JP6090365B2 - 超音波センサーおよび電子機器 - Google Patents
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Description
これにより、送信時には各素子を個別に駆動できるため、複数の送受信素子を配置したアレイ構造の超音波センサーにおいて、超音波ビームの照射方向を可変して、測定対象に対して走査することができる。
この超音波センサーは、従来に比べて、高分解能が要求されるため、使われる超音波は5MHz以上の高い周波数である。
素子サイズが小さくなると、特に受信時の感度が低下し、受信信号のS/N比を確保できないという問題が発生する。
また、制御回路は、超音波の受信時には、前記各スイッチを操作し、各送受信兼用素子を、受信回路に対して直列に接続する。このため、各送受信兼用素子で超音波を受信した際に、各送受信兼用素子が受信回路に並列に接続されている場合に比べて、受信信号の電圧を高めることができ、受信感度を向上できる。
また、制御回路は、超音波の受信時には、n個の第1電極側スイッチおよびn個の第2電極側スイッチを操作し、各送受信兼用素子の第1電極を、n−1本の素子間接続用配線を介して各送受信兼用素子の第2電極にそれぞれ接続し、n個の送受信兼用素子を互いに直列に接続する。
すなわち、n個の送受信兼用素子のうち、m番目(m=1〜n−1)の送受信兼用素子の第1電極を、m+1番目の送受信兼用素子の第2電極に、m番目の素子間接続用配線を用いて接続することで、1番目の送受信兼用素子からn番目の送受信兼用素子までが直列に接続される。
そして、1番目の送受信兼用素子の第2電極を第2の素子回路間接続用配線を介して受信回路に接続し、n番目の送受信兼用素子の第1電極を第1の素子回路間接続用配線を介して受信回路に接続することで、n個の送受信兼用素子は、受信回路に対して直列に接続する。
このため、n個の送受信兼用素子で超音波を受信した際に、n個の送受信兼用素子が受信回路に並列に接続されている場合に比べて、受信信号の電圧を高めることができ、受信感度を向上できる。
また、制御回路は、超音波の受信時には、第1〜4スイッチを操作し、第1の送受信兼用素子の第1電極を、直列接続用配線を介して第2の送受信兼用素子の第2電極に接続し、第1の送受信兼用素子の第2電極および第2の送受信兼用素子の第1電極をそれぞれ受信回路に接続する。従って、2つの送受信兼用素子を受信回路に対して直列に接続できる。このため、各送受信兼用素子で超音波を受信した際に、各送受信兼用素子が受信回路に並列に接続されている場合に比べて、受信信号の電圧を高めることができ、受信感度を向上できる。
この関連技術によれば、制御回路は、超音波の送信時には、第1〜8スイッチを操作し、各送受信兼用素子の第1電極を送信回路に接続し、第2電極を共通電極接続配線を介して共通電極に接続する。このため、各送受信兼用素子は、送信回路および共通電極に対して並列に接続し、各送受信兼用素子を個別に駆動して超音波を送信できる。従って、基板上に各送受信兼用素子を配置したアレイ構造の超音波センサーにおいて、各送受信兼用素子の駆動タイミングを制御することで、超音波の送信方向(超音波ビームの走査方向)を可変することができる。
また、制御回路は、超音波の受信時には、第1〜8スイッチを操作し、第1〜4の送受信兼用素子同士を直列に接続し、これらの直列に接続された送受信兼用素子を受信回路に接続する。従って、4つの送受信兼用素子を受信回路に対して直列に接続できる。このため、各送受信兼用素子で超音波を受信した際に、各送受信兼用素子が受信回路に並列に接続されている場合に比べて、受信信号の電圧を高めることができ、受信感度を向上できる。
この発明によれば、超音波の送信時において、各第2電極と共通電極接続配線とを接続し、各第1電極と送信回路とを接続して、前記複数の送受信兼用素子を送信回路に対して並列に接続する。この場合、上記のような関連技術と同様に、超音波の送信時において、各送受信兼用素子の第1電極が送信回路に接続され、第2電極が共通電極に接続される。このため、各送受信兼用素子は、送信回路および共通電極に対して並列に接続され、各送受信兼用素子を個別に駆動して超音波を送信できる。
このため、センサー基板上に、支持膜、第1電極、圧電膜、第2電極を順次積層することで送受信兼用素子を構成でき、フォトリソグラフィー技術を用いて製造できるため、各素子の微細化も容易に対応できる。
さらに、すべての送受信兼用素子が同じ素子構造であるため、センサー基板上の複数の送受信兼用素子を同じ製造工程で同時に形成でき、超音波センサーを容易に製造できる。
その上、送受信兼用素子は共通プロセスで製造されるため、各素子の周波数特性等の特性が揃い、直列接続された場合の受信特性を向上できる。
本発明によれば、送信素子用の共通電極線には、送信素子の第2電極から引き出される電極線がそれぞれ接続され、この共通電極線は、Y軸に沿って配置されているのみである。従って、共通電極線は、Y軸に沿った1本のみ配置すればよいので、構成を簡素化できる。
また、送受信兼用素子の各電極と、各送信素子の第1電極から引き出される各電極線は、Y軸から離れる方向に延長され、Y軸を跨いで配置されることがないため、共通電極線が、これらの電極線と接触することを防止できる。
本発明では、上記発明と同様に、超音波の送信時において、各送受信兼用素子の第1電極が送信回路に接続され、第2電極が共通電極に接続される。このため、各送受信兼用素子は、送信回路および共通電極に対して並列に接続され、各送受信兼用素子を個別に駆動して超音波を送信できる。
本発明では、上述の超音波センサーを備えるので、超音波の送信方向(超音波ビームの走査方向)を可変することができ、かつ、受信信号の電圧を高めることができ、受信感度を向上できる効果を奏する電子機器を実現できる。
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
[超音波センサーの概略構成]
図1は、本実施形態に係る超音波センサー10の概略構成を示す平面図である。
超音波センサー10は、センサー基板20上に実装される複数の超音波トランスデューサー30を備える。この超音波センサー10は、図1に示すように、センサー基板20上に4つの超音波トランスデューサー30が、X軸L1及びY軸L2に沿って均等間隔に配置されたマトリクス状の二次元アレイ構造に構成されている。なお、X軸L1およびY軸L2は、センサー基板20の平面内で直交する軸であり、矩形上のセンサー基板20の各辺に沿った軸である。
そして、本実施形態では、4つの超音波トランスデューサー30のうち、2つを送受信兼用素子310A,310Bとして用い、他の2つを送信素子320として用いている。なお、以下の説明において、2つの送受信兼用素子310A,310Bを区別せずに説明する場合には送受信兼用素子310と表記する場合がある。
ここで、超音波トランスデューサー30の概略構成について説明する。図2は、本実施形態の超音波トランスデューサー30の概略構成を示す平面図、および断面図である。
超音波トランスデューサー30は、後述する送信回路40からの信号に基づいて超音波を送信する素子であり、また、被検出体等で反射された超音波を受信して電気信号に変換し、受信回路50に出力する素子である。
を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電膜332としてPZTを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛(PbTiO3)、ジルコン酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO3)などを用いてもよい。
各送受信兼用素子310、送信素子320の下部電極331には、下部電極線334(第1電極線)が引き出されている。下部電極線334は、図1に示すように、送受信兼用素子310、送信素子320からセンサー基板20の端縁に向かって、支持膜32上のX軸方向に沿って配線されている。
そして、上部電極線3352は、Y軸L2に沿って配線された共通電極線336に接続されている。
なお、以下の説明において、上部電極線3351,3352を区別せずに説明する場合には、図2に示すように、上部電極線335と表記する場合がある。また、図2の平面図では、上部電極線335は、上部電極333から左右2方向に延長されている。しかしながら、図1に示すように、本実施形態では、上部電極線335は、各素子310,320の上部電極333から一方向のみに形成すればよい。このため、上部電極線335が上部電極333から左右2方向に延長されている場合は、一方の上部電極線335のみを端子361や共通電極線336に接続すればよい。
すなわち、2つの送受信兼用素子310のうち、第1の送受信兼用素子310Aの下部電極線334には第1の下部電極端子351が接続され、上部電極線3351には第1の上部電極端子361が接続されている。
また、第2の送受信兼用素子310Bの下部電極線334には第2の下部電極端子352が接続され、上部電極線3351には第2の上部電極端子362が接続されている。
これらの各端子351,352,355,361,362,365は、図1に示すように、センサー基板20の3辺に分散して配置されている。
4つの超音波トランスデューサー30は、図1に示すように、二次元アレイの中心点Oに対して等距離であり、かつ、X軸方向およびY軸方向の距離が等距離となるように2次元に配列されている。
すなわち、第1領域Ar1および第4領域Ar4には、送信素子320が前記中心点Oを中心に点対称位置に配置されている。また、第2領域Ar2には、第1の送受信兼用素子310Aが配置され、第3領域Ar3には、第2の送受信兼用素子310Bが配置され、これらの送受信兼用素子310A,310Bも、前記中心点Oを中心に点対称位置に配置されている。
そして、送受信兼用素子310A,310Bと送信素子320のX軸方向の間隔(ピッチ)と、Y軸方向の間隔(ピッチ)は、同じ寸法に設定されている。この各素子のピッチは、例えば、発信する超音波の波長の1/2程度に設定されるため、超音波の周波数が高くなるにつれてピッチを小さくする必要がある。
図3は、図1に示す超音波センサー10を駆動するための回路構成を示す回路図である。
図3に示すように、超音波センサー10は、前記センサー基板20と、送信回路40と、受信回路50と、制御回路60と、第1〜4スイッチ71〜74と、共通電極接続配線80と、直列接続用配線81,82,83とを備えている。
第1スイッチ71は、第1の下部電極端子351を、送信回路40に接続される接点711と、直列接続用配線81の接点712とに選択的に接続する切替スイッチである。
第2スイッチ72は、第1の上部電極端子361を、受信回路50に接続された直列接続用配線82の接点721と、共通電極COMに接続される共通電極接続配線80の接点722とに選択的に接続する切替スイッチである。
第4スイッチ74は、第2の上部電極端子362を、共通電極COMに接続される共通電極接続配線80の接点741と、直列接続用配線81の接点742とに選択的に接続する切替スイッチである。
従って、第1スイッチ71、第3スイッチ73により、送受信兼用素子310の第1電極(下部電極331)に接続された第1電極側スイッチが構成され、第2スイッチ72、第4スイッチ74により、第2電極側スイッチが構成されている。
また、2つの送受信兼用素子310を直列に接続する直列接続用配線81により、素子間接続用配線が構成される。さらに、第1電極側スイッチである第3スイッチ73を受信回路50に接続する直列接続用配線83により、第1の素子回路間接続用配線が構成され、第2電極側スイッチである第2スイッチ72を受信回路50に接続する直列接続用配線82により、第2の素子回路間接続用配線が構成される。
このため、送受信兼用素子310は、送信素子320と同じく送信回路40および共通電極COMに接続され、送信素子として機能する。
このため、送受信兼用素子310Aと、第2の送受信兼用素子310Bとは、直列接続用配線81〜83を介して、受信回路50に直列に接続される。
上述した第1実施形態における超音波センサー10によれば、以下の効果を奏する。
(1)送受信兼用素子310の各電極331,333に接続されるスイッチ71〜74と、直列接続用配線81〜83とを設けることで、受信モード時に、各送受信兼用素子310A,310Bを、受信回路50に対して直列に接続することができる。
このため、受信回路50に対して受信素子を並列に接続した場合に比べて、受信信号の電圧を約2倍に高めることができ、受信感度を向上できる。従って、血管や血液などの高分解能が要求される測定対象を測定するために高周波の超音波を発信できるように、素子サイズやピッチを小さくした場合でも、各送受信兼用素子310A,310Bを直列に接続することで受信感度を向上でき、受信信号のS/N比も確保できる。
特に、送受信兼用素子310を設けずに、送信素子と、受信素子とを別々に設けた場合、送信素子間のピッチを小さくすると、送信素子間に受信素子を配置することが困難となるため、送信素子間のピッチを小さくすることができず、高周波の超音波を送信することが難しい。これに対し、本実施形態では、送受信兼用素子310を用いているので、送信素子間のピッチを小さくすることができ、5MHz以上の周波数の超音波を送信することができる。従って、血管や血液などの微細な測定対象物の状態も検出することができる。
すなわち、送受信兼用素子310は、各電極331,333に接続する配線をそれぞれ別々に設ける必要があるため、送受信兼用素子310を4つ配置した場合には、配線(端子)を8個配置しなければならない。
これに対し、本実施形態では、送受信兼用素子310は2つのみ設置し、他の2つは送信素子320を配置している。そして、送信素子320は、上部電極333側の上部電極線3352は共通電極線336にまとめることができるので、全体で配線(端子)の数を7個に減少できる。従って、この点でも、各素子のピッチを小さくでき、微細化・高密度化を実現できる。
図5は、第2実施形態に係る超音波センサー10Bの主要部を拡大して示す平面図である。
超音波センサー10Bでは、送受信兼用素子310および送信素子320を直線上に配置したラインアレイ構造である点で前記二次元アレイ構造の超音波センサー10と相違するが、回路構成等は同一である。
すなわち、下部電極線334は、図5において、送受信兼用素子310A,310Bおよび送信素子320の各下部電極331から−Y軸方向に引き出されている。
また、上部電極線3351は、送受信兼用素子310A,310Bの上部電極333から、送信素子320の下部電極線334に向かって斜め方向に引き出された後、各下部電極線334と平行に−Y軸方向に引き出されている。
各電極線334,3351,3352,336の端部には、前記第1実施形態と同じ端子351,352,355,361,362,365が設けられる。従って、超音波センサー10Bの回路構成は、第1実施形態の超音波センサー10と同じである。
このような第2実施形態においては、各素子310A,310B,320が直線上に配置されているので、超音波ビームの走査方向が限定される点を除き、前記第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、第2実施形態では、電極線334,3351,336が−Y軸方向に引き出されているので、端子351,352,355,361,362,365をセンサー基板20の一辺側にまとめることができる。ただし、第1実施形態においても、各電極線334,3351,336を同じ方向に引き回すことで、各端子をセンサー基板20の一辺側にまとめることができる。
図6は、第3実施形態に係る超音波センサー10Cの主要部を拡大して示す平面図である。
第1実施形態の超音波センサー10は、2個の送受信兼用素子310と、2個の送信素子320との計4個の素子310,320を二次元に配列していたのに対し、超音波センサー10Cは2個の送受信兼用素子310と、14個の送信素子320との計16個の素子310,320を二次元に配列した点が相違する。すなわち、超音波センサー10Cは、X軸方向に4個、Y軸方向に4個の素子310,320を配列している。
ここで、4個の送信素子320Aは二次元アレイの四隅に配置され、4個の送信素子320Bは送信素子320AのX軸方向の内側(Y軸L2側)に配置され、4個の送信素子320Cは送信素子320AのY軸方向の内側(X軸L1側)に配置されている。
従って、外周側の12個の送信素子320は、各領域Ar1〜Ar4に、各送信素子320A,320B,320Cがそれぞれ1個ずつ配置される構成となっている。
すなわち、第1領域Ar1の送信素子320Bの下部電極線334は、+Y軸方向に引き出された後、−X軸方向に引き出されている。
第2領域Ar2の送信素子320Bの下部電極線334は、+Y軸方向に引き出された後、+X軸方向に引き出されている。
第3領域Ar3の送信素子320Bの下部電極線334は、−Y軸方向に引き出された後、−X軸方向に引き出されている。
第4領域Ar4の送信素子320Bの下部電極線334は、−Y軸方向に引き出された後、+X軸方向に引き出されている。
すなわち、第1領域Ar1では、送信素子320Aの上部電極333から送信素子320Bの上部電極333を介して+X軸方向に上部電極線335が引き出され、前記共通電極線336に接続されている。
また、送信素子320Cの上部電極333から送信素子320の上部電極333を介して+X軸方向に上部電極線335が引き出され、前記共通電極線336に接続されている。
ここで、送信素子320および320Bにおいては、図2に示すように、上部電極線335が上部電極333から左右2方向に延長され、一方は各々が隣接する送信素子320C、320Aの上部電極線335に接続され、他方は共通電極線336に接続されている。なお、この構造は、以下に説明する図7や図9において、上部電極線335が2方向に延長されている各送信素子320A,320B,320Dにおいても同様である。
一方、送信素子320CのY軸L2側には送受信兼用素子310Aが配置されており、送信素子320Cから−X軸方向に上部電極線335を引き出すことができない。このため、送信素子320Cの上部電極333から+Y軸方向に上部電極線3353が引き出されて前記送信素子320Aの上部電極333に接続されている。
また、送信素子320Cの上部電極333から送信素子320の上部電極333を介して−X軸方向に上部電極線335が引き出され、前記共通電極線336に接続されている。
このような本実施形態においても、送受信兼用素子310を送信モード時には送信回路40および共通電極COMに対して並列に接続し、受信モード時には受信回路50に対して直列に接続しているので、前記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、Y軸L2を挟んだ2つの領域Ar1,Ar2またはAr3,Ar4において、下部電極線334がY軸を跨いでX軸方向に引き出されることがない。このため、各領域Ar1〜Ar4内において、送信素子320,320A,320B,320Cの下部電極331から引き出される下部電極線334の本数を、均等に分散できる。
その上、送受信兼用素子310A,310Bの各電極線334,3351も、X軸L1を挟んで配置することで、各領域Ar1〜Ar4に配置される配線数を均等に分散できる。
従って、配線が一部分に集中することがなく、配線や素子の微細化・高密度化を容易に実現できる。
また、共通電極線336は、Y軸L2に沿って配置されるので、Y軸L2から離れる方向に配線されて、X軸L1に沿う下部電極線334との接触を防止できる。
すなわち、受信素子として用いられる送受信兼用素子310A,310Bを、例えば、二次元アレイの外周側、つまり送信素子320A、320B,320Cが配置された位置に設けると、二次元アレイの中心点Oから離れるため、超音波の受信タイミングのズレが大きくなる。この場合、送受信兼用素子310A,310Bを直列接続すると、受信タイミングのズレによって正しい受信信号を取得することができないおそれがある。このため、一方の送受信兼用素子を遅延回路に接続して調整する必要がある。
これに対し、本実施形態のように、送受信兼用素子310A,310Bを中心点Oに最も近い位置に配置すれば、受信タイミングのズレも殆ど無いため、各送受信兼用素子310A,310Bを直列に接続した場合も遅延回路を設けることなく1つの受信素子として利用できる。
図7は、第4実施形態に係る超音波センサー10Dの主要部を拡大して示す平面図である。
第3実施形態の超音波センサー10Cは、中心点Oに近接する内周側の4個の素子を、2個の送受信兼用素子310と、2個の送信素子320とで構成していたのに対し、本実施形態の超音波センサー10Dは、中心点Oに近接する内周側の4個の素子をすべて送受信兼用素子310にした点が相違する。
これらの4個の送受信兼用素子310の外周側には、第3実施形態と同じ12個の送信素子320A,320B,320Cが配置されている。
これらの16個の素子310,320は、X軸方向およびY軸方向に隣接する他の素子に対して、等間隔(等ピッチ)で配置されている。
すなわち、各領域Ar1〜Ar4において、送信素子320Aの上部電極333から送信素子320Bの上部電極333を介してY軸L2に向かってX軸方向に上部電極線335が引き出され、前記共通電極線336に接続されている。
すなわち、各送信素子320Cの上部電極333から引き出された上部電極線335は、X軸L1に向かってY軸方向に沿って配線され、X軸L1に沿って配線された共通電極線337を介して共通電極線336に接続されている。
図8は、超音波センサー10Dを駆動するための回路構成を示す回路図である。
本実施形態では、第1実施形態に比べて、第3,4の送受信兼用素子310C,310Dが追加されたため、対応して第3,4の下部電極端子353,354と、第3,4の上部電極端子363,364とが追加されている。
また、各端子353,354,363,364に接続する第5〜8スイッチ75,76,77,78と、直列接続用配線81A,81B,81Cとが追加されている。
なお、本実施形態では、スイッチ71,73,75,77により第1電極側スイッチが構成され、スイッチ72,74,76,78により第2電極側スイッチが構成されている。
そして、端子361は、第2スイッチ72および直列接続用配線82を介して受信回路50に接続され、端子354は第7スイッチ77および直列接続用配線83を介して受信回路50に接続可能とされている。
従って、本実施形態では、直列接続用配線81A,81B,81Cにより素子間接続用配線が構成され、直列接続用配線83により第1の素子回路間接続用配線が構成され、直列接続用配線82により第2の素子回路間接続用配線が構成される。
制御回路60は、送信モードになると、スイッチ71,73,75,77を送信回路40側の接点に接続し、スイッチ72,74,76,78を共通電極接続配線80の接点に接続する。
このため、送受信兼用素子310および送信素子320は、すべて送信回路40および共通電極COMに並列に接続される。そして、制御回路60は、送信回路40を作動して各素子310,320を駆動して超音波を送信する。この際、各素子310,320を駆動するタイミングを調整することで、超音波ビームの走査方向は制御できる。
制御回路60は、受信モードになると、スイッチ71,73,75,77およびスイッチ72,74,76,78を直列接続用配線81A,81B,81C,82,83側の接点に接続する。
このため、4つの送受信兼用素子310A,310B,310C,310Dは、受信回路50に対して直列に接続される。
このような本実施形態においても、送受信兼用素子310を送信モード時には送信回路40および共通電極COMに対して並列に接続し、受信モード時には受信回路50に対して直列に接続しているので、前記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
図9は、第5実施形態に係る超音波センサー10Eの主要部を拡大して示す平面図である。
第4実施形態の超音波センサー10Dは、X軸方向に4個、Y軸方向に4個の計16個の素子を配置していたのに対し、本実施形態の超音波センサー10Eは、超音波センサー10Dの外周にさらに送信素子320を配置して、X軸方向に6個、Y軸方向に6個の計36個の素子を配置した点が相違する。
これらの4個の送受信兼用素子310の外周側には、第4実施形態と同じ12個の送信素子320A,320B,320Cが配置されている。
さらに、12個の送信素子320A,320B,320Cの外周側に、20個の送信素子320Dが配置されている。
これらの36個の素子310,320は、X軸方向およびY軸方向に隣接する他の素子に対して、等間隔(等ピッチ)で配置されている。
また、図9において、アレイの一列目(最も+Y軸側)に配列された6個の送信素子320Dの下部電極331から引き出された下部電極線334は、+Y軸方向に引き出された後、Y軸L2から離れる方向に向かってX軸方向に引き出されている。
図9において、アレイの二列目に配列された6個の送信素子320D,320A,320Bの下部電極331から引き出された下部電極線334も、+Y軸方向に引き出された後、Y軸L2から離れる方向に向かってX軸方向に引き出されている。
また、アレイの四列目に配列された送信素子320Cの下部電極331から引き出された下部電極線334は、−Y軸方向に引き出された後、Y軸L2から離れる方向に向かってX軸方向に引き出されている。
アレイの一列目、二列目、五列目、六列目の各送信素子320A,320B,320Dの上部電極333から引き出された上部電極線335は、Y軸L2に沿って配線された共通電極線336に向かってX軸方向に引き出されている。
すなわち、各送信素子320C,320Dの上部電極333から引き出された上部電極線335は、X軸L1に向かってY軸方向に沿って配線され、X軸L1に沿って配線された共通電極線337を介して共通電極線336に接続されている。
なお、図9においても、共通電極線336,337と各軸L1,L2とを区別して認識できるようにずらして表示しているが、実際には、共通電極線336,337は、それぞれY軸L2、X軸L1上に配線されている。
送信モード時および受信モード時の動作も超音波センサー10Dと同じであるため、説明を省略する。
このような本実施形態においても、送受信兼用素子310を送信モード時には送信回路40および共通電極COMに対して並列に接続し、受信モード時には受信回路50に対して直列に接続しているので、前記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
前記各実施形態では、各領域Ar1〜Ar4内において、下部電極線334の引き出し方向は、X軸またはY軸に沿って延びていたが、中心点Oから離間する方向に延びていればよく、例えば、斜め方向に延びていてもよい。
また、前記各実施形態では、共通電極接続配線80、直列接続用配線81〜83、スイッチ71〜78は、センサー基板20の外部に設けられていたが、センサー基板20内に形成してもよい。この場合、共通電極接続配線80は、共通電極線336や337に接続されてもよい。
また、X軸方向およびY軸方向の送信素子の数を同じにしていたが、これらが異なる数となるように各素子を配列してもよい。
血管径測定装置1は、図10に示すように、装置本体2と、装置本体2を人体などの生体に装着するためのバンド3とを備える。そして、この血管径測定装置1は、装置本体2の裏面に対して生体を接触させた状態で、バンド3を締めることで生体に装着されて、生体内の血管の外径及び内径を測定する。
また、装置本体2の表面側には、特に図示を省略したが、血管径測定装置1を操作する操作部や測定結果を表示する表示部などが設けられている。
このため、反射波の第1波が受信されるまでの時間と超音波の発信角度θa〜θcによって、超音波センサー10Bに対する血管外壁のA1〜C1の位置を求めることができる。同様に、反射波の第3波が受信されるまでの時間と超音波の発信角度θa〜θcによって、超音波センサー10Bに対する血管内壁のA2〜C2の位置を求めることができる。
なお、図11では、A1〜C1,A2〜C2の6点の座標位置は、3つの超音波センサー10Bのうち、中央の超音波センサー10Bの中心位置をX−Y軸の原点とし、各超音波センサー10BまでのY軸方向の長さをPとした場合の位置座標で表すことができる。
この際、外壁の3点から求めた中心座標と、内壁の3点から求めた中心座標のずれが所定の閾値を超えている場合には、正しく測定できていない可能性が高い。したがって、この場合には、血管径測定装置1を再度、取り付け直して測定するように、装置本体2の表示部などに報知すればよい。
以上にように、本発明の超音波センサー10を用いた血管径測定装置1により、血管の内径および外径を測定できる。
Claims (8)
- 複数の開口部が形成されたセンサー基板と、
前記センサー基板の厚み方向から見た平面視において、複数の前記開口部と重なる位置に設けられた複数の送受信兼用素子と、
前記複数の送受信兼用素子に超音波を送信するための信号を出力する送信回路と、
前記複数の送受信兼用素子で前記超音波を受信した場合に出力される信号が入力される受信回路と、
共通電極に接続された共通電極接続配線と、
前記複数の送受信兼用素子を直列接続するための直列接続用配線と、
を備え、
前記複数の送受信兼用素子は、
前記センサー基板の一面側に積層されて前記開口部を閉塞する支持膜と、
前記支持膜に積層された第1電極と、
前記第1電極に積層された圧電膜と、
前記圧電膜に積層された第2電極と、を備えて構成され、
前記超音波を送信する場合、各前記第2電極と前記共通電極接続配線とを接続し、各前記第1電極と前記送信回路とを接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路に対して並列に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。 - 第1電極および第2電極を備えて超音波を送受信する複数の送受信兼用素子と、
前記複数の送受信兼用素子に前記超音波を送信するための信号を出力する送信回路と、
前記複数の送受信兼用素子で前記超音波を受信した場合に出力される信号が入力される受信回路と、
共通電極に接続された共通電極接続配線と、
前記複数の送受信兼用素子を直列接続するための直列接続用配線と、
第1電極および第2電極を備えて超音波を送信する複数の送信素子と、
前記送受信兼用素子および前記送信素子が、X軸およびY軸の互いに直交する二方向に沿って配置されたセンサー基板と、
を備え、
前記超音波を送信する場合、各前記第2電極と前記共通電極接続配線とを接続し、各前記第1電極と前記送信回路とを接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路に対して並列に接続し、
前記送信素子の第1電極は、前記送信回路に接続され、
前記送信素子の第2電極は、前記共通電極に接続され、
前記各素子は、X軸方向およびY軸方向に等間隔で配列され、
前記送受信兼用素子は、前記各素子が配置された領域の中心点に最も近い位置に配置されている
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項1に記載の超音波センサーにおいて、
第1電極および第2電極を備えて超音波を送信する複数の送信素子を備え、
前記送信素子の第1電極は、前記送信回路に接続され、
前記送信素子の第2電極は、前記共通電極に接続されている
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項3に記載の超音波センサーにおいて、
前記センサー基板には、前記送受信兼用素子および前記送信素子が、X軸およびY軸の互いに直交する二方向に沿って配置され、
前記各素子は、X軸方向およびY軸方向に等間隔で配列され、
前記送受信兼用素子は、前記各素子が配置された領域の中心点に最も近い位置に配置されている
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項2又は請求項4に記載の超音波センサーにおいて、
前記センサー基板は、前記中心点を通る前記X軸およびY軸により分割される4つの領域を備え、
前記各領域内において、前記送受信兼用素子の第1電極および第2電極にそれぞれ接続する電極線と、各前記送信素子の第1電極に接続する電極線が、前記Y軸から離れるX軸方向に延びている
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項4又は請求項5に記載の超音波センサーにおいて、
前記Y軸に沿って配線され、かつ前記共通電極に接続された送信素子用の共通電極線を備え、
前記各領域内において、各前記送信素子の第2電極から引き出される電極線は、前記送信素子用の共通電極線に接続されている
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超音波センサーにおいて、
前記複数の送受信兼用素子は、n個(nは2以上の整数)設けられ、
前記直列接続用配線は、
前記第1電極と前記第2電極とを接続してn個の送受信兼用素子を直列に接続するn−1本の素子間接続用配線と、
前記素子間接続用配線に接続されない1つの前記第1電極と前記受信回路とに接続される第1の素子回路間接続用配線と、
前記素子間接続用配線に接続されない1つの前記第2電極と前記受信回路とに接続される第2の素子回路間接続用配線とを備える
ことを特徴とする超音波センサー。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超音波センサーを備える
ことを特徴とする電子機器。
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