(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサー素子と、
クロック信号に基づいて矩形波のパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、
前記超音波トランスデューサー素子とインダクターと抵抗とからなる共振回路と、
を含む超音波測定装置であって、
前記共振回路は、前記パルス信号出力回路の出力ノードに接続され、
前記パルス信号出力回路は、前記パルス信号のパルス電圧及びパルス幅、パルス出力タイミングの少なくとも１つが異なる複数のパルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記パルス信号出力回路は、
第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧で、第１パルス信号を出力し、
前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス電圧と異なる第２パルス電圧で、第２パルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１パルス信号は、
正極又は負極のいずれか一方の極性である第１極性パルス信号であり、
前記第２パルス信号は、
前記一方と異なる他方の極性である第２極性パルス信号であり、
前記第２パルス電圧の絶対値は、
前記第１パルス電圧の絶対値よりも小さいことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記パルス信号出力回路は、
第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、
前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス幅と異なる第２パルス幅で、第２パルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２パルス幅は、
前記第１パルス幅よりも大きいことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記第２パルス信号は、
前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の共振振動抑制用のパルス信号であることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記第２パルス信号は、
前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号であることを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記パルス信号出力回路は、
第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧及び第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、
前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス電圧よりも絶対値が小さい第２パルス電圧で、前記第１パルス幅よりも長い第２パルス幅の第２パルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記パルス信号出力回路は、
第１期間において、１又は複数の第１期間パルス信号を出力し、前記第１期間の後の第２期間において、前記パルス信号を出力せず、前記第２期間の後の第３期間において、第３期間パルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記パルス信号出力回路は、
前記第３期間において、前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記パルス信号出力回路は、
前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の波形の包絡線が正弦波形となるパルス信号を出力することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の超音波測定装置と、
送信した超音波に対する超音波エコーに基づいて生成された表示用画像データを表示する表示部と、
を含むことを特徴とする超音波画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置及び超音波画像装置等に関係する。
【背景技術】
【０００２】
被検体である人体の内部を検査するために用いる装置として、対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する超音波測定装置が注目されている。さらに、超音波測定装置は、内臓脂肪の測定や血流量の測定など、被検体の表層の画像診断にも応用されている。
【０００３】
例えば超音波測定装置による測定を行って、Ｂモード画像を生成する際には、超音波エコー（受信波）の受信時の散乱ノイズを低減して、受信波におけるＳ／Ｎを向上させる必要がある。そのためには、例えば、超音波測定装置の超音波トランスデューサー素子に入力する送信信号に高調波成分が含まれないようにし、送信信号における過渡応答も短くすることが望ましい。
【０００４】
そのような超音波測定装置に関連する発明として、特許文献１では、超音波トランスデューサー素子に入力する送信波を正弦波に近付ける手法が開示されている。また、特許文献２では、超音波トランスデューサー素子に入力する矩形波の駆動パルスのパルス幅を短くして、送信波の過渡応答を低減させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−５６８３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９４０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述した特許文献１の手法を用いたとしても、パルサーから出力される一般的な送信駆動波形が矩形波であるため、送信波に高調波成分が含まれてしまう。特にハーモニックイメージングを用いる場合には、送信波に高調波成分が含まれてしまうと、受信波に含まれる高調波成分が、非線形効果による高調波成分か、送信波に含まれていた高調波成分に基づく高調波成分かを区別できなくなり、適切なＢモード画像を生成できないという問題があった。
【０００７】
また、前述した特許文献２の手法では、パルス電圧が一定のため、十分な制振作用を得ることが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明の幾つかの態様によれば、超音波トランスデューサー素子に入力する送信波の高調波成分を除去し、送信波の過渡応答を抑制することができる超音波測定装置及び超音波画像装置等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、クロック信号に基づいて矩形波のパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、前記パルス信号出力回路の出力ノードに接続され、超音波トランスデューサー素子を有し、ローパスフィルターの周波数特性を有する共振回路と、を含み、前記パルス信号出力回路は、前記パルス信号のパルス電圧及びパルス幅、パルス出力タイミングの少なくとも１つが異なる複数のパルス信号を出力する超音波測定装置に関係する。
【００１０】
本発明の一態様では、パルス信号出力回路が、パルス信号のパルス電圧及びパルス幅、パルス出力タイミングの少なくとも１つが異なる複数のパルス信号を共振回路に出力し、入力された複数のパルス信号に基づく送信信号を超音波トランスデューサー素子に入力する。これにより、超音波トランスデューサー素子に入力する送信波の高調波成分を除去し、送信波の過渡応答を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧で、第１パルス信号を出力し、前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス電圧と異なる第２パルス電圧で、第２パルス信号を出力してもよい。
【００１２】
これにより、異なるタイミングにおいて、異なる電圧のパルス信号を出力して、送信波の振幅制御や過渡応答の抑制を図ること等が可能になる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記第１パルス信号は、正極又は負極のいずれか一方の極性である第１極性パルス信号であり、前記第２パルス信号は、前記一方と異なる他方の極性である第２極性パルス信号であり、前記第２パルス電圧の絶対値は、前記第１パルス電圧の絶対値よりも小さくてもよい。
【００１４】
これにより、第２パルス信号に対応する送信波の振幅が、第１パルス信号に対応する送信波の振幅よりも大きくなることを抑制すること等が可能になる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス幅と異なる第２パルス幅で、第２パルス信号を出力してもよい。
【００１６】
これにより、異なるタイミングにおいて、異なるパルス幅のパルス信号を出力して、送信波の振幅制御や過渡応答の抑制を図ること等が可能になる。
【００１７】
また、本発明の一態様では、前記第２パルス幅は、前記第１パルス幅よりも大きくてもよい。
【００１８】
これにより、例えば、送信波の振幅が第２パルス信号により負になった後に、共振振動により正極側に大きくなることを抑圧して、過渡応答を抑制すること等が可能になる。
【００１９】
また、本発明の一態様では、前記第２パルス信号は、前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の共振振動抑制用のパルス信号であってもよい。
【００２０】
これにより、送信信号の共振振動を抑制すること等が可能になる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、前記第２パルス信号は、前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号であってもよい。
【００２２】
これにより、送信信号の残響（過渡応答）を抑制すること等が可能になる。
【００２３】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧及び第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、前記第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、前記第１パルス電圧よりも絶対値が小さい第２パルス電圧で、前記第１パルス幅よりも長い第２パルス幅の第２パルス信号を出力してもよい。
【００２４】
これにより、第２パルス信号に対応する送信波の振幅が、第１パルス信号に対応する送信波の振幅よりも大きくなることを抑制し、かつ、送信波の振幅が第２パルス信号により負になった後に、共振振動により正極側に大きくなることを抑圧して、過渡応答を抑制すること等が可能になる。
【００２５】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、第１期間において、１又は複数の第１期間パルス信号を出力し、前記第１期間の後の第２期間において、前記パルス信号を出力せず、前記第２期間の後の第３期間において、第３期間パルス信号を出力してもよい。
【００２６】
これにより、電圧源の数を増やさずに、矩形波駆動の簡単なタイミング制御で、送信波形の包絡線を（略）正弦波曲線に近似させることができ、送信波の過渡応答を短くすること等が可能になる。
【００２７】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、前記第３期間において、前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号を出力してもよい。
【００２８】
これにより、送信信号の残響（過渡応答）を抑制すること等が可能になる。
【００２９】
また、本発明の一態様では、前記パルス信号出力回路は、前記超音波トランスデューサー素子の送信信号の波形の包絡線が正弦波形となるパルス信号を出力してもよい。
【００３０】
これにより、例えばハーモニックイメージングを行う場合に、送信波に含まれる高調波成分による反射波がなく、非線形効果による高調波成分のみで適切な画像生成を生成すること等が可能になる。
【００３１】
また、本発明の他の態様は、超音波測定装置と、送信した超音波に対する超音波エコーに基づいて生成された表示用画像データを表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本実施形態の超音波測定装置の送信回路の構成例。
【図２】パルサーの構成例。
【図３】第１の実施形態における第１の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図４】第１の実施形態における第１の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図５】第１の実施形態における第２の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図６】第１の実施形態における第２の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図７】パルサーの他の構成例。
【図８】第１の実施形態における第３の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図９】第１の実施形態における第３の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図１０】第１の実施形態における第４の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図１１】第１の実施形態における第４の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図１２】第１の実施形態における第５の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図１３】第１の実施形態における第５の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図１４】第１の実施形態における第６の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図１５】第１の実施形態における第６の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図１６】第１の実施形態における第７の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図１７】第１の実施形態における第７の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、半波の送信波形の説明図。
【図１９】第２の実施形態における第１の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図２０】第２の実施形態における第１の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図２１】第２の実施形態における第２の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図２２】第２の実施形態における第２の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図２３】第２の実施形態における第３の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図２４】第２の実施形態における第３の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図２５】第２の実施形態における第４の実施例のパルサー駆動方法の説明図。
【図２６】第２の実施形態における第４の実施例のパルサー出力波形と送信波形の説明図。
【図２７】図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。
【図２８】超音波トランスデューサーデバイスの構成例。
【図２９】図２９（Ａ）、図２９（Ｂ）は、各チャンネルに対応して設けられる超音波トランスデューサー素子群の構成例。
【図３０】図３０（Ａ）〜図３０（Ｃ）は、本実施形態の超音波画像装置の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下で説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３４】
１．概要
前述したように、例えば超音波測定装置による測定を行って、Ｂモード画像を生成する際には、超音波エコー（受信波）の受信時の散乱ノイズを低減して、受信波におけるＳ／Ｎを向上させる必要がある。そのためには、例えば、超音波測定装置の超音波トランスデューサー素子に入力する送信信号（送信波）に高調波成分が含まれないようにし、送信信号における過渡応答も短くすることが望ましい。さらに、送信波における正極側の振幅の絶対値と負極側の振幅の絶対値が同じであれば、なお良い。
【００３５】
しかし、前述した特許文献１の手法では、パルサーから出力される一般的な送信駆動波形が矩形波であるため、送信波に高調波成分が含まれてしまう。特にハーモニックイメージングを用いる場合には、送信波に高調波成分が含まれてしまうと、受信波に含まれる高調波成分が、非線形効果による高調波成分か、送信波に含まれていた高調波成分に基づく高調波成分かを区別できなくなり、適切なＢモード画像を生成できない。また、前述した特許文献２の手法でも、パルス電圧が一定のため、十分な制振作用を得ることが難しい。
【００３６】
そこで以下で説明する本実施形態の超音波測定装置１００は、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）に示すように、クロック信号に基づいて矩形波のパルス信号を出力するパルス信号出力回路（パルサー）１１０と、パルス信号出力回路１１０の出力ノードに（電気的に）接続され、超音波トランスデューサー素子を有し、ローパスフィルター（ＬＰＦ）の周波数特性を有する共振回路１２０と、を含む。
【００３７】
そして、パルス信号出力回路１１０は、パルス信号のパルス電圧及びパルス幅、パルス出力タイミングの少なくとも１つが異なる複数のパルス信号を出力する。
【００３８】
つまり、本実施形態では、パルス信号出力回路１１０が、パルス信号のパルス電圧及びパルス幅、パルス出力タイミングの少なくとも１つが異なる複数のパルス信号を共振回路１２０に出力し、共振回路１２０に入力された複数のパルス信号に基づく送信信号を超音波トランスデューサー素子に入力する。言い換えれば、矩形波駆動におけるパルス電圧、パルス幅及びパルス出力タイミングを制御して、過渡応答が短く、（略）正弦波の送信波を得る。これにより、超音波トランスデューサー素子に入力する送信波の高調波成分を除去し、送信波の過渡応答を抑制することができる。
【００３９】
２．第１の実施形態
２．１．  システム構成例
次に、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に本実施形態の超音波測定装置１００に含まれる送信回路の構成例を示す。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す送信回路は、パルサー１１０（パルス信号出力回路１１０）と、パルサー１１０の出力側にローパスフィルターを有する。また、前述したように、このローパスフィルターは、超音波トランスデューサー素子（振動素子）と共に、共振回路１２０を構成している。
【００４０】
図１（Ａ）には、容量成分Ｃを有する超音波トランスデューサー素子に対して、直列にインダクターＬと、抵抗Ｒの受動素子を挿入することで、ＬＣＲのローパスフィルターを構成した例を示す。超音波トランスデューサー素子の容量成分Ｃもローパスフィルターの構成要素として機能する。また、ローパスフィルターを構成する上では、超音波トランスデューサー素子と並列に受動容量素子を挿入しても良いが、本例では説明の簡略化のために省略した。
【００４１】
一方、図１（Ｂ）には、超音波トランスデューサー素子とインダクターＬを直列に接続し、超音波トランスデューサー素子と抵抗Ｒを並列に接続してローパスフィルターを構成した例を示す。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の両構成ともローパスフィルターとして、同様の機能を有する。なお、超音波測定装置１００は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【００４２】
また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、パルサー出力波ＰＯとは、パルサー１１０の出力信号であり、共振回路１２０に入力される信号である。また、送信波ＴＰとは、パルサー出力波ＰＯに基づいて、超音波トランスデューサー素子に入力される信号である。
【００４３】
次に、パルサー１１０の構成図を図２に示す。パルサー１１０は正の電源電圧Ｖｐに対応するスイッチ素子のＰ型ＭＯＳＦＥＴ（ＴＰＦ）と、負の電源電圧Ｖｎに対応するスイッチ素子のＮ型ＭＯＳＦＥＴ（ＴＮＦ）と、コントローラー１２１を有する。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（ＴＰＦ）とＮ型ＭＯＳＦＥＴ（ＴＮＦ）のゲートトリガー信号は、コントローラー１２１を介して、駆動制御信号（ロジック信号）ＰＩＮと駆動制御信号ＮＩＮにより駆動制御され、正パルス、負パルスを形成して出力される。また、矩形波であるパルサー出力波ＰＯも、正パルス、負パルスを形成して出力される。なお、パルサー１１０は、例えば図７を用いて後述するように、様々な変形実施が可能である。
【００４４】
そして、超音波測定装置１００は、共振回路１２０を構成する超音波トランスデューサー素子を複数有しており、複数の超音波トランスデューサー素子により、図２８を用いて後述するような超音波トランスデューサーデバイスを構成している。
【００４５】
超音波トランスデューサーデバイスは、走査面に沿って対象物をスキャンしながら、対象物に対して超音波ビームを送信すると共に、超音波ビームを送信したことにより得られる超音波エコーを受信する。圧電素子を用いるタイプを例にとれば、超音波トランスデューサーデバイスは、複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子アレイ）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。そして、超音波トランスデューサー素子としては、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いたものを用いる。超音波トランスデューサー素子（振動素子）は、電気的な振動を機械的な振動に変換するものであるが、この場合には、圧電素子が面内で伸び縮みすると貼り合わせた金属板（振動膜）の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜に交流電圧を印加することで、振動膜が膜厚方向に対して振動し、この振動膜の振動により超音波が放射される。なお、圧電体膜に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。
【００４６】
また、超音波トランスデューサーデバイスでは、近隣に配置された数個の超音波トランスデューサー素子で一つのチャンネルを構成し、１回に複数のチャンネルを駆動しながら、超音波ビームを順次移動させるものであってもよい。
【００４７】
なお、超音波トランスデューサーデバイスとしては、圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えばｃ‐ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプのトランスデューサーを採用してもよいし、バルクタイプのトランスデューサーを採用してもよい。超音波トランスデューサー素子及び超音波トランスデューサーデバイスのさらに詳細な説明については、後述する。
【００４８】
２．２．  処理の詳細
次に、本実施形態の処理を詳細に説明する。まず、パルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ１を図３に示し、パルサー出力波ＰＯ１と超音波トランスデューサー素子へ入力する送信波ＴＰ１を重ねて図４に示す。
【００４９】
図３の制御ＣＬＫ（クロック）は、駆動制御信号ＰＩＮ、ＮＩＮを生成する際にタイミングを取るもので、説明のために図示している。制御ＣＬＫは超音波トランスデューサー素子を駆動する周波数ｆ０の２倍になっており、立ち上がりに同期して駆動制御信号を形成するものとしている。本例では、駆動制御信号ＰＩＮとＮＩＮを１ＣＬＫごと入力し、正パルス、負パルスの組み合わせによる１波の出力波形を形成している。正パルス電圧Ｖｐと負パルス電圧Ｖｎの絶対値の大きさは等しく、Ｖｐ＝−Ｖｎである。
【００５０】
このような駆動方法では、図４の送信波ＴＰ１に示すように、最初の山のピーク値Ｖｔｐより、次の山のピーク値Ｖｔｎｏが大きくなってしまう。また、図４の送信波ＴＰ１では、大きく長い過渡応答ＴＲＰが残ってしまう。これらは、この駆動方法が、ローパスフィルターの共振特性を利用するものであり、駆動パルスに加えて共振振動も働くために生じる。
【００５１】
そこで、本実施形態では、以下のような方法によって、振幅レベルの制御や過渡応答の抑制を図る。本実施形態の第１の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ２を図５に示し、パルサー出力波ＰＯ２と超音波トランスデューサー素子に入力される送信波ＴＰ２を重ねて図６に示す。
【００５２】
本例では、図５に示すパルサー出力波ＰＯ２の負パルスの電圧レベルをＶｎ／２にする。これにより、図６の送信波ＴＰ２における、最初の山のピーク値Ｖｔｐと次の山のピーク値Ｖｔｎの大きさがほぼ等しくなる。これは、負パルスによる駆動と共振振動により大きくなっていた図４に示す送信波ＴＰ１のピーク値Ｖｔｎｏを、負パルス電圧を小さくすることで抑圧したためである。
【００５３】
ここで、本実施形態の第１の実施例におけるパルサー１１０の回路構成を図７に示す。第１の実施例におけるパルサー１１０は、前述した図２に示す構成の他に、電源電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｐ／２が入力され、そのいずれかを選択するスイッチＳＷｐと、電源電圧Ｖｎと電源電圧Ｖｎ／２が入力され、そのいずれかを選択するスイッチＳＷｎが設けられている。そして、スイッチＳＷｐには、スイッチＳＷｐを制御するパルサー制御信号ＳＷＰが入力され、スイッチＳＷｎには、スイッチＳＷｎを制御するパルサー制御信号ＳＷＮが入力される。
【００５４】
図５の例の場合には、スイッチＳＷｎが、パルサー制御信号ＳＷＮに基づいて、駆動制御信号ＮＩＮと同じタイミングで電源電圧Ｖｎ／２を選択することで、パルサー１１０が、電圧Ｖｎ／２のパルサー出力波を出力する。なお、図７では、電源電圧Ｖｐ／２と電源電圧Ｖｎ／２を外部電源としたが、電源電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｎからパルサー内部で生成してもよい。
【００５５】
以上のように、第１の実施例では、パルス信号出力回路１１０が、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧で、第１パルス信号を出力し、第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧と異なる第２パルス電圧で、第２パルス信号を出力する。
【００５６】
これにより、異なるタイミングにおいて、異なる電圧のパルス信号を出力して、送信波の振幅制御や過渡応答の抑制を図ること等が可能になる。
【００５７】
ここで、パルス出力タイミングは、クロック信号の立ち上がりタイミングを基準に規定される。例えば、クロック信号の同じ立ち上がりタイミングでパルス信号が出力されれば、２つのパルス出力タイミングが、同じパルス出力タイミングであると言え、クロック信号の異なる立ち上がりタイミングでパルス信号が出力されれば、２つのパルス出力タイミングが、異なるパルス出力タイミングであると言える。例えば図５の例において、第１パルス出力タイミングは、駆動制御信号ＰＩＮの立ち上がりタイミングＴ１であり、第２パルス出力タイミングは、駆動制御信号ＮＩＮの立ち上がりタイミングＴ２である。第１パルス出力タイミングＴ１と、第２パルス出力タイミングＴ２は、異なるパルス出力タイミングである。
【００５８】
また、第１パルス信号は、正極又は負極のいずれか一方の極性である第１極性パルス信号であり、第２パルス信号は、第１極性と異なる他方の極性である第２極性パルス信号である。そして、第２パルス電圧の絶対値は、第１パルス電圧の絶対値よりも小さい。
【００５９】
例えば図５の例において、第１パルス信号は、前述した第１パルス出力タイミングＴ１において出力された正極パルス信号（正パルス）であり、第２パルス信号は、前述した第２パルス出力タイミングＴ２において出力された負極パルス信号（負パルス）である。なお、この場合、第１極性は正極であり、第２極性は負極である。
【００６０】
さらに、図５の例では、第１パルス電圧はＶｐであり、第２パルス電圧はＶｎ／２である。またＶｐとＶｎの絶対値は等しいため、第２パルス電圧の絶対値が、第１パルス電圧の絶対値よりも小さい。
【００６１】
これにより、第２パルス信号に対応する送信波の振幅が、第１パルス信号に対応する送信波の振幅よりも大きくなることを抑制すること等が可能になる。
【００６２】
また、第２パルス信号は、超音波トランスデューサー素子の送信信号の共振振動抑制用のパルス信号であるとも言える。
【００６３】
これにより、送信信号の共振振動を抑制すること等が可能になる。
【００６４】
次に、本実施形態の第２の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ３を図８に示し、パルサー出力波ＰＯ３と超音波トランスデューサー素子に入力される送信波ＴＰ３を重ねて図９に示す。図５の第１の実施例では、負パルスの電圧レベルをＶｎ／２にしたが、図８の第２の実施例では、さらに、電圧Ｖｎ／２の駆動制御信号ＮＩＮを２ＣＬＫ分にすることで、図９に示すように、送信波ＴＰ３における過渡応答を抑圧している。これは、共振振動により送信波の振幅が正極側に戻ろうとして、過渡応答が発生していたものを、負電圧をより長い時間かけることで抑圧したためである。ここで、２ＣＬＫ分とは、駆動周期分（１／ｆ０）にあたる。
【００６５】
以上のように、第２の実施例では、パルス信号出力回路１１０が、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、第１パルス幅と異なる第２パルス幅で、第２パルス信号を出力する。この際に、第２パルス幅は、第１パルス幅よりも大きい。例えば、前述した図８及び図９の例では、第１パルス幅は、１ＣＬＫ分であり、第２パルス幅は、２ＣＬＫ分である。
【００６６】
これにより、異なるタイミングにおいて、異なるパルス幅のパルス信号を出力して、送信波の振幅制御や過渡応答の抑制を図ること等が可能になる。例えば、送信波の振幅が第２パルス信号により負になった後に、共振振動により正極側に大きくなることを抑圧して、過渡応答を抑制すること等が可能になる。
【００６７】
第２の実施例についてより詳しく言い直すと、パルス信号出力回路１１０は、第１パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧及び第１パルス幅で、第１パルス信号を出力し、第１パルス出力タイミングよりも後の第２パルス出力タイミングにおいて、第１パルス電圧よりも絶対値が小さい第２パルス電圧で、第１パルス幅よりも長い第２パルス幅の第２パルス信号を出力する。
【００６８】
これにより、第２パルス信号に対応する送信波の振幅が、第１パルス信号に対応する送信波の振幅よりも大きくなることを抑制し、かつ、送信波の振幅が第２パルス信号により負になった後に、共振振動により正極側に大きくなることを抑圧して、過渡応答を抑制すること等が可能になる。
【００６９】
また、第２パルス信号は、超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号であるとも言える。
【００７０】
これにより、送信信号の残響（過渡応答）を抑制すること等が可能になる。
【００７１】
以上のように、矩形波駆動のパルス電圧、パルス幅を制御して、過渡応答が短く（略）正弦波の送信波を得ることができ、高調波成分を除去して、お引きも少なくなる送信波を実現できる。またこれにより、ハーモニックイメージングでは、送信波に含まれる高調波成分による反射波がなく、非線形効果による高調波成分のみで適切な画像生成ができる。
【００７２】
また、ローパスフィルターを構成した駆動方法は、共振振動を利用したものであり、パルサー１１０の出力電圧以上の送信電圧が得られる。そのため、低電圧で駆動できる超音波トランスデューサー素子であれば、通常の低電圧ロジックＩＣや液晶ドライバーなどで駆動でき、バルクの超音波トランスデューサー素子を駆動する高電圧の高価なパルサーＩＣを使わなくても済む。さらに、チャネル数が多くなっても安価で回路規模も小さくできるという効果も有する。
【００７３】
これまでは、１波の送信波を出力する例について説明したが、以下では、その他の波数の送信波を出力する例についても、続けて説明する。
【００７４】
本実施形態の第３の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ４を図１０に示し、パルサー出力波ＰＯ４と１．５波の送信波ＴＰ４を重ねて図１１に示す。１．５波の送信波を出力する場合には、パルサー１１０が、電圧Ｖｐの正パルスを１ＣＬＫ分出力した後に、電圧Ｖｎ／２の負パルスを１ＣＬＫ分出力し、最後に、電圧Ｖｐ／２の正パルスを２ＣＬＫ分出力する。これにより、図１１に示すように、１．５波の（略）正弦波の送信波ＴＰ４を得ることができる。
【００７５】
次に、本実施形態の第４の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ５を図１２に示し、パルサー出力波ＰＯ５と２波の送信波ＴＰ５を重ねて図１３に示す。２波の送信波を出力する場合には、パルサー１１０が、電圧Ｖｐの正パルスを１ＣＬＫ分出力した後に、電圧Ｖｎ／２の負パルスを１ＣＬＫ分出力し、さらに電圧Ｖｐ／２の正パルスを１ＣＬＫ分出力し、最後に、電圧Ｖｎ／２の負パルスを２ＣＬＫ分出力する。これにより、図１３に示すように、２波の（略）正弦波の送信波ＴＰ５を得ることができる。
【００７６】
同様に、３波以上の送信波についても、同構成の繰り返しで実現できる。また、これまでの説明では、正パルスから始まる動作を示してきたが、負パルスから始まる逆相の駆動波形でも同様に、最初の負パルスの電圧をＶｎ、次の正パルスの電圧をＶｐ／２として同様の繰り返しで形成できる。
【００７７】
以上は、下式（１）で表されるローパスフィルターのカットオフ周波数ｆｃが、駆動周波数ｆ０と等しくなるように、インダクターＬを設定し、減衰係数ζがおよそ０．２となるように抵抗Ｒを設定した場合の好適な駆動方法である。
【００７８】
【数１】
0006398616.tif 000002
その場合には、Ｌは、下式（２）により設定され、図１（Ａ）の構成におけるＲは、下式（２）により、図１（Ｂ）の構成におけるＲは、下式（２）により設定される。
【００７９】
【数２】
0006398616.tif 000003
【００８０】
【数３】
0006398616.tif 000004
【００８１】
【数４】
0006398616.tif 000005
この条件では、図７で示したように正極側電源と負極側電源がそれぞれ２段で構成でき、シンプルな回路構成で実現できる。
【００８２】
次に、減衰係数を上記の条件より小さくして振幅を大きくした場合と、逆に減衰係数を大きくして振幅を抑えた場合の駆動方法について、本実施形態の実施例を説明する。
【００８３】
次に、本実施形態の第５の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ６を図１４に示し、パルサー出力波ＰＯ６と２波の送信波ＴＰ６を重ねて図１５に示す。本例では、減衰係数を約０．１に設定している。
【００８４】
図１５の送信波ＴＰ６のピーク値Ｖｔｐａ、Ｖｔｎａは、図１３の送信波ＴＰ５のピーク値Ｖｔｐ、Ｖｔｎと比較して、減衰係数を小さくしたことで絶対値がより大きくなっている。本例では、共振振幅が大きくなったことにより、正負の送信振幅を揃えるために、図１４に示すように、２パルス目以降のパルス電圧を、図１２の第４の実施例のＶｐ／２、Ｖｎ／２より絶対値の小さいＶｐ／３、Ｖｎ／３としている。また、より大きな振幅の過渡応答を抑圧するために、最後のパルス電圧を、Ｖｎ／３よりも絶対値が大きい２Ｖｎ／３としている。これにより、減衰係数を小さくした場合でも、２波の過渡応答を抑えた（略）正弦波の送信波を得ることができる。
【００８５】
次に、本実施形態の第６の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ７を図１６に示し、パルサー出力波ＰＯ７と２波の送信波ＴＰ７を重ねて図１７に示す。本例では、減衰係数を約０．３に設定している。
【００８６】
図１７の送信波ＴＰ７のピーク値Ｖｔｐｄ、Ｖｔｎｂは、図１３の送信波ＴＰ５のピーク値Ｖｔｐ、Ｖｔｎと比較して、減衰係数を大きくしたことで絶対値がより小さくなっている。本例では、共振振幅が小さくなったことにより、正負の送信振幅を揃えるために、図１６に示すように、２パルス目以降のパルス電圧を、図１２で示すＶｐ／２、Ｖｎ／２より絶対値の大きい２Ｖｐ／３、２Ｖｎ／３としている。また、過渡応答の振幅が小さくなるため、最後のパルス電圧を小さくしてＶｎ／３としている。これにより、減衰係数を大きくした場合でも、２波の過渡応答を抑えた（略）正弦波の送信波を得ることができる。
【００８７】
以上のように、２パルス目以降のパルス電圧と、最後に付加したパルス電圧値を最適化することで、構成したローパスフィルターの減衰係数に対応して、過渡応答を抑えた（略）正弦波の送信波を得ることができる。なお、これらの場合のパルサー１１０の構成は図示しないが、正側電源と負側電源がそれぞれ３段の電源で構成される。
【００８８】
次に、半波（０．５波）の送信波を出力する場合の第７の実施例について説明する。図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、本実施例のパルサー出力波形（ＰＯ８〜ＰＯ１０）と超音波トランスデューサー素子に入力される送信波形（ＴＰ８〜ＴＰ１０）を重ねて示す図である。図１８（Ａ）は減衰係数がおよそ０．３、図１８（Ｂ）は減衰係数がおよそ０．２、図１８（Ｃ）は減衰係数がおよそ０．１の場合である。
【００８９】
半波の場合には、過渡応答を抑圧するパルスを追加しており、図１８（Ａ）では図１６の最後のパルスに相当する逆電圧（Ｖｐ／３）、図１８（Ｂ）では図１２の最後のパルスに相当する逆電圧（Ｖｐ／２）、図１８（Ｃ）では図１４の最後のパルスに相当する逆電圧（２Ｖｐ／３）になっている。このように、最後に付加したパルス電圧値を最適化することで、構成したローパスフィルターの減衰係数に対応して、過渡応答を抑えた（略）正弦波の半波送信波を得ることができる。
【００９０】
３．第２の実施形態
前述した第１の実施形態では、送信波形自体を正弦波曲線に近似させたが、本実施形態では、送信波形の包絡線を正弦波曲線に近似させることにより、送信波のハーモニック成分を抑圧する。
【００９１】
これまでにも、同様のアプローチにより送信波形を生成する方法が考案されていたが、従来の手法では、制御方法が難しかったり、電圧源がいくつも必要であったりするという問題があった。
【００９２】
そこで、本実施形態では、電圧源の数を所定数よりも増やさずに、矩形波駆動の簡単なタイミング制御で、送信波形の包絡線を（略）正弦波曲線に近似させる。これにより、送信波の過渡応答を短くする。
【００９３】
本実施形態のシステム構成例は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて前述した構成と同様である。また、パルサー１１０の構成も、図２又は図７等を用いて前述した構成と同様である。
【００９４】
次に、本実施形態の処理を詳細に説明する。まず、第１の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ１１を図１９に示し、パルサー出力波ＰＯ１１と超音波トランスデューサー素子へ入力する送信波ＴＰ１１を重ねて図２０に示す。
【００９５】
本実施例では、図２０に示すように、２．５波の送信波形ＴＰ１１の包絡線ＥＶ１が（略）正弦波曲線となる場合について説明する。なお、上式（１）で表されるローパスフィルターのカットオフ周波数ｆｃが、駆動周波数ｆ０と等しくなるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）のインダクターＬを設定している。
【００９６】
本例では、図１９に示すように、電圧が順にＶｐ−Ｖｎ−Ｖｐとなる連続したパルス信号を印加することで、図２０に示すように、共振作用により送信波ＴＰ１１のピーク値を、順にＶｐ１−Ｖｎ１−Ｖｐ２にする。その後、パルス電圧を印加しない期間があるため、共振減衰で送信波ＴＰ１１のピーク値が小さくなり、順にＶｎ２−Ｖｐ３となる。この時、Ｖｐ１≒Ｖｐ３、Ｖｎ１≒Ｖｎ２となるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）の抵抗Ｒを設定し、共振の減衰係数を最適化している。一般に、所望の減衰係数ζに対して抵抗Ｒは、図１（Ａ）では、下式（５）により、図２（Ｂ）では、下式（６）により表される。
【００９７】
【数５】
0006398616.tif 000006
【００９８】
【数６】
0006398616.tif 000007
このままでは、最後に共振残響振動が残ってしまうので、それを抑圧する方向の正パルスを最後にかけることで、過渡応答を最小限に抑えている。
【００９９】
以上の第１の実施例についてまとめると、パルス信号出力回路１１０は、第１期間において、１又は複数の第１期間パルス信号を出力し、第１期間の後の第２期間において、パルス信号を出力せず、第２期間の後の第３期間において、第３期間パルス信号を出力する。
【０１００】
例えば図１９の例において、第１期間は、Ｔ１で示す期間であり、電圧がＶｐ−Ｖｎ−Ｖｐとなる連続したパルス信号が、複数の第１期間パルス信号である。また、第２期間は、Ｔ２で示す期間であり、第２期間ではパルス信号を出力しない。
【０１０１】
そして第３期間は、Ｔ３で示す期間であり、パルス信号出力回路１１０は、第３期間において、超音波トランスデューサー素子の送信信号の残響抑制用パルス信号を出力する。
【０１０２】
これにより、送信信号の残響（過渡応答）を抑制すること等が可能になる。
【０１０３】
第１期間〜第３期間の各期間は、パルス出力タイミングと同様に、クロック信号の立ち上がりタイミングに基づいて規定される。第１期間〜第３期間の各期間は、クロック信号の第１立ち上がりタイミングから、第１立ち上がりタイミングよりも後の第２立ち上がりタイミングまでの期間である。各期間の長さは任意である。
【０１０４】
以上のように、本実施形態では、電圧源の数を増やさずに、矩形波駆動の簡単なタイミング制御で、送信波形の包絡線を（略）正弦波曲線に近似させることができ、送信波の過渡応答を短くすることができる。
【０１０５】
言い換えれば、パルス信号出力回路１１０は、超音波トランスデューサー素子の送信信号の波形の包絡線が正弦波形となるパルス信号を出力する。
【０１０６】
これにより、例えばハーモニックイメージングを行う場合に、送信波に含まれる高調波成分による反射波がなく、非線形効果による高調波成分のみで適切な画像生成を生成すること等が可能になる。
【０１０７】
また、本実施形態においても、ローパスフィルターを構成した駆動方法は、共振振動を利用したものであり、パルサー１１０の出力電圧以上の送信電圧が得られる。そのため、低電圧で駆動できる超音波トランスデューサー素子であれば、通常の低電圧ロジックＩＣや液晶ドライバーなどで駆動でき、バルクの超音波トランスデューサー素子を駆動する高電圧の高価なパルサーＩＣを使わなくても済み、チャネル数が多くなっても安価で回路規模も小さくできるという効果も有する。
【０１０８】
次に、第２の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ１２を図２１に示し、パルサー出力波ＰＯ１２と超音波トランスデューサー素子へ入力する送信波ＴＰ１２を重ねて図２２に示す。
【０１０９】
本実施例では、図２２に示すように、３．５波の送信波形ＴＰ１２の包絡線ＥＶ２が（略）正弦波曲線となる場合について説明する。なお、前述した第１の実施例と同様に、ローパスフィルターのカットオフ周波数ｆｃが、駆動周波数ｆ０と等しくなるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）のインダクターＬを設定している。
【０１１０】
本例では、図２１に示すように、電圧が順にＶｐ−Ｖｎ−Ｖｐ−Ｖｎとなる連続したパルス信号を印加することで、図２２に示すように、共振作用により送信波ＴＰ１２のピーク値を、順にＶｐ１−Ｖｎ１−Ｖｐ２−Ｖｎ２にする。その後、パルス電圧を印加しない期間があるため、共振減衰で送信波ＴＰ１２のピーク値が小さくなり、順にＶｐ３−Ｖｎ３−Ｖｐ４となる。この時、Ｖｐ１≒Ｖｐ４、Ｖｎ１≒Ｖｎ３、Ｖｐ２≒Ｖｐ３となるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）の抵抗Ｒを設定し、共振の減衰係数を最適化する。
【０１１１】
また、このままでは、最後に共振残響振動が残ってしまうので、それを抑圧する方向の電圧Ｖｐの正パルスを最後にかけることで、過渡応答を抑圧してダンピングを最小限に抑えている。このように、波数を増やしても、第１の実施例と同様の効果を有する。
【０１１２】
以上の実施例は、送信波数が２．５波及び３．５波の例であったが、以下では２波、３波など波数が整数となる実施例について説明する。
【０１１３】
ここで、第３の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ１３を図２３に示し、パルサー出力波ＰＯ１３と超音波トランスデューサー素子へ入力する送信波ＴＰ１３を重ねて図２４に示す。
【０１１４】
本実施例では、図２４に示すように、２波の送信波形ＴＰ１３の包絡線ＥＶ３が（略）正弦波曲線となる場合について説明する。なお、上式（１）で表されるローパスフィルターのカットオフ周波数ｆｃが、駆動周波数ｆ０と等しくなるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）のインダクターＬを設定している。また、第３の実施例では、図７に示す構成のパルサー１１０を用いる。
【０１１５】
本例では、図２３に示すように、電圧が順にＶｐ−Ｖｎとなる連続したパルス信号を印加することで、図２４に示すように、共振作用により送信波ＴＰ１３のピーク値を、順にＶｐ１−Ｖｎ１にする。また、Ｖｐ２≒−Ｖｎ１にするために、さらに連続して、電圧Ｖｐ／２の正パルスを印加する。その後、パルス電圧を印加しない期間を経て、共振残響振動を抑圧する方向の負パルスＶｎ／２を最後に印加する。これにより、共振減衰で送信波ＴＰ１１のピーク値が小さくなり、順にＶｐ２−Ｖｎ２となる。この時、Ｖｐ／２＝−Ｖｎ／２となり、かつ、Ｖｐ２≒−Ｖｎ１、Ｖｐ１≒−Ｖｎ２となるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）の抵抗Ｒを設定し、共振の減衰係数を最適化する。
【０１１６】
この場合、パルサー１１０の電圧源を、図２の構成のパルサー１１０から少なくとも１つ増やすだけで、送信波形の包絡線ＥＶ３が（略）正弦波曲線となる送信波を得ることができる。以上により、第１の実施例と同様の効果を有する。
【０１１７】
次に、第４の実施例におけるパルサー１１０の駆動方法及びパルサー出力波ＰＯ１４を図２５に示し、パルサー出力波ＰＯ１４と超音波トランスデューサー素子へ入力する送信波ＴＰ１４を重ねて図２６に示す。本実施例では、図２６に示すように、３波の送信波形ＴＰ１４の包絡線ＥＶ４が（略）正弦波曲線となる場合について説明する。
【０１１８】
本例では、図２５に示すように、電圧が順にＶｐ−Ｖｎ−Ｖｐとなる連続したパルス信号を印加することで、図２６に示すように、共振作用により送信波ＴＰ１４のピーク値を、順にＶｐ１−Ｖｎ１−Ｖｐ２にする。また、Ｖｐ２≒−Ｖｎ２にするために、さらに連続して、電圧２Ｖｎ／３の負パルスを印加する。その後、パルス電圧を印加しない期間を経て、共振残響振動を抑圧する方向の負パルス２Ｖｎ／３を最後に印加する。これにより、共振減衰で送信波ＴＰ１４のピーク値が小さくなり、順にＶｐ３−Ｖｎ３となる。この時、２Ｖｐ／３＝−２Ｖｎ／３となり、かつ、Ｖｐ２≒−Ｖｎ２、Ｖｐ１≒−Ｖｎ３、Ｖｐ３≒−Ｖｎ１となるように、図１（Ａ）又は図１（Ｂ）の抵抗Ｒを設定し、共振の減衰係数を最適化する。
【０１１９】
この場合、第３の実施例とはパルサー１１０に印加する電圧値が異なるが、パルサー１１０の電圧源を、図２の構成のパルサー１１０から少なくとも１つ増やすだけで、送信波形の包絡線ＥＶ４が（略）正弦波曲線となる送信波を得ることができる。以上により、第１の実施例と同様の効果を有する。
【０１２０】
４．超音波トランスデューサー素子
図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイスの超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。
【０１２１】
図２７（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図２７（Ｃ）は、図２７（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。
【０１２２】
第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図２７（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
【０１２３】
圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、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。
【０１２４】
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図２７（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
【０１２５】
振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
【０１２６】
開口４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０の開口部４５のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図２７（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
【０１２７】
超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
【０１２８】
５．超音波トランスデューサーデバイス
図２８に、超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイスは、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図２８に示す本数には限定されない。
【０１２９】
複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波トランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。
【０１３０】
図２９（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図２９（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。
【０１３１】
そして、図２９（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイスの１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また、駆動電極線ＤＬからの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図２９（Ａ）のような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図２９（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。
【０１３２】
図２８に示すように、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。
【０１３３】
超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。
【０１３４】
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図２８に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。ただし、本実施形態はそれに限定されず、例えば超音波トランスデューサー素子毎にまとめたコモン電極線を、それぞれ超音波トランスデューサー素子毎に引き出して、コモン電圧ＶＣＯＭに直接接続しても良い。
【０１３５】
そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。
【０１３６】
なお、超音波トランスデューサー素子の配置は、図２８に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。
【０１３７】
また図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。
【０１３８】
６．超音波画像装置
本実施形態の超音波画像装置は、前述した超音波測定装置１００と、送信した超音波に対する超音波エコーに基づいて生成された表示用画像データを表示する表示部３００と、を含む。表示部３００は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどにより実現できる。
【０１３９】
ここで、本実施形態の超音波画像装置（広義には電子機器）の具体的な機器構成の例を図３０（Ａ）〜図３０（Ｃ）に示す。図３０（Ａ）はハンディタイプの超音波画像装置の例であり、図３０（Ｂ）は据置タイプの超音波画像装置の例である。図３０（Ｃ）は超音波プローブ２００が本体に内蔵された一体型の超音波画像装置の例である。
【０１４０】
図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）の超音波画像装置は、超音波プローブ２００と超音波測定装置１００を含み、超音波プローブ２００と超音波測定装置１００はケーブル２１０により接続される。超音波プローブ２００の先端部分には、プローブヘッド２２０が設けられており、超音波測定装置本体１００には、画像を表示する表示部３００が設けられている。図３０（Ｃ）では、表示部３００を有する超音波画像装置に超音波プローブ２２０が内蔵されている。図３０（Ｃ）の場合、超音波画像装置は、例えばスマートフォンなどの汎用の携帯情報端末により実現できる。
【０１４１】
なお、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。この場合には、ＣＰＵ等のプロセッサーがプログラムを実行することで、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等が実現される。具体的には、非一時的な情報記憶装置に記憶されたプログラムが読み出され、読み出されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサーが実行する。ここで、情報記憶装置（コンピューターにより読み取り可能な装置）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、或いはメモリー（カード型メモリー、ＲＯＭ等）などにより実現できる。そして、ＣＰＵ等のプロセッサーは、情報記憶装置に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち、情報記憶装置には、本実施形態の各部としてコンピューター（操作部、処理部、記憶部、出力部を備える装置）を機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム）が記憶される。
【０１４２】
また、本実施形態の超音波測定装置及び超音波画像装置等は、プロセッサーとメモリーを含んでも良い。ここでのプロセッサーは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。ただし、プロセッサーはＣＰＵに限定されるものではなく、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、各種プロセッサーを用いることが可能である。また、プロセッサーはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によるハードウェア回路でもよい。また、メモリーはコンピューターにより読み取り可能な命令を格納するものであり、当該命令がプロセッサーにより実行されることで、本実施形態に係る超音波測定装置及び超音波画像装置等の各部が実現されることになる。ここでのメモリーは、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーであってもよいし、レジスターやハードディスク等でもよい。また、ここでの命令は、プログラムを構成する命令セットの命令でもよいし、プロセッサーのハードウェア回路に対して操作を指示する命令であってもよい。
【０１４３】
以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、超音波測定装置及び超音波画像装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０  超音波トランスデューサー素子、２１  第１電極層、２２  第２電極層、
３０  圧電体層、４０  開口、４５  開口部、５０  振動膜、６０  基板、
１００  超音波測定装置、１１０  パルス信号出力回路（パルサー）、１２０  共振回路、
１２１  コントローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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