明する。
［生体検査装置の構成］
図１は、本実施形態における生体検査装置の概略構成を示す斜視図であり、（Ａ）は、生体検査装置の表面側、（Ｂ）は生体検査装置の裏面側を示す図である。
図１において、生体検査装置１００は、超音波により生体内の器官の情報を取得する装置である。この生体検査装置１００は、図１に示すように、装置本体１０１と、装置本体１０１に接続されるバンド１０２を備えている。そして、このような生体検査装置１００は、裏面を生体に密着させた状態でバンド１０２を締めることで生体に装着され、例えば２４時間生体内の器官の状態を監視、測定することが可能となる。
【００２０】
この生体検査装置１００の装置本体１０１の表面側には、図１（Ａ）に示すように、表示部１０３や、生体検査装置１００を操作するための操作部１０４などが設けられている。
表示部１０３は、生体内の器官の測定結果や、測定を実施する際の初期設定や警告等を表示する。
操作部１０４は、生体検査装置１００を操作する際の各種ボタンや操作ツマミ等を備えている。なお、表示部１０３上の画像に触れることで生体検査装置１００を操作することが可能なタッチパネル等を採用してもよい。
【００２１】
装置本体１０１の裏面側には、センサー窓１０５が形成され、このセンサー窓１０５から一部が露出する状態に本発明のセンサー部２０が配置されている。また、装置本体１０１の内部には、センサー部２０の駆動を制御したり、センサー部２０からの信号に基づいて各種測定を実施したりする制御部４０（図７参照）が設けられている。ここで、センサー部２０及び制御部４０により、本発明の超音波センサー制御装置が構成される。
【００２２】
［センサー部の構成］
図２は、センサー窓１０５から外部に露出されたセンサー部２０の露出部の構成を示す平面図である。図３は、超音波トランスデューサーの概略構成を示す平面図及び断面図である。
センサー部２０は、図２に示すように、センサー基板２１と、センサー窓１０５の中心部でセンサー基板２１上に配置される送信部２２と、センサー基板２１上で送信部２２を挟んで設けられる２つの受信部２３と、センサー基板２１の外周部でセンサー窓１０５の角部に設けられる剥がれ検出部２４と、センサー基板２１，送信部２２，受信部２３，及び剥がれ検出部２４を覆う密着層２５と、を備えている。
これらの送信部２２、受信部２３、及び剥がれ検出部２４は、センサー基板２１上に、複数の超音波トランスデューサー３０が２次元アレイ構造に配設されることで構成されている。なお、本実施形態では、１つの送信部２２に対して、２つの受信部２３が送信部２２を挟む状態に配置される構成を示すが、例えば、送信部２２及び受信部２３が交互に配設され、センサー基板２１上に複数の送信部２２及び受信部２３が配置される構成や、送信部２２の外周を囲うように４つ以上の受信部２３が配置される構成としてもよい。
【００２３】
［超音波トランスデューサーの構成］
ここで、送信部２２や受信部２３、剥がれ検出部２４に配置される各超音波トランスデューサー３０の概略構成について以下に説明する。
超音波トランスデューサー３０は、開口部２１１を有する前述のセンサー基板２１と、センサー基板２１の一面側に形成された支持膜３２と、支持膜３２上に形成された圧電素子３３とを備えている。そして、送信部２２や剥がれ検出部２４の剥がれ検出用送信部２４１に設けられる超音波トランスデューサー３０は、圧電素子３３に電圧を印加することで、支持膜３２を振動させて超音波を出力する。一方、受信部２３や剥がれ検出部２４の剥がれ検出用受信部２４２に設けられる超音波トランスデューサー３０は、超音波を支持膜３２で受信することで、圧電素子３３から振動に応じた電気信号を出力する。
【００２４】
センサー基板２１は、例えばエッチングなどにより加工が容易なシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。また、センサー基板２１に形成される開口部２１１は、当該センサー基板２１を厚み方向からみた平面視（センサー平面視）で円形状に形成されることが好ましい。これにより、開口部２１１を閉塞する支持膜３２のメンブレン３２１において、メンブレン３２１の撓みに対する応力を均一にすることができる。なお、本実施形態では、センサー平面視において、開口部２１１が円形である例を示すがこれに限定されず、例えば、短冊状（矩形状）に形成される構成としてもよい。
【００２５】
支持膜３２は、センサー基板２１上で、開口部２１１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜３２は、センサー基板２１に接するＳｉＯ２膜により形成される第一支持膜３２Ａと、ＺｒＯ２層により形成される第二支持膜３２Ｂとの２層構造により構成されている。ここで、第一支持膜３２Ａ層は、センサー基板２１の基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、第二支持膜３２Ｂは、第一支持膜３２Ａ上に例えばＺｒをスパッタリングした後に熱酸化するなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ２層は、圧電素子３３を構成する圧電層３３２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層（第一支持膜３２Ａ）に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層（第二支持膜３２Ｂ）は、圧電層３３２の歪みに対する撓み効率を向上させるなどの効果もある。
【００２６】
そして、支持膜３２は、前述したように、開口部２１１を閉塞するメンブレン３２１を備えている。
メンブレン３２１は、圧電素子３３が積層されることで、圧電素子３３の駆動により膜厚方向に振動して超音波を出力する部分であり、超音波を受信して振動する部分である。
【００２７】
圧電素子３３は、支持膜３２のメンブレン３２１において、開口部２１１に接する面とは反対側の面に形成されている。この圧電素子３３は、下部電極３３１と、圧電層３３２と、上部電極３３３とを備えている。本実施形態では、これらの下部電極３３１、圧電層３３２、及び上部電極３３３は膜状に形成されており、膜状の圧電素子３３を構成している。なお、圧電素子３３としては、バルク状の圧電体を用いてもよいが、この場合、応答性やメンブレン３２１の振動量、製造効率性や製造時の加工性等において、膜状の圧電素子３３に比べて低下する。
下部電極３３１は、センサー平面視において、メンブレン３２１の内側領域に形成され、上層に圧電層３３２が積層される。また、下部電極３３１の外周縁からは、下部電極線３３４が接続され、当該下部電極線３３４は、支持膜３２の外周端縁に設けられた下部電極端子（図示略）に接続されている。
【００２８】
圧電層３３２は、下部電極３３１上に積層形成されている。この圧電層３３２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電層３３２としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
そして、送信部２２や剥がれ検出用送信部２４１に設けられた超音波トランスデューサー３０では、圧電層３３２は、下部電極３３１と、上部電極３３３とに電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。このとき、圧電層３３２の一方の面は、下部電極３３１を介して支持膜３２のメンブレン３２１に接合されるが、他方の面には、上部電極３３３が形成されるものの、この上部電極３３３上には他の層が積層形成されないため、圧電層３３２の支持膜３２側が伸縮しにくく、上部電極３３３側が伸縮し易くなる。このため、圧電層３３２に電圧を印加すると、開口部２１１側に凸となる撓みが生じ、メンブレン３２１を撓ませる。したがって、圧電層３３２に交流電圧を印加することで、メンブレン３２１が膜厚方向に対して振動し、このメンブレン３２１の振動により超音波が出力される。
一方、受信部２３や剥がれ検出用受信部２４２に設けられた超音波トランスデューサー３０では、超音波の受信によりメンブレン３２１が振動すると、圧電層３３２もメンブレン３２１とともに振動し、圧電層３３２の下部電極３３１に接触する下面側と、上部電極３３３が接触する上面側において、電位差が発生し、制御部４０に受信信号（受信電圧）として出力される。
【００２９】
上部電極３３３は、センサー平面視において、圧電層３３２上に積層され、かつ下部電極３３１と絶縁される配置位置にパターニングされている。また、上部電極３３３の外周縁からは、上部電極線３３５が接続され、当該上部電極線３３５は、支持膜３２の外周端縁に設けられた上部電極端子に接続されている。
【００３０】
なお、送信部２２の超音波トランスデューサー３０を駆動する際に、下部電極３３１をアースし、上部電極３３３に対して所定のパルス駆動信号を入力してもよい。この場合、各超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４に対してそれぞれ下部電極端子を設けてもよいが、この場合、センサー基板２１上における電極線の配置が複雑化する場合がある。したがって、各超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４を共通電極線に結線し、この共通電極線を下部電極端子に接続する構成としてもよい。このような構成とすることで、上部電極線３３５の本数を少なくでき、センサー基板２１上の配線構成を簡略化できる。上部電極３３３をアースし、下部電極３３１に対して所定のパルス駆動信号を入力する場合でも同様であり、この場合、複数の上部電極線３３５を共通電極線に結線して上部電極端子に接続する構成とすることができる。
また、受信部２３を構成する各超音波トランスデューサー３０は、それぞれ電気的に直列に接続されていることが好ましい。つまり、受信部２３を構成する超音波トランスデューサー３０のうち、一端部に配置された１つの超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４が受信用下部電極端子に接続され、当該超音波トランスデューサー３０の上部電極線３３５が隣り合う超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４に接続される。また、受信部２３を構成する超音波トランスデューサー３０のうち、他端部に配置された１つの超音波トランスデューサー３０の上部電極線３３５が受信用上部電極端子に接続され、当該超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４に隣り合う超音波トランスデューサー３０の上部電極線３３５が接続される。そして、これらの両端部の超音波トランスデューサー３０の間に配置される超音波トランスデューサー３０は、上部電極線３３５が隣り合う超音波トランスデューサー３０の下部電極線３３４に接続される。このように超音波トランスデューサー３０が直列接続された構成では、各超音波トランスデューサー３０で超音波を受信した際に、出力される受信信号が加算され、加算された信号値（電圧値）が出力されることとなる。したがって、受信部２３から出力される受信信号のレベルを上げることができ、受信精度を向上させることが可能となる。
【００３１】
そして、センサー基板２１上には、送信部２２や受信部２３、剥がれ検出部２４の各超音波トランスデューサー３０を覆って密着層２５が設けられている。この密着層２５は、センサー窓１０５から外部に露出する部分であり、生体検査装置１００により生体検査を実施する際には、この密着層２５の表面に測定対象である生体に接触させる。ここで、この密着層２５としては、生体の音響インピーダンスを同等の音響インピーダンスを有する例えばシリコーンゴム等の素材により形成されている。このため、送信部２２から密着層２５に向かって発信された超音波は、密着層２５と生体との境界において、ほぼ透過されて生体内の器官に到達され、生体内の器官に反射させた反射超音波は、密着層２５と生体との境界において、ほぼ透過して密着層２５から受信部２３に到達させることが可能となる。
【００３２】
［各超音波トランスデューサーの配置］
本実施形態では、センサー基板２１に設けられる開口部２１１（メンブレン３２１）は、送信部２２、受信部２３、及び剥がれ検出部２４において、それぞれ異なる径寸法に形成されており、更に、送信部２２内において、異なる径寸法の複数の開口部２１１（メンブレン３２１）が設けられている。
図４（Ａ）は、送信部２２における超音波トランスデューサー３０の配置例を示す図であり、図４（Ｂ）は、送信部２２における超音波トランスデューサー３０の配置例の他の例である。
送信部２２から発信される超音波は、開口部２１１を閉塞するメンブレン３２１の共振周波数により決定されるため、メンブレン３２１の面積をそれぞれ異ならせることで、それぞれ異なる発信周波数帯域の超音波を出力することが可能となっている。
ここで、送信部２２に配置される超音波トランスデューサー３０としては、例えば、肝臓等の内臓のエコー画像の取得等、皮膚表面から深い位置を検査するための低周波数（例えば３．５ＭＨｚ）の超音波を出力する超音波トランスデューサー３０Ａ、皮膚表面から浅い位置の検査や血管径（血管壁）が大きい血管を検出するための周波数（例えば７．５ＭＨｚ）の超音波を出力する超音波トランスデューサー３０Ｂ、及び指先の静脈パターンや、末端血管等、高解像度な検出のための周波数（例えば２０ＭＨｚ）の超音波を出力する超音波トランスデューサー３０Ｃ等が挙げられる。一般に、開口部の径寸法が小さく、メンブレン３２１の面積が小さくなるほど、発信周波数帯域が大きくなる。
これらの超音波トランスデューサー３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）は、図４（Ａ）に示すように、受信部２３を、超音波トランスデューサー３０Ａのみが配設される低周波数出力領域、超音波トランスデューサー３０Ｂのみが配設される中周波数出力領域、及び超音波トランスデューサー３０Ｃのみが配設される高周波数出力領域に分割して配置される構成としてもよく、図４（Ｂ）に示すように、低周波数用の超音波トランスデューサー３０Ａ、中周波数用の超音波トランスデューサー３０Ｂ、及び高周波数用の超音波トランスデューサー３０Ｃが、受信部２３内で、等間隔で配置される構成としてもよい。
また、本実施形態では、３種の超音波トランスデューサー３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）が配置される構成を例示するが、これに限定されず、４種以上の超音波トランスデューサー３０が設けられる構成などとしてもよい。
【００３３】
また、送信部２２内に配置される各超音波トランスデューサー３０は、それぞれ独立して駆動可能となるように、下部電極線３３４，上部電極線３３５が配線されている。したがって、本実施形態の生体検査装置１００では、各超音波トランスデューサー３０から超音波を発信させるタイミングを遅延させてずらすことで、超音波が合成されて合成波面を形成し、合成された合成波面を、遅延時間に応じた所定の方向に向かって伝搬させることが可能となる。すなわち、本実施形態の生体検査装置１００では、送信部２２は、発信超音波に指向性を持たせることができる。
【００３４】
受信部２３に設けられる超音波トランスデューサー３０は、反射超音波を、メンブレン３２１で受信して振動させる必要があるため、比較的大きい径寸法に形成されていることが好ましい。
また、詳細は後述するが、剥がれ検出部２４は、剥がれ検出用送信部２４１と、剥がれ検出用受信部２４２とを備えており、剥がれ検出用送信部２４１から発信された超音波を剥がれ検出用受信部２４２で受信する構成が採られている。ここで、これらの剥がれ検出用送信部２４１及び剥がれ検出用受信部２４２も、送信部２２や受信部２３と同様に、複数の超音波トランスデューサー３０がアレイ状に配設されることで構成されている。ここで、これらの剥がれ検出用送信部２４１及び剥がれ検出用受信部２４２に配置される超音波トランスデューサー３０は、それぞれ、センサー部２０の密着層２５と生体との密着状態を検出するために必要な周波数の発信及び受信ができればよい。すなわち、剥がれ検出部２４では、超音波受信時に受信したことが検出されればよいので、超音波の周波数は特に限定されない。
なお、上述したような超音波トランスデューサー３０のメンブレン３２１の具体的なサイズは、支持膜３２の厚み寸法や剛性等により、共振周波数が変化するものであり、測定部位によっても変化するものであるため、測定部位の設定や、支持膜３２の種類により適宜設定される。
【００３５】
［剥がれ検出部の構成］
剥がれ検出部２４は、図２に示すように、センサー基板２１の外周部に沿って設けられており、本実施形態では、特に密着層２５と生体との剥がれが起こり易いセンサー基板２１の角部に設けられている。すなわち、剥がれ検出部２４は、センサー基板２１を基板厚み方向から見た平面視において、送信部２２の外側に設けられている。
この剥がれ検出部２４は、剥がれ検出用の超音波を出力する剥がれ検出用送信部２４１と、剥がれ検出用受信部２４２とを備えている。これらの剥がれ検出用送信部２４１及び剥がれ検出用受信部２４２は、送信部２２や受信部２３と同様に、複数の超音波トランスデューサー３０がアレイ状に配設されることで構成されている。このような剥がれ検出部２４では、剥がれ検出用送信部２４１から発信された超音波を剥がれ検出用受信部２４２で受信し、超音波の発信タイミングから受信タイミングまでの時間を計測することで密着層２５と測定対象である生体１との密着性を判断することが可能となる。
【００３６】
ここで、この剥がれ検出部２４における剥がれ検出のメカニズムについて、図面に基づいて説明する。図５は、密着層２５が生体１の皮膚２に密着している状態において、剥がれ検出部２４での超音波の進行経路を示す図である。図６は、密着層２５が生体１の皮膚２から剥がれている状態において、剥がれ検出部２４での超音波の進行経路を示す図である。
図５に示すように、密着層２５が生体１の皮膚２に密着している状態では、密着層２５及び皮膚２の間に空気が介在されておらず、密着層２５が生体とほぼ同等の音響インピーダンスを有しているため、密着層２５及び皮膚２の境界において超音波が反射されずに、生体１内に透過し、例えば血管や内臓などの器官３に到達する。
一方、密着層２５が皮膚２から剥がれている状態では、密着層２５及び皮膚２の間に空気層が介在し、空気の音響インピーダンスは、密着層２５や生体１とは異なるため、密着層２５と空気層との境界において超音波が反射される。したがって、密着層２５及び皮膚２との間に剥がれが存在する場合では、密着層２５及び皮膚２が密着している場合に比べて、剥がれ検出用送信部２４１から発信された超音波が剥がれ検出用受信部２４２にて受信されるまでの時間が短くなる。
このため、剥がれ検出部２４において、剥がれ検出用送信部２４１から発信された超音波が密着層２５の表面で反射されて剥がれ検出用受信部２４２に到達するまでの時間を計測し、この時間が予め計測しておいた密着層表面反射時間よりも小さい場合に、剥がれがあるとして検出することが可能となる。
【００３７】
［制御部の構成］
図７は、本実施形態の生体検査装置１００の概略構成を示すブロック図である。
図７に示すように、制御部４０は、駆動素子切替回路４１と、送受信切替回路４２と、超音波モード切替制御部４３と、超音波信号発信回路４４（駆動信号印加手段）と、信号遅延回路４５と、受信計測部４６（受信信号取得手段）と、遅延時間計算部４７と、記憶部４８と、中央演算回路４９と、を含んで構成されている。
【００３８】
［駆動素子切替回路の構成］
駆動素子切替回路４１は、送信部２２を駆動する際に、中央演算回路４９から入力された周波数選択信号に応じて、駆動させる超音波トランスデューサー３０を切り替えるスイッチング回路である。例えば、ユーザーによる操作部１０４の操作により、深度が深い部位の測定を実施する旨の入力がなされた場合、中央演算回路４９から駆動素子切替回路４１に低周波数の超音波を送信するための超音波トランスデューサー３０Ａを駆動させる周波数選択信号が入力される。この場合、駆動素子切替回路４１は、超音波トランスデューサー３０Ｂ及び超音波トランスデューサー３０Ｃを停止させ（駆動させない）、超音波トランスデューサー３０Ａに対して駆動信号（駆動電圧）を出力可能な状態にスイッチされる。
また、駆動素子切替回路４１は、センサー部２０に設けられる送信部２２、受信部２３、及び剥がれ検出部２４の駆動を切り替える制御を実施する。本実施形態の生体検査装置１００では、送信部２２から超音波の送信が実施されている間、受信部２３の受信信号の受信は実施しない。これにより、受信部２３において、送信部２２から生体１に入らず、直接受信部２３に到達する超音波の受信や、剥がれ検出部２４の剥がれ検出用送信部２４１から発信された超音波が受信部２３に入力されてしまう不都合を回避することができる。
なお、剥がれ検出部２４を用いた剥がれ検出処理時は、測定開始前に加えて、測定中においても定期的に実施されてもよく、この場合、駆動素子切替回路４１は、送信部２２又は受信部２３に加えて、剥がれ検出部２４に対しても信号の入出力が可能な状態にスイッチすればよい。
【００３９】
［送受信切替回路の構成］
送受信切替回路４２は、超音波モード切替制御部４３から入力されるモード切替信号に基づいて、接続状態を切り替えるスイッチング回路である。
具体的には、超音波モード切替制御部４３から超音波発信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、送受信切替回路４２は、信号遅延回路４５から入力された駆動信号を、駆動素子切替回路４１に出力可能な接続状態に切り替わる。一方、送受信切替回路４２は、超音波モード切替制御部４３から超音波受信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、駆動素子切替回路４１から入力される受信信号を受信計測部４６に出力可能な接続状態に切り替わる。
【００４０】
［超音波モード切替制御部の構成］
超音波モード切替制御部４３は、剥がれ検出部２４により密着層２５と生体１の皮膚２との密着状態（剥がれ）を検出する剥がれ検出モードと、送信部２２から発信させる超音波の出力値を調整する補正モードと、測定を実施する測定モードとを切り替える。更に、超音波モード切替制御部４３は、剥がれ検出モード、補正モード、及び測定モードにおいて、送信部２２又は剥がれ検出用送信部２４１から超音波を発信させる超音波発信モードと、受信部２３又は剥がれ検出用受信部２４２にて超音波を受信させる超音波受信モードと、を切り替える。
具体的には、超音波モード切替制御部４３は、中央演算回路から剥がれ検出を実施する旨の制御信号に基づいて、剥がれ検出モードに切り替え、更に超音波発信モードに切り替える処理を実施する。この処理では、超音波モード切替制御部４３は、送受信切替回路４２に発信モードに切り替える旨の制御信号を出力し、超音波信号発信回路４４から駆動信号を出力させる旨の制御信号を出力する。また、超音波モード切替制御部４３は、超音波信号発信回路４４から剥がれ検出用の駆動信号を出力させる旨の制御信号を出力する。また、超音波モード切替制御部４３は、図示しない計時部（内部タイマー）により計測される時間を監視し、超音波発信モードから所定の発信時間経過後に、超音波受信モードに切り替える処理を実施する。ここで発信時間は、剥がれ検出用送信部２４１から例えば１〜２周波数のバースト波が発信される時間程度に設定されていればよい。受信モードでは、超音波モード切替制御部４３は、送受信切替回路４２に受信モードに切り替える旨の制御信号を出力して、送受信切替回路４２を、剥がれ検出用受信部２４２から入力される受信信号を受信計測部４６に入力可能な接続状態にスイッチングさせる。
【００４１】
また、超音波モード切替制御部４３は、中央演算回路４９から駆動信号を補正する旨の制御信号、又は測定を実施する旨の制御信号が入力されると、制御信号に基づいて、補正モード又は測定モードに切り替え、更に発信モードに切り替える処理を実施する。この処理では、超音波モード切替制御部４３は、送受信切替回路４２に、発信モードに切り替える旨の制御信号を出力し、超音波信号発信回路４４から駆動信号を出力させる旨の制御信号を出力する。また、超音波モード切替制御部４３は、図示しない計時部（内部タイマー）により計測される時間を監視し、超音波発信モードから所定の発信時間経過後に、超音波受信モードに切り替える処理を実施する。ここで発信時間は、上記剥がれモードと同様、送信部２２の超音波トランスデューサー３０から例えば１〜２周波数のバースト波が発信される時間程度に設定されていればよい。受信モードでは、超音波モード切替制御部４３は、送受信切替回路４２に受信モードに切り替える旨の制御信号を出力して、送受信切替回路４２を、受信部２３から入力される受信信号を受信計測部４６に入力可能な接続状態にスイッチングさせる。
なお、超音波モード切替制御部４３は、測定モードや、補正モードを設定している場合でも、定期的に剥がれ検出モードを追加設定してもよい。
【００４２】
［超音波信号発信回路］
超音波信号発信回路４４は、発信モードにおいて、超音波モード切替制御部４３から駆動信号を出力させる旨の制御信号が入力されると、送信部２２の超音波トランスデューサー３０や、剥がれ検出用送信部２４１の超音波トランスデューサー３０を駆動させるための駆動信号を信号遅延回路４５に出力する。また、超音波信号発信回路４４は、中央演算回路４９から入力された制御信号に基づいて、駆動信号の信号値（電圧値）を変化させる。ここで、駆動信号の信号値（電圧値）を変化させる構成としては、例えばＤＡコンバーターや、デジタル・ポテンション・メーター（ＤＰＭ）等の電圧変更装置を用いることができる。また、駆動信号の信号値の上下幅としては、電圧変更装置において、電圧可変制御が可能な最小単位を設定することができるが、これに限定されず、例えば当該最小単位の倍数で電圧を変更する構成としてもよい。
【００４３】
［信号遅延回路］
信号遅延回路４５は、超音波信号発信回路４４から、送信部２２の超音波トランスデューサー３０に対する駆動信号が入力されると、その駆動信号を遅延させて送受信切替回路４２に出力する。
ここで、信号遅延回路４５は、遅延時間計算部４７から入力される遅延設定信号に基づいて、各超音波トランスデューサー３０を駆動させるための駆動信号を遅延させて送受信切替回路４２に出力する。
ここで、信号遅延回路４５は、超音波モード切替制御部４３により剥がれ検出モードが設定されている場合は、信号遅延処理を実施せず、超音波信号発信回路４４から入力された駆動信号をそのまま送受信切替回路４２に出力する。なお、信号遅延回路４５は、補正モードにおいても、信号遅延処理を実施しない構成としてもよい。
【００４４】
［受信計測部の構成］
受信計測部４６は、計時部にて計測される時間を監視し、超音波が発信されてから反射超音波が受信されるまでの時間を計測する。
具体的には、受信計測部４６は、超音波モード切替制御部４３により発信モードに切り替えられ、送信部２２や剥がれ検出用送信部２４１の超音波トランスデューサー３０から超音波が発信されて、計時部でカウントされる時間がリセットされたタイミングからの時間を監視する。
そして、受信計測部４６は、超音波モード切替制御部４３により受信モードに切り替えられ、受信部２３や剥がれ検出用受信部２４２の超音波トランスデューサー３０から出力された受信信号が、送受信切替回路４２を介して、受信計測部４６に入力されると、その入力されたタイミングでの計時部の時間（ＴＯＦデータ：Time Of Flightデータ）を取得する。また、取得したＴＯＦデータや受信信号の信号値（電圧値）は、中央演算回路４９に入力される。
【００４５】
［遅延時間計算部の構成］
遅延時間計算部４７は、補正モードや測定モードにおける超音波の発信モード時に、中央演算回路４９から入力される発信角度データ、超音波トランスデューサー３０の素子ピッチ、音速に基づいて、送信部２２の各超音波トランスデューサー３０の駆動遅延時間を算出する。なお、これらの発信角度データ、素子ピッチ、音速は、記憶部４８に予め記憶されたデータを用いることができる。
【００４６】
［記憶部の構成］
記憶部４８は、中央演算回路４９や遅延時間計算部４７での各種処理を実施するための各種プログラムや各種データなどを記憶する。
具体的には、各種データとして、遅延時間を算出するための発信角度データや、超音波トランスデューサー３０の素子ピッチ、音速などが記憶される。また、記憶部４８には、中央演算回路４９での処理を実施するための各種データとして、測定部位に対する深さ範囲や周波数が記憶された測定対応データ等が記憶される。この測定対応データは、例えば、測定部位となる生体内の器官（例えば肝臓、心臓、血管等）を示す器官データと、当該器官が皮膚表面からどの程度の深さ寸法の範囲に存在するかを示す深さ範囲データと、当該器官の情報を得るために最適な超音波の周波数を示す周波数データと、当該器官に対して超音波を発信するに当たり、当該器官や生体に対して安全とされる安全規格信号値（電圧値）を示す安全規格データと、を関連付けたＬＵＴ（Look Up Table）データである。ここで、この測定対応データは、生体検査の測定対象者の個人差を考慮して、複数記憶されている。例えば、乳児、幼児、小児、成人、男性、女性、体脂肪率等によって、それぞれ異なる測定対応データが記憶され、ユーザーの操作により、それぞれ最適な測定対応データを用いることが可能となる。
【００４７】
［中央演算回路の構成］
中央演算回路４９は、記憶部４８に記憶されるプログラムを展開することで、各種処理を実施する。ここで、中央演算回路４９は、記憶部４８に記憶されるプログラムを読み込み、処理を実施することで、剥がれ検出手段４９１、測定部位設定手段４９２、周波数設定手段４９３、距離測定手段４９４、反射波特定手段４９５、電圧変更手段４９６、及び測定処理手段４９７として機能する。
【００４８】
剥がれ検出手段４９１は、剥がれ検出モードにおいて、剥がれ検出用送信部２４１から超音波が出力されてから剥がれ検出用受信部２４２において反射超音波が受信されるまでのＴＯＦデータに基づいて、密着層２５と生体１の皮膚２とが密着された状態であるか、剥がれが存在するかを判断する。具体的には、剥がれ検出手段４９１は、剥がれ検出モードにおいて検出されたＴＯＦデータの数値が、予め設定された密着層表面反射時間以下である場合に、剥がれが存在すると判断する。この密着層表面反射時間は、図６に示すように、剥がれ検出用送信部２４１から超音波が出力されたタイミングから、当該超音波が密着層２５の表面で反射されて、剥がれ検出用受信部２４２に受信されて受信信号が受信計測部４６に入力されるタイミングまでの時間である。このような密着層表面反射時間は、例えば製造時において、密着層２５に他の物質が密着していない状態で計測される値であり、記憶部４８に予め記憶されている。
【００４９】
測定部位設定手段４９２は、測定部位である器官を設定する。具体的には、測定部位設定手段４９２は、例えばユーザーにより操作部１０４が操作されることで設定入力される入力信号に基づいて、測定部位である器官を設定する。
周波数設定手段４９３は、駆動素子切替回路４１とともに本発明の周波数変更手段を構成する。この周波数設定手段４９３は、記憶部４８から測定対応データを読み込み、測定部位設定手段４９２において設定された器官に対応する器官データと、当該器官データに関連付けられた周波数データを読み出す。そして、周波数設定手段４９３は、補正モード及び測定モードにおいて、送信部２２に配置された超音波トランスデューサー３０のうち、周波数データに示される周波数の超音波を出力可能な超音波トランスデューサー３０を駆動させるように、駆動素子切替回路４１に周波数選択信号を出力する。これにより、補正モード及び測定モードにおいて、駆動素子切替回路４１は、周波数設定手段４９３により指定された周波数の超音波を出力可能な超音波トランスデューサー３０に対して駆動信号を出力可能な状態に、スイッチされる。
距離測定手段４９４は、補正モード及び測定モードにおいて、中央演算回路４９に入力されたＴＯＦデータに基づいて、超音波が反射された位置の皮膚２からの距離を測定（算出）する。
【００５０】
反射波特定手段４９５は、補正モードにおいて、記憶部４８から測定対応データを読み込み、測定部位設定手段４９２において設定された器官に対応する器官データと、当該器官データに関連付けられた深さ範囲データを読み出す。そして、距離測定手段４９４により算出された、皮膚から反射位置までの距離のうち、深さ範囲データに示された深さ寸法の範囲に対応した距離を抽出し、当該距離の算出において用いられたＴＯＦデータに対応した受信信号を特定する。つまり、反射波特定手段４９５は、送信部２２から発信されて受信部２３にて受信された超音波のうち、測定対象である器官で反射された超音波を特定する。
また、反射波特定手段４９５は、測定モードにおいても、測定部位である器官に対応した受信信号、及びＴＯＦデータを特定してもよい。
【００５１】
電圧変更手段４９６は、記憶部４８から測定対応データを読み込み、測定部位設定手段４９２において設定された器官に対応する器官データと、当該器官データに関連付けられた安全規格データと、を読み出す。そして、電圧変更手段４９６は、反射波特定手段４９５において特定された受信信号の信号値（電圧値）が、予め設定された計測可能受信信号値（計測可能受信電圧）以上であり、かつ駆動信号の信号値（電圧値）が安全規格データに示される安全規格信号値以下となるように、超音波信号発信回路４４に補正信号を出力し、超音波信号発信回路４４から出力させる駆動信号の信号値を変化させる。そして、電圧変更手段４９６は、受信信号の信号値が計測可能受信信号値以上であり、駆動信号の信号値が安全規格信号値以下である場合、当該駆動信号を、最適駆動信号として設定する。また、電圧変更手段４９６は、超音波信号発信回路４４に対して制御信号を出力し、設定した最適駆動信号を信号遅延回路４５に出力させる処理をする。
また、上述したように、補正モード中や測定モード中において、定期的に剥がれ検出モードが設定されてもよい。また、この場合、電圧変更手段４９６は、剥がれ検出手段４９１により剥がれが検出された場合に、送信部２２から発信させる超音波を一時的に停止させるなどの処理をしてもよい。
【００５２】
測定処理手段４９７は、測定モードにおいて、取得されたＴＯＦデータや、距離測定手段４９４により算出された器官の位置に基づいて、器官の位置座標や状態を測定する。例えば血管中を流れる血液の流速や血圧等を測定する。また測定処理手段４９７は、測定結果を、表示部１０３に表示させたり、図示しない入出力端子から、外部機器に測定結果データを出力したりする。
【００５３】
［生体検査装置の動作］
次に、上記のような生体検査装置１００により生体検査を実施する際の動作について、具体的には、測定対象の器官に対して、最適な超音波を出力させる超音波センサー制御方法について、図面に基づいて説明する。
図８は、本実施形態の生体検査装置の動作（超音波センサー制御方法）のフローチャートである。
【００５４】
本実施形態の生体検査装置１００を用いて、生体検査を実施するには、まず、センサー窓１０５から露出したセンサー部２０の密着層２５を生体１の皮膚２に対して密着させた状態で、例えばバンド１０２により当該生体検査装置１００を固定する。
そして、ユーザーにより操作部１０４が操作されることで、電源が投入されると、制御部４０の剥がれ検出手段４９１は、図８に示すように、剥がれ検出処理を実施する（ステップＳ１）。
【００５５】
図９は、本実施形態の生体検査装置１００における剥がれ検出処理の動作を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態の生体検査装置１００における剥がれ検出処理におけるタイミングチャートである。
この剥がれ検出処理では、剥がれ検出手段４９１は、超音波モード切替制御部４３に制御信号を出力する。これにより、超音波モード切替制御部４３は、生体検査装置１００の動作モードを剥がれ検出モードに設定する。これにより、超音波モード切替制御部４３は、駆動素子切替回路４１、送受信切替回路４２及び超音波モード切替制御部４３に発信モードに切り替える旨の制御信号を出力する。また、電圧変更手段４９６は、送受信切替回路４２に剥がれ検出用の駆動信号を生成する旨の補正信号を出力する。これにより、超音波信号発信回路４４から剥がれ検出用駆動信号が出力され、当該駆動信号は、信号遅延回路４５、送受信切替回路４２、駆動素子切替回路４１を介して、剥がれ検出部２４の剥がれ検出用送信部２４１に出力され、剥がれ検出用送信部２４１の各超音波トランスデューサー３０が駆動して超音波が出力される（ステップＳ１１）。また、この時、超音波モード切替制御部４３は、計時部をリセットし、計時部のカウントを開始させる。
【００５６】
この後、超音波モード切替制御部４３は、動作モードを受信モードに切り替え、剥がれ検出部２４の剥がれ検出用受信部２４２により反射超音波を受信させる（ステップＳ１２）。これにより、剥がれ検出用受信部２４２の超音波トランスデューサー３０から出力された受信信号が駆動素子切替回路４１、送受信切替回路４２を介して受信計測部４６に入力され、受信計測部４６において、計時部でカウントされた時間（ＴＯＦデータ）が取得される。
【００５７】
次に、剥がれ検出手段４９１は、ステップＳ１２において取得したＴＯＦデータが、密着層表面反射時間Ｔ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。
このステップＳ１３において、ＴＯＦデータの値が、密着層表面反射時間Ｔ１以下である場合（図１０におけるパターンＩの場合）、剥がれ検出手段４９１は、密着層２５が生体１から剥がれており、密着層２５と皮膚２との間に空気層が介在している状態である「剥がれ有」と判定する（ステップＳ１４）。この場合、ステップＳ１１に戻り、剥がれ検出処理を続行する。また、剥がれが検出された場合、制御部４０は、例えば表示部１０３に剥がれが検出された旨の警告を表示させる処理を実施してもよい。
【００５８】
ステップＳ１３において、ＴＯＦデータの値が、密着層表面反射時間Ｔ１より大きい場合、剥がれ検出手段４９１は、更に、当該ＴＯＦデータが、密着層表面反射時間Ｔ１終了後から、次の超音波が発信されるまでの待機間隔時間Ｔ２の間の値であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。
このステップＳ１５において、ＴＯＦデータが待機間隔時間Ｔ２以上経っても取得されていない場合（図１０におけるパターンIIの場合）、生体１内で超音波が減衰したと判断し、剥がれ検出用の駆動信号を１段階上げる処理をして（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。ここで、駆動信号の上下幅である１段階とは、超音波信号発信回路４４に含まれるＤＡコンバーターや、ＤＰＭ等の電圧変更装置における電圧可変制御が可能な最小単位を設定することができる。
【００５９】
一方、ステップＳ１５において、ＴＯＦデータが、密着層表面反射時間Ｔ１の経過後から待機間隔時間Ｔ２終了までの間の値である場合（図１０におけるパターンIIIの場合）、剥がれ検出手段４９１は、密着層２５と生体１の皮膚２とが密着された状態であり、「剥がれ無」と判定する（ステップＳ１７）。
【００６０】
なお、上述したように、上記のような剥がれ検出手段は、超音波モード切替制御部４３により設定される動作モードが補正モードや測定モードである場合においても、定期的に実施されていてもよい。
この場合、剥がれ検出手段４９１により「剥がれ有」と判定された場合、図１０に示すように、送信部２２に出力する駆動信号を停止させる処理を実施することで、無駄な電力消費を抑えることが可能となる。
【００６１】
図８に戻り、以上のようなステップＳ１の剥がれ検出処理において、「剥がれ無」と判定された場合、生体検査装置１００により生体検査を実施するための初期設定を実施する（ステップＳ２）。
この初期設定では、ユーザーの操作部１０４の操作により、測定対象者の諸条件、例えば乳児、幼児、小児、成人等の年齢に関する条件、性別に関する条件、体脂肪率等の身体状態に関する条件が入力されると、制御部４０は、記憶部４８から、入力された諸条件に対応した測定対応データを読み込む。また、制御部４０の測定部位設定手段４９２は、ユーザーの操作部１０４の操作により、測定部位である器官が指定されると、読み込んだ測定対応データから、指定された測定部位の器官の器官データに関連付けられた周波数データを取得する。そして、測定部位設定手段４９２は、この周波数データに基づいて、駆動素子切替回路４１を制御して、当該駆動素子切替回路４１のスイッチング状態を切り替える。これにより、超音波信号発信回路４４で生成された駆動信号が、測定部位の器官に対応した周波数の超音波を出力する超音波トランスデューサー３０に入力される状態となる。
【００６２】
この後、超音波モード切替制御部４３は、生体検査装置１００の動作モードを補正モードに切り替えて、補正処理が実施される（ステップＳ４）。
図１１は、本実施形態の生体検査装置１００における補正処理の動作を示すフローチャートである。
図１２は、補正処理における各信号のタイミングチャートである。
この補正処理では、図１１に示すように、制御部４０の電圧変更手段４９６は、まず超音波信号発信回路４４から発信させる初期駆動電圧を設定する（ステップＳ３１）。この初期駆動信号の信号値（電圧値）Ｖｏｕｔとしては、例えば、予め臨床実験等によって最適化された信号値や、実験的に送受信動作が可能な最小信号値を設定することができる。また、前回測定時の最適駆動信号の信号値を記憶部４８に記憶しておいて初期駆動信号の信号値として設定してもよい。
【００６３】
次に、電圧変更手段４９６は、設定されている駆動信号の信号値Ｖｏｕｔが、ステップＳ２において読み込んだ安全規格データに示される安全規格信号値ＶＳＡＦＥ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。
このステップＳ３２において、図１２のパターンIVに示すように、信号値Ｖｏｕｔが安全規格信号値ＶＳＡＦＥより大きい場合、電圧変更手段４９６は、超音波信号発信回路４４に補正信号を出力して、信号値Ｖｏｕｔを生体１段階下げる処理をする（ステップＳ３３）。ここでの１段階とは、上記剥がれ検出用駆動電圧の上下幅と同様、超音波信号発信回路４４に含まれるＤＡコンバーターや、ＤＰＭ等の電圧変更装置における電圧可変制御が可能な最小単位を設定することができる。そして、ステップＳ３２及びステップＳ３３の処理を、信号値Ｖｏｕｔが安全規格信号値ＶＳＡＦＥ以下となるまで繰り返す。
【００６４】
そして、ステップＳ３２において、駆動信号の信号値Ｖｏｕｔが安全規格信号値ＶＳＡＦＥ以下であると判断されると、当該駆動電圧の信号値ＶｏｕｔをステップＳ２により設定された送信部２２の超音波トランスデューサー３０に対して出力し、超音波を発信させ（ステップＳ３４：駆動信号印加ステップ）、反射された超音波を受信部２３にて受信させる（ステップＳ３５：受信信号取得ステップ）。そして、受信部２３から出力された受信信号が受信計測部４６に入力されると、ＴＯＦデータを取得する。
この後、距離測定手段４９４は、取得したＴＯＦデータ、及び音速等に基づいて、超音波が反射された位置を検出、すなわち、皮膚２から反射位置までの距離を算出する（ステップＳ３６）。次に、反射波特定手段４９５は、ステップＳ３６により算出された距離が、ステップＳ２により取得した器官データに関連付けられた深さ範囲データに示される深さ寸法となるものを抽出し、そのＴＯＦデータ、及び当該ＴＯＦデータに対応した受信信号の信号値（電圧値）Ｖｉｎを特定する（ステップＳ３７）。つまり、反射波特定手段４９５は、送信部２２から発信された超音波のうち、測定部位である器官にて反射されて受信部２３に入力された反射超音波を特定する。
【００６５】
そして、電圧変更手段４９６は、ステップＳ３７により特定された受信信号の信号値Ｖｉｎが、図１２のパターンＶに示すように、予め設定された計測可能受信信号値（計測可能受信電圧）Ｖｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３８）。このステップＳ３８において、電圧変更手段４９６は、受信信号の信号値Ｖｉｎが計測可能受信信号値Ｖｍよりも小さい場合、駆動信号の信号値Ｖｏｕｔを１段階上げるように、超音波信号発信回路４４に補正信号を出力する。これにより、超音波信号発信回路４４から出力される駆動信号の電圧が生体１段階分上昇し、超音波トランスデューサー３０から出力される超音波の出力値が大きくなる。なお、ここでの電圧上げ幅としては、上記ステップＳ３３と同様に、超音波信号発信回路４４に含まれるＤＡコンバーターや、ＤＰＭ等の電圧変更装置における電圧可変制御が可能な最小単位を設定することができる。
【００６６】
一方、ステップＳ３８において、図１２のパターンVIに示すように、受信信号の信号値Ｖｉｎが計測可能受信信号値Ｖｍ以上である場合、電圧変更手段４９６は、当該受信信号が受信された際の駆動信号を最適駆動信号として設定する（ステップＳ４０）。
以上により、補正処理が終了する。
【００６７】
この補正処理の後、図８に示すように、計測処理が実施される（ステップＳ４）。この計測処理では、電圧変更手段４９６は、超音波信号発信回路４４に、補正処理において設定された最適駆動信号を出力するように指示する。これにより、送信部２２から、測定部位の器官や器官の位置に対応した最適周波数で、最適駆動信号に応じた最適な出力値の超音波が出力され、受信信号の受信感度を向上させることができる。
そして、このステップＳ４の計測処理では、上記のような最適な受信感度で取得された受信信号に基づいて、ＴＯＦデータを取得し、測定処理手段４９７は、当該ＴＯＦデータに基づいて、器官位置、器官の状態等の各種測定処理を実施する。
【００６８】
［本実施形態の作用効果］
上述したように、本実施形態の生体検査装置１００では、センサー部２０の送信部２２には、発信周波数帯域が異なる複数の超音波トランスデューサー３０を備え、制御部４０の周波数設定手段４９３及び駆動素子切替回路４１は、ユーザーの指定した測定部位に応じて、駆動させる送信部２２の超音波トランスデューサー３０を変更する。このため、測定部位に対応した最適な周波数の超音波を出力することができる。
また、制御部４０の電圧変更手段４９６は、受信部２３から出力された受信信号の信号値Ｖｉｎと、計測可能受信信号値Ｖｍとを比較して、信号値Ｖｉｎが計測可能受信信号値Ｖｍ以上となるように、超音波信号発信回路４４から出力される駆動電圧を変更する処理を実施する。
このため、本実施形態の生体検査装置１００では、測定部位に応じた最適な出力値で、最適周波数の超音波を出力することができる。これにより、計測に適した受信信号を受信することができ、正確なＴＯＦデータを取得することができる。したがって、このような正確なＴＯＦデータにより、正確な生体検査を実施することができる。
【００６９】
また、本実施形態の生体検査装置１００では、センサー部２０のセンサー基板２１の外周部に沿って剥がれ検出部２４が設けられ、剥がれ検出手段４９１は、剥がれ検出部２４の駆動により得られたＴＯＦデータに基づいて、密着層２５と生体１の皮膚２との密着状態を検出する。そして、剥がれ検出手段４９１は、密着層２５及び皮膚２の剥がれにより適切な駆動信号の設定や、超音波による生体検査ができない状態では、当該補正処理及び測定処理を行わず、密着層２５及び皮膚２が密着していると判断した場合に、補正処理や測定処理を実施する。このため、補正処理において、より適切な駆動信号の設定を行うことができ、測定処理において、正確な測定処理を行うことができる。
また、剥がれ検出部２４は、密着層２５と皮膚２とが剥がれやすいセンサー部２０の外周部の角部に設けられている。このため、剥がれ検出部２４により僅かな剥がれをも確実に検出することができ、より確実に密着層２５と皮膚２とが密着した状態での補正処理及び測定処理を実施することができる。
さらに、剥がれ検出手段４９１は、生体検査装置１００の起動時のみではなく、補正処理時や測定処理時においても定期的に剥がれ検出処理を実施してもよく、補正処理中や、測定処理中での密着層２５及び皮膚２の剥がれをも検出することができる。この場合、剥がれ検出手段４９１は、剥がれを検出すると、送信部２２の各超音波トランスデューサー３０への駆動信号の出力を停止させる。このため、密着層２５が皮膚２から剥がれている状態での超音波の受発信が実施されることがなく、不適切なＴＯＦデータに基づいた補正処理や測定処理を避けることができる。
【００７０】
また、本実施形態の生体検査装置１００では、距離測定手段４９４により超音波が反射された反射位置を算出し、反射波特定手段４９５により、算出された反射位置のうち、測定部位である器官が反射位置となっているＴＯＦデータ及び受信信号を特定し、測定部位で反射された反射超音波を特定する。そして、電圧変更手段４９６は、反射超音波の受信信号の信号値Ｖｉｎが、計測可能受信信号値Ｖｍ以上となるように、駆動信号の信号値Ｖｏｕｔを変更する処理を実施する。
これにより、例えば測定部位と異なる位置で反射された超音波の受信信号が強く、測定部位で反射された超音波の受信信号が弱い場合でも、測定部位で反射された超音波の受信信号を計測可能受信信号値以上に設定することができる。これにより、生体検査装置１００により測定したい測定部位に対応した適切な駆動信号により、当該測定部位の測定を精度よく実施することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、測定部位である器官や、測定対象であるユーザーの個人差に応じて、安全に測定が実施できるように、安全規格信号値が設定されており、電圧変更手段４９６は、駆動信号の信号値を、安全規格信号値以下となるように設定する。
このため、例えば乳幼児や眼球など、超音波の出力値により損傷を受ける可能性がある箇所に対しても、安全な超音波を送出することができる。したがって、生体検査時の健康を損なうことなく、安全な生体検査を実施することができる。
また、測定対応データとして、乳幼児や小児、大人といった年齢だけでなく、性別や体脂肪率等によって異なるデータが記憶されている。したがって、測定部位である器官が位置する深さ範囲等、個人差によって差が生じたとしても、測定対象者に対応して適切な駆動信号の設定を実施することができ、信頼性が高い生体検査を実施することができる。
【００７２】
［変形例］
なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、剥がれ検出手段４９１は、剥がれ検出部２４の剥がれ検出用送信部２４１及び剥がれ検出用受信部２４２により超音波の発信及び受信を行い、剥がれ検出用受信部２４２から入力された受信信号の入力タイミングをＴＯＦデータとして、剥がれ検出処理を実施したが、これに限定されない。例えば、剥がれ検出手段４９１は、送信部２２及び受信部２３により超音波の発信及び受信を行い、受信部２３から入力された受信信号の入力タイミングをＴＯＦデータとし、このＴＯＦデータと密着層表面反射時間Ｔ１とを比較して剥がれ検出を実施してもよい。
更に、剥がれ検出手段４９１は、剥がれ検出部２４による剥がれ検出に加えて、送信部２２及び受信部２３により剥がれ検出を実施する処理をしてもよい。
【００７４】
また、剥がれ検出手段４９１により剥がれが検出された際、表示部１０３に警告を表示させてもよく、さらに、生体検査装置１００がスピーカー等の音声出力装置を備える構成であれば、スピーカーから音声により警告を流してもよい。また、警告灯などを点灯させる構成としてもよい。
【００７５】
さらに、上記実施形態において、反射波特定手段４９５は、測定対象となる器官で反射された反射超音波を特定し、電圧変更手段４９６は、この反射超音波の受信信号の信号値が計測可能受信信号値以上となるように、駆動信号の電圧を変化させる構成とした。これに対して、例えば、反射超音波が明らかに測定部位からの反射波である場合などでは、反射波特定手段４９５による反射超音波の特定を実施しない構成としてもよい。このような構成により、処理の簡略化ができ、迅速な補正処理を実施することができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、生体検査装置１００として、図１に示したように箱型の装置本体１０１に設けられたセンサー窓１０５からセンサー部２０の密着層２５が露出し、装置本体１０１を生体１の皮膚２に対して固定するタイプの装置を例示したがこれに限定されない。例えば、制御部４０を含む装置本体に対して、接続線によりプローブが接続され、このプローブにセンサー部２０が設けられる構成などとしてもよい。
また、電子機器として、生体検査装置に限られず、ウエハー等の物体の形状等を検査する装置などにも適用できる。この場合、測定部位の破損しやすさ等を考慮して、最適周波数や最適駆動電圧を設定する構成とすることで、測定対象を好適に検査することができる。
【００７７】
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１…生体（測定対象）、３…器官（測定部位）、２０…センサー部、２１…センサー基板、２４…剥がれ検出部、２５…密着層、３０…超音波トランスデューサーまたは剥がれ検出用超音波トランスデューサー、４０…制御部、４１…周波数変更手段を構成する駆動素子切替回路、４４…超音波信号発信回路（駆動信号印加手段）、４６…受信計測部（受信信号取得手段）、４８…記憶部、４９１…剥がれ検出手段、４９２…測定部位設定手段、４９３…周波数変更手段を構成する周波数設定手段、４９４…距離測定手段、４９５…反射波特定手段、４９６…電圧変更手段。
【図１】
0005807459.tif 000002
【図２】
0005807459.tif 000003
【図３】
0005807459.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005807459.tif 000007
【図７】
0005807459.tif 000008
【図８】
0005807459.tif 000009
【図９】
0005807459.tif 000010
【図１０】
0005807459.tif 000011
【図１１】
0005807459.tif 000012
【図１２】
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