(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置される複数の圧電体と、前記圧電体に接続され、当該圧電体と隣り合う圧電体との間に引き出された複数の接続電極と、を備えた素子基板と、
前記素子基板の一面側に設けられ、前記各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、
前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備え、
前記圧電体は、前記素子基板を厚み方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
前記接続電極は、前記圧電体の前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、
前記圧電体の前記第一方向の他端側に引き出された第四接続電極と、を備え、
前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置する
ことを特徴とする圧電モジュール。
【請求項２】
アレイ状に配置される複数の圧電体と、前記圧電体に接続され、当該圧電体と隣り合う圧電体との間に引き出された複数の接続電極と、を備えた素子基板と、
前記素子基板の一面側に設けられ、前記各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、
前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備え、
前記圧電体は、前記素子基板を厚み方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
複数の前記圧電体のうちの第一の圧電体に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出され、
前記第一の圧電体に隣り合う第二の圧電体に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出される
ことを特徴とする圧電モジュール。
【請求項３】
アレイ状に配置される複数の超音波トランスデューサーと、前記超音波トランスデューサーに接続され、当該超音波トランスデューサーと隣り合う超音波トランスデューサーとの間に引き出された複数の接続電極と、を備えた超音波トランスデューサー基板と、
前記超音波トランスデューサー基板の一面側に設けられ、各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、
前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備え、
前記超音波トランスデューサーは、前記超音波トランスデューサー基板を厚み方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーの前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、
前記超音波トランスデューサーの前記第一方向の他端側に引き出された第四接続電極と、を備え、
前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置する
ことを特徴とする超音波モジュール。
【請求項４】
アレイ状に配置される複数の超音波トランスデューサーと、前記超音波トランスデューサーに接続され、当該超音波トランスデューサーと隣り合う超音波トランスデューサーとの間に引き出された複数の接続電極と、を備えた超音波トランスデューサー基板と、
前記超音波トランスデューサー基板の一面側に設けられ、各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、
前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備え、
前記超音波トランスデューサーは、前記超音波トランスデューサー基板を厚み方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
複数の前記超音波トランスデューサーのうちの第一の超音波トランスデューサーに接続される前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーから前記第一方向に沿って引き出され、
前記第一の超音波トランスデューサーに隣り合う第二の超音波トランスデューサーに接続される前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーから前記第二方向に沿って引き出される
ことを特徴とする超音波モジュール。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の圧電モジュールと、
前記圧電体を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の超音波モジュールと、
前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電モジュール、超音波モジュール及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサー基板上に実装される複数の超音波トランスデューサーを備えた超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１）。
上記特許文献１に記載の超音波センサーは、例えば、センサー基板上に４つの超音波トランスデューサーが、Ｘ軸及びＹ軸に沿って均等間隔に配置されたマトリクス状の二次元アレイ構造を備える。しかしながら、このような二次元アレイ構造においては、各超音波トランスデューサーに接続される配線が複雑化するという課題がある。
【０００３】
上記課題を解決するため、貫通電極を用いた超音波探触子が知られている（例えば、特許文献２）。
上記特許文献２に記載の超音波探触子は、バイアス電圧に応じて電気機械結合係数又は感度が変化する複数の振動要素を有し、各振動要素は、基板と、基板上に設けられた第１の膜体と、第１の膜体内に設けられた下部電極と、第１の膜体上に設けられる枠体と、枠体上に設けられる第２の膜体と、第２の膜体内に設けられた上部電極とを備える。また、枠体には、開口が設けられ、この開口により第１の膜体と第２の膜体との間に内部空間（真空）が形成される。このｃＭＵＴチップは、下部電極と上部電極との間にパルス電圧を印加することで、内部空間に面する第２の膜体を振動させ、基板と反対側に超音波を送信する。
そして、ｃＭＵＴチップの上部電極及び下部電極のそれぞれに対応して、基板を貫通するスルーホール、すなわち、貫通電極が設けられ、当該貫通電極が基板を介してフレキシブル基板上に設けられた信号パターンに接続されている。このような構成により、配線の簡略化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２３１９号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１３９４００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献２に記載の超音波探触子では、貫通電極により配線簡略化が図れているものの、複数の貫通電極が共通の信号パターンに接続されているので、例えば、複数の振動要素が一方向に並んで配列されている際に、当該信号パターンの電力供給側に配置された振動要素については、適切な電力を供給できるが、電力供給から離れるにつれ、振動要素に供給できる電力が低下し、精度よく振動要素を駆動できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、良好な駆動精度の圧電モジュール、超音波モジュール及び電子機器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】
本発明の一適用例の圧電モジュールは、アレイ状に配置される複数の圧電体と、前記圧電体に接続され、当該圧電体と隣り合う圧電体との間に引き出された複数の接続電極と、を備えた素子基板と、前記素子基板の一面側に設けられ、前記各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例では、アレイ状に配置された複数の圧電体のうち、当該圧電体と隣り合う圧電体との間に引き出された複数の接続電極と、を備えた素子基板を備えている。また、素子基板には各接続電極と重なる位置に設けられ、入出力回路と各接続電極とを接続する柱状電極を備えている。
このような構成では、平面視において、各圧電体の間に接続電極が引き出され、この接続電極に対応してそれぞれ柱状電極が設けられている。すなわち、本適用例では、アレイ状の圧電体が設けられるアレイ領域内に、各圧電体の接続電極と入出力回路とを接続する柱状電極が設けられる。このため、例えばアレイ領域外（素子基板の外周端部）まで接続電極を引き回す必要がなく、配線構成の簡略化を図れる。また、素子基板の外周端部に接続電極と配線基板との接続を行うための端子領域が不要となるので、素子基板の小型化を図れる。
【０００９】
また、本適用例では、柱状電極のそれぞれに対して入出力回路から独立して信号が入出力される構成となり、各素子を個別に制御でき、各圧電体を高精度に駆動させることが可能となる。
つまり、上記特許文献１に記載したような構成では、複数の素子でＣＯＭ（共通電極）やＳＩＧ（駆動電極）が共通となり、これらの複数の素子を１つの素子群として駆動させる。このような構成では、ＣＯＭやＳＩＧに対する信号の入力位置から遠い素子では、信号の電圧降下が発生して、駆動精度が低下してしまう。
これに対して、本適用例では、各圧電体がそれぞれ柱状電極を介して独立して入出力回路に接続されるので、上記のような信号の電圧降下が発生せず、各圧電体を高精度に駆動させることができる。また、各圧電体が独立しているため、２次元アレイ構造として機能させることが可能となる。つまり、圧電体毎に超音波の送出制御ができるので、例えば音響レンズ等を用いなくても、超音波の送信方向を制御することができる。
【００１０】
本発明の一適用例の圧電モジュールでは、前記圧電体は、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出された第一接続電極と、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出された第二接続電極と、を備えることが好ましい。
本適用例の圧電モジュールでは、第一接続電極が第一方向に沿って引き出され、第二接続電極が第一方向に交差する第二方向に沿って引き出されているので、第一接続電極及び第二接続電極の双方が、同一方向（例えば第一方向のみや、第二方向のみ）に沿ってそれぞれ引き出されている場合に比べて、圧電体を密に配置できる。このため、アレイ間隔（隣り合う圧電体の間の距離）を小さくでき、素子基板や圧電モジュールの小型化を促進できる。
【００１１】
本発明の一適用例の圧電モジュールにおいて、前記圧電体は、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記圧電体の前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、前記圧電体の前記第一方向の他端側に引き出された第四接続電極と、を備え、前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置することが好ましい。
本適用例の圧電モジュールでは、各圧電体の第一方向の一端側でかつ第二方向の一端側に第三接続電極が引き出され、各圧電体の第一方向の他端側でかつ第二方向の他端側に第四接続電極が引き出される。例えば、各圧電体の中心を通るｘｙ軸を規定した場合に、第一象限に第三接続電極を設ける場合、第三象限に第四接続電極を設ける。なお、各圧電体において、第二象限に第三接続電極を設ける場合では、第四象限に第四接続電極を設ければよい。
このような構成では、隣り合う圧電体において、一方の圧電体の第三接続電極と他方の圧電体の第四接続電極とを、第二方向沿って並んで配置させることができる。このため、例えば、隣り合う圧電体の各接続電極が第一方向若しくは第二方向に沿って並ぶ場合に比べて、圧電モジュールにおける圧電体を密に配置できる。
【００１２】
本発明の一適用例の圧電モジュールにおいて、前記圧電体は、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、複数の前記圧電体のうちの第一の圧電体に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出され、前記第一の圧電体に隣り合う第二の圧電体に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出されることが好ましい。
【００１３】
本適用例の圧電モジュールでは、第一の圧電体の接続電極と、第二の圧電体の接続電極の引出方向が異なる。よって、第一の圧電体の接続電極と、第二の圧電体の接続電極とが、第一方向又は第二方向に沿って並ぶことがなく、圧電モジュールにおける圧電体を密に配置できる。
【００１４】
本発明の一適用例の超音波モジュールは、アレイ状に配置される複数の超音波トランスデューサーと、前記超音波トランスデューサーに接続され、当該超音波トランスデューサーと隣り合う超音波トランスデューサーとの間に引き出された複数の接続電極と、を備えた超音波トランスデューサー基板と、前記超音波トランスデューサー基板の一面側に設けられ、各接続電極に対してそれぞれ独立して信号を入出力する入出力回路と、前記各接続電極のそれぞれと前記入出力回路との間に設けられ、前記各接続電極と前記入出力回路とを接続する柱状電極と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例の超音波モジュールは、上記圧電モジュールと同様、各超音波トランスデューサーを個別に制御でき、各超音波トランスデューサーを高精度に駆動させることが可能となる。すなわち、本適用例の超音波モジュールでは、各超音波トランスデューサーの接続電極に対してそれぞれ柱状電極が設けられており、これらの柱状電極がそれぞれ入出力回路に接続されており、各超音波トランスデューサーをそれぞれ独立して駆動させることが可能となる。よって、上記のような信号の電圧降下が発生せず、各超音波トランスデューサーを高精度に駆動させることができる。また、各超音波トランスデューサーが独立しているため、２次元アレイ構造として機能させることが可能となる。つまり、超音波トランスデューサー毎に超音波の送出制御ができるので、例えば音響レンズ等を用いなくても、超音波の送信方向を制御することができる。
【００１６】
本発明の一適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波トランスデューサーは、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーから前記第一方向に沿って引き出された第一接続電極と、前記超音波トランスデューサーから前記第二方向に沿って引き出された第二接続電極と、を備えることが好ましい。
本適用例の超音波モジュールでは、上記圧電モジュールと同様に、第一接続電極が第一方向に沿って引き出され、第二接続電極が第一方向に交差する第二方向に沿って引き出されているので、第一接続電極及び第二接続電極の双方が、同一方向（例えば第一方向のみや、第二方向のみ）に沿ってそれぞれ引き出されている場合に比べて、超音波モジュールにおける超音波トランスデューサーを密に配置できる。このため、アレイ間隔を小さくでき、素子基板や超音波モジュールの小型化を促進できる。
【００１７】
本発明の一適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波トランスデューサーは、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーの前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、前記超音波トランスデューサーの前記第一方向の他端側に引き出された第四接続電極と、を備え、前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置することが好ましい。
本適用例の超音波モジュールでは、上記圧電モジュールと同様、各超音波トランスデューサーの第一方向の一端側でかつ第二方向の一端側に第三接続電極が引き出され、各超音波トランスデューサーの第一方向の他端側でかつ第二方向の他端側に第四接続電極が引き出される。例えば、各超音波トランスデューサーの中心を通るｘｙ軸を規定した場合に、第一象限に第三接続電極を設ける場合、第三象限に第四接続電極を設ける。なお、各超音波トランスデューサーにおいて、第二象限に第三接続電極を設ける場合では、第四象限に第四接続電極を設ければよい。
このような構成では、隣り合う超音波トランスデューサーにおいて、一方の超音波トランスデューサーの第三接続電極と他方の超音波トランスデューサーの第四接続電極とを、第二方向沿って並んで配置させることができる。この構成によれば、例えば、隣り合う超音波トランスデューサーの各接続電極が第一方向若しくは第二方向に沿って並ぶ場合に比べて、超音波モジュールにおける超音波トランスデューサーを密に配置できる。
【００１８】
本発明の一適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波トランスデューサーは、前記平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、複数の前記超音波トランスデューサーのうちの第一の超音波トランスデューサーに接続される前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーから前記第一方向に沿って引き出され、前記第一の超音波トランスデューサーに隣り合う第二の超音波トランスデューサーに接続される前記接続電極は、前記超音波トランスデューサーから前記第二方向に沿って引き出されることが好ましい。
本適用例の超音波モジュールでは、第一の超音波トランスデューサーの接続電極と、第二の超音波トランスデューサーの接続電極の引出方向が異なる。よって、第一の超音波トランスデューサーの接続電極と、第二の超音波トランスデューサーの接続電極とが、第一方向又は第二方向に沿って並ぶことがなく、超音波モジュールにおける超音波トランスデューサーを密に配置できる。
【００１９】
本発明の一適用例の電子機器は、アレイ状に配置される複数の圧電体と、前記圧電体に接続され、当該圧電体と隣り合う圧電体との間に引き出された複数の接続電極と、を備えた圧電体基板と、前記圧電体基板を厚み方向から見た平面視において、前記各接続電極と重なる位置に設けられ、前記圧電体基板を厚み方向に貫通する柱状電極と、前記柱状電極のそれぞれに対して独立して信号を入出力する入出力回路と、前記圧電体を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本適用例の電子機器では、上記圧電モジュールと同様、アレイ領域外（素子基板の外周端部）まで接続電極を引き回す必要がなく、配線構成の簡略化を図れる。また、素子基板の外周端部に接続電極と配線基板との接続を行うための端子領域が不要となるので、素子基板、ひいては、電子機器の小型化を図れる。また、上記のような信号の電圧降下が発生せず、各圧電体を高精度に駆動させることができる。このように、圧電体を高精度に駆動させることで、電子機器における各種処理（例えば、超音波の送出や受信、圧力の検出や、圧力の付与等）を高精度に実施できる。
【００２０】
本発明の一適用例の電子機器において、前記制御部は、前記圧電体を駆動させて超音波を送信させる超音波送信処理、及び前記圧電体で超音波を受信する超音波受信処理を実施し、前記超音波の送受信タイミングに基づいて被測定物を測定することが好ましい。
本適用例では、制御部は、圧電体を制御することで、超音波の送受信処理を実施し、送受信タイミングに基づいて被測定物に対する測定（超音波測定）を実施する。本適用例では、上述のように、各圧電体での超音波送信処理や超音波受信処理を高精度に実施することができるので、超音波測定における測定精度の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】第一実施形態の超音波プローブにおける超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図４】第一実施形態の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。
【図５】第一実施形態における超音波センサーの一部の断面図。
【図６】第二実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。
【図７】第三実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。
【図８】第四実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの一部の断面図。
【図９】第四実施形態における超音波測定装置のバックプレートの平面図。
【図１０】他の実施形態における電子機器の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の電子機器としての超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
【００２３】
［超音波測定装置１の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態の超音波測定装置１は、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を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を生体（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出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その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（例えば血圧及び血流等）を測定したりする。
【００２４】
［制御装置１０の構成］
図２は、超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、演算部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０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てもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定装置１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、超音波プローブ２の送信回路２３４に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、受信回路２３５に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
【００２５】
［超音波プローブ２の構成］
図３は、超音波プローブ２における超音波センサー２４の概略構成を示す平面図である。
超音波プローブ２は、図１〜図３に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に設けら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回路等が設けられた配線基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、配線基板２３とにより超音波センサー２４が構成され、当該超音波センサー２４は、本発明の超音波モジュールを構成する。
【００２６】
［筐体２１の構成］
筐体２１は、図１に示すように、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の内部の配線基板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、図３に示すように、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例を示すが、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。
【００２７】
超音波デバイス２２は、上述したように、配線基板２３とともに、超音波センサー２４を構成する。この超音波デバイス２２は、図２及び図３に示すように、複数の超音波トランスデューサー５１（図４参照）がアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイ５０を備える。
なお、超音波デバイス２２の詳しい構成については、後述する。
【００２８】
［配線基板２３の構成］
配線基板２３は、図２及び図３に示すように、配線端子部２３１、接合部材２３２（図５参照）、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクタ部２３６を備えている。これらのうち、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクタ部２３６は、超音波デバイス２２を駆動させるためのドライバ回路等、すなわち、集積回路ＩＣ（図５参照）を構成する。この集積回路ＩＣは、本発明の入出力回路に相当する。
配線端子部２３１は、配線基板２３上に複数配置され、上記集積回路ＩＣとそれぞれ電気的に接続されている。これら複数の配線端子部２３１のそれぞれは、接合部材２３２を介して超音波トランスデューサー５１、より具体的には、後述する第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４に接続されている。なお、第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４は、本発明の柱状電極（中間電極）に相当する。
選択回路２３３は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波デバイス２２と送信回路２３４とを接続する送信接続、及び超音波デバイス２２と受信回路２３５とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路２３４は、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
【００２９】
受信回路２３５は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２から入力された受信信号を制御装置１０に出力する。受信回路２３５は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
コネクタ部２３６は、送信回路２３４、受信回路２３５に接続されている。また、コネクタ部２３６にはケーブル３が接続されており、上述したように、このケーブル３は、筐体２１の通過孔２１Ｃから引き出されて制御装置１０に接続されている。
【００３０】
［超音波デバイス２２の構成］
図４は、本実施形態の超音波プローブ２の素子基板４１の一部を拡大して示す平面図であり、図５は、図４における素子基板４１の一部をＢ−Ｂ線切断した素子基板４１（超音波センサー２４）の断面図である。
超音波センサー２４を構成する超音波デバイス２２は、図３及び図４に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合層４３（図５参照）と、により構成されている。
【００３１】
（素子基板４１の構成）
素子基板４１は、図５に示すように、基板本体部４１１と、当該基板本体部４１１に積層された振動膜４１２と、振動膜４１２に積層された圧電素子４１３を備えている。ここで、素子基板４１は、封止板４２に対向する背面４１Ａと、背面４１Ａとは反対側で超音波の送受信方向となる作動面４１Ｂとを備える。また、振動膜４１２及び圧電素子４１３により、本発明の超音波トランスデューサー５１が構成されている。
そして、図４に示すように、素子基板４１を厚み方向から見た平面視において、素子基板４１の中心領域には、複数の超音波トランスデューサー５１がアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイ５０が設けられている。この超音波トランスデューサーアレイ５０が設けられる領域を、以降、アレイ領域Ａｒ１（図３参照）と称する。
【００３２】
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１のアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー５１に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、各開口部４１１Ａは、基板本体部４１１の背面４１Ａ側に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
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４１Ａ側全体を覆って設けられている。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。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、振動膜４１２をＳｉＯ２により構成する場合、例えば基板本体部４１１の背面４１Ａ側を酸化処理することで、所望の厚み寸法の振動膜４１２を容易に形成することが可能となる。また、この場合、ＳｉＯ２の振動膜４１２をエッチングストッパとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、容易に上記開口部４１１Ａを形成することが可能となる。
なお、開口部４１１Ａと、振動膜４１２のうち当該開口部４１１Ａを閉塞する領域とにより、本発明の凹状開口部が構成される。また、素子基板４１のうち、開口部４１１Ａが設けられていない部分は、平面視において、開口部４１１Ａを囲う支持部４１１Ｂとなる。
【００３３】
また、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２上には、図５に示すように、それぞれ独立した下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である圧電素子４１３が設けられている。なお、この圧電素子４１３は、本発明の圧電体に相当する。また、これら振動膜４１２及び圧電素子４１３により、超音波トランスデューサー５１が構成される。
このような超音波トランスデューサー５１では、それぞれの下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部４１１Ａの開口領域内の振動膜４１２を振動させて超音波が送出することができる。また、対象物から反射された超音波により振動膜４１２が振動されると、圧電膜４１５の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極４１４及び上部電極４１６間に発生する上記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
また、下部電極４１４は、それぞれの圧電素子４１３ごとにそれぞれ独立して設けられており、上部電極４１６は、上記下部電極４１４と同様に、それぞれの圧電素子４１３ごとにそれぞれ独立して設けられている。
なお、下部電極４１４のそれぞれには、後述する第一貫通電極４２３が電気的に接続され、上部電極４１６のそれぞれには、後述する第二貫通電極４２４が電気的に接続される。
【００３４】
また、本実施形態では、図４に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１が、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って複数配置されている。
具体的に、超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３は、図４に示すように、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側の端辺における−Ｙ側端部から、−Ｘ側に向かって、下部接続電極４１４Ａ（本発明の第三接続電極に相当）が引き出されている。また、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｘ側の端辺における＋Ｙ側から、＋Ｘ側に向かって、上部接続電極４１６Ａ（本発明の第四接続電極に相当）が引き出されている。すなわち、圧電素子４１３をＹ方向に沿って見た場合に、Ｘ方向に沿って隣り合う２つの圧電素子４１３の間で、−Ｘ側に位置する圧電素子４１３の上部電極４１６と、＋Ｘ側に位置する圧電素子４１３の下部電極４１４とは、重なって配置されている。
このような構成により、例えば、圧電素子４１３の−Ｘ側の端辺の中央部から−Ｘ側に向かって下部接続電極４１４Ａを引き出し、＋Ｘ側の端辺の中央部から＋Ｘ側に向かって上部接続電極４１６Ａを引き出す場合（Ｙ方向に沿って見た際に、下部電極４１４と上部電極４１６とが重ならない）に比べて、圧電素子４１３の配置を密にできる。
【００３５】
（封止板４２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、シリコン基板等の半導体基板や、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５１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５１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。
【００３６】
そして、この封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向するアレイ対向領域Ａｒ３（図３参照）には、素子基板４１の開口部４１１Ａに対応した複数の凹溝４２１が形成されている。これにより、振動膜４１２のうち、超音波トランスデューサー５１により振動される領域（開口部４１１Ａ内）では、素子基板４１との間に所定寸法のギャップ４２１Ａが設けられることになり、振動膜４１２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５１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５１に入射される不都合（クロストーク）を抑制することができる。
なお、基板本体部４１１の開口部４１１Ａ以外の領域（支持部４１１Ｂ；図５参照）と封止板４２の凹溝４２１以外の領域とが当接又は接合されていてもよい。
【００３７】
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ａ側（作動面４１Ｂ側）の他、封止板４２側（背面４１Ａ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、反射背面波と、振動膜４１２から作動面４１Ｂ側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、ギャップ４２１Ａにおける音響的な距離が、超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍となるように、各凹溝４２１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー５１から発せられる超音波の波長λ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。
【００３８】
また、封止板４２のうち支持部４１１Ｂに対向する補強部４２２は、素子基板４１に接合されて、素子基板４１を補強する。この補強部４２２のうち、各下部接続電極４１４Ａ及び、各上部接続電極４１６Ａに対向する位置には、それぞれ、貫通孔が設けられ、当該貫通孔には、貫通電極（第一貫通電極４２３、第二貫通電極４２４）が設けられる。
第一貫通電極４２３は、封止板４２を厚み方向に貫通して下部接続電極４１４Ａに接続される。この第一貫通電極４２３は、複数の下部接続電極４１４Ａのそれぞれに対応して設けられている。したがって、各第一貫通電極４２３から各下部接続電極４１４Ａを介し、各下部電極４１４にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
同様に、第二貫通電極４２４は、封止板４２を厚み方向に貫通して、上部接続電極４１６Ａに接続される。この第二貫通電極４２４は、複数の上部接続電極４１６Ａのそれぞれに対応して設けられており、各第二貫通電極４２４から各上部接続電極４１６Ａを介して、各上部電極４１６にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
第一貫通電極４２３と下部接続電極４１４Ａとの接続、及び、第二貫通電極４２４と上部接続電極４１６Ａとの接続は、例えば半田等の導電性の接合部材（図示省略）を介して接合すればよく、その他、異方性導電性膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）や異方性導電性ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）を用いた接合であってもよい。ＡＣＦやＡＣＰを用いる場合では、例えば、封止板４２の補強部４２２の素子基板４１に対向する面に、ＡＣＦを成膜又はＡＣＰを塗布する。そして、封止板４２を素子基板４１に重ね合せ厚み方向に荷重を印加する。これにより、ＡＣＦ（又はＡＣＰ）の加重印加方向（厚み方向）では、導電性が保持され、荷重印加に直交する方向では絶縁性が保持されることになる。すなわち、第一貫通電極４２３及び下部接続電極４１４Ａが電気的に接続され、第二貫通電極４２４及び上部接続電極４１６Ａが電気的に保持され、かつ、ＡＣＦ（又はＡＣＰ）により、素子基板４１と封止板４２とが接合される。
【００３９】
また、上記各第一貫通電極４２３及び各第二貫通電極４２４の他端側（素子基板４１とは反対側）は、例えば半田等の導電性の接合部材２３２を介して、配線基板２３の配線端子部２３１に接続される。これらの配線端子部２３１は、配線基板２３上にそれぞれ独立して形成され、上記集積回路ＩＣによりそれぞれ独立して制御される。すなわち、本実施形態においては、各第一貫通電極４２３及び各第二貫通電極４２４を介して、各超音波トランスデューサー５１のそれぞれを独立して制御できる。換言すると、各超音波トランスデューサー５１のＣＡＶ面（素子基板４１における開口部４１１Ａが開口する側の面）から、それぞれのタイミングにて超音波を送信できる。
この場合、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向（素子基板４１の基板面の法線方向（基板厚み方向））として、例えばＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１からの送信する超音波の送信タイミングを遅延させることで、ＸＺ平面において、超音波の送信方向を制御することが可能となる。また、例えばＹ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１からの送信する超音波の送信タイミングを遅延させることで、ＹＺ平面において、超音波の送信方向を制御することが可能となる。すなわち、超音波トランスデューサーアレイ５０を２次元アレイとして機能させることが可能となり、超音波を任意の方向に送信することが可能となる。このため、本実施形態では、超音波を屈折させて送信方向を所定方向に制御する音響レンズを備えていない。
【００４０】
（音響整合層４３の構成）
音響整合層４３は、図５に示すように、素子基板４１の作動面４１Ｂ側に設けられている。具体的には、音響整合層４３は、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ側から所定の厚み寸法で形成される。
この音響整合層４３は、超音波トランスデューサー５１から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー５１に伝搬させる。このため、音響整合層４３は、素子基板４１の超音波トランスデューサー５１の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００４１】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、アレイ状に配置された複数の圧電素子４１３のうち、当該圧電素子４１３と隣り合う圧電素子との間に引き出された下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａと、を備えた素子基板４１を備えている。また、封止板４２には下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａと重なる位置に設けられ、集積回路ＩＣと下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａとを接続する第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４を備えている。
このような構成では、各圧電素子４１３の間に下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａが引き出され、これら下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａに対応してそれぞれ第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４が設けられている。すなわち、本実施形態では、アレイ状の圧電素子４１３が設けられるアレイ領域内に、各圧電素子４１３の下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａと集積回路ＩＣとを接続する第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４が設けられる。このため、例えばアレイ領域外（素子基板４１の外周端部）まで接続電極を引き回す必要がなく、配線構成の簡略化を図れる。また、素子基板４１の外周端部に接続電極と配線基板との接続を行うための端子領域が不要となるので、素子基板の小型化を図れる。さらに、第一貫通電極４２３や第二貫通電極４２４が超音波トランスデューサーアレイ５０内に設けられる構成となるので、配線の引き回し等が不要となり、超音波デバイス２２を小型化でき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の小型化を促進できる。
【００４２】
また、本実施形態では、第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４のそれぞれに対して集積回路ＩＣから独立して信号が入出力される構成となり、各圧電素子４１３を個別に制御でき、各圧電素子４１３を高精度に駆動させることが可能となる。
つまり、上記特許文献１に記載したような構成では、複数の素子でＣＯＭ（共通電極）やＳＩＧ（駆動電極）が共通となり、これらの複数の素子を１つの素子群として駆動させる。このような構成では、ＣＯＭやＳＩＧに対する信号の入力位置から遠い素子では、信号の電圧降下が発生して、駆動精度が低下してしまう。
これに対して、本実施形態では、各圧電素子４１３がそれぞれ第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４を介して独立して集積回路ＩＣに接続されるので、上記のような信号の電圧降下が発生せず、各圧電素子４１３を高精度に駆動させることができる。また、各圧電素子４１３が独立しているため、２次元アレイ構造として機能させることが可能となる。つまり、圧電素子４１３（超音波トランスデューサー５１）毎に超音波の送出制御ができるので、例えば音響レンズ等を用いなくても、超音波の送信方向を制御することができる。
【００４３】
本実施形態では、下部接続電極４１４Ａは圧電素子４１３の−Ｘ側の端辺におけるーＹ側から−Ｘ側に引き出されている。また、上部接続電極４１６Ａは圧電素子４１３の＋Ｘ側の端辺における＋Ｙ側から＋Ｘ側に引き出されている。よって、Ｘ方向に隣り合う圧電素子４１３（超音波トランスデューサー５１）において、−Ｘ側に配置される圧電素子４１３の上部接続電極４１６Ａと、＋Ｘ側に配置される圧電素子４１３の下部接続電極４１４Ａとが、Ｙ方向に沿って並んで配置させることが可能となる。このような構成とすることで、超音波トランスデューサーアレイ５０において、超音波トランスデューサー５１を密に配置することができ、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
【００４４】
本実施形態における超音波プローブ２は、いわゆるＣＡＶ面から超音波を送出するキャブ面出射方式の超音波プローブであり、圧電素子４１３や、下部接続電極４１４Ａや上部接続電極４１６Ａは、振動膜４１２における超音波射出側とは反対側に配置される。超音波プローブ２を用いて生体に対する超音波測定を実施する場合、通常、音響整合層４３と生体との間に、ジェル等を塗布するが、音響整合層４３と振動膜４１２との間に、水滴が侵入することがある。しかしながら、上記のように、本実施形態では、圧電素子４１３や、下部接続電極４１４Ａや上部接続電極４１６Ａが、振動膜４１２の背面４１Ａ側に配置されているため、水滴に触れることがなく、ショートや錆び等の不都合を抑制できる。
【００４５】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波トランスデューサーを構成する圧電素子４１３の構成の一部が異なる点で、超音波測定装置１と相違する。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００４６】
図６は、本実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図である。
本実施形態では、図６に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１Ｂが、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って複数配置されている。
そして、本実施形態では、図６において、下部接続電極４１４Ｂは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側に引き出される。一方、上部接続電極４１６Ｂは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出される。本実施形態においては、下部接続電極４１４Ｂは、本発明の第一接続電極に相当し、上部接続電極４１６Ｂは、本発明の第二接続電極に相当する。
【００４７】
なお、上記例では、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出す例を示すが、これに限られない。
例えば、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｙ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｙ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出してもよい。
また、下部接続電極４１４Ｂと上部接続電極４１６Ｂとの引き出し方向を替えてもよい。例えば、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｘ側に引き出してもよい。
【００４８】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波トランスデューサー５１Ｂを構成する圧電素子４１３Ｂは、−Ｘ側に引き出された下部接続電極４１４Ｂと、＋Ｙ側に引き出された上部接続電極４１６Ｂとを備える。この場合、Ｘ方向及びＹ方向に沿って圧電素子４１３Ｃを配列させた際、Ｘ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｂ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｂが配置され、Ｙ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｂ間には、それぞれ、１つの上部接続電極４１６Ｂが配置される。よって、例えば、圧電素子間に複数（例えば２つ）の接続電極が配置される場合に比べ、圧電素子４１３Ｂ（超音波トランスデューサー５１Ｂ）を密に配置することができる。これにより、上記第一実施形態と同様、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
【００４９】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波トランスデューサーを構成する圧電素子４１３の構成の一部が異なる点で、超音波測定装置１と相違する。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５０】
図７は、本実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図である。
本実施形態では、図７に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄが、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って交互に複数配置されている。
具体的には、図７に示すように、超音波トランスデューサー５１Ｃを構成する圧電素子４１３Ｃにおいて、下部接続電極４１４Ｃは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｙ側に引き出され、上部接続電極４１６Ｃは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出される。
一方、超音波トランスデューサー５１Ｄを構成する圧電素子４１３Ｄにおいて、下部接続電極４１４Ｄは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側に引き出され、上部接続電極４１６Ｄは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６から＋Ｘ側に引き出される。本実施形態においては、圧電素子４１３Ｄは、本発明の第一の圧電素子に相当し、圧電素子４１３Ｃは、本発明の第二の圧電素子に相当する。
【００５１】
なお、上記例では、圧電素子４１３Ｃにおいて、下部接続電極４１４Ｃを−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｃを＋Ｙ側に引き出したが、下部接続電極４１４Ｃを＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｃを−Ｙ側に引き出してもよい。同様に、圧電素子４１３Ｄにおいて、下部接続電極４１４Ｄを−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｄを＋Ｘ側に引き出したが、下部接続電極４１４Ｄを＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｄを−Ｘ側に引き出してもよい。
【００５２】
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄのうち、超音波トランスデューサー５１Ｃを構成する圧電素子４１３Ｃでは、下部接続電極４１４Ｃ及び上部接続電極４１６ＣをＹ方向に沿って引き出し、超音波トランスデューサー５１Ｄを構成する圧電素子４１３Ｄでは、下部接続電極４１４Ｄ及び上部接続電極４１６ＤをＸ方向に沿って引き出している。そして、超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１ＤをＸ方向及びＹ方向に対して交互に配置している。このような構成では、Ｘ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｃ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｃ又は上部接続電極４１６Ｃが配置され、Ｙ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｄ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｄ又は上部接続電極４１６Ｄが配置される。よって、例えば、圧電素子間に複数（例えば２つ）の接続電極が配置される場合に比べ、圧電素子４１３Ｃ，４１３Ｄ（超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄ）を密に配置することができる。これにより、上記第一実施形態と同様、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
【００５３】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波センサーの構成が異なる。具体的に、第一実施形態では、素子基板４１の振動膜４１２に対向して封止板４２が設けられるが、第四実施形態では、素子基板４１Ｅの開口部４１１Ｅ１に対向して封止板４２Ｅが設けられている点で上記第一実施形態と相違する。すなわち、第一実施形態では、各超音波トランスデューサー５１は、素子基板４１の開口部４１１Ａから超音波を送信（ＣＡＶ面出射）し、開口部４１１Ａから振動膜４１２に入力された超音波を受信した。これに対して、本実施形態では、各超音波トランスデューサーは、開口部４１１Ｅ１とは反対側に超音波を送信（ＡＣＴ面出射）し、開口部４１１Ｅ１とは反対側から入力された超音波を受信する。また、本実施形態では、各超音波トランスデューサーの配置（アレイ構造）は、図４に示す超音波トランスデューサー５１と同様に配置されている。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５４】
図８は、本実施形態における素子基板４１Ｅ（超音波センサー２４Ｅ）の断面図である。なお、図８においては、上記音響整合層４３は、振動膜４１２のＥの圧電素子４１３Ｅ側を覆って配置されているが、図示を省略している。
超音波センサー２４Ｅは、素子基板４１Ｅ、封止板４２、配線基板２３、集積回路ＩＣ及び音響整合層（図示省略）を備える。
【００５５】
（素子基板４１Ｅの構成）
素子基板４１Ｅは、図８に示すように、基板本体部４１１Ｅと、当該基板本体部４１１Ｅに積層された振動膜４１２Ｅと、振動膜４１２Ｅに積層された圧電素子４１３Ｅと、を備えている。
ここで、素子基板４１Ｅにおいて、圧電素子４１３Ｅが配置される面が作動面４１Ｃとなり、作動面４１Ｃとは反対側の背面４１Ｄ側に配線基板２３が配置される。また、振動膜４１２Ｅ及び圧電素子４１３Ｅにより、本発明の超音波トランスデューサー５１Ｅが構成されている。
【００５６】
基板本体部４１１Ｅは、例えばＳｉ等の半導体基板であり、基板本体部４１１Ｅのアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー５１Ｅに対応した開口部４１１Ｅ１が設けられている。また、各開口部４１１Ｅ１は、基板本体部４１１Ｅの背面４１Ｄ側に設けられた振動膜４１２Ｅにより閉塞されている。
振動膜４１２Ｅ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４１１Ｅの背面４１Ｄ側全体を覆って設けられている。
なお、素子基板４１Ｅのうち、開口部４１１Ｅ１が設けられていない部分は、平面視において、開口部４１１Ｅ１を囲う支持部４１１Ｅ２となる。
【００５７】
また、各開口部４１１Ｅ１を閉塞する振動膜４１２Ｅ上には、図８に示すように、それぞれ独立した下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である圧電素子４１３Ｅが設けられている。なお、この圧電素子４１３Ｅは、本発明の圧電体に相当する。また、これら振動膜４１２Ｅ及び圧電素子４１３Ｅにより、超音波トランスデューサー５１Ｅが構成される。
超音波トランスデューサー５１Ｅを構成する圧電素子４１３Ｅは、上記第一実施形態の圧電素子４１３と同様に、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側の端辺における−Ｙ側端部から、−Ｘ側に向かって、下部接続電極４１４Ｅ（本発明の第三接続電極に相当）が引き出されている。また、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｘ側の端辺における＋Ｙ側から、＋Ｘ側に向かって、上部接続電極４１６Ｅ（本発明の第四接続電極に相当）が引き出されている。
【００５８】
また、基板本体部４１１Ｅの支持部４１１Ｅ２のうち、各下部接続電極４１４Ｅ及び、各上部接続電極４１６Ｅに対向する位置には、それぞれ、貫通孔が設けられ、当該貫通孔には、柱状電極（中間電極）としての第一柱状電極４１７、及び第二柱状電極４１８が設けられる。
第一柱状電極４１７は、基板本体部４１１Ｅを厚み方向に貫通して下部接続電極４１４Ｅに接続される。この第一柱状電極４１７は、複数の下部接続電極４１４Ｅのそれぞれに対応して設けられている。したがって、各第一柱状電極４１７から各下部接続電極４１４Ｅを介し、各下部電極４１４にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
同様に、第二柱状電極４１８は、基板本体部４１１Ｅを厚み方向に貫通して、上部接続電極４１６Ｅに接続される。この第二柱状電極４１８は、複数の上部接続電極４１６Ｅのそれぞれに対応して設けられており、各第二柱状電極４１８から各上部接続電極４１６Ｅを介して、各上部電極４１６にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
【００５９】
（封止板４２Ｅの構成）
図９は、封止板４２Ｅを素子基板４１Ｅ側から見た平面図である。
封止板４２は、素子基板４１Ｅの背面４１Ｄに対向する位置に配置され、素子基板４１Ｅを補強する機能を有する。この封止板４２は、図８及び図９に示すように、複数の開口部４２５と、複数の溝部４２６と、を有している。
これらのうち、複数の開口部４２５は、第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８に対応する位置に配置されている。この複数の開口部４２５内には、配線端子部２３１と第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８のそれぞれとを接合する接合部材２３２が配置される。これにより、配線基板２３の配線端子部２３１からの信号（電力）が接合部材２３２を介して第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８に伝達される。
複数の溝部４２６は、バックプレートＢＰのＸ方向に沿って延出する形状である。これら複数の溝部４２６は、上記配線端子部２３１と第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８とが接合部材２３２を介して接合される際に、複数の開口部４２５内の気体を排出させる機能を有する。
【００６０】
［第四実施形態の作用効果］
本実施形態においても、上記第一実施形態の超音波測定装置１と同様の作用効果を奏する。すなわち、本実施形態では、アレイ状に配置された複数の圧電素子４１３Ｅのうち、当該圧電素子４１３Ｅと隣り合う圧電素子との間に引き出された下部接続電極４１４Ｅ及び上部接続電極４１６Ｅと、を備えた素子基板４１Ｅを備えている。また、素子基板４１Ｅは、下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａと重なる位置に設けられ、集積回路ＩＣと下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａとを接続する第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８を備えている。
このような構成では、各圧電素子４１３Ｅの間に下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ｅが引き出され、これら下部接続電極４１４Ｅ及び上部接続電極４１６Ｅに対応してそれぞれ第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８が設けられている。すなわち、本実施形態では、アレイ状の圧電素子４１３Ｅが設けられるアレイ領域内に、各圧電素子４１３Ｅの下部接続電極４１４Ｅ及び上部接続電極４１６Ｅと集積回路ＩＣとを接続する第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８が設けられる。このため、上記第一〜第三実施形態と同様に、アレイ領域外（素子基板４１の外周端部）まで接続電極を引き回す必要がなく、配線構成の簡略化を図れる。また、素子基板４１Ｅの外周端部に接続電極と配線基板との接続を行うための端子領域が不要となるので、素子基板４１Ｅの小型化を図れる。さらに、第一柱状電極４１７や第二柱状電極４１８が超音波トランスデューサーアレイ５０内に設けられる構成となるので、配線の引き回し等が不要となり、超音波デバイス２２を小型化でき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の小型化を促進できる。
加えて、複数の溝部４２６を備えるので、配線端子部２３１と第一柱状電極４１７及び第二柱状電極４１８とが接合部材２３２を介して接合される際に、開口部４２５内の気体を確実に排出できる。
【００６１】
［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。
【００６２】
上記第四実施形態では、封止板４２Ｅを備えることとしたが、これに限られず、例えば、封止板４２が設けられていなくてもよい。この場合、例えば配線基板２３により素子基板４１を補強する構成としればよい。このような構成では、封止板４２Ｅが設けられない分、超音波センサーの厚さ寸法を小さくでき、超音波測定装置をさらに小型化できる。
【００６３】
上記第四実施形態では、超音波トランスデューサーの配置は、図４に示す超音波トランスデューサー５１と同様に配置されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第四実施形態において、超音波トランスデューサーの配置を図６に示す配置（第二実施形態と同様の配置）としてもよいし、図７に示す配置（第三実施形態と同様の配置）としてもよい。
【００６４】
上記各実施形態では、圧電素子４１３として、下部電極４１４、圧電膜４１５、上部電極４１６が厚み方向に積層される積層体により構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、圧電素子４１３の厚み方向に直交する一面側に、一対の電極を互いに対向させて配置する構成などとしてもよい。また、圧電膜４１５の厚み方向に沿った側面で圧電膜４１５を挟み込むように電極を配置してもよい。
【００６５】
上記各実施形態では、集積回路ＩＣを配線基板２３に設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、集積回路ＩＣが制御装置１０内に設けられ、配線基板２３には、各配線端子部２３１からの配線を集約したコネクタ部が設けられる構成としてもよい。この場合、コネクタ部に対してケーブル線を接続し、ケーブル線を介して制御装置１０の集積回路ＩＣと超音波プローブ２とを接続すればよい。
【００６６】
超音波測定装置１として、生体の内部断層構造を測定するための構成を例示したが、その他、例えばコンクリート建築物等のコンクリート内部構造を検査するための測定機等として用いることもできる。
また、超音波デバイス２２を備えた超音波測定装置１を例示したが、その他の電子機器に対しても適用できる。例えば、超音波を洗浄対象に対して送出し、線状対象を超音波洗浄する超音波洗浄機等に用いることができる。
【００６７】
図１０は、超音波洗浄機の概略構成を示す図である。
図１０に示す超音波洗浄機８は、洗浄槽８１と、洗浄槽８１の例えば底面に設置された超音波モジュール８２と、を備える。
超音波モジュール８２は、上記第１実施形態と同様の超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御する配線基板８３とを備えている。すなわち、超音波デバイス２２は、作動面４１Ｂが洗浄槽８１の内面に臨む素子基板４１と、素子基板４１の背面４１Ａ側に設けられた封止板４２とを備え、素子基板４１の背面４１Ａ側に、複数の超音波トランスデューサー５１（図１０においては図示略）により構成された超音波トランスデューサーアレイ５０（図１０においては図示略）と、を備えている。そして、超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３の上部電極４１６は、封止板４２に設けられた第一貫通電極４２３に接続され、下部電極４１４は、第二貫通電極４２４に接続される。これら第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４は、配線基板８３に設けられた配線端子部（図示略）に電気的に接続される。
このような構成において、配線基板８３に対して超音波デバイス２２をフェースダウン実装にて容易に実装することができる。また、素子基板４１の作動面４１Ｂ側が洗浄槽８１側に面するので、背面４１Ａ側に設けられた超音波トランスデューサー５１や電極線の防水性を高めることができる。
【００６８】
上記各実施形態では、素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられる構成としたが、例えば素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられず、超音波トランスデューサー５１が素子基板４１自体を振動させることで超音波を送出させ、素子基板４１の振動により超音波の受信を検出する構成などとしてもよい。
【００６９】
上記各実施形態では、開口部４１１Ａが設けられた基板本体部４１１の背面４１Ａ側に振動膜４１２が設けられる構成としたが、これに限定されない。例えば、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ側に、各超音波トランスデューサー５１に対応した複数の凹溝が設けられ、当該凹溝の底面を振動膜とする構成としてもよい。
また、開口部４１１Ａの背面４１Ａ側に振動膜４１２を設ける構成を例示したが、例えば、開口部４１１Ａの作動面４１Ｂ側に振動膜４１２が設けられ、この振動膜４１２の背面４１Ａ側に超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３が設けられる構成としてもよい。
【００７０】
また、上記第一〜第三実施形態における超音波トランスデューサー５１，５１Ｂ，５１Ｃとして、素子基板４１の開口部４１１Ａを覆う振動膜４１２上に圧電膜４１５を形成し、圧電膜４１５を駆動させることで超音波を送信したり、振動膜４１２の変位を検出することで超音波を受信したりした。これに対して、圧電膜４１５を用いず、その他の駆動方式により振動膜４１２を振動させたり、振動膜４１２の振動を検出したりしてもよい。例えば、基板上に、第一電極を配置し、この第一電極に対して所定にエアギャップを介して振動膜を配置して、当該振動膜に第一電極に対向する第二電極を設ける構成としてもよい。この場合、第一電極及び第二電極の間にパルス駆動電圧を印加することで、静電力によって振動膜を駆動させて超音波を出力できる。また、超音波により振動膜が振動すると、第一電極及び第二電極の間の静電容量が変化するので、静電容量の変化から超音波の受信を検出することができる。
【００７１】
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】
【００７２】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、８…超音波洗浄機（電子機器）、２２…超音波デバイス、２３…配線基板、２４…超音波センサー（超音波モジュール）、４１…素子基板、４１Ａ，４１Ｄ…背面、４１Ｂ，４１Ｃ…作動面、４２…封止板、５０…超音波トランスデューサーアレイ、５１…超音波トランスデューサー、８２…超音波モジュール、８３…配線基板、２３１…配線端子部、２３２…接合部材、４１１…基板本体部、４１１Ａ…開口部（凹状開口部）、４１１Ｂ…支持部、４１２…振動膜、４１３…圧電素子（圧電体）、４１４…下部電極、４１４Ａ…下部接続電極（接続電極）、４１５…圧電膜、４１６…上部電極、４１６Ａ…上部接続電極（接続電極）、４１７…第一柱状電極、４１８…第二柱状電極、４２１…凹溝、４２３…第一貫通電極（柱状電極）、４２４…第二貫通電極（柱状電極）。
【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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