(57)【要約】【課題】簡素な構成で所望の強度分布の超音波送受信が可能な超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波画像処理装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、第一方向に沿って配置され、超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサーと、超音波トランスデューサーを電気接続する配線部と、を備え、配線部は、複数の前記超音波トランスデューサーの一部において第一方向に隣り合うＮ個の超音波トランスデューサー（Ｎ≧２）を直列接続する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向に沿って配置され、超音波を送受信する複数の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電気接続する配線部と、を備え、
前記配線部は、前記複数の超音波トランスデューサーの一部において前記第一方向に隣り合うＮ個の超音波トランスデューサー（Ｎ≧２）を直列接続する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記超音波を送信する超音波トランスデューサーの前記Ｎ個は、前記第一方向の中央から列の端に向けて漸増する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記超音波を受信する超音波トランスデューサーの前記Ｎ個は、前記第一方向の中央から列の端に向けて漸減する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記Ｎ個の個数は、前記第一方向の中央に対して対称である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
直列接続される前記Ｎ個の前記超音波トランスデューサーを１つのトランスデューサー群とし、前記第一方向に沿って配置された複数の前記超音波トランスデューサー群には同一の電圧が印加される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波測定装置と、
画像を表示させる画像表示装置と、
を備え、
前記制御部は、前記超音波デバイスにより得られた超音波測定結果に基づいた超音波画像を生成して、前記画像表示装置に表示させる
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波測定装置、超音波画像処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送信処理及び受信処理を実施する超音波デバイスにおいて、スライス方向に複数の超音波トランスデューサーを配置して１ＣＨ（チャネル）の素子群を形成し、当該素子群をスキャン方向に複数配置した超音波アレイ構造が知られている。このような超音波デバイスでは、スライス方向に対して音響レンズを配置して、所定の深さ位置で焦点が形成されるように、超音波を遅延させることが一般的である。一方、このようなスライス方向の音場に関して、焦点の近傍でない非収束領域で超音波が強め合い、超音波測定精度を低下させる不都合（所謂サイドローブやエッジ効果）が発生することが知られている。そして、従来、このようなサイドローブやエッジ効果等の不都合に対して、各超音波トランスデューサーから出力される超音波の重み付けを変更するアポダイゼーションにより低減する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置は、圧電素子と、圧電素子の前面に設けられた接地電極と、圧電素子の背面に設けられた誘電体層と、誘電体層の背面に設けられた信号電極とにより構成され、当該積層体がスライス方向に沿って複数配置される。そして、スライス方向に並ぶこれらの積層体において、スライス端面に向かうに従って比誘電率が小さくなる誘電体層を配置している。これにより、スライス方向の中央部では、音圧が大きく、スライス方向の端面に向かうに従って音圧が小さくなる超音波が送波されることになり、アポダイゼーションが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の超音波デバイスでは、比誘電率の異なる誘電体層をスライス方向に配置する必要があるため、構成が複雑化するとの課題がある。また、各誘電体層の比誘電率を異なる値にするために、それぞれ異なる種類の誘電体層を形成したり、誘電体層の厚み寸法をそれぞれ設定したりする必要があり、製造工程も増加するとの課題もある。
【０００６】
本発明は、簡素な構成で所望の強度分布の超音波送受信が可能な超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波画像処理装置を提供することを１つの目的として、以下の適用例及び実施形態を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一適用例に係る超音波デバイスは、第一方向に沿って配置され、超音波を送受信する複数の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電気接続する配線部と、を備え、前記配線部は、前記複数の超音波トランスデューサーの一部において前記第一方向に隣り合うＮ個の超音波トランスデューサー（Ｎ≧２）を直列接続することを特徴とする。
【０００８】
本適用例では、第一方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサーのうち、第一方向に沿って隣り合って配置されたＮ個の超音波トランスデューサーが配線部により直列に接続されている。このような構成では、Ｎ個の超音波トランスデューサーに駆動電圧を印加すると、このＮ個の超音波トランスデューサーの各々には、駆動電圧の分圧が印加されることになる。したがって、このＮ個の超音波トランスデューサーは、第一方向に並ぶ他の超音波トランスデューサーとは異なる送受信強度で、超音波の送受信処理が行われることになる。つまり、配線部の形状により、超音波の送受信における強度分布を所望分布に設定することができる。言い換えれば、配線部の形状を変更するだけの簡素な構成で所望の強度分布の超音波送受信が可能な超音波デバイスを得ることができる。
また、配線部は、例えば、圧電素子等の超音波トランスデューサーが形成された基板に対して配線部を微細加工するためのマスクを被せて、配線部材を成膜すれば形成できる。したがって、マスクの形状を変更するだけで、上記のような所望の強度分布で超音波の送受信が可能な超音波デバイスを簡便に得ることができ、製造効率性の向上を図れる。
【０００９】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波を送信する超音波トランスデューサーの前記Ｎ個は、前記第一方向の中央から列の端に向けて漸増することが好ましい。
本適用例では、例えば、Ｎ個の超音波トランスデューサーにより１つの超音波トランスデューサー群を構成し、この超音波トランスデューサー群を第一方向に沿って複数配置する場合、第一方向の中央に配置される超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数が少なく、第一方向の列の端に向かう程、超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数が増加する。
このような構成では、超音波トランスデューサーの数が少ない超音波トランスデューサー群に対して駆動電圧を印加すると、各超音波トランスデューサーに印加される分圧も大きくなるので、超音波の送信強度が大きくなる。一方、超音波トランスデューサーの数が多い超音波トランスデューサー群に対して駆動電圧を印加すると、各超音波トランスデューサーに印加される分圧が小さくなり、超音波の送信強度は小さくなる。したがって、超音波の送信強度が、第一方向の中央において強く、列の端に向かう程弱くなる超音波の送信強度分布が得られる。これにより、エッジ効果やサイドローブを抑制でき、例えば超音波測定結果に基づいた対象物の内部断層画像を生成する場合には、画像の劣化を抑制できる等、超音波デバイスを用いた測定を実施する際の測定精度の向上を図れる。
【００１０】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波を受信する超音波トランスデューサーの前記Ｎ個は、前記第一方向の中央から列の端に向けて漸減することが好ましい。
本適用例では、例えば、Ｎ個の超音波トランスデューサーにより１つの超音波トランスデューサー群を構成し、この超音波トランスデューサー群を第一方向に沿って複数配置する場合、第一方向の中央に配置される超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数が多く、第一方向の列の端に向かう程、超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数が減少する。
このような構成では、超音波を受信する超音波トランスデューサーの数が多い超音波トランスデューサー群では、各超音波トランスデューサーから出力された信号値が加算され、受信感度が良くなる。つまり、第一方向の中央で受信される超音波の受信強度（受信感度）が強くなり、例えば超音波測定結果に基づいた対象物の内部断層画像を生成する場合には、画像の劣化を抑制できる等、超音波デバイスを用いた測定を実施する際の測定精度の向上を図れる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記Ｎ個の個数は、前記第一方向の中央に対して対称であることが好ましい。
本適用例では、例えば、Ｎ個の超音波トランスデューサーにより１つの超音波トランスデューサー群を構成し、この超音波トランスデューサー群を第一方向に沿って複数配置する場合に、第一方向の中央に対して、超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数が対称となる。この場合、超音波の送受信処理において、第一方向の中央を通る法線方向に対する測定結果を好適に取得することができる。
【００１２】
本適用例の超音波デバイスにおいて、直列接続される前記Ｎ個の前記超音波トランスデューサーを１つのトランスデューサー群とし、前記第一方向に沿って配置された複数の前記超音波トランスデューサー群には同一の電圧が印加されることが好ましい。
本適用例では、超音波を送信する際に、第一方向に沿って並ぶ各超音波トランスデューサー群に同一の電圧を印加する。よって、各超音波トランスデューサーには、超音波トランスデューサー群を構成する超音波トランスデューサーの数（Ｎ個）に応じた分圧が印加されることになり、所望の強度分布で超音波の送受信処理が可能な超音波デバイスをより簡素な構成で得ることができる。
【００１３】
一適用例に係る超音波測定装置は、上述したような超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、上述したように、超音波デバイスにおいて、所望の強度分布で超音波の送受信を実施することができ、測定目的や測定対象に応じた最適な超音波測定を実施できる。
【００１４】
一適用例に係る超音波画像処理装置は、上記超音波測定装置と、画像を表示させる画像表示装置と、を備え、前記制御部は、前記超音波デバイスにより得られた超音波測定結果に基づいた超音波画像を生成して、前記画像表示装置に表示させる。
本適用例では、上述したように、超音波測定装置において、測定目的や測定対象に応じた最適な超音波測定を実施でき、当該測定目的や測定対象の画像（内部断層画像）を精度よく取得して画像表示装置に表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態の超音波画像処理装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第一実施形態の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デバイスの概略構成を示す平面図。
【図５】第一実施形態の中央素子群の超音波トランスデューサーの概略構成を示す断面図。
【図６】第一実施形態の複数の超音波トランスデューサーを含む素子群の超音波トランスデューサーの概略構成を示す断面図。
【図７】第一実施形態の受信列の超音波トランスデューサーの概略構成を示す断面図。
【図８】第一実施形態において、１つの送信列から出力される超音波の送信強度の分布を示す図。
【図９】第一実施形態の超音波デバイスの製造方法を示す図。
【図１０】第二実施形態における超音波デバイスの概略構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る超音波画像処理装置について説明する。
［超音波画像処理装置の概略構成］
図１は、第一実施形態の超音波画像処理装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の超音波画像処理装置１は、対象物（本実施形態では生体Ｘ）に対して固定可能な超音波プローブ２と、超音波プローブ２を制御して生体Ｘ内の内部断層画像を得る制御部３と、を含んで構成される超音波測定装置１０と、得られた内部断層画像を表示させる表示部４（画像表示装置）と、を備えている。
【００１７】
本実施形態の超音波画像処理装置１は、対象物（例えば生体Ｘ等）に対して超音波プローブ２を固定し、超音波プローブ２を用いて超音波測定処理を実施して、生体Ｘに対する内部断層画像を取得し、取得した内部断層画像を表示部４に表示させる装置である。
以下、本実施形態の超音波画像処理装置１の各構成について、詳細に説明する。
【００１８】
［超音波プローブの構成］
図２は、本実施形態の超音波プローブ２の概略構成を示す斜視図である。また、図３は、本実施形態の超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
本実施形態の超音波プローブ２は、図２に示すように、筐体２１を備え、この筐体２１の内部に、図３に示すように、超音波デバイス２２と、封止板２３と、音響レンズ２４と、回路基板２５と、等が収納されている。この超音波プローブ２は、例えば信号ケーブル２１１を介して制御部３に接続されており、超音波プローブ２と制御部３とが通信可能に接続される。
【００１９】
筐体２１は、例えば平面視が矩形状となる箱状部材であり、内部に超音波デバイス２２や回路基板２５を収納する。この筐体２１は、生体Ｘに対向する一面（センサー面２１２）に、センサー窓２１２Ａが設けられており、当該センサー窓２１２Ａには、超音波デバイス２２に接合された音響レンズ２４が外部（生体Ｘ側）に臨んで設けられている。
生体Ｘに対する超音波測定を実施する際には、超音波プローブ２は、センサー窓２１２Ａから露出する音響レンズ２４と生体Ｘとの間にジェル等の音響整合材を塗布し、生体Ｘに例えば粘着層（図示略）等を用いて固定される。音響整合材の塗布により、音響レンズ２４と生体Ｘとの間での超音波の伝搬が効率良く行われる。
【００２０】
［超音波デバイスの構成］
次に、超音波デバイス２２について説明する。
図４は、超音波デバイス２２の概略構成を示す平面図である。
図４に示すように、超音波デバイス２２には、アレイ領域２２Ａが設けられている。アレイ領域２２Ａには、互いに交差（本実施形態では、直交を例示）するＸ方向（第一方向：スライス方向）及びＹ方向（スキャン方向）に沿って、２次元アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー２２１が配置されている。
ここで、Ｘ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー２２１により、１ＣＨ（チャネル）のトランスデューサー列２２２が構成され、当該１ＣＨのトランスデューサー列がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波デバイス２２が構成される。
【００２１】
また、図４に示すように、Ｙ方向に沿って、配置されるトランスデューサー列２２２のうち、例えば奇数番目に配置されたトランスデューサー列２２２は、超音波を送信する超音波トランスデューサー２２１により構成された送信列２２２Ａとなる。偶数番目に配置されたトランスデューサー列２２２は、超音波を受信する超音波トランスデューサー２２１により構成された受信列２２２Ｂとなる。つまり、本実施形態では、送信列２２２Ａと、受信列２２２ＢとがＹ方向に沿って交互に配列される。
【００２２】
送信列２２２Ａと受信列２２２Ｂとの間には、各超音波トランスデューサー２２１に接続される信号電極が配置される。例えば、図４に示すように、送信列２２２Ａの−Ｙ側に、送信列２２２Ａの各超音波トランスデューサーに対して駆動電圧を印加する送信電極線２２３Ａが配置され、受信列２２２Ｂの−Ｙ側には、送信列２２２Ａ及び受信列２２２Ｂの各超音波トランスデューサー２２１に接続され、基準電圧（共通電圧）を印加する基準電極線２２３Ｂが配置される。また、受信列２２２Ｂ上には、受信列２２２Ｂの各超音波トランスデューサー２２１に接続され、超音波受信時に各超音波トランスデューサー２２１から検出信号が出力される受信電極線２２３Ｃが設けられている。
送信電極線２２３Ａ、基準電極線２２３Ｂ、及び受信電極線２２３Ｃは、それぞれ超音波デバイス２２の外周部において端子部（図示略）に接続され、当該端子部から回路基板２５に接続される。
【００２３】
そして、本実施形態では、送信列２２２Ａは、複数の素子群２２４により構成される。この素子群２２４は、１つ又は複数の超音波トランスデューサー２２１により構成された超音波トランスデューサー群である。
ここで、素子群２２４に属する超音波トランスデューサー２２１の数をＮとすると、Ｎは、Ｘ方向の中央からＸ方向の列の端に向かって漸増する。つまり、Ｘ方向の中央に位置する素子群２２４に属する超音波トランスデューサー２２１は少なく、±Ｘ側端部に向かうに従って、素子群２２４に属する超音波トランスデューサー２２１の数が多くなる。
例えば、本実施形態では、Ｘ方向中央部の素子群２２４（中央素子群２２４Ａ）は１つの超音波トランスデューサー２２１のみにより構成され、中央素子群２２４Ａの＋Ｘ側及び−Ｘ側に隣り合う素子群２２４には、それぞれ２つの超音波トランスデューサー２２１が属する。このように、本実施形態では、素子群２２４に属する超音波トランスデューサー２２１の数Ｎは、Ｘ方向の中央（中心）に対して対称となっている。
【００２４】
そして、これらの素子群２２４のうち、２個以上（Ｎ≧２）の超音波トランスデューサー２２１が属する素子群２２４では、各超音波トランスデューサー２２１が送信電極線２２３Ａと、基準電極線２２３Ｂとの間で、配線部により直接接続される。中央素子群２２４Ａは、１つの超音波トランスデューサー２２１のみにより構成されているので、当該１つの超音波トランスデューサー２２１が送信電極線２２３Ａと、基準電極線２２３Ｂとに接続される。
したがって、本実施形態では、１ＣＨの送信列２２２Ａにおいて、複数の素子群２２４がＸ方向に沿って配置され、これらの素子群２２４が互いに並列に接続される構成となる。
【００２５】
次に、超音波デバイス２２のより具体的な構成について説明する。
図５は、中央素子群２２４Ａの超音波トランスデューサー２２１の概略構成を示す断面図である。図６は、複数の超音波トランスデューサー２２１を含む素子群２２４の超音波トランスデューサー２２１の概略構成を示す断面図である。図７は、受信列２２２Ｂの超音波トランスデューサー２２１の概略構成を示す断面図である。
超音波デバイス２２は、図５から図７に示すように、素子基板５１と、支持膜５２と、圧電素子５３と、を備えている。
素子基板５１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この素子基板５１は、各々の超音波トランスデューサー２２１に対応した開口部５１Ａが設けられている。本実施形態では、各開口部５１Ａは、素子基板５１の基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（封止板２３側）に支持膜５２が設けられる。
また、素子基板５１の支持膜５２が設けられない側には、音響整合層（図示略）を介して音響レンズ２４が設けられている。なお、音響整合層は、素子基板５１の各開口部５１Ａを充填するように設けられている。
【００２６】
支持膜５２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板５１の封止板２３側全体を覆って設けられている。すなわち、支持膜５２は、開口部５１Ａを構成する隔壁５１Ｂにより支持され、開口部５１Ａの封止板２３側を閉塞する。この支持膜５２の厚み寸法は、素子基板５１に対して十分小さい厚み寸法となる。
【００２７】
圧電素子５３は、各開口部５１Ａを閉塞する支持膜５２上にそれぞれ設けられている。この圧電素子５３は、圧電膜５３１と、この圧電膜５３１を厚み方向から挟む一対の電極とにより構成されている。なお、圧電膜５３１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により構成される。本実施形態において、支持膜５２のうち、開口部５１Ａを閉塞する領域である振動部５２１と、圧電素子５３とにより、１つの超音波トランスデューサー２２１が構成される。
【００２８】
ここで、図５に示すように、中央素子群２２４Ａでは、圧電素子５３を厚み方向から挟み込む一対の電極は、下部電極５３２Ａと、上部電極５３３Ａとにより構成される。
下部電極５３２Ａは、圧電膜５３１と、支持膜５２との間に配置され、＋Ｙ側に延出して基準電極線２２３Ｂに接続されている。一方、上部電極５３３Ａは、圧電膜５３１の上部に積層され、−Ｙ側に延出して送信電極線２２３Ａに接続されている。
したがって、中央素子群２２４Ａでは、超音波トランスデューサー２２１を構成する圧電膜５３１は、下部電極５３２Ａ及び上部電極５３３Ａにより、送信電極線２２３Ａと、基準電極線２２３Ｂとの間で、電気的に接続される。
【００２９】
一方、図６に示すように、Ｎ個の超音波トランスデューサー２２１が属する素子群２２４では、圧電素子５３を厚み方向から挟み込む一対の電極は、送信接続線５３４、中間接続線５３５、及び基準接続線５３６のいずれか２つにより構成される。
具体的には、１つの素子群２２４を構成してＸ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー２２１のうち、Ｘ方向の両端部に位置していない中間の超音波トランスデューサー２２１（以降、中間トランスデューサー２２１Ａと称す）は、中間接続線５３５により、隣り合う超音波トランスデューサー２２１と直列に接続される。すなわち、これらの超音波トランスデューサー２２１の圧電膜５３１は、厚み方向から一対の中間接続線５３５により挟み込まれて圧電素子５３を構成する。
圧電膜５３１と支持膜５２との間に配置された中間接続線５３５は、Ｘ方向の一方（例えば＋Ｘ側）に延出して配置され、延出先端が当該一方に配置されている他の超音波トランスデューサー２２１の圧電膜５３１上に積層される。
また、圧電膜５３１上（支持膜５２と反対側）に配置された中間接続線５３５は、Ｘ方向の他方（例えば−Ｘ側）に延出して配置され、延出先端が当該他方に配置されている他の超音波トランスデューサー２２１の圧電膜５３１と支持膜５２との間に配置される。
【００３０】
Ｘ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー２２１のうちの両端部に位置する超音波トランスデューサー２２１のうちの一方には、送信電極線２２３Ａが接続され、他方には基準電極線２２３Ｂが接続される。
送信電極線２２３Ａに接続される超音波トランスデューサー２２１（以降、送信接続トランスデューサー２２１Ｂを称す）は、圧電膜５３１上に送信接続線５３４が配置される。この送信接続線５３４は、−Ｙ側に延出して送信電極線２２３Ａに接続される。また、送信接続トランスデューサー２２１Ｂの圧電膜５３１と支持膜５２との間には、中間接続線５３５が配置され、この中間接続線５３５は、Ｘ方向に延出して配置され、延出先端が、同一の素子群２２４内でＸ方向に隣り合う中間トランスデューサー２２１Ａの圧電膜５３１上に積層される。
【００３１】
基準電極線２２３Ｂに接続される超音波トランスデューサー２２１（以降、基準接続トランスデューサー２２１Ｃを称す）は、圧電膜５３１と支持膜５２との間に基準接続線５３６が配置される。この基準接続線５３６は、＋Ｙ側に延出して基準電極線２２３Ｂに接続される。また、基準接続トランスデューサー２２１Ｃの圧電膜５３１上には、中間接続線５３５が配置され、この中間接続線５３５は、Ｘ方向に延出して配置され、延出先端が同一の素子群２２４内でＸ方向に隣り合う中間トランスデューサー２２１Ａの圧電膜５３１と支持膜５２との間に配置される。
以上のようにして、同じ素子群２２４に含まれるＮ個の超音波トランスデューサー２２１が送信接続線５３４、中間接続線５３５、及び基準接続線５３６を含む配線部により直列に接続され、送信電極線２２３Ａと基準電極線２２３Ｂとの間で接続される。
【００３２】
受信列２２２Ｂの各超音波トランスデューサー２２１は、図７に示すように、並列に接続される。すなわち、受信列２２２Ｂの各圧電膜５３１と支持膜５２との間には、それぞれ下部電極５３２Ｂが設けられ、当該下部電極５３２Ｂは、−Ｙ側に延出して、基準電極線２２３Ｂに接続される。また、受信列２２２Ｂの各超音波トランスデューサー２２１の圧電膜５３１上には、受信電極線２２３Ｃが配置されており、この受信電極線２２３Ｃは、Ｘ方向に沿って直線状に設けられ、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー２２１の各圧電膜５３１を接続する。
【００３３】
［封止板の構成］
次に、封止板２３について説明する。封止板２３は、超音波デバイス２２に接合され、超音波デバイス２２の素子基板５１や支持膜５２を補強する。この封止板２３は、素子基板５１の超音波トランスデューサー２２１が配置されるアレイ領域２２Ａを覆って形成されており、例えば、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板２３の材質や厚みは、超音波トランスデューサー２２１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２２１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。
【００３４】
また、図示は省略するが、封止板２３は、超音波デバイス２２の送信電極線２２３Ａ、基準電極線２２３Ｂ、及び受信電極線２２３Ｃの端子部に対向する貫通孔を備え、当該貫通孔に、端子部と回路基板２５とを接続する電極が設けられる。電極としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やＦＰＣ等であってもよい。
【００３５】
［音響レンズの構成］
音響レンズ２４は、上述したように、超音波デバイス２２に対し、音響整合層を介して接合されており、超音波プローブ２の筐体２１のセンサー窓２１２Ａから露出する。音響レンズ２４や音響整合層は、例えば測定対象となる生体Ｘと略同じ音響インピーダンスを有する素材により構成することができ、例えばシリコーン等により構成される。この音響レンズ２４は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向として、ＸＺ面における断面形状が円弧となり、Ｙ方向を軸としたシリンドリカル形状に構成される。このような音響レンズを用いることで、生体Ｘ内の所定の深さ位置を焦点として超音波を収束させることができる。
【００３６】
［回路基板］
次に、回路基板２５について説明する。
回路基板２５は、超音波デバイス２２の各送信電極線２２３Ａ、各基準電極線２２３Ｂ、各受信電極線２２３Ｃのそれぞれに対応した端子と電気接続されており、制御部３の制御に基づいて超音波デバイス２２を制御する。
具体的には、回路基板２５は、送信回路、基準電極回路、受信回路等を備えている。送信回路は、各送信電極線２２３Ａにパルス波形の駆動電圧を印加する。基準電極回路は、各基準電極線２２３Ｂに所定の基準電圧（例えば０Ｖ等）を印加する。受信回路は、各受信電極線２２３Ｃから出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御部３に出力する。
【００３７】
図８は、１つの送信列２２２Ａから出力される超音波の送信強度の分布を示す図である。
本実施形態では、超音波の送信時に、送信列２２２Ａの各素子群２２４は、送信電極線２２３Ａと基準電極線２２３Ｂとの間で並列接続されているので、各素子群２２４には、同一の駆動電圧が印加される。一方、素子群２２４は、Ｘ方向の位置によってその素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数（Ｎ）が異なる。したがって、各超音波トランスデューサー２２１には、素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数に応じた分圧が印加されることになる。このため、本実施形態では、Ｘ方向の中央の素子群２２４の超音波トランスデューサー２２１に印加される駆動電圧が大きくなり、列の端に向かって印加される駆動電圧が漸減する。よって、送信列２２２Ａから出力される超音波も、図８に示すように、Ｘ方向の中央程、超音波の送信強度が強く、列の端に向かうに従って弱くなる。従って、送信列２２２Ａにおいて、アポダイゼーションが可能となり、Ｘ方向の超音波の音場に対してサイドローブやエッジ効果の影響が抑制される。
【００３８】
［制御部］
次に、超音波画像処理装置１における制御部３について説明する。
制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、メモリー等により構成された記憶部とを含んで構成される。
記憶部には、超音波プローブ２を用いた超音波測定や、超音波測定結果に基づいた生体の内部断層画像の生成及び表示を行うための各種プログラムや各種データが記憶されている。
演算部は、記憶部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、図１に示すように、送信制御手段３１、受信制御手段３２、画像形成手段３３、及び表示制御手段３４等として機能する。また、制御部３には、その他、キーボード等により構成された入力操作部等が設けられていてもよい。
【００３９】
送信制御手段３１は、超音波プローブ２を制御して、超音波デバイス２２の所定の送信列２２２Ａから超音波を送信させる。この際、送信制御手段３１は、Ｙ方向に並ぶ複数個の送信列２２２Ａを遅延駆動させることで、超音波の送出方向を制御してもよい。
受信制御手段３２は、超音波プローブ２を制御して、超音波デバイス２２の受信列２２２Ｂからの受信信号を取得する。
画像形成手段３３は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）に基づいて、生体Ｘの内部断層画像を生成する。
表示制御手段３４は、表示部４に対して、生成された各内部断層画像を表示させる。
【００４０】
［超音波デバイスの製造方法］
次に、上記のような超音波デバイス２２の製造方法について説明する。
図９は、本実施形態の超音波デバイス２２の製造方法を示す図である。なお、図９では、複数の超音波トランスデューサー２２１が直列に接続される素子群２２４の領域のみを図示し、中央素子群２２４Ａや受信列２２２Ｂについては省略する。
超音波デバイスの製造では、まず、Ｓｉにより構成された素子基板５１の一面に対して、熱酸化処理を実施し、表面にＳｉＯ２の膜を形成する。さらに、このＳｉＯ２上に例えばＺｒをスパッタリング等によって成膜し、当該Ｚｒ膜を熱酸化処理することで、ＺｒＯ２膜を得る。これにより、図９の１番目に示す状態のように、素子基板５１に支持膜５２が形成される。
【００４１】
次に、支持膜５２上に、基準電極線２２３Ｂ、下部電極５３２Ａ，５３２Ｂ、中間接続線５３５、基準接続線５３６を形成するための電極パターンを形成する。電極パターンの形成では、例えば、支持膜５２上に電極を形成する部位以外をマスクするマスクパターンを形成して、スパッタリング等によって電極材料を成膜してもよく、支持膜５２上に電極材料を成膜した後、電極形状に応じたレジストを形成してエッチング処理を実施してもよい。
これにより、支持膜５２上に基準電極線２２３Ｂ、下部電極５３２Ａ，５３２Ｂ、基準接続線５３６、及び中間接続線５３５の一部が形成される。この段階では、図９の２番目の状態に示すように、中間接続線５３５のうち、支持膜５２上に配置される一部のみが形成される。
【００４２】
この後、圧電膜５３１を形成する。圧電膜５３１の形成では、例えば溶液法によりＰＺＴを形成する。溶液法を用いたＰＺＴの形成では、支持膜５２上にＰＺＴ溶液を塗布する塗布工程と、塗布されたＰＺＴ溶液を焼成する焼成工程とを複数回実施し、所望厚みの圧電膜５３１を形成する。その後、形成された圧電膜を、エッチング処理（イオンミリング）によりパターニングし、図９の３番目に示す状態のように、圧電膜５３１を形成する。
【００４３】
この後、送信電極線２２３Ａ、受信電極線２２３Ｃ、上部電極５３３Ａ，５３３Ｂ、中間接続線５３５の残部を形成するための電極パターンを形成する。
電極パターンの形成では、上記と同様、例えば、電極形成部位が開口したマスクパターンを形成してスパッタリング等によって電極材料を成膜してもよく、全面に電極材料を成膜した後、電極形状に応じたレジストを形成してエッチング処理を実施してもよい。
これにより、送信電極線２２３Ａ、受信電極線２２３Ｃ、上部電極５３３Ａ，５３３Ｂ、中間接続線５３５が形成される。また、この段階で、図９の４番目の状態に示すように、先に形成された中間接続線５３５と、後に形成された中間接続線５３５とが接続されてＸ方向に隣り合う超音波トランスデューサー２２１を直列に接続する中間接続線５３５が形成される。
【００４４】
そして、素子基板５１の支持膜５２とは反対側の面に対してエッチング処理を行い、図９の５番目に示すように、素子基板５１に開口部５１Ａを形成する。これにより、超音波デバイス２２が形成される。
【００４５】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、Ｘ方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー２２１のうち、Ｘ方向に沿って隣り合って配置されたＮ個の超音波トランスデューサー２２１が、送信接続線５３４、中間接続線５３５、及び基準接続線５３６によって、直列に接続されて送信電極線２２３Ａ及び基準電極線２２３Ｂに接続されている。
このため、送信電極線２２３Ａ及び基準電極線２２３Ｂの間で駆動電圧を印加すると、Ｎ個の超音波トランスデューサー２２１の各々には、駆動電圧の分圧が印加される。したがって、これらのＮ個の超音波トランスデューサーは、Ｘ方向に並ぶ他の超音波トランスデューサー２２１とは異なる送信強度で、超音波を送信することができる。
つまり、送信接続線５３４、中間接続線５３５、及び基準接続線５３６により、直列にされる超音波トランスデューサー２２１の個数Ｎを異ならせるだけの簡素な構成で、所望の送信強度分布で超音波を送信することが可能な超音波デバイス２２を得ることができる。
しかも、これらの送信接続線５３４、中間接続線５３５、及び基準接続線５３６は、マスクパターン又はレジストパターンを微細加工するだけで、容易に所望のパターン形状に形成することができるので、所望の送信強度分布の超音波デバイス２２を簡便に得ることができる。
【００４６】
本実施形態では、送信列２２２Ａにおいて、素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１のＮ個は、Ｘ方向の中央から列の端に向けて漸増する。このため、送信列２２２Ａの中央から強度が最も高い超音波を送信でき、送信列２２２Ａの端に向かうに従って、送信される超音波の強度が弱くできる。これにより、アポダイゼーションが可能となり、サイドローブやエッジ効果を抑制した高精度な超音波測定を実施することができる。したがって、超音波測定装置１０において、生体Ｘに対する内部断層画像を取得する場合に、画像の劣化を抑制した精度の高い内部断層画像（超音波画像）を生成でき、超音波画像処理装置１において、表示部４に当該画像の劣化を抑制した精度の高い内部断層画像を表示させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、Ｘ方向の中央に対して、素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１の個数（Ｎ個）が対称となる。よって、送信列２２２Ａから送信される超音波も、Ｘ方向の中央に対して±Ｘ側で対称となる強度分布で送信される。このため、送信列の中央を通る法線方向に対する測定結果を好適に取得することができる。このため、超音波プローブ２の配置位置に対して、どの位置の内部断層画像であるかを測定者が容易に判断することができる。
【００４８】
本実施形態では、送信列２２２Ａに沿って、複数の素子群２２４が配置されており、これらが並列に接続される。したがって、送信電極線２２３Ａ及び基準電極線２２３Ｂの間に駆動電圧を印加すると、各素子群２２４に対してそれぞれ同一の駆動電圧が印加されることになる。よって、素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数に応じた分圧が各超音波トランスデューサー２２１に印加されることになり、各素子群２２４からは、所望の強度分布で超音波の送信処理が可能な超音波デバイスが得られる。
【００４９】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、送信列２２２Ａに対して送信アポダイゼーションが可能な構成とした。これに対して、第二実施形態では、更に受信列２２２Ｂにおいて受信アポダイゼーションが可能な構成とされる点で上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明に辺り、既に説明した構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５０】
図１０は、第二実施形態における超音波デバイス２２の概略構成を示す平面図である。なお、この図１０は、超音波デバイス２２におけるアレイ領域２２ＡのＸ方向の端部の一部を図示している。
第二実施形態では、図１０に示すように、超音波デバイス２２のアレイ領域２２Ａには、第一実施形態と同様に、超音波トランスデューサー２２１が、２次元アレイ構造に配列されており、送信列２２２Ａ及び受信列２２２Ｂを構成する。ここで、送信列２２２Ａは、第一実施形態と同様の構成を有するものであり、ここでの説明は省略する。
また、本実施形態では、送信列２２２Ａの−Ｙ側に送信電極線２２３Ａが配置され、送信列２２２Ａと受信列２２２Ｂとの間に基準電極線２２３Ｂが配置され、受信列２２２Ｂの＋Ｙ側に受信電極線２２３Ｃが配置されている。
【００５１】
そして、図１０に示すように、受信列２２２Ｂには、１つ又は複数の超音波トランスデューサー２２１により構成された受信素子群２２５が複数配置されている。
ここで、受信素子群２２５に属する超音波トランスデューサー２２１の数をＮとすると、Ｎは、Ｘ方向の中央からＸ方向の列の端に向かって漸減する。つまり、Ｘ方向の列の端に位置する受信素子群２２５に属する超音波トランスデューサー２２１の数は少なく、中央に向かうに従って受信素子群２２５に属する超音波トランスデューサー２２１の数が多くなる。
例えば、本実施形態では、Ｘ方向の端部に位置する受信素子群２２５（端部素子群２２５Ａ）は１つの超音波トランスデューサー２２１のみにより構成され、Ｘ方向の中央側に隣り合う受信素子群２２５には、２つの超音波トランスデューサー２２１が属する。そして、送信列２２２Ａと同様、受信列２２２Ｂにおいても、受信素子群２２５に属する超音波トランスデューサー２２１の数Ｎは、Ｘ方向の中央（中心）に対して対称となっている。
【００５２】
そして、これらの受信素子群２２５のうち、２個以上（Ｎ≧２）の超音波トランスデューサー２２１を含む受信素子群２２５では、各超音波トランスデューサー２２１が受信電極線２２３Ｃと、基準電極線２２３Ｂとの間で、受信接続線５３７、中間接続線５３８、及び基準接続線５３９を含む配線部により、直接に接続されている。なお、端部素子群２２５Ａは、１つの超音波トランスデューサー２２１のみにより構成されているので、当該１つの超音波トランスデューサー２２１が下部電極５３２Ｂ及び上部電極５３３Ｂにより、基準電極線２２３Ｂ及び受信電極線２２３Ｃに接続される。
したがって、本実施形態では、１ＣＨの受信列２２２Ｂにおいて、複数の受信素子群２２５がＸ方向に沿って配置され、これらの受信素子群２２５が互いに並列に接続される構成となる。
【００５３】
上述のような本実施形態の超音波デバイスでは、受信素子群２２５を構成するＮ個の超音波トランスデューサー２２１が直列に接続されており、この受信素子群２２５に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数Ｎが、Ｘ方向に沿う受信列２２２Ｂの中央から列の端に向かうに従って漸減する。
これにより、受信アポダイゼーションが可能となり、より高精度な超音波測定を実施することが可能となる。つまり、超音波を受信する超音波トランスデューサー２２１は、直列に接続されることで、受信信号が加算され、受信強度（受信感度）を高めることができる。本実施形態では、受信列２２２Ｂの中央に向かうに従って、受信素子群２２５に含まれる直列接続された超音波トランスデューサー２２１の数が増大するので、受信列２２２Ｂの中央で超音波が受信された際に、より大きい受信信号が出力されることになり、受信アポダイゼーションが可能となる。これにより、超音波測定装置１０により画像劣化を抑制した高精度な内部断層画像を生成することができ、超音波画像処理装置１において、画像劣化を抑制した高画質の内部断層画像を表示部４に表示させることができる。
【００５４】
［変形例］
なお、上述の各実施形態は一例であり、そ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。
【００５５】
例えば、上記第一実施形態では、送信列２２２Ａにおいて、Ｎ個の超音波トランスデューサー２２１を直列にし、更に第二実施形態では、送信列２２２Ａ及び受信列２２２Ｂにおいて、Ｎ個の超音波トランスデューサー２２１を直列に接続した。これに対して、送信列２２２Ａの各超音波トランスデューサー２２１は並列に接続され、受信列２２２Ｂのみが第二実施形態のように、Ｎ個の超音波トランスデューサー２２１が直列に接続される構成としてもよい。
【００５６】
上記実施形態では、超音波トランスデューサー２２１として、振動部５２１に一対の電極により挟まれた圧電膜５３１を設け、圧電膜５３１の歪みによって振動部５２１を振動させて超音波を送信し、振動部５２１の振動によって歪んだ圧電膜５３１からの出力電圧により超音波の受信を検出する例を示したが、超音波トランスデューサー２２１としては、上記のような構成に限定されない。例えば、基板に対してエアギャップを介して振動部を配置し、振動膜と基板とのそれぞれに互いに対向する電極を配置する構成としてもよい。この場合、電極間に周期駆動電圧を印加することで、静電引力によって振動膜が振動し、超音波の送受信を行うことができる。このような場合では、上記のように、送信列におけるＮ個の超音波トランスデューサーを直列に接続することで、送信強度の分布を所望の分布に設定することができ、アポダイゼーションが可能となる。
【００５７】
上記第一実施形態では、送信列２２２Ａの中央に位置する中央素子群２２４Ａは、１つの超音波トランスデューサー２２１により構成される例を示したが、直列に接続された２つ以上の超音波トランスデューサーにより構成されてもよい。
各素子群２２４や各受信素子群２２５に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数は、目的とする超音波の送受信強度の分布に応じて設定されていればよい。
【００５８】
また、上記第一実施形態では、各素子群２２４内（受信素子群２２５内）において、Ｘ方向に沿って超音波トランスデューサー２２１が配置される例を示したが、Ｙ方向に沿って超音波トランスデューサー２２１が配置されてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、２次元アレイ構造に構成された超音波デバイス２２を例示したが、１次元アレイ構造であってもよい。つまり、Ｙ方向に沿って複数の送信列２２２Ａ及び受信列２２２Ｂが配置される構成を例示したが、１列のみの送信列２２２Ａや１列のみの受信列２２２Ｂが配置されていてもよい。
【００６０】
第一実施形態では、送信列２２２Ａの中央に対して、素子群２２４に含まれる超音波トランスデューサー２２１の数Ｎが対称となる例を示したが、これに限定されず、例えば、送信列２２２Ａに対して＋Ｘ側及び−Ｘ側のいずれか一方にずれた位置に、Ｎが最大となる素子群２２４が配置される構成などとしてもよい。第二実施形態における受信列２２２Ｂにおいても同様である。
【００６１】
また、上記第一実施形態では、超音波デバイス２２として、素子基板５１の開口部５１Ａ側から超音波が送信され、開口部５１Ａから支持膜５２に入力された超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波センサーとして、素子基板５１の開口部５１Ａ側に封止板２３が接合され、支持膜５２側から超音波を送信し、支持膜５２側から入力された超音波を受信する構成としてもよい。
【００６２】
その他、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】
【００６３】
１…超音波画像処理装置、２…超音波プローブ、３…制御部、４…表示部（画像表示装置）、１０…超音波測定装置、２１…筐体、２２…超音波デバイス、３１…送信制御手段、３２…受信制御手段、３３…画像形成手段、３４…表示制御手段、５１…素子基板、５１Ａ…開口部、５２…支持膜、５３…圧電素子、２２１…超音波トランスデューサー、２２１Ａ…中間トランスデューサー、２２１Ｂ…送信接続トランスデューサー、２２１Ｃ…基準接続トランスデューサー、２２２…トランスデューサー列、２２２Ａ…送信列、２２２Ｂ…受信列、２２３Ａ…送信電極線、２２３Ｂ…基準電極線、２２３Ｃ…受信電極線、２２４…素子群、２２４Ａ…中央素子群、２２５…受信素子群、２２５Ａ…端部素子群、５２１…振動部、５３１…圧電膜、５３２Ａ…下部電極、５３２Ｂ…下部電極、５３３Ａ…上部電極、５３３Ｂ…上部電極、５３４…送信接続線、５３５…中間接続線、５３６…基準接続線、５３７…受信接続線、５３８…中間接続線、５３９…基準接続線。
【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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