(57)【要約】【課題】対象物との距離に応じた駆動をすることができる処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供すること。【解決手段】処理装置２００は、超音波デバイス１００に対して駆動信号を出力する送信部２１０と、超音波デバイス１００からの受信信号の受信処理を行う受信部２４０と、送信部２１０及び受信部２４０を制御する制御部２２０とを含む。超音波デバイス１００は、第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎと、第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎとを有する。送信部２１０は、第１のモードでは、高周波超音波素子列に対して正弦波の駆動信号を出力し、第２のモードでは、低周波超音波素子列に対して矩形波の駆動信号を出力する。【選択図】図８
2013244332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波デバイスに対して超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置であって、
前記超音波デバイスに対して駆動信号を出力する送信部と、
前記超音波デバイスからの受信信号の受信処理を行う受信部と、
前記送信部及び前記受信部を制御する制御部とを含み、
前記超音波デバイスは、
第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される高周波超音波素子列と、
前記第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される低周波超音波素子列とを有し、
前記送信部は、
第１のモードでは、前記高周波超音波素子列に対して正弦波の前記駆動信号を出力し、
第２のモードでは、前記低周波超音波素子列に対して矩形波の前記駆動信号を出力することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記送信部は、
第３のモードでは、前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列の両方に対して、矩形波の前記駆動信号を出力することを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記制御部の制御に基づいて、前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列の少なくとも一方を選択し、選択された超音波素子列に対して、前記送信部からの前記駆動信号を出力するスイッチ部を含み、
前記スイッチ部は、
前記第１のモードでは、前記高周波超音波素子列を選択して、前記駆動信号を前記高周波超音波素子列に対して出力し、
第２のモードでは、前記低周波超音波素子列を選択して、前記駆動信号を前記低周波超音波素子列に対して出力することを特徴とする処理装置。
【請求項４】
各高周波超音波素子列において、第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が第１の方向に沿って配置される第１の高周波超音波素子列〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の高周波超音波素子列と、
各低周波超音波素子列において、前記第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が前記第１の方向に沿って配置される第１の低周波超音波素子列〜第ｎの低周波超音波素子列と、
前記第１の方向に沿って配線される第１の高周波駆動電極線〜第ｎの高周波駆動電極線と、
前記第１の方向に沿って配線される第１の低周波駆動電極線〜第ｎの低周波駆動電極線と、
前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線される複数のコモン電極線とを含み、
前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列は、前記第２の方向に沿って配置され、
前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列は、前記第２の方向に沿って配置され、
前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列のうちの、第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎである整数）の高周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記第１の高周波駆動電極線〜前記第ｎの高周波駆動電極線のうちの第ｉの高周波駆動電極線に接続され、
前記第ｉの高周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記複数のコモン電極線のうちのいずれかに接続され、
前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列のうちの、第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の低周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記第１の低周波駆動電極線〜前記第ｎの低周波駆動電極線のうちの第ｊの低周波駆動電極線に接続され、
前記第ｊの低周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記複数のコモン電極線のうちのいずれかに接続されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項４において、
アレイ状に配置された複数の開口を有する基板を含み、
前記複数の開口の各開口ごとに設けられる前記複数の超音波素子の各超音波素子は、
前記開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
前記圧電素子部は、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、
前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、
前記第２の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であり、
前記第１の周波数の共振特性を有する前記超音波素子が設けられる前記開口の短辺の長さは、前記第２の周波数の共振特性を有する前記超音波素子が設けられる前記開口の短辺の長さより短いことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列と前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列とは、前記第２の方向に沿って、交互に配置されることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の処理装置を含むことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれかに記載の超音波デバイスを含むことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれかに記載の処理装置と、
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診断装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第１のモードでは前記高周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第１の画像データを生成し、前記第２のモードでは前記低周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第２の画像データを生成する画像生成部を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記画像生成部は、
前記第３のモードでは前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第３の画像データを生成することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記第１の画像データと前記第２の画像データとを合成する画像処理を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
超音波デバイスに対して、超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置と、
前記超音波デバイスからの受信信号に基づいて画像データを生成する画像生成部とを含み、
前記処理装置は、
第１のモードでは、第１の周波数の正弦波の前記駆動信号を前記超音波デバイスに対して出力し、
第２のモードでは、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の矩形波の前記駆動信号を前記超音波デバイスに対して出力し、
前記画像生成部は、
前記第１のモードでの受信信号に基づいて第１の画像データを生成し、前記第２のモードでの受信信号に基づいて第２の画像データを生成することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に向けて超音波を照射し、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ための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波装置（超音波プローブ）として、例えば特許文献１には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列し、超音波を出射させる手法が開示されている。しかしながらこのような手法では、超音波プローブと対象物との距離に応じて駆動信号を変化させることができないため、対象物との距離によっては解像度の低下がおこる。そのため対象物との距離に対応して、複数の超音波プローブを使い分けることがされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の幾つかの態様によれば、対象物との距離に応じた駆動をすることができる処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、超音波デバイスに対して超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置であって、前記超音波デバイスに対して駆動信号を出力する送信部と、前記超音波デバイスからの受信信号の受信処理を行う受信部と、前記送信部及び前記受信部を制御する制御部とを含み、前記超音波デバイスは、第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される高周波超音波素子列と、前記第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が配置される低周波超音波素子列とを有し、前記送信部は、第１のモードでは、前記高周波超音波素子列に対して正弦波の前記駆動信号を出力し、第２のモードでは、前記低周波超音波素子列に対して矩形波の前記駆動信号を出力する処理装置に関係する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、超音波デバイスと対象物との距離が近い場合には、第１のモードにより高周波超音波素子列を駆動して対象物を検出し、超音波デバイスと対象物との距離が遠い場合には、第２のモードにより低周波超音波素子列を駆動して対象物を検出することができる。こうすることで、対象物との距離に応じた駆動をすることができるから、近くにある対象物であっても、また遠くにある対象物であっても、解像度の高いエコー画像を得ることなどが可能になる。
【０００７】
また本発明の一態様では、前記送信部は、第３のモードでは、前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列の両方に対して、矩形波の前記駆動信号を出力してもよい。
【０００８】
このようにすれば、対象物との距離が不明な場合などでは、高周波超音波素子列及び低周波超音波素子列の両方を駆動して対象物を検出することができる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記制御部の制御に基づいて、前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列の少なくとも一方を選択し、選択された超音波素子列に対して、前記送信部からの前記駆動信号を出力するスイッチ部を含み、前記スイッチ部は、前記第１のモードでは、前記高周波超音波素子列を選択して、前記駆動信号を前記高周波超音波素子列に対して出力し、第２のモードでは、前記低周波超音波素子列を選択して、前記駆動信号を前記低周波超音波素子列に対して出力してもよい。
【００１０】
このようにすれば、送信部は、第１のモードでは高周波超音波素子列を駆動し、第２のモードでは低周波超音波素子列を駆動することができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、各高周波超音波素子列において、第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が第１の方向に沿って配置される第１の高周波超音波素子列〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の高周波超音波素子列と、各低周波超音波素子列において、前記第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子が前記第１の方向に沿って配置される第１の低周波超音波素子列〜第ｎの低周波超音波素子列と、前記第１の方向に沿って配線される第１の高周波駆動電極線〜第ｎの高周波駆動電極線と、前記第１の方向に沿って配線される第１の低周波駆動電極線〜第ｎの低周波駆動電極線と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配線される複数のコモン電極線とを含み、前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列は、前記第２の方向に沿って配置され、前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列は、前記第２の方向に沿って配置され、前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列のうちの、第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎである整数）の高周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記第１の高周波駆動電極線〜前記第ｎの高周波駆動電極線のうちの第ｉの高周波駆動電極線に接続され、前記第ｉの高周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記複数のコモン電極線のうちのいずれかに接続され、前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列のうちの、第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の低周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第１の電極は、前記第１の低周波駆動電極線〜前記第ｎの低周波駆動電極線のうちの第ｊの低周波駆動電極線に接続され、前記第ｊの低周波超音波素子列を構成する前記複数の超音波素子がそれぞれ有する第２の電極は、前記複数のコモン電極線のうちのいずれかに接続される超音波デバイスに関係する。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、第１〜第ｎの高周波駆動電極線に対して駆動信号を供給することで第１〜第ｎの高周波超音波素子列を駆動し、第１〜第ｎの低周波駆動電極線に対して駆動信号を供給することで第１〜第ｎの低周波超音波素子列を駆動することができる。
【００１３】
また本発明の他の態様では、アレイ状に配置された複数の開口を有する基板を含み、前記複数の開口の各開口ごとに設けられる前記複数の超音波素子の各超音波素子は、前記開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、前記第１の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、前記第２の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であり、前記第１の周波数の共振特性を有する前記超音波素子が設けられる前記開口の短辺の長さは、前記第２の周波数の共振特性を有する前記超音波素子が設けられる前記開口の短辺の長さより短くてもよい。
【００１４】
このようにすれば、第１の周波数の共振特性を有する超音波素子と第２の周波数の共振特性を有する超音波素子とを、同一基板上に混在して形成することができる。
【００１５】
また本発明の他の態様では、前記第１の高周波超音波素子列〜前記第ｎの高周波超音波素子列と前記第１の低周波超音波素子列〜前記第ｎの低周波超音波素子列とは、前記第２の方向に沿って、交互に配置されてもよい。
【００１６】
このようにすれば、高周波超音波素子列と低周波超音波素子列とを均等な密度で配置することができる。
【００１７】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の処理装置を含む超音波プローブに関係する。
【００１８】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波デバイスを含む超音波プローブに関係する。
【００１９】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の処理装置と、表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
【００２０】
また本発明の他の態様では、前記第１のモードでは前記高周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第１の画像データを生成し、前記第２のモードでは前記低周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第２の画像データを生成する画像生成部を含んでもよい。
【００２１】
このようにすれば、超音波デバイスと対象物との距離が近い場合には、第１の画像データにより対象物を検出し、超音波デバイスと対象物との距離が遠い場合には、第２の画像データにより対象物を検出することができる。
【００２２】
また本発明の他の態様では、前記画像生成部は、前記第３のモードでは前記高周波超音波素子列及び前記低周波超音波素子列からの受信信号に基づいて第３の画像データを生成してもよい。
【００２３】
このようにすれば、対象物との距離が不明な場合、或いは近くにある対象物及び遠くにある対象物の両方を検出したい場合などでは、第３の画像データにより対象物を検出することができる。
【００２４】
また本発明の他の態様では、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを合成する画像処理を行ってもよい。
【００２５】
このようにすれば、合成された画像データにより、近くにある対象物と遠くにある対象物とを１つの画面で合成して表示することができる。
【００２６】
本発明の他の態様は、超音波デバイスに対して、超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置と、前記超音波デバイスからの受信信号に基づいて画像データを生成する画像生成部とを含み、前記処理装置は、第１のモードでは、第１の周波数の正弦波の前記駆動信号を前記超音波デバイスに対して出力し、第２のモードでは、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の矩形波の前記駆動信号を前記超音波デバイスに対して出力し、前記画像生成部は、前記第１のモードでの受信信号に基づいて第１の画像データを生成し、前記第２のモードでの受信信号に基づいて第２の画像データを生成する超音波診断装置に関係する。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、超音波デバイスと対象物との距離が近い場合には、第１のモードにより第１の周波数の正弦波の駆動信号を出力し、第１のモードでの受信信号に基づいて第１の画像データを生成することができる。また、超音波デバイスと対象物との距離が遠い場合には、第２のモードにより第２の周波数の矩形波の駆動信号を出力し、第２のモードでの受信信号に基づいて第２の画像データを生成することができる。こうすることで、対象物との距離が近い場合でも遠い場合でも、解像度の高いエコー画像を得ることなどが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波素子の基本的な構成例。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、共振周波数１．５ＭＨｚの超音波素子に矩形波及び正弦波を入力した場合に出射される超音波の最大振幅。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に矩形波及び正弦波を入力した場合に出射される超音波の最大振幅。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数２．５ＭＨｚ及び５．５ＭＨｚの矩形波を入力した場合の超音波信号波形。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数５．５ＭＨｚの矩形波及び正弦波を入力した場合の超音波信号の絶対値と包絡線検波された信号波形。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数２．５ＭＨｚの矩形波及び正弦波を入力した場合の超音波信号の絶対値と包絡線検波された信号波形。
【図７】超音波デバイスの構成例。
【図８】処理装置の構成例。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）は、スイッチ回路の構成例。
【図１０】超音波プローブ及び超音波診断装置の基本的な構成例。
【図１１】超音波診断装置における駆動及び画像生成のフローを示す第１のフローチャート。
【図１２】超音波診断装置における駆動及び画像生成のフローを示す第２のフローチャート。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、超音波診断装置の具体的な構成例。図１３（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３０】
１．超音波素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の超音波装置に含まれる超音波素子ＵＥの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子ＵＥは、振動膜（メンブレン、支持部材）ＭＢと、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極（第１電極層）ＥＬ１、圧電体膜（圧電体層）ＰＥ、上部電極（第２電極層）ＥＬ２を有する。なお、本実施形態の超音波素子ＵＥは図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００３１】
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）ＳＵＢに形成された超音波素子ＵＥの、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。
【００３２】
第１電極層ＥＬ１は、振動膜ＭＢの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層ＥＬ１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子ＵＥに接続される配線であってもよい。
【００３３】
圧電体膜ＰＥ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ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜ＰＥ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。
【００３４】
第２電極層ＥＬ２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜ＰＥ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ＥＬ２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子ＵＥに接続される配線であってもよい。
【００３５】
振動膜（メンブレン）ＭＢは、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口ＯＰを塞ぐように設けられる。この振動膜ＭＢは、圧電体膜ＰＥ及び第１、第２電極層ＥＬ１、ＥＬ２を支持すると共に、圧電体膜ＰＥ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。
【００３６】
空洞領域ＣＡＶは、シリコン基板ＳＵＢ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。この空洞領域ＣＡＶの開口ＯＰより超音波が放射される。
【００３７】
超音波素子ＵＥの下部電極は、第１電極層ＥＬ１により形成され、上部電極は、第２電極層ＥＬ２により形成される。具体的には、第１電極層ＥＬ１のうちの圧電体膜ＰＥに覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層ＥＬ２のうちの圧電体膜ＰＥを覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜ＰＥは、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
【００３８】
圧電体膜ＰＥは、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層ＥＬ１と第２電極層ＥＬ２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体膜ＰＥの一方の面は第１電極層ＥＬ１を介して振動膜ＭＢに接合されているが、他方の面には第２電極層ＥＬ２が形成されるものの、第２電極層ＥＬ２上には他の層が形成されない。そのため圧電体膜ＰＥの振動膜ＭＢ側が伸縮しにくく、第２電極層ＥＬ２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体膜ＰＥに電圧を印加すると、空洞領域ＣＡＶ側に凸となる撓みが生じ、振動膜ＭＢを撓ませる。圧電体膜ＰＥに交流電圧を印加することで、振動膜ＭＢが膜厚方向に対して振動し、この振動膜ＭＢの振動により超音波が開口ＯＰから放射される。圧電体膜ＰＥ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。
【００３９】
超音波素子ＵＥは、開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰによって決まる共振特性を有する。開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰが長いほど共振周波数が低くなり、開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰが短いほど共振周波数が高くなる。第１の周波数の共振特性を有する超音波素子ＵＥが設けられる開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰは、第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する超音波素子ＵＥが設けられる開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰより短い。
【００４０】
超音波素子ＵＥが第１の周波数の共振特性を有するとは、超音波素子ＵＥから出射される超音波が第１の周波数においてピークをもつということである。
【００４１】
後述するように、本実施形態の超音波デバイス１００では、開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰが異なる２種の超音波素子を設けることで、高い共振周波数の超音波素子と低い共振周波数の超音波素子とを１つの基板上に混在して配置することができる。
【００４２】
超音波素子ＵＥの圧電体膜ＰＥに印加する信号（駆動信号）としては、例えば矩形波や正弦波などを用いることができる。図２（Ａ）、図２（Ｂ）に、共振周波数１．５ＭＨｚの超音波素子に矩形波及び正弦波を入力した場合の出射される超音波の最大振幅を示す。横軸は、入力される矩形波又は正弦波の周波数である。
【００４３】
図２（Ａ）から分かるように、矩形波入力の場合では、共振周波数１．５ＭＨｚとその近傍で最大振幅がピークになり、加えて周波数が低い領域（１．８ＭＨｚ以下）でも最大振幅が大きくなる。一方、図２（Ｂ）から分かるように、正弦波入力の場合では共振周波数１．５ＭＨｚとその近傍で最大振幅がピークになり、周波数が低い領域では最大振幅が減少する。また、共振周波数１．５ＭＨｚ近傍での最大振幅を比較すると、矩形波入力の方が正弦波入力よりも大きい。
【００４４】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に矩形波及び正弦波を入力した場合の出射される超音波の最大振幅を示す。図３（Ａ）から分かるように、矩形波入力の場合では、共振周波数５．５ＭＨｚとその近傍で最大振幅がピークになり、加えて周波数が低い領域（２．６ＭＨｚ以下）でも最大振幅が大きくなる。一方、図３（Ｂ）から分かるように、正弦波入力の場合では共振周波数５．５ＭＨｚ以上の領域で最大振幅が高くなり、周波数が低い領域では最大振幅が減少する。また、共振周波数１．５ＭＨｚ近傍での最大振幅を比較すると、矩形波入力と正弦波入力とは大きな差はない。
【００４５】
このように、共振周波数が低い（例えば１．５ＭＨｚ）超音波素子を駆動する場合には、矩形波を入力する方がより高い超音波強度を得ることができる。超音波素子と対象物との距離が遠く離れている場合には、超音波素子から出射された超音波が対象物に到達し、さらに反射波が超音波素子に戻ってくるまでに強度が減衰するから、所望の解像度を得るためには高い超音波強度が必要になる。また、低い周波数の超音波の方が、高い周波数の超音波に比べて媒質中での減衰が小さい。以上のことから、超音波素子と対象物との距離が遠い場合には、所望の解像度を得るためには、共振周波数が低い超音波素子を矩形波で駆動するのが有利である。
【００４６】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）に、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数２．５ＭＨｚ及び５．５ＭＨｚの矩形波を入力した場合の超音波信号波形を示す。波線が入力された矩形波信号、実線が超音波信号を示す。
【００４７】
図４（Ａ）では、入力信号の立ち上がりから立ち下がりまでの時間（パルス幅）が振動膜の振動のほぼ２周期に相当している。このために２．５ＭＨｚの矩形波でも共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子を駆動することができる。これが図２（Ａ）、図３（Ａ）に示した、共振周波数よりも低い周波数領域で超音波の最大振幅が大きくなる理由である。一方、図４（Ｂ）では、入力信号のパルス幅は振動膜の振動の１周期に相当しているから、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波が出力される。
【００４８】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数５．５ＭＨｚの矩形波及び正弦波を入力した場合の超音波信号の絶対値と包絡線検波された信号波形を示す。各図において、実線は超音波信号の絶対値、波線は包絡線検波された信号を示し、さらに包絡線検波された信号の最大値（ピーク値）の半値（１／２の値）となる時間幅（半値幅）を示す。
【００４９】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）から分かるように、矩形波入力の場合は半値幅が０．３１５μｓであるのに対し、正弦波入力の場合では半値幅は０．２６μｓとより小さくなっている。半値幅が短いということは、超音波信号の強度が立ち上がってから立ち下がるまでの時間が短いことを意味する。
【００５０】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、共振周波数５．５ＭＨｚの超音波素子に対して、周波数２．５ＭＨｚの矩形波及び正弦波を入力した場合の超音波信号の絶対値と包絡線検波された信号波形を示す。
【００５１】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）から分かるように、矩形波入力の場合は、正弦波入力の場合より超音波信号の絶対値が大きい、即ち超音波の強度が高い。これは図４（Ａ）で説明したように、矩形波信号の立ち上がりから立ち下がりまでの時間（パルス幅）が振動膜の振動のほぼ２周期に相当しているためである。また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）と同様に、矩形波入力の場合は半値幅が０．４３μｓであるのに対し、正弦波入力の場合では半値幅は０．３２μｓとより小さくなっている。
【００５２】
このように、矩形波入力の場合には、超音波信号の強度の立ち上がりから立ち下がりまでの時間が長くなり、正弦波入力の場合には、超音波信号の強度の立ち上がりから立ち下がりまでの時間が短くなる。超音波素子と対象物との距離が近い場合には、超音波素子から出射された超音波が対象物に到達し、反射波が超音波素子に戻ってくるまでの強度の減衰は小さいから、出射される超音波の強度は低くてもよい。その反面、距離が近いために、超音波が送信されるタイミングから反射波（エコー）が受信されるタイミングまでの時間は短くなる。送信される超音波信号の強度の立ち上がりから立ち下がりまでの時間が長くなると、受信されるエコー信号と送信される超音波信号とが重なるために、所望の解像度を得ることが難しくなる。従って、超音波素子と対象物との距離が近い場合には、所望の解像度を得るためには、共振周波数が高い超音波素子を正弦波で駆動するのが有利である。
【００５３】
以上説明したように、所望の解像度を得るためには、超音波素子と対象物との距離が遠い場合には、共振周波数が低い超音波素子を矩形波で駆動するのが有利であり、反対に超音波素子と対象物との距離が近い場合には、共振周波数が高い超音波素子を正弦波で駆動するのが有利である。
【００５４】
２．超音波デバイス
図７に、本実施形態の超音波デバイス１００の構成例を示す。本構成例の超音波デバイス１００は、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎ、第１〜第ｎの高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬ１〜Ｈ＿ＤＬｎ、第１〜第ｎの低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬ１〜Ｌ＿ＤＬｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍ（広義には複数のコモン電極線）を含む。図７では、例としてｍ＝８、ｎ＝６の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の超音波デバイス１００は図７の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５５】
第１〜第ｎの高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎは、第１の方向Ｄ１に沿って配置される第１の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子Ｈ＿ＵＥを含む。そして第１〜第ｎの高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎは、第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向に沿って配置される。第１の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｈ＿ＵＥは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す超音波素子であって、その開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰは、第２の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｌ＿ＵＥの開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰより短い。
【００５６】
第１の周波数は例えば５．５ＭＨｚであり、第２の周波数は例えば１．５ＭＨｚであるが、これ以外の周波数であってもよい。また、第１の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｈ＿ＵＥの開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰは例えば２５μｍであり、第２の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｌ＿ＵＥの開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰは例えば５０μｍであるが、これ以外の長さであってもよい。
【００５７】
第１〜第ｎの低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎは、第１の方向Ｄ１に沿って配置される第１の周波数より低い第２の周波数の共振特性を有する複数の超音波素子Ｌ＿ＵＥを含む。そして第１〜第ｎの低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎは、第２の方向Ｄ２に沿って配置される。第２の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｌ＿ＵＥは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す超音波素子であって、その開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰは、第１の周波数の共振特性を有する超音波素子Ｈ＿ＵＥの開口ＯＰの短辺の長さＬＯＰより長い。
【００５８】
第１〜第ｎの高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎと第１〜第ｎの低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎとは、第２の方向Ｄ２に沿って、交互に配置される。例えば図７に示すように、Ｈ＿ＵＥＣ１、Ｌ＿ＵＥＣ１、Ｈ＿ＵＥＣ２、Ｌ＿ＵＥＣ２、・・・Ｈ＿ＵＥＣ６、Ｌ＿ＵＥＣ６の順に配置される。但し、高周波超音波素子列と低周波超音波素子列とが交互に配置されることは必須ではない。
【００５９】
第１〜第ｎの高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬ１〜Ｈ＿ＤＬｎは、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。そして第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｎである整数）の高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬｉは、第ｉの高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣｉを構成する複数の超音波素子Ｈ＿ＵＥがそれぞれ有する第１の電極に接続される。
【００６０】
第１〜第ｎの低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬ１〜Ｌ＿ＤＬｎは、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。そして第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬｊは、第ｊの低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣｊを構成する複数の超音波素子Ｌ＿ＵＥがそれぞれ有する第１の電極に接続される。
【００６１】
超音波を出射する送信期間には、後述する処理装置２００が出力する第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎが高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬ１〜Ｈ＿ＤＬｎ及び低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬ１〜Ｌ＿ＤＬｎを介して各超音波素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、各超音波素子からの受信信号が高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬ１〜Ｈ＿ＤＬｎ及び低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬ１〜Ｌ＿ＤＬｎを介して出力される。
【００６２】
第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍ（広義には複数のコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。第ｉの高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣｉを構成する複数の超音波素子Ｈ＿ＵＥがそれぞれ有する第２の電極は、第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍのうちのいずれかに接続される。また、第ｊの低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣｊを構成する複数の超音波素子Ｌ＿ＵＥがそれぞれ有する第２の電極は、第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍのうちのいずれかに接続される。
【００６３】
第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍはコモン電圧線ＣＭＬに共通接続され、コモン電圧線ＣＭＬ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。
【００６４】
３．処理装置
図８に、本実施形態の処理装置２００の構成例を示す。本構成例の処理装置２００は、超音波デバイス１００に対して超音波の送信及び受信の処理を行う処理装置であって、送信部２１０、制御部２２０、スイッチ部２３０、受信部２４０を含む。なお、本実施形態の処理装置２００は図８の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００６５】
送信部２１０は、スイッチ部２３０を介して、超音波デバイス１００の第１〜第ｎの高周波駆動電極線Ｈ＿ＤＬ１〜Ｈ＿ＤＬｎ及び第１〜第ｎの低周波駆動電極線Ｌ＿ＤＬ１〜Ｌ＿ＤＬｎ（広義には駆動電極線）に対して第１〜第ｎの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎ（広義には駆動信号）を出力する。
【００６６】
具体的には、送信部２１０は、第１のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎに対して正弦波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。第２のモードでは、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎに対して矩形波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。また、第３のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの両方に対して、矩形波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。送信部２１０は、例えばパルス発生器、増幅器などで構成することができる。
【００６７】
第１のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎに対して正弦波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力することができるから、上述したように超音波素子と対象物との距離が近い場合に高い解像度が得られる。第２のモードでは、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎに対して矩形波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力することができるから、超音波素子と対象物との距離が遠い場合に高い解像度が得られる。また、第３のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの両方に対して、矩形波の駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力することができるから、超音波素子と対象物との距離が不明な場合、或いは近くにある対象物及び遠くにある対象物の両方を検出したい場合などに用いられる。
【００６８】
受信部２４０は、スイッチ部２３０を介して、超音波デバイス１００からの受信信号ＶＲ１〜ＶＤＲｎの受信処理を行う。具体的には、受信信号の増幅、ゲイン設定、周波数設定、Ａ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）などを行い、検出データ（検出情報）として画像生成部３２０（図１０）に出力する。受信部２４０は、例えば低雑音増幅器、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コンバーターなどで構成することができる。
【００６９】
制御部２２０は、送信部２１０、受信部２４０及びスイッチ部２３０を制御する。具体的には、送信部２１０に対して駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎの生成及び出力処理の制御を行い、受信部２４０に対して受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎの受信処理の制御を行い、スイッチ部２３０に対して送信・受信の切り換え及び高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣｉと低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣｉとの切り換えの制御を行う。制御部２２０は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で実現することができる。
【００７０】
スイッチ部２３０は、制御部２２０の制御に基づいて、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの少なくとも一方を選択し、選択された超音波素子列に対して、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを出力する。
【００７１】
具体的には、スイッチ部２３０は、第１のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎを選択する。そして第１のモードの送信期間では、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎに対して出力する。また、第１のモードの受信期間では、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎからの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎを受けて、受信部２４０に対して出力する。
【００７２】
スイッチ部２３０は、第２のモードでは、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎを選択する。そして第２のモードの送信期間では、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎに対して出力する。また、第２のモードの受信期間では、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎからの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎを受けて、受信部２４０に対して出力する。
【００７３】
スイッチ部２３０は、第３のモードでは、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの両方を選択する。そして第３のモードの送信期間では、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎを高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの両方に対して出力する。また、第３のモードの受信期間では、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎの両方からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲｎを受けて、受信部２４０に対して出力する。
【００７４】
より具体的には、スイッチ部２３０はスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷｎを含み、例えばＳＷ１は第１のモードでは第１の高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１を選択し、第２のモードでは第１の低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１を選択し、第３のモードでは第１の高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１及び第１の低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１の両方を選択する。
【００７５】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に、スイッチ回路ＳＷ１の構成例を示す。スイッチ回路ＳＷ１は、スイッチ素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを含む。なお、本実施形態のスイッチ回路ＳＷ１は図９の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００７６】
図９（Ａ）は、第１のモードの場合を示す。第１のモードでは、ＳＷ１ａがオン状態、ＳＷ１ｂがオフ状態に設定されることで、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１が選択される。そして送信期間ではＳＷ１ｃが実線で示す状態に設定され、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１が高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１に対して出力される。また、受信期間ではＳＷ１ｃが波線で示す状態に設定され、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１からの受信信号ＶＲ１が受信部２４０に対して出力される。
【００７７】
図９（Ｂ）は、第２のモードの場合を示す。第２のモードでは、ＳＷ１ａがオフ状態、ＳＷ１ｂがオン状態に設定されることで、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１が選択される。そして送信期間ではＳＷ１ｃが実線で示す状態に設定され、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１が低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１に対して出力される。また、受信期間ではＳＷ１ｃが波線で示す状態に設定され、低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１からの受信信号ＶＲ１が受信部２４０に対して出力される。
【００７８】
図９（Ｃ）は、第３のモードの場合を示す。第３のモードでは、ＳＷ１ａとＳＷ１ｂとが共にオン状態に設定されることで、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１の両方が選択される。そして送信期間ではＳＷ１ｃが実線で示す状態に設定され、送信部２１０からの駆動信号ＶＤＲ１が高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１の両方に対して出力される。また、受信期間ではＳＷ１ｃが波線で示す状態に設定され、高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１の両方からの受信信号ＶＲ１が受信部２４０に対して出力される。
【００７９】
なお、他のスイッチ回路ＳＷ２〜ＳＷｎについても、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）と同じ構成にすることができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の超音波デバイス１００及び処理装置２００によれば、第１のモードでは、高周波超音波素子列に対して正弦波の駆動信号を出力し、第２のモードでは、低周波超音波素子列に対して矩形波の駆動信号を出力することができる。こうすることで、超音波デバイス１００の近くにある対象物に対しては第１のモードを用いて、超音波デバイス１００の遠くにある対象物に対しては第２のモードを用いることにより、どちらの場合でも所望の解像度を得ることができる。また、第３のモードでは、高周波超音波素子列及び低周波超音波素子列の両方に対して、矩形波の駆動信号を出力することができる。こうすることで、超音波素子と対象物との距離が不明な場合、或いは近くにある対象物及び遠くにある対象物の両方を検出したい場合などに所望の解像度を得ることができる。
【００８１】
４．超音波プローブ及び超音波診断装置
図１０に、本実施形態の超音波プローブ３００及び超音波診断装置４００の基本的な構成例を示す。超音波プローブ３００は、超音波デバイス１００及び処理装置２００を含む。超音波診断装置４００は、超音波プローブ３００、主制御部３１０、画像生成部３２０、ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０、表示部３４０を含む。なお、超音波デバイス１００は、超音波プローブ３００から取り外したり、或いは交換することができる構成にしてもよい。
【００８２】
主制御部３１０は、超音波プローブ３００に対して超音波の送受信制御を行い、画像生成部３２０に対して検出データの画像処理等の制御を行う。なお、主制御部３１０が行う制御の一部を、処理装置２００の制御部２２０が行ってもよいし、制御部２２０が行う制御の一部を、超音波診断装置４００の主制御部３１０が行ってもよい。
【００８３】
画像生成部３２０は、受信部２４０からの検出データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。具体的には、画像生成部３２０は、第１のモードでは高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎからの受信信号に基づいて第１の画像データを生成し、第２のモードでは低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎからの受信信号に基づいて第２の画像データを生成する。また、第３のモードでは高周波超音波素子列Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ及び低周波超音波素子列Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎからの受信信号に基づいて第３の画像データを生成する。また、第１の画像データと第２の画像データとを合成する画像処理を行う。
【００８４】
第１の画像データは第１の距離範囲にある対象物について所望の解像度を得ることができる画像であり、第２の画像データは第１の距離範囲より遠い第２の距離範囲にある対象物について所望の解像度を得ることができる画像である。また、第３の画像データは第１の距離範囲と第２の距離範囲との両方及び第１、第２の距離範囲の中間の距離範囲にある対象物について所望の解像度を得ることができる画像である。例えば第１の距離範囲は１〜５ｃｍであり、第２の距離範囲は１０〜１５ｃｍである。
【００８５】
こうすることで、近くにある対象物に対しては第１のモードを用いて第１の画像データを生成し、遠くにある対象物に対しては第２のモードを用いて第２の画像データを生成することにより、どちらの場合でも所望の解像度を得ることができる。また対象物との距離が不明な場合、或いは近い距離から遠い距離までの広い距離範囲にある対象物を検出したい場合などでは、第３のモードを用いて第３の画像データを生成することにより、所望の解像度を得ることができる。さらに第１の画像データと第２の画像データとを合成する画像処理を行うことにより、近くにある対象物から遠くにある対象物まで１つの画面で効率よく表示することができる。
【００８６】
ＵＩ（ユーザーインターフェース）部３３０は、ユーザーの行う操作（例えばタッチパネル操作など）に基づいて主制御部３１０に必要な命令（コマンド）を出力する。表示部３４０は、例えば液晶ディスプレイ等であって、画像生成部３２０からの表示用画像データを表示する。
【００８７】
図１１は、本実施形態の超音波診断装置４００における駆動及び画像生成のフローを示す第１のフローチャートである。図１１に示すフローは、制御部２２０及び主制御部３１０の制御により実行される。
【００８８】
最初に、第１のモードが実行される（ステップＳ１）。即ち、スイッチ部２３０が高周波超音波素子列を選択して、送信部２１０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列を正弦波により駆動する。そして受信部２４０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列からの受信信号を受け取り、受信処理を行う。
【００８９】
次に画像生成部３２０が受信部２４０からの検出データを受けて、第１の画像データを生成する（ステップＳ２）。主制御部３１０が第１の画像データについて解像度が仕様を満たしているか否かを判断する（ステップＳ３）。この解像度の評価は、例えばデジタルカメラなどのオートフォーカスに用いられるコントラスト検出により行うことができる。即ち、画像データからコントラストを検出し、検出されたコントラストが所定値以上であれば解像度が仕様を満たしていると判断し、検出されたコントラストが所定値未満であれば解像度が仕様を満たしていないと判断する。解像度が仕様を満たしている場合には、表示部３４０が第１の画像データを表示する（ステップＳ４）。
【００９０】
一方、解像度が仕様を満たしていない場合には、第２のモードが実行される（ステップＳ５）。即ち、スイッチ部２３０が低周波超音波素子列を選択して、送信部２１０がスイッチ部２３０を介して低周波超音波素子列を矩形波により駆動する。そして受信部２４０がスイッチ部２３０を介して低周波超音波素子列からの受信信号を受け取り、受信処理を行う。
【００９１】
次に画像生成部３２０が受信部２４０からの検出データを受けて、第２の画像データを生成する（ステップＳ６）。主制御部３１０が第２の画像データについて解像度が仕様を満たしているか否かを判断する（ステップＳ７）。解像度が仕様を満たしている場合には、表示部３４０が第２の画像データを表示する（ステップＳ８）。
【００９２】
一方、解像度が仕様を満たしていない場合には、第３のモードが実行される（ステップＳ９）。即ち、スイッチ部２３０が高周波超音波素子列及び低周波超音波素子列の両方を選択して、送信部２１０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列及び低周波超音波素子列の両方を矩形波により駆動する。そして受信部２４０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列及び低周波超音波素子列の両方からの受信信号を受け取り、受信処理を行う。
【００９３】
次に画像生成部３２０が受信部２４０からの検出データを受けて、第３の画像データを生成し（ステップＳ１０）、表示部３４０が第３の画像データを表示する（ステップＳ１１）。
【００９４】
このように本実施形態の超音波診断装置４００によれば、検出したい対象物との距離に応じて、第１、第２、第３のモードを自動的に切り換えてプロービングすることができる。こうすることで、検出したい対象物との距離に関わらず、鮮明なエコー画像を得ることができるから、確実な診断などが可能になる。
【００９５】
図１２は、本実施形態の超音波診断装置４００における駆動及び画像生成のフローを示す第２のフローチャートである。図１２に示すフローも図１１のフローと同様に、制御部２２０及び主制御部３１０の制御により実行される。
【００９６】
最初に、第１のモードが実行される（ステップＳ２１）。即ち、スイッチ部２３０が高周波超音波素子列を選択して、送信部２１０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列を正弦波により駆動する。そして受信部２４０がスイッチ部２３０を介して高周波超音波素子列からの受信信号を受け取り、受信処理を行う。
【００９７】
そして画像生成部３２０が受信部２４０からの検出データを受けて、第１の画像データを生成する（ステップＳ２２）。
【００９８】
次に、第２のモードが実行される（ステップＳ２３）。即ち、スイッチ部２３０が低周波超音波素子列を選択して、送信部２１０がスイッチ部２３０を介して低周波超音波素子列を矩形波により駆動する。そして受信部２４０がスイッチ部２３０を介して低周波超音波素子列からの受信信号を受け取り、受信処理を行う。
【００９９】
そして画像生成部３２０が受信部２４０からの検出データを受けて、第２の画像データを生成する（ステップＳ２４）。
【０１００】
次に、画像生成部３２０が第１の画像データと第２の画像データとを合成し（ステップＳ２５）、表示部３４０が合成された画像データを表示する（ステップＳ２６）。
【０１０１】
このように本実施形態の超音波診断装置４００によれば、第１のモードによる画像と第２のモードによる画像とを合成することで、近くにある対象物から遠くにある対象物まで１つの画面で効率よく表示することができる。
【０１０２】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に、本実施形態の超音波診断装置４００の具体的な構成例を示す。図１３（Ａ）は携帯型の超音波診断装置４００を示し、図１３（Ｂ）は据置型の超音波診断装置４００を示す。
【０１０３】
携帯型及び据置型の超音波診断装置４００は共に、超音波プローブ３００、ケーブルＣＢ及び超音波診断装置本体４１０を含む。超音波プローブ３００は、ケーブルＣＢにより超音波診断装置本体４１０に接続される。超音波診断装置本体４１０は表示用画像データを表示する表示部３４０を含む。
【０１０４】
図１３（Ｃ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の具体的な構成例を示す。超音波プローブ３００はプローブヘッド３０１及びプローブ本体３０２を含み、図１３（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３０１はプローブ本体３０２に対して脱着可能である。
【０１０５】
プローブヘッド３０１は、超音波デバイス１００、支持部材ＳＵＰ、被検体と接触する接触部材１３０、超音波デバイス１００を保護する保護部材（保護膜）ＰＦ、コネクターＣＮａ及びプローブ筐体１４０を含む。超音波デバイス１００は、接触部材１３０と支持部材ＳＵＰとの間に設けられる。
【０１０６】
プローブ本体３０２は、処理装置２００及びプローブ本体側コネクターＣＮｂを含む。プローブ本体側コネクターＣＮｂは、プローブヘッド側コネクターＣＮａと接続される。プローブ本体３０２は、ケーブルＣＢにより超音波診断装置本体に接続される。
【０１０７】
なお、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。また処理装置、超音波デバイス、超音波プローブ及び超音波診断装置の構成、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】
【０１０８】
１００  超音波デバイス、１３０  接触部材、１４０  プローブ筐体、
２００  処理装置、２１０  送信部、２２０  制御部、２３０  スイッチ部、
２４０  受信部、３００  超音波プローブ、３０１  プローブヘッド、
３０２  プローブ本体、３１０  主制御部、３２０  画像生成部、３３０  ＵＩ部、
３４０  表示部、４００  超音波診断装置、４１０  超音波診断装置本体、
Ｈ＿ＵＥＣ１〜Ｈ＿ＵＥＣｎ  高周波超音波素子列、
Ｌ＿ＵＥＣ１〜Ｌ＿ＵＥＣｎ  低周波超音波素子列、ＶＤＲ１〜ＶＤＲｎ  駆動信号、
ＶＲ１〜ＶＲｎ  受信信号
【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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