(57)【要約】【課題】測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波画像表示装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、複数の超音波素子が第一方向に配列された超音波素子アレイを複数備え、複数の超音波素子アレイは、第一方向において、互いに干渉しない位置であり、かつ、第一方向と交差する第二方向において、互いにずれる位置に配置される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波素子が第一方向に配列された超音波素子アレイを複数備え、
前記複数の超音波素子アレイは、前記第一方向において、互いに干渉しない位置であり、かつ、前記第一方向と交差する第二方向において、互いにずれる位置に配置される
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、
前記複数の超音波素子アレイのうちの前記第一方向へ隣り合う前記超音波素子アレイにおける前記第二方向のずれ量は、前記隣り合う超音波素子アレイのそれぞれの前記第二方向の幅よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記超音波素子アレイは、前記第一方向を含む面内において、設定された超音波の送信角度範囲に基づく測定領域を有し、
前記複数の超音波素子アレイに対応する前記測定領域は、前記第二方向に向けて平面視して、少なくとも一部が互いに重畳する重畳領域を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記送信角度範囲は、前記第一方向に直交する仮想線に対して±４５°以内の範囲である
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、
前記超音波素子アレイが、前記第一方向に二列以上五列以内に並んで配列される
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において、
前記超音波素子アレイの前記第二方向の長さ寸法をｘとし、
前記複数の超音波素子アレイの前記第二方向の配置間隔長をＰｘとし、
前記複数の超音波素子のうち、前記第一方向に配列されるｎ列に含まれる前記超音波素子アレイは、（ｎ−１）×Ｐｘ≦ｘを満たす位置に配置される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６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、を備える
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波測定装置において、
前記制御部は、前記第一方向を含む面内において、前記超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定する角度設定部を有する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波測定装置において、
前記角度設定部は、前記第一方向に直交する仮想線における、測定位置と前記超音波素子アレイとの距離に基づいて前記送信角度を設定する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の超音波測定装置と、
画像表示装置と、を備える
ことを特徴とする超音波画像表示装置。
【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、及び超音波画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を送受信する複数の振動素子（超音波素子）が一方向に配置され構成された一次元アレイ振動子（一次元アレイ）を含む超音波プローブ、及び当該超音波プローブを備える超音波診断装置（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に記載の超音波測定装置は、所定の走査面内において、各超音波素子から放射状に超音波を送信するコンベックス型又はセクタ型や、各超音波素子から直線状に超音波を送信するリニア型の超音波素子アレイを備えている。このように構成された超音波測定装置は、走査面における測定対象の断層画像を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０５７５１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、一次元アレイを備える超音波プローブを用いて超音波測定を実施する際に、超音波プローブを傾けたり、走査面の法線方向に沿って超音波プローブを移動させたりすることにより、複数の測定位置に対応する超音波断層画像を取得することができる。
しかしながら、測定位置間の距離を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することは容易ではない。
【０００５】
例えば、超音波プローブを走査面の法線方向に沿って移動させたり、超音波プローブの走査面の傾きを変更したりする駆動機構を備え、測定位置を変更可能に構成された機械式の超音波測定装置では、装置の複雑化・大型化するおそれがある。また、このような機械式の超音波測定装置では、駆動機構が発する振動等によりスキャン精度の低下のおそれがある。
【０００６】
一方、上述の走査面の位置や、走査面の傾きを手動で変更することもできる。しかしながら、この場合、機械式と同様に振動によるスキャン精度の低下のおそれがある。さらに、手動のため、走査面の位置つまり測定位置を定量的に特定することは容易ではない。
また、複数の超音波アレイを走査面の法線方向に配置することも考えられる。しかしながら、この場合、走査面間の距離、つまり測定位置の間隔が、法線方向における超音波アレイの外形寸法による制限を受け、測定位置間隔を狭くするのに限界がある。
【０００７】
本発明は、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波デバイス、超音波測定装置、及び超音波画像表示装置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】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、複数の超音波素子が第一方向に配列された超音波素子アレイを複数備え、前記複数の超音波素子アレイは、前記第一方向において、互いに干渉しない位置であり、かつ、前記第一方向と交差する第二方向において、互いにずれる位置に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本適用例では、複数の超音波素子アレイは、超音波素子が第一方向に配列されている。これら複数の超音波素子アレイは、第一方向に互いに干渉しない位置に配置されている。つまり、一つの超音波素子アレイと、当該超音波素子アレイに対して第一方向に隣り合う他の超音波素子アレイとは、第一方向において隣接して又は離間して配置されている（第一方向位置が重ならない）。また、複数の超音波素子アレイのそれぞれは、第二方向にずれる位置に配置されている。
ここで、超音波素子アレイは、例えば当該超音波素子アレイの第二方向における中心を通り、第一方向に平行な中心線を含む走査面に沿って超音波を送受信する、所謂、一次元アレイとして構成されている。このような超音波素子アレイは、走査面に対して交差する第二方向に対しても所定の幅寸法を有するので、第一方向の位置を同じにして、第二方向に超音波素子アレイを並べる場合では、各超音波素子アレイの走査面の間隔は、超音波素子アレイの幅寸法より小さくできず、第二方向に対する測定位置間隔が広くなる。これに対して、本適用例では、超音波素子アレイが第一方向に互いに重ならない位置に配置されているため、走査面に交差する第二方向に隣り合う超音波素子アレイを任意の位置で配置することができる。したがって、第二方向における超音波素子アレイの外形寸法に関わらず、第二方向における走査面間の距離、つまり測定位置間隔を設定することができ、超音波素子アレイの外形寸法よりも小さくすることもできる。
また、各超音波素子アレイが予め所定の位置関係で配置されているため、上述のように駆動機構を用いて超音波素子アレイを移動させたり、回動させたりする場合と比べて、駆動機構の振動等による影響がなく、高精度の超音波測定を実施できる。また、手動の場合と比べても、同様に、振動等の影響がなく、また、測定位置の距離をより正確に特定することができる。
以上のように、本適用例によれば、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波デバイスを提供することができる。
【００１０】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記複数の超音波素子アレイのうちの前記第一方向へ隣り合う前記超音波素子アレイにおける前記第二方向のずれ量は、前記隣り合う超音波素子アレイのそれぞれの前記第二方向の幅よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、複数の超音波素子アレイのうち、第一方向へ隣り合う超音波素子アレイは、第二方向におけるずれ量（例えば上記中心線のずれ量）が、これら隣り合う超音波素子アレイのそれぞれの幅よりも小さい。つまり、一つの超音波素子アレイと、当該超音波素子アレイに対して第一方向に隣り合う他の超音波素子アレイとが、第二方向において一部が重なって配置されている。このような構成では、第二方向における走査面間の距離、つまり測定位置間隔を、第二方向における超音波素子アレイの外形寸法よりも小さくすることができる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波素子アレイは、前記第一方向を含む面内において、設定された超音波の送信角度範囲に基づく測定領域を有し、前記複数の超音波素子アレイに対応する前記測定領域は、前記第二方向に向けて平面視して、少なくとも一部が互いに重畳する重畳領域を有することが好ましい。
ここで、超音波素子アレイの送信角度範囲は、測定精度や超音波アレイの構造等に応じて、予め設定することができる。
本適用例では、超音波素子アレイは、予め設定された送信角度範囲に基づく測定領域を有する。各超音波素子アレイの測定領域における重畳領域が、第二方向に配置される。したがって、第二方向に沿った複数の測定位置で超音波測定を実施することができる。
【００１２】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記送信角度範囲は、前記第一方向に直交する仮想線に対して±４５°以内の範囲であることが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイの送信角度範囲が、上記仮想線に対して±４５°以内の範囲である。このように超音波素子アレイの送信角度の大きさを４５°以内とすることにより、超音波素子アレイによって送信された超音波を所望の位置に収束させることができ、また、測定対象で反射した超音波を適切に受信でき、高精度の超音波測定を実施できる。
【００１３】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波素子アレイが、前記第一方向に二列以上五列以内に並んで配列されることが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイは、第一方向において、超音波素子アレイが二列以上五列以内に並んで配列される。つまり、第一方向において、二以上五以下の超音波素子アレイが配列される。例えば、超音波素子アレイが、二列配置されている構成では、超音波の送信角度が従来の一列の場合と同等に確保できて、送信角度が大きくなることによる超音波の減衰を小さくできる。五列では、測定位置間隔を著しく狭くできる。三列以上四列以下では、送信角度による減衰を抑制しながら、測定位置間隔を狭くできる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波素子アレイの前記第二方向の長さ寸法をｘとし、前記複数の超音波素子アレイの前記第二方向の配置間隔長をＰｘとし、前記複数の超音波素子のうち、前記第一方向に配列されるｎ列に含まれる前記超音波素子アレイは、（ｎ−１）×Ｐｘ≦ｘを満たす位置に配置されることが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイの第二方向の長さ寸法ｘ、第二方向の配置間隔長Ｐｘ、及び超音波素子アレイの配列数ｎの間で、上記関係が成り立つように、超音波デバイスを構成する。これにより、第二方向の長さ寸法ｘの範囲においてｎ個の測定位置で超音波測定を実施することができる。
【００１５】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、上記適用例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デバイスと、当該超音波デバイスを制御する制御部を備える。このような構成では、上述の超音波デバイスに係る適用例と同様に、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる超音波測定装置を提供することができる。
【００１６】
本適用例の超音波測定装置において、前記制御部は、前記第一方向を含む面内において、前記超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定する角度設定部を有することが好ましい。
本適用例では、超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定する角度設定部を有する。角度設定部によって、超音波の送信角度を変更することができるため、超音波の送信角度に応じた測定領域の位置を変更することができる。例えば、超音波素子アレイの測定領域内に測定対象が配置されるように、各超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定することができる。
【００１７】
本適用例の超音波測定装置において、前記角度設定部は、前記第一方向に直交する仮想線における、測定位置と前記超音波素子アレイとの距離に基づいて前記送信角度を設定することが好ましい。
本適用例では、角度設定部は、測定位置と超音波素子アレイとの距離に基づいて送信角度を設定する。例えば、測定位置との距離が近い場合は、超音波素子アレイの送信角度を大きくし、距離が遠ければ、送信角度を小さくすることにより、各超音波素子アレイの測定領域を、上記距離に応じて適切に設定することができる。これにより、超音波素子アレイと測定対象との距離が変動した場合でも、測定対象の位置に測定位置を設定することができ、超音波測定を適切に実施できる。
【００１８】
本発明の一適用例に係る超音波画像表示装置は、上記適用例の超音波測定装置と、画像表示装置と、を備えることを特徴とする。
本適用例では、上記適用例に係る超音波測定装置と、画像表示装置と、を備える。このような構成では、上述の超音波デバイスに係る適用例と同様に、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができ、測定結果に基づいた超音波画像を表示させることができる。したがって、高精度かつ狭い間隔で取得された超音波画像を表示させることができ、観察者への視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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デバイスにおける素子基板の概略構成を示す平面図。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線で切断した超音波デバイスの断面図。
【図５】第一実施形態の超音波素子アレイの配置を模式的に示す平面図。
【図６】第一実施形態の超音波素子アレイの配置を模式的に示す側面図。
【図７】第一実施形態の超音波測定処理の一例を示すフローチャート。
【図８】第一実施形態の超音波素子アレイを模式的に示す図。
【図９】第一実施形態の超音波素子アレイを模式的に示す図。
【図１０】第二実施形態の超音波素子アレイを模式的に示す図。
【図１１】第三実施形態の超音波素子アレイを模式的に示す平面図。
【図１２】第三実施形態の超音波素子アレイを模式的に示す図。
【図１３】一変形例の超音波素子アレイを模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波測定装置の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。図２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、本発明の超音波測定装置及び超音波画像表示装置に相当し、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。
【００２１】
［超音波プローブの構成］
超音波プローブ２は、超音波探触子に相当し、筐体２１と、筐体２１内部に収納される超音波センサー２２と、を備える。この超音波センサー２２は、超音波を送信及び受信する複数の超音波素子アレイ２４を含む超音波デバイス２３と、超音波デバイス２３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２５（図２参照）と、を備えている。
【００２２】
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、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２３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２５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。
【００２３】
［超音波デバイスの構成］
図３は、超音波デバイス２３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４は、図３におけるＡ−Ａ線で切断した超音波デバイス２３の断面図である。
超音波デバイス２３は、複数の超音波素子アレイ２４を備える。これら複数の超音波素子アレイ２４は、後述するように所定の位置関係で回路基板２５上に配置されている。また、各超音波素子アレイ２４が個別駆動可能に構成されている。
【００２４】
［超音波素子アレイの構成］
超音波素子アレイ２４は、図４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。
この超音波素子アレイ２４は、超音波を送受信する一つの送受信チャンネルとして機能する超音波送受部４６がＹ方向（スキャン方向であり、本発明の第一方向に相当）に沿って複数配置され構成された一次元超音波アレイ４７を有する。本実施形態では、超音波素子アレイ２４は、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってマトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサー（超音波素子）４５を有し、これらのうちＸ方向（スライス方向であり、本発明の第二方向に相当）に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー４５によって、一つの送受信チャンネルとして機能する超音波送受部４６が構成されている。これら超音波送受部４６は、個別に駆動可能に構成されており、＋Ｚ側に向かって超音波を送信する。超音波素子アレイ２４は、超音波送受部４６が個別に駆動されることにより、ＹＺ面に平行で、Ｘ方向における一次元超音波アレイ４７の中央部を通る仮想面（以下、走査面ＳＣとも称す）に沿って、超音波ビームを走査可能に構成されている。なお、走査面ＳＣは、超音波素子アレイ２４（本実施形態では一次元超音波アレイ４７）のＸ方向における中心を通り、かつ、Ｙ方向に平行な中心線を含む面である。
以下、超音波素子アレイ２４の構成について説明する。
【００２５】
（素子基板の構成）
素子基板４１は、図４に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の封止板４２側に設けられる振動膜４１２と、振動膜４１２に設けられた圧電素子４１３と、を備えている。ここで、以降の説明にあたり、振動膜４１２の封止板４２とは反対側の面（第一面）を超音波送受面４１２Ａと称し、封止板４２側の面（第二面）を作動面４１２Ｂと称する。また、素子基板４１を基板厚み方向から見た平面視において、素子基板４１の中央領域はアレイ領域Ａｒ１となり、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４５がマトリクス状に配置されている。
【００２６】
基板本体部４１１は、振動膜４１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部４１１におけるアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、各開口部４１１Ａは、基板本体部４１１の封止板４２側の面に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
【００２７】
振動膜４１２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４１１の封止板４２側の面の全体を覆って設けられている。この振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、振動膜４１２をＳｉＯ２により構成する場合、例えば基板本体部４１１を酸化処理することで、所望の厚み寸法の振動膜４１２を容易に形成することが可能となる。また、この場合、ＳｉＯ２の振動膜４１２をエッチングストッパとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、容易に前記開口部４１１Ａを形成することが可能となる。
【００２８】
また、図４に示すように、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２の作動面４１２Ｂ上には、それぞれ下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である圧電素子４１３が設けられている。ここで、開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２及び圧電素子４１３により、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。
【００２９】
このような超音波トランスデューサー４５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の開口領域内の振動膜４１２を振動させて、超音波送受面４１２Ａ側から超音波を送出することができる。また、対象物から反射され、超音波送受面４１２Ａ側から入射する超音波により振動膜４１２が振動されると、圧電膜４１５の上下で電位差が発生する。したがって、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。
【００３０】
また、本実施形態では、図３に示すように、上記のような超音波トランスデューサー４５が、素子基板４１の所定のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（スライス方向）、及びＸ方向に交差（本実施形態では直交）するＹ方向（スキャン方向）に沿って複数配置される。
また、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー４５の下部電極４１４は連結され、１つの超音波送受部４６が構成される。つまり、超音波送受部４６において、下部電極４１４は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨ってＸ方向に沿う直線状に形成されている。この下部電極４１４は、圧電膜４１５と振動膜４１２との間に位置する下部電極本体４１４Ａと、隣り合う下部電極本体４１４Ａを連結する下部電極線４１４Ｂと、アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２に引き出される下部端子電極線４１４Ｃとにより構成されている。よって、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー４５では、下部電極４１４は同電位となる。
また、下部端子電極線４１４Ｃは、アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２まで延出し、端子領域Ａｒ２において第一電極パッド４１４Ｐを構成する。この第一電極パッド４１４Ｐは、配線基板に設けられた端子部に接続されている。
【００３１】
一方、上部電極４１６は、図３に示すように、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー４５に跨って設けられた素子電極部４１６Ａと、複数の素子電極部４１６Ａの端部同士を連結する共通電極部４１６Ｂとを有する。素子電極部４１６Ａは、圧電膜４１５上に積層された上部電極本体４１６Ｃと、隣り合う上部電極本体４１６Ｃを連結する上部電極線４１６Ｄと、Ｙ方向の両端部に配置された超音波トランスデューサー４５からＹ方向に沿って外側に延出する上部端子電極４１６Ｅとを有する。
共通電極部４１６Ｂは、アレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ側端部及び−Ｙ側端部にそれぞれ設けられている。＋Ｙ側の共通電極部４１６Ｂは、Ｙ方向に沿って複数設けられた超音波トランスデューサー４５のうちの＋Ｙ側端部に設けられた超音波トランスデューサー４５から＋Ｙ側に延出した上部端子電極４１６Ｅ同士を接続する。−Ｙ側端部の共通電極部４１６Ｂは、−Ｙ側に延出した上部端子電極４１６Ｅ同士を接続する。よって、アレイ領域Ａｒ１内の各超音波トランスデューサー４５では、上部電極４１６は同電位となる。また、これら一対の共通電極部４１６Ｂは、Ｘ方向に沿って設けられ、その端部がアレイ領域Ａｒ１から端子領域Ａｒ２まで引き出されている。そして、共通電極部４１６Ｂは、端子領域Ａｒ２において、配線基板の端子部に接続される第二電極パッド４１６Ｐを構成する。
【００３２】
上記のような超音波素子アレイ２４では、各超音波送受部４６が個別に駆動可能であり、一つの送受信チャンネルとして機能する。そして、複数の超音波送受部４６がＹ方向に沿って配置され、一次元超音波アレイ４７が構成される。そして、超音波素子アレイ２４は、各超音波送受部４６が個別駆動されることにより、走査面ＳＣに沿って超音波の送信角度を変更することができる。
【００３３】
（封止板の構成）
封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、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４２の材質や厚みは、超音波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、超音波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。
【００３４】
そして、この封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向するアレイ対向領域には、素子基板４１の開口部４１１Ａに対応した複数の凹溝４２１が形成されている。これにより、振動膜４１２のうち、超音波トランスデューサー４５により振動される領域（開口部４１１Ａ内）では、素子基板４１との間に所定寸法のギャップが設けられることになり、振動膜４１２の振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー４５からの背面波が他の隣接する超音波トランスデューサー４５に入射される不都合（クロストーク）を抑制することができる。
【００３５】
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ａ側（超音波送受面４１２Ａ側）の他、封止板４２側（作動面４１２Ｂ側）にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板４２により反射され、再び、上記ギャップを介して振動膜４１２側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜４１２から超音波送受面４１２Ａ側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、上記ギャップにおける音響的な距離が、超音波の波長をλとしてλ／４の奇数倍となるように、各凹溝４２１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー４５から発せられる超音波の波長λを考慮して、素子基板４１や封止板４２の各部の厚み寸法が設定される。
【００３６】
また、封止板４２は、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に対向する位置に、端子領域Ａｒ２に設けられた各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに対応して、開口部（図示略）が設けられる構成などとしてもよい。この場合、当該開口部に封止板４２を厚み方向に貫通する貫通電極（ＴＳＶ；Through-Sillicon Via）を設けることで、当該貫通電極を介して、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐが配線基板における端子部に接続される。また、開口部にＦＰＣ（Flexible printed circuits）やケーブル線、ワイヤ等を挿入して、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線基板とを接続する構成などとしてもよい。
【００３７】
（音響整合層及び音響レンズの構成）
音響整合層４３は、図４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Ｘ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し、超音波素子アレイ２４の各超音波送受部４６から送信された超音波を、走査面ＳＣに沿って収束させる。
【００３８】
これらの音響整合層４３や音響レンズ４４は、超音波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４５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、生体に近い音響インピーダンスに設定されている。このような音響インピーダンスの素材としては、例えばシリコーン等を挙げることができる。
【００３９】
［超音波素子アレイの配置］
図５は、超音波デバイス２３を−Ｚ側から見た際の複数の超音波素子アレイ２４の配置を模式的に示す平面図である。
図５に示すように、超音波デバイス２３は、奇数列（本実施形態では三つ）の超音波素子アレイ２４を備え、これら三つの超音波素子アレイ２４がＹ方向に沿って配置されている。なお、以下、説明のため、三つの超音波素子アレイ２４のそれぞれを、−Ｙ側から第一超音波素子アレイ２４Ａ、第二超音波素子アレイ２４Ｂ、及び第三超音波素子アレイ２４Ｃとする。
本実施形態では、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、Ｙ方向（スキャン方向）に隣接し、互いに干渉しない位置に配置され、Ｘ方向にずれた位置に配置されている。
つまり、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４ＣのＹ方向の外形寸法を第一寸法ｙとして、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４ＣのＹ方向の配置間隔長Ｐｙが第一寸法ｙと一致している。ここで、Ｙ方向における各走査面ＳＣ（つまり走査面ＳＣが含む中心線）のずれ量は、配置間隔長Ｐｙである。
【００４０】
また、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４ＣのＸ方向の外形寸法を第二寸法ｘとして、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４ＣのＸ方向の配置間隔長Ｐｘが第二寸法ｘよりも小さい。なお、図５では、Ｐｘ＝ｘ／３である。つまり、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの各走査面ＳＣが、Ｘ方向（スライス方向の）に第二寸法ｘよりも小さい配置間隔長Ｐｘで配置されている。さらに換言すると、Ｙ方向に隣り合う超音波素子アレイ２４の配置位置は、Ｘ方向に一部が重なっている。
このように構成された本実施形態の各走査面ＳＣ間の間隔長Ｐｘは、図５の二点鎖線で示す超音波素子アレイ２４Ｘのように、超音波素子アレイ２４をＸ方向に沿って隣接配置した場合の走査面ＳＣ間の間隔（第二寸法ｘ）よりも小さい。
【００４１】
ここで、本実施形態の超音波デバイス２３は、第二寸法ｘと、Ｘ方向の配置間隔長Ｐｘと、Ｙ方向の超音波素子アレイ２４の配列数ｎ（本実施形態ではｎ＝３）と、の間に、下記式（１）の関係を満たしている。つまり、本実施形態では、超音波素子アレイ２４の第二寸法ｘよりも短い所定間隔（配置間隔長Ｐｘ）で、複数の走査面ＳＣが配置されている。
【００４２】
［数１］
（ｎ−１）×Ｐｘ≦ｘ  ・・・（１）
【００４３】
［超音波素子アレイの測定領域］
図６は、図５に示す複数の超音波素子アレイ２４を−Ｘ側から見た際の側面図である。
本実施形態では、図６に示すように、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれ制御装置１０の制御に基づいて、一次元超音波アレイ４７の法線Ｎに対して±θＭ（例えば４５°）の角度範囲で超音波ビームを走査する。この法線Ｎは、Ｘ方向及びＹ方向に直交する仮想線である。なお、角度範囲は、後述する制御部の制御に基づいて超音波素子アレイ２４を駆動する際の超音波の送信角度範囲の設定値であり、超音波素子アレイ２４における送信可能な角度の最大値以下の値である。
この際、超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれ測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の超音波測定を実施可能である。これら各測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、Ｘ方向に互いに重畳する第一重畳領域Ｆ４を有する。この第一重畳領域Ｆ４とＸ方向に重なる位置に測定対象を配置することにより、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃで超音波測定を実施できる。
【００４４】
また、後述するが、本実施形態では、第二超音波素子アレイ２４Ｂの超音波の送信角度が０°となる位置に、測定対象を配置して超音波測定を行う。この際、各測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３がＸ方向に互いに重畳する領域は、図６に示す第二重畳領域Ｆ５である。この第二重畳領域Ｆ５では、第二超音波素子アレイ２４Ｂから送信角度が０°、つまりＺ方向に超音波が送信される。このため、第二超音波素子アレイ２４Ｂによる超音波測定の測定精度を向上させることができる。
【００４５】
ここで、Ｚ方向における第一重畳領域Ｆ４及び第二重畳領域Ｆ５と超音波素子アレイ２４との最小距離ｈは、下記式（２）で示される。なお、寸法ｙａは、一次元超音波アレイ４７のＹ方向の寸法である。また、配列数ｎを２Ｋ＋１とした（但し、Ｋは１以上の整数であり、本実施形態ではＫ＝１）。この距離ｈが、測定距離の目的値ｈ１以下となるように、超音波素子アレイ２４の第一寸法ｙ、一次元超音波アレイ４７の寸法ｙａ、及び送信角度θＭが設定されている。これにより、測定距離が目的値ｈ１以上の測定対象を、第一重畳領域Ｆ４及び第二重畳領域Ｆ５に配置することができる。
【００４６】
［数２］
ｈ＝（Ｋｙ−ｙａ／２）×ｃｏｔθＭ  ・・・（２）
【００４７】
［回路基板の構成］
回路基板２５は、各超音波トランスデューサー４５を制御するためのドライバ回路等が設けられ、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等の配線部材（図示省略）を介して超音波デバイス２３が接合される。この回路基板２５は、図２に示すように、選択回路２５１、送信回路２５２、及び受信回路２５３を備えている。
【００４８】
選択回路２５１は、超音波デバイス２３に接続され、制御装置１０の制御に基づいて、超音波素子アレイ２４のいずれかと送信回路２５２とを接続する送信接続、及び同様に受信回路２５３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路２５２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２５１を介して超音波デバイス２３が備える複数の超音波素子アレイ２４のいずれか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２５３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２５１を介して超音波デバイス２３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２５３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。
【００４９】
［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。なお、制御装置１０は、本発明の画像表示装置に相当する。
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、選択制御部１４１、送受信制御部１４２、角度設定部１４３、及び表示制御部１４４として機能し、超音波デバイス２３及び表示部１２を制御する。
【００５０】
選択制御部１４１は、選択回路２５１を制御し、複数の超音波素子アレイ２４のうちから超音波の送受信を行わせる超音波素子アレイ２４を一つ選択し、超音波の送信時に送信接続に切り替え、超音波の受信時には受信接続に切り替える。また、選択制御部１４１は、一つの超音波素子アレイ２４における超音波の送受信が終了したら、超音波の送受信を行わせる超音波素子アレイ２４を変更する。本実施形態では、例えば、選択制御部１４１は、超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを順に選択する。
【００５１】
送受信制御部１４２は、超音波の送信及び受信を制御する。送受信制御部１４２は、例えば、選択回路２５１を制御して、超音波の送信時に超音波デバイス２３と送信回路２５２とを接続させ、超音波の受信時には超音波デバイス２３と受信回路２５３と接続させる。また、送受信制御部１４２は、送信回路２５２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２５３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。
また、送受信制御部１４２は、角度設定部１４３によって設定された超音波の送信角度の設定値に基づいて、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの超音波の送信角度を制御する。
【００５２】
角度設定部１４３は、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの超音波の送信角度を設定する。角度設定部１４３は、例えばＺ方向における超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、測定位置との間の距離に基づいて、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの送信角度を設定する。
また、本実施形態では、後述するように、角度設定部１４３は、第一超音波素子アレイ２４Ａ及び第三超音波素子アレイ２４Ｃの送信角度を、Ｙ方向における、超音波デバイス２３の中心（第二超音波素子アレイ２４Ｂの中心）からの距離に応じて設定する。
【００５３】
表示制御部１４４は、各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの超音波測定の結果に基づいて、超音波画像（例えばＢモード画像）を生成する。また、表示制御部１４４は、生成した超音波画像を表示部１２に表示させる。
【００５４】
［超音波測定装置における超音波測定処理］
図７は、超音波測定装置１における超音波測定処理の一例を示すフローチャートである。
図８及び図９は、図７に示す超音波測定処理における超音波素子アレイ２４を模式的に示す図である。
以下、超音波測定装置１における超音波測定処理について説明する。なお、本実施形態の超音波測定装置１は、例えば、穿刺針を生体内の所定の器官（例えば血管）に挿入する穿刺作業を行う際に用いることができる。つまり、施術者が、穿刺針をＸ方向に沿って生体内に挿入する際に、複数の超音波素子アレイ２４による超音波測定結果に基づいて生成され、表示部１２に表示された超音波画像を確認（観察）することにより、穿刺針の位置をより確実に把握することができる。
【００５５】
図７に示すように、先ず、超音波測定装置１は、各超音波素子アレイ２４の送信角度を設定するための予備測定を行う（ステップＳ１）。
このステップＳ１では、選択制御部１４１は、選択回路２５１を制御し、複数の超音波素子アレイ２４のうち、Ｙ方向の中央に位置する第二超音波素子アレイ２４Ｂと、送信回路２５２及び受信回路２５３のいずれかを接続可能とする。そして、送受信制御部１４２は、第二超音波素子アレイ２４Ｂを駆動して、超音波を送受信させる。なお、この際、図８に示すように、第二超音波素子アレイ２４Ｂが、測定対象Ｘ（観察位置）の直上（−Ｚ側）に位置するように、超音波プローブ２を体表に固定する。超音波プローブ２の固定位置の調整は、例えば、施術者が、予備測定時にて取得された超音波画像を参照することにより実施される。
【００５６】
次に、角度設定部１４３は、図８に示すように、測定対象Ｘと超音波素子アレイ２４とのＺ方向の距離ｈ２に基づいて、第一超音波素子アレイ２４Ａ及び第三超音波素子アレイ２４Ｃの送信角度を設定する（ステップＳ２）。
ここで、図８では、第一超音波素子アレイ２４Ａ及び第三超音波素子アレイ２４Ｃの超音波の送信方向をそれぞれＤ１、Ｄ３とし、送信角度の大きさをθ１として図示している。また、図８では、ＹＺ面（各スキャン面に平行な面）への投影視において、一次元超音波アレイ４７の中心Ｃ２を通る第二超音波素子アレイ２４Ｂの法線Ｎ２における距離ｈ２の点Ｏ（図示例では測定対象Ｘの中心位置を例示）としている。
角度設定部１４３は、第一超音波素子アレイ２４Ａの送信方向Ｄ１を、第一超音波素子アレイ２４Ａの中心Ｃ１から点Ｏに向かうベクトルとして設定する。そして、角度設定部１４３は、第一超音波素子アレイ２４Ａの送信角度θ１を、下記式（３）を満たすθ１として設定する。本実施形態では、Ｐｙ＝ｙであるので、下記式（４）を満たすθ１として設定される。
また、角度設定部１４３は、第三超音波素子アレイ２４Ｃの送信方向Ｄ３と、送信角度θ１も同様に設定する。つまり、送信方向Ｄ３は、第三超音波素子アレイ２４Ｃの中心Ｃ３から点Ｏに向かうベクトルとして設定され、送信角度θ１は、下記式（３），（４）を満たすように設定される。
【００５７】
［数３］
ｔａｎθ１＝Ｐｙ／ｈ２  ・・・（３）
ｔａｎθ１＝ｙ／ｈ２    ・・・（４）
【００５８】
このように、本実施形態では、第二超音波素子アレイ２４ＢをＹ方向に沿って挟むように配置された各超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｃの送信角度及び各送信方向Ｄ１，Ｄ３は、ＸＹ面への投影視において、法線Ｎ２に対して対称となる。つまり、角度設定部１４３は、Ｚ方向における超音波素子アレイ２４及び測定対象Ｘの間の距離ｈ２と、Ｙ方向における中心Ｃ２及び各超音波素子アレイ２４の中心間の距離（配置間隔長Ｐｙ）と、に基づいて送信角度θ１を設定している。
【００５９】
なお、超音波素子アレイ２４及び測定対象Ｘの間の距離ｈ２は、施術者によって指定された測定位置の座標に基づいて算出してもよい。なお、測定位置の座標は、例えば、施術者が表示部１２に表示された超音波画像を観察しながら、操作部１１の操作により測定位置を指定することによって取得される。
また、制御装置１０は、予備測定の結果に基づいて、例えば超音波画像におけるエッジ検出やパターン検出等により血管等の測定対象の位置を検出し、検出結果に応じて送信角度を算出し、設定する。
【００６０】
次に、選択制御部１４１は、超音波を送受信させる超音波素子アレイ２４を選択する（ステップＳ３）。なお、本実施形態では例えば、第一超音波素子アレイ２４Ａ、第二超音波素子アレイ２４Ｂ、及び第三超音波素子アレイ２４Ｃを順に駆動する。
【００６１】
次に、送受信制御部１４２は、ステップＳ３で選択された超音波素子アレイ２４を駆動して超音波を送受信する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、先ず、送受信制御部１４２は、駆動対象の超音波素子アレイ２４を駆動させて、図９に示すように、超音波を送信する。ここで、上記式（３），（４）を満たすように各超音波素子アレイ２４の送信角度θ１が設定されており、超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの各測定領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が重畳する重畳領域Ｆ６の略中央位置に測定対象Ｘが配置されている。そして、駆動対象の超音波素子アレイ２４は、測定対象Ｘからの反射波を受信する。受信回路２５３は、超音波素子アレイ２４からの受信信号に各種処理を施し、制御装置１０に出力する。
【００６２】
次に、表示制御部１４４は、超音波素子アレイ２４の超音波測定の結果に基づいて、超音波画像（例えばＢモード画像）を生成し、生成した超音波画像を表示部１２に表示させる（ステップＳ５）。なお、本実施形態では、超音波画像を表示する構成を例示しているが、制御装置１０は、測定結果を表示させずに記憶部１３に記憶してもよい。
【００６３】
次に、角度設定部１４３は、超音波の送信角度を変更する必要があるか否かを判定する（ステップＳ６）。
例えば、図９に示すように、測定対象Ｘの位置が変化して重畳領域Ｆ６の外側に移動すると、各超音波素子アレイ２４によって、測定対象Ｘを測定することができない。図９では、第一及び第三超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｃでは、測定対象Ｘを測定することができないため、第一及び第三超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｃを再設定する必要がある。
角度設定部１４３は、例えば、施術者による入力操作によって、角度設定の指示を受けている場合に、ステップＳ６においてＹＥＳと判定する。また、例えば、角度設定部１４３は、第二超音波素子アレイ２４Ｂの測定結果に基づいて、測定対象ＸのＺ方向の位置が、所定値以上（例えば、重畳領域Ｆ６のＺ方向の幅の５０％以上）変化した場合に、ステップＳ６でＹＥＳと判定する。なお、重畳領域Ｆ６のＺ方向の幅ｈ３は、例えば、下記式（５）として概算することができる。
【００６４】
［数４］
ｈ３＝ｙａ×ｃｏｔθ１  ・・・（５）
【００６５】
ステップＳ６でＹＥＳと判定されると、制御部１４は、ステップＳ２以降の処理を実行する。つまり、図９に示すように、ステップＳ２において、角度設定部１４３は、移動後の測定対象Ｘが重畳領域に含まれるように、第一及び第三超音波素子アレイ２４Ａ，２４Ｃの送信角度を再設定する。
一方、ステップＳ６でＮＯと判定されると、制御部１４は、測定終了の指示を受けたか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＮＯと判定されると、制御部１４は、ステップＳ３以降の処理を実行し、ＹＥＳと判定されると、制御部１４は、超音波測定処理を終了させる。
【００６６】
［第一実施形態の作用効果］
複数の超音波素子アレイ２４は、超音波送受部４６がＹ方向に配列されている。これら複数の超音波素子アレイ２４は、Ｙ方向に互いに重ならず、干渉しない位置に配置されている。つまり、一つの超音波素子アレイ２４と、当該超音波素子アレイ２４に対してＹに隣り合う他の超音波素子アレイ２４とは、Ｙ方向において隣接して又は離間して配置されている。また、複数の超音波素子アレイ２４は、Ｘ方向へ互いに異なる位置に配置されている。
このような超音波素子アレイ２４は、所定の外形寸法を有する。このため、Ｘ方向に超音波素子アレイ２４を並べる場合では、走査面ＳＣの間隔は、超音波素子アレイ２４の幅寸法より小さくできず、測定位置間隔が広くなる。これに対して、本実施形態では、超音波素子アレイ２４がＹ方向に互いに重ならない位置に配置されているため、Ｘ方向に隣り合う超音波素子アレイを任意の位置で配置することができる。したがって、走査面ＳＣ間の距離、つまり測定位置間隔を自由に設定できる。つまり、Ｘ方向に互いに重なる位置に配置することができ、超音波素子アレイ２４の外形寸法よりも小さくすることもできる。
また、各超音波素子アレイ２４が予め所定の位置関係で配置されているため、超音波素子アレイ２４を移動させたり、回動させたりして、走査面ＳＣを任意の位置に移動させようとする構成と比べて、振動等による影響がなく、高精度の超音波測定を実施できる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、測定位置間隔を狭くしつつ、高精度の超音波測定を実施することができる。また、測定結果に基づいた超音波画像を表示させることができる。したがって、高精度かつ狭い間隔で取得された超音波画像を表示させることができ、観察者への視認性を向上させることができる。
【００６８】
本実施形態では、超音波素子アレイ２４は、予め設定された送信角度範囲に基づく測定領域を有する。そして、各超音波素子アレイ２４の測定領域における重畳領域が、Ｘ方向に配置される。したがって、Ｘ方向に沿った複数の測定位置で超音波測定を実施することができる。
また、本実施形態では、超音波素子アレイ２４のＸ方向の長さ寸法ｘ、Ｘ方向の配置間隔長Ｐｘ、及び超音波素子アレイ２４の配列数ｎが、（ｎ−１）×Ｐｘ≦ｘの関係を満たす。これにより、Ｘ方向の長さ寸法ｘの範囲においてｎ個の測定位置で超音波測定を実施することができる。
【００６９】
本実施形態では、法線Ｎに沿う方向における超音波素子アレイ２４と重畳領域との距離が、目的値ｈ１以下である。つまり、超音波デバイス２３は、上記距離が予め設定された目的値ｈ１以下となる超音波の送信角度範囲、超音波素子アレイ２４の外形寸法、複数の超音波素子アレイ２４の位置関係を有する。このような構成では、超音波素子アレイ２４と測定対象Ｘとの距離に応じて目的値を設定することにより、各超音波素子アレイ２４の重畳領域内に測定対象Ｘを配置することができ、複数の測定位置で測定対象Ｘの超音波測定を実施できる。
【００７０】
本実施形態では、超音波素子アレイ２４の送信角度範囲が±４５°以内の範囲である。このように超音波素子アレイ２４の送信角度の大きさを４５°以内とすることにより、超音波素子アレイ２４によって送信された超音波を所望の位置に収束させることができ、また、測定対象で反射した超音波を適切に受信でき、高精度の超音波測定を実施できる。
【００７１】
本実施形態では、Ｙ方向に三列の超音波素子アレイ２４が配置されている。このような構成では、各超音波素子アレイ２４のＹ方向の距離が離れることを抑制でき、超音波の送信角度の増大を抑制できる。したがって、送信角度が増大することによる超音波の減衰を抑制しながら、測定位置間隔を狭くできる。また、本実施形態では、第二超音波素子アレイ２４Ｂの下方に測定対象を配置しても用いることにより、第二超音波素子アレイ２４Ｂの送信角度を０°とすることができ、第二超音波素子アレイ２４Ｂの測定精度の低下を抑制できる。また、第二超音波素子アレイ２４Ｂに隣接する他の超音波素子アレイ２４の超音波の送信角度を同じ大きさとすることにより、一方のみ超音波素子アレイの測定精度が低下することを抑制できる。したがって、測定間隔をより確実に狭めることができる。
【００７２】
ここで、本実施形態では角度設定部１４３によって、超音波の送信角度を変更することができるため、超音波の送信角度に応じた測定領域の位置を変更することができる。例えば、超音波素子アレイ２４の測定領域内に測定対象が配置されるように、各超音波素子アレイの超音波の送信角度を設定することができる。
ここで、角度設定部１４３は、測定位置と超音波素子アレイ２４との距離ｈ２に基づいて送信角度を設定する。例えば、距離ｈ２が近い場合は、超音波素子アレイ２４の送信角度を大きくし、距離ｈ２が遠ければ、送信角度を小さくすることにより、各超音波素子アレイ２４の測定領域を、上記距離に応じて適切に設定することができる。これにより、超音波素子アレイ２４と測定対象との距離が変動した場合でも、測定対象の位置に測定位置を設定することができ、超音波測定を適切に実施できる。
【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、Ｙ方向に三つの超音波素子アレイ２４が配置され構成されていた、つまり奇数個の超音波素子アレイ２４が配置され構成されていた。これに対して、第二実施形態では偶数個、例えば二つの超音波素子アレイ２４が配置され構成されている点で相違する。
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１０は、第二実施形態における超音波デバイス２３Ａにおける各超音波素子アレイ２４を模式的に示す図である。
図１０に示す超音波デバイス２３Ａは、第一超音波素子アレイ２４Ａ及び第二超音波素子アレイ２４Ｂを備える。なお、第三超音波素子アレイ２４Ｃを備えていない点を除く、第一実施形態の超音波デバイス２３と同様に構成される。
本実施形態の超音波測定装置では、図１０に示すように、Ｙ方向における第一超音波素子アレイ２４Ａと第二超音波素子アレイ２４Ｂとの間を通り、ＸＺ面に平行な仮想面上に測定対象Ｘを配置する。つまり、ＹＺ面（各スキャン面に平行な面）への投影視において、Ｙ方向における第一超音波素子アレイ２４Ａと第二超音波素子アレイ２４Ｂとの間を通る各超音波素子アレイ２４の法線Ｎ３上に測定対象Ｘを配置する。
【００７５】
ここで、本実施形態のように偶数個（つまり配列数がｎ＝２Ｋ、本実施形態ではＫ＝１）の超音波素子アレイ２４を有する場合の各超音波素子アレイ２４の測定領域が重畳する重畳領域と、超音波素子アレイ２４とのＺ方向における距離の最小距離ｈは、第一実施形態と同様に、下記式（６）で示される。本実施形態においても、この距離ｈが、測定距離の目的値以下となるように、超音波素子アレイ２４の第一寸法ｙ、一次元超音波アレイ４７の寸法ｙａ、及び送信角度θＭが設定されている。
【００７６】
［数５］
ｈ＝｛Ｋｙ−（ｙ−ｙａ）／２｝×ｃｏｔθＭ  ・・・（６）
【００７７】
また、超音波測定処理において、角度設定部１４３は、第一実施形態と同様に、第一超音波素子アレイ２４Ａと第二超音波素子アレイ２４Ｂとの送信角度θ２は、第一実施形態の送信角度θ１と略同様に、下記式（７）を満たすように設定されている。
ここで、本実施形態では、第一超音波素子アレイ２４Ａと法線Ｎ３の距離は、第一実施形態の第一超音波素子アレイ２４Ａと法線Ｎ２との距離よりも小さい。このため、測定対象の深さが同一の条件では、第二実施形態では、例えば、第一実施形態の第一超音波素子アレイ２４Ａの送信角度よりも送信角度を小さくすることができる。
【００７８】
［数６］
ｔａｎθ２＝（Ｐｙ／２）／ｈ２  ・・・（７）
【００７９】
なお、超音波デバイス２３Ａを備える超音波測定装置においても、第二超音波素子アレイ２４Ｂの直下に測定対象Ｘを配置することにより、第一実施形態と同様に、超音波測定処理を行うことができる。なお、第一超音波素子アレイ２４Ａの直下に測定対象Ｘを配置する場合でも同様である。
【００８０】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、Ｙ方向に二列の超音波素子アレイ２４が配置されている。このような構成では、各超音波素子アレイ２４のＹ方向の距離をより小さくすることができ、超音波の送信角度の増大を抑制できる。したがって、送信角度が増大することによる超音波の減衰を抑制しながら、測定位置間隔を狭くできる。
また、二つの超音波素子アレイ２４の超音波の送信角度を同一とすることにより、各超音波素子アレイ２４のうち一方の超音波測定精度が低下することを抑制できる。また、これにより超音波画像の画質を均一にすることができる。さらに、略同じ角度で取得された二つの超音波画像に対して同様の画像処理を行うことにより、処理を簡略化できる。
【００８１】
［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、Ｙ方向に三つの超音波素子アレイ２４が配置され構成されていた。これに対して、第三実施形態では、五以上の奇数個の超音波素子アレイ２４が配置され構成されている点で相違する。
【００８２】
図１１は、第三実施形態の超音波デバイス２３Ｂを−Ｚ側から見た際の超音波素子アレイ２４を模式的に示す平面図である。
図１１に示す超音波デバイス２３Ｂは、第一実施形態の第一超音波素子アレイ２４Ａ、第二超音波素子アレイ２４Ｂ、及び第三超音波素子アレイ２４Ｃに加え、第四超音波素子アレイ２４Ｄ及び第五超音波素子アレイ２４Ｅを備える。
本実施形態においても各超音波素子アレイ２４が、Ｙ方向（スキャン方向）に隣接して配置され、Ｘ方向に配置間隔長Ｐｘで配置されている。本実施形態では、Ｘ方向の配置間隔長Ｐｘ＝ｘ／５である。
これらのうち、第四超音波素子アレイ２４Ｄは、第一超音波素子アレイ２４Ａの−Ｙ側に配置されている。これら第一超音波素子アレイ２４Ａと第四超音波素子アレイ２４Ｄとの、Ｘ方向における走査面ＳＣ間の間隔はＰｘである。
また、第五超音波素子アレイ２４Ｅは、第三超音波素子アレイ２４Ｃの＋Ｙ側に配置されている。これら第三超音波素子アレイ２４Ｃと第五超音波素子アレイ２４Ｅとの、Ｘ方向における走査面ＳＣ間の間隔はＰｘである。
【００８３】
図１２は、図１１に示す複数の超音波素子アレイ２４を−Ｘ側から見た際の側面図である。
図１２に示すように、各超音波素子アレイ２４の測定領域が重畳する重畳領域Ｆ７に測定対象Ｘが配置されている。図１２に示すように、各超音波素子アレイ２４の送信角度が設定されている。なお、第四超音波素子アレイ２４Ｄ及び第五超音波素子アレイ２４Ｅの送信角度θ３は、下記式（８）を満たすθ３として設定されている。この送信角度θ３は、第一超音波素子アレイ２４Ａ及び第三超音波素子アレイ２４Ｃの送信角度θ２よりも大きい。
【００８４】
［数７］
ｔａｎθ３＝２Ｐｙ／ｈ２  ・・・（８）
【００８５】
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、Ｙ方向に五列の超音波素子アレイ２４が配置されている。このような構成では、測定位置間隔を著しく狭くできる。また、本実施形態は、Ｙ方向に奇数列の超音波素子アレイ２４が配置されているため、中央に配置された超音波素子アレイ２４の直下に測定対象を配置することにより、当該超音波素子アレイ２４の超音波の送信角度を０°とすることができる。また、中央に配置された超音波素子アレイ２４を挟むように二組の超音波素子アレイ２４が配置されており、各組において超音波素子アレイ２４は、超音波デバイス２３の中央部から等距離に配置されている。つまり、各組において、超音波素子アレイ２４から測定位置までの距離が略同じである。したがって、各組において、超音波の送信角度を同じとすることができ、略同等の精度で超音波測定を実施することができる。
【００８６】
［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。
例えば、上記各実施形態では、２、３又は５個の超音波素子アレイ２４がＹ方向に配列されていたが、超音波素子アレイ２４の配列数はこれに限定されず、任意の数の超音波素子アレイ２４が配置することができる。
【００８７】
図１３は、複数の超音波素子アレイ２４の配置位置の一変形例を示す図である。
上記各実施形態では、複数の超音波素子アレイ２４は、Ｘ方向において超音波素子アレイ２４の第二寸法ｘよりも小さい範囲内で、Ｙ方向に沿って配置されている構成を例示したが、これに限定されない。例えば、図１３に示すように、上述のようにＹ方向に沿って配置された超音波素子アレイ２４の列（以下、超音波素子アレイ列とも称す）が、Ｘ方向（スライス方向）に並置される構成としてもよい。また、複数の超音波素子アレイ２４が、Ｘ方向において超音波素子アレイ２４の第二寸法ｘよりも大きい範囲に亘って配置されてもよい。このような構成でも、単に、スライス方向に複数の超音波素子アレイ２４が配置される構成と比べて、走査面間隔を短くすることができる。
【００８８】
つまり、本発明は、複数の超音波素子アレイのうち、第一の超音波素子アレイと、第一方向の投影視において当該第一の超音波素子アレイに重なる第二の超音波素子アレイと、を含むことを特徴としている。これにより、第二方向に２つの超音波素子アレイを配置した構成と比べて、第二方向における、第一の超音波素子アレイ及び第二の超音波素子アレイの走査面間の距離を短くすることができる。
【００８９】
上記各実施形態では、複数の超音波素子アレイ２４のうちＹ方向に隣り合う超音波素子アレイ２４は、互いに一部が接するように配置されているが、これに限定されない。例えば、Ｙ方向に隣り合う超音波素子アレイ２４の配置位置が、Ｙ方向に離間していてもよい。
上記各実施形態では、超音波素子アレイ２４の全てにおいて、外形寸法が同じである構成を例示したが、異なる寸法の超音波素子アレイを組み合わせた構成でもよい。
【００９０】
上記各実施形態では、複数の超音波素子アレイ２４の測定領域が、互いにＸ方向（スライス方向）に重畳している構成を例示したが、これに限定されない。つまり、複数の超音波素子アレイ２４のうちの一部の測定領域が、互いに重畳する構成としてもよい。また、全ての超音波素子アレイ２４の測定領域がＸ方向に重畳していなくてもよい。例えば、Ｘ方向及びＹ方向に交差する方向に沿って測定領域が重畳している場合、当該交差する方向における走査面間の距離を、従来の構成よりも短くすることができる。
【００９１】
上記各実施形態では、超音波素子アレイ２４の超音波の送信角度範囲を、一次元超音波アレイ４７の法線方向に対して±４５°の範囲とする構成を例示したが、これに限定されない。超音波の送信角度の大きさの最大値が、４５°よりも小さくてもよいし、４５°よりも大きくてもよい。なお、最大値を４５°とすることにより、４５°よりも小さい場合と比べて、超音波の走査範囲を十分に確保することができる。また、送信角度を４５°以下とすることにより、４５°よりも大きくすることによる分解能の低下を抑制できる。
【００９２】
上記各実施形態では、超音波デバイス２３が、Ｚ方向の測定可能距離が、予め設定された目的値以下となるように構成されていたが、これに限定されず、目的値以下となるように構成されていなくてもよい。つまり、目的値を定めず、超音波素子アレイ２４のサイズや、超音波の送信角度の変更範囲に応じて定まる測定可能距離の範囲で、超音波測定を実施する構成でもよい。
【００９３】
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー４５として、振動膜４１２と、当該振動膜４１２上に形成された圧電素子４１３と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー４５として、振動膜と、当該振動膜を振動させる振動子（例えば静電アクチュエーター等）と、を備える構成を採用してもよい。
【００９４】
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。
【００９５】
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】
【００９６】
１…超音波測定装置、１０…制御装置、１２…表示部、１４…制御部、２３，２３Ａ，２３Ｂ…超音波デバイス、２４，…超音波素子アレイ、２４Ａ…第一超音波素子アレイ、２４Ｂ…第二超音波素子アレイ、２４Ｃ…第三超音波素子アレイ、２４Ｄ…第四超音波素子アレイ、２４Ｅ…第五超音波素子アレイ、２４Ｘ…超音波素子アレイ、４５…超音波トランスデューサー、４６…超音波送受部、４７…一次元超音波アレイ、１４３…角度設定部、１４４…表示制御部、Ｄ１…送信方向、Ｄ３…送信方向、Ｆ１…測定領域、Ｆ２…測定領域、Ｆ３…測定領域、Ｆ４…第一重畳領域、Ｆ５…第二重畳領域、Ｆ６…重畳領域、Ｆ７…重畳領域、Ｎ…法線、Ｎ２…法線、Ｎ３…法線、Ｐｘ…配置間隔長、Ｐｙ…配置間隔長、ＳＣ…走査面、Ｘ…測定対象、ｈ…最小距離、ｈ１…目的値、ｈ２…距離、ｎ…配列数、ｘ…第二寸法、ｙ…第一寸法、ｙａ…寸法、θ１…送信角度、θ２…送信角度、θ３…送信角度、θＭ…送信角度。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月21日(2017.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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