JP6024156B2 - 超音波測定装置、電子機器、診断装置及び超音波装置 - Google Patents
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Description
図1(A)、図1(B)に本実施形態の超音波測定装置(又は超音波装置)に含まれる超音波素子UEの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波素子UEは、振動膜(メンブレン、支持部材)MBと圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極(第1電極層)EL1、圧電体膜(圧電体層)PE、上部電極(第2電極層)EL2を有する。なお、本実施形態の超音波素子UEは図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
図2に、本実施形態の超音波測定装置300の構成例を示す。本構成例の超音波測定装置300は、第1の信号生成回路110及び第2の信号生成回路120を含む。また、超音波測定装置300は、超音波装置200をさらに含んでもよい。なお、本実施形態の超音波測定装置300は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
sinθs=c×Δt/d (1)
で与えられる。ここでcは音速、Δtは駆動信号の時間差、dは素子間隔である。
図4は、超音波の強度分布(ビームプロファイル)を説明する第1の図である。図4では、簡単のために6行6列の超音波素子アレイについて説明する。図4には、第1の方向D1に関するビームプロファイルBP1、第2の方向D2に関するビームプロファイルBP2及びビームのピーク位置PKを示す。また、中心線C1は第1の方向D1に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線であり、中心線C2は第2の方向D2に沿って超音波素子アレイの中心を通る直線である。
ここでVAは交流成分の電圧振幅、ωは交流成分の角周波数、VBは直流成分の電圧である。
VE2=VDR−VCOM2=VA×sinωt+VB−VCOM2 (4)
VE3=VDR−VCOM3=VA×sinωt+VB−VCOM3 (5)
VCOM1>VCOM2>VCOM3である場合には、各印加電圧の直流成分は次のような関係になる。
従って、印加電圧VE1、VE2、VE3は、図7に示すように、それぞれの直流成分VB−VCOM1、VB−VCOM2、VB−VCOM3を中心に±VAの範囲で変化する。印加電圧と変位量の関係が非線形であるために、VE1、VE2、VE3に対応する変位量をD1、D2、D3とすると、D1>D2>D3となる。即ち、UE1の変位量が最も大きく、UE1からUE3に向かって変位量が減少する。
図14に、本実施形態の超音波測定装置(超音波プローブ)300及び診断装置(電子機器)400の基本的な構成例を示す。超音波プローブ300は、超音波ヘッドユニット220、第1の信号生成回路110、第2の信号生成回路120を含む。超音波ヘッドユニット220は、超音波装置200及び接続部210を含む。第1の信号生成回路110は、マルチプレクサーMUX、パルス信号発生器HV_Pを含む。また、超音波プローブ300は、制御回路CNTL、送受信切換スイッチT/R_SW、アナログフロントエンドAFEをさらに含む。
120 第2の信号生成回路、122 電圧生成回路、124 電圧切換回路、
200 超音波装置、210 接続部、220 超音波ヘッドユニット、
300 超音波測定装置、310 制御部、320 処理部、330 UI部、
340 表示部、
UE 超音波素子、LX1〜LX12 第1方向電極線(駆動電極線)、
LY1〜LY8 第2方向電極線(コモン電極線)、X1〜X12 第1方向端子、
Y1〜Y8 第2方向端子、VDR1〜VDR12 第1の駆動電圧(駆動信号)、
VCOM1〜VCOM8 第2の駆動電圧(コモン電圧)
Claims (10)
- 超音波素子アレイを有する超音波装置と、
前記超音波装置の第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、
前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1において、
前記第2の信号生成回路は、
前記第1の第2方向端子から前記第mの第2方向端子に向かって、電圧が単調に増加する前記第2の駆動電圧、又は、電圧が単調に減少する前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項2において、
前記第2の信号生成回路は、
前記電圧が単調に増加又は減少する前記第2の駆動電圧の電圧勾配を変化させることで、前記超音波素子アレイから放射される超音波のビームのスキャン方向に沿った面であるスキャン面の設定位置を変化させることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第1の信号生成回路は、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線に接続される前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に対して、位相走査を行うための前記第1の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。 - 超音波素子アレイを有する超音波装置の、第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子に対して、第1の駆動電圧を供給する第1の信号生成回路と、
前記超音波装置の第1の第2方向端子〜第m(mは2以上の整数)の第2方向端子に対して、第2の駆動電圧を供給する第2の信号生成回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(jは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記第2の信号生成回路は、前記第1の第2方向端子〜前記第mの第2方向端子に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記第2の方向は、位相走査により超音波のビームがスキャンされる方向であるスキャン方向であり、
前記第1の方向は、前記第2の方向と交差する方向であるスライス方向であることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記超音波装置の前記超音波素子アレイは、
複数の開口がアレイ状に配置された基板を有し、
前記複数の開口の各開口ごとに設けられる各超音波素子は、
前記各開口を塞ぐ振動膜と、
前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
前記圧電素子部は、
前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有し、
前記第1の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の一方であり、
前記第2の電極は、前記上部電極及び前記下部電極の他方であることを特徴とする超音波測定装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の超音波測定装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の超音波測定装置と、
表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする診断装置。 - 超音波素子アレイと、
第1の駆動電圧が入力される第1の第1方向端子〜第n(nは2以上の整数)の第1方向端子と、
第2の駆動電圧を出力する電圧切換回路とを含み、
前記超音波素子アレイは、
m行n列のマトリックスアレイ状に配置された複数の超音波素子と、
第1の方向に沿って配線され、前記第1の第1方向端子〜前記第nの第1方向端子に接続され、前記複数の超音波素子に前記第1の駆動電圧を供給する第1の第1方向電極線〜第nの第1方向電極線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って配線され、前記電圧切換回路に接続され、前記複数の超音波素子に前記第2の駆動電圧を供給する第1の第2方向電極線〜第mの第2方向電極線とを有し、
前記第1の第1方向電極線〜前記第nの第1方向電極線のうちの第j(iは1≦j≦nである整数)の第1方向電極線は、前記超音波素子アレイの第j列に配置される超音波素子がそれぞれ有する第1の電極に接続され、
前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線のうちの第i(iは1≦i≦mである整数)の第2方向電極線は、前記超音波素子アレイの第i行に配置される超音波素子がそれぞれ有する第2の電極に接続され、
前記電圧切換回路は、前記第1の第2方向電極線〜前記第mの第2方向電極線に対して、互いに異なる電圧の前記第2の駆動電圧を供給することを特徴とする超音波装置。
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