(57)【要約】【課題】高精度の超音波測定を容易に実施可能なメカニカルスキャン方式の超音波測定装置及び超音波プローブを提供する。【解決手段】超音波測定装置１は、一面側から超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う超音波デバイス３２と、超音波デバイス３２の一面側に配置され、一面とは反対側の第一面を有する第一音響整合層２１と、第一音響整合層２１の第一面側に配置され、第一面に当接する第二面を有する第二音響整合層２２と、超音波デバイス３２及び第一音響整合層２１と第二音響整合層２２とを、第一面及び第二面の面内方向に相対的に移動させる移動機構２３と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側から超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う超音波デバイスと、
前記超音波デバイスの前記一面側に配置され、前記一面とは反対側の第一面を有する第一音響整合部と、
前記第一音響整合部の前記第一面側に配置され、前記第一面に当接する第二面を有する第二音響整合部と、
前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部と前記第二音響整合部とを、前記第一面及び前記第二面の面内方向に相対的に移動させる移動機構と、を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波測定装置において、
前記超音波デバイス、前記第一音響整合部、及び前記第二音響整合部の順に、音響インピーダンスが小さく又は大きくなる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波測定装置において、
前記第一音響整合部を前記第二音響整合部側に向かって付勢する付勢部を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記第一音響整合部及び前記第二音響整合部が相対移動される際の、前記第一面と前記第二面との間の摩擦を低減する音響整合材料を供給する整合材供給部を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波測定装置において、
前記整合材供給部は、前記第二音響整合部に対する前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部の相対移動の移動方向における、前記第一音響整合部よりも前方側に、前記音響整合材料を供給する供給口を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波測定装置において、
前記第一音響整合部の前記第一面は、前記第二面に摺接する摺接面と、前記移動方向に沿って前記摺接面から離れるにしたがって、前記第二面から離れるように湾曲する湾曲面と、を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記移動機構は、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部を第一方向に沿って相対移動させ、
前記超音波デバイスは、前記第一方向に沿って複数の超音波トランスデューサー部が配列されるアレイ領域を有する一次元アレイ構造を有し、
前記第二音響整合部は、前記第二面とは反対側の面に設けられる音響レンズを有し、
前記音響レンズは、
前記超音波デバイス側から見た平面視において、前記移動機構による前記超音波デバイスの移動に応じた前記アレイ領域の移動範囲と重なる位置に設けられ、
前記アレイ領域の中心を通り、当該アレイ領域に直交し、かつ、前記第一方向に平行な仮想面内に、前記超音波デバイスから送信された超音波を収束させる焦点位置を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記移動機構は、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部を第一方向に沿って相対移動させ、
前記超音波デバイスは、前記第一方向に直交する第二方向に沿って複数の超音波トランスデューサー部が配列されるアレイ領域を有する一次元アレイ構造を有し、
前記第二音響整合部は、前記第二面とは反対側の面に、前記第一方向に沿って配列された複数の音響レンズを有し、
前記音響レンズは、
前記第一方向の寸法が、前記アレイ領域の寸法以上の寸法であり、
前記超音波デバイス側から見た平面視における前記音響レンズの中心を通り、かつ、前記第一方向に直交する仮想面内に、前記超音波デバイスから送信された超音波を収束させる焦点位置を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記超音波デバイス、前記第一音響整合部、及び前記移動機構を少なくとも収納する筐体を備え、
前記第二音響整合部は、前記筐体に着脱自在に取り付けられる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１０】
一面側から超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う超音波デバイスと、
前記超音波デバイスの前記一面側に配置され、前記一面とは反対側の第一面を有する第一音響整合部と、
前記第一音響整合部の前記第一面側に配置され、前記第一面に当接する第二面を有する第二音響整合部と、
前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部と前記第二音響整合部とを、前記第一面及び前記第二面の面内方向に相対的に移動させる移動機構と、を備える
ことを特徴とする超音波プローブ。
【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プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を送受信して超音波画像を取得する超音波測定装置として、当該超音波の送受信方向を機械的に変更可能、すなわち機械走査（メカニカルスキャン）方式を採用した超音波プローブを備える超音波測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１には、圧電素子を密閉容器内に収容し、当該密閉容器内において圧電素子を搖動可能に構成され、かつ、密閉容器内にオイルが充填され構成された超音波探触子（超音波プローブ）が記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の超音波プローブでは、筐体に対して圧電素子を搖動可能に取り付けるために、圧電素子と筐体内壁との間に空間が形成されており、当該空間にオイルが充填されている。このオイルとして、測定対象である生体に音響インピーダンスが近いものを用いることにより、超音波の伝搬損失を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６７８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波プローブでは、筐体内に気泡が混入すると、当該気泡により超音波が減衰し、超音波測定の測定精度が低下する。したがって、高精度の超音波測定を実施するには、例えば、脱気工程及びオイルの注入工程を繰り返し実施する等により、オイルの充填時の気泡の混入を防ぐ必要があり、組み立てに手間がかかるという課題があった。また、組み立て後も、温度変化等の理由により気泡が混入したりオイルが漏れたりするおそれがある。この場合、混入した気泡を除去したり、オイルを再充填したりする必要があるため、メンテナンスにも手間がかかるという課題があった。したがって、高精度の超音波測定を容易に実施することができなかった。
【０００６】
本発明は、高精度の超音波測定を容易に実施可能なメカニカルスキャン方式の超音波測定装置及び超音波プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、一面側から超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う超音波デバイスと、前記超音波デバイスの前記一面側に配置され、前記一面とは反対側の第一面を有する第一音響整合部と、前記第一音響整合部の前記第一面側に配置され、前記第一面に当接する第二面を有する第二音響整合部と、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部と前記第二音響整合部とを、前記第一面及び前記第二面の面内方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本適用例では、第一音響整合の第一面が、第二音響整合部の第二面に当接するように配置され、移動機構が、超音波デバイス及び第一音響整合部と第二音響整合部とを、第一面及び第二面の面内方向に相対移動させる。すなわち、本適用例では、測定対象に第二音響整合部が当接された状態で、第一音響整合部及び超音波デバイスが、第二音響整合部に対して一体的に相対移動され、第一音響整合部と第二音響整合部とが摺動される。
このような構成では、測定対象と超音波デバイスの音響インピーダンスに応じて、第一音響整合部及び第二音響整合部の音響インピーダンスを適宜設定することにより、測定対象と超音波デバイスとの間において、効率良く超音波を伝搬させることができる。
また、第二音響整合部の第二面に対して第一音響整合部を摺動させるため、第一音響整合部及び第二音響整合部の間に空間が形成されない。このため、超音波デバイスから測定対象に至るまでに空間が形成される、従来のメカニカルスキャン方式の超音波測定装置のように、当該空間にオイルを充填する必要がないため、組み立てやメンテナンスも容易である。
以上のように本適用例の超音波測定装置によれば、高精度の超音波測定を容易に実施することができる。
【０００９】
本適用例の超音波測定装置において、前記超音波デバイス、前記第一音響整合部、及び前記第二音響整合部の順に、音響インピーダンスが小さく又は大きくなることが好ましい。
本適用例では、超音波デバイス、第一音響整合部、及び第二音響整合部の順に音響インピーダンスが小さく又は大きくなる。すなわち、超音波デバイスの音響インピーダンスが、測定対象の音響インピーダンスよりも大きい場合、音響インピーダンスが順に小さくなるように、超音波デバイス、第一音響整合部、及び第二音響整合部の音響インピーダンスを設定することにより、超音波を効率良く伝搬させることができる。また、超音波デバイスの音響インピーダンスが、測定対象の音響インピーダンスよりも小さい場合、逆に、順に小さくなるように音響インピーダンスを設定することにより、超音波を効率良く伝搬させることができる。
【００１０】
ここで、超音波デバイス側の第一音響整合層と、測定対象に当接する第二音響整合層との間に空間が形成され、当該空間にオイルが充填されている場合において、生体を測定対象とすると、通常、オイル（鉱物油）の音響インピーダンス（例えば１．３ＭＲａｙｌｓ）の方が生体よりも小さく、超音波の伝搬経路中において、オイルの音響インピーダンスが最小となる。このため、オイルと隣接する他の媒質との間での超音波の伝搬効率が低下し、測定精度が低下するおそれがある。これに対して、本適用例では、超音波デバイスから第二音響整合部に向かって順に大きく又は小さくなるように音響インピーダンスが変化するため、上述の伝搬効率の低下による測定精度の低下を抑制することができる。
【００１１】
本適用例の超音波測定装置において、前記第一音響整合部を前記第二音響整合部側に向かって付勢する付勢部を備えることが好ましい。
本適用例では、付勢部によって第一音響整合部を第二音響整合部側に向かって付勢することにより、第一音響整合部と第二音響整合部とを密着させることができる。また、第一音響整合部と第二音響整合部とが相対移動される際にも、第一音響整合部と第二音響整合部とが密着された状態をより確実に維持することができる。これにより、第一音響整合部と第二音響整合部との密着性が低下することによる測定精度の低下を抑制できる。
【００１２】
本適用例の超音波測定装置において、前記第一音響整合部及び前記第二音響整合部が相対移動される際の、前記第一面と前記第二面との間の摩擦を低減する音響整合材料を供給する整合材供給部を備えることが好ましい。
本適用例では、第一面と第二面との間、すなわち、第一音響整合部と第二音響整合部との間の摩擦を低減させる音響整合材料を供給する整合材供給部を備える。これにより、第一音響整合部と第二音響整合部とが摺動される際の摩擦を低減させることができる。したがって、第一音響整合部と第二音響整合部とを滑らかに相対移動させることができ、移動機構による移動を適切に実施できる。また、第一音響整合部と第二音響整合部との摩耗を抑制できる。
【００１３】
本適用例の超音波測定装置において、前記整合材供給部は、前記第二音響整合部に対する前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部の相対移動の移動方向における、前記第一音響整合部よりも前方側に、前記音響整合材料を供給する供給口を有することが好ましい。
本適用例では、整合材供給部は、上記第二音響整合部に対する相対移動の移動方向における、第一音響整合部よりも前方側に位置する、供給口から音響整合材料を供給する。これにより、第二音響整合部の第二面に対して、ジェルを供給した後に、第一音響整合部の第一面を摺動させることができる。
【００１４】
本適用例の超音波測定装置において、前記第一音響整合部の前記第一面は、前記第二面に摺接する摺接面と、前記移動方向に沿って前記摺接面から離れるにしたがって、前記第二面から離れるように湾曲する湾曲面と、を有することが好ましい。
本適用例では、第一音響整合部の第一面は、摺接面と湾曲面とを有する。これにより、第一音響整合部と第二音響整合部との摺動部分よりも移動方向における前方側に供給された音響整合材料を、第一音響整合部と第二音響整合部との間の摺接部分に効果的に供給できる。
【００１５】
本適用例の超音波測定装置において、前記移動機構は、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部を第一方向に沿って相対移動させ、前記超音波デバイスは、前記第一方向に沿って複数の超音波トランスデューサー部が配列されるアレイ領域を有する一次元アレイ構造を有し、前記第二音響整合部は、前記第二面とは反対側の面に設けられる音響レンズを有し、前記音響レンズは、前記超音波デバイス側から見た平面視において、前記移動機構による前記超音波デバイスの移動に応じた前記アレイ領域の移動範囲と重なる位置に設けられ、前記アレイ領域の中心を通り、当該アレイ領域に直交し、かつ、前記第一方向に平行な仮想面内に、前記超音波デバイスから送信された超音波を収束させる焦点位置を有することが好ましい。
ここで、超音波トランスデューサー部は、超音波トランスデューサーを少なくとも一つ備え、一次元アレイにおける、１つの送信チャンネル、受信チャンネル、及び送受信チャンネルのいずれかとして機能する。また、本適用例において、第一方向は、一次元アレイにおける所謂スキャン方向である。
本適用例では、超音波デバイスは、一次元アレイ構造を有し、スキャン方向が、第一方向に一致するように配置される。そして、音響レンズが、上記平面視において、超音波デバイスの移動に応じたアレイ領域の移動範囲と重なる位置に、第一方向に沿って設けられ、アレイ領域の中心を通り、アレイ領域に直交し、かつ、第一方向に平行な仮想面内に焦点位置を有する。
このような構成では、超音波デバイスを第一方向に沿って相対移動させ、複数の測定位置で超音波測定を実施することにより、各測定位置にて上記仮想面に沿った断面に関する測定結果（例えば断層画像）を取得することができる。
【００１６】
本適用例の超音波測定装置において、前記移動機構は、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部を第一方向に沿って相対移動させ、前記超音波デバイスは、前記第一方向に直交する第二方向に沿って複数の超音波トランスデューサー部が配列されるアレイ領域を有する一次元アレイ構造を有し、前記第二音響整合部は、前記第二面とは反対側の面に、前記第一方向に沿って配列された複数の音響レンズを有し、前記音響レンズは、前記第一方向の寸法が、前記アレイ領域の寸法以上の寸法であり、前記超音波デバイス側から見た平面視における前記音響レンズの中心を通り、かつ、前記第一方向に直交する仮想面内に、前記超音波デバイスから送信された超音波を収束させる焦点位置を有することが好ましい。
ここで、本適用例において、第二方向は、一次元アレイにおける所謂スキャン方向である。
本適用例では、超音波デバイスは、一次元アレイ構造を有し、スキャン方向が、第二方向に一致するように配置される。そして、音響レンズは、その第一方向の寸法が、アレイ領域の寸法以上の寸法である。また、音響レンズは、上記平面視において、音響レンズの中心を通り、かつ、第一方向に直交する仮想面内に、超音波デバイスから送信された超音波を収束させる焦点位置を有する。
このような構成では、超音波デバイスを第一方向に沿って移動させ、上記平面視において、音響レンズの中心にアレイ領域の中心が重なる位置を測定位置として超音波測定を実施することにより、上記仮想面に沿った断面に関する測定結果を取得することができる。そして、第一方向に沿って設けられた複数の音響レンズのそれぞれに対応する測定位置にて上述の測定結果を取得することにより、第一方向に沿って複数の断面に関する測定結果を取得することができる。
【００１７】
本適用例の超音波測定装置において、前記超音波デバイス、前記第一音響整合部、及び前記移動機構を少なくとも収納する筐体を備え、前記第二音響整合部は、前記筐体に着脱自在に取り付けられることが好ましい。
本適用例では、第二音響整合部は、超音波デバイス、第一音響整合部、及び移動機構を少なくとも収納する筐体に、着脱自在に取り付けられる。このような構成では、第二音響整合部に対して第一音響整合部が摺動することによる第二音響整合部の摩耗や、経時変化によって第二音響整合部が劣化したとしても、第二音響整合部の交換が容易でありメンテンナンス容易性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の一適用例に係る超音波プローブは、一面側から超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う超音波デバイスと、前記超音波デバイスの前記一面側に配置され、前記一面とは反対側の第一面を有する第一音響整合部と、前記第一音響整合部の前記第一面側に配置され、前記第一面に当接する第二面を有する第二音響整合部と、前記超音波デバイス及び前記第一音響整合部と前記第二音響整合部とを、前記第一面及び前記第二面の面内方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本適用例では、第一音響整合の第一面が、第二音響整合部の第二面に当接するように配置され、移動機構が、超音波デバイス及び第一音響整合部と第二音響整合部とを、第一面及び第二面の面内方向に相対移動させる。すなわち、本適用例では、測定対象に第二音響整合部が当接された状態で、第一音響整合部及び超音波デバイスが、第二音響整合部に対して一体的に相対移動され、第一音響整合部と第二音響整合部とが摺動される。
このような構成では、測定対象と超音波デバイスの音響インピーダンスに応じて、第一音響整合部及び第二音響整合部の音響インピーダンスを適宜設定することにより、測定対象と超音波デバイスとの間において、効率良く超音波を伝搬させることができる。
また、第二音響整合部の第二面に対して第一音響整合部を摺動させるため、第一音響整合部及び第二音響整合部の間に空間が形成されない。このため、超音波デバイスから測定対象に至るまでに空間が形成される、従来のメカニカルスキャン方式の超音波プローブのように、当該空間にオイルを充填する必要がないため、組み立てやメンテナンスも容易である。
以上のように本適用例の超音波プローブによれば、高精度の超音波測定を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第一実施形態に係る超音波測定装置が備える超音波プローブの概略構成を示す斜視図。
【図３】第一実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図４】第一実施形態の超音波プローブの内部の概略構成を示す斜視図。
【図５】第一実施形態の超音波デバイスの素子基板を、封止板側から見た平面図。
【図６】第一実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図７】第一実施形態の超音波プローブ及びジェル供給装置の概略構成を示す側面図。
【図８】第一実施形態の超音波測定処理を示すフローチャート。
【図９】第二実施形態の超音波プローブにおける超音波センサー、第一音響整合層、及び第二音響整合層を模式的に示す平面図。
【図１０】第二実施形態の第二音響整合層を模式的に示す側面図。
【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。
［超音波測定装置１の構成］
図１は、超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２の後述する摺動部分における潤滑性や密着性を向上させるための音響整合材料としてのジェルを供給するジェル供給装置６と、ケーブル７（図２参照）の内部に設けられた信号線を介して超音波プローブ２に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を測定対象Ｘ（図３参照）としての例えば人体等の生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２の構成］
図２は、超音波プローブ２の概略構成を示す斜視図であり、図３は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図であり、図４は、超音波プローブ２の内部の概略構成を示す斜視図である。なお、図２において超音波プローブを水平に配置した際の上方から見た斜視図を示し、以下の説明において、鉛直上方をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
超音波プローブ２は、超音波センサー３と、第一音響整合層２１と、第二音響整合層２２と、移動機構２３と、これらを収納するプローブ筐体２４と、を備える。この超音波プローブ２は、移動機構２３によって、超音波センサー３及び第一音響整合層２１を、±Ｙ方向に第二音響整合層２２に沿って移動させ、超音波センサー３による測定位置を変更可能に構成される、いわゆるメカニカルスキャン方式の超音波プローブである。
【００２３】
［超音波センサー３の構成］
超音波センサー３は、図３に示すように、センサー筐体３１と、センサー筐体３１内部に設けられた超音波デバイス３２と、超音波デバイス３２を制御するためのドライバ回路等が設けられた配線基板３３と、を備えている。
図３及び図４に示すセンサー筐体３１は、Ｚ方向から見た平面視において矩形の箱状に形成されている。このセンサー筐体３１の−Ｚ側には、図３に示すように開口部３１Ａが形成される。超音波デバイス３２は、後述する送受信面３２Ａが開口部３１Ａの端面に臨むように配置される。また、開口部３１Ａの端面に第一音響整合層２１が固定されている。
【００２４】
［超音波デバイス３２の構成］
図５は、超音波デバイス３２における素子基板４１を、封止板４２側から見た平面図である。図６は、図５におけるＢ-Ｂ線で切断した超音波センサー３の断面図である。
超音波デバイス３２は、図５及び図６に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合部材４３（図６参照）と、を備え、−Ｚ側の送受信面３２Ａ（図６参照）から−Ｚ方向に超音波を送信し、生体内にて反射され＋Ｚ方向に伝搬する超音波を受信する。この送受信面３２Ａは、本発明の超音波デバイスの一面に相当する。
【００２５】
（素子基板４１の構成）
素子基板４１は、基板本体部４１１と、基板本体部４１１に積層された支持膜４１２と、支持膜４１２に積層された圧電素子４１３（振動子）と、を備えている。
素子基板４１は、厚み方向から見た平面視において、基板中心部にアレイ領域Ａｒ１が設けられている。このアレイ領域Ａｒ１には、複数の超音波トランスデューサー５１がアレイ状に配置され、超音波トランスデューサーアレイ５０を構成している。また、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１の外側には、端子領域Ａｒ２が設けられており、各超音波トランスデューサー５１に接続された電極線が引き出されている。
【００２６】
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１のアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー５１に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、基板本体部４１１の一方の面には、支持膜４１２が設けられており、この支持膜４１２により、各開口部４１１Ａが閉塞されている。
支持膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、上記のように、開口部４１１Ａの一方端を閉塞する。
【００２７】
圧電素子４１３は、各開口部４１１Ａを閉塞する支持膜４１２上に設けられ、それぞれ下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体により構成されている。ここで、支持膜４１２及び圧電素子４１３により、本発明の超音波トランスデューサー５１が構成される。
このような超音波トランスデューサー５１では、下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部４１１Ａの開口領域内の支持膜４１２を振動させて超音波が送出することができる。また、反射超音波により支持膜４１２が振動されると、圧電膜４１５の上下で電位差が発生し、下部電極４１４及び上部電極４１６間に発生する前記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態では、図５に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１が、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第二方向）及びＹ方向（第一方向）に沿って複数配置されている。
ここで、下部電極４１４は、Ｘ方向に沿う直線状に形成され、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー５１に跨って設けられている。また、下部電極４１４の端部は、端子領域Ａｒ２まで延出し、端子領域Ａｒ２において、配線基板３３に電気接続されている。
一方、上部電極４１６は、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー５１に跨って設けられた第一上部電極４１６Ａと、第一上部電極４１６Ａの端部同士を連結する第二上部電極４１６Ｂとを備えている。第二上部電極４１６Ｂの端部は、端子領域Ａｒ２まで延出し、端子領域Ａｒ２において、配線基板３３に電気的に接続されている。
【００２９】
上記のような超音波トランスデューサーアレイ５０では、下部電極４１４で連結されたＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１により、１つの超音波トランスデューサー群５１Ａ（本発明の超音波トランスデューサー部に相当）すなわち送受信チャンネルが構成され、当該超音波トランスデューサー群５１ＡがＹ方向に沿って複数並ぶ一次元アレイ構造を構成する。すなわち、本実施形態では、超音波デバイス３２が、一つの送受信チャンネルがＸ方向に沿い、かつ、複数の送受信チャンネルがＹ方向に沿うように配置される。換言すると、超音波デバイス３２は、超音波トランスデューサーアレイ５０におけるスライス方向がＸ方向に沿い、かつ、スキャン方向がＹ方向に沿うように配置される。
【００３０】
（封止板４２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４２アロイ等の金属板や、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、超音波トランスデューサー５１の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー５１にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００３１】
そして、この封止板４２には、平面視において、素子基板４１の各開口部４１１Ａと重なる位置に、それぞれ凹溝４２１が設けられている。この凹溝４２１は、支持膜４１２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４２１は、１つの超音波トランスデューサー５１で発生した背面波が隣接する他の超音波トランスデューサー５１に入力する不都合（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超音波トランスデューサー５１に入力された際に、超音波トランスデューサー５１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。
【００３２】
（音響整合部材４３の構成）
音響整合部材４３は、図６に示すように、素子基板４１の−Ｚ側に設けられている。具体的には、音響整合部材４３は、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に充填され、かつ、開口部４１１Ａの底面側から所定の厚み寸法で形成される。なお、音響整合部材４３の−Ｚ側には、後述するように第一音響整合層２１が設けられている。
これらの音響整合部材４３は、超音波トランスデューサー５１から送信された超音波を第一音響整合層２１に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー５１に伝搬させる。このため、音響整合部材４３は、素子基板４１の超音波トランスデューサー５１の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００３３】
［配線基板３３の構成］
配線基板３３は、素子基板４１及び封止板４２が固定される基板であり、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に引き出された各電極線（下部電極４１４、上部電極４１６）に接続される端子部（図示略）を有する。各電極線と端子部との接続は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）や、封止板４２を貫通して設けられた貫通電極等による接続を例示できる。
また、配線基板３３は、超音波デバイス３２を駆動させるためのドライバ回路等が設けられており、超音波デバイス３２と電気的に接続される。具体的には、配線基板３３は、図１に示すように、選択回路３３１、送信回路３３２、及び受信回路３３３を備えている。
【００３４】
選択回路３３１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波デバイス３２と送信回路３３２とを接続する送信接続、及び超音波デバイス３２と受信回路３３３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路３３２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３３１を介して超音波デバイス３２に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
受信回路３３３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３３１を介して超音波デバイス３２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３３３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。
【００３５】
［第一音響整合層２１の構成］
第一音響整合層２１は、本発明の第一音響整合部に相当し、図４に示すように、Ｚ方向から見た平面視にて矩形状の板状の部材であり、図３及び図６に示すように、超音波デバイス３２の−Ｚ側に配置されている。具体的には、第一音響整合層２１は、素子基板４１に設けられた音響整合部材４３に密着して設けられている。また、第一音響整合層２１の外縁部は、図３に示すように、超音波センサー３のセンサー筐体３１に固定される。なお、第一音響整合層２１は、超音波センサー３に対して接合されていてもよいし、着脱自在に取り付けられていてもよい。
【００３６】
図７は、超音波センサー３、第一音響整合層２１、及び第二音響整合層２２を−Ｘ方向に見た際の概略構成を示す側面図である。
図７に示すように、第一音響整合層２１の−Ｚ側の下面２１１は、Ｙ方向における中央部分の平坦面２１１Ａと、Ｙ方向の両端の湾曲面２１１Ｂとを有する。第一音響整合層２１は、この平坦面２１１Ａにて第二音響整合層２２に当接する。なお、後述するが、第一音響整合層２１は、平坦面２１１Ａが第二音響整合層２２に当接した状態で、移動機構２３によって超音波センサー３とともにＹ方向に沿って移動される。すなわち、下面２１１は、本発明の第一面に相当し、平坦面２１１Ａは、本発明の摺接面に相当する。
【００３７】
湾曲面２１１Ｂは、下面２１１のＹ方向における両端部に形成され、Ｙ方向に沿って外側に向かうしたがって、第二音響整合層２２から離れるように湾曲している。これにより、後述するようにジェル供給装置６によって供給されたジェルＪを、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２の摺動部分により確実に供給できる。なお、図７では、説明のために、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２の間に供給されたジェルの厚み寸法を大きく図示しているが、実際には、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２のが密着するように構成されている。
【００３８】
この第一音響整合層２１は、超音波デバイス３２から送信された超音波を第二音響整合層２２に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波デバイス３２に伝搬させる。このため、第一音響整合層２１は、超音波デバイス３２と第二音響整合層２２との中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００３９】
［第二音響整合層２２の構成］
第二音響整合層２２は、本発明の第二音響整合部に相当し、図４に示すように、Ｚ方向から見た平面視にてＹ方向を長手方向とする長方形状の外形を有する板状の部材である。また、第二音響整合層２２は、プローブ筐体２４に着脱自在に取り付けられ、図３及び図４に示すように、第一音響整合層２１の下面２１１側に配置される。この第二音響整合層２２は、超音波デバイス３２から送信され第一音響整合層２１を伝搬した超音波を、測定対象Ｘとしての生体に伝搬させ、生体内で反射した超音波を効率良く第一音響整合層２１に伝搬させる。このため、第二音響整合層２２は、第一音響整合層２１と生体表面（例えば表皮）との中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００４０】
この第二音響整合層２２は、図３及び図４に示すように、本体部２２１と、突出部２２２と、音響レンズ２２３と、を有し、これら各部２２１〜２２３が一体的に形成されて構成される。
本体部２２１は、Ｚ方向から見た平面視にて長方形状の部分であり、＋Ｚ側の当接面２２１Ａにて第一音響整合層２１の平坦面２１１Ａに当接する。当接面２２１Ａは、ＸＹ面に平行な面であり、本発明の第二面に相当する。
【００４１】
突出部２２２は、本体部２２１の±Ｘ側の端部からＸ方向に沿って本体部２２１から離れる方向に突出する。突出部２２２が、後述するが、図３に示すようにプローブ筐体２４の凹部２４１Ｄに挿入され、これにより、第二音響整合層２２が、プローブ筐体２４に対して着脱自在に取り付けられる。
【００４２】
音響レンズ２２３は、本体部２２１の−Ｚ側の面２２１Ｂにおいて、Ｚ方向から見た平面視において、超音波デバイス３２のＹ方向に沿った移動に伴うアレイ領域Ａｒ１（図５参照）の移動範囲と少なくとも重なるように設けられる。音響レンズ２２３は、図３に示すように、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向における中心を通り、かつ、ＹＺ面に平行な仮想面Ｐ１上に焦点を有し、超音波デバイス３２から送信され−Ｚ方向に伝搬する超音波を仮想面Ｐ１上の焦点に向かって収束させる。この音響レンズ２２３は、図３に示すように、ＸＺ面に平行な断面視において、Ｘ方向に沿って中央部に向かうにしたがって、−Ｚ方向に突出するように湾曲し、プローブ筐体２４の外部に露出しており、測定対象Ｘに当接される。
【００４３】
［移動機構２３の構成］
図３及び図４に示すように、移動機構２３は、プローブ筐体２４の内部に設けられ、第一音響整合層２１の平坦面２１１Ａを第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに当接させつつ、超音波センサー３及び第一音響整合層２１を当接面２２１Ａに沿って移動させる。この移動機構２３は、図４に示すように、ガイド軸２３１と、タイミングベルト２３２と、プーリー２３３，２３４と、モーター２３５と、動力伝達機構２３６と、接続部材２３７を含んで構成されている。
ガイド軸２３１は、Ｙ方向に沿って配置され、図示を省略するが両端部がプローブ筐体２４に固定されている。タイミングベルト２３２は、プーリー２３３，２３４に巻回され、ガイド軸２３１と略平行に配置される。プーリー２３３，２３４は、Ｚ方向に平行な回転軸によって回動可能に、プローブ筐体２４に取り付けられる。モーター２３５は、タイミングベルト２３２を駆動させる動力源であり、複数の歯車等によって構成される動力伝達機構２３６を介してプーリー２３３を回動させ、タイミングベルト２３２を駆動させる。
【００４４】
接続部材２３７は、移動機構２３に超音波センサー３を接続する板状部材である。接続部材２３７は、ガイド軸２３１に係合する湾曲部２３７Ａと、タイミングベルト２３２に固定される第一端部２３７Ｂと、超音波センサー３のセンサー筐体３１に固定される第二端部２３７Ｃと、を有する。
また、接続部材２３７は、超音波センサー３を−Ｚ方向に向かって付勢し、これにより、第一音響整合層２１の平坦面２１１Ａと、第二音響整合層２２の当接面２２１Ａとを密着させる。すなわち、接続部材２３７は、本発明の付勢部に相当する。接続部材２３７としては、例えば、板バネを用いることができる。
【００４５】
このように構成された移動機構２３では、制御装置１０の制御信号に基づいて、モーター２３５が駆動されると、プーリー２３３が回転し、タイミングベルト２３２が駆動される。そして、当該タイミングベルトの駆動に応じて、接続部材２３７が、ガイド軸２３１に沿ってＹ方向に移動される。この接続部材２３７の移動に応じて、超音波センサー３及び第一音響整合層２１がＹ方向に移動される。
【００４６】
［ジェル供給装置６の構成］
ジェル供給装置６は、本発明の整合材供給部に相当し、上記音響整合材料としてのジェルを貯蔵するタンク（図示省略）と、貯蔵されているジェルを送り出すポンプ６１（図１参照）と、ポンプ６１によってタンクから送り出されたジェルを供給位置まで流通させる供給管６２（図７参照）と、を有する。
供給管６２は、図７に示すように、ケーブル７の内部に挿通され、センサー筐体３１の内部を通り、センサー筐体３１の−Ｚ側の端面における＋Ｙ側の端部に設けられた供給口３１Ｂに接続する。この供給口３１Ｂは、超音波デバイス３２の＋Ｙ側、すなわち、超音波デバイス３２に対して、移動機構２３の移動方向における一端側に設けられる。この供給口３１Ｂは、超音波センサー３がＹ方向に移動される際には、超音波デバイス３２に対して移動方向の前方側に位置するため、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２の摺接部分にジェルＪをより確実に供給することができる。
【００４７】
［プローブ筐体２４の構成］
プローブ筐体２４は、図３に示すように、第一音響整合層２１と、第二音響整合層２２と、移動機構２３と、を収納する。このプローブ筐体２４は、超音波センサー３、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２を配置する配置部２４１と、ケーブル７を挿通させるためのスリット２４２と、を有する。
スリット２４２は、図２及び図３に示すように、プローブ筐体２４のＸ方向に交差する側面の一方に、Ｙ方向に沿って設けられる。これによって、超音波センサー３の移動に応じたケーブル７の移動が妨げられない。
【００４８】
配置部２４１は、図３に示すように、プローブ筐体２４の−Ｚ側に位置する底面部２４Ａに設けられ、ＹＺ面に平行な一対の側壁部２４１Ａ，２４１Ｂと、当該一対の側壁部２４１Ａ，２４１Ｂの−Ｚ側の端部に形成された開口部２４１Ｃと、を有する。一対の側壁部２４１Ａ，２４１Ｂは、Ｘ方向において、超音波センサー３、第一音響整合層２１、及び第二音響整合層２２の本体部２２１と略同じ寸法だけ離間する。これら超音波センサー３、第一音響整合層２１、及び第二音響整合層２２は、一対の側壁部２４１Ａ，２４１Ｂの間に挿入され、超音波センサー３及び第一音響整合層２１は、移動機構２３の駆動によって側壁部２４１Ａ，２４１Ｂに沿って移動される。
【００４９】
また、側壁部２４１Ａ，２４１Ｂには、第二音響整合層２２の突出部２２２が挿入される凹部２４１Ｄが設けられる。第二音響整合層２２は、凹部２４１Ｄに突出部２２２を挿入することにより、プローブ筐体２４に対して着脱自在に取り付けられる。プローブ筐体２４に取り付けられた第二音響整合層２２は、開口部２４１Ｃから露出しており、第二音響整合層２２の音響レンズ２２３は、開口部２４１Ｃよりも−Ｚ側に突出している。
なお、超音波センサー３の＋Ｚ側への移動を規制するガイド部を設けてもよい。例えば、側壁部２４１Ｂから−Ｘ方向に突出し、かつ、Ｙ方向に沿って延在し、センサー筐体３１の＋Ｚ側の面に当接するガイド部を備える構成としてもよい。
【００５０】
［制御装置１０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、演算部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定装置１を操作するためのＵＩ（User Interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、移動制御部１４１、送受信制御部１４２、及び信号処理部１４３として機能する。
移動制御部１４１は、移動機構２３を制御して、超音波センサー３及び第一音響整合層２１をＹ方向に沿って移動させ、測定位置を変更する。
この測定位置は、例えば、Ｙ方向に沿って予め複数設定されている。各測定位置にて、超音波センサー３によって超音波を送受信することにより複数の測定結果を得ることができる。
【００５１】
なお、測定位置の間隔を適宜設定することにより、ＸＹ面に沿って連続する断層画像（Ｂモード画像）を取得することができる。例えば、隣接する測定位置間において、超音波デバイス３２のスキャン範囲が互いに重なり合うように、測定位置間隔を設定すればよい。
また、ラスタースキャンを実施する場合、ＺＹ面に沿ったスキャン範囲のＹ方向における中央領域の外側の領域ではフレア等のノイズが発生しやすい。したがって、隣接する測定位置間において、上記中央領域がＹ方向に隣接するように測定位置間隔を設定することにより、各測定位置における中央領域の測定結果に基づいて、ＸＹ面に沿って連続する高精度の断層画像を取得することができる。なお、測定位置の間隔をより小さく設定することにより高精度の断層画像を取得することができる。
【００５２】
送受信制御部１４２は、選択回路３３１、送信回路３３２及び受信回路３３３を制御して、超音波の送受信を制御する。具体的には、超音波を送信する際に、送受信制御部１４２は、選択回路３３１を制御して送信回路３３２に信号を出力可能な状態とし、送信回路３３２に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行う。また、超音波を受信する際に、送受信制御部１４２は、選択回路３３１を制御して受信回路３３３に信号を出力可能な状態とし、受信回路３３３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。
【００５３】
信号処理部１４３は、各測定位置における受信信号に基づいて、超音波測定結果として例えば超音波画像を生成する各種処理を実施する。各種処理としては、例えば、受信チャンネル毎にハーモニック成分（高調波成分）を抽出するハーモニック処理や、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に碓認しやすいように、表現形式を変換する対数変換処理等の非線形圧縮処理や、反射波の伝搬時間（すなわち深さ）に応じて増幅度（明るさ）を補正するＳＴＣ（Sensitive Time Control）処理等を例示できる。また、信号処理部１４３は、Ｂモード画像やＭモード画像等の各種超音波画像を生成し、表示部１２に表示させる。
【００５４】
ジェル供給制御部１４４は、ジェル供給装置６を制御してジェルを供給する。すなわち、ジェル供給制御部１４４は、ポンプ６１を駆動して、タンクに貯蔵されたジェルを、供給管６２を介して供給口３１Ｂから排出して第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに供給させる。
【００５５】
［超音波測定装置１による超音波測定処理］
次に、本実施形態の超音波測定装置１における超音波測定処理について図面に基づいて説明する。
本実施形態では、超音波測定装置１は、超音波センサー３をＹ方向に沿って設定された複数の測定位置に間欠的に移動させ、各測定位置において超音波測定を実施する。なお、以下の説明では、複数の測定位置として、−Ｙ側に第一測定位置が、＋Ｙ側に最終測定位置が設定され、−Ｙ側から各測定位置について順に超音波測定を実施するものとする。また、各測定位置には、−Ｙ側から＋Ｙ側に向かって値が大きくなるように位置変数ｉが付されているものとする。すなわち、第一測定位置にはｉ＝１が、最終位置には最大値ｉmaxが付されているものとする。
【００５６】
図８は、超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
超音波測定処理の実施指示を受けると、移動制御部１４１は、移動機構２３を制御して超音波センサー３を初期位置（本実施形態では移動範囲における−Ｙ側に設定）に移動させ、位置変数ｉを初期化（ｉ＝１）する（ステップＳ１）。この初期位置は、Ｚ方向から見て、超音波センサー３の＋Ｙ側の端部が、第一測定位置の−Ｙ側の端部よりも−Ｙ側に位置するように設定されている。これにより、後述のようにジェルを供給する際に、測定範囲の−Ｙ側の端部においてもジェルを供給することができる。
【００５７】
次に、ジェル供給制御部１４４は、ポンプ６１を駆動し、ジェルを供給口３１Ｂから排出させることにより、第二音響整合層２２の当接面２２１Ａ上にジェルを供給する。また、ジェルの供給とともに、移動制御部１４１は、移動機構２３を制御し、位置変数ｉに応じた測定位置まで、超音波センサー３をＹ方向に移動させる（ステップＳ２）。
超音波センサー３及び第一音響整合層２１は、一体的に移動される。また、第一音響整合層２１は、平坦面２１１Ａを第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに当接させた状態で、Ｙ方向に移動される。この際、第一音響整合層２１に湾曲面２１１Ｂが設けられているため、平坦面２１１Ａよりも＋Ｙ側の当接面２２１Ａに供給されたジェルを、平坦面２１１Ａと当接面２２１Ａとの間の摺動部分に効率良く導くことができる。
【００５８】
超音波センサー３が測定位置に移動されたら、送受信制御部１４２は、超音波センサー３を駆動して超音波を送受信し、超音波測定を実施する（ステップＳ３）。
次に、信号処理部１４３は、受信信号に基づいて測定結果を取得し、取得した測定結果を出力する（ステップＳ４）。本実施形態では、信号処理部１４３は、測定結果としてＢモード画像を取得し、当該Ｂモード画像を表示部１２に表示させる。
現在の測定位置における測定結果が取得されると、移動制御部１４１は、位置変数ｉに１を加算して位置変数ｉを更新する（ステップＳ５）。
【００５９】
次に、移動制御部１４１は、位置変数ｉが最大値ｉmaxより大きいか否か、すなわち、全測定位置について超音波測定が実施されたか否かを判定する（ステップＳ６）。
ステップＳ６にて「ＮＯ」と判定された場合、すなわち位置変数ｉが最大値ｉmax以下の場合では、全測定位置の超音波測定が実施されていないため、ステップＳ２以降の処理を実施する。一方、ステップＳ６にて「ＹＥＳ」と判定された場合、すなわち位置変数ｉが最大値ｉmaxより大きい場合では、全測定位置について超音波測定が実施されているため、制御装置１０は、本フローチャートによる超音波測定処理を終了させる。
【００６０】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波測定装置１では、移動機構２３が、第一音響整合層２１を第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに当接させつつ、超音波デバイス３２及び第一音響整合層２１を当接面２２１Ａに沿って移動させる。このような構成では、測定対象Ｘと超音波デバイス３２との音響インピーダンスに応じて、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２の音響インピーダンスを適宜設定することにより、測定対象Ｘと超音波デバイス３２との間において超音波を効率良く伝搬させることができる。
また、第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに対して第一音響整合層２１を摺動させるため、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２の間に空間が形成されない。このため、超音波デバイス３２から測定対象Ｘに至るまでに空間が形成される、従来のメカニカルスキャン方式の超音波測定装置のように、当該空間にオイルを充填する必要がないため、組み立てやメンテナンスも容易である。
以上のように本実施形態の超音波測定装置１によれば、高精度の超音波測定を容易に実施することができる。
【００６１】
本実施形態では、超音波デバイス３２、第一音響整合層２１、及び第二音響整合層２２の順に音響インピーダンスが小さくなる。このような構成では、超音波デバイス３２の音響インピーダンスが、測定対象Ｘの音響インピーダンスよりも大きい場合でも、超音波を効率良く伝搬させることができる。
ここで、超音波デバイス３２側の第一音響整合層２１と、測定対象Ｘに当接する第二音響整合層２２との間に空間が形成され、当該空間にオイルが充填されている場合において、生体を測定対象とすると、通常、オイル（鉱物油）の音響インピーダンスの方が生体よりも小さく、超音波の伝搬経路中において、オイルの音響インピーダンスが最小となることとなる。このため、オイルと隣接する他の媒質との間での超音波の伝搬効率が低下し、測定精度が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、超音波デバイスから第二音響整合層２２に向かって順に小さくなるように音響インピーダンスが変化するため、上述の伝搬効率の低下による測定精度の低下を抑制することができる。
【００６２】
本実施形態では、移動機構２３の接続部材２３７によって超音波センサー３及び第一音響整合層２１を第二音響整合層２２側に向かって付勢することにより、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２とを密着させることができる。また、超音波センサー３及び第一音響整合層２１を第二音響整合層２２に沿って移動させる際にも、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２とが密着された状態をより確実に維持することができる。これにより、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との密着性が低下することによる測定精度の低下を抑制できる。
【００６３】
本実施形態では、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との摺動部分にジェルを供給するジェル供給装置６を備える。これにより、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との間の摩擦を低減させることができる。したがって、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２とを滑らかに相対移動させることができ、移動機構２３による移動を適切に実施できる。また、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との摩耗を抑制できる。また、仮に第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との間に僅かな隙間が生じたとしても、ジェル供給装置６によってジェルを供給し、当該隙間にジェルを充填させることができる。したがって、上記隙間による超音波の伝搬効率の低下を抑制でき、高精度の超音波測定を実施できる。
【００６４】
また、ジェル供給装置６は、ジェルを供給する供給口３１Ｂが、超音波デバイス３２の＋Ｙ側に設けられている。これにより、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との摺動部分よりも移動方向（Ｙ方向）における前方側からジェルを供給することができ、第二音響整合層２２の当接面２２１Ａに対して、ジェルを供給した後に、第一音響整合層２１の平坦面２１１Ａを摺動させることができる。
【００６５】
また、第一音響整合層２１の第二音響整合層２２側の面である下面２１１は、平坦面２１１Ａと、当該平坦面２１１ＡのＹ方向の両側に湾曲面２１１Ｂとを有する。これにより、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との摺動部分よりも移動方向（Ｙ方向）における前方側に供給されたジェルを、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２との摺動部分に、より確実に供給できる。
【００６６】
超音波デバイス３２は、一次元アレイ構造を有し、スキャン方向が、Ｙ方向に一致するように配置される。そして、音響レンズ２２３が、Ｚ方向から見た平面視において、超音波デバイス３２の移動に応じたアレイ領域Ａｒ１の移動範囲と重なる位置に、Ｙ方向に沿って設けられ、アレイ領域Ａｒ１の中心を通り、アレイ領域Ａｒ１に直交し、かつ、Ｙ方向に平行な仮想面Ｐ１内に焦点位置を有する。
このような構成では、超音波デバイス３２をＹ方向に沿って移動させ、複数の測定位置で超音波測定を実施することにより、各測定位置にて上記仮想面Ｐ１に沿った断面に関する測定結果（例えば断層画像）を取得することができる。
【００６７】
第二音響整合層２２は、プローブ筐体２４に、着脱自在に取り付けられ、超音波デバイス３２、第一音響整合層２１、及び移動機構２３とともに、当該プローブ筐体２４に収容される。このような構成では、第二音響整合層２２に対して第一音響整合層２１が摺動することによる第二音響整合層２２の摩耗や、経時変化等によって第二音響整合層２２が劣化したとしても、第二音響整合層２２の交換が容易でありメンテンナンス容易性を向上させることができる。
【００６８】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
第一実施形態の超音波測定装置１では、一次元アレイである超音波トランスデューサーアレイ５０におけるスライス方向がＸ方向に沿い、かつ、スキャン方向がＹ方向に沿うように、超音波デバイス３２が配置されていた。また、音響レンズ２２３は、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向における中心を通り、かつ、ＹＺ面に平行な仮想面Ｐ１上の焦点に向かって−Ｚ方向に伝搬する超音波を収束させように構成されていた。そして、超音波デバイス３２をＹ方向に移動させることにより、ＹＺ面に平行な仮想面Ｐ１に沿った断面の測定結果を取得可能に構成されていた（図３参照）。
これに対して、第二実施形態では、スライス方向がＹ方向に沿い、かつ、スキャン方向がＸ方向に沿うように、超音波デバイス３２を超音波プローブに配置することにより、ＸＺ面に平行な断面の測定結果を取得可能に構成される点で相違する。
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。
【００６９】
図９は、本実施形態の超音波プローブ２Ａが備える超音波センサー３、第一音響整合層２１、及び第二音響整合層２５を−Ｚ方向から見た際の概略構成を示す平面図である。
本実施形態において、第一実施形態と同様に、超音波センサー３の−Ｚ側に第一音響整合層２１が固定され、第一音響整合層２１の−Ｚ側に第二音響整合層２５が配置される。
図示を省略するが、超音波センサー３及び第一音響整合層２１は、移動機構によって、第一音響整合層２１が第二音響整合層２５に当接された状態で、Ｙ方向に沿って移動可能に構成される。
また、本実施形態では、超音波デバイス３２は、１つの送受信チャンネルである超音波トランスデューサー群５１ＡがＹ方向に沿い、かつ、複数の超音波トランスデューサー群５１ＡがＸ方向に沿って並ぶように配置される。
【００７０】
図１０は、Ｘ方向に沿って見た第二音響整合層２５の概略構成を示す側面図である。
第二音響整合層２５は、図１０に示すように、−Ｚ側の面にＹ方向に沿って複数の音響レンズ２５１が設けられる。なお、それ以外の点については、基本的に第一実施形態の第二音響整合層２２と同様に構成される。
音響レンズ２５１は、図１０に示すように、Ｘ方向に沿って見た平面視において、Ｙ方向に沿って中央部に向かうにしたがって、−Ｚ方向に突出するように湾曲している。この音響レンズ２５１のＹ方向の寸法は、アレイ領域Ａｒ１のＹ方向の寸法ｄ（図９参照）と略同じである。そして、音響レンズ２５１は、Ｙ方向における中心を通り、かつ、ＸＺ面に平行な仮想面Ｐ３上に焦点を有し、超音波デバイス３２から送信され−Ｚ方向に伝搬する超音波を仮想面Ｐ３上の焦点に向かって収束させる。
【００７１】
本実施形態では、Ｙ方向に沿って連続的に設けられた複数の音響レンズ２５１のそれぞれに対応するように測定位置が設定されている。すなわち、超音波デバイス３２のアレイ領域Ａｒ１のＹ方向における中心を通り、かつ、ＸＺ面に平行な仮想面Ｐ２（図９参照）と、音響レンズ２５１における上述の仮想面Ｐ３（図１０参照）と、が一致する位置が、超音波センサー３の測定位置である。この測定位置に超音波センサー３を移動させることにより、仮想面Ｐ３に沿った領域における測定結果（例えば断層画像としてＢモード画像）を取得することができる。また、複数の音響レンズ２５１のそれぞれに対応する測定位置にて超音波測定を実施することにより、各測定位置での測定結果を取得することができる。例えば、測定結果として断層画像を取得する場合、Ｙ方向に沿って設定された複数の測定位置に対応する複数の断層画像を取得することができる。
【００７２】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波デバイス３２は、一次元アレイ構造を有し、スキャン方向が、Ｘ方向に一致するように配置される。そして、音響レンズ２５１は、そのＹ方向の寸法が、アレイ領域Ａｒ１の寸法と同じである。また、音響レンズ２５１は、Ｚ方向から見た平面視において、音響レンズ２５１の中心を通り、Ｙ方向に直交し、かつ、Ｘ方向に平行な仮想面Ｐ３内に焦点位置を有する。このような構成では、超音波デバイス３２をＹ方向に沿って移動させ、上記平面視において、音響レンズ２５１の中心にアレイ領域Ａｒ１の中心が重なる位置を測定位置として超音波測定を実施することにより、上記仮想面Ｐ３に沿った断面に関する測定結果を取得することができる。そして、Ｙ方向に沿って設けられた複数の音響レンズ２５１のそれぞれに対応する測定位置にて上述の測定結果を取得することにより、Ｙ方向に沿った複数の断面に関する測定結果を取得することができる。
【００７３】
［実施形態の変形］
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。
例えば、上記第一実施形態では、超音波センサー３を予め設定された測定位置に移動させて超音波測定を実施した後、次の測定位置に移動させて超音波測定を実施するとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波センサー３を移動させながら、超音波測定を実施してもよい。この場合、超音波センサー３を等速度ｖで移動させ、超音波の送信から受信までの経過時間ｔであったとすると、超音波センサー３の移動量がｖ・ｔであり、超音波の受信位置が移動量ｖ・ｔだけ移動する。すなわち、超音波センサー３を移動させながら超音波測定を実施する場合、超音波センサー３の移動速度ｖと、経過時間ｔとに基づく移動量ｖ・ｔを用いて、受信した超音波の反射位置を算出する等の処理を実施することにより、測定結果を取得できる。
【００７４】
上記各実施形態では、移動機構２３として超音波センサー３及び第一音響整合層２１をＹ方向に沿って移動させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、超音波センサー３及び第一音響整合層２１を第二音響整合層２２に沿って移動可能であればよく、Ｘ方向、さらにＺ方向に移動可能でもよい。具体的には、超音波センサー３及び第一音響整合層２１をＸ方向に移動させるＸステージ及びＹ方向に移動させるＹステージが組み合わされてＸＹ面の面内方向に移動させる移動機構を用いることができる。さらに、Ｘステージ及びＹステージをＺ方向に沿って移動させる移動機構を組み合わせてもよい。
【００７５】
また、移動機構２３は、超音波センサー３及び第一音響整合層２１と、第二音響整合層２２とを相対的に移動させることができればよく、超音波センサー３及び第一音響整合層２１に対して、第二音響整合層２２を移動可能に構成してもよい。例えば、超音波センサー３及び第一音響整合層２１が静止した状態で、測定対象Ｘと第二音響整合層２２とを一体的に移動させる構成を採用してもよい。
【００７６】
また、移動機構２３が超音波センサー３及び第一音響整合層２１をＸＹ面に沿って移動可能に構成され、かつ、一元アレイとして構成される超音波デバイスを用いる場合、測定位置に応じた複数の音響レンズを設ければよい。例えば、第一実施形態において、複数の音響レンズ２２３をＸ方向に沿って配置すればよく、これにより、Ｘ方向に直交し、Ｘ方向に沿って並ぶように位置する複数の仮想面Ｐ１に沿った断面に係る測定結果を取得できる。
【００７７】
また、移動機構２３の接続部材２３７が、第一音響整合層２１を第二音響整合層２２側に付勢する付勢部として機能する構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、超音波センサー３を＋Ｚ側から複数箇所又は面で、−Ｚ方向に押圧する押圧機構を設けてもよい。具体的には、Ｙ方向に沿って延在し、超音波センサー３の＋Ｚ側の面に当接する板状の当接手段と、当該当接手段を−Ｚ側に押圧するアクチュエーター等の押圧手段と、を備える構成が例示できる。
また、付勢部は、第二音響整合層２２及び測定対象Ｘを、第一音響整合層２１側に付勢する機構を採用してもよく、すなわち、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２を密着させるように、第一音響整合層２１を−Ｚ方向に付勢するか、第二音響整合層２２を＋Ｚ方向に付勢するか、及び、両側から付勢するかの少なくともいずれかを実施する付勢部を備えてもよい。
なお、付勢部がなくても、第一音響整合層２１及び第二音響整合層２２を密着させることができる場合は、付勢部を設けない構成としてもよい。
【００７８】
上記各実施形態では、ジェル供給装置６は、超音波デバイス３２の＋Ｙ側に供給口３１Ｂからジェルを供給する構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、−Ｙ側に供給口を設けてもよい。このような構成では、−Ｙ側に間欠的に移動させながら超音波測定を実施する場合でも、ジェルを適切に供給することができる。
また、上述のように移動機構が超音波センサー３をＸ方向に沿って移動可能に構成されている場合、超音波デバイス３２の±Ｘ側に供給口を設けることにより、超音波センサー３の移動方向によらず、ジェルを適切に供給することができる。なお、この場合、移動機構による移動方向の前方側に設けられた供給口からジェルを供給すればよい。
【００７９】
また、供給口の形状や個数は特に制限されず、例えば、超音波センサー３の＋Ｙ側の端縁にＸ方向に沿って複数の供給口を設けてもよいし、Ｘ方向に平行なスリット状の供給口を設けてもよい。−Ｙ側や±Ｘ側の端縁に設けられる供給口も同様である。
なお、ジェルを供給しなくても、第一音響整合層２１と第二音響整合層２２とを十分に密着させることができる場合、ジェル供給装置６を設けなくてもよい。
【００８０】
上記各実施形態では、第一音響整合層２１の下面２１１は、Ｙ方向に沿った両端側に湾曲面２１１Ｂを有する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｙ方向の一端側のみに設けられてもよい。また、移動機構による移動方向にＸ方向が含まれる場合、Ｘ方向に沿った両端に湾曲部を設けてもよいし、一端のみ湾曲部を設けてもよい。
【００８１】
上記各実施形態では、超音波デバイス３２よりも音響インピーダンスが小さい生体等を測定対象とし、超音波デバイス３２、第一音響整合層２１、第二音響整合層２２、及び測定対象Ｘ（例えば、人体における表皮）の順に音響インピーダンスが小さくなる構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、超音波デバイス３２よりも音響インピーダンスが高い測定対象Ｘに対しては、超音波デバイス３２、第一音響整合層２１、第二音響整合層２２、及び測定対象Ｘの順に音響インピーダンスが大きくなるように構成してもよい。この場合でも、超音波デバイスと測定対象との間で、超音波を効率良く伝搬させることができる。
【００８２】
上記各実施形態では、第一音響整合部として一層の第一音響整合層を備える構成を例示したが、第一音響整合部が複数層で構成されてもよい。また、第二音響整合部も同様に複数層で構成されてもよい。
【００８３】
上記各実施形態では、プローブ筐体２４の内部に、超音波センサー３、第一音響整合層２１、第二音響整合層２２、及び移動機構２３が収納される構成を例示しが、本発明はこれに限定されず、超音波センサー３、第一音響整合層２１、第二音響整合層２２、及び移動機構２３の少なくともいずれかが収納される構成でもよい。例えば、第二音響整合層２２が、プローブ筐体２４の外部に配置され第二音響整合層２２が、プローブ筐体２４に対して着脱自在に固定されていてもよい。この場合、第二音響整合層２２を容易に交換することができる。
【００８４】
上記各実施形態では、一次元アレイ構造を有する超音波デバイス３２を用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、アレイ領域Ａｒ１に格子状に配置された各超音波トランスデューサーを個別に駆動可能に構成された二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。
【００８５】
上記各実施形態では、超音波デバイス３２として、素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられる構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、各種構成の超音波デバイスを用いてもよい。例えば素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられず、超音波トランスデューサー５１が素子基板４１自体を振動させることで超音波を送出させ、素子基板４１の振動により超音波の受信を検出する構成などとしてもよい。また、素子基板４１に設けられた下部電極と、圧電体と、上部電極とを積層し、圧電体を振動させることにより超音波を送出させ、圧電体の振動により超音波の受信を検出する構成などとしてもよい。
【００８６】
上記各実施形態では、生体を測定対象とする場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、肝臓、心臓、筋肉等の生体を構成する各器官を測定対象としてもよい。
上記実施形態では、生体の一部を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、本発明は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超音波測定装置に、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超音波測定装置にも本発明を適用することができる。
【００８７】
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】
【００８８】
１…超音波測定装置、２，２Ａ…超音波プローブ、３…超音波センサー、６…ジェル供給装置、２１…第一音響整合層、２２、２５…第二音響整合層、２３…移動機構、２４…プローブ筐体、３１…センサー筐体、３１Ｂ…供給口、３２…超音波デバイス、３２Ａ…送受信面、２１１…下面、２１１Ａ…平坦面、２１１Ｂ…湾曲面、２２１Ａ…当接面、２２３…音響レンズ、２３７…接続部材、Ａｒ１…アレイ領域、Ｊ…ジェル、Ｐ１…仮想面、Ｐ２…仮想面、Ｐ３…仮想面、Ｘ…測定対象。
【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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