(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号を超音波に変換して被検体に送波すると共に、前記被検体から発生した超音波を受波して電気信号に変換する複数の振動子を配列してなる超音波探触子において、
前記各振動子は互いに間隔をあけて形成された複数の振動要素を有し、該各振動要素は、前記駆動信号に重畳して印加される直流バイアスの大きさに応じて電気機械結合係数が変化する特性を有し、前記直流バイアスの大きさに応じた電気機械結合係数に基づいて前記駆動信号を超音波に変換するものであり、前記複数の振動要素は、少なくとも短軸方向に複数の組に分けられ、同じ組に属する複数の前記振動要素の電極には、組単位で異なる前記直流バイアスが印加され、
前記各組に属する前記振動要素の数は、前記短軸方向の中心に向うにつれて前記組単位で多くなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記各振動子の複数の振動要素は、長軸方向に複数の組に分けられてなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
駆動信号を超音波に変換して被検体に送波すると共に、前記被検体から発生した超音波を受波して電気信号に変換する複数の振動子を配列してなる超音波探触子において、
前記各振動子は互いに間隔をあけて形成された複数の振動要素を有し、該各振動要素は、前記駆動信号に重畳して印加される直流バイアスの大きさに応じて電気機械結合係数が変化する特性を有し、前記直流バイアスの大きさに応じた電気機械結合係数に基づいて前記駆動信号を超音波に変換するものであり、前記複数の振動要素は、少なくとも短軸方向に複数の組に分けられ、同じ組に属する複数の前記振動要素の電極には、組単位で異なる前記直流バイアスが印加され、
前記各振動子の複数の振動要素は、前記短軸方向及び長軸方向に均等間隔で配列して形成され、前記短軸方向及び前記長軸方向ともに、前記振動要素の数がそれぞれ等しい複数の組に分けられてなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記複数の振動要素の前記電極は、前記短軸方向及び前記長軸方向の前記各組単位でスイッチ手段を介して駆動信号電源に接続されてなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記振動要素は、半導体化合物を含んだ材料から形成されてなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波探触子と、該超音波探触子の前記振動要素に駆動信号を供給する送信手段と、前記振動要素から出力される電気信号を処理する受信手段と、前記受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段とを備え、前記駆動信号に重畳して前記直流バイアスを前記振動要素に印加するバイアス手段が前記各組単位で前記振動要素の前記電極に接続されてなることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、直流電源と、前記直流電源から与えられる直流バイアスを分割する分配手段と、該分配手段から供給される各直流バイアスを制御指令に応じて前記振動要素の電極に前記端子を介して印加するスイッチ手段を備えてなることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、短軸方向の中心に向うにつれて前記各振動要素の電気機械結合係数を大きくする直流バイアスを前記各振動要素に印加することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、前記超音波探触子から撮像部位までの距離に応じて、直流バイアスを印加する前記振動要素を前記組単位で選択することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記各振動要素から送波される超音波の信号強度を記憶する記憶手段と、前記信号強度に基づき前記各振動要素の電気機械結合係数を設定値に補正する指令を生成する補正制御手段を備え、前記バイアス手段は、前記補正指令に基づいて補正された直流バイアスを前記各振動要素に印加することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、前記各振動要素から超音波を前記被検体に送波するときの前記各振動要素に印加する直流バイアスと、前記被検体から発生した超音波を前記各振動要素で受波するときの前記各振動要素に印加する直流バイアスとを切替えて前記各振動要素に印加することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、超音波口径の中心に対して短軸方向又は長軸方向に対称に前記組単位で大きさに重みを付けた直流バイアスを前記各振動要素に印加することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１３】
請求項６に記載の超音波撮像装置において、前記バイアス手段は、超音波口径の中心に対して短軸方向又は長軸方向に非対称に前記組単位で大きさに重みを付けた直流バイアスを前記各振動要素に印加することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１４】
超音波探触子に配列された各振動子を構成する互いに間隔をあけて形成された複数の振動要素に直流バイアスを印加して、前記各振動要素の電気機械結合係数を設定値に変化させる第１工程と、
前記直流バイアスに重畳させて駆動信号を前記各振動要素に供給し、前記直流バイアスの大きさに応じた電気機械結合係数に基づいて前記駆動信号を超音波に変換して被検体に送波させる第２工程と、
前記被検体から発生した超音波を前記各振動要素により受波して電気信号に変換し、該変換された電気信号に基づいて超音波像を再構成する第３工程を有し、
前記第１工程においては、前記各振動子の前記複数の振動要素を少なくとも短軸方向に複数の組に分け、かつ、各組に属する前記振動要素の数は前記短軸方向の中心に向うにつれて前記組単位で多くなるように分け、同じ組に属する複数の前記振動要素の電極には、前記組単位で異なる前記直流バイアスを印加することを特徴とする超音波撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被検体の超音波像（例えば、診断画像）を撮像する超音波探触子、超音波撮像装置および超音波撮像方法に関する。【０００２】  超音波撮像装置は、被検体との間で超音波探触子により超音波ビームを送受し、超音波探触子から出力される電気信号に基づき超音波像を再構成する。超音波探触子は、電気信号と超音波とを相互に変換する振動子を複数配列して形成される。【０００３】  この超音波探触子の振動子は、水晶や圧電セラミックスなどの圧電材料から形成されるのが一般的であるから、圧電材料の製造工程等に起因して各振動子の幅が比較的大きなサイズ（例えば、数ミリメートル）になる。したがって、複数の振動子の相互間隔が大きくなり、超音波像の分解能（解像力）向上に一定の制限が生じる。【０００４】  そこで、製造方法を含め振動子の配列方向の幅を小さくして分解能を向上させることが要望されている。また、撮像部位と超音波探触子との距離に応じて超音波ビームの音圧を可変できる超音波探触子の開発が要望されている。【０００５】  また、超音波像の分解能は、超音波ビームの音圧分布に起因する焦点位置のビーム幅又は径（以下、ビーム幅と総称する。）に左右される。ビーム幅は、振動子の配列方向（以下、長軸方向という。）の幅や、長軸方向に直交する方向（以下、短軸方向という。）の幅により決められる。長軸方向のビーム幅を絞るときは、ダイナミックフォーカス処理が行われる。一方、短軸方向のビーム幅を絞るために、超音波探触子の超音波射出側に音響レンズを設けることや、各振動子の大きさや形状を互いに異ならせて形成し、超音波ビームの音圧分布を調整することが行われる（例えば、特許文献１参照）【０００６】  しかし、音響レンズを設ける方法や、振動子の大きさや形状を異ならせる方法によると、超音波ビームの音圧分布が固定されるため、ビーム幅や焦点位置を撮像時に可変することができない。したがって、ビーム幅や焦点位置が異なる複数の超音波探触子を準備し、各超音波探触子を撮像部位に応じて交換しなければならないため使い勝手が悪くなる。【０００７】  本発明の目的は、超音波像の分解能を向上させつつ使い勝手がよい超音波探触子及び超音波撮像装置を実現することにある。【０００８】
【特許文献１】特開平５−４１８９９号公報
【発明の開示】
【０００９】  本発明の超音波探触子は、駆動信号を超音波に変換して被検体に送波すると共に、被検体から発生した超音波を受波して電気信号に変換する複数の振動子を配列し、各振動子は複数の振動要素を有し、各振動要素は、駆動信号に重畳して印加される直流バイアスの大きさに応じて電気機械結合係数が変化する特性を有し、各振動要素の電極は駆動信号が供給される端子に接続されてなることを特徴とする。
【００１０】  すなわち、直流バイアスの大きさに応じて電気機械結合係数が変化する振動要素は、圧電素子に比べて小さく形成できる。そのため、振動要素の間隔を比較的小さくして振動子を形成することができるから、振動子を細分化することと等価となり、超音波像の分解能を向上させることができる。
【００１１】  特に、各振動要素に印加する直流バイアスの大きさをそれぞれ異ならせることにより、直流バイアスの大きさに応じて各振動要素から射出される超音波の強度が違ったものになる。したがって、各振動要素に印加する直流バイアスの大きさを制御することにより、超音波ビームの強度を可変したり、あるいは所望の音圧分布を持たせることができる。その結果、必要に応じて超音波ビームのビーム幅や焦点の深度方向及び方位方向の位置をリアルタイム（例えば、超音波診断中）に調整できるため、使い勝手が向上する。
【００１２】  例えば、振動要素を短軸方向に並べて振動子を形成すれば、短軸方向が振動要素により細分化されることになり、超音波像の分解能を一層向上させることができると伴に、短軸方向の音圧分布を制御して短軸方向のビーム幅及び焦点深度を任意に制御できる。
【００１３】  この場合において、複数の振動要素を複数の組に分け、同じ組に属する各振動要素の電極を共通に接続することができる。これによれば、単一の振動要素から射出される超音波強度を考慮して、各組に属する振動要素の数を決めることにより、超音波像を撮像するのに必要な超音波強度を確保できる。
【００１４】  また、複数の振動要素を短軸方向に複数の組に分け、同じ組に属する各振動要素の電極を共通に接続することができる。また、複数の振動要素を均等間隔にして振動子を形成し、振動要素の数がそれぞれ等しい複数の組に分け、同じ組に属する各振動要素の電極を共通に接続することができる。また、複数の振動要素を長軸方向に複数の組に分けてもよい。
【００１５】  また、複数の振動要素を複数の組に分け、各組に属する振動要素の数を超音波口径の中心に向うにつれて組単位で多くし、同じ組に属する各振動要素の電極を共通に接続することができる。また、振動要素の電極に接続された端子は、スイッチ手段を介して電源に接続される。
【００１６】  また、振動要素については、半導体化合物を含んだ材料から形成することができる。例えば、振動要素は、半導体基板と、半導体基板に載置された半導体化合物からなる枠体と、枠体の開口を塞いで設けられ半導体化合物からなる膜体と、半導体基板と膜体に接続された電極を有して構成される。
【００１７】  また、本発明の超音波撮像装置は、上記の超音波探触子と、超音波探触子の各振動要素に駆動信号を供給する送信手段と、各振動要素から出力される電気信号を処理する受信手段と、受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段とを備え、駆動信号に重畳して直流バイアスを各振動要素に印加するバイアス手段が、振動要素の電極に端子を介して接続される構成とする。
【００１８】  この場合において、バイアス手段は、直流電源と、直流電源から与えられる直流バイアスを分割する分配手段と、分配手段から出力する直流バイアスを制御指令に応じて振動要素の電極に端子を介して印加するスイッチ手段を備えることができる。
【００１９】  また、複数の振動要素を複数の組に分け、組単位で大きさが異なる直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加することができる。このとき、複数の振動要素を短軸方向に分けるのが望ましい。また、複数の振動要素を長軸方向に分け、組単位で大きさが異なる直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加してもよい。また、超音波口径の中心に向うにつれて直流バイアスの大きさを組単位で大きくした直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加することができる。また、短軸方向の中心に向うにつれて各振動要素の電気機械結合係数を大きくする直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加することができる。また、複数の振動要素を複数の組に分け、超音波探触子から撮像部位までの距離に応じて、直流バイアスを印加する振動要素をバイアス手段により組単位で選択することができる。
【００２０】  また、超音波撮像の開始前に、各振動要素から送波される超音波の信号強度を記憶する記憶手段と、信号強度に基づき各振動要素の電気機械結合係数を設定値に補正する指令を生成する補正制御手段を備えることができる。そして、超音波撮像を行うときは、補正指令に基づいて補正された直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加することができる。
【００２１】  また、各振動要素から超音波を被検体に送波するときの各振動要素に印加する直流バイアスと、被検体から発生した超音波を各振動要素で受波するときの各振動要素に印加する直流バイアスとを切替えて各振動要素にバイアス手段により印加することができる。
【００２２】  また、複数の振動要素は複数の組に分けられ、超音波口径の中心に対して短軸方向又は長軸方向に対称に組単位で大きさに重みを付けた直流バイアスをバイアス手段により各振動要素に印加することができる。また、複数の振動要素は複数の組に分けられ、超音波口径の中心に対して短軸方向又は長軸方向に非対称に組単位で大きさに重みを付けた直流バイアスをバイアス手段により印加することによって、超音波ビームを偏向させることができる。
【００２３】  また、本発明の超音波撮像方法は、超音波探触子に配列された各振動子に有する複数の振動要素に直流バイアスを印加して振動要素の電気機械結合係数を設定値に変化させる工程と、直流バイアスに重畳させた駆動信号を振動要素に供給して被検体に超音波を送波する工程と、被検体から発生した超音波を振動要素により受波して電気信号に変換し、変換された電気信号に基づいて超音波像を再構成する工程を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】［図１］本発明を適用した第１の実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
［図２］図１の超音波探触子の斜視図である。
［図３］図２の振動子の拡大斜視図である。
［図４］図３の振動要素の縦断面図である。
［図５］図４の振動要素の動作を説明する図である。
［図６］図１のバイアス手段の構成を示す図である。
［図７］図１の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。
［図８］本発明を適用した第２の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。
［図９］本発明を適用した第３の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。
［図１０］本発明を適用した第４の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの長軸方向の音圧分布を示す説明図である。
［図１１］本発明を適用した第５の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向および長軸方向の音圧分布を示す説明図である。
［図１２］本発明を適用した第６の実施形態の補正制御手段を示す構成図である。
［図１３］図１２の補正制御手段による効果を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  （第１の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明を適用した第１の実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。【００２６】  図１に示すように、超音波撮像装置は、駆動信号を超音波に変換して被検体に送波すると共に、被検体から発生した超音波を受波して電気信号に変換する振動子が複数配列された超音波探触子１０と、超音波探触子１０に駆動信号を供給する送信手段１２と、超音波探触子１０に供給される駆動信号に重畳して直流バイアスを印加するバイアス手段１４と、超音波探触子１０から出力される電気信号（以下、反射エコー信号という。）を処理する受信手段１６と、受信手段１６から出力される反射エコー信号に対しディジタル整相および加算処理を施す整相加算手段１８と、整相加算手段１８から出力される反射エコー信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段２０と、画像処理手段２０から出力される超音波像を表示する表示手段２２などから構成されている。また、送信手段１２、バイアス手段１４、受信手段１６、整相加算手段１８、画像処理手段２０、表示手段２２に制御指令を出力する制御手段２４を有している。【００２７】  このような超音波撮像装置は、被検体に接触させた超音波探触子１０に送信手段１２から駆動信号が供給される。供給された駆動信号によって超音波探触子１０の各振動子から被検体に超音波が送波される。被検体から発生した超音波は超音波探触子１０の各振動子により受波される。超音波探触子１０から出力される反射エコー信号は、受信手段１６により増幅やアナログディジタル変換などの受信処理が施される。受信処理が施された反射エコー信号は、整相加算手段１８により整相加算される。整相加算された反射エコー信号は、画像処理手段２０により超音波像（例えば、断層像や血流像などの診断画像）に再構成される。再構成された診断画像は、表示手段２２に表示される。【００２８】  図２は、図１の超音波探触子１０の斜視図である。図２に示すように、超音波探触子１０は、複数の振動子２６ａ〜２６ｍ（ｍ：２以上の自然数）が短冊状に配設された１次元アレイ型に形成されている。ただし、振動子を２次元配列した２次元アレイ型や、振動子を扇型状に配設したコンベックス型など他の形態の超音波探触子にも本発明を適用できる。振動子２６ａ〜２６ｍの超音波射出面側にマッチング層３０が積層して設けられている。マッチング層３０の被検体側に音響レンズ３２が配設されている。なお、音響レンズ３２を配設しない形態でもよい。また、振動子２６ａ〜２６ｍの背面側にバッキング材２８が重ねて設けられている。【００２９】  振動子２６ａ〜２６ｍは、送信手段１２により供給される駆動信号を超音波に変換して被検体に超音波を送波すると共に、被検体から発生した超音波を受波して電気信号に変換する。バッキング材２８は、振動子２６ａ〜２６ｍから背面側に射出される超音波の伝播を吸収することによって、振動子２６ａ〜２６ｍの余分な振動を抑制する。マッチング層３０は、振動子２６ａ〜２６ｍと被検体との音響インピーダンスを整合することによって、超音波の伝送効率を向上させる。音響レンズ３２は、被検体側に湾���して形成されており、振動子２６ａ〜２６ｍから射出される超音波ビームを収束する。なお、振動子２６ａ〜２６ｍの配列方向を長軸方向Ｘと称し、長軸方向Ｘに直交する方向を短軸方向Ｙとしている。【００３０】  図３は、図２の振動子２６ａの拡大斜視図である。図３に示すように、振動子２６ａは、複数の振動要素３４−１〜３４−３０を有して形成されている。振動要素３４−１〜３４−３０は、印加される直流バイアスの大きさによって電気機械結合係数、つまり送受信感度が変化する電気−音響変換素子である。【００３１】  振動要素３４−１〜３４−３０は、長軸方向Ｘおよび短軸方向Ｙに均等間隔に並んで形成されている。ただし、不均等間隔に形成してもよい。また、振動要素３４−１〜３４−３０は、短軸方向Ｙに３つの組（以下、区分という。）Ｐ１〜Ｐ３に分けられている。区分Ｐ１に属する振動要素３４−１〜３４−１０は、電極３５が共通に接続されている。区分Ｐ２に属する振動要素３４−１１〜３４−２０は、電極３６が共通に接続されている。区分Ｐ３に属する振動要素３４−２１〜３４−３０は、電極３７が共通に接続されている。【００３２】  図４は、図３の振動要素３４−１の縦断面図である。図４に示すように、振動要素３４−１は、基板４０と、基板４０の被検体側の面に形成された枠体４２と、枠体４２の開口を塞いで設けられた膜体４４などから形成されている。基板４０、枠体４２、膜体４４は、半導体化合物（例えば、シリコン化合物）を含んで形成されている。枠体４２と膜体４４により内部空間４８が区画されている。内部空間４８は、所定の真空度を有する状態、または所定のガスが充填された状態にされている。また、基板４０の背面側の面に配設された電極３５−１と、膜体４４の被検体側の面に配設された電極３５−２を有している。電極３５−１は、送信手段１２の駆動信号電源５０に接続端子４９−１を介して接続されている。電極３５−２は、バイアス手段１４の直流バイアス電源５１に接続端子４９−２を介して接続されている。【００３３】  振動要素３４−１は、半導体プロセスによる微細加工によって製造される。例えば、基板４０となるシリコンウェハを用意する。シリコンウェハ上に酸化膜がウェット雰囲気中で形成される。酸化膜が形成された基板に対しパターン形成、レジスト塗布などを施した後、エッチング処理を行うことにより枠体４２が形成される。形成された枠体４２の内部に所定のガスが充填される。枠体４２上にＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスによりニッケル（Ｎｉ）を蒸着することにより膜体４４が形成される。そして、金属電極を蒸着することによって電極３５−１、３５−２が形成される。このような処理工程によってシリコンウェハに複数の振動要素が形成される。形成された振動要素のそれぞれは、直径が数マイクロメートル（例えば、１０μｍ）の大きさを有する。振動要素が形成されたシリコンウェハは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）により振動子２６ａ〜２６ｍとして複数にカッティングされる。カッティングされた振動子２６ａ〜２６ｍは、バッキング材２８に配列された後���超音波探触子１０の探触子ヘッド基板に接着される。探触子ヘッド基板に駆動信号電源５０、直流バイアス電源５１が接続端子４９−１、４９−２を介して接続される。なお、マッチング層３０、音響レンズ３２なども振動子２６ａ〜２６ｍに取り付けられる。【００３４】  このような振動要素３４−１〜３４−３０としては、例えば、ｃＭｕｔ（Ｃａｐａｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔ．Ｆｒｅｑ．Ｃｏｎｔｒ．Ｖｏｌ４５  ｐｐ．６７８−６９０  Ｍａｙ１９９８）を適用することができる。【００３５】  図５は、図４の振動要素３４−１の動作を説明する図である。例えば、振動要素３４−１に直流バイアス電源５１によって直流のバイアス電圧Ｖａを印加する。印加されたバイアス電圧Ｖａにより振動要素３４−１の内部空間４８に電解が発生する。発生した電解により膜体４４が緊張することによって、振動要素３４−１の電気機械結合係数がＳａとなる（図５Ａ、図５Ｂ）。そして、駆動信号電源５０から振動要素３４−１に駆動信号を供給すると、供給された駆動信号は電気機械結合係数Ｓａに基づいて超音波に変換される。また、被検体から発生した超音波を振動要素３４−１によって受波すると、振動要素３４−１の膜体４４が電気機械結合係数Ｓａに基づいて励起される。膜体４４が励起されることにより内部空間４８の容量が変化する。変化した容量が電気信号として取り込まれる。【００３６】  一方、バイアス電圧Ｖａに代えてバイアス電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）を振動要素３４−１に印加すると、印加されたバイアス電圧Ｖｂにより膜体４４の緊張度が変わることによって、振動要素３４−１の電気機械結合係数がＳｂ（Ｓｂ＞Ｓａ）となる（図５Ａ、図５Ｃ）。そして、駆動信号電源５０から振動要素３４−１に駆動信号を供給すると、供給された駆動信号は電気機械結合係数Ｓｂに基づいて超音波に変換される。【００３７】  このように振動要素３４−１に印加するバイアス電圧の大きさを制御することにより、膜体４４の緊張度を変化させることができる。そして、膜体４４の緊張度に起因して電気機械結合係数が変化する。したがって、バイアス電圧の大きさを制御することにより電気機械結合係数を変化させると、振動要素３４−１により送受される超音波の強度（例えば、振幅の大きさ）を調整することができる。その結果、複数の振動要素３４−１〜３４−３０により送受される各超音波の強度を調整することにより、超音波ビームの音圧分布を任意に可変することが可能になる。【００３８】  図６は、図１のバイアス手段１４の構成を示す図である。バイアス手段１４は、図６Ａに示すように、直流バイアス電源５１と、直流バイアス電源５１から与えられる直流バイアスを分割する分配手段５２と、分配手段５２から供給される各直流バイアスを制御手段２４の制御指令に応じて振動要素３４−１〜３４−３０の電極３５〜３７に接続端子（例えば、接続端子３５−１、３５−２）を介して印加するスイッチ手段５３を備えている。スイッチ手段５３は、図６Ｂに示すように、振動子５５に接続する複数のスイッチ５３−１〜５３−ｎを有している。【００３９】  図６は、説明の便宜上、振動子５５が短軸方向ＹにＡ個の区分Ｐ１〜ＰＡ（Ａ：２以上の自然数）に分けられた例を示している。なお、各区分Ｐ１〜ＰＡに複数の振動要素が形成されている。まず、直流バイアス電源５１から直流バイアスを発生させると、発生した直流バイアスは分配手段５２により分割される。分割された各直流バイアスは、スイッチ手段５３に供給される。一方、制御手段２４に超音波の送波タイミング信号を入力することより、入力された送波タイミング信号に基づいて制御指令が生成される。生成された制御指令がスイッチ手段５３に出力される。出力された制御指令に基づいて、所定のスイッチ（例えば、スイッチ５３−１）が閉じてオンされる。したがって、スイッチ手段５３に供給された直流バイアスは、所定のスイッチ（例えば、スイッチ５３−１）を介して振動子５５の区分（例えば、区分Ｐ１）の電極に独立して印加される。【００４０】  スイッチ手段５３は、区分Ｐ１〜ＰＡの数に対応して設けられている。したがって、各区分Ｐ１〜ＰＡの電極に印加する直流バイアスの大きさは、各スイッチ手段５３のスイッチ５３−１〜５３−ｎを閉じる数で調整される。例えば、振動子５５の短軸方向Ｙの端に位置する区分Ｐ１については、スイッチ５３−１だけをオンすることによりバイアス電圧Ｖａを電極に印加する。振動子５５の短軸方向Ｙの中心に位置する区分Ｐ（Ａ／２）については、スイッチ５３−１〜７２−ｎの全てをオンすることによりバイアス電圧（Ｖａ×ｎ）を電極に印加する。このように各スイッチ手段５３のスイッチ５３−１〜７２−ｎをオンする数を変更することにより、振動子５５の各区分に印加するバイアス電圧を区分単位で異ならせることができる。【００４１】  図７は、図１の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。なお、説明の便宜上、３つの振動子２６ａ〜２６ｃの例を説明するが、振動子の数については適宜増やすことができる。図７に示すように、振動子２６ａ〜２６ｃが長軸方向Ｘに並べて配設されている。振動子２６ａは、複数の振動要素３４−１〜３４−３０を有して形成されている。複数の振動要素３４−１〜３４−３０は、短軸方向Ｙに３つの区分Ｐ１〜Ｐ３に分けられている。同じ区分（例えば、区分Ｐ１）に属する振動要素３４−１〜３４−１０は、電極３５が共通に接続されている。振動子２６ｂ、２６ｃについても同様である。【００４２】  区分Ｐ１の電極３５と区分Ｐ３の電極３７にバイアス電圧Ｖ１を印加することにより、区分Ｐ１、Ｐ３に属する振動要素３４−１〜３４−１０、３４−２１〜３４−３０の電気機械結合係数がＳａとなる。一方、区分Ｐ２の電極３６にバイアス電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）を印加することにより、区分Ｐ２に属する振動要素３４−１１〜３４−２０の電気機械結合係数がＳｂ（Ｓａ＞Ｓｂ）となる。【００４３】  すなわち、バイアス電圧の大きさを超音波口径の中心に向うにつれて区分単位で大きくすると、図７に示すように、振動子の電気機械結合係数は、短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて区分単位で大きくなる。このような電気機械結合係数に基づいて各振動子２６ａ〜２６ｃから超音波が射出される。これにより、各振動要素３４−１〜３４−３０に共通の駆動信号（例えば、振幅が等しい駆動信号）が入力されたときでも、超音波ビームの音圧分布は、図７の線図に示すように、短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて大きさが大きくなる重み付け関数３９として表される。要するに、各区分Ｐ１〜Ｐ３に印加する直流バイアスを区分単位で異ならせることにより、各振動子２６ａ〜２６ｃの電気機械結合係数の大きさが短軸方向に区分単位で重み付けられるため、超音波ビームの音圧分布が制御される。【００４４】  以上、本実施形態によれば、直流バイアスの大きさに応じて電気機械結合係数が変化する振動要素３４−１〜３４−３０は、例えば数マイクロメートルに形成されるため、圧電材料からなる圧電素子よりも微細なものとなる。したがって、振動要素３４−１〜３４−３０の間隔を比較的小さくして各振動子（例えば、振動子２６ａ）を形成することにより、振動子を細分化したことと等価となり、超音波像の分解能を向上させることができる。【００４５】  特に、各振動要素３４−１〜３４−３０に印加する直流バイアスの大きさを区文単位あるいは振動要素単位で異ならせることにより、直流バイアスの大きさに応じて各振動要素３４−１〜３０から射出される超音波の強度が違ったものになる。したがって、各振動要素に印加する直流バイアスの大きさを制御することにより、超音波ビームの強度を可変したり、あるいは所望の音圧分布を持たせることができる。その結果、必要に応じて超音波ビームのビーム幅や焦点の深度方向及び方位方向の位置をリアルタイム（例えば、超音波診断中）に調整できるため、使い勝手が向上する。【００４６】  例えば、図３に示すように、振動要素３４−１〜３４−３０を短軸方向Ｙに並べて振動子２６ａを形成することにより、短軸方向Ｙが振動要素３４−１〜３４−３０によって細分化されたことと等価となり、超音波像の分解能が一層向上する。さらに、短軸方向Ｙの音圧分布を制御して短軸方向のビーム幅及び焦点深度を任意に制御できる。【００４７】  また、図３及び図７に示すように、振動要素３４−１〜３４−３０を複数の区分Ｐ１〜Ｐ３に分け、同じ区分（例えば、区分Ｐ１）に属する各振動要素（例えば、振動要素３４−１〜３４−１０）の電極（例えば、電極３５）を共通に接続している。これによれば、単一の振動要素（例えば、振動要素３４−１）から射出される超音波強度が微弱であるときでも、各区分に属する振動要素の数を増やすことにより、超音波像を撮像するのに必要な超音波強度を確保できる。【００４８】  また、単一の振動要素（例えば、振動要素３４−１）から射出される超音波強度が大きいときは、区分ごとに代えて振動要素３４−１〜３４−３０ごとに大きさが異なるバイアス電圧を印加してもよい。これにより、超音波ビームの音圧分布の調整レンジをより一層細分化できる。また、振動子２６ａ〜２６ｃを短軸方向Ｙに複数の区分Ｐ１〜Ｐ３に分けていることから、短軸方向Ｙの超音波ビームの音圧分布を区分単位で調整できる。【００４９】  第１の実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図３及び図７の振動子は、同じ区分に属する振動要素の数が等しいが、超音波口径の中心に向うにつれて組単位で振動子の数を増やしてもよい。これにより、超音波口径の端部の影響を低減できるため、超音波像のＳ／Ｎを高めることができる。【００５０】  また、図７に示す振動子２６ａ〜２６ｃの長軸方向Ｘのビーム幅及び焦点深度については、各振動子２６ａ〜２６ｃから出力される反射エコー信号に対し、整相加算手段１８によってダイナミックフォーカスを行うことにより調整することができる。この場合において、ダイナミックフォーカス技術と伴に、あるいはその技術に代えて、各振動子（例えば、振動子２６ａ）の長軸方向Ｘに振動要素３４−１〜３４−３０を並べて形成し、各振動要素に大きさが異なる直流バイアスを印加することにより、超音波ビームの長軸方向Ｘのビーム幅や焦点位置を制御してもよい。また、振動要素３４−１〜３４−３０を長軸方向Ｘに複数の組（区分）に分け、区分単位で大きさが異なる直流バイアスを各振動要素３４−１〜３４−３０に印加することにより、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布を区分単位で制御することもできる。【００５１】  また、本実施形態によれば、各振動要素３４−１〜３４−３０に印加する直流バイアスの大きさを異ならせることにより、送信手段１２から超音波探触子１０に共通の駆動信号（例えば、同一振幅の駆動信号）を供給しても、超音波ビームの音圧分布を制御することができる。したがって、送信手段１２の回路は、振幅がそれぞれ異なる駆動信号を生成する送信系回路よりも、構成が簡素になる。【００５２】  また、図３に示すように、振動要素３４−１〜３４−３０は、六角形の薄板形状に構成されている。このように六角形で構成することにより、振動要素３４−１〜３４−３０間の隙間（ギャップ）を狭めることができる。したがって、振動要素３４−１〜３４−３０を密集させて配列させることができる。その結果、振動要素３４−１〜３４−３０の単位面積あたりの配列数が多くなるため、所望の超音波ビームの強度を確保できる。また、振動子２６ａの表面形状が曲面のときでも、その曲面に対応させて電極３５〜３７を湾曲させることにより、平面形状の振動要素３４−１〜３４−３０を振動子２６ａに配列させることができる。ただし、振動要素３４−１〜３４−３０の形状は、六角形に限らず、八角形などの多角形や、円形であってもよい。また、各振動要素３４−１〜３４−３０は、直径が例えば、１０μｍの大きさに形成されるが、振動子２６ａの表面端部に配列される振動要素だけを小さく形成することにより、振動要素３４−１〜３４−３０の密集度を一層高めることができる。また、図２では、複数の振動子２６ａ〜２６ｍにより矩形の超音波口径が形成される例を説明したが、円板状の振動子を並べて円形の超音波口径を形成する場合にも本発明を適用できる。【００５３】  また、図６に示すスイッチ手段については、スイッチ５３−１〜５３−ｎの数を増やすことにより、バイアス電圧の大きさを細かく調整することができる。また、制御手段２４から出力される指令を伝達する制御配線の数は、振動子５５の区分数Ａに対応しているが、必ずしも一致させる必要はない。例えば、超音波ビームを短軸方向の中央位置を中心として対称に形成するときは、制御配線の数を区分数Ａの半分にすることができる。【０��５４】  （第２の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第２の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、各振動子の複数の組（区分）を更に複数のグループに分け、グループ単位で大きさが異なる直流バイアスを印加することにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。なお、相互に対応する個所については同一の符号を付して説明する。【００５５】  図８は、本発明を適用した第２の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。図８に示すように、振動子７０は、複数の振動要素を有して形成されている。複数の振動要素は、短軸方向Ｙに複数の区分Ｐ１〜Ｐ９に分けられている。なお、各振動要素は、図４に示したものと同様の形態に形成されている。そして、複数の区分Ｐ１〜Ｐ９は、短軸方向Ｙに３つのグループＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３に分けられている。例えば、グループＧ１１は、３つの区分Ｐ１〜Ｐ３から形成されている。【００５６】  グループＧ１１に属する区分Ｐ１〜Ｐ３と、グループＧ１３に属する区分Ｐ７〜Ｐ９にバイアス電圧Ｖａを印加することにより、区分Ｐ１〜Ｐ３と、Ｐ７〜Ｐ９に属する振動要素の電気機械結合係数がＳａとなる。一方、グループＧ１２に属する区分Ｐ４〜Ｐ６にバイアス電圧Ｖｂを印加することにより、区分Ｐ４〜Ｐ６に属する振動要素の電気機械結合係数がＳｂとなる。すなわち、図８Ａに示すように、振動子の電気機械結合係数は、短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて短軸方向Ｙにグループ単位で大きくされる。このような電気機械結合係数に基づいて振動子７０から超音波が射出される。これにより、各振動要素に共通の駆動信号が入力されるときでも、超音波ビームの音圧分布は、図８に示すように、短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて大きさが大きくなる重み付け関数７１として表されるものとなる。【００５７】  また、図８に示すように、振動子７０は、区分Ｐ１、Ｐ２からなるグループＧ２１と、区分Ｐ３、Ｐ４からなるグループＧ２２と、区分Ｐ５からなるグループＧ２３と、区分Ｐ６、Ｐ７からなるグループＧ２４と、区分Ｐ８、Ｐ９からなるグループＧ２５という５つの区分に分けることもできる。【００５８】  グループＧ２１に属する区分Ｐ１、Ｐ２と、グループＧ２５に属する区分Ｐ８、Ｐ９にバイアス電圧Ｖａを印加することにより、区分Ｐ１、Ｐ２、Ｐ８、Ｐ９に属する振動要素の電気機械結合係数がＳａとなる。グループＧ２２に属する区分Ｐ３、Ｐ４と、グループＧ２４に属する区分Ｐ６、Ｐ７にバイアス電圧Ｖｂを印加することにより、区分Ｐ３、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ７に属する振動要素の電気機械結合係数がＳｂとなる。グループＧ２３に属する区分Ｐ５にバイアス電圧Ｖｃ（Ｖｃ＞Ｖｂ＞Ｖａ）を印加することにより、区分Ｐ５に属する振動要素の電気機械結合係数がＳｃとなる。すなわち、図８Ｂに示すように、振動子の電気機械結合係数は、短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて短軸方向Ｙにグループ単位で大きくされる。このような電気機械結合係数に基づいて振動子７０から超音波を射出することにより、各振動要素に共通の駆動信号が入力されるときでも、短軸方向Ｙの中心部���向うにつれて大きさが大きくなる重み付け関数７２として表される音圧分布を実現できる。【００５９】  本実施形態によれば、図８に示す重み付け関数７１、７２から分かるように、グループを構成する区分の数を変えることにより、超音波ビームの音圧分布を細かく制御することが可能になる。すなわち、グループを構成する区分の数を適宜増やしたり減らしたりすることにより、超音波ビームの音圧分布の調整レンジを細かくできる。なお、グループの分け方については、区分ごとに送波される超音波の強度などを考慮して適宜決めればよい。また、振動子７０の区分をグループ化する例を説明したが、グループ化することに代えて、振動要素ごとに印加するバイアス電圧Ｖｃの大きさを制御し、振動子の電気機械結合係数を短軸方向Ｙの中心部に向うにつれて大きくしてもよい。なお、本実施形態は、第１の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００６０】  （第３の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第３の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第１及び第２の実施形態と異なる点は、焦点深度に応じて直流バイアスを印加する区分を変えることにある。したがって、第１及び第２の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。なお、相互に対応する個所については同一の符号を付して説明する。【００６１】  図９は、本発明を適用した第３の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向の音圧分布を示す説明図である。図９に示すように、複数の振動要素が形成してなる振動子７３は、短軸方向Ｙに７つの区分Ｐ１〜Ｐ７に分けられている。また、超音波ビームの焦点位置として深度方向Ｚに３つの焦点Ａ〜Ｃが設定されている。なお、超音波を送波する時間をｔ＝０とし、焦点Ａ、Ｂ、Ｃから発生する反射エコー信号を受波する時間をそれぞれｔ＝ｔａ、ｔ＝ｔｂ、ｔ＝ｔｃとする。【００６２】  図９Ｂに示すように、焦点Ａから発生する反射エコー信号を受波するとき（ｔ＝ｔａ）、制御手段２４の指令に応じて、バイアス手段１４により区分Ｐ３〜Ｐ５が選択される。選択された区分Ｐ３〜Ｐ５に所定の大きさのバイアス電圧がそれぞれ印加される。また、焦点Ｂから発生する反射エコー信号を受波するときは（ｔ＝ｔｂ）、制御手段２４の指令に応じて、バイアス手段１４により区分Ｐ２〜Ｐ６が選択される。選択された区分Ｐ２〜Ｐ６に所定の大きさのバイアス電圧がそれぞれ印加される。さらに、焦点Ｃから発生する反射エコー信号を受波するときは（ｔ＝ｔｃ）、区分Ｐ１〜Ｐ７が選択される。選択された区分Ｐ１〜Ｐ７に所定の大きさのバイアス電圧がそれぞれ印加される。なお、バイアス電圧が印加されない区分においては、その区分に属する振動要素の電気機械結合係数は、超音波ビームのビームパターンに影響のない程に小さい。【００６３】  本実施形態によれば、焦点Ａ〜Ｃから発生する反射エコー信号を受波する時間ごとに、バイアス電圧を印加する区分を変えることにより、焦点Ａ〜Ｃの深度に応じて、反射エコー信号を受波する超音波口径を可変することができる。したがって、焦点深度が浅くなるにつれて受信口径を自動的に小さくする可変口径の技術を適用した場合と等価となり、短軸方向における超音波探触子１０に近い部分の方位分解能を向上させることができる。【００６４】  また、焦点深度に応じて選択した区分に印加するバイアス電圧の大きさを適宜制御すれば、図９Ｂに示す重み付け関数７４、７５、７６から分かるように、焦点深度に応じて超音波ビームの強度を可変したり、あるいは短軸方向Ｙに所望の音圧分布を持たせることができる。その結果、必要に応じて超音波ビームの短軸方向Ｙのビーム幅や焦点の深度方向及び方位方向の位置をリアルタイムに調整できるため、使い勝手が向上する。要するに、超音波探触子１０から撮像部位までの距離に応じて、直流バイアスを印加する振動要素を区分単位で選択することにより、距離に応じた最適な超音波ビームを形成することができる。【００６５】  また、焦点Ａ〜Ｃから発生する反射エコー信号を受信するときの動作を中心に説明したが、振動子７３から超音波を送波するときも同様に適用する��とができる。例えば、超音波送波ビームの焦点位置の深度に応じて振動子７３の区分を選択する。そして、振動子７３に駆動信号が入力されるとき、選択された区分にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧が印加された区分から超音波が射出される。これによれば、選択する区分数を制御したり、電圧バイアスの大きさを制御したりすることにより、焦点の深度に応じて超音波送波ビームのビーム形状を最適化できる。【００６６】  また、本実施形態は、第１及び第２の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００６７】  （第４の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第４の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第１ないし第３の実施形態と異なる点は、長軸方向Ｘに配列する振動子ごとに大きさが異なるバイアス電圧を印加することにより、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布を制御することにある。したがって、第１ないし第３の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。なお、相互に対応する個所については同一の符号を付して説明する。【００６８】  図１０は、本発明を適用した第４の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの長軸方向の音圧分布を示す説明図である。図１０に示すように、複数の振動要素が形成してなる振動子２６ａ〜２６ｍが長軸方向Ｘに配列されている。各振動子２６ａ〜２６ｍは図４に示すものと同様である。【００６９】  本実施形態では、長軸方向Ｘの中心部に位置する振動子に大きさが比較的大きいバイアス電圧を印加する。また、長軸方向Ｘの中心部から端部に向うにつれて振動子単位で大きさが小さくされたバイアス電圧を各振動子に印加する。例えば、振動子２６（ｍ／２）は、比較的大きいバイアス電圧が印加される。振動子２６ａ、２６ｍは、比較的小さいバイアス電圧が印加される。これによって、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布は、図１０の重み付け関数７８に示すように、長軸方向Ｘの中心部から端部に向うにつれて強度が小さくなる。【００７０】  本実施形態によれば、長軸方向Ｘに配列された各振動子２６ａ〜２６ｍに印加するバイアス電圧の大きさを制御することにより、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布をリアルタイムに変更することができる。なお、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布を制御するに際し、ダイナミックフォーカス技術と併用することもできる。【００７１】  また、本実施形態は、第１ないし第３の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００７２】  （第５の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第５の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第１ないし第４の実施形態と異なる点は、超音波ビームの長軸方向Ｘ及び短軸方向Ｙの双方の音圧分布を制御することにある。したがって、第１ないし第４の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。なお、相互に対応する個所については同一の符号を付して説明する。【００７３】  図１１は、本発明を適用した第５の実施形態の超音波撮像装置による超音波ビームの短軸方向および長軸方向の音圧分布を示す説明図である。図１１Ａに示すように、複数の振動子２６ａ〜２６ｍが並べて配列されている。各振動子（例えば、振動子２６ａ）は、複数の振動要素を有している。各振動子（例えば、振動子２６ａ）の振動要素は、短軸方向Ｙに３つの区分Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３に分けられている。なお、各振動要素は、図４に示すものと同様である。【００７４】  本実施形態では、短軸方向Ｙにおいて、区分Ｇ１１、Ｇ１３に印加するバイアス電圧を比較的小さくし、区分Ｇ１２に印加するバイアス電圧を比較的大きくする。これによって、超音波ビームの短軸方向Ｙの音圧分布は、図１１Ａに示すような重み付け関数８０として表されたものとなる。同時に、長軸方向Ｘにおいては、中央部に位置する振動子２６（ｍ／２）に印加するバイアス電圧を比較的大きくし、端部に向うにつれて振動子単位でバイアス電圧を比較的小さくする。これによって、超音波ビームの長軸方向Ｘの音圧分布は、図１１Ａに示すような重み付け関数８１として表されたものとなる。【００７５】  本実施形態によれば、図１１Ｂに示すように、振動子２６ａ〜２６ｍに印加するバイアス電圧の大きさを長軸方向Ｘ及び短軸方向Ｙに分布を持たせることにより、超音波ビームの音圧分布を三次元的に制御することができることから、最適な音圧分布を実現することが容易になる。【００７６】  また、本実施形態は、第１ないし第４の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００７７】  （第６の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第６の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第１ないし第５の実施形態と異なる点は、振動素子の製造過程などに起因する電気機械結合係数のばらつきを補正することにある。したがって、第１ないし第５の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。なお、相互に対応する個所については同一の符号を付して説明する。【００７８】  図１２は、本実施形態の補正制御手段を示す構成図である。図１３は、本実施形態の効果を示す説明図である。なお、図１２では、図９の振動子７３を用いた一例を説明する。図１２に示すように、振動子７３は、送信手段１２と受信手段１６を有する送受信手段８２に接続されている。送受信手段８２は、制御手段２４の指令に応じ、送信手段１２と受信手段１６を切り替えて振動子７３に接続する送受分離スイッチ８４を有している。また、振動子７３の区分Ｐ１〜Ｐ７から送波される超音波の信号強度を記憶する記憶手段（以下、ＲＡＭ８６−１〜８６−７）が区分ごとに設けられている。そして、ＲＡＭ８６−１〜８６−７から読み出された信号強度に基づき補正指令を生成して制御手段２４に出力する補正制御手段８８が備えられている。補正指令は、ＲＡＭ８６−１〜８６−７から読み出された信号強度に基づき、各振動要素（又は区分単位、あるいはグループ単位）の電気機械結合係数を設定値に合わせる指令である。また、振動子７３の区分Ｐ１〜Ｐ７に所定の大きさのバイアス電圧を印加するバイアス手段１４が配設されている。なお、送信手段１２の前段に、駆動信号をディジタル信号からアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段９０が接続されている。また、受信手段１６の後段に、振動子７３から出力される反射エコー信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するアナログディジタル変換手段９２が接続されている。【００７９】  本実施形態では、超音波撮像を開始する前に、バイアス手段１４により共通のバイアス電圧ｇ０（ｎ）が各区分Ｐ１〜Ｐ７に属する振動要素に印加される。これによって、各区分Ｐ１〜Ｐ７に属する振動要素から超音波が送波される。送波された超音波の信号強度を区分Ｐ１〜Ｐ７ごとに測定する。測定された信号強度は、各区分Ｐ１〜Ｐ７に対応してＲＡＭ８６−１〜８６−７に記憶される（予備計測工程）。ＲＡＭ８６−１〜８６−７から読み出した信号強度と、予め定められた設定値との偏差が補正制御手段８８により求められる。求められた偏差に基づき、区分Ｐ１〜Ｐ７ごとの電気機械結合係数が設定値になる補正バイアス電圧が算出される。算出された補正バイアスは、補正制御手段８８から制御手段２４に出力される（補正工程）。出力された補正バイアス電圧に基づき、制御手段２４からバイアス手段１４に指令が出力される。制御手段２４からの指令に応じ、バイアス手段１４により補正バイアス電圧が各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加される。【００８０】  補正制御手段８８の制御について詳細に説明する。各区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数をｆ（ｎ）とする。各区分Ｐ１〜Ｐ７に振幅が「１」の駆動信号を入力する場合、区分Ｐ１〜Ｐ７ごとに送波される超音波信号Ｓは、α×ｆ（ｎ）と表される��なお、ｎは、区分の番号でありαは、所定の係数である。【００８１】  各区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数が同じであれば、送波される区分Ｐ１〜Ｐ７ごとの超音波信号Ｓも同一となるが、各区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数が異なるときは（図１３Ａ）、送波される超音波信号Ｓも異なったものとなる。その場合、各区分Ｐ１〜Ｐ７から送波される超音波は、各超音波信号Ｓの信号強度の差に起因して焦点以外の位置でも強め合うことがあるため、不要応答が生じて超音波送波ビームにアーチファクトなどが発生する場合がある。【００８２】  この点、本実施形態では、補正制御手段８８により、各区分Ｐ１〜Ｐ７の超音波信号を均一にする補正バイアス電圧ｇ（ｎ）が数１式のように算出される。
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数１式から分かるように、各区分Ｐ１〜Ｐ７の超音波信号Ｓの大きさに応じてバイアス電圧に重みを付けることにより（図１３Ｂ）、各区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数が均一の場合と等価に補正される（図１３Ｃ）。【００８３】  本実施形態によれば、振動子に振動要素および区分Ｐ１〜Ｐ７を形成する際、振動要素又は区分の形成過程に起因して区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数にばらつきが生じたとき、そのばらつきに応じて、各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加するバイアス電圧が補正される。これにより、区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数が均一の場合と等価となり、各区分Ｐ１〜Ｐ７から送波される超音波は、焦点位置で強めあうと共に他の位置では弱め合う結果となるため、良好な超音波ビームを形成することができる。【００８４】  本実施形態では、区分Ｐ１〜Ｐ７ごとの電気機械結合係数のばらつきに基づいて各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加するバイアス電圧を補正する例を説明したが、振動子単位あるいは振動要素単位で補正してもよい。また、本実施形態は、第１ないし第５の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００８５】  （第７の実施形態）
本発明を適用した超音波探触子及び超音波撮像装置の第７の実施形態について説明する。本実施形態が第６の実施形態と異なる点は、送受信系回路に起因するばらつきも補正することにある。第６の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。【００８６】  本実施形態では、図１２のＲＡＭ８６−１〜８６−７は、第６の実施形態で説明した電気機械結合係数に、送信手段１２と受信手段１６と送受分離スイッチ８４に起因する信号のばらつきを加味した情報を記憶する。【００８７】  例えば、送信手段１２に振幅が「１」の駆動信号が入力された際の送信手段１２の出力信号をＴ（ｎ）とする。また、送受分離スイッチ８４に振幅が「１」の駆動信号が入力された際の送受分離スイッチ８４の出力信号をＴＲ−ｔ（ｎ）とする。この場合、各区分Ｐ１〜Ｐ７から射出される超音波信号ＳＴは、数２式のように表される。したがって、補正制御手段８８は、各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加する補正バイアス電圧ｇｔ（ｎ）を数３式のように算出する。数３式から分かるように、各区分Ｐ１〜Ｐ７から送波される超音波に影響を及ぼす送波系回路に起因する信号のばらつきがない場合と等価に補正される。これにより、超音波像に生じるアーチファクトを低減して超音波像のＳ／Ｎを向上させることができる。
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また、送受分離スイッチ８４に振幅が「１」の反射エコー信号が入力された際の送受分離スイッチ８４の出力信号をＴＲ−ｒ（ｎ）とする。また、受信手段１６に振幅が「１」の反射エコー信号が入力された際の受信手段１６の出力信号をＲ（ｎ）とする。この場合、受信手段１６から出力される区分Ｐ１〜Ｐ７ごとの反射エコー信号ＳＲは、数４式のように表される。したがって、補正制御手段８８は、各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加する補正バイアス電圧ｇｒ（ｎ）を数５式のように算出する。これにより、各区分Ｐ１〜Ｐ７から出力される反射エコー信号に影響を及ぼす受波系回路に起因する信号のばらつきがない場合と等価に補正される。これにより、超音波像に生じるアーチファクトを低減して超音波像のＳ／Ｎを向上させることができる。
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本実施形態によれば、超音波ビームを送波するときはバイアス電圧ｇｔ（ｎ）を各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加し、超音波ビームを受波するときはバイアス電圧ｇｒ（ｎ）に切り替えて印加することにより、電気機械結合係数のばらつきに加えて送受分離スイッチ８４と送信手段１２と受信手段１６の回路に起因する超音波信号のばらつきを補正することができる。したがって、超音波像に生じるアーチファクトを低減して超音波像のＳ／Ｎを向上させることができる。【００８８】  要するに、振動要素に区分Ｐ１〜Ｐ７単位で直流バイアスｇ０（ｎ）を印加して各区分Ｐ１〜Ｐ７の電気機械結合係数を計測する予備計測工程と、計測された電気機械結合係数に基づいて直流バイアスｇ０（ｎ）の大きさをｇｒ（ｎ）に補正する補正工程を有する。そして、振動要素から超音波を送波するときに振動要素に印加される直流バイアスｇｔ（ｎ）と、振動要素で受波するときに振動要素に印加される直流バイアスｇｒ（ｎ）を切り替えて印加することにより、送信系回路の信号のばらつきと受信系回路の信号のばらつきをそれぞれ補正することができる。なお、直流バイアスｇｔ（ｎ）の大きさは、直流バイアスｇｒ（ｎ）と異なってもよい。【００８９】  本実施形態では、区分Ｐ１〜Ｐ７ごとの送信系回路や受信系回路のばらつきに基づいて各区分Ｐ１〜Ｐ７に印加するバイアス電圧を補正する例を説明したが、振動子単位あるいは振動要素単位で補正してもよい。また、本実施形態は、第１ないし第５の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせることができる。【００９０】  以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これらに限られるものではない。例えば、図７は、区分Ｐ１〜Ｐ３に印加するバイアス電圧の大きさを区分単位で重みを付けることにより、超音波口径の中央位置を中心として短軸方向に対称な超音波ビームを形成する例を示すが、区分単位でバイアス電圧の大きさを制御することにより超音波ビームを偏向することもできる。要するに、複数の振動要素を短軸方向に複数の区分に分け、各振動要素に印加する直流バイアスの大きさを超音波口径の中央位置を中心として非対称に重みを組単位で付けることで超音波探触子により送受される超音波ビームを偏向することができる。なお、長軸方向についても同様である。【００９１】  また、図４は、化合物半導体を含んだ材料からなる振動要素の一例を示すが、電歪材から振動要素を形成することもできる。電歪材としては、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３系固溶体セラミックスなどの緩和型強誘電体において強誘電体への相転移温度が比較的室温付近にある磁器組成物や、その磁器板を縦横に多数の微細柱に分割し、分割間を樹脂などで充填した複合材料を用いればよい。要するに、振動要素は、印加されるバイアス電圧の大きさによって電気機械結合係数が変化する材料から形成すればよい。
【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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