特許 6617488 超音波モジュール、超音波装置、及び超音波モジュールの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6617488

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】超音波モジュール、超音波装置、及び超音波モジュールの制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20191202BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/14

【請求項の数】9

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-177319(P2015-177319)

(22)【出願日】2015年9月9日

(65)【公開番号】特開2017-51403(P2017-51403A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年8月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116665

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 和昭

(74)【代理人】

【識別番号】100194102

【弁理士】

【氏名又は名称】磯部 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】新井 義雄

(72)【発明者】

【氏名】村上 謙二

【審査官】 後藤 順也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０６５６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８３１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０１７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０６８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１３７０６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００−８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、
所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、
前記受信回路部を前記スイッチング周期における第一駆動タイミングで駆動させた際に出力される第一処理信号と、前記受信回路部を、前記第一駆動タイミングよりも、前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分だけ遅延させた第二駆動タイミングで駆動させた際に出力される第二処理信号と、を加算処理する信号加算部と、
を備えたことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波モジュールにおいて、
前記第二駆動タイミングは、前記スイッチング電源のスイッチングＮ次高調波の周期に対して半周期分だけ遅延させたタイミングである
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の超音波モジュールにおいて、
前記超音波デバイスは、第一超音波受信部と、前記第一超音波受信部とは異なる第二超音波受信部とを含み、
前記受信回路部は、前記第一超音波受信部からの信号を受信して、前記第一処理信号を出力する第一受信回路と、前記第二超音波受信部からの信号を受信して、前記第二処理信号を出力する第二受信回路と、を含み、
前記スイッチング電源は、前記第一受信回路に前記第一駆動タイミングから前記スイッチング周期で電力を供給する第一スイッチング電源と、前記第二受信回路に前記第二駆動タイミングから前記スイッチング周期で電力を供給する第二スイッチング電源と、を含む
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項4】

請求項３に記載の超音波モジュールにおいて、
前記超音波デバイスは、一方向に沿って複数の超音波素子群が配列され、
前記第一超音波受信部は、前記一方向に沿う奇数番目に位置する前記超音波素子群により構成され、
前記第二超音波受信部は、前記一方向に沿う偶数番目に位置する前記超音波素子群により構成されている
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項5】

請求項３に記載の超音波モジュールにおいて、
前記超音波デバイスは、一方向に沿って複数の超音波素子群が配列され、
前記第一超音波受信部は、前記一方向に沿う前記複数の超音波素子群のうちの、前記一方向における中心位置から一方側に配置された前記超音波素子群により構成され、
前記第二超音波受信部は、前記一方向に沿う前記複数の超音波素子群のうちの、前記一方向における中心位置から他方側に配置された前記超音波素子群により構成されている
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項6】

請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の超音波モジュールにおいて、
前記第一スイッチング電源及び前記第二スイッチング電源の駆動タイミングを制御するクロック制御部を備えた
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項7】

請求項１又は請求項２に記載の超音波モジュールにおいて、
前記超音波デバイスは、超音波を送信する超音波送信部を含み、
前記超音波デバイスによる超音波の送信処理及び受信処理を同期させて実施する超音波制御部を有し、
前記超音波制御部は、前記第一駆動タイミングで前記超音波デバイスによる前記送信処理及び前記受信処理を同期して実施させて、前記受信回路部から前記第一処理信号を出力させ、前記第二駆動タイミングで前記超音波デバイスによる前記送信処理及び前記受信処理を同期して実施させて、前記受信回路部から前記第二処理信号を出力させる
ことを特徴とする超音波モジュール。

【請求項8】

超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、
所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、
前記受信回路部を第一駆動タイミングで駆動させた際に出力される第一処理信号と、前記受信回路部を前記第一駆動タイミングよりも前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分遅延させた第二駆動タイミングで駆動させた際に出力される第二処理信号と、を加算処理する信号加算部と、
前記信号加算部により加算処理された信号に基づいて、対象物の内部断層画像を生成する画像処理部と、
を備えたことを特徴とする超音波装置。

【請求項9】

超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、を備えた超音波モジュールの制御方法であって、
前記受信回路部を、前記スイッチング周期における第一駆動タイミングで駆動させて、前記受信回路部から第一処理信号を出力させる工程と、
前記受信回路部を、前記第一駆動タイミングよりも、前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分だけ遅延させた第二駆動タイミングで駆動させて、前記受信回路部から第二処理信号を出力させる工程と、
前記第一処理信号と、前記第二処理信号とを加算処理する工程と、
を実施することを特徴とする超音波モジュールの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波モジュール、超音波装置、及び超音波モジュールの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、生体等の対象物の内部で反射された超音波を受信することで、対象物の内部断層の画像を生成する超音波装置が知られている。このような超音波装置では、近年、装置の小型化のために、超音波の受信回路に対して電力を供給する電源として、スイッチング電源が用いられている。
しかしながら、スイッチング電源は、半導体素子により高速でスイッチを切り替えるため、高周波ノイズ（スイッチングノイズ）が発生しやすい。超音波素子にて受信した信号を受信回路で処理する際に、スイッチングノイズが混入すると、画像にアーチファクトが発生してしまう。

【0003】

これに対して、スイッチング電源のスイッチングノイズによる影響を抑制する構成が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１に記載の超音波装置では、スイッチング電源のスイッチングのタイミング（位相）に対して、同じ走査線から得られる複数のエコー信号を取得するための超音波の送受信それぞれのタイミングをずらして、超音波の送受信を行う。これにより、各信号を整相加算処理する際に、スイッチングノイズが同じ時相で重畳しないようにし、内部断層画像（Ｂモード画像）に対するアーチファクトの増加を抑制する。
また、特許文献２に記載の超音波装置では、複数のスイッチング電源を、互いに異なるスイッチング周期で動作させ、スイッチングノイズを分散させることで、アーチファクトの増加を抑制する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−６５６９４号公報

【特許文献2】特開２０１４−８３１５５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、２に示す従来の構成では、スイッチングノイズを分散させることで、アーチファクトは低減するが、スイッチングノイズそのものが低減するものではない。したがって、部分的に粒状のアーチファクトが残留することがあり、アーチファクトを十分に低減することができず、精度の高い測定結果が得られないとの課題がある。

【0006】

本発明は、高精度な超音波測定結果が得られる超音波モジュール、超音波装置、及び超音波モジュールの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一適用例の超音波モジュールは、超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、前記受信回路部を前記スイッチング周期における第一駆動タイミングで駆動させた際に出力される第一処理信号と、前記受信回路部を、前記第一駆動タイミングよりも前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分だけ遅延させた第二駆動タイミングで駆動させた際に出力される第二処理信号と、加算処理する信号加算部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

本適用例では、スイッチング電源のスイッチング周期における第一駆動タイミングで受信回路部を駆動させた際に、当該受信回路部から出力される第一処理信号と、スイッチング周期における第二駆動タイミングで受信回路部を駆動させた際に、当該受信回路部から出力される第二処理信号とを加算処理する。ここで、第二駆動タイミングは、第一駆動タイミングよりも、スイッチングノイズの半周期分だけずれたタイミングである。このため、第一処理信号に重畳するスイッチングノイズと、第二信号処理に重畳するスイッチングノイズとは、半周期分ずれている。よって、これらの第一処理信号と第二処理信号とを加算処理すると、スイッチングノイズ同士が打ち消し合うことで、当該スイッチングノイズを低減させることができる。つまり、従来のように、スイッチングノイズを分散させる構成に比べて、スイッチングノイズそのものを減衰させることができるので、高精度な超音波測定結果を得ることができる。

【0009】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記第二駆動タイミングは、前記スイッチング電源のスイッチングＮ次高調波の周期に対して半周期分だけ遅延させたタイミングであることが好ましい。
本適用例では、第二駆動タイミングを、スイッチング電源のスイッチングＮ次高調波の周期に対して（Ｎ次のスイッチングノイズに対して）半周期分だけ遅延させるタイミングとする。スイッチング電源から発生するスイッチングノイズは、１次からＮ次まで発生し、このうち低次のスイッチングノイズは、帯域外となるので、例えばハイパスフィルターにより容易に除去することが可能となる。一方、Ｎ次のスイッチングノイズは、ハイパスフィルターにより除去することができず、第一処理信号や第二処理信号に重畳されたまま残留する。ここで、本適用例では、このようなＮ次のスイッチングノイズの半周期分だけ第二駆動タイミングを遅延させるので、第一処理信号に重畳されるＮ次のスイッチングノイズと、第二処理信号に重畳されるＮ次のスイッチングノイズとを打ち消し合うことができる。

【0010】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波デバイスは、第一超音波受信部と、前記第一超音波受信部とは異なる第二超音波受信部とを含み、前記受信回路部は、前記第一超音波受信部からの信号を受信して、前記第一処理信号を出力する第一受信回路と、前記第二超音波受信部からの信号を受信して、前記第二処理信号を出力する第二受信回路と、を含み、前記スイッチング電源は、前記第一受信回路に前記第一駆動タイミングから前記スイッチング周期で電力を供給する第一スイッチング電源と、前記第二受信回路に前記第二駆動タイミングから前記スイッチング周期で電力を供給する第二スイッチング電源と、を含むことが好ましい。

【0011】

本適用例では、受信回路部は、第一受信回路及び第二受信回路を有し、超音波デバイスに設けられた第一超音波受信部からの受信信号が第一受信回路に入力され、超音波デバイスの第二超音波受信部からの受信信号が第二受信回路に入力される。また、第一受信回路は、第一スイッチング電源により駆動され、第二受信回路は第二スイッチング電源により駆動される。ここで、第二スイッチング電源は、第一スイッチング電源が第一受信回路を駆動させる第一駆動タイミングよりも、スイッチングノイズの半周期分遅延させた第二駆動タイミングで第二受信回路を駆動させる。すなわち、第一スイッチング電源のスイッチング周期と、第二スイッチング電源のスイッチング周波数は、スイッチングノイズの半周期分だけずれが生じている。
このため、上記適用例と同様に、第一処理信号に重畳されるスイッチングノイズに対して、第二処理信号に重畳されるスイッチングノイズも、スイッチングノイズの半周期分だけずれており、これらを加算処理することで、各スイッチングノイズを低減できる。
また、本適用例では、第一スイッチング電源及び第二スイッチング電源の駆動タイミングを制御することで容易にスイッチングノイズの低減を図れ、ノイズを除去するためのフィルター等の構成を簡略化できる。よって、超音波モジュールの構成の簡素化を図れる。

【0012】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波デバイスは、一方向に沿って複数の超音波素子群が配列され、前記第一超音波受信部は、前記一方向に沿う奇数番目に位置する前記超音波素子群により構成され、前記第二超音波受信部は、前記一方向に沿う偶数番目に位置する前記超音波素子群により構成されていることが好ましい。

【0013】

一般に、対象物で反射された超音波を複数の超音波素子群にて受信する場合、隣り合う超音波素子群の受信信号は類似した信号波形となる。一方、超音波素子群間の距離が離れるほど、超音波が遅延伝達されるため、超音波の受信タイミングにも遅延し、信号波形に差が生じる。ここで、超音波の処理信号同士と加算処理する場合、各超音波素子群の受信タイミングまでの時間を、遅延時間を考慮して位相シフトさせた上で信号加算する。このため、上記のように、離れた超音波素子群からの処理信号を加算する場合、遅延時間に基づく位相シフト量が多くなり、スイッチングノイズの位置もシフトされる。この場合でも、スイッチングノイズが分散されることになるため、アーチファクトが顕著に現れることがない。しかしながら、スイッチングシフトが十分に低減できないために、ノイズ成分が残留することになり、十分な精度向上とはならない。
これに対して、本適用例では、超音波デバイスは、一方向に並ぶ複数の超音波素子群を有し、このうち、奇数番目の超音波素子群が第一受信回路に接続され、偶数番目の超音波素子群が第二受信回路に接続されている。よって、奇数番目の超音波素子群からの受信信号に基づく第一処理信号と、偶数番目の超音波素子群からの受信信号に基づく第二処理信号とを加算することで、類似する信号同士を加算することになる。これにより、効果的にスイッチングノイズを低減することができ、超音波測定の測定精度を向上できる。

【0014】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波デバイスは、一方向に沿って複数の超音波素子群が配列され、前記第一超音波受信部は、前記一方向に沿う前記複数の超音波素子群のうちの、前記一方向における中心位置から一方側に配置された前記超音波素子群により構成され、前記第二超音波受信部は、前記一方向に沿う前記複数の超音波素子群のうちの、前記一方向における中心位置から他方側に配置された前記超音波素子群により構成されていることが好ましい。
本適用例では、一方向に並ぶ複数の超音波素子群のうち、一方向の中心位置から一方側の超音波素子群が第一受信回路に接続され、他方側の超音波素子群が第二超音波素子群に接続されている。このような構成では、超音波デバイスと、各受信回路部との接続配線の簡略化を図れる。

【0015】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記第一スイッチング電源及び前記第二スイッチング電源の駆動タイミングを制御するクロック制御部を備えていることが好ましい。
通常、スイッチング電源のスイッチング周期は、スイッチング電源に内蔵されているクロックから出力される。これに対して、本適用例では、上記のように、第一スイッチング電源と第二スイッチング電源とを、スイッチングノイズの半周期分ずらして駆動させる必要がある。各スイッチング電源に内蔵されたクロックに基づいて制御を行う場合、第一スイッチング電源のクロック信号（クロック周期）を第二スイッチング電源に出力し、かつ、第二スイッチング電源において、入力されたクロック周期から半周期分ずれたタイミングでスイッチング周期を同期させるクロック制御回路等の構成が必要となる。これに対して、本適用例では、別途設けられたクロック制御部により、第一スイッチング電源及び第二スイッチング電源の駆動タイミングを制御する。このような構成では、第一スイッチング電源及び第二スイッチング電源に対して、駆動タイミングを指令するだけでよく、構成及び処理の簡略化を図れる。

【0016】

本適用例の超音波モジュールにおいて、前記超音波デバイスは、超音波を送信する超音波送信部を含み、前記超音波デバイスによる超音波の送信処理及び受信処理を同期させて実施する超音波制御部を有し、前記超音波制御部は、前記第一駆動タイミングで前記超音波デバイスによる前記送信処理及び前記受信処理を同期して実施させて、前記受信回路部から前記第一処理信号を出力させ、前記第二駆動タイミングで前記超音波デバイスによる前記送信処理及び前記受信処理を同期して実施させて、前記受信回路部から前記第二処理信号を出力させることが好ましい。

【0017】

本適用例では、スイッチング電源のスイッチング周期における第一駆動タイミングで超音波の送受信処理を実施させた際に得られる第一処理信号と、スイッチング周期における第二駆動タイミングで送受信処理を実施させた際に得られた第二処理信号とを加算処理する。
例えば、スイッチング周期における第一駆動タイミングで超音波の送受信処理を実施し、受信回路部から１フレーム分の第一処理信号を取得する。この後、スイッチング周期における第一駆動タイミングとは、スイッチングノイズの半周期分遅延した第二駆動タイミングで超音波の送受信処理を実施し、受信回路部から１フレーム分の第二処理信号を取得する。そして、これらの第一処理信号と第二処理信号とを加算する。このような場合、２フレーム分の処理信号を受信可能な時間で、１フレーム分の画像を形成するための処理信号を取得することになる。しかしながら、上記適用例と同様に、各処理信号を加算処理することでスイッチングノイズを低減でき、高精度な測定結果を得ることができ、例えば、これらの処理信号に基づいて、高精度な画像を形成することが可能となる。
また、複数のスイッチング電源や、複数の受信回路部が不要となるので、構成の簡略化を図れ、超音波モジュールの小型化を図れる。

【0018】

本発明に係る一適用例の超音波装置は、超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、前記受信回路部を第一駆動タイミングで駆動させた際に出力される第一処理信号と、前記受信回路部を前記第一駆動タイミングよりも前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分遅延させた第二駆動タイミングで駆動させた際に出力される第二処理信号と、を加算処理する信号加算部と、前記信号加算部により加算処理された信号に基づいて、対象物の内部断層画像を生成する画像処理部と、を備えたことを特徴とする。

【0019】

本適用例では、上述した適用例の超音波モジュールと、当該超音波モジュールの信号加算部において第一処理信号及び第二処理信号を加算処理した信号（加算信号）に基づいて、画像を形成する画像処理部と、を備えている。
上述したように、超音波モジュールでは、スイッチング電源のスイッチングノイズが各処理信号に重畳された場合でも、これらのスイッチングノイズを低減できる。よって、スイッチングノイズが低減された加算信号に基づいて画像を形成することで、アーチファクトの発生を抑制した、高精度な画像を形成できる。

【0020】

本発明に係る一適用例の超音波モジュールの制御方法は、超音波を受信する超音波デバイスからの信号を受信して処理信号を生成する受信回路部と、所定のスイッチング周期で駆動されて前記受信回路部に電力を供給するスイッチング電源と、を備えた超音波モジュールの制御方法であって、前記受信回路部を、前記スイッチング周期における第一駆動タイミングで駆動させて、前記受信回路部から第一処理信号を出力させる工程と、前記受信回路部を、前記第一駆動タイミングよりも、前記スイッチング電源におけるスイッチングノイズの半周期分だけ遅延させた第二駆動タイミングで駆動させて、前記受信回路部から第二処理信号を出力させる工程と、前記第一処理信号と、前記第二処理信号とを加算処理する工程と、を実施することを特徴とする。

【0021】

本適用例では、上記適用例と同様に、第一処理信号に重畳されるスイッチングノイズと、第二処理信号に重畳されるスイッチングノイズとは、半周期分だけずれているので、これらの第一処理信号と第二処理信号を加算することで、スイッチングノイズを低減することができる。これにより、高精度な超音波測定の測定結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第一実施形態の超音波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デバイスの概略構成を示す断面図。

【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】受信回路部の第一受信回路及び第二受信回路と、超音波デバイスの各超音波素子群との接続関係を示す図。

【図5】従来の受信回路及び整相加算回路を示す図。

【図6】図５により処理された加算信号に基づいて生成された対象物の内部断層画像の一例を示す図。

【図7】（Ａ）は、第一実施形態における第一スイッチング電源のスイッチング周期、（Ｂ）は、第一エコー信号の信号波形、（Ｃ）は、第二スイッチング電源２６２のスイッチング周期、（Ｄ）は、第二エコー信号の信号波形、（Ｅ）は、加算信号の信号波形を示す図。

【図8】第一実施形態における超音波装置の駆動方法を示すフローチャート。

【図9】第二実施形態における受信回路部の第一受信回路及び第二受信回路と、超音波デバイスの各超音波素子群との接続関係を示す図。

【図10】第三実施形態における超音波装置の概略構成を示すブロック図。

【図11】第三実施形態における超音波装置の駆動方法を示すフローチャート。

【図12】第三実施形態におけるスイッチング電源のスイッチング周期、フレームタイミング信号、超音波の送信タイミング信号、及び超音波の受信タイミング信号のタイミングチャート。

【発明を実施するための形態】

【0023】

［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の超音波装置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装置１は、超音波プローブ２（超音波モジュール）と、制御部３と、表示部４とを含んで構成されている。なお、超音波プローブ２と制御部３と表示部４とがそれぞれ別体として構成される構成としてもよく、例えば筐体内に、超音波プローブ２、制御部３、及び表示部４が組み込まれて一体構成されているものであってもよい。
この超音波装置１は、超音波プローブ２の超音波デバイス２１から、生体等の対象物に対して超音波を送信し、対象物の内部組織により反射された超音波を超音波デバイス２１にて受信する。そして、超音波デバイス２１にて超音波を受信した際に出力される受信信号を受信回路２３により処理してエコー信号とし、そのエコー信号を整相加算回路２４で加算処理する。そして、制御部３は、整相加算回路により加算処理された加算信号に基づいて、対象物の内部断層画像（Ｂモード画像）を生成し、表示部４にて表示させる。
以下、超音波装置１の各構成について、詳細に説明する。

【0024】

［超音波プローブ２の構成］
超音波プローブ２は、図１に示すように、超音波デバイス２１と、送受信部２０（配線基板）と、電源部２６と、を備えている。また、送受信部２０には、選択回路２２と、受信回路２３と、整相加算回路２４と、送信回路２５と、が設けられている。
（超音波デバイスの構成）
図２は、本実施形態の超音波デバイス２１の概略構成を示す断面図である。
図３は、超音波デバイス２１における素子基板４１の概略構成を示す平面図である。
超音波デバイス２１は、図２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。

【0025】

素子基板４１は、図２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に積層された圧電素子４１３と、を備えている。素子基板４１は、図３に示すような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を備えており、このアレイ領域Ａｒ１には、複数の超音波素子４５がマトリックス状に配置されている。

【0026】

基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。基板本体部４１１におけるアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波素子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の背面４１Ａ側（封止板４２側）に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ_２や、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１Ａ側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。

【0027】

そして、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２上には、図２に示すように、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つの超音波素子４５が構成される。
このような超音波素子４５では、下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周期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が送出することができる。また、対象物から反射された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。

【0028】

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素子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（スキャン方向であり、本発明における一方向）に沿って複数配置されることで、超音波アレイ４６を構成する。
ここで、下部電極４１４は、Ｘ方向に沿う直線状に形成されている。すなわち、下部電極４１４は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の超音波素子４５に跨って設けられており、アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２において、第一電極パッド４１４Ｐを構成する。
一方、上部電極４１６は、アレイ領域Ａｒ１内の各圧電素子４１３同士で接続され、その一部が端子領域Ａｒ２まで引き出されて、第二電極パッド４１６Ｐを構成する。

【0029】

上記のような構成では、下部電極４１４で連結されたＸ方向に並ぶ超音波素子４５により１つの超音波素子群４５Ａが構成され、当該超音波素子群４５ＡがＹ方向に沿って複数並ぶ１次元アレイ構造の超音波アレイ４６を構成する。

【0030】

封止板４２は、素子基板４１の背面４１Ａ側に接合され、素子基板４１の強度を補強する。この素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向する領域には、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、超音波素子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つの超音波素子４５からの背面波が他の隣接する超音波素子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。

【0031】

また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ａ側（作動面４１Ｂ側）の他、封止板４２側（背面４１Ａ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から作動面４１Ｂ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、ギャップにおける音響的な距離が、超音波の波長λの４分の１（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、超音波素子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。

【0032】

音響整合層４３は、図２に示すように、素子基板４１の作動面４１Ｂ側に設けられている。具体的には、音響整合層４３は、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ側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、その表面が超音波送受信端面となる。
これらの音響整合層４３や音響レンズ４４は、超音波素子４５から送信された超音波を対象物に効率よく伝搬させ、また、対象物内で反射した超音波を効率よく超音波素子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、素子基板４１の超音波素子４５の音響インピーダンスと、対象物の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。対象物が生体である場合、上記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。

【0033】

上記のような超音波デバイス２１は、送受信部２０上に配置され、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐは、送受信部２０上に設けられた接続端子に接続されている。ここで、第二電極パッド４１６Ｐは、基準電位回路に接続されており、基準電位 （例えば０電位）に設定されている。一方、第一電極パッド４１４Ｐが接続された接続端子は、選択回路２２に接続されている。

【0034】

（送受信部２０及び電源部２６の構成）
以下、送受信部２０に設けられた選択回路２２、受信回路２３、受信回路２３等に電力を供給する電源部２６、整相加算回路２４、及び送信回路２５について説明する。また、図示は省略するが、送受信部２０には、超音波の送信処理時において、受信回路２３に所定電圧以上の信号が入らないようにクランプする機能を有するスイッチ回路等が設けられている。

【0035】

選択回路２２は、第一電極パッド４１４Ｐに接続された各接続端子（駆動接続端子）と、受信回路２３及び送信回路２５との接続状態を切り替えるスイッチング回路である。すなわち、超音波デバイス２１から超音波を送信する送信処理時には、選択回路２２は、各駆動接続端子と、送信回路２５とを接続する。また、対象物からの超音波を受信する受信処理時には、選択回路２２は、各駆動接続端子と、受信回路２３とを接続する。

【0036】

受信回路２３は、第一受信回路２３１と、第二受信回路２３２とを含んで構成されている。
図４は、受信回路２３の各受信回路２３１，２３２と、超音波デバイス２１の各超音波素子群４５Ａとの接続関係を示す図である。なお、図４において、選択回路２２の図示は省略している。
受信回路２３は、図１及び図４に示すように、第一受信回路２３１と、第二受信回路２３２とを備える。第一受信回路２３１は、超音波デバイス２１のスキャン方向に並ぶ超音波素子群４５Ａのうちの奇数番目の超音波素子群４５Ａと電気的に接続されている。また、第二受信回路２３２は、超音波デバイス２１のスキャン方向に並ぶ超音波素子群４５Ａのうちの偶数番目の超音波素子群４５Ａと電気的に接続されている。

【0037】

第一受信回路２３１は、奇数番目の各超音波素子群４５Ａに対して、それぞれ設けられた複数の受信部を備えている。これらの受信部は、各超音波素子群４５Ａから入力された受信信号（アナログ信号）から、エコー信号（デジタル信号）を生成する回路であり、具体的には、アンプ２３Ａと、ハイパスフィルター（ＨＰＦ２３Ｂ）と、Ａ／Ｄコンバーター（Ａ／Ｄ２３Ｃ）と、を備えている。
第二受信回路２３２も同様の構成を有し、偶数番目の各超音波素子群４５Ａに対して、それぞれ設けられた複数の受信部を備え、これらの受信部は、アンプ２３Ａと、ハイフィルター（ＨＰＦ２３Ｂ）と、Ａ／Ｄコンバーター（Ａ／Ｄ２３Ｃ）と、を備えている。
第一受信回路２３１の各受信部により処理された各受信信号は、それぞれ第一エコー信号として、整相加算回路２４に出力される。本実施形態において、この第一エコー信号は、本発明における第一処理信号に相当する。
また、第二受信回路２３２の各受信部により処理された各受信信号は、それぞれ第二エコー信号として、整相加算回路２４に出力される。本実施形態において、この第二エコー信号は、本発明における第二処理信号に相当する。

【0038】

また、これらの第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２は、電源部２６から供給される電力により駆動される。
具体的には、電源部２６は、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２を備えている。これらの第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２は、それぞれ同様の構成を有する。すなわち、これらのスイッチング電源２６１，２６２は、半導体スイッチング素子によるオン、オフ制御により、当該オン、オフの切り替え周期（スイッチング周期）で駆動電圧を安定供給する。

【0039】

ところで、このようなスイッチング電源２６１,２６２は、１次からＮ次周期のスイッチングノイズが発生する。ここで、帯域外の低い周波数ノイズは、ＨＰＦ２３Ｂによりカットされるが、帯域内のＮ次のスイッチングノイズは、ＨＰＦ２３Ｂによりカットされずに残留することになる。したがって、電源部２６から電力が供給される各受信回路２３１,２３２からのエコー信号（第一エコー信号、第二エコー信号）にも、当該Ｎ次のスイッチングノイズが重畳されることになる。このようなスイッチングノイズは、高次（Ｎ次）ほど小さくなるものの、整相加算によりスイッチングノイズが重畳されることで大きくなり、アーチファクトが発生する。
ここで、本実施形態では、後述する制御部３の制御により、第一スイッチング電源２６１の駆動タイミング（第一駆動タイミング）、及び第二スイッチング電源２６２の駆動タイミング（第二駆動タイミング）が、前記スイッチングノイズの半周期分ずらされる。すなわち、第一駆動タイミングにより第一スイッチング電源２６１が駆動された後、スイッチングノイズの半周期分遅延した第二駆動タイミングで第二スイッチング電源２６２が駆動される。
このため、第二受信回路２３２から出力される第二エコー信号に重畳されるスイッチングノイズは、第一受信回路２３１から出力される第一エコー信号に重畳されるスイッチングノイズよりも、スイッチングノイズの半周期分だけ遅延して重畳される。

【0040】

整相加算回路２４は、第一受信回路２３１から入力された第一エコー信号と、第二受信回路２３２から入力された第二エコー信号とを整相加算処理し、加算信号を制御部３に出力する。この際、整相加算回路２４は、深さ方向における測定位置（超音波反射位置）と各超音波素子群４５Ａとの間の距離や、超音波の送信タイミング等に応じて、エコー信号の位相を適宜調整して加算し、各信号を加算処理する。すなわち、本実施形態において、整相加算回路２４は、本発明の信号加算部に相当する。
ここで、超音波デバイス２１の近傍の反射位置で超音波が反射される場合、当該反射位置から各超音波素子群４５Ａまでを結ぶ線分の為す角度が大きくなる。すなわち、超音波デバイス２１の近傍では、各超音波素子群４５Ａにおける超音波の受信タイミングに比較的大きなディレイが発生する。このため、エコー信号（第一エコー信号、第二エコー信号）を整相加算する場合、整相処理時において、各エコー信号の位相シフト量も比較的大きくなる。この場合、上記のように、各エコー信号にスイッチングノイズが重畳されていても、当該スイッチングノイズが分散されることになり、スイッチングノイズの影響は無視できる程度となる。

【0041】

一方、超音波デバイス２１からの距離が遠い（所定値以上となる）反射位置で超音波が反射される場合、当該反射位置からの各超音波素子群４５Ａまでを結ぶ線分の為す角度が小さくなる。この場合、各超音波素子群４５Ａにおける超音波の受信タイミングは、ほぼ同時となる（ディレイがほぼ発生しない）。このため、エコー信号（第一エコー信号、第二エコー信号）を整相加算する場合、整相処理時において、各エコー信号の位相シフト量が小さく、上述したスイッチングノイズが分散されない。
図５は、従来の受信回路及び整相加算回路を示す図である。また、図６は、図５により処理された加算信号に基づいて生成された内部断層画像の一例である。
ここで、図５に示すような従来の受信回路では、受信回路部から出力される各エコー信号の略同一位置に、スイッチングノイズが重畳される。この場合、整相加算回路にて各エコー信号が加算されると、スイッチングノイズが加算されて、図６に示すように、内部断層画像に、アーチファクトＡが発生する。

【0042】

図７（Ａ）は、本実施形態における第一スイッチング電源２６１のスイッチング周期、（Ｂ）は、第一エコー信号の信号波形、（Ｃ）は、第二スイッチング電源２６２のスイッチング周期、（Ｄ）は、第二エコー信号の信号波形、（Ｅ）は、加算信号の信号波形を示す図である。図７（Ｄ）における破線は、第一エコー信号を示している。
本実施形態では、図７（Ａ）（Ｃ）に示すように、第一スイッチング電源２６１がスイッチング周期Ｔで駆動された後（第一駆動タイミング）、スイッチングノイズの半周期分だけ遅延した第二駆動タイミングで第二スイッチング電源２６２が、第一スイッチング電源２６１と同じスイッチング周期Ｔで駆動される。なお、図７に示す例では、スイッチング３次周期のスイッチングノイズが重畳される例である。
このため、図７（Ｂ）（Ｄ）に示すように、第一エコー信号に重畳されるスイッチングノイズに対して、第二エコー信号に重畳されるスイッチングノイズも半周期分遅延する。
このため、整相加算回路２４において、第一エコー信号と第二エコー信号とを加算処理すると、図７（Ｅ）に示すように、各スイッチングノイズ同士がそれぞれ打ち消し合って減衰する。

【0043】

送信回路２５は、制御部３の制御に基づいて、超音波デバイス２１の各超音波素子群４５Ａに対して駆動信号（パルス信号）を出力する。これにより、各超音波素子群４５Ａから超音波が出力される。この際、各超音波素子群４５Ａに対して出力される駆動信号を順次遅延させることで、超音波デバイス２１から送信される超音波の出力方向を制御することが可能となる。

【0044】

［制御部３の構成］
制御部３は、メモリー等の記憶部や、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を含んで構成されており、メモリー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、送受信制御手段３１、クロック制御手段３２、及び画像処理手段３３として機能する。
送受信制御手段３１は、例えば操作手段（図示略）から超音波測定を実施する旨の操作信号が入力されると、選択回路２２及び送信回路２５に対して駆動指令信号を出力する。

【0045】

クロック制御手段３２は、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２に対して、クロック信号を出力する。すなわち、クロック制御手段３２は、第一スイッチング電源２６１に対して第一駆動タイミングｔ１（図７参照）で、スイッチング周期Ｔの駆動を開始させる旨のクロック信号を出力する。また、クロック制御手段３２は、第二スイッチング電源２６２に対して、第一駆動タイミングｔ１よりも、スイッチングノイズの半周期ｔｎだけ遅延させた第二駆動タイミングｔ２で、スイッチング周期Ｔの駆動を開始させる旨のクロック信号を出力する。

【0046】

画像処理手段３３は、本発明の画像処理部であり、整相加算回路２４から入力された各加算信号に基づいて、内部断層画像を生成する。

【0047】

［超音波装置１の駆動方法］
次に、上記のような超音波装置１を用いた超音波測定方法（駆動方法）について説明する。
図８は、本実施形態の超音波装置１の駆動方法を示すフローチャートである。
超音波装置１に、例えば図示略の操作手段から超音波測定を開始する旨の操作信号が入力されると、制御部３の送受信制御手段３１は、駆動指令信号を生成して超音波プローブ２に出力する（ステップＳ１）。
超音波プローブ２の選択回路２２は、駆動指令信号に基づいて、まず、各駆動接続端子（各第一電極パッド４１４Ｐに接続される接続端子）と、送信回路２５とを接続する（ステップＳ２）。
そして、送信回路２５は、駆動指令信号に基づいて、各超音波素子群４５Ａに対して駆動信号を印加し、超音波を送信させる（ステップＳ３）。この際、超音波素子群４５Ａに対して駆動信号を遅延させて印加することで、各超音波素子群４５Ａの超音波の出力タイミングが遅延され、超音波の出力方向をスキャン方向に沿って変化させることが可能となる。すなわち、超音波アレイ４６を中心とした扇状の測定範囲に対して超音波を走査させることができる。

【0048】

また、ステップＳ１で送受信制御手段３１から、超音波プローブ２に駆動指令信号が出力されると、クロック制御手段３２は、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２に対してクロック信号を出力する（ステップＳ４）。つまり、クロック制御手段３２は、上述したように、第一スイッチング電源２６１に対して第一駆動タイミングｔ１でクロック信号を出力し、第二スイッチング電源２６２に対して、第一駆動タイミングｔ１よりもスイッチングノイズの半周期ｔｎだけ遅延させた第二駆動タイミングｔ２でクロック信号を出力する。
なお、ステップＳ４の処理は、ステップＳ１と同時であってもよく、後述の超音波受信処理（ステップＳ５）の前に実施されれば、如何なるタイミングであってもよい。

【0049】

ステップＳ３の超音波の送信処理の後、選択回路２２は、制御部３からの駆動指令信号に基づいて、各駆動接続端子と受信回路２３とを接続する。これにより、図４に示すように、スキャン方向に並ぶ奇数番目の超音波素子群４５Ａは第一受信回路２３１に接続され、偶数番目の超音波素子群４５Ａは第二受信回路２３２に接続される。すなわち、奇数番目の超音波素子群４５Ａは、本発明における第一超音波受信部を構成し、偶数番目の超音波素子群４５Ａは、本発明における第二超音波受信部を構成する。
そして、ステップＳ３により送信された超音波が対象物の内部の組織により反射されると、その反射超音波は、各超音波素子群４５Ａにて受信されて受信信号が受信回路２３（第一受信回路２３１、第二受信回路２３２）に入力される（ステップＳ５）。

【0050】

そして、第一受信回路２３１にて処理された第一エコー信号、及び第二受信回路２３２にて処理された第二エコー信号は、整相加算回路２４に入力され、整相加算回路２４は、これらのエコー信号を整相加算処理する（ステップＳ６）。
この時、ステップＳ４により、第一受信回路２３１には、第一駆動タイミングｔ１からスイッチング周期Ｔの電力が供給され、第二受信回路２３２には、第二駆動タイミングｔ２からスイッチング周期Ｔの電力が供給されている。したがって、第一受信回路２３１から出力される第一エコー信号に重畳されるスイッチングノイズと、第二受信回路２３２から出力される第二エコー信号に重畳されるスイッチングノイズとは、図７（Ｂ）（Ｄ）に示すように、当該スイッチングノイズの半周期分だけずれたタイミングで現れる。
よって、図７（Ｅ）に示すように、これらのエコー信号を加算すると、スイッチングノイズが減衰された加算信号が出力されることになる。

【0051】

そして、整相加算回路２４により整相加算処理が実施され、その加算信号が制御部３に入力されると、画像処理手段３３は、当該加算信号に基づいて、対象物の内部断層画像を生成し（ステップＳ７）、表示部４に表示させる（ステップＳ８）。
なお、加算信号に基づいた画像生成処理については、従来の方法を用いることができるため、ここでの説明は省略する。

【0052】

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１では、超音波プローブ２（超音波モジュール）は、超音波を受信する超音波デバイス２１からの受信信号を受信し、エコー信号を生成する受信回路２３を備える。この受信回路２３は、第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２を備え、第一受信回路２３１は、第一スイッチング電源２６１により、第一駆動タイミングｔ１からスイッチング周期Ｔで駆動されて第一エコー信号を出力する。また、第二受信回路２３２は、第二スイッチング電源２６２により、第一駆動タイミングよりもスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延した第二駆動タイミングから、スイッチング周期Ｔで駆動されて第二エコー信号を出力する。

【0053】

このため、第一エコー信号の重畳されるスイッチングノイズと、第二エコー信号に重畳されるスイッチングノイズは、当該スイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけずれている。よって、整相加算回路２４にて、これらの第一エコー信号及び第二エコー信号を加算処理すると、スイッチングノイズ同士が打ち消し合って減衰する。これにより、加算信号におけるスイッチングノイズを抑制することができ、精度の高い超音波測定を実施できる。
また、超音波装置１の画像処理手段３３は、このような加算信号に基づいて、画像を生成する。この場合、生成された画像に、スイッチングノイズに起因するアーチファクトが発生せず、精度の高い測定結果に基づいた対象物の内部断層画像を生成できる。

【0054】

また、本実施形態では、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２の駆動タイミングを制御することで容易にスイッチングノイズの低減を図れる。よって、各エコー信号に含まれるノイズを除去するためのフィルター等の構成を簡略化でき、また、画像処理手段３３において、スイッチングノイズを除去するためのフィルタリング処理も不要となるので、処理の簡略化も図れる。

【0055】

本実施形態の超音波プローブ２は、超音波デバイス２１は、スキャン方向に沿って並ぶ複数の超音波素子群４５Ａを有し、これらの超音波素子群４５Ａのうちの奇数番目の超音波素子群４５Ａが第一受信回路２３１に接続され、偶数番目の超音波素子群４５Ａが第二受信回路２３２に接続されている。
一般に、遠く離れた超音波素子群４５Ａ同士では、所定の反射位置で反射された超音波を受信した際にディレイが発生する。この場合、整相加算回路２４による整相加算処理において、当該受信超音波の位相を合わせる際に、位相シフト量が多くなる場合がある。この場合、スイッチングノイズも同程度シフトされるため、互いにスイッチングノイズの位置がずれ、十分に減衰できない場合がある。これに対して、本実施形態では、隣り合う超音波素子群４５Ａ同士のエコー信号を加算処理するため、整相加算時の位相シフト量が小さく、スイッチングノイズを効果的に低減できる。

【0056】

本実施形態では、制御部３は、各スイッチング電源２６１，２６２の駆動タイミングｔ１，ｔ２及びスイッチング周期Ｔを指令するクロック制御手段３２を備えている。
通常、スイッチング電源は、クロックを内蔵しており、当該クロックから出力されるクロック周期にて駆動される。しかしながら、この場合、第一スイッチング電源２６１のクロック周期を第二スイッチング電源２６２に出力し、かつ、第二スイッチング電源２６２において、入力されたクロック周期からスイッチングノイズの半周期ｔｎ分ずれたタイミングに同期させて駆動させる必要があり、回路構成や制御が複雑となる。これに対して、本実施形態では、制御部３のクロック制御手段３２により、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２の駆動タイミングを制御するため、各スイッチング電源２６１，２６２に対して、駆動タイミングを指令するだけでよく、構成及び処理の簡略化を図れる。

【0057】

［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、以下説明する。
上記第一実施形態では、スキャン方向に並ぶ複数の超音波素子群４５Ａのうち、奇数番目の超音波素子群４５Ａを第一受信回路２３１に接続し、偶数番目の超音波素子群４５Ａを第二受信回路２３２に接続した。これに対して、本実施形態では、第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２に接続される超音波素子群４５Ａが、スキャン方向における中心に対して一方側と他方側で分ける点で相違する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成や処理については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

【0058】

図９は、受信回路２３の第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２と、超音波デバイスの各超音波素子群との接続状態を示す図である。
本実施形態では、図９に示すように、超音波アレイ４６のスキャン方向（Ｙ方向）における中心位置Ｙ_０から一方側（図９におけるＹ_１側）に配置された各超音波素子群４５Ａは、第一受信回路２３１に接続される。また、中心位置Ｙ_０から他方側（図９におけるＹ_２側）に配置された各超音波素子群４５Ａは、第二受信回路２３２に接続される。すなわち、Ｙ_１側に配置された各超音波素子群４５Ａは、本発明の第一超音波受信部を構成し、Ｙ_２側に配置された各超音波素子群４５Ａは、本発明の第二超音波受信部を構成する。
なお、他の構成については、上記第一実施形態と同様である。
本実施形態では、送受信部２０において、各駆動接続端子と、受信回路２３との配線構成の簡略化を図れる。

【0059】

［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、受信回路２３が第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２により構成され、これらに対応して第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２を設け、第一スイッチング電源２６１を第二スイッチング電源２６２の駆動タイミング（スイッチング周期）をずらすことで、スイッチングノイズを抑制した。これに対して、第三実施形態では、単一の受信回路部及び単一のスイッチング電源により構成され、信号取得タイミングを遅延させることでスイッチングノイズを低減する点で、上記第一実施形態と相違する。

【0060】

図１０は、第三実施形態の超音波装置１Ａ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装置１Ａは、図１０に示すように、超音波プローブ２Ａと、制御部３Ａと、表示部４とを備える。
超音波プローブ２Ａは、第一実施形態と同様の構成の超音波デバイス２１と、送受信部２０と、スイッチング電源２６３と、を含んで構成されている。
送受信部２０には、選択回路２２と、受信回路２３３と、整相加算回路２４と、送信回路２５と、が配置されている。選択回路２２、整相加算回路２４、送信回路２５は、第一実施形態と同様の構成を有する。
また、受信回路２３３は、第一受信回路２３１及び第二受信回路２３２と同様の構成を有する。この受信回路２３３は、超音波の受信処理において、選択回路２２により、各超音波素子群４５Ａの各第一電極パッド４１４Ｐが接続される各駆動接続端子と電気的に接続される。そして、受信回路２３３には、各超音波素子群４５Ａからの受信信号を、それぞれ処理可能な複数の受信部（アンプ２３Ａ、ＨＰＦ２３Ｂと、Ａ／Ｄ２３Ｃ）を備えている。

【0061】

この受信回路２３３は、本発明の受信回路部に相当し、スイッチング電源２６３から供給される電力により駆動される。スイッチング電源２６３は、第一スイッチング電源２６１や第二スイッチング電源２６２と同様のスイッチング電源であり、スイッチング周期Ｔにより駆動され、受信回路２３３等に電力を供給する。本実施形態においても、制御部３Ａからクロック信号が入力されることで、スイッチング電源２６３が当該クロック信号のクロック周期をスイッチング周期として駆動される。
なお、本実施形態では、スイッチング電源２６３にクロックが内蔵されている構成としてもよい。この場合、スイッチング電源２６３から制御部３Ａに対してクロック周期を含むクロック信号が入力される。

【0062】

制御部３Ａは、メモリー３４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を含んで構成されており、メモリー３４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１０に示すように、送受信制御手段３１Ａ、クロック制御手段３２、及び画像処理手段３３Ａとして機能する。
送受信制御手段３１Ａは、本発明における超音波制御部を構成し、第一実施形態と同様、例えば操作手段（図示略）から超音波測定を実施する旨の操作信号が入力されると、選択回路２２及び送信回路２５に対して駆動指令信号を出力する。また、送受信制御手段３１Ａは、超音波の送信処理と、受信処理とを同期して実施して１フレームの画像に対応したエコー信号を取得する。

【0063】

ここで、本実施形態の送受信制御手段３１Ａは、前記１フレームの画像に対応したエコー信号を取得する超音波の送受信処理を、タイミングをずらしながら複数回実施する。
すなわち、送受信制御手段３１Ａは、スイッチング電源２６３のスイッチング周期と同期して、各走査方向に対するエコー信号を取得する第一フレーム信号取得処理と、スイッチング周期に対してスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延したタイミングで、各走査方向に対するエコー信号を取得する第二フレーム信号取得処理とを、交互に実施する。

【0064】

具体的には、送受信制御手段３１Ａは、タイミング出力手段３１１と、送信指令手段３１２と、受信指令手段３１３として機能する。
タイミング出力手段３１１は、スイッチング電源２６３のスイッチング周期に同期して、第一フレームタイミング信号を出力する。第一フレームタイミング信号は、第一フレーム信号取得処理の開始を示すタイミング信号である。
また、タイミング出力手段３１１は、第一フレームタイミング信号の出力から所定の期間経過後に、スイッチング電源２６３のスイッチング周期に対してスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延させたタイミングで、第二フレームタイミング信号を出力する。
さらに、タイミング出力手段３１１は、第二フレームタイミング信号の出力から所定の期間経過後に、スイッチング電源２６３のスイッチング周期に同期して第一フレームタイミング信号を出力する。このように、タイミング出力手段３１１は、第一フレームタイミング信号と第二フレームタイミング信号とを交互に出力する。

【0065】

なお、前記所定の期間は、第一フレーム信号取得処理及び第二フレーム信号取得処理に係る時間であり、超音波を走査する対象エリアによって設定される。すなわち、超音波を対象エリアに走査させる際に、各超音波素子群４５Ａを順次遅延させて駆動させて超音波を所定の送信方向に送信する送信処理を実施し、対象物にて反射された超音波を受信する受信処理を実施する。以上の送受信処理を、送信時における超音波素子群４５Ａの駆動タイミングの遅延時間を変化させることで、超音波の送信方向を変化させ、対象エリア内の全ての範囲に対する、反射超音波の受信処理を実施する。よって、第一フレーム信号取得処理及び第二フレーム信号取得処理に係る期間は、上記処理が完了するまでの期間となる。

【0066】

送信指令手段３１２は、超音波プローブ２Ａに対して超音波を送信させる旨の送信指令を出力する。この送信指令には、超音波の出力方向、即ち、各超音波素子群４５Ａに駆動信号を印加する際の遅延情報を含む。超音波プローブ２Ａの選択回路２２は、送信指令が入力されると、各駆動接続端子と送信回路２５とを接続し、送信回路２５から駆動信号を各超音波素子群４５Ａに出力する。
受信指令手段３１３は、超音波プローブ２Ａに対して超音波を送信させる旨の送信指令を出力する。超音波プローブ２Ａの選択回路２２は、受信指令が入力されると、各駆動接続端子と受信回路２３３とを接続する。これにより、受信回路２３３から受信信号が整相加算回路２４に出力され、整相加算回路から加算信号が制御部３に出力される。
なお、送受信制御手段３１Ａの具体的な動作については、後述する。

【0067】

画像処理手段３３Ａは、第一フレーム信号取得処理により取得された第一エコー信号に基づく第一加算信号と、第二フレーム信号取得処理により取得された第二エコー信号に基づく第二加算信号とを加算して、加算処理信号を生成し、この加算処理信号に基づいて、画像（内部断層画像）を形成する。

【0068】

ここで、本実施形態では、第一フレーム信号取得処理により取得された各第一エコー信号は、整相加算回路２４により整相加算処理され、第一加算信号として制御部３Ａに出力される。第一加算信号は、制御部３Ａのメモリー３４に適宜記憶される。
第一加算信号は、超音波反射位置で反射された超音波を各超音波素子群４５Ａにて受信した際に出力される受信信号を整相加算した信号である。所定の対象エリアに対して超音波の送信方向を走査させる場合、対象エリア内の各超音波反射位置に対して複数の第一加算信号が得られる。
なお、この第一加算信号では、各第一エコー信号に重畳されるスイッチングノイズが重ね合わされて増幅される。すなわち、第一加算信号は、スイッチングノイズを含んだ信号となる。本実施形態では、第一加算信号が本発明における第一処理信号に相当する。

【0069】

また、第二フレーム信号取得処理により取得された第二エコー信号も、第一エコー信号と同様に、整相加算回路２４により整相加算処理され、第二加算信号として制御部３Ａに出力される。この第二加算信号では、第二エコー信号のスイッチングノイズが重ね合わされて増幅される。当該スイッチングノイズは、第一加算信号におけるスイッチングノイズに対して、当該スイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延した位置に現れる。本実施形態では、第二加算信号は、本発明における第二処理信号に相当する。第二加算信号は、制御部３Ａのメモリー３４に適宜記憶される。

【0070】

そして、画像処理手段３３Ａは、メモリー３４に記憶された第一加算信号及び第二加算信号を読み出し、これらの第一加算信号及び第二加算信号を加算することで、１フレーム分の内部断層画像に対応した加算処理信号を生成する。また、画像処理手段３３Ａは算出された加算処理信号に基づいて、内部断層画像を生成する。この際、第一加算信号に含まれるスイッチングノイズと、第二加算信号に含まれるスイッチングノイズとは、位相が半周期分ずれているため、互いに打ち消し合い、減衰される。
すなわち、本実施形態において、画像処理手段３３Ａは、本発明における画像処理部及び信号加算部として機能する。また、本発明の超音波プローブ２Ａ及び制御部３Ａにより本発明の超音波モジュールが構成される。
以上のように、本実施形態では、２フレーム分の画像に対応した加算信号（第一加算信号及び第二加算信号）を加算することで、１フレーム部の画像に対応した加算処理信号を生成する。

【0071】

［超音波装置１Ａの駆動方法］
次に、上記のような超音波装置１Ａを用いた超音波測定方法（駆動方法）について説明する。
図１１は、本実施形態の超音波装置１の駆動方法を示すフローチャートである。
図１２は、スイッチング電源２６３のスイッチング周期、フレームタイミング信号、超音波の送信タイミング信号、及び超音波の受信タイミング信号のタイミングチャートである。
超音波装置１Ａの超音波測定処理では、例えば図示略の操作手段から超音波測定を開始する旨の操作信号が入力されると、制御部３の送受信制御手段３１は、クロック制御手段３２により、スイッチング電源２６３に対してクロック信号を出力する（ステップＳ２１）。これにより、図１２（Ａ）に示すように、スイッチング周期Ｔでスイッチング電源２６３が駆動される。

【0072】

次に、送受信制御手段３１Ａのタイミング出力手段３１１は、フレームタイミング信号を出力する（ステップＳ２２）。具体的には、タイミング出力手段３１１は、図１２（Ｂ）に示すように、スイッチング周期に同期して第一フレームタイミング信号を出力する。また、タイミング出力手段３１１は、第一フレームタイミング信号の出力タイミングから、第一フレーム信号取得処理に係る所定期間の経過後、スイッチング周期からスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延したタイミングで、第二フレームタイミング信号を出力する。以降、タイミング出力手段３１１は、第一フレームタイミング信号と、第二フレームタイミング信号の出力を継続する。

【0073】

また、送受信制御手段３１Ａは、第一フレームタイミング信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。
ステップＳ２３において、Ｎｏと判定された場合は、ステップＳ２３に戻り、第一フレームタイミング信号の検出を継続する。
ステップＳ２３においてＹｅｓと判定された場合（図１２におけるタイミングｔ２１）、第一フレーム信号取得処理が開始される。
この第一フレーム信号取得処理では、送信指令手段３１２は、スイッチング周期に同期して（スイッチング周期の立ち上がりに同期して）、送信指令信号を出力する。すなわち、選択回路２２が各駆動接続端子と送信回路２５とを接続し、送信処理が実施される（ステップＳ２４）。また、送信指令手段３１２は、図１２（Ｃ）に示すように、送信指令信号と同時に送信タイミング信号を出力する。送信タイミング信号の出力期間は、超音波プローブ２から所定方向への超音波の送信が終了するまでの時間であり、例えば各超音波素子群４５Ａから１〜３パルス分の超音波が出力される。

【0074】

次に、受信指令手段３１３は、図１２（Ｄ）に示すように、送信タイミング信号の立下りタイミングｔ２２と同期して、超音波プローブ２に受信指令信号を出力する。すなわち、選択回路２２が各駆動接続端子と受信回路２３３とを接続し、受信処理が実施される（ステップＳ２５）。また、受信指令手段３１３は、図１２（Ｄ）に示すように、受信指令信号と同時に受信タイミング信号を出力する。受信タイミング信号の出力期間は、超音波プローブ２にて、対象エリアからの反射超音波を受信可能な期間である。このステップＳ２５により、超音波の送信方向における各深さでの反射超音波が検出され、受信回路２３３から第一エコー信号が整相加算回路２４に出力される。これにより、第一加算信号が整相加算回路２４から制御部３に出力され、当該第一加算信号がメモリー３４に記憶される。

【0075】

この後、送受信制御手段３１Ａは、対象エリアに対する超音波走査が終了したか否かを判定する（ステップＳ２６）。なお、ステップＳ２６では、対象エリアに対して設定された全ての方向に対する超音波の送受信処理（ステップＳ２４及びステップＳ２５）が終了したか否かを判定してよく、第一フレーム信号取得処理に対して予め設定された時間が経過したか否かを判定してもよい。

【0076】

ステップＳ２６において、Ｎｏと判定された場合は、ステップＳ２４に戻り、図１２のタイミングｔ２３，ｔ２４に示すように、スイッチング周期に同期した超音波の送受信処理を継続する。
一方、ステップＳ２６において、Ｙｅｓと判定された場合、送受信制御手段３１Ａは、タイミング出力手段３１１により、第二フレームタイミング信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ２７）。
ステップＳ２７において、Ｎｏと判定された場合、ステップＳ２７に戻り、第二フレームタイミング信号の出力検出を継続する。
ステップＳ２７においてＹｅｓと判定された場合（図１２のタイミングｔ２５）、第二フレーム信号取得処理が開始される。

【0077】

この第二フレーム信号取得処理では、送信指令手段３１２は、スイッチング周期に対してスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延したタイミングｔ２５で、送信指令信号を出力する。すなわち、送信処理を実施する（ステップＳ２８）。また、送信指令手段３１２は、第一フレーム信号取得処理と同様、送信指令信号と同時に送信タイミング信号を出力する。

【0078】

次に、受信指令手段３１３は、図１２（Ｄ）に示すように、送信タイミング信号の立下りタイミングｔ２６と同期して、超音波プローブ２に受信指令信号を出力する。すなわち、受信処理を実施する（ステップＳ２９）。また、受信指令手段３１３は、第一フレーム信号取得処理と同様、受信指令信号と同時に受信タイミング信号を出力する。このステップＳ２９により、超音波の送信方向における各深さでの反射超音波が検出され、受信回路２３３から第二エコー信号が整相加算回路２４に出力される。これにより、第二加算信号が整相加算回路２４から制御部３に出力され、当該第二加算信号がメモリー３４に記憶される。

【0079】

この後、送受信制御手段３１Ａは、対象エリアに対する超音波走査が終了したか否かを判定する（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ３０では、ステップＳ２６と同様、対象エリアに対して設定された全ての方向に対する超音波の送受信処理（ステップＳ２８及びステップＳ２９）が終了したか否かを判定してよく、第二フレーム信号取得処理に対して予め設定された時間が経過したか否かを判定してもよい。

【0080】

ステップＳ３０において、Ｎｏと判定された場合は、ステップＳ２８に戻り、図１２のタイミングｔ２７，ｔ２８に示すように、スイッチング周期に同期した超音波の送受信処理を継続する。

【0081】

一方、ステップＳ３０において、Ｙｅｓと判定された場合、画像処理手段３３Ａは、メモリー３４に記憶された第一加算信号と、第二加算信号とをそれぞれ読み出す（ステップＳ３１）。
そして、画像処理手段３３Ａは、これらの第一加算信号及び第二加算信号のうち、超音波反射方向（送信方向）が同一である信号同士を加算して、加算処理信号を生成する（ステップＳ３２）。ここで、第一加算信号及び第二加算信号は、共に、スイッチングノイズが重畳され、整相加算処理により、当該スイッチングノイズが重ね合わされた信号となっている。しかしながら、第一加算信号におけるスイッチングノイズと、第二加算信号におけるスイッチングノイズは、半周期ｔｎだけずれた位置に存在するため、上記のように第一加算信号及び第二加算信号を加算処理することで、これらのスイッチングノイズが互いに打ち消し合い減衰される。

【0082】

この後、画像処理手段３３Ａは、ステップＳ３１にて算出された各加算処理信号に基づいて、対象物の内部断層画像を生成し、表示部４に表示させる（ステップＳ３３）。
また、制御部３は、超音波による内部断層画像の測定を継続するか否かを判定する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４において、Ｙｅｓと判定された場合は、ステップＳ２３に戻る。

【0083】

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１Ａは、超音波プローブ２Ａは、超音波デバイス２１と、超音波デバイス２１を用いた超音波の送信処理を実施する送信回路２５と、超音波デバイス２１の各超音波素子群４５Ａからの受信信号を処理し、エコー信号を出力する受信回路２３３と、を備えている。この受信回路２３３は、所定のスイッチング周期Ｔで駆動されるスイッチング電源２６３からの電力により駆動する。
そして、制御部３Ａの送受信制御手段３１Ａは、スイッチング周期に同期して超音波の送受信処理を実施する。この時、受信回路２３３から出力された第一エコー信号を整相加算回路２４により整相加算処理し、第一加算信号として、メモリー３４に記憶する。また、制御部３Ａの送受信制御手段３１Ａは、スイッチング周期に対してスイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけ遅延したタイミングで超音波の送受信処理を実施する。この時、受信回路２３３から出力された第二エコー信号を整相加算回路２４により整相加算処理し、第二加算信号として制御部３に出力する。そして、画像処理手段３３Ａは、メモリー３４に記憶された第一加算信号と、第二加算信号とを加算処理し、加算処理信号として出力する。

【0084】

このような構成の超音波装置１Ａでは、第一加算信号（第一エコー信号）に重畳されるスイッチングノイズと、第二加算信号（第二エコー信号）に重畳されるスイッチングノイズとが、スイッチングノイズの半周期ｔｎ分だけずれて現れる。このため、これらの第一加算信号と第二加算信号とを加算すると、互いのスイッチングノイズを打ち消し合い、その結果スイッチングノイズが低減される。したがって、第一実施形態と同様に、高精度な超音波測定結果を得ることができ、対象物に対する高精度な内部断層画像を生成することができる。
さらに、第一実施形態に比べて、単一の受信回路２３３、及び単一のスイッチング電源２６３により、スイッチングノイズを効果的に低減でき、構成の簡略化を図れる。また、従来の受信回路と、スイッチング電源を備えた超音波装置に対しても、上記のように対しても、送受信制御手段３１Ａ、クロック制御手段３２、及び画像処理手段３３Ａを組み込むだけで、容易にスイッチングノイズの低減を図ることができる。このような送受信制御手段３１Ａ、クロック制御手段３２、及び画像処理手段３３Ａは、例えばメモリー３４等の記憶手段に記憶されたプログラムをＣＰＵ等の演算回路が読み込み実行することで、構成することができる。したがって、既存の超音波プローブ２に対して、例えばこれらの機能を有するアプリケーションソフトウェアをインストールすることで、容易に実現することも可能となる。

【0085】

［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。

【0086】

例えば、上記第三実施形態において、第一加算信号を本発明の第一処理信号とし、第二加算信号を本発明の第二処理信号とし、画像処理手段３３Ａを本発明の信号加算部として、第一加算信号と第二加算信号とを加算する構成とした。これに対して、例えば、超音波プローブ２において、第一エコー信号及び第二エコー信号を記憶するメモリーを設け、整相加算回路により、これらの第一エコー信号及び第二エコー信号を整相加算処理して、制御部３に出力する構成としてもよい。この場合、第一エコー信号が本発明における第一処理信号、第二エコー信号が本発明における第二処理信号となり、整相加算回路２４が本発明における信号加算部となる。このような場合でも、各第一エコー信号に重畳されるスイッチングノイズと、第二エコー信号に重畳されるスイッチングノイズが、当該スイッチングノイズの半周期ｔｎ分ずれる。したがって、これらを加算処理することで、スイッチングノイズを効果的に低減できる。

【0087】

上記第一実施形態において、制御部３のクロック制御手段３２により、第一スイッチング電源２６１及び第二スイッチング電源２６２に対してクロック信号を出力して、第一スイッチング電源２６１と、第二スイッチング電源２６２との駆動周期をスイッチノイズの半周期分だけ遅延させた。これに対して、上述したように、第一スイッチング電源２６１から第二スイッチング電源２６２にクロック信号を出力し、第二スイッチング電源２６２において、入力されたクロック信号のクロック周期に対して、スイッチングノイズの半周期だけ遅延させて駆動させてもよい。

【0088】

第三実施形態において、クロック制御手段３２からスイッチング電源２６３にクロック信号を出力する例を示すが、例えば、従来のクロックを内蔵したスイッチング電源を用いてもよい。この場合、スイッチング電源からクロック信号を制御部３に出力する。これにより、送受信制御手段３１Ａは、当該入力されるクロック信号のクロック周期（スイッチング周期）に基づいて、第一加算信号及び第二加算信号を取得することが可能となる。

【0089】

第三実施形態において、第一フレーム信号取得処理と、第二フレーム信号取得処理とを実施して、第一加算信号と、第二加算信号とを加算処理する例を示したが、これに限定されない。
例えば、スイッチング周波数に同期した第一フレーム信号取得処理、スイッチング周波数に対してスイッチングノイズの半周期分遅延させた第二フレーム信号取得処理、スイッチング周波数に同期した第三フレーム信号取得処理、及びスイッチング周波数に対してスイッチングノイズの半周期分遅延させた第四フレーム信号取得処理を実施してもよい。この場合、第一フレーム信号取得処理において取得される第一加算信号、第二フレーム信号取得処理において取得される第二加算信号、第三フレーム信号取得処理において取得される第三加算信号、及び第四フレーム信号取得処理において取得される第四加算信号を加算処理して、加算処理信号を生成する。

【0090】

上記各実施形態では、超音波デバイス２１として、振動膜４１２上に、薄膜状の圧電素子４１３を積層することで、超音波を出力する超音波デバイス２１を備える構成を例示したが、これに限定されない。超音波デバイスとしては、例えばバルク型の圧電体のスキャン方向に配置して超音波の送受信を行う構成などとしてもよい。その他、超音波デバイス２１の構成としては、如何なる構成をも例示でき、例えば、ギャップを介して対向する一対の電極間に交流電圧を印加することで、振動膜を振動させる超音波素子等であってもよい。

【0091】

また、スキャン方向に沿って超音波素子群４５Ａが配置された１次元アレイ構造を例示したが、各超音波素子４５がそれぞれ独立して駆動可能な２次元アレイ構造に構成されていてもよい。

【0092】

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】

【0093】

１，１Ａ…超音波装置、２，２Ａ…超音波プローブ、３，３Ａ…制御部、２０…配線基板、２１…超音波デバイス、２２…選択回路、２３…受信回路部、２４…整相加算回路、２５…送信回路、２６…電源部、３１，３１Ａ…送受信制御手段、３２…クロック制御手段、３３，３３Ａ…画像処理手段、３４…メモリー、４５…超音波素子、４５Ａ…超音波素子群、４６…超音波アレイ、２３１…第一受信回路、２３２…第二受信回路、２３３…受信回路、２６１…第一スイッチング電源、２６２…第二スイッチング電源、２６３…スイッチング電源、３１１…タイミング出力手段、３１２…送信指令手段、３１３…受信指令手段、Ｙ０…中心位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】