(57)【要約】【課題】送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる超音波トランスデューサー、超音波アレイ、超音波モジュール、超音波測定装置、及び電子機器を提供する。【解決手段】超音波トランスデューサーは、可撓膜と、可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備え、第二振動部は、可撓膜の厚み方向から見た平面視において、可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓膜と、
前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備え、
前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波トランスデューサーにおいて、
前記第一振動部は、前記平面視において、前記最大変位点と重なる位置に設けられる
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波トランスデューサーにおいて、
前記第一振動部は、前記平面視において、前記最大変位点に対して点対称となる位置に設けられ、
前記第二振動部は、前記平面視において、前記最大変位点に対して点対称となる位置に設けられる
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサーにおいて、
前記第二振動部は、前記平面視において、前記可撓膜の外縁に沿って設けられる
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサーにおいて、
前記第一振動部は、前記可撓膜の一方の面に設けられた第一圧電素子であり、
前記第二振動部は、前記可撓膜の他方の面に設けられた第二圧電素子である
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波トランスデューサーにおいて、
前記第一圧電素子は、前記可撓膜側から第一電極、第一圧電体、及び第二電極が積層された構成を有し、
前記第二圧電素子は、前記可撓膜側から第三電極、第二圧電体、及び第四電極が積層された構成を有し、
前記第一電極及び前記第二電極の一方と、前記第三電極及び前記第四電極の一方とは、短絡され、
前記第一電極及び前記第二電極の他方と、前記第三電極及び前記第四電極の他方とは、短絡されている
ことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項７】
可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える超音波トランスデューサーを複数備える超音波アレイであって、
前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる
ことを特徴とする超音波アレイ。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波アレイにおいて、
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と、第二の超音波トランスデューサーとは、前記平面視において、前記第二振動部が配置された領域の面積が異なる
ことを特徴とする超音波アレイ。
【請求項９】
可撓膜と、
前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、
前記第一振動部及び前記第二振動部が接続される回路基板と、を備え、
前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる
ことを特徴とする超音波モジュール。
【請求項１０】
可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える超音波トランスデューサーを含み、当該超音波トランスデューサーから超音波を送信する送信部と、
超音波を受信する受信部と、を具備し、
前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１１】
可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える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を制御する制御部と、を具備し、
前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられる
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、超音波トランスデューサー、超音波アレイ、超音波モジュール、超音波測定装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイアフラムと、ダイアフラムの一方の面側に設けられた、圧電体及び当該圧電体を挟む２つの電極を備える超音波センサ素子が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の超音波センサ素子は、超音波によるダイアフラムの振動振幅に応じた電気信号を、２つの電極から出力する。この電気信号を用いて、超音波を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１９９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されるような超音波センサ素子（以下、超音波トランスデューサーとも称す）では、２つの電極間に例えば所定周波数の矩形波電圧を印加して、圧電体を振動させることにより、ダイアフラムを振動させて、超音波を送出することができる。このようにして超音波トランスデューサーから対象物に対して超音波を送出し、対象物から反射された超音波を受信することにより、対象物の内部構造を測定することができる。
【０００５】
ここで、超音波トランスデューサーから出力される超音波の周波数（以下、送信周波数とも称す）を増大させて、分解能を向上させることにより、測定精度の向上を図ることができる。具体的には、送信周波数を増大させるために、例えば、ダイアフラムの平面寸法を小さくして、ダイアフラムの固有周波数を増大させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、ダイアフラムの平面寸法を小さくすると、超音波トランスデューサーを駆動させてダイアフラムを振動させた際の、ダイアフラムの最大振幅が小さくなるうえ、ダイアフラムの面積も小さくなる。したがって、超音波トランスデューサーから送信される超音波の音圧つまり送信出力が低下するおそれがある。このように、従来の超音波トランスデューサーにおいて、送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることは容易ではないという課題があった。
【０００７】
本発明は、送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる超音波トランスデューサー、超音波アレイ、超音波モジュール、超音波測定装置、及び電子機器を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一適用例に係る超音波トランスデューサーは、可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備え、前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられることを特徴とする。
【０００９】
本適用例の超音波トランスデューサーは、可撓膜を振動させる第一振動部と第二振動部とを備える。第二振動部は、上記平面視において、可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられている。なお、可撓膜の最大変位点とは、自由振動する際における変位量が最大となる点である。可撓膜が、面方向に沿って均一に形成されている場合、可撓膜の重心に一致する。
この超音波トランスデューサーを用いて超音波を送信する際に、第一振動部が、可撓膜を一方向に変形させる応力を可撓膜に付与し、第二振動部が、可撓膜を上記一方向とは反対方向に変形させる応力を可撓膜に付与するように、これら第一振動部及び第二振動部を駆動することにより、超音波トランスデューサーの固有周波数を増大させることができ、送信される超音波の周波数（送信周波数）を増大させることができる。つまり、第二振動部が、可撓膜の最大変位点から離れた位置に、第一振動部とは反対方向の応力を付与するため、第一振動部を単独で駆動した場合や、可撓膜と第一振動部とのみを備える超音波トランスデューサーと比べて、可撓膜の振動周期を増大させることができ、超音波トランスデューサーの固有周波数を増大させることができる。
また、可撓膜の平面寸法を予め小さくして固有周波数を増大させる場合、可撓膜の最大振幅や可撓膜の面積が減少するため、超音波の送信出力が低下する。これに対して、本適用例では、可撓膜の平面寸法を小さくする必要がないため、可撓膜の平面寸法を小さくすることによる送信出力の低下が生じない。
以上から、本適用例では、超音波トランスデューサーの送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。
【００１０】
本適用例の超音波トランスデューサーにおいて、前記第一振動部は、前記平面視において、前記最大変位点と重なる位置に設けられることが好ましい。
本適用例では、第一振動部が、可撓膜の最大変位点と重なる位置に設けられている。これにより、第一振動部によって可撓膜を効率良く振動させることができる。したがって、超音波トランスデューサーの送信出力を向上させることができる。
【００１１】
本適用例の超音波トランスデューサーにおいて、前記第一振動部は、前記平面視において、前記最大変位点に対して点対称となる位置に設けられ、前記第二振動部は、前記平面視において、前記最大変位点に対して点対称となる位置に設けられることが好ましい。
本適用例では、第一振動部及び第二振動部は、それぞれ平面視において可撓膜の最大変位点に対して点対称となる位置に設けられる。このような構成では、可撓膜の最大変位点を振動の中心として可撓膜を振動させることにより、可撓膜をより効率良く振動させることができ、超音波トランスデューサーの送信出力を向上させることができる。
【００１２】
本適用例の超音波トランスデューサーにおいて、前記第二振動部は、前記平面視において、前記可撓膜の外縁に沿って設けられることが好ましい。
本適用例では、第二振動部は、可撓膜の外縁に沿って設けられる。このような構成では、可撓膜の最大変位点からより離れた位置に、第二振動部を配置することができる。したがって、最大変位点の周囲の可撓膜の振動が第二振動部によって阻害されることを抑制でき、超音波トランスデューサーの送信出力の低下を抑制できる。
【００１３】
本適用例の超音波トランスデューサーにおいて、前記第一振動部は、前記可撓膜の一方の面に設けられた第一圧電素子であり、前記第二振動部は、前記可撓膜の他方の面に設けられた第二圧電素子であることが好ましい。
本適用例では、第一振動部は第一圧電素子であり、第二振動部は第二圧電素子である。また、第一圧電素子は、可撓膜の一面に、第二圧電素子は、可撓膜の第二面に設けられている。このような構成では、各圧電素子に電圧を印加した際に、圧電体の可撓膜側の面と反対側の面との間で収縮量に差が生じ、各圧電素子から可撓膜に対して反対向きの応力が作用する。これにより、上述のように可撓膜の振動周期を増大させることができ、超音波トランスデューサーの送信出力の低下を抑制しつつ、固有周波数を増大させることができる。
また、第二圧電素子が、可撓膜の第一圧電素子が設けられた面とは反対側の面に設けられているため、可撓膜の同一面に設けられている構成と比べて、各圧電素子を形成することが容易である。
【００１４】
本適用例の超音波トランスデューサーにおいて、前記第一圧電素子は、前記可撓膜側から第一電極、第一圧電体、及び第二電極が積層された構成を有し、前記第二圧電素子は、前記可撓膜側から第三電極、第二圧電体、及び第四電極が積層された構成を有し、前記第一電極及び前記第二電極の一方と、前記第三電極及び前記第四電極の一方とは、短絡され、前記第一電極及び前記第二電極の他方と、前記第三電極及び前記第四電極の他方とは、短絡されていることが好ましい。
本適用例では、第一圧電素子及び第二圧電素子の各電極のうちの一方と他方とがそれぞれ短絡されている。このような構成では、超音波トランスデューサーを駆動する際に、第一圧電素子と第二圧電素子とを同一の駆動信号で駆動させることができる。したがって、各圧電素子を個別に駆動する構成と比べて、各圧電素子の駆動タイミングを同期させることが容易である。また、各圧電素子を個別に駆動させる場合と比べて、超音波トランスデューサーの駆動回路の構成を簡略化できる。また、超音波トランスデューサー及び駆動回路を制御する制御装置の処理負荷を低減できる。
【００１５】
一適用例の超音波アレイは、可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える超音波トランスデューサーを複数備える超音波アレイであって、前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられることを特徴とする。
本適用例の超音波アレイは、上記適用例の超音波トランスデューサーを複数備え構成されている。したがって、本適用例では、上記適用例の超音波トランスデューサーと同様に、送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。
【００１６】
本適用例の超音波アレイにおいて、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と、第二の超音波トランスデューサーとは、前記平面視において、前記第二振動部が配置された領域の面積が異なることが好ましい。
本適用例では、超音波アレイを構成する複数の超音波トランスデューサーは、上記平面視における第二振動部の面積が互いに異なる第一の超音波トランスデューサーと、第二の超音波トランスデューサーとを含む。この第一の超音波トランスデューサーと第二の超音波トランスデューサーとは、第二振動部の面積が異なり、第二振動部から可撓膜へ付与される応力の大きさや、応力が付与される領域が異なる。このため、第一の超音波トランスデューサーは、第二の超音波トランスデューサーとは異なる周波数の超音波を送信することができる。したがって、超音波アレイは、二以上の周波数の超音波を送信することができる。
【００１７】
一適用例の超音波モジュールは、可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、前記第一振動部及び前記第二振動部が接続される回路基板と、を備え、前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられることを特徴とする。
本適用例の超音波モジュールは、可撓膜を振動させる第一振動部と第二振動部とを備える。この可撓膜は、上記平面視において、第一振動部によって振動された際の最大変位点を有し、第二振動部は、上記平面視において、可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられている。したがって、本適用例では、上記適用例の超音波トランスデューサーと同様に、送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。
【００１８】
本適用例の超音波測定装置は、可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える超音波トランスデューサーを含み、当該超音波トランスデューサーから超音波を送信する送信部と、超音波を受信する受信部と、を具備し、前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられることを特徴とする。
本適用例の超音波測定装置は、上記適用例の超音波トランスデューサーと、超音波を受信する受信部と、を備え、超音波トランスデューサーから送信された超音波を受信する、つまり超音波測定を実施することができる。このように構成された本適用例では、上記適用例の超音波トランスデューサーを用いることにより、上述のように送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させる、つまり分解能を向上させることができ、高精度の超音波測定を実施できる。
【００１９】
本適用例の電子機器は、可撓膜と、前記可撓膜を振動させる第一振動部及び第二振動部と、を備える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を制御する制御部と、を具備し、前記第二振動部は、前記可撓膜の厚み方向から見た平面視において、前記可撓膜の最大変位点から離れた位置に設けられることを特徴とする。
本適用例の電子機器は、上記適用例の超音波トランスデューサーと、当該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。このように構成された本適用例では、上記適用例の超音波トランスデューサーを用いることにより、上述のように送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。したがって、超音波トランスデューサーから送信された超音波を受信して超音波測定を行う場合、送信出力の低下を抑制しつつ分解能を向上させることができ、高精度の超音波測定を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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デバイスの概略構成を示す平面図。
【図４】第一実施形態の送信ユニットの素子基板を、封止板とは反対側から見た平面図。
【図５】第一実施形態の送信ユニットを模式的に示す断面図。
【図６】第一実施形態の送信ユニットの素子基板を、封止板側から見た平面図。
【図７】第一実施形態の送信用トランスデューサーの動作を模式的に示す図。
【図８】送信用トランスデューサーの第二圧電素子の幅と固有周波数との関係を示す図。
【図９】送信用トランスデューサーの第二圧電素子の幅と変位量との関係を示す図。
【図１０】送信用トランスデューサーの固有周波数と変位量との関係を示す図。
【図１１】第一実施形態の受信ユニットの素子基板を、封止板とは反対側から見た平面図。
【図１２】第一実施形態の受信ユニットを模式的に示す断面図。
【図１３】第二実施形態の送信ユニットの素子基板を、封止板側から見た平面図。
【図１４】第三実施形態の送信ユニットを模式的に示す断面図。
【図１５】第三実施形態の一変形例に係る超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図１６】変形例に係る送信ユニットを模式的に示す断面図。
【図１７】変形例に係る送信ユニットを模式的に示す断面図。
【図１８】変形例に係る送信ユニットを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［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。
本実施形態の超音波測定装置１は、本発明における超音波測定装置に相当し、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（例えば血流等）を測定したりする。
【００２２】
［超音波プローブの構成］
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、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回路基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、回路基板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。
【００２３】
［筐体の構成］
筐体２１は、図１示すように、例えば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の内部の回路基板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、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。
【００２４】
［超音波デバイスの構成］
超音波デバイス２２は、図３に示すように、超音波を送信する送信部に相当する送信ユニットＴＵと、超音波を受信する受信部に相当する受信ユニットＲＵと、を備える。これら送信ユニットＴＵ及び受信ユニットＲＵは、それぞれ回路基板２３に搭載され（図３参照）、図２に示すように、回路基板２３の選択回路２３１に接続されている。超音波デバイス２２は、送信ユニットＴＵから生体に向かって超音波を送信する。また、超音波デバイス２２は、生体内で反射された超音波を受信ユニットＲＵで受信する。
【００２５】
［送信ユニットの構成］
図４は、送信ユニットＴＵの素子基板４１を、音響レンズ４４側から見た平面図である。図５は、送信ユニットＴＵのＹＺ面に沿った断面を模式的に示す断面図である。なお、図５では、後述する可撓膜４１２Ａの重心Ｏを通る位置の断面を示す。図６は、送信ユニットＴＵの素子基板４１を、封止板４２側から見た平面図である。
送信ユニットＴＵは、図５に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合層４３と、音響レンズ４４と、により構成されている。なお、本実施形態では、音響レンズ４４は、送信ユニットＴＵ及び受信ユニットＲＵに亘って設けられているが、送信ユニットＴＵ及び受信ユニットＲＵのそれぞれに設けられてもよい。
【００２６】
送信ユニットＴＵは、図４に示すように、超音波トランスデューサーであり、超音波の送信を行う送信用トランスデューサー４５の複数がマトリクス状に配置され構成された送信用の超音波アレイである送信アレイＴＡを有する。この送信アレイＴＡは、個別に駆動され超音波を送信する送信チャンネル（後述する送信用トランスデューサー群４５Ａ）が、一方向（スキャン方向）に沿って複数配置された１次元アレイ構造を有する。
なお、以下の説明では、スキャン方向をＸ方向とし、スキャン方向に直交するスライス方向をＹ方向とする。また、送信ユニットＴＵの各送信用トランスデューサー４５の超音波の送信方向をＺ方向とする。
【００２７】
素子基板４１は、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の−Ｚ側に設けられた振動膜４１２と、を備えている。この素子基板４１の中央領域は、送信アレイＴＡが形成された送信アレイ領域Ａｒ１である。
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は、図４に示すように、素子基板４１の±Ｘ側の外周部に、Ｙ方向に沿って設けられ、振動膜４１２を支持している。なお、図４では、−Ｘ側のみを図示している。
【００２８】
振動膜４１２は、図５に示すように、後述する封止板４２に設けられた複数の凹溝４２１のそれぞれを閉塞する。振動膜４１２のうち、凹溝４２１を閉塞する部分は、弾性変形可能な可撓膜４１２Ａを構成する。この可撓膜４１２Ａは、複数の凹溝４２１のそれぞれに対応する位置に形成されている。つまり、Ｚ方向から見た平面視において、可撓膜４１２Ａは、凹溝４２１の開口形状に応じた形状を有する。
なお、後述するように、可撓膜４１２Ａの＋Ｚ側の面（一方の面に相当）に第一圧電素子４５１が、−Ｚ側の面（他方の面に相当）に第二圧電素子４５５が、設けられている。本実施形態では、可撓膜４１２Ａと、第一圧電素子４５１と、第二圧電素子４５５とを含み、送信用トランスデューサー４５が構成されている。
【００２９】
本実施形態では、図５に示すように、振動膜４１２は、第一層４１３と、第二層４１４と、第三層４１５と、を備える。これらのうち、第一層４１３は、振動膜４１２の＋Ｚ側に位置し、第一圧電素子４５１が形成される層である。また、第三層４１５は、−Ｚ側に位置し、第二圧電素子４５５が形成される層である。これら第一層４１３及び第三層４１５は、例えば、ＺｒＯ２により構成されている。なお、第一層４１３及び第三層４１５は、例えば、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３等の遷移金属酸化物や、ＡｌＮ、ＴｉＮ、及びＳｉ２Ｎ４等の各種の絶縁性を示す材料により構成されてもよい。
また、第二層４１４は、第一層４１３と第二層４１４との間に配置され、例えばＳｉＯ２等により構成されている。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、第二層４１４をＳｉＯ２により構成する場合、例えば、基板本体部４１１を熱酸化処理することで、容易に第二層４１４を形成することが可能となる。
【００３０】
（送信アレイの構成）
送信アレイＴＡは、上述のように複数の送信用トランスデューサー４５がマトリクス状に配置され構成されている。この送信アレイＴＡは、Ｘ方向（スライス方向）に沿って配置された複数の送信用トランスデューサー４５によって構成され、一つの送信チャンネルとして機能する送信用トランスデューサー群４５Ａを備える。また、送信アレイＴＡは、複数の送信用トランスデューサー群４５ＡがＹ方向（スキャン方向）に沿って配置され、個別に駆動可能に構成されている。
【００３１】
送信用トランスデューサー４５は、図５に示すように、可撓膜４１２Ａと、可撓膜４１２Ａの＋Ｚ側に設けられた第一圧電素子４５１と、可撓膜４１２Ａの−Ｚ側に設けられた第二圧電素子４５５と、を備え構成されている。
第一圧電素子４５１は、可撓膜４１２Ａ側から順に、第一下部電極４５２、第一圧電膜４５３、及び第一上部電極４５４が積層され構成されている。
また、第二圧電素子４５５は、可撓膜４１２Ａ側から順に、第二下部電極４５６、第二圧電膜４５７、及び第二上部電極４５８が積層され構成されている。
送信用トランスデューサー４５については、後に詳述する。
【００３２】
ここで、図４に示すように、送信用トランスデューサー群４５Ａを構成する複数の送信用トランスデューサー４５において、第一圧電素子４５１の第一下部電極４５２が連結されている。具体的には、Ｙ方向に沿って隣りあう送信用トランスデューサー４５の第一下部電極４５２は、第一下部電極線４５２Ａによって互いに連結されている。また、Ｙ方向における両端に配置された送信用トランスデューサー４５の第一下部電極４５２は、第一下部引出線４５２Ｂによって、送信アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２に形成された第一下部電極パッド４５２Ｐに連結されている。この第一下部電極パッド４５２Ｐは、回路基板２３に接続されている。なお、図４では、＋Ｙ側の第一下部電極パッド４５２Ｐのみを図示している。
【００３３】
一方、送信用トランスデューサー４５の第一上部電極４５４は、第一上部電極線４５４Ａ及び第一上部引出線４５４Ｂによって、端子領域Ａｒ２に形成された第一上部電極パッド４５４Ｐに連結されている。具体的には、Ｘ方向に沿って隣りあう送信用トランスデューサー４５の第一上部電極４５４は、第一上部電極線４５４Ａによって互いに連結されている。また、Ｘ方向における両端に配置された送信用トランスデューサー４５の第一下部電極４５２は、第一上部電極線４５４Ａによって第一上部引出線４５４Ｂに連結されている。第一上部引出線４５４Ｂは、Ｙ方向に沿って、端子領域Ａｒ２まで引き出され、第一上部電極パッド４５４Ｐに連結する。この第一上部電極パッド４５４Ｐは、回路基板２３のグランド回路（図示省略）に接続されている。つまり、各第一圧電素子４５１の第一上部電極４５４が基準電位となる。なお、図４では、−Ｘ側の第一上部電極パッド４５４Ｐのみを図示している。
【００３４】
また、図６に示すように、送信用トランスデューサー群４５Ａを構成する複数の送信用トランスデューサー４５において、第二圧電素子４５５の第二下部電極４５６は、第一下部電極４５２と同様に、第二下部電極線４５６Ａによって互いに連結され、かつ、第二下部引出線４５６Ｂによって端子領域Ａｒ２に形成された第二下部電極パッド４５６Ｐに連結されている。この第二下部電極パッド４５６Ｐは、回路基板２３に接続されている。なお、図６では、＋Ｙ側の第二下部電極パッド４５６Ｐのみを図示している。
【００３５】
また、第二上部電極４５８は、第一上部電極４５４と同様に、第二上部電極線４５８Ａ及び第二上部引出線４５８Ｂによって、端子領域Ａｒ２に形成された第二上部電極パッド４５８Ｐに連結されている。この第二上部電極パッド４５８Ｐは、回路基板２３のグランド回路（図示省略）に接続されている。つまり、各第二圧電素子４５５の第二上部電極４５８が、基準電位となる。なお、図６では、−Ｘ側の第二上部電極パッド４５８Ｐのみを図示している。
このように構成された送信アレイＴＡでは、個別に回路基板２３からの駆動信号が、複数の送信用トランスデューサー群４５Ａのそれぞれに対して入力されることにより、各送信用トランスデューサー群４５Ａが個別に駆動される。
【００３６】
（封止板の構成）
封止板４２は、素子基板４１の強度を補強するために設けられ、例えば半導体基板等により構成され、素子基板４１に接合されている。封止板４２の材質や厚みは、送信用トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、送信用トランスデューサー４５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。
【００３７】
そして、この封止板４２には、平面視において、各送信用トランスデューサー４５に対応する位置に、＋Ｚ側に開口する凹溝４２１が設けられている。また、凹溝４２１が形成されない領域は、振動膜４１２の振動を抑制する抑制部４２２となる。
つまり、抑制部４２２の＋Ｚ側面には振動膜４１２が接合されており、この振動膜４１２により、各凹溝４２１が閉塞されている。Ｚ方向から見た平面視において、振動膜４１２の凹溝４２１の内周面によって囲まれた部分は、弾性変形可能な可撓膜４１２Ａとなる。つまり、可撓膜４１２Ａは、Ｚ方向から見た平面視において、凹溝４２１の開口形状に応じた形状を有する。したがって、可撓膜４１２Ａの固有周波数は、凹溝４２１の開口寸法（Ｘ方向及びＹ方向に沿った寸法）に応じて調整可能である。つまり、凹溝４２１の開口寸法を小さくすることにより、可撓膜４１２Ａの固有周波数を小さくでき、ひいては送信用トランスデューサー４５から送信される超音波の周波数（送信周波数）を小さくすることができる。逆に、凹溝４２１の開口寸法を大きくすることにより、可撓膜４１２Ａの固有周波数を大きくでき、ひいては送信用トランスデューサー４５の送信周波数を大きくすることができる。
【００３８】
なお、凹溝４２１は、可撓膜４１２Ａの振動により１つの送信用トランスデューサー４５で発生した背面波が隣接する他の送信用トランスデューサー４５に伝播する不都合（クロストーク）を抑制する。また、凹溝４２１の溝深さは、超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍となるように設定されている。これにより、封止板４２にて反射された背面波が再び送信用トランスデューサー４５に入力された際に、送信用トランスデューサー４５から生体側（封止板４２とは逆側）に放出される超音波との位相ずれが抑制され、超音波の減衰を抑制する。
【００３９】
（音響整合層及び音響レンズの構成）
音響整合層４３は、図５に示すように、素子基板４１の封止板４２とは反対側の面に設けられている。具体的には、音響整合層４３は、素子基板４１と音響レンズ４４との間に充填され、かつ、基板本体部４１１の表面から所定の厚み寸法で形成される。
音響レンズ４４は、音響整合層４３上に設けられ、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂから外部に露出する。この音響レンズ４４は、＋Ｚ側の面がＹ方向（スライス方向）に沿って湾曲するシリンドリカル形状を有する。なお、音響レンズ４４の＋Ｚ側の面は、送信ユニットＴＵ側と受信ユニットＲＵ側とで異なる曲率を有する。つまり、音響レンズ４４は、送信ユニットＴＵ側では超音波デバイス２２から送信された超音波を、Ｚ方向における所定の距離で収束させるのに適した曲率を有する。一方、音響レンズ４４は、受信ユニットＲＵ側では、生体内で反射された超音波を受信アレイＲＡ（図１１参照）に収束させるのに適した曲率を有する。
【００４０】
これらの音響整合層４３や音響レンズ４４は、送信用トランスデューサー４５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良く受信ユニットＲＵの受信用トランスデューサー５５に伝搬させる。このため、音響整合層４３及び音響レンズ４４は、素子基板４１の各トランスデューサー４５，５５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】
（送信用トランスデューサーの構成）
以下、本実施形態の送信用トランスデューサー４５について説明する。
図５に示すように、送信用トランスデューサー４５は、可撓膜４１２Ａと、第一圧電素子４５１と、第二圧電素子４５５と、を備えている。
可撓膜４１２Ａは、図４に示すように、Ｚ方向から見た平面視において、略矩形状の外形を有する。この可撓膜４１２Ａは、面方向に略均一に形成されており、平面視において重心Ｏが中心と一致している。また、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂは、封止板４２の抑制部４２２に固定されている。このため、可撓膜４１２Ａは、各圧電素子４５１，４５５の駆動に応じて、外縁４１２Ｂを固定端として振動する。また、本実施形態では、可撓膜４１２Ａにおける変位量が最大となる点（最大変位点）は、重心Ｏに一致している。
【００４２】
第一圧電素子４５１は、第一振動部に相当し、図５に示すように、可撓膜４１２Ａの第一層４１３側（＋Ｚ側）に設けられ、第一層４１３側から順に、第一下部電極４５２、第一圧電膜４５３、及び第一上部電極４５４が積層され構成されている。また、第一圧電素子４５１は、図４に示すように、可撓膜４１２Ａの厚み方向から見た平面視において、可撓膜４１２Ａの重心Ｏに対して点対称な形状を有する。
【００４３】
第一下部電極４５２は、第一電極に相当し、図４に示すように平面視において第一上部電極４５４と重なる位置に、略矩形状に形成される。第一下部電極４５２は、例えば、Ｉｒ，Ｐｔ，ＩｒＯｘ，Ｔｉ，ＴｉＯｘ等の導電性の電極材料により形成される。
第一圧電膜４５３は、第一圧電体に相当し、図４に示すように平面視において略矩形状に形成され、第一下部電極４５２を覆っている。第一圧電膜４５３は、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、より具体的には、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて形成される。なお、ＺｒとＴｉとの組成比が５２：４８とすることにより、良好な圧電特性、すなわち特に高い圧電定数（ｅ定数）を有する第一圧電膜４５３を形成することができる。
第一上部電極４５４は、第二電極に相当し、第一圧電膜４５３上に形成されている。また、第一上部電極４５４は、図４に示すように平面視において略矩形状に形成されている。この第一上部電極４５４は、第一下部電極４５２と同様の電極材料により形成されている。
【００４４】
第二圧電素子４５５は、第二振動部に相当し、図５に示すように、可撓膜４１２Ａの第三層４１５側（−Ｚ側）に設けられ、第三層４１５側から順に、第二下部電極４５６、第二圧電膜４５７、及び第二上部電極４５８が積層され構成されている。
この第二圧電素子４５５は、図６に示すように、平面視において、可撓膜４１２Ａの重心Ｏから離れた位置に形成されている。本実施形態では、第二圧電素子４５５は、平面視において、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂに沿って、重心Ｏを囲み、当該重心Ｏに対して点対称な環状に形成されている。
【００４５】
第二下部電極４５６は、第三電極に相当し、図６に示すように、平面視において第二上部電極４５８と重なる位置に、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂに沿って略矩形環状に形成されている。なお、第二下部電極４５６は、第一下部電極４５２と同様の電極材料により形成されている。
第二圧電膜４５７は、第二圧電体に相当し、図６に示すように平面視において略矩形環状に形成され、第二下部電極４５６を覆っている。この第二圧電膜４５７は、第一圧電膜４５３と同様の材料で形成されている。
第二上部電極４５８は、第四電極に相当し、第二圧電膜４５７上に形成されている。また、第二上部電極４５８は、図６に示すように平面視において略矩形環状に形成されている。この第二上部電極４５８は、第一下部電極４５２と同様の電極材料により形成されている。
【００４６】
図７は、送信用トランスデューサー４５の動作を説明するための図である。
上述のように構成された送信用トランスデューサー４５は、第一下部電極４５２及び第一上部電極４５４の間と、第二下部電極４５６及び第二上部電極４５８の間とに、所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、第一圧電膜４５３及び第二圧電膜４５７が面内方向に伸縮する。各圧電膜４５３，４５７は、可撓膜４１２Ａ側と、反対側とで伸縮量に差が生じることにより、膜厚方向に変位し、振動する。この各圧電膜４５３，４５７の振動により、可撓膜４１２Ａも振動して超音波が送出される。
【００４７】
ここで、図７に示すように、本実施形態の送信用トランスデューサー４５は、第一圧電膜４５３と第二圧電膜４５７との振動方向が逆方向となる。つまり、第一圧電素子４５１の第一上部電極４５４と、第二圧電素子４５５の第二上部電極４５８とは、基準電位に設定されている。一方で、第一圧電素子４５１の第一下部電極４５２と、第二圧電素子４５５の第二下部電極４５６とは、送信用トランスデューサー４５の個別電極である。このように構成された第一圧電素子４５１と第二圧電素子４５５とを、同一の駆動信号によって駆動すると、第一下部電極４５２及び第一上部電極４５４の間と、第二下部電極４５６及び第二上部電極４５８の間に電界が印加される。そして、可撓膜４１２Ａは、図７に示すように、第一圧電素子４５１及び第二圧電素子４５５の各形成位置において逆方向に変形し、振動する。
【００４８】
これにより、第二圧電素子４５５を設けない場合や、第一圧電素子４５１のみを駆動させる場合と比べて、可撓膜４１２Ａの振動周期を増大させることができ、送信用トランスデューサー４５の送信周波数を増大させることができる。
ここで、送信周波数を増大させるために、可撓膜４１２Ａの寸法を小さくして、可撓膜４１２Ａの固有周波数を増大させることも考えられるが、この場合では可撓膜４１２Ａの最大変位点（本実施形態では重心Ｏ）の変位量や、可撓膜４１２Ａの面積も低下し、送信出力が低下する。これに対して、本実施形態の送信用トランスデューサー４５では、可撓膜４１２Ａの寸法を変更しないため、送信出力の低下を抑制しつつ送信周波数を増大させることができる。
【００４９】
図８は、第二圧電素子４５５の幅と、送信用トランスデューサー４５の固有周波数との関係を示す図である。また、図９は、第二圧電素子４５５の幅と、可撓膜４１２Ａの変位量（重心Ｏにおける最大変位量）との関係を示す図である。また、図１０は、第二圧電素子４５５の幅を変更した際の、送信用トランスデューサー４５の固有周波数と、可撓膜４１２Ａの変位量との関係を示す図である。
ここで、第二圧電素子４５５の幅とは、可撓膜４１２Ａの短辺方向（本実施形態ではＸ方向）に沿って重心Ｏを通る線上における、環状の第二圧電素子４５５の一辺（Ｙ方向に沿った辺）の幅である。
なお、図８乃至図９では、可撓膜４１２Ａの短辺方向に沿った幅（つまり重心Ｏを通り、かつ、外縁４１２Ｂとの交点間の距離が最短となる仮想線に沿った幅であり、本実施形態ではＸ方向に沿った幅）Ｗを変更した際のデータＤ１乃至データＤ３を示している。具体的には、幅Ｗが３０μｍの場合をデータＤ１とし、３２.５μｍの場合をデータＤ２とし、３５μｍの場合をデータＤ３としている。また、第一圧電素子４５１のＸ方向の幅は、可撓膜４１２Ａの幅Ｗの０．８倍（つまり０．８Ｗ）である。また、図１０のでは、比較例として、第二圧電素子４５５を設けずに可撓膜４１２Ａの幅Ｗを変更した場合のデータＤ４を示している。
さらに、各データは、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂと第一圧電素子４５１との間のクリアランスをＣ（つまり０.１Ｗ）として、第二圧電素子４５５の幅を０．２Ｃ以上、４．５Ｃ以下の範囲の複数点について設定した場合について示している。つまり、各データでは、第二圧電素子４５５の幅を、０．０２Ｗ以上、０．４５Ｗ以下の範囲の複数値に設定した場合について示している。
【００５０】
図８及び図１０に示すように、第二圧電素子４５５を設けることにより、送信用トランスデューサー４５の固有周波数が増大する。なお、いずれの場合も、固有周波数が最大で略１．５倍に増大する。
また、第二圧電素子４５５の幅が０．２Ｗ（つまり２Ｃ）以下の範囲では、第二圧電素子４５５の幅の増大に応じて、固有周波数が増大する。例えば、データＤ３（可撓膜４１２Ａの幅Ｗが３２．５μｍの場合）では、第二圧電素子４５５の幅が７μｍ以下の範囲である。このように、第二圧電素子４５５の幅を０．２Ｗ以下の範囲で設定することにより、送信用トランスデューサー４５の固有周波数を増大させるとともに、第二圧電素子４５５の幅に応じて固有周波数を設定することができる。
【００５１】
図９及び図１０に示すように、第二圧電素子４５５を設けることにより、送信用トランスデューサー４５の固有周波数が増大するとともに、可撓膜４１２Ａの変位量の低下が抑制されている。
また、第二圧電素子４５５の幅が０．４Ｗ（つまり４Ｃ）以下の範囲では、可撓膜４１２Ａの変位量の低下がより好適に抑制されている。例えば、データＤ３（可撓膜４１２Ａの幅Ｗが３２．５μｍの場合）では、第二圧電素子４５５の幅が１４μｍ以下の範囲である。さらに、第二圧電素子４５５の幅が０．２Ｗ（つまり２Ｃ）以上、０．５（つまり５Ｃ）Ｗ以下の範囲では、より一層好適に可撓膜４１２Ａの変位量の低下が抑制されている。すなわち、第二圧電素子４５５の幅を０．４Ｗ以下とすることが好ましく、０．２Ｗ以上、０．５Ｗ以下の範囲とすることがより好ましい。これにより、送信用トランスデューサー４５の固有周波数を増大させ、かつ、可撓膜４１２Ａの変位量の低下、すなわち送信用トランスデューサー４５の送信出力（送信感度）の低下を好適に抑制できる。
【００５２】
［受信ユニットの構成］
図１１は、受信ユニットＲＵの素子基板５１を、音響レンズ４４側から見た平面図である。図１２は、受信ユニットＲＵのＹＺ面に沿った断面を模式的に示す断面図である。
受信ユニットＲＵは、図１２に示すように、素子基板５１と、封止板５２と、音響整合層５３と、上述の音響レンズ４４と、により構成されている。なお、上述のように、音響レンズ４４は、送信ユニットＴＵ及び受信ユニットＲＵに亘って設けられている。
この受信ユニットＲＵは、図１１に示すように、送信ユニットＴＵから送信された超音波を受信可能な受信用トランスデューサー５５の複数がマトリクス状に配置され構成された受信アレイＲＡを有する。本実施形態では、受信アレイＲＡとして、超音波を受信する受信チャンネル（図１１に示す受信用トランスデューサー群５５Ａ）が、Ｘ方向（スキャン方向）に沿って複数配置された１次元アレイ構造を有する構成を例示するが、１次元アレイ構造に限定されず、２次元アレイ構造を有するものでもよく、また、受信用トランスデューサー５５の数も図１１に示す例に限定されない。
なお、以下の説明では、受信ユニットＲＵは、受信用トランスデューサー５５が−Ｚ方向に伝播する超音波を受信するものとする。
【００５３】
素子基板５１は、基板本体部５１１と、基板本体部５１１の−Ｚ側に設けられた振動膜５１２と、を備えている。この素子基板５１の中央領域は、受信アレイＲＡが形成された受信アレイ領域Ａｒ３である。
基板本体部５１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部５１１の受信アレイ領域Ａｒ３内には、各受信用トランスデューサー５５に対応した開口部５１１Ａが設けられている。これらの開口部５１１Ａの開口サイズは、後述するように送信ユニットＴＵから送信される超音波の周波数に基づいたサイズとなる。
振動膜５１２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５１１の−Ｚ側の面に設けられ、開口部５１１Ａを閉塞する。振動膜５１２のうち、開口部５１１Ａを閉塞する部分は、弾性変形可能な可撓膜５１２Ａを構成する。
【００５４】
この可撓膜５１２Ａの−Ｚ側には第三圧電素子５５１が形成されており、これら可撓膜５１２Ａと第三圧電素子５５１とを含み受信用トランスデューサー５５が構成される。つまり、受信用トランスデューサー５５は、超音波により可撓膜５１２Ａが振動され、可撓膜５１２Ａの振動に応じた電気信号を第三圧電素子５５１が出力する。
ここで、受信用トランスデューサー５５は、送信用トランスデューサー４５から送信され、生体内で反射される超音波（すなわち検出対象の超音波）を検出可能に構成されている。例えば、受信用トランスデューサー５５の固有周波数が、検出対象の超音波の周波数と略一致するように、可撓膜５１２Ａ及び第三圧電素子５５１が構成されている。なお、可撓膜５１２Ａは、開口部５１１Ａの開口形状に応じた平面形状を有する。例えば、開口部５１１Ａの寸法を小さくすることにより、可撓膜５１２Ａの固有周波数を増大させることができ、ひいては受信用トランスデューサー５５の固有周波数を増大させることができる。
【００５５】
この受信用トランスデューサー５５の第三圧電素子５５１は、可撓膜５１２Ａ側から順に、第三下部電極５５２、第三圧電膜５５３、及び第三上部電極５５４が積層され構成されている。これらのうち第三下部電極５５２及び第三上部電極５５４は、例えば、Ｉｒ，Ｐｔ，ＩｒＯｘ，Ｔｉ，ＴｉＯｘ等の導電性の電極材料により形成される。また、第三圧電膜５５３は、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、より具体的には、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて形成される。なお、ＺｒとＴｉとの組成比が５２：４８とすることにより、良好な圧電特性、すなわち特に高い圧電定数（ｅ定数）を有する第三圧電膜５５３を形成することができる。
このように構成された受信用トランスデューサー５５では、対象物から反射された超音波により振動膜５１２の可撓膜５１２Ａが振動されると、第三圧電膜５５３の上下で電位差が発生する。これにより第三下部電極５５２及び第三上部電極５５４の間に電位差が発生し、当該電位差に応じた電気信号が受信用トランスデューサー５５から出力される。
【００５６】
ここで、図１１に示すように、Ｙ方向に沿って配置された複数の受信用トランスデューサー５５は、一つの受信チャンネルである受信用トランスデューサー群５５Ａを構成する。また、受信用トランスデューサー群５５ＡがＸ方向に沿って複数配置され、受信アレイＲＡが構成される。
この受信用トランスデューサー群５５Ａでは、当該受信用トランスデューサー群５５Ａを構成する複数の受信用トランスデューサー５５において、第三圧電素子５５１の第三下部電極５５２及び第三上部電極５５４は連結されている。
具体的には、Ｙ方向に沿って隣りあう受信用トランスデューサー５５の第三下部電極５５２は、第三下部電極線５５２Ａによって互いに連結されている。また、Ｙ方向における両端に配置された受信用トランスデューサー５５の第三下部電極５５２は、第三下部引出線５５２Ｂによって、受信アレイ領域Ａｒ３外の端子領域Ａｒ４に形成された第三下部電極パッド５５２Ｐに連結されている。この第三下部電極パッド５５２Ｐは、回路基板２３に接続されている。
【００５７】
また、第三上部電極５５４は、第三上部電極線５５４Ａ及び第三上部引出線５５４Ｂによって、端子領域Ａｒ４に形成された第三上部電極パッド５５４Ｐに連結されている。具体的には、Ｘ方向に沿って隣りあう受信用トランスデューサー５５の第三上部電極５５４は、第三上部電極線５５４Ａによって互いに連結されている。また、Ｘ方向における両端に配置された受信用トランスデューサー５５の第三上部電極５５４は、第三上部電極線５５４Ａによって第三上部引出線５５４Ｂに連結されている。第三上部引出線５５４Ｂは、Ｙ方向に沿って、端子領域Ａｒ４まで引き出され、第三上部電極パッド５５４Ｐに連結する。この第三上部電極パッド５５４Ｐは、回路基板２３のグランド回路（図示省略）に接続されている。
【００５８】
封止板５２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板５１と同形状に形成され、アロイ等の金属板や、Ｓｉ等の半導体基板等により構成され、素子基板５１に接合されている。封止板４２の材質や厚みは、受信用トランスデューサー５５の周波数特性に影響を及ぼすため、受信用トランスデューサー５５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。
【００５９】
そして、この封止板５２は、素子基板５１の開口部５１１Ａに対応した複数の凹溝５２１が形成されている。この凹溝５２１は、可撓膜５１２Ａの振動により発生する超音波の背面波による影響を抑制するために設けられている。すなわち、各凹溝５２１は、超音波の受信時に、１つの受信用トランスデューサー５５で発生した背面波が隣接する他の受信用トランスデューサー５５に入力する不都合（クロストーク）を抑制する。
【００６０】
音響整合層５３は、素子基板５１の＋Ｚ側に設けられている。具体的には、音響整合層５３は、素子基板５１の開口部５１１Ａ内に充填され、かつ、開口部５１１Ａの底面側から所定の厚み寸法で形成される。この音響整合層５３は、受信用トランスデューサー５５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。
【００６１】
［回路基板の構成］
回路基板２３は、超音波デバイス２２が接合され、送信ユニットＴＵ及び受信ユニットＲＵを制御するためのドライバ回路等が設けられる。この回路基板２３は、図２に示すように選択回路２３１、送信回路２３２、受信回路２３３、及びコネクタ部２３４（図３参照）を備えている。
【００６２】
選択回路２３１は、送信ユニットＴＵの各電極パッド４５２Ｐ，４５４Ｐ，４５６Ｐ，４５８Ｐと、受信ユニットＲＵの各電極パッド５５２Ｐ，５５４Ｐと、にそれぞれ接続されている。
この選択回路２３１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波センサー２４と送信回路２３２とを接続する送信接続、及び超音波センサー２４と受信回路２３３とを接続する受信接続を切り替える。
また、選択回路２３１は、送信接続時において、駆動対象の送信用トランスデューサー群４５Ａに接続する第一下部電極パッド４５２Ｐ及び第二下部電極パッド４５６Ｐと、送信回路２３２とを接続する。なお、送信ユニットＴＵの第一上部電極パッド４５４Ｐ及び第二上部電極パッド４５８Ｐと、受信ユニットＲＵの第三上部電極パッド５５４Ｐとは、例えば、グランド回路（図示省略）に接続され、基準電位に設定されている。
【００６３】
送信回路２３２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２３１を介して超音波センサー２４に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。この送信回路２３２は、制御装置１０からの制御に基づいて、第一下部電極パッド４５２Ｐ及び第一上部電極パッド４５４Ｐの間と、第二下部電極パッド４５６Ｐ及び第二上部電極パッド４５８Ｐの間と、に電圧を印加する。これにより、第一下部電極４５２及び第一上部電極４５４の間と、第二下部電極４５６及び第二上部電極４５８の間とで逆方向の電界が印加され、第一圧電素子４５１と第二圧電素子４５５とが逆方向に駆動される。
【００６４】
受信回路２３３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２３１を介して超音波センサー２４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２３３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。
【００６５】
コネクタ部２３４は、送信回路２３２、受信回路２３３に接続されている。また、コネクタ部２３４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。
【００６６】
［制御装置の構成］
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、制御部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。
制御部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、制御部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、送信回路２３２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２３３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。
【００６７】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の送信用トランスデューサー４５は、可撓膜４１２Ａを振動させる第一圧電素子４５１と、第二圧電素子４５５とを備える。この第一圧電素子４５１は、可撓膜４１２Ａの重心Ｏと重なる位置に配置され、第二圧電素子４５５は、重心Ｏから離れた位置に、具体的には、重心Ｏを囲むように、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂに沿って配置されている。これら各圧電素子４５１，４５５は、可撓膜４１２Ａに対して、互いに反対方向に可撓膜４１２Ａを変形させる力を付与する。このため、第一圧電素子４５１を単独で駆動した場合や、第二圧電素子４５５を備えない構成と比べて、可撓膜４１２Ａの振動周期を増大させることができ、送信用トランスデューサー４５の固有周波数、つまり送信周波数を増大させることができる。
【００６８】
また、送信用トランスデューサー４５の固有周波数を増大させるために、可撓膜４１２Ａの平面寸法を予め小さくすることが考えられる。しかしながら、このような場合、可撓膜４１２Ａの最大振幅や可撓膜４１２Ａの面積が減少するため、超音波の送信出力が低下する。また、可撓膜４１２Ａを小さくするために、封止板４２に形成する凹溝４２１の平面寸法を小さくする必要があるが、これにも限界がある。これに対して、本実施形態では、可撓膜４１２Ａの平面寸法を小さくする必要がないため、上述の可撓膜４１２Ａの平面寸法を小さくすることによる送信出力の低下という不具合が生じない。
【００６９】
以上から、本実施形態の構成によれは、送信用トランスデューサー４５の送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。また、このよう送信用トランスデューサー４５を複数備える送信アレイＴＡ及び送信ユニットＴＵにおいても同様に、送信出力の低下を抑制しつつ、送信周波数を増大させることができる。さらに、超音波測定装置１の分解能を向上させることができ、測定精度を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、第一圧電素子４５１と第二圧電素子４５５とは、平面視において可撓膜４１２Ａの重心Ｏに対して点対称となる位置に設けられる。このような構成では、可撓膜４１２Ａの重心Ｏを振動の中心（すなわち最大変位点）として可撓膜を振動させることができる。これにより可撓膜４１２Ａを効率良く振動させることができ、送信用トランスデューサー４５の送信出力を向上させることができる。
【００７１】
第一圧電素子４５１は、可撓膜４１２Ａの重心Ｏ（最大変位点）と重なる位置に設けられている。これにより、第一圧電素子４５１によって可撓膜を効率良く振動させることができる。したがって、送信用トランスデューサー４５の送信出力を向上させることができる。
第二圧電素子４５５は、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂに沿って設けられる。このような構成では、可撓膜４１２Ａの重心Ｏからより離れた位置に、第二圧電素子４５５を配置することができる。したがって、重心Ｏの周囲の可撓膜４１２Ａの振動が第二圧電素子４５５によって阻害されることを抑制でき、送信用トランスデューサー４５の送信出力の低下を抑制できる。
【００７２】
また、本実施形態では、第一圧電素子４５１は、可撓膜４１２Ａの＋Ｚ側の面に、第二圧電素子４５５は、可撓膜４１２Ａの−Ｚ側の面に設けられている。このような構成では、各圧電素子４５１，４５５に電圧を印加した際に、各圧電膜４５３，４５７の可撓膜４１２Ａ側の面と反対側の面との間で収縮量に差が生じ、各圧電素子４５１，４５５から可撓膜４１２Ａに対して反対向きの応力が作用する。これにより、上述のように可撓膜４１２Ａの振動周期を増大させることができ、送信用トランスデューサー４５の送信出力の低下を抑制しつつ、固有周波数を増大させることができる。
また、第二圧電素子４５５が、可撓膜４１２Ａの第一圧電素子４５１が設けられた面とは反対側の面に設けられているため、同一面に設けられている構成と比べて、各圧電素子４５１，４５５を形成することが容易である。
【００７３】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、送信アレイＴＡは、同一の固有周波数を有する送信用トランスデューサー４５を複数備え構成されていた。これに対して、第二実施形態では、送信アレイが、固有周波数が異なる送信用トランスデューサーを備え構成される点で相違する。
以下、本実施形態に係る受信用トランスデューサーについて説明する。なお、以降の説明にあたり、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００７４】
図１３は、送信ユニットＴＵの素子基板４１を、封止板４２側から見た平面図である。
本実施形態の送信ユニットＴＵは、図１３に示すように、複数の第一送信用トランスデューサー４５と、複数の第二送信用トランスデューサー４６と、を備え構成されている。
第一送信用トランスデューサー４５は、第一の超音波トランスデューサーに相当し、第一実施形態の送信用トランスデューサー４５と同様に構成される。この第一送信用トランスデューサー４５の複数がＹ方向に沿って配置され一つの送信チャンネルである第一送信用トランスデューサー群４５Ａが構成される。
第二送信用トランスデューサー４６は、第二の超音波トランスデューサーに相当し、第一送信用トランスデューサー４５とは異なる固有周波数（送信周波数）を有する以外は、第一送信用トランスデューサー４５とは略同様に構成される。この第二送信用トランスデューサー４６の複数がＹ方向に沿って配置され一つの送信チャンネルである第二送信用トランスデューサー群４６Ａが構成される。
【００７５】
これら第一送信用トランスデューサー群４５Ａと第二送信用トランスデューサー群４６ＡとがＸ方向に交互に配置されて、１次元アレイ構造を有する送信アレイＴＡが構成されている。つまり、送信アレイＴＡは、互いに送信周波数が異なる送信チャンネルが、Ｘ方向に沿って配置されており、異なる周波数の超音波を送信できる。
【００７６】
ここで、第二送信用トランスデューサー４６は、可撓膜４１２Ａと、第一圧電素子４５１（図４参照）と、第二圧電素子４６１と、を備えている。また、第二圧電素子４６１は、第二下部電極４６２と、第二圧電膜４６３と、第二上部電極４６４と、を備え、第一実施形態の第二圧電素子４５５と同様に、平面視において、可撓膜４１２Ａの外縁４１２Ｂに沿って、重心Ｏを囲み、当該重心Ｏに対して点対称な環状に形成されている。
【００７７】
この第二圧電素子４６１の幅ｗ２（Ｘ方向（短辺に平行な方向）における幅）は、第一送信用トランスデューサー４５の第二圧電素子４５５の幅ｗ１と異なる。つまり、第二圧電素子４６１は、第一送信用トランスデューサー４５の第二圧電素子４５５とは、平面視において異なる面積を有する。このため、第一送信用トランスデューサー４５の第二圧電素子４５５と、第二送信用トランスデューサー４６の第二圧電素子４６１とでは、駆動時に可撓膜４１２Ａに付与する応力の大きさが異なる。これにより、第二送信用トランスデューサー４６は、第一送信用トランスデューサー４５とは異なる固有周波数を有し、異なる周波数の超音波を送信可能である。
【００７８】
例えば、各第二圧電素子４５５，４６１の幅を、上述のように０．２Ｗ以下の範囲で設定することにより、第二圧電素子４５５，４６１の幅に応じて、各送信用トランスデューサー４５，４６の固有周波数を設定することができる。本実施形態の場合では、第二送信用トランスデューサー４６の固有周波数を、第一送信用トランスデューサー４５の固有周波数よりも大きくすることができる。
【００７９】
第二送信用トランスデューサー群４６Ａを構成する複数の第二圧電素子４６１において、第二下部電極４６２は、第一下部電極線４６２Ａ及び第二下部引出線４６２Ｂによって端子領域Ａｒ２に形成された第二下部電極パッド４６２Ｐに連結されている。この第二下部電極パッド４６２Ｐは、回路基板２３に接続されている。
また、第二上部電極４６４は、第二上部電極線４６４Ａによって、Ｘ方向に隣り合う第一送信用トランスデューサー群４５Ａに接続されている。なお、Ｘ方向における両端部に配置されている第二送信用トランスデューサー群４６Ａは、上部引出線４５８Ｂによって、端子領域Ａｒ２に形成された上部電極パッド４５８Ｐに連結されている。
【００８０】
なお、図示は省略するが、本実施形態では受信ユニットＲＵは、第一送信用トランスデューサー４５及び第二送信用トランスデューサー４６のそれぞれの送信周波数に対応する固有周波数を有する受信用トランスデューサー５５を備えている。これにより、送信ユニットＴＵから送信され、生体内で反射された超音波を、受信ユニットＲＵで受信することができる。
【００８１】
［第二実施形態の作用効果］
送信アレイＴＡは、第一送信用トランスデューサー４５と、第二送信用トランスデューサー４６と、を備えており、第一送信用トランスデューサー４５の第二圧電素子４５５と、第二送信用トランスデューサー４６の第二圧電素子４６１と、ではＸ方向（短辺方向）における幅が異なり、面積が異なる。つまり、各第二圧電素子４５５，４６１から可撓膜４１２Ａへ付与される応力の大きさや、応力が付与される領域が異なる。このため、第一送信用トランスデューサー４５と、第二送信用トランスデューサー４６とは、異なる周波数の超音波を送信することができる。つまり、送信アレイＴＡは異なる周波数の超音波を送信することができ、例えば、必要とされる分解能や出力等に応じて、超音波の周波数を適宜選択することができる。
また、各第二圧電素子４５５，４６１の幅を、上述のように０．２Ｗ以下の範囲で設定することにより、第二圧電素子４５５，４６１の幅に応じて、各送信用トランスデューサー４５，４６の固有周波数を設定することができる。各送信用トランスデューサー４５，４６の固有周波数の設定も容易である。
【００８２】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、送信ユニットＴＵの各電極パッド４５２Ｐ，４５４Ｐ，４５６Ｐ，４５８Ｐが、個別に選択回路２３１に接続されていた。そして、一つの送信用トランスデューサー群４５Ａの第一圧電素子４５１と第二圧電素子４５５とを、同期して駆動するように、送信回路２３２が駆動信号を出力していた。これに対して、第三実施形態では、送信用トランスデューサー群４５Ａの第一下部電極パッド４５２Ｐと第二下部電極パッド４５６Ｐとが、予め接続された後に選択回路２３１に接続されている点で相違する。
【００８３】
図１４は、第三実施形態に係る送信ユニットＴＵの概略構成を示す断面図である。
図１４に示すように、第一下部電極パッド４５２Ｐと第二下部電極パッド４５６Ｐとは、Ｚ方向に沿って振動膜４１２を貫通する第一貫通電極４１６により接続されている。
また、封止板４２における第二下部電極パッド４５６Ｐと重なる位置には、Ｚ方向に沿って封止板４２を貫通する第二貫通電極４２３が形成されている。
この第二貫通電極４２３によって、第二下部電極パッド４５６Ｐと、封止板４２の−Ｚ側の面に形成された電極パッド４２４とが接続されている。この電極パッド４２４を介して、第一下部電極パッド４５２Ｐと第二下部電極パッド４５６Ｐとが回路基板２３に接続される。
なお、図１４では、図示を省略するが、第一上部電極パッド４５４Ｐ及び第二上部電極パッド４５８Ｐについても、同様に、第一貫通電極４１６、第二貫通電極４２３、及び電極パッド４２４を介して回路基板２３に接続されている。
このような構成では、送信用トランスデューサー群４５Ａに対して送信回路２３２からの駆動信号が出力されると、第一下部電極４５２及び第一上部電極４５４の間と、第二下部電極４５６及び第二上部電極４５８の間とに、逆方向の電界が同時に印加される。
【００８４】
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、第一圧電素子４５１及び第二圧電素子４５５の各下部電極４５２，４５６と、各上部電極４５４，４５８とが、それぞれ短絡されている。このような構成では、送信用トランスデューサー４５を駆動する際に、第一圧電素子４５１と第二圧電素子４５５とを同一の駆動信号で駆動させることができる。したがって、各圧電素子４５１，４５５を個別に駆動する構成と比べて、各圧電素子４５１，４５５の駆動タイミングを同期させることが容易である。また、各圧電素子４５１，４５５を個別に駆動させる場合と比べて、選択回路２３１や送信回路２３２等の各駆動回路の構成を簡略化できる。また、送信用トランスデューサー４５及び上記駆動回路を制御する制御装置１０の処理負荷を低減できる。
また、このような構成では、送信ユニットＴＵにおける電極パッドの数を少なくすることができる。このため、送信ユニットＴＵと回路基板２３との間の配線接続をより容易とすることができる。
［第三実施形態の変形例］
図１５は、第三実施形態の一変形例を示す超音波測定装置の概略構成を示す図である。
第三実施形態では、図１４に示すように、送信ユニットＴＵにおいて対応する電極が短絡されている構成を例示したが、回路基板２３において短絡される構成としてもよい。
図１５に示すように、超音波測定装置１では、送信用トランスデューサー群４５Ａの第一下部電極パッド４５２Ｐと第二下部電極パッド４５６Ｐとは、回路基板２３において接続され短絡された後、選択回路２３１に接続されている。なお、第一上部電極パッド４５４Ｐ及び第二上部電極パッド４５８Ｐも、回路基板２３において接続され、短絡された後、選択回路２３１に接続され、共通電位に設定されている。
【００８５】
上記変形例でも同様に、選択回路２３１や送信回路２３２等の各駆動回路の構成を簡略化できる。また、送信用トランスデューサー４５及び上記駆動回路を制御する制御装置１０の処理負荷を低減できる。また、回路基板２３において、対応する電極パッドを短絡させているので、送信ユニットＴＵの構成を簡略化することができる。
なお、上記第三実施形態及び変形例において、第一圧電素子４５１及び第二圧電素子４５５を互いに逆方向に駆動可能であれば、第一下部電極４５２及び第二上部電極４５８を短絡し、第二下部電極４５６及び第一上部電極４５４を短絡する構成としてもよい。
【００８６】
［他の変形例］
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。
【００８７】
上記各実施形態において、各送信用トランスデューサーの第二圧電素子に印加する駆動電圧を変更可能に構成してもよい。これにより、第二圧電素子の駆動量を変更することができ、ひいては送信トランスデューサーの固有周波数を変更することができる。具体的には、駆動電圧と固有周波数との関係を示すデータを記憶部１３に記憶しておき、制御部１４は、当該データに基づいて、設定された固有周波数に対応する駆動電圧を第二圧電素子に印加させる指令信号を送信回路２３２に出力する。送信回路２３２は、当該指令信号に基づく駆動電圧を第二圧電素子に印加する。
【００８８】
上記各実施形態では、第一圧電素子が矩形状の平面形状を有する構成を例示したが、これに限定されず、例えば円形状や、三角形状及び五角形状等の他の多角形状であってもよい。また、第二圧電素子も同様に各種形状の環状に形成されてもよい。
【００８９】
上記各実施形態では、第一圧電素子及び第二圧電素子が、可撓膜４１２Ａの重心Ｏに対して点対称となる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第一圧電素子のみを駆動した際の可撓膜４１２Ａの最大変位点から離れた位置に第二圧電素子を設けることにより、送信用トランスデューサーの固有周波数を増大させることができる。
また、第二圧電素子が、重心Ｏを囲むように配置される構成に限定されず、上述のように、最大変位点から離れた位置に配置されていればよい。
【００９０】
上記各実施形態では、可撓膜４１２Ａの重心Ｏが最大変位点と一致し、第一圧電素子が重心Ｏと重なる位置に、第二圧電素子が重心Ｏから離れた位置に配置された構成を例示したが、これに限定されない。例えば、可撓膜４１２Ａの剛性が面方向に沿って変化する場合等、重心Ｏと最大変位点とが異なる場合も本発明に含まれる。この場合、第一圧電素子を最大変位点と重なる位置に、第二圧電素子を最大変位点から離れた位置に配置すればよい。
【００９１】
上記各実施形態では、第一圧電素子を素子基板４１の封止板４２とは反対側に設け、第二圧電素子を素子基板４１の封止板４２側に設ける構成を例示したが、これに限定されない。
図１６は、送信ユニットＴＵの一変形例を模式的に示す断面図である。図１６に示す変形例では、素子基板４１の封止板４２側に第一圧電素子４５１が、封止板４２とは逆側に第二圧電素子４５５が配置されている。このような構成では、超音波の送信時に、第一圧電素子４５１に対して、例えば所定周波数の矩形波電圧を印加した際に、第一圧電素子４５１が可撓膜４１２Ａに向かって振動し始める。このため、可撓膜４１２Ａが＋Ｚ側に向かって変形する場合の変形速度を増大させることができ、音圧を向上させることができる。なお、図５に示すように、第一圧電素子４５１が可撓膜４１２Ａの＋Ｚ側に設けられ、第一圧電素子４５１上に音響整合層４３が形成される場合では、図１６に示すように第二圧電素子４５５上に音響整合層４３が形成される場合と比べて、音響整合層４３を隙間なく充填することが容易である。つまり、第一圧電素子４５１は、第二圧電素子４５５よりも単純な構造を有するため、第二圧電素子４５５上よりも第一圧電素子４５１上の方が、音響整合層４３を隙間なく形成することが容易である。
【００９２】
また、上記各実施形態では、封止板４２に抑制部４２２を形成していたが、これに限定されず、素子基板４１の−Ｚ側の面に抑制部を形成してもよい。また、素子基板４１の＋Ｚ側の面に抑制部を形成してもよい。
図１７は、送信ユニットＴＵの一変形例を模式的に示す断面図である。図１７に示す変形例では、素子基板４１の＋Ｚ側に、抑制部４１７が形成されている。この抑制部４１７は、例えば、封止板４２と同様の材料で形成され、可撓膜４１２Ａに対応する位置に貫通孔４１７Ａが形成されており、素子基板４１に対して接着固定されている。この抑制部４１７により、素子基板４１の強度を向上させることができ、素子基板４１の反りの発生を抑制できる。また、第二圧電素子４５５よりも単純な構成を有する第一圧電素子４５１が設けられている側に抑制部４１７が設けられるため、第二圧電素子４５５が＋Ｚ側に設けられている場合よりも、抑制部４１７の位置合わせが容易である。また、上述のように、音響整合層４３を充填することも容易である。
なお、図５に示すように、封止板４２に抑制部４２２を形成する場合は、素子基板４１に上述の抑制部４１７を設けなくともよく、部品点数を削減できるうえ、製造工程を簡略化できる。
【００９３】
また、図１８は、送信ユニットＴＵの一変形例を模式的に示す断面図である。図１８に示す変形例では、素子基板４１の＋Ｚ側に、抑制部４１７が形成されている。また、素子基板４１の封止板４２側に第一圧電素子４５１が、封止板４２とは逆側に第二圧電素子４５５が配置されている。このような構成でも、抑制部４１７により素子基板４１の強度を向上させることができ、素子基板４１の反りの発生を抑制できる
なお、図１８及び図１７に示す変形例において、封止板４２側にも凹溝４２１を形成してもよく、これにより、上述のようにクロストークが発生することを抑制できる。
【００９４】
上記各実施形態では、第一圧電素子と第二圧電素子とが可撓膜４１２Ａを挟むように配置されていたが、これに限定されず、同一面に形成されてもよい。この場合、第一圧電素子と第二圧電素子との振動の位相が逆位相となるように構成すればよい。これにより、上記各実施形態と同様に、送信用トランスデューサーの固有周波数を増大させることができる。
【００９５】
上記各実施形態では、可撓膜４１２Ａを振動させる第一振動部及び第二振動部として圧電素子を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第一振動部及び第二振動部として静電アクチュエーター等の振動子を備える構成でもよい。このような場合でも、第一振動部と第二振動部とを逆方向に振動させる構成とすることにより、送信用トランスデューサーの送信出力の低下を抑制しつつ固有周波数を増大させることができる。
【００９６】
上記各実施形態では、送信アレイＴＡ及び受信アレイＲＡが略同一の面積を有しているが、これに限定されず、異なる面請を有していてもよい。また、送信アレイＴＡ及び受信アレイＲＡの配置位置に関しても、図３の例に限られず、例えば、送信アレイＴＡ内の一部に、受信アレイＲＡが設けられる構成や、送信用トランスデューサー群（送信チャンネル）と受信用トランスデューサー群（受信チャンネル）とが、例えばＸ方向（スキャン方向）に沿って交互に配列される構成などとしてもよい。また、送信ユニットＴＵと受信ユニットＲＵとが一体的に筐体２１に収納される構成に限定されず、送信ユニットＴＵのみを備える送信用プローブと、受信ユニットＲＵのみを備える受信用プローブと、を備える構成でもよいし、送信用プローブのみを備えていてもよい。
【００９７】
上記各実施形態では、１次元アレイ構造を有する超音波デバイスを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、各トランスデューサーを個別に駆動可能に構成された２次元アレイ構造を有する超音波デバイスを用いてもよい。この場合、音響レンズが不要である。
【００９８】
上記各実施形態では、生体内の器官を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機にも本発明を適用することができる。
【００９９】
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】
【０１００】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、１０…制御装置、１４…制御部、２１…筐体、２２…超音波デバイス、２３…回路基板、２４…超音波センサー、４１…素子基板、４２…封止板、４３…音響整合層、４４…音響レンズ、４５…第一送信用トランスデューサー、４６…第二送信用トランスデューサー、４１２…振動膜、４１２Ａ…可撓膜、４１２Ｂ…外縁、４１３…第一層、４１４…第二層、４１５…第三層、４２１…凹溝、４２２…抑制部、４５１…第一圧電素子、４５２…第一下部電極、４５２Ａ…第一下部電極線、４５３…第一圧電膜、４５４…第一上部電極、４５５…第二圧電素子、４５６…第二下部電極、４５６Ａ…第二下部電極線、４５７…第二圧電膜、４５８…第二上部電極、４６１…第二圧電素子、４６２…第二下部電極、４６３…第二圧電膜、４６４…第二上部電極、Ｏ…重心、ＲＵ…受信ユニット、ＴＡ…送信アレイ、ＴＵ…送信ユニット。
【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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