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JP6003466B2 - 集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置 Download PDF

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Description

本発明は、集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等に関する。
対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する装置として、例えば被検体である人体の内部を検査するための超音波測定装置が知られている。このような超音波装置では、超音波ビームを出射する超音波トランスデューサーデバイスの各チャンネルに対して送信信号を出力する送信回路（パルサー）や、各チャンネルからの受信信号（超音波エコー信号）を受信する受信回路が設けられる。
一方、超音波測定装置のスキャンモードとしては、リニアスキャンモードやセクタースキャンモードなどがある。リニアスキャンモードでは、超音波トランスデューサーデバイスの複数のチャンネルの中から、リニアスキャンの対象となるチャンネルを選択する動作が行われる。そして、例えば特許文献１では、このマルチプレクサーが送信回路の出力ノードと超音波トランスデューサーデバイスとの間に設けられている。
特開２００７−２４４４１５号公報
しかしながら、この特許文献１の従来技術では、マルチプレクサーを構成するスイッチ素子のオン抵抗等が原因で、超音波トランスデューサー素子に印加される送信信号の電圧が低下してしまい、所望の超音波音圧を得られないおそれがあることが判明した。
本発明の幾つかの態様によれば、超音波トランスデューサーデバイスへの超音波の送信信号の効率良い伝達等を可能にする集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ及び超音波診断装置等を提供できる。
本発明の一態様は、複数の超音波トランスデューサー素子を有する超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネル〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）のチャンネルに対して、送信信号を出力する第１の送信回路〜第Ｋの送信回路と、スイッチ動作を行うスイッチ回路と、を含み、前記スイッチ回路は、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路の第１の出力ノード〜第Ｋの出力ノードと受信回路との間に設けられ、送信期間においては、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路からの送信信号の前記受信回路への信号伝達を非伝達にする動作を行い、受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号を、前記受信回路に出力するスイッチ動作を行う集積回路装置に関係する。
本発明の一態様によれば、スイッチ回路が、第１〜第Ｋの送信回路の第１〜第Ｋの出力ノードと受信回路との間に設けられる。そして第１〜第Ｋの送信回路が、送信期間において、超音波トランスデューサーデバイスの第１〜第Ｋのチャンネルに対して送信信号を出力すると、これらの送信信号が受信回路に信号伝達されないように、スイッチ回路が動作する。そして受信期間では、第１〜第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号が受信回路に供給されるように、スイッチ回路がスイッチ動作を行う。
このように本発明の一様では、スイッチ回路は、第１〜第Ｋの送信回路の第１〜第Ｋの出力ノードと超音波トランスデューサーデバイスとの間ではなく、第１〜第Ｋの出力ノードと受信回路との間に設けられる。従って、第１〜第Ｋの送信回路からの送信信号を、例えばマルチプレクサーのスイッチ素子等を介さずに、超音波トランスデューサーデバイスの第１〜第Ｋのチャンネルに入力できるようになる。これにより、超音波トランスデューサーデバイスへの超音波の送信信号の効率良い伝達等が可能になる。また、スイッチ回路の動作により、送信信号が受信回路に信号伝達されてしまう事態も防止できる。更に、受信期間においては、第１〜第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号を、受信回路に供給できるため、超音波の受信信号の適切な受信処理を実現できる。
また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、リニアスキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中からリニアスキャンの対象となる複数のチャンネルを順次シフトさせて、選択するスイッチ動作を行ってもよい。
このようにすれば、順次シフトさせて、選択された複数のチャンネルからの受信信号を受信回路に供給することが可能になり、リニアスキャンモードにおける適切な受信処理を実現できるようになる。
また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、リニアスキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中から選択されたリニアスキャンの対象となるＬ個（Ｌは、Ｌ＜Ｋとなる２以上の整数）のチャンネルからの受信信号を、前記受信回路の第１の入力ノード〜第Ｌの入力ノードに出力し、セクタースキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルからの受信信号を、前記受信回路の前記第１の入力ノード〜第Ｋの入力ノードに出力してもよい。
このようにすれば、リニアスキャンモードにおいては、リニアスキャンの対象として選択されたＬ個のチャンネルからの受信信号を、受信回路の第１〜第Ｌの入力ノードに供給できる。一方、セクタースキャンモードにおいては、第１〜第Ｋのチャンネルからの受信信号を、受信回路の第１〜第Ｋの入力ノードに供給できる。従って、リニアスキャンモードとセクタースキャンモードの両方のスキャンモードを効率良く実現できるようになる。
また本発明の一態様では、前記スイッチ回路のスイッチ制御を行う制御回路を含み、前記スイッチ回路は、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路の前記第１の出力ノード〜第Ｋの出力ノードと前記受信回路との間に設けられ、前記制御回路によりオンオフ制御される第１のスイッチ素子〜第Ｋのスイッチ素子を含んでもよい。
このようにすれば、第１〜第Ｎの送信回路と第１〜第Ｋの出力ノードの間に設けられた第１〜第Ｋのスイッチ素子のオンオフ制御を行うことで、第１〜第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号を、受信回路に供給できるようになる。
また本発明の一態様では、前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードは、各出力ノード群がＬ個の出力ノードから構成される第１の出力ノード群〜第Ｍ（Ｌ、Ｍは、Ｌ＜Ｋ、Ｍ＜Ｋとなる２以上の整数）の出力ノード群にグルーピングされ、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子は、各スイッチ素子群がＬ個のスイッチ素子から構成される第１のスイッチ素子群〜第Ｍのスイッチ素子群にグルーピングされ、前記第１のスイッチ素子群〜前記第Ｍのスイッチ素子群のうちの第ｉ（１≦ｉ≦Ｍ）のスイッチ素子群は、第１の出力ノード群〜第Ｍの出力ノード群のうちの第ｉの出力ノード群と、前記受信回路の第１の入力ノード〜第Ｌの入力ノードとの間に設けられてもよい。
このようにすれば、Ｌ個の第ｉの出力ノード群と第１〜第Ｌの入力ノードとの間に設けられた第ｉのスイッチ素子群のオンオフ制御を行うことで、第１〜第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号を、受信回路に供給できるようになる。
また本発明の一態様では、前記制御回路は、送信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子をオフにするスイッチ制御を行い、受信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子の中から、リニアスキャンの対象となるＬ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択されたＬ個のスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行ってもよい。
このようにすれば、送信期間においては、第１〜第Ｋのスイッチ素子をオフにすることで、送信信号が受信回路に伝達されないようにすることができる。一方、受信期間においては、Ｌ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択してオンにすることで、リニアスキャンにおける受信チャンネルの選択を実現できるようになる。
また本発明の一態様では、前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードと前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子との間に設けられ、送信期間において、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路からの送信信号の前記受信回路への信号伝達を非伝達にするための第１の送受信切替回路〜第Ｋの送受信切替回路を含み、前記制御回路は、受信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子の中から、リニアスキャンの対象となるＬ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択されたＬ個のスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行ってもよい。
このようにすれば、送信期間においては、第１〜第Ｋの送受信切替回路により、送信信号が受信回路に伝達されないようにすることができる。一方、受信期間においては、Ｌ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択してオンにすることで、リニアスキャンにおける受信チャンネルの選択を実現できるようになる。
また本発明の一態様では、選択されたＬ個のスイッチ素子からの受信信号を信号増幅し、信号増幅後の受信信号を前記受信回路の前記第１の入力ノード〜前記第Ｌの入力ノードに出力する第１の増幅回路〜第Ｌの増幅回路を含んでもよい。
このようにすれば、選択されたＬ個のスイッチ素子からの受信信号を第１〜第Ｌの増幅回路により増幅して、受信回路の第１〜第Ｌの入力ノードに供給できる。これにより、寄生容量等を原因とする信号劣化等を低減することが可能になる。
また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、スキャンモード切替回路を含み、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子は、前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードと、第１の接続ノード〜第Ｋの接続ノードとの間に設けられ、前記第１の接続ノード〜前記第Ｋの接続ノードは、各接続ノード群がＬ個の接続ノードから構成される第１の接続ノード群〜第Ｍの接続ノード群にグルーピングされ、前記スキャンモード切替回路は、リニアスキャンモードにおいて、前記第１の接続ノード群の各接続ノードを、第２の接続ノード群〜前記第Ｍの接続ノード群のうちの、前記各接続ノードに対応する接続ノードに対して接続するスイッチ動作を行ってもよい。
このようにすれば、リニアスキャンモードにおいては、第１の接続ノード群の各接続ノードと、第２〜第Ｍの接続ノード群のうちの対応する接続ノードとを、スキャンモード切替回路により接続することで、リニアスキャンにおける受信チャンネルの選択を実現できるようになる。
また本発明の一態様では、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路は、マルチプレクサーを介さずに送信信号を前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルに対して出力してもよい。
このようにすれば、マルチプレクサーのスイッチ素子のオン抵抗等を原因とする送信信号の信号ロスを最小限に抑えることが可能になる。
また本発明の一態様では、前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、基板に形成された複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有してもよい。
このような薄膜圧電方式の超音波トランスデューサー素子では、寄生容量が大きいため、第１〜第Ｋの送信回路と超音波トランスデューサー素子との間の寄生容量が問題となるが、本発明の一態様によればこのような問題を解消できる。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の集積回路装置を含む超音波測定装置に関係する。
また本発明の他の態様では、超音波トランスデューサーデバイスが接続されるフレキシブル基板上に前記集積回路装置が実装されてもよい。
また本発明の他の態様では、受信回路が実装される回路基板を含み、前記フレキシブル基板は、前記超音波トランスデューサーデバイスと前記回路基板に接続されてもよい。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波測定装置を含む超音波プローブに関係する。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の超音波測定装置と、画像を表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
本実施形態の比較例の構成例。 比較例の問題点についての説明図。 本実施形態の集積回路装置、超音波測定装置の構成例。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）はリニアスキャンモード、セクタースキャンモードの説明図。 本実施形態の詳細な第１の構成例。 受信回路の受信部の構成例。 本実施形態の詳細な第２の構成例。 本実施形態の詳細な第３の構成例。 送受信切替回路の構成例。 本実施形態の詳細な第４の構成例。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、各チャンネルに対応して設けられる超音波トランスデューサー素子群の構成例。 本実施形態の超音波測定装置（超音波診断装置）の構成例。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は超音波測定装置の具体的な実装形態の説明図。 図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は超音波測定装置の具体的な機器構成の例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
１．比較例
図１に本実施形態の比較例の超音波測定装置の構成例を示す。この超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス１００、送信回路５００、マルチプレクサー５１０、送受信切替回路５１２、受信回路５２０を有する。
図１の比較例では、送信期間においては、パルサー等により構成される送信回路５００からの送信信号は、マルチプレクサー５１０を介して超音波トランスデューサーデバイス１００に出力される。この場合に、送受信切替回路５１２は、送信回路５００からの送信信号が受信回路５２０に信号伝達されないようにする回路動作を行う。
一方、受信期間においては、超音波トランスデューサーデバイス１００からの受信信号は、マルチプレクサー５１０、送受信切替回路５１２を介して、受信回路５２０に入力される。
図１において、マルチプレクサー５１０は、例えば後述する図４（Ａ）のリニアスキャンモードにおいて、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から、リニアスキャンの対象となるチャンネルを選択する動作を行う。
例えば、まず、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８がリニアスキャンの対象として選択され、送信回路５００からの送信信号（送信パルス）が、マルチプレクサー５１０を介して超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に出力される。そして、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、マルチプレクサー５１０、送受信切替回路５１２を介して、受信回路５２０に入力される。受信回路５２０は、受信信号の信号増幅、ゲイン調整、フィルター処理、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。
次に、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９がリニアスキャンの対象として選択され、送信回路５００からの送信信号がチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９に出力される。そして、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が受信回路５２０に入力される。このようにして、リニアスキャンによるチャンネルの選択が順次行われ、最後はチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４が選択される。
しかしながら、図１の比較例では、マルチプレクサー５１０を構成するスイッチ素子のオン抵抗等が原因となって、超音波トランスデューサーデバイス１００の超音波トランスデューサー素子に印加される送信信号の電圧が低下してしまい、所望の超音波音圧を得られないおそれがあることが判明した。
例えば後述する薄膜圧電方式の超音波トランスデューサー素子は、バルク方式に比べて、素子の容量成分が大きいため、使用する周波数でのインピーダンスが小さい。従って、バルク方式用の送信回路を用いて薄膜圧電方式の超音波トランスデューサー素子を駆動すると、駆動ラインにのってくる抵抗成分の影響を受けやすいという問題がある。このため、所望の超音波音圧を得るためには、その抵抗成分の影響を打ち消すために、駆動電圧を高くする必要がある。図２は、送信系ラインにのる抵抗成分の様子を示す図である。
例えば送信系ラインにおいて、図２のＡ１から見た場合の測定結果（周波数＝３．５ＭＨｚ）は、容量値が例えば２０００ｐＦ程度であるので、３．５ＭＨｚでのインピーダンスが２０Ω程度である。ここでケーブル抵抗は数Ω、マルチプレクサーのスイッチ素子のオン抵抗は１０〜２０Ω、ＦＰＣ（フレキシブル基板）の配線抵抗は数Ωである。このような送信系ラインの抵抗成分により、超音波トランスデューサー素子（ＵＥ）に印加される電圧は、送信回路が出力する送信信号の電圧の１／２以下になってしまう。このように、超音波トランスデューサー素子の印加電圧が低下すると、所望の超音波音圧を得られない結果となる。
そして図２に示すように、このような超音波トランスデューサー素子の印加電圧の低下の主な要因は、マルチプレクサーのオン抵抗（スイッチ素子のオン抵抗）であることが判明した。例えばバルク方式の場合には、送信回路の送信信号の電圧を高くするのは比較的容易であり、超音波トランスデューサー素子の容量成分も、薄膜圧電方式に比べて小さいため、使用する周波数でのインピーダンスが大きい。従って、マルチプレクサーのオン抵抗が、送信回路と超音波トランスデューサー素子の間に介在しても、それほど問題にならなかった。
これに対して、薄膜圧電方式では、超音波トランスデューサー素子の容量成分が大きい。また、送信回路を、ＣＭＯＳの集積回路装置（ＩＣ）に内蔵させた場合には、ＣＭＯＳの高耐圧プロセスの限界から、送信信号の電圧をそれほど高くできないという制約がある。例えば１５Ｖ程度の耐圧のＣＭＯＳの高耐圧プロセスを用いて、送信信号の電圧を１０〜１２Ｖとした場合に、マルチプレクサーのオン抵抗が主な要因となって、超音波トランスデューサー素子の印加電圧は、例えば５〜６Ｖ程度になってしまう。従って、超音波トランスデューサー素子の印加電圧が低くなりすぎて、所望の超音波音圧を得ることができない。この場合、より高い耐圧のＣＭＯＳの高耐圧プロセスを用いる手法も考えられるが、この手法によると、より高耐圧のトランジスターを用いることになるため、当該トランジスターにより構成される送信回路等のレイアウト面積が大きくなり、集積回路装置の回路面積の大規模化を招く。
２．集積回路装置、超音波測定装置の構成
図３に本実施形態の集積回路装置及び超音波測定装置の基本的な構成例を示す。本実施形態の集積回路装置１１０は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４と、スイッチ動作を行うスイッチ回路１２０を含む。また、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４やスイッチ回路１２０を制御する制御回路１３０を含むことができる。また、超音波測定装置は集積回路装置１１０を含む。また、複数の超音波トランスデューサー素子を有する超音波トランスデューサーデバイス１００や、受信回路１５０などを含むことができる。なお本実施形態の集積回路装置、超音波測定装置は図３の構成には限定されず、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。
超音波トランスデューサーデバイス１００は、複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子アレイ）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有する。超音波トランスデューサーデバイス１００の詳細については後述する。なお、超音波トランスデューサーデバイス１００としては後述するような圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えばc-ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプのトランスデューサーを採用してもよい。
送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４（広義には第１〜第Ｋの送信回路。Ｋは２以上の整数）は、超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４（広義には第１〜第Ｋのチャンネル）に対して送信信号を出力する。送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、例えば超音波のパルス信号を送信信号として出力するパルサー等により構成される。また、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４は、超音波の送信信号が入力されたり、受信信号を出力される超音波トランスデューサーデバイス１００の端子や信号線に相当する。
なお、以下ではチャンネル数が６４（Ｋ＝６４）である場合を例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されず、チャンネル数は６４より少なくてもよいし、多くてもよい。また、信号のＡＣカップリングやバイアス点調整のためのキャパシターや抵抗は、図３では集積回路装置１１０の外付け部品として設けられているが、これらのキャパシター及び抵抗の少なくとも一方を集積回路装置１１０に内蔵させてもよい。
スイッチ回路１２０（マルチプレクサー）は、制御回路１３０により制御されてスイッチ動作を行う回路である。本実施形態では、このスイッチ回路１２０が、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４（第１〜第Ｋの送信回路）の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４（広義には第１〜第Ｋの出力ノード）と受信回路１５０との間に設けられる。具体的には、スイッチ回路１２０の一端は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４に電気的に接続される。スイッチ回路１２０の他端は、集積回路装置１１０の外部の受信回路１５０に電気的に接続される。
例えば図１の比較例ではマルチプレクサー５１０が送信回路５００の出力ノードと超音波トランスデューサーデバイス１００との間に設けられていた。これに対して図３の本実施形態では、このようなマルチプレクサーは存在せず、その代わりにスイッチ回路１２０が、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４と受信回路１５０との間に設けられる。そして送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、マルチプレクサーを介さずに送信信号を超音波トランスデューサーデバイス１００のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４に対して出力する。
そして本実施形態ではスイッチ回路１２０は、送信期間においては、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号の受信回路１５０への信号伝達を非伝達にする動作を行う。即ち、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号が受信回路１５０に伝達されるのを阻止（抑制）するための動作を行う。つまりスイッチ回路１２０は、受信期間においては受信信号が受信回路１５０に伝達するようにする一方で、送信期間においては送信信号が受信回路１５０に伝達しないようにする。
またスイッチ回路１２０は、受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から選択されたチャンネル（少なくとも１つのチャンネル）からの受信信号を、受信回路１５０に出力するスイッチ動作（マルチプレクサーの動作）を行う。即ち、複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４から所定のチャンネル数のチャンネル（受信チャンネル）を選択し、選択されたチャンネルからの受信信号を受信回路１５０に出力する。
例えば、超音波測定装置のスキャンモードとしては、図４（Ａ）に示すリニアスキャンモードや、図４（Ｂ）に示すセクタースキャンモードがある。スイッチ回路１２０は、図４（Ａ）のリニアスキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中からリニアスキャンの対象となる複数のチャンネルを順次シフト（例えば順次１チャンネルずつシフト）させて、選択するスイッチ動作を行う。
後述する図５、図７、図８、図１０を例にとれば、スイッチ回路１２０は、図４（Ａ）のリニアスキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から選択されたリニアスキャンの対象となる８個（広義にはＬ個。ＬはＬ＜Ｋとなる２以上の整数）のチャンネルからの受信信号を、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８（広義には第１〜第Ｌの入力ノード）に出力するマルチプレクサーの動作を行う。
一方、スイッチ回路１２０は、図４（Ｂ）のセクタースキャンモードにおける受信期間においては、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ６４（広義には第１〜第Ｋの入力ノード）に出力するスイッチ動作を行う。
具体的には、リニアスキャンモードにおける受信期間では、スイッチ回路１２０は、まず、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４（第１〜第Ｋのチャンネル）のうちのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８（第１〜第Ｌのチャンネル）をリニアスキャン対象のチャンネルとして選択する。これにより、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。次にスイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９（第２〜第Ｌ＋１のチャンネル）をリニアスキャン対象のチャンネルとして選択する。これにより、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。同様にしてスイッチ回路１２０は、次はチャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０（第３〜第Ｌ＋２のチャンネル）、その次はチャンネルＣＨ４〜ＣＨ１１（第４〜第Ｌ＋３のチャンネル）というように、順次１チャンネルずつシフトさせて、選択する。そして、最後にチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４（第Ｋ−Ｌ＋１〜第Ｋのチャンネル）を選択し、これによりチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４からの受信信号が、受信回路１５０に出力される。
一方、セクタースキャンモードにおける受信期間では、スイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ６４（図１０参照）に出力する。即ち、送信信号が入力された全てのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、そのまま受信回路１５０に出力する。なお、超音波トランスデューサーデバイス１００の全チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４を送受信に用いなくてもよい。例えば送信にはチャンネルＣＨ９からチャンネルＣＨ５６までの４８チャンネルを用いて、受信にはチャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ６４までの全チャンネルを用いるなどの手法も考えられる。これは送受信で開口幅を変化させる手法であり、このような手法にも本発明は対応可能である。
制御回路１３０は、集積回路装置１１０の各種の制御を行う。例えば送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４を制御して、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の送信信号の送信タイミング等を制御する。また制御回路１３０は、スイッチ回路１２０のスイッチ制御を行い、スイッチ回路１２０が有するスイッチ素子のオンオフを制御する。制御回路１３０は、例えばゲートアレイ等の論理回路又はＣＰＵ等のプロセッサーにより実現できる。
受信回路１５０は、超音波トランスデューサーデバイス１００から集積回路装置１１０（スイッチ回路１２０）を介して入力される受信信号（超音波エコー信号）の受信処理を行う。具体的には、受信回路１５０は、受信信号の信号増幅、ゲイン調整、フィルター処理、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。受信回路１５０は、例えばＬＮＡ（低雑音増幅器）、ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）、フィルター部、Ａ／Ｄ変換器などにより構成できる。なお図３では、受信回路１５０が集積回路装置１１０の外部に設けられているが、受信回路１５０の少なくとも一部の回路を集積回路装置１１０の内部に設けてもよい。
次に本実施形態の動作について詳細に説明する。
まず、リニアスキャンモードの送信期間において、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４のうちのＴＸ１〜ＴＸ８が、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４のうちのリニアスキャン対象のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に対して送信信号を出力する。具体的には、超音波フォーカシングのための信号遅延処理が送信信号に対して行われ、信号遅延処理が施された送信信号が、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に出力される。この際に、スイッチ回路１２０は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８からの送信信号が受信回路１５０に伝達されないように動作する。
そして、受信期間では、スイッチ回路１２０は、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８を選択するスイッチ動作を行う。これにより、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、スイッチ回路１２０を介して受信回路１５０（入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８）に出力される。
次の送信期間において、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４のうちのＴＸ２〜ＴＸ９が、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９に対して送信信号を出力する。この際に、スイッチ回路１２０は、送信回路ＴＸ２〜ＴＸ９からの送信信号が受信回路１５０に伝達されないように動作する。
そして、受信期間では、スイッチ回路１２０は、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９を選択するスイッチ動作を行う。これにより、チャンネルＣＨ２〜ＣＨ９からの受信信号が、スイッチ回路１２０を介して受信回路１５０に出力される。
次の送信期間において、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ３〜ＴＸ１０が、チャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０に対して送信信号を出力する。この際に、スイッチ回路１２０は、送信回路ＴＸ３〜ＴＸ１０からの送信信号が受信回路１５０に伝達されないように動作する。
そして、受信期間では、スイッチ回路１２０は、リニアスキャン対象のチャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０を選択するスイッチ動作を行う。これにより、チャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０からの受信信号が、スイッチ回路１２０を介して受信回路１５０に出力される。
以上のようなリニアスキャンによる送信、受信が順次行われ、最後の送信期間において、送信回路ＴＸ５７〜ＴＸ６４が、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４に対して送信信号を出力する。そして、受信期間では、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４が選択されて、チャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４からの受信信号が受信回路１５０に出力される。
一方、セクタースキャンモードにおける送信期間では、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４がチャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４に対して送信信号を出力する。そして受信期間では、スイッチ回路１２０は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号を、受信回路１５０（入力ノードＮＩ１〜ＮＩ６４）に対してそのまま出力する。
以上の本実施形態によれば、送信回路は、マルチプレクサーのスイッチ素子（アナログスイッチ）を介さずに、直接に送信信号を超音波トランスデューサーデバイスに出力して超音波トランスデューサー素子を駆動できる。従って、スイッチ素子のオン抵抗を原因とする送信信号のロスを防止することができ、所望の超音波音圧（送信パワー）を容易に得ることが可能になる。
即ち、送信回路の出力と超音波トランスデューサーデバイスとの間にマルチプレクサーが介在すると、図２で説明したように、マルチプレクサーのスイッチ素子のオン抵抗等が原因となって、超音波トランスデューサー素子の印加電圧が低下してしまい、所望の超音波音圧を得ることができなくなる。
この点、本実施形態では図３に示すように、送信回路からの送信信号はマルチプレクサーを介さずに、直接に超音波トランスデューサーデバイスに出力される。従って、送信ロスが抑えられ、送信信号の電圧の低下を最小限に抑えることができるため、所望の超音波音圧を容易に得ることが可能になる。また、送信ロスが抑えられることから、集積回路装置の製造プロセスとして、例えば１５Ｖ程度というように、それほど耐圧が高くないＣＭＯＳの高耐圧プロセスを採用することが可能になる。例えば、１５Ｖの高耐圧プロセスで送信回路を形成し、送信回路が例えば１２Ｖ程度の電圧振幅の送信信号を出力したとしても、送信ロスが最小限に抑えられることにより、超音波トランスデューサー素子に対して例えば１０Ｖ程度の印加電圧を印加して、所望の超音波音圧を得られるようになる。従って、例えば２０Ｖ以上の高耐圧プロセスを使用する場合に比べて、集積回路装置のレイアウト面積を小さくすることが可能になり、例えばポータブルの超音波測定装置等に好適な集積回路装置を提供できるようになる。また、回路のレイアウト面積が小さくなることで、１つの集積回路装置（ＩＣ）に集積させることができる送信チャンネル数を増やすことが可能になり、送信系回路の全体のコンパクト化を図れる。
そして本実施形態では、このように送信ロスの低減や集積回路装置のコンパクト化を図りながら、スイッチ回路のスイッチ動作（マルチプレクサーの動作）により、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すリニアスキャンモードやセクタースキャンモードについても実現することが可能になる。そして、このスイッチ回路は、送信回路の出力ノードと超音波トランスデューサーデバイスとの間ではなく、送信回路の出力ノードと受信回路との間に設けられる。従って、スイッチ回路のスイッチ素子のオン抵抗が、送信経路に乗ることないため、図１の比較例のような送信ロスが生じるのを効果的に抑制できる。
３．第１の構成例
図５に本実施形態の詳細な第１の構成例を示す。図５では、スイッチ回路１２０の詳細な構成例が示されている。
図５に示すように、スイッチ回路１２０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４（広義には第１〜第Ｋのスイッチ素子）を含む。これらのスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４（第１〜第Ｋの送信回路）の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４（第１〜第Ｋの出力ノード）と受信回路１５０との間に設けられ、制御回路１３０によりオンオフ制御される。スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４は、例えばトランスファーゲート等のアナログスイッチにより実現できる。
具体的には、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８の一端は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ８に電気的に接続され、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８の他端は、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に電気的に接続される。入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８は、受信回路１５０が有する受信部ＲＸ１〜ＲＸ８への受信信号の入力ノードである。
またスイッチ素子ＳＡ９〜ＳＡ１６の一端は、送信回路ＴＸ９〜ＴＸ１６の出力ノードＮＱ９〜ＮＱ１６に電気的に接続され、スイッチ素子ＳＡ９〜ＳＡ１６の他端は、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に電気的に接続される。同様に、スイッチ素子ＳＡ１７〜ＳＡ２４の一端は、送信回路ＴＸ１７〜ＴＸ２４の出力ノードＮＱ１７〜ＮＱ２４に電気的に接続され、スイッチ素子ＳＡ１７〜ＳＡ２４の他端は、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に電気的に接続される。他のスイッチ素子ＳＡ２５〜ＳＡ６４の接続関係も同様である。
例えば図５においては、出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４（第１〜第Ｋの出力ノード）は、各出力ノード群が８個（Ｌ個）の出力ノードから構成される出力ノード群ＮＧ１〜ＮＧ８（広義には第１〜第Ｍの出力ノード群。Ｌ、Ｍは、Ｌ＜Ｋ、Ｍ＜Ｋとなる２以上の整数。Ｋ＝Ｌ×Ｍ）にグルーピングすることができる。例えば、出力ノードＮＱ１〜ＮＱ８は出力ノード群ＮＧ１に属し、出力ノードＮＱ９〜ＮＱ１６は出力ノード群ＮＧ２に属し、出力ノードＮＱ１７〜ＮＱ２４は出力ノード群ＮＧ３に属する。他の出力ノードＮＱ２５〜ＮＱ６４も同様である。
また、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４（第１〜第Ｋのスイッチ素子）も、各スイッチ素子群が８個（Ｌ個）のスイッチ素子から構成されるスイッチ素子群ＳＧ１〜ＳＧ８（広義には第１〜第Ｍのスイッチ素子群）にグルーピングできる。例えばスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８はスイッチ素子群ＳＧ１に属し、スイッチ素子ＳＡ９〜ＳＡ１６はスイッチ素子群ＳＧ２に属し、スイッチ素子ＳＡ１７〜ＳＡ２４はスイッチ素子群ＳＧ３に属する。他のスイッチ素子ＳＡ２５〜ＳＡ６４も同様である。
この場合に、スイッチ素子群ＳＧ１〜ＳＧ８のうちのスイッチ素子群ＳＧ１（広義には第ｉのスイッチ素子群。１≦ｉ≦Ｍ）は、出力ノード群ＮＧ１〜ＮＧ８のうちの出力ノード群ＮＧ１（広義には第ｉの出力ノード群）と、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８（第１〜第Ｌの入力ノード）との間に設けられる。例えば、スイッチ素子群ＳＧ１の一端は出力ノード群ＮＧ１に電気的に接続され、他端は受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に電気的に接続され、スイッチ素子群ＳＧ１は出力ノード群ＮＧ１と入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８との間の接続のオンオフを行う。
また、スイッチ素子群ＳＧ２（第ｉのスイッチ素子群）は、出力ノード群ＮＧ２（第ｉの出力ノード群）と、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８との間に設けられる。例えば、スイッチ素子群ＳＧ２の一端は出力ノード群ＮＧ２に電気的に接続され、他端は受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に電気的に接続され、スイッチ素子群ＳＧ２は出力ノード群ＮＧ２と入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８との間の接続のオンオフを行う。他のスイッチ素子群ＳＧ３〜ＳＧ８の接続構成も同様である。
そして制御回路１３０は、送信期間においては、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４をオフにするスイッチ制御を行う。これにより、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号が、受信回路１５０に伝達されるのが防止される。
一方、制御回路１３０は、リニアスキャンモードの受信期間においては、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の中から、リニアスキャンの対象となる８個（Ｌ個）のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択された８個（Ｌ個）のスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行う。
具体的には、まず、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８が送信信号をチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８に出力する。この際に、制御回路１３０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４をオフにする。なお、受信回路１５０に使用されないチャンネルを接続すると、ノイズ等が乗って好ましくないため、ここでは、送信信号を出力していない送信回路ＴＸ９〜ＴＸ６４に接続されるスイッチ素子ＳＡ９〜ＳＡ６４についてもオフにしている。但し、送信信号を出力する送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８に接続されるスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８だけをオフにすることも可能である。そして制御回路１３０は、その後の受信期間において、８個（Ｌ個）のスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８をオンにする。これによりチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８を介して受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に入力される。そして受信回路１５０の受信部ＲＸ１〜ＲＸ８は、入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に入力された受信信号に対して、信号増幅、ゲイン調整、フィルター処理、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。
次に、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ２〜ＴＸ９が送信信号をチャンネルＣＨ２〜ＣＨ９に出力する。この際に、制御回路１３０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４（ＳＡ２〜ＳＡ９）をオフにする。そして制御回路１３０は、その後の受信期間において、８個のスイッチ素子ＳＡ２〜ＳＡ９をオンにする。これによりチャンネルＣＨ２〜ＣＨ８からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ２〜ＳＡ８を介して入力ノードＮＩ２〜ＮＩ８に入力され、チャンネルＣＨ９からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ９を介して入力ノードＮＩ１に入力される。そして受信部ＲＸ２〜ＲＸ８は、入力ノードＮＩ２〜ＮＩ８に入力されたチャンネルＣＨ２〜ＣＨ８の受信信号の受信処理を行い、受信部ＲＸ１は、入力ノードＮＩ１に入力されたチャンネルＣＨ９の受信信号の受信処理を行う。
次に、制御回路１３０の制御により、送信回路ＴＸ３〜ＴＸ１０が送信信号をチャンネルＣＨ３〜ＣＨ１０に出力する。この際に、制御回路１３０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４（ＳＡ３〜ＳＡ１０）をオフにする。制御回路１３０は、その後の受信期間において、８個のスイッチ素子ＳＡ３〜ＳＡ１０をオンにする。これによりチャンネルＣＨ３〜ＣＨ８からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ３〜ＳＡ８を介して入力ノードＮＩ３〜ＮＩ８に入力され、チャンネルＣＨ９、ＣＨ１０からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ９、ＳＡ１０を介して入力ノードＮＩ１、ＮＩ２に入力される。そして受信部ＲＸ３〜ＲＸ８は、入力ノードＮＩ３〜ＮＩ８に入力されたチャンネルＣＨ３〜ＣＨ８の受信信号の受信処理を行い、受信部ＲＸ１、ＲＸ２は、入力ノードＮＩ１、ＮＩ２に入力されたチャンネルＣＨ９、ＣＨ１０の受信信号の受信処理を行う。
以上のように制御回路１３０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の中から、順次シフトさせて、８個のスイッチ素子を選択してオンにして行く。そして、制御回路１３０は、スキャン動作の最後の受信期間において、スイッチ素子ＳＡ５７〜ＳＡ６４をオンにする。これによりチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４からの受信信号が、スイッチ素子ＳＡ５７〜ＳＡ６４を介して入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に入力される。そして受信部ＲＸ１〜ＲＸ８は、入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に入力されたチャンネルＣＨ５７〜ＣＨ６４の受信信号の受信処理を行う。
なお、図６に受信回路１５０の受信部ＲＸ（ＲＸ１〜ＲＸ８）の構成例を示す。図６に示すように、受信部ＲＸは、ＬＮＡ（低雑音増幅器）、ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）、ＬＰＦ（フィルター部）、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）を含む。ＬＮＡは受信信号の信号増幅を行い、ＰＧＡ（ＶＣＡ）は、信号増幅後の信号のゲイン調整（電圧調整）を行う。ＬＰＦは、フィルター処理（ローパスフィルター）を行い、ＡＤＣは、フィルター処理後の信号のＡ／Ｄ変換を行う。
以上に説明した図５の第１の構成例によれば、スキャンモード時のスイッチ動作をスイッチ回路１２０のスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４により実現できる。また、この第１の構成例では、送信信号が受信回路１５０に入力されるのを阻止する送受信切替機能を、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４のスイッチ動作により兼用して実現できる。従って、回路の小規模化や簡素化等を図れるようになる。
４．第２の構成例
図７に本実施形態の詳細な第２の構成例を示す。図７の第２の構成例では、図５の第１の構成例に対して、増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８の構成要素が追加されている。
ここで、増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８（広義には第１〜第Ｌの増幅回路）は、例えば低雑音で信号増幅を行うオペアンプ等により実現される。そして増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８は、リニアスキャンモードにおいて選択された８個（Ｌ個）のスイッチ素子からの受信信号を信号増幅する。そして、信号増幅後の受信信号を受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８（第１〜第Ｌの入力ノード）に出力する。
例えば、リニアスキャンモードでスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８が選択されてオンになった場合には、増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ８からのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８の受信信号を信号増幅する。次に、スイッチ素子ＳＡ２〜ＳＡ９が選択されてオンになった場合には、増幅回路ＬＮＡ２〜ＬＮＡ８が、スイッチ素子ＳＡ２〜ＳＡ８からのチャンネルＣＨ２〜ＣＨ８の受信信号を信号増幅し、増幅回路ＬＮＡ１が、スイッチ素子ＳＡ９からのチャンネルＣＨ９の受信信号を信号増幅する。次に、スイッチ素子ＳＡ３〜ＳＡ１０が選択されてオンになった場合には、増幅回路ＬＮＡ３〜ＬＮＡ８が、スイッチ素子ＳＡ３〜ＳＡ８からのチャンネルＣＨ３〜ＣＨ８の受信信号を信号増幅し、増幅回路ＬＮＡ１、ＬＮＡ２が、スイッチ素子ＳＡ９、ＳＡ１０からのチャンネルＣＨ９、ＣＨ１０の受信信号を信号増幅する。
例えば、集積回路装置１１０の受信回路１５０への出力端子に対して大きな寄生容量が存在すると、図５の第１の構成例では、受信信号の振幅が低下するなどの信号劣化が生じるおそれがある。例えば、後述する図１５（Ｂ）では、受信回路１５０は、ケーブル２４０を介して超音波プローブ２００に接続される本体装置２５０内に設けられる。従って、ケーブル２４０（同軸ケーブル等）の寄生容量等が原因となって、信号劣化が生じてしまう。
この点、図７の第２の構成例では、信号の駆動能力を有する増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８が設けられ、これらの増幅回路ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８により受信信号が増幅される。従って、集積回路装置１１０の受信回路１５０への出力端子に対して大きな寄生容量等が存在する場合にも、受信信号の振幅の低下等の信号劣化を最小限に抑えることが可能になる。
５．第３の構成例
図８に本実施形態の詳細な第３の構成例を示す。図８の第３の構成例では、図５の第１の構成例に対して、送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４の構成要素が追加されている。
図８ではスイッチ回路１２０は、送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４（広義には第１〜第Ｋの送受信切替回路）を有する。送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４は、出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４（第１〜第Ｋの出力ノード）とスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４（第１〜第Ｋのスイッチ素子）との間に設けられる。例えば、送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４の一端は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４に電気的に接続され、送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４の他端は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の一端に電気的に接続される。
そして送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４は、送信期間において、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号の受信回路１５０への信号伝達を非伝達にする。即ち、送信期間において送信信号が受信回路１５０に伝達されないようにする回路動作を行う。図５の第１の構成例では、送信期間においてスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４がオフになることで、送信信号が受信回路１５０に入力されるのを阻止する送受信切替機能を実現していた。これに対して図８の第３の構成例では、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ４の前段側に設けられた送受信切替回路ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４により、上述の送受信切替機能を実現する。そして、この第３の構成例においても、受信期間では、制御回路１３０は、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の中から、リニアスキャンの対象となる８個（Ｌ個）のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択されたスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行う。このようにすることで、スイッチ回路１２０の送受信切替機能とリニアスキャン機能とを実現できるようになる。
図９に送受信切替回路ＴＲＳＷ（ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４）の構成例を示す。この送受信切替回路ＴＲＳＷは、抵抗ＲＢ１、ＲＢ２と、ダイオードＤＩ１〜ＤＩ６を有する。
抵抗ＲＢ１は、高電位側電源ＶＰとノードＮＢ１との間に設けられ、抵抗ＲＢ２は、ノードＮＢ２と低電位側電源ＶＮとの間に設けられる。
ダイオードＤＩ１は、ノードＮＢ１と、送信回路ＴＸの出力ノードＮＱ（ＮＱ１〜ＮＱ６４）との間に設けられ、ノードＮＢ１からＮＱへと向かう方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩ２は、ノードＮＢ１と、スイッチ素子ＳＡ（ＳＡ１〜ＳＡ６４）の一端が接続されるノードＮＢ３との間に設けられ、ノードＮＢ１からＮＢ３へと向かう方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩ３は、出力ノードＮＱとノードＮＢ２との間に設けられ、ノードＮＱからＮＢ２へと向かう方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩ４は、ノードＮＢ３とノードＮＢ２との間に設けられ、ノードＮＢ３からＮＢ２へと向かう方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩ５、ＤＩ６は、ノードＮＢ３とＧＮＤとの間に設けられるダイオードである。
図９の送受信切替回路ＴＲＳＷでは、送信回路ＴＸが、高い振幅電圧の送信信号（パルス信号）を出力した場合に、この送信信号の電圧のクランプ処理等を行って、送信信号が受信回路１５０に伝達するのを阻止（抑制）する回路動作を行う。なお、送受信切替回路ＴＲＳＷは図９の回路構成には限定されず、送受信切替回路ＴＲＳＷを、トランスファーゲート等のアナログのスイッチ素子などにより実現してもよい。
６．第４の構成例
図１０に本実施形態の詳細な第４の構成例を示す。図１０の第４の構成例は、リニアスキャンモードとセクタースキャンモードの両方を実現するスイッチ回路１２０の例を示すものである。図１０の第４の構成例では、スキャンモードの切替回路１２２の構成要素が追加されている。
図１０ではスイッチ回路１２０は、スキャンモード切替回路１２２を含む。またスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４は、送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４の出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４と接続ノードＮＣ１〜ＮＣ６４（広義には第１〜第Ｋの接続ノード）との間に設けられる。
ここで、接続ノードＮＣ１〜ＮＣ６４は、各接続ノード群が８個（Ｌ個）の接続ノードから構成される接続ノード群ＮＨ１〜ＮＨ８（広義には第１〜第Ｍの接続ノード群）にグルーピングできる。例えば接続ノードＮＣ１〜ＮＣ８は接続ノード群ＮＨ１に属し、接続ノードＮＣ９〜ＮＣ１６は接続ノード群ＮＨ２に属し、接続ノードＮＣ１７〜ＮＣ２４は接続ノード群ＮＨ３に属する。他の接続ノードＮＣ２５〜ＮＣ６４も同様である。
そしてスキャンモード切替回路１２２は、リニアスキャンモードにおいて、接続ノード群ＮＨ１の各接続ノード（ＮＣ１〜ＮＣ８）を、接続ノード群ＮＨ２〜ＮＨ８のうちの、各接続ノード（ＮＣ１〜ＮＣ８）に対応する接続ノード（ＮＣ９〜ＮＣ１６、ＮＣ１７〜ＮＣ２４、ＮＣ２５〜ＮＣ３２・・・・ＮＣ５７〜ＮＣ６４）に対して接続するスイッチ動作を行う。
具体的には、スキャンモード切替回路１２２は、接続ノード群ＮＨ１の接続ノードＮＣ１を、接続ノード群ＮＨ２〜ＮＨ８の接続ノードＮＣ９、ＮＣ１７、ＮＣ２５・・・・ＮＣ５７に接続するスイッチ動作を行う。このスイッチ動作は、スキャンモード切替回路１２２が有するスイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・・・Ｓ１８により実現される。例えばスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１８がオンになることで、接続ノードＮＣ１が接続ノードＮＣ９、ＮＣ１７、ＮＣ２５・・・・ＮＣ５７に接続されるようになる。
またスキャンモード切替回路１２２は、接続ノード群ＮＨ１の接続ノードＮＣ２を、接続ノード群ＮＨ２〜ＮＨ８の接続ノードＮＣ１０、ＮＣ１８、ＮＣ２６・・・・ＮＣ５８に接続するスイッチ動作を行う。このスイッチ動作は、スキャンモード切替回路１２２が有するスイッチ素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・・・Ｓ２８により実現される。例えばスイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２８がオンになることで、接続ノードＮＣ２が接続ノードＮＣ１０、ＮＣ１８、ＮＣ２６・・・・ＮＣ５８に接続されるようになる。
またスキャンモード切替回路１２２は、接続ノード群ＮＨ１の接続ノードＮＣ３を、接続ノード群ＮＨ２〜ＮＨ８の接続ノードＮＣ１１、ＮＣ１９、ＮＣ２７・・・・ＮＣ５９に接続するスイッチ動作を行う。このスイッチ動作は、スキャンモード切替回路１２２が有するスイッチ素子Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３・・・・Ｓ３８により実現される。例えばスイッチ素子Ｓ３１〜Ｓ３８がオンになると、接続ノードＮＣ３が接続ノードＮＣ１１、ＮＣ１９、ＮＣ２７・・・・ＮＣ５９に接続されるようになる。接続ノード群ＮＨ１の接続ノードＮＣ４〜ＮＣ８と、接続ノード群ＮＨ２〜ＮＨ８の他の接続ノードとの接続も同様である。
図１０の第４の構成例では、スキャンモード切替回路１２２のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ８８（Ｓ１１〜Ｓ１８、Ｓ２１〜Ｓ２８・・・・Ｓ８１〜Ｓ８８）がオンになることで、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４と受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８との間の接続構成が、図５と同様の接続構成になる。即ち、図５の回路と等価な接続構成になる。従って、リニアスキャンモードにおいては、スキャンモード切替回路１２２のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ８８がオンになることで、図５で説明した動作と同様の動作で、リニアスキャンモードでのチャンネル選択を実現できる。そして、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４の中から選択されたリニアスキャンの対象となる８個（Ｌ個）のチャンネルからの受信信号を、受信回路１５０の入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８に入力できるようになる。
一方、セクタースキャンモードにおいては、スキャンモード切替回路１２２のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ８８はオフになる。そして、送信期間においては、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４がオフになることで、受信回路１５０への送信信号の伝達が阻止され、送受信切替機能が実現される。また、受信期間においては、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４が全てオンになる。これにより、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号は、スイッチ回路１２０のスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４を介して、そのまま受信回路１５０の受信部ＲＸ１〜ＲＸ６４に入力される。そして、受信部ＲＸ１〜ＲＸ６４が、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号の受信処理を行うことになる。
即ち、図１０の第４の構成例では、セクタースキャンモードを実現するために、６４チャンネル分の受信部ＲＸ１〜ＲＸ６４が設けられる。そして、リニアスキャンモードでは、図５の第１の構成例と同様に、これらの受信部ＲＸ１〜ＲＸ６４のうちの受信部ＲＸ１〜ＲＸ８が、リニアスキャンで選択されたチャンネルからの受信信号の受信処理を行う。一方、セクタースキャンモードでは、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４が全てオンになることで、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４からの受信信号が受信部ＲＸ１〜ＲＸ６４に入力されて、これらの受信信号の受信処理が行われることになる。
以上のように図１０の第４の構成例によれば、図５の第１の構成例等で実現されるリニアスキャンモードに加えて、セクタースキャンモードも実現できるようになるため、汎用性の高い超音波測定装置を実現することが可能になる。
なお、本実施形態の構成は、以上に説明した第１〜第４の構成例には限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば第１〜第４の構成例を組み合わせた変形実施も可能である。例えば図４の第４の構成例において、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の後段に、受信信号を増幅するための増幅回路（ＬＮＡ）を設けたり、スイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ６４の前段に、送受信切替回路を設けるなどの変形実施も可能である。
７．超音波トランスデューサー素子
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス１００の超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。
図１１（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。
第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、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。
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。
振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
開口（空洞領域）４０は、基板６０にアレイ状に配置される。開口４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０の開口部４５のサイズによって超音波の共鳴周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図１１（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
圧電体層３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体層３０の一方の面は第１電極層２１を介して振動膜５０に接合されているが、他方の面には第２電極層２２が形成されるものの、第２電極層２２上には他の層が形成されていない。そのため圧電体層３０の振動膜５０側が伸縮しにくく、第２電極層２２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体層３０に電圧を印加すると、開口４０側に凸となる撓みが生じ、振動膜５０を撓ませる。圧電体層３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。
この圧電体層３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。即ち、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧で駆動することができ、駆動ＩＣを低耐圧の半導体プロセスで製造することが可能となる。これにより、超音波測定装置のコンパクト化や多チャンネル化を図ることが可能となる。
また超音波トランスデューサー素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜５０が振動し、この振動によって圧電体層３０に応力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。
８．超音波トランスデューサーデバイス
図１２に、超音波トランスデューサーデバイス１００（素子チップ）の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス１００は、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図１２に示す本数には限定されない。
複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波トランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。
図１３（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図１３（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。
そして図１３（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイスの１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また駆動電極線ＤＬからの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図１３（Ａ）のような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図１３（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。
図１２に示すように、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。
超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図１２に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。
コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。
そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。
なお、超音波トランスデューサー素子の配置は、図１２に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。
また図１１（Ａ）〜図１３（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。
９．超音波測定装置
図１４は、本実施形態の超音波測定装置（超音波診断装置）の全体的な構成を示すブロック図である。図１４の超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス１００と集積回路装置１１０を含む。また処理装置１４０を含むことができる。例えば超音波測定装置が超音波診断装置として用いられる場合には、超音波診断装置は表示部１９０を含むことができる。なお、本実施形態の超音波測定装置は図１４の構成には限定されず、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。
集積回路装置１１０は、前述した送信回路１１２（ＴＸ１〜ＴＸ６４）、スイッチ回路１２０、制御回路１３０を含む。集積回路装置１１０は、例えばＣＭＯＳのプロセスで形成される半導体ＩＣ（半導体チップ）である。
処理装置１４０は、超音波測定装置の各種の制御処理や、超音波の送受信制御などを行う。この処理装置１４０は、受信回路１５０、送受信制御部１６０、画像処理部１７０、表示制御部１８０を含む。
受信回路１５０は、受信処理を行うものであり、図６で説明した複数の受信部ＲＸを有する。受信部ＲＸは各チャンネルごとに設けられたアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ）である。送受信制御部１６０は超音波の送受信のための各種の制御を行う。例えば送信ビームフォーマーの制御処理や受信ビームフォーマーの制御処理などを行う。画像処理部１７０は、超音波の受信信号（Ａモード波形データ）に基づいて、Ｂモード画像などの画像を生成したり、生成された画像に対する各種の画像処理を行う。表示制御部１８０は、超音波の受信信号により生成された画像等を表示部１９０に表示するための制御を行う。
本実施形態の超音波プローブは超音波測定装置を含む。この場合に超音波プローブは、図１４の超音波トランスデューサーデバイス１００と集積回路装置１１０だけを含んでもよいし、これに加えて処理装置１４０や表示部１９０を含んでもよい。
図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、超音波測定装置の具体的な実装形態の例を説明する図である。図１５（Ａ）では、超音波トランスデューサーデバイス１００に対して、フレキシブル基板２１０、２１２が接続されている。フレキシブル基板２１０には、本実施形態の集積回路装置１１０が実装されている。超音波トランスデューサーデバイス１００は、その長辺に沿って配置される複数の端子（チャンネル端子）を有し、集積回路装置１１０も、その長辺に沿って配置される複数の端子（チャンネル端子）を有する。そして超音波トランスデューサーデバイス１００の複数の端子と、集積回路装置１１０の複数の端子は、フレキシブル基板２１０上に形成された複数の信号線により接続される。これらの複数の信号線は第１の方向ＤＲ１に沿って配線される。集積回路装置１１０は、第１の方向ＤＲ１に直交（交差）する第２の方向ＤＲ２に、その長辺方向が沿うようにフレキシブル基板２１０に実装される。
なお集積回路装置１１０の複数の端子は例えばバンプ端子である。また集積回路装置１１０のフレキシブル基板２１０への実装は、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等を用いたフリップチップ実装（ベアチップ実装）により実現できる。また図１５（Ａ）では、集積回路装置１１０が、フレキシブル基板２１０にだけ実装されているが、フレキシブル基板２１０、２１２の両方に集積回路装置を実装してもよい。例えばフレキシブル基板２１０に第１の集積回路装置を実装し、フレキシブル基板２１２に第２の集積回路装置を実装する。
この場合には、超音波トランスデューサーデバイス１００には、フレキシブル基板２１０に実装された第１の集積回路装置の端子群に信号線を介して電気的に接続される第１の端子群が設けられる。また、フレキシブル基板２１２に実装された第２の集積回路装置の端子群に信号線を介して接続される第２の端子群が設けられる。そして第１の集積回路装置からの送信信号は、超音波トランスデューサーデバイス１００の第１の端子群に入力され、受信信号は第１の端子群から第１の集積回路装置に出力される。また第２の集積回路装置からの送信信号は、超音波トランスデューサーデバイス１００の第２の端子群に入力され、受信信号は第２の端子群から第２の集積回路装置に出力される。
図１５（Ｂ）は、本実施形態の超音波プローブ２００の構成例を示す断面図である。図１５（Ｂ）では、図１５（Ａ）のように超音波トランスデューサーデバイス１００に対してフレキシブル基板２１０、２１２が接続され、フレキシブル基板２１０には集積回路装置１１０が実装されている。超音波トランスデューサーデバイス１００の表面側には、音響整合層（音響レンズ）１０２が設けられる。超音波トランスデューサーデバイス１００の裏面側には、バックプレート１０４が設けられる。超音波トランスデューサーデバイス１００（及びバックプレート）は、回路基板２２０、２２２に取り付けられた支持部材１０６により支持される。
回路基板２２０、２２２は例えばリジッド基板（プリント基板）である。回路基板２２０と回路基板２２２とは、コネクタ２２４を介して信号線が接続される。そしてフレキシブル基板２１０は、超音波トランスデューサーデバイス１００と回路基板２２０に接続される。またフレキシブル基板２１２は、超音波トランスデューサーデバイス１００と回路基板２２２に接続される。
回路基板２２０、２２２には、例えば図１４の処理装置１４０の一部又は全部を実現するＩＣ（集積回路装置）等が実装される。例えば回路基板２２０には、少なくとも受信回路１５０を実現するＩＣ等が実装される。また回路基板２２０、２２２には、送受信制御部１６０、画像処理部１７０、表示制御部１８０を実現するＩＣ等が実装される。
このように図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）では、送信回路１１２やスイッチ回路１２０を有する集積回路装置１１０が、フレキシブル基板２１０に実装されるため、送信信号の送信ロス等を最小限に抑えることが可能になる。一方、アナログ回路により構成される受信回路１５０については、リジッド基板である回路基板２２０に実装することで、アナログ回路の性能維持や安定したアナログ回路の動作を実現できるようになる。
図１５（Ｃ）では、フレキシブル基板２１０、２１２に対して集積回路装置１１０は実装されておらず、図１５（Ｄ）に示すように集積回路装置１１０は回路基板２２０に実装されている。そして超音波プローブ２００（回路基板２２０、２２２）は、ケーブル２４０（同軸ケーブル）を介して、超音波測定装置（超音波診断装置）の本体装置２５０に接続される。即ち、図１５（Ｂ）は、プローブ・本体一体型の例であり、図１５（Ｄ）は、プローブ・本体別体型の例である。図１５（Ｂ）の一体型では、コンパクトな機器構成が可能になるという利点がある。図１５（Ｄ）の別体型では、負荷の重い処理であっても、本体装置２５０で処理できるという利点がある。なお図１５（Ｂ）、図１５（Ｄ）において、回路基板２２０、２２２の２枚構成としているが、回路基板を１枚で構成してもよいし、３枚以上で構成してもよい。
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、本実施形態の超音測定装置（広義には電子機器）の具体的な機器構成の例である。図１６（Ａ）はハンディタイプの超音波測定装置４００の例であり、図１６（Ｂ）は据置タイプの超音測定装置４００の例である。図１６（Ｃ）は超音波プローブ３００が本体に内蔵された一体型の超音波測定装置４００の例である。
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）の超音波測定装置４００は、超音波プローブ３００と本体装置４０１を含み、超音波プローブ３００と本体装置４０１はケーブル３１２により接続される。超音波プローブ３００の先端部分には、プローブヘッド３２０が設けられており、本体装置４０１には、画像を表示する表示部４４０が設けられている。図１６（Ｃ）では、表示部４４０を有する超音波測定装置４００に超音波プローブ３００が内蔵されている。図１６（Ｃ）の場合、超音波測定装置４００は、例えばスマートフォンなどの汎用の携帯情報端末により実現できる。
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（第１〜第Ｋの送信回路、第１〜第Ｋの出力ノード、第１〜第Ｋのチャンネル、第１〜第Ｌの入力ノード等）と共に記載された用語（送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、出力ノードＮＱ１〜ＮＱ６４、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６４、入力ノードＮＩ１〜ＮＩ８等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また集積回路装置、超音波測定装置、超音波プローブ、超音波トランスデューサーデバイス、超音波トランスデューサー素子等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
ＴＸ１〜ＴＸ６４ 送信回路、ＮＱ１〜ＮＱ６４ 出力ノード、
ＣＨ１〜ＣＨ６４ チャンネル、ＮＩ１〜ＮＩ６４ 入力ノード、
ＲＸ１〜ＲＸ６４ 受信部、ＬＮＡ１〜ＬＮＡ８ 増幅回路、
ＴＲＳＷ１〜ＴＲＳＷ６４ 送受信切替回路、
ＳＡ１〜ＳＡ６４ スイッチ素子（スイッチ回路）、
Ｓ１１〜Ｓ８１ スイッチ素子（スキャンモード切替回路）、
ＳＧ１〜ＳＧ８ スイッチ素子群、ＮＧ１〜ＮＧ８ 出力ノード群、
ＮＨ１〜ＮＨ８ 接続ノード群、ＮＣ１〜ＮＣ６４ 接続ノード、
ＤＬ１〜ＤＬ６４ 駆動電極線、ＣＬ１〜ＣＬ８ コモン電極線、
ＶＴ１〜ＶＴ６４ 送信信号、ＶＲ１〜ＶＲ６４ 受信信号、ＶＣＯＭ コモン電圧、
１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層、２２ 第２電極層、
３０ 圧電体層、４０ 開口、４５ 開口部、５０ 振動膜、６０ 基板、
１００ 超音波トランスデューサーデバイス、１０２ 音響整合層、
１０４ バックプレート、１０６ 支持部材、１１０ 集積回路装置、
１２０ スイッチ回路、１２２ スキャンモード切替回路、１３０ 制御回路、
１４０ 処理装置、１５０ 受信回路、１６０ 送受信制御部、１７０ 画像処理部、
１８０ 表示制御部、１９０ 表示部、２００ 超音波プローブ、
２１０、２１２ フレキシブル基板、２２０、２２２ 回路基板、
２４０ ケーブル、２５０ 本体装置、
３００ 超音波プローブ、３１２ ケーブル、３２０ プローブヘッド、
４００ 超音波測定装置、４０１ 本体装置、４４０ 表示部

Claims (16)

  1. 複数の超音波トランスデューサー素子を有する超音波トランスデューサーデバイスの第１のチャンネル〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）のチャンネルに対して、送信信号を出力する第１の送信回路〜第Ｋの送信回路と、
    スイッチ動作を行うスイッチ回路と、
    を含み、
    前記スイッチ回路は、
    前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路の第１の出力ノード〜第Ｋの出力ノードと受信回路との間に設けられ、
    送信期間においては、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路からの送信信号の前記受信回路への信号伝達を非伝達にする動作を行い、
    受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中から選択されたチャンネルからの受信信号を、前記受信回路に出力するスイッチ動作を行うことを特徴とする集積回路装置。
  2. 請求項１において、
    前記スイッチ回路は、
    リニアスキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中からリニアスキャンの対象となる複数のチャンネルを順次シフトさせて、選択するスイッチ動作を行うことを特徴とする集積回路装置。
  3. 請求項２において、
    前記スイッチ回路は、
    リニアスキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルの中から選択されたリニアスキャンの対象となるＬ個（Ｌは、Ｌ＜Ｋとなる２以上の整数）のチャンネルからの受信信号を、前記受信回路の第１の入力ノード〜第Ｌの入力ノードに出力し、
    セクタースキャンモードにおける受信期間においては、前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルからの受信信号を、前記受信回路の前記第１の入力ノード〜第Ｋの入力ノードに出力することを特徴とする集積回路装置。
  4. 請求項１において、
    前記スイッチ回路のスイッチ制御を行う制御回路を含み、
    前記スイッチ回路は、
    前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路の前記第１の出力ノード〜第Ｋの出力ノードと前記受信回路との間に設けられ、前記制御回路によりオンオフ制御される第１のスイッチ素子〜第Ｋのスイッチ素子を含むことを特徴とする集積回路装置。
  5. 請求項４において、
    前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードは、各出力ノード群がＬ個の出力ノードから構成される第１の出力ノード群〜第Ｍ（Ｌ、Ｍは、Ｌ＜Ｋ、Ｍ＜Ｋとなる２以上の整数）の出力ノード群にグルーピングされ、
    前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子は、各スイッチ素子群がＬ個のスイッチ素子から構成される第１のスイッチ素子群〜第Ｍのスイッチ素子群にグルーピングされ、
    前記第１のスイッチ素子群〜前記第Ｍのスイッチ素子群のうちの第ｉ（１≦ｉ≦Ｍ）のスイッチ素子群は、第１の出力ノード群〜第Ｍの出力ノード群のうちの第ｉの出力ノード群と、前記受信回路の第１の入力ノード〜第Ｌの入力ノードとの間に設けられることを特徴とする集積回路装置。
  6. 請求項５において、
    前記制御回路は、
    送信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子をオフにするスイッチ制御を行い、
    受信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子の中から、リニアスキャンの対象となるＬ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択されたＬ個のスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行うことを特徴とする集積回路装置。
  7. 請求項５において、
    前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードと前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子との間に設けられ、送信期間において、前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路からの送信信号の前記受信回路への信号伝達を非伝達にするための第１の送受信切替回路〜第Ｋの送受信切替回路を含み、
    前記制御回路は、
    受信期間においては、前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子の中から、リニアスキャンの対象となるＬ個のスイッチ素子を順次シフトさせて、選択し、選択されたＬ個のスイッチ素子をオンにするスイッチ制御を行うことを特徴とする集積回路装置。
  8. 請求項６又は７において、
    選択されたＬ個のスイッチ素子からの受信信号を信号増幅し、信号増幅後の受信信号を前記受信回路の前記第１の入力ノード〜前記第Ｌの入力ノードに出力する第１の増幅回路〜第Ｌの増幅回路を含むことを特徴とする集積回路装置。
  9. 請求項５乃至８のいずれかにおいて、
    前記スイッチ回路は、スキャンモード切替回路を含み、
    前記第１のスイッチ素子〜前記第Ｋのスイッチ素子は、前記第１の出力ノード〜前記第Ｋの出力ノードと、第１の接続ノード〜第Ｋの接続ノードとの間に設けられ、
    前記第１の接続ノード〜前記第Ｋの接続ノードは、各接続ノード群がＬ個の接続ノードから構成される第１の接続ノード群〜第Ｍの接続ノード群にグルーピングされ、
    前記スキャンモード切替回路は、
    リニアスキャンモードにおいて、前記第１の接続ノード群の各接続ノードを、第２の接続ノード群〜前記第Ｍの接続ノード群のうちの、前記各接続ノードに対応する接続ノードに対して接続するスイッチ動作を行うことを特徴とする集積回路装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記第１の送信回路〜前記第Ｋの送信回路は、マルチプレクサーを介さずに送信信号を前記第１のチャンネル〜前記第Ｋのチャンネルに対して出力することを特徴とする集積回路装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、基板に形成された複数の開口の各開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられた下部電極、上部電極及び圧電体膜を備える圧電素子部とを有することを特徴とする集積回路装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の集積回路装置を含むことを特徴とする超音波測定装置。
  13. 請求項１２において、
    超音波トランスデューサーデバイスが接続されるフレキシブル基板上に前記集積回路装置が実装されることを特徴とする超音波測定装置。
  14. 請求項１３において、
    受信回路が実装される回路基板を含み、
    前記フレキシブル基板は、前記超音波トランスデューサーデバイスと前記回路基板に接続されることを特徴とする超音波測定装置。
  15. 請求項１２乃至１４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超音波プローブ。
  16. 請求項１２乃至１４のいずれかに記載の超音波測定装置と、
    画像を表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
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