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(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】6948216
(24)【登録日】2021年9月22日
(45)【発行日】2021年10月13日
(54)【発明の名称】超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サ
(51)【国際特許分類】
H04R 19/00 20060101AFI20210930BHJP
【ＦＩ】
H04R19/00 330
【請求項の数】9
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2017-199137(P2017-199137)
(22)【出願日】2017年10月13日
(65)【公開番号】特開2019-75646(P2019-75646A)
(43)【公開日】2019年5月16日
【審査請求日】2020年10月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001689
【氏名又は名称】青稜特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】玉川 啓太
(72)【発明者】
【氏名】南利 光彦
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 慎祐
(72)【発明者】
【氏名】町田 俊太郎
(72)【発明者】
【氏名】田中 宏樹
【審査官】
中村 天真
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１７−５３０６２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−２１９６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２６８２６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０８−０５１６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１２／０５０１７２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ ８／００− ８／１５
Ｇ１０Ｋ １１／００−１３／００
Ｈ０４Ｒ １７／００，１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電極を有した第１の部材と、第２の電極を有した第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを支持する支持部材とにより空隙が形成されたセルを有した整合層と、
印加電圧を制御して前記第１の部材と前記第２の部材とが接触する面積を変える制御部と、
を備えることを特徴とする超音波送受信装置。
印加電圧を制御して前記第１の部材と前記第２の部材とが接触する面積を変える制御部と、
を備えることを特徴とする超音波送受信装置。
【請求項2】
前記整合層は、大きさが異なる複数の前記セルを有して構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項3】
前記セルには、前記空隙に突出した複数の突起が設けられ、
前記制御部は、印加電圧を制御して前記第１の部材または前記第２の部材が前記突起に接触する数を変えることにより、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
前記制御部は、印加電圧を制御して前記第１の部材または前記第２の部材が前記突起に接触する数を変えることにより、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項4】
前記制御部は、被検体の種類に応じて前記印加電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項5】
前記整合層は、複数の整合層から構成される積層構造により構成され、
前記制御部は、前記整合層ごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
前記制御部は、前記整合層ごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項6】
前記整合層は、複数の整合層から構成される積層構造により構成され、
前記制御部は、前記複数の整合層について設けられた一つの電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
前記制御部は、前記複数の整合層について設けられた一つの電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項7】
前記整合層は、複数の前記セルを有して構成され、
前記制御部は、複数の前記セルごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
前記制御部は、複数の前記セルごとに設けられた電源が印加する電圧を制御し、前記接触する面積を変える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記整合層から受信した反射波信号に基づいて印加する電圧をフィードバックするフィードバック回路を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項9】
第１の電極を有した第１の部材と、第２の電極を有した第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを支持する支持部材とにより空隙が形成されたセルを有し、制御部により制御される印加電圧に基づいて前記第１の部材と前記第２の部材とが接触する面積を変える整合層と、
前記制御部からの指示にしたがって超音波を放射し、被検体から受信した反射波に基づく反射波信号を前記制御部に出力する圧電素子と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサ。
前記制御部からの指示にしたがって超音波を放射し、被検体から受信した反射波に基づく反射波信号を前記制御部に出力する圧電素子と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ソ−ナ−や医療用超音波診断装置をはじめとする様々な超音波送受信装置が存在する。これらの超音波送受信装置では、通常、圧電素子と被検体との音響インピ−ダンスの整合をとるための整合層が設けられる。例えば、特許文献１では、エポキシ樹脂等の材料により積層された音響整合層を有した超音波トランスデュ−サが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６−２１９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超音波送受信装置の音響素子の性能を向上させるためには、音波の異種材料間での反射をできるだけ抑制する必要があり、物質界面での音響インピ−ダンスの整合が非常に重要となる。特許文献１では、音響インピ−ダンスの整合をとるために、整合層を複数層で構成した整合層の厚さを使用周波数の１／４波長にするように調整している。
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されている整合層の場合、被検体の材質に応じて整合層の厚みや使用材料を変える必要があり、広周波数帯域で音響インピ−ダンスの整合をとることが困難であった。また、積層数が増えるほど精度よく音響インピ−ダンスの整合をとることができる一方、整合層の厚さが増してしまうため、装置の小型化が困難になってしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、小型化を実現しつつ、精度よく広周波数帯域での音響インピ−ダンスの整合をとることが可能な超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サ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】
本発明にかかる超音波送受信装置は、第１の電極を有した第１の部材と、第２の電極を有した第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とを支持する支持部材とにより空隙が形成されたセルを有した整合層と、印加電圧を制御して前記第１の部材と前記第２の部材とが接触する面積を変える制御部と、を備えることを特徴とする超音波送受信装置として構成される。
【0008】
また、本発明は上記超音波送受信装置に用いられる超音波トランスデュ−サとしても把握される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、小型化を実現しつつ、精度よく広周波数帯域での音響インピ−ダンスの整合をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】超音波送受信装置の構成例を示す図である。
【図2】超音波トランスデュ−サの構造例を示す図である。
【図5A】電圧制御時におけるセルの構造例を示す図である。
【図5B】電圧制御時におけるセルの接触面積の変化の例を示す図である。
【図7A】電圧制御時におけるセルの構造例を示す図である（他の例）。
【図7B】電圧制御時におけるセルの接触面積の変化の例を示す図である（他の例）。
【図8】印加電圧の制御方法を定めた印加電圧制御テ−ブルの例を示す図である。
【図9】超音波送受信装置の構成例を示す図である（１つの電源を設けた場合）。
【図10】超音波送受信装置の構成例を示す図である（セルごとに電源を設けた場合）。
【図11】超音波送受信装置の構成例を示す図である（フィ−ドバック制御する場合）。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に添付図面を参照して、超音波送受信装置および超音波トランスデュ−サの実施の形態を詳細に説明する。以下では、一例として、音響素子から構成される整合層に、静電容量型デバイス（CMUT（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）デバイス）の超音波トランスデュ−サに適用した超音波送受信装置について説明しているが、同様の機能を有した機器や装置に適用することができる。また、以下では、特に説明する場合を除き、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【0013】
超音波トランスデュ−サ１２は、超音波を送信するとともに反射波を受信する超音波探触子である。超音波トランスデュ−サ１２は、回路部１３に電気的に接続され、回路部１３が有する送信回路１３３から供給される駆動信号に基づき超音波を発生するとともに、図示しない被検体からの反射波を受信して、受信した反射波を電気信号に変換する。
【0014】
超音波トランスデュ−サ１２から被検体に超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体の音響インピ−ダンスの不連続面で次々と反射され、当該超音波トランスデュ−サ１２がその反射波を受信する。反射波は、当該反射波を受信した超音波トランスデュ−サ１２で電気信号である反射波信号に変換される。反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピ−ダンスの差に依存する。
【0015】
図１に示すように、超音波トランスデュ−サ１２は、１または複数の整合層１２１と、圧電素子１２２とを有して構成される。図１では、第１整合層から第Ｎ整合層までのＮ個の整合層が設けられているが、超音波送受信装置の使用環境や被検体等の媒質に応じて、適宜その数を定めることができる。
【0016】
各整合層１２１は、圧電素子１２２から放射される超音波が効率よく被検体内に入射されるように、圧電素子１２２と被検体との間の音響インピ−ダンスの不整合を緩和する部材を有して構成され、圧電素子１２２の音響放射面（圧電素子１２２の超音波を放射する面）側に設けられている。各整合層１２１の部材としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコ−ン樹脂などの樹脂、あるいはアルミニウムなどの金属またはその合金や、半導体であるシリコンやその化合物などの無機材料を用いることができる。各整合層１２１は、回路部１３に設けられた各整合層１２１に対応する電源１３１から印加された電圧の値の大きさに応じて、その構造を変化させる。各整合層１２１の具体的な構成や構造の変化については後述する。
【0017】
圧電素子１２２は、例えば、圧電セラミクス等の圧電素子や電歪素子から構成される。圧電素子１２２の部材としては、圧電性を有した、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛／Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛／Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）を用いることができる。圧電素子１２２は、回路部１３の送信回路１３３から供給される駆動信号にしたがって超音波を放射するとともに、被検体から受信した反射波を反射波信号（電圧信号）に変換し、変換した反射波信号を回路部１３の受信回路１３４に出力する。超音波トランスデュ−サ１２の具体的な物理的構造については後述する。続いて、回路部１３について説明する。
【0018】
回路部１３は、超音波トランスデュ−サ１２による超音波の送受信の制御、および各整合層１２１に印加する電圧を制御する回路である。図１に示すように、回路部１３は、各整合層１２１に対応して設けられた１または複数の電源１３１と、それぞれの電源１３１の印加電圧を制御する電圧制御部１３２と、制御表示部１４からの指示にしたがって超音波トランスデュ−サ１２に駆動信号を供給する送信回路１３３と、超音波トランスデュ−サ１２において発生した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波デ−タを生成し、制御表示部１４に出力する受信回路１３４とを有して構成される。
【0019】
各電源１３１は、例えば、直流電源回路から構成され、電圧制御部１３２からの指示にしたがって、それぞれの電源１３１に対応する整合層１２１に電圧を印加する。
【0020】
電圧制御部１３２は、例えば、電圧制御回路から構成され、制御表示部１４の制御演算部１４１からの指示にしたがって、各電源１３１に対して印加する電圧を制御する。各電源１３１および電圧制御部１３２は、１つの回路として構成されていてもよい。
【0021】
送信回路１３３は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等の各種回路を有して構成され、超音波トランスデュ−サ１２に駆動信号を供給する。
【0022】
受信回路１３４は、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等の各種回路を有して構成され、超音波トランスデュ−サ１２において発生した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波デ−タを生成する。続いて、制御表示部１４について説明する。
【0023】
制御表示部１４は、回路１３に対する電圧制御を含む各種指示や超音波トランスデュ−サ１２に対する駆動指示を出力し、当該駆動指示にしたがって得られた反射波デ−タを出力するコンピュ−タにより構成される。図１に示すように、制御表示部１４は、制御演算部１４１と、操作表示部１４２と、記憶部１４３とを有して構成されている。制御表示部１４と回路部１３とは、１つのコンピュ−タに内蔵されていてもよい。
【0024】
制御演算部１４１は、超音波トランスデュ−サ１２による超音波の送受信の制御、および回路部１３への電圧制御を指示するとともに、超音波トランスデュ−サ１２が受信した反射波に基づいて超音波画像を生成する回路である。また、制御演算部１４１は、回路部１３の受信回路１３４から出力された反射波デ−タから超音波画像を生成する。
【0025】
制御演算部１４１は、情報処理装置（計算機）としての機能を実現する制御プロセッサであり、表示制御部１４および超音波送受信装置１００の処理全体を制御する。具体的には、制御演算部１４１は、操作表示部１４２を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶部１４３から読込んだ各種制御プログラム及び各種デ−タに基づき、回路部１３の処理を制御する。また、制御演算部１４１は、記憶部１４３が記憶する超音波画像等の各種画像、又は、制御演算部１４１による処理を行なうためのＧＵＩ（Graphical User Interface）、処理結果等を操作表示部１４２に表示する制御を実行する。
【0026】
制御演算部１４１は、例えば、ＣＰＵ（central preprocess unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィ−ルドプログラマブルゲ−トアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路により構成される。なお、記憶部１４３にプログラムを記憶することに代えて、制御演算部１４１の回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、制御演算部１４１は回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。
【0027】
操作表示部１４２は、超音波送受信装置１００の操作者からの操作を受け付けて、各種設定要求を入力するためのＧＵＩを表示したり、制御演算部１４１において生成された超音波画像等を表示する表示装置を有している。また、操作表示部１４２は、トラックボ−ル、スイッチ、ダイヤル、タッチコマンドスクリ−ン等により構成される入力装置３を有している。
【0028】
操作表示部１４２は、超音波送受信装置１００の操作者から、超音波トランスデュ−サ１２を制御するための各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を制御演算部１４１に出力する。
【0029】
記憶部１４３は、制御演算部１４１が生成した超音波画像を記憶するメモリである。記憶部１４３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハ−ドディスク、光ディスク等により実現される。以下では特に説明していないが、記憶部１４３に、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうためのプログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディ−マ−ク等の各種デ−タが記憶されてもよい。
【0030】
図２は、超音波トランスデュ−サ１２の構造例を示す図である。図２に示すように、超音波トランスデュ−サ１２は、物理的には、上記整合層１２１と、上記圧電素子１２２と、バッキング１２３と、カバ−１２４とを有して構成されている。バッキング１２３は、圧電素子１２２による超音波パルスの送波の際に、超音波の照射方向と反対側に放射される超音波パルスを吸収し、圧電素子１２２の余分な振動を抑えるために設けられた部材である。カバ−１２４は、上記整合層１２１、上記圧電素子１２２、バッキング１２３の収納空間を形成する部材である。図２では、整合層１２１が、第１整合層１２１−１から第３整合層１２１−３までの３つの整合層により構成されている例を示している。
【0031】
図３は、図２に示した整合層１２１の構造例を示す図である。図３に示すように、整合層１２１は、第１層を形成する第１整合層１２１−１から第Ｎ層を形成する第Ｎ整合層１２１−ｎにより形成される積層構造により構成される。以下では、整合層１２１に、このような積層構造を適用した場合を例示しているが、単層構造により構成されていてもよい。また、上記積層構造を形成する整合層１２１の各層は、１または複数のセル３１を有して構成される。図３では、例えば、第１層として形成される第１整合層１２１−１は８つのセル３１−１により構成され、第Ｎ層として形成される第Ｎ整合層１２１−ｎは２つのセル３１−ｎにより構成されていることを示している。図３では、各整合層１２１が複数のセル３１により構成される例を示しているが、１つのセル３１により構成されていてもよい。すなわち、それぞれの整合層１２１を構成するセル３１の数、セル３１の大きさ、整合層１２１の積層順序は、超音波送受信装置１００の使用環境や被検体等の媒質に応じて任意に組み合わせることができる。
【0032】
したがって、図３に例示したように、必ずしも下層の整合層から順にセル３１の大きさを大きくして異ならせる必要はなく、これとは逆に上層の整合層から順にセル３１の大きさを小さくして異ならせたり、各整合層のセル３１の大きさを同じにする等、適宜組み合わせればよい。
【0033】
図４は、図３に示したセル３１の構造例を示す図である。図４に示すように、セル３１は、上面電極３１１ａ（第１の電極）を有した平板状の上面板３１１（（第１の部材）と、下面電極３１２ａ（第２の電極）を有した平板状の下面板３１２（第２の部材）と、上面板３１１と下面板３１２とを支持する支持部材３１３とを有して構成されている。すなわち、セル３１は、上面板３１１と下面板３１２と支持部材３１３とにより、空隙Ｘを形成するように構成されている。
【0034】
具体的には後述するが、発明者らは、上記のようにセル３１が空隙を有する構造とし、上面板３１１と下面板３１２との接触面積の大きさを変化させることにより、音響インピ−ダンスを可変とする整合層を実現した。従来、整合層は、無機材料を用いているが、精度よく音響インピ−ダンスを整合させるために、被検体の種類等応じて整合層の厚みや積層数を変えて周波数帯域を調整しなければならず、広範囲の周波数帯域での調整が困難であった。このような従来の問題点に鑑み、発明者らは、空隙を有した静電容量型のセルを採用して整合層を構成し、当該セルに印加される電圧を制御することで音響インピ−ダンスを整合させる着想に至った。
【0035】
CMUTデバイスは、２つの電極に印加された電圧により生じる静電気力が、２つの電極を引っ張る引力で上面板または下面板が振動して電極間の静電容量が変化するデバイスである。したがって、通常は、電極を有した上面板と下面板とを接触させるのではなく、振動させることにより、音波を発生させるように電圧を制御する。しかし、本発明者らは、このようなCMUTデバイスの構造に着目し、このような従来の制御方法とは逆に、電極を有した上面板と下面板とを接触させることによって振動を抑え、音波の反射を極力抑制して音響インピ−ダンスを整合させる方法を採用するに至った。以下、本実施例におけるセル３１の構造およびセル３１の制御について説明する。
【0036】
なお、本実施例では、CMUTデバイスをセル３１に適用した場合について説明しているが、PMUT（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers）デバイスをセル３１に適用した場合も同様に考えることができる。
【0037】
図５Ａは、電圧制御時におけるセル３１の構造例を示す図である。図５Ａに示すように、セル３１は、回路部１３の電源１３１により、上面板３１１の上面電極３１１ａに対して電圧が印加されると、上面が空隙Ｘ側に折れ曲がって変形して下面に接触する。このとき、空隙Ｘは、下面板３１２と下面板３１２に接触した上面板３１１と支持部材３１３とにより、２つの空隙Ｘ１に分割される。印加される電圧が大きくなるほど、その接触面積Ｃは、図５Ｂに示すグラフのように徐々に大きくなる。図５Ａでは上面板３１１に電圧を印加した例を示しているが、下面板３１２に電圧を印加したときについても同様に考えることができる。このように、セル３１に対する印加電圧の大きさを制御することにより、上記接触面積Ｃの大きさを増減させ、整合層の構造を変えることなく音響インピ−ダンスを変化させることができる。接触面積Ｃの大きさをどの程度に制御するのかについては、超音波送受信装置１００の使用環境や被検体等の媒質に応じて適宜定めればよい。
【0038】
図６は、図３に示したセル３１の他の構造例を示す図である。図６では、下面板３１２の内面側である空隙Ｘ側に突出した複数の突起Ｐが階段状に設けられている。突起Ｐは、空隙Ｘの中央から支持部材３１３の方向に離れるにつれて、徐々に高さが高くなるように、等間隔で下面板３１２に設けられている。図６では、突起Ｐが下面板３１２に設けられた例を示しているが、各突起Ｐが上面板３１１に設けられていてもよい。
【0039】
また、図６では、複数の突起Ｐが上記のように階段状に配置されているが、各突起Ｐの高さ同じ高さであってもよい。さらに、各突起Ｐは必ずしも等間隔に並べられている必要はなく、ある突起間の幅と、他の突起間の幅とを変えて配置されてもよい。また、各突起Ｐの支持部材３１３方向の幅は必ずしも同じ幅である必要はなく、ある突起Ｐの幅と他の突起Ｐの幅とを変えて配置されていてもよい。さらに、各突起Ｐと電圧印加時における上面板３１１または下面板３１２との接触面が平面である必要はなく、他の形状であってもよい。すなわち、突起Ｐは、電圧印加時に、上面板３１１または下面板３１２が、後述するような多段階で接触可能な立体形状として配置されていればよい。
【0040】
図７Ａは、電圧制御時におけるセル３１の他の構造例を示す図である。図７Ａに示すように、セル３１は、回路部１３の電源１３１により、上面板３１１の上面電極３１１ａに対して電圧が印加されると、上面板３１１が空隙Ｘ側に折れ曲がって変形して突起Ｐに接触する。図７Ａでは、上面板３１１がすべての突起Ｐ（Ｐ１〜Ｐ７）に接触している例を示している。この場合、空隙Ｘは突起Ｐと突起Ｐに接触した上面板３１１と下面板３１２と支持部材３１３とにより８つの空隙Ｘ２に分割される。図７Ａに示す例では、印加される電圧が大きくなるほど、上面板３１１が接触する突起Ｐの数が多くなる。具体的には、印加される電圧が大きくなるにつれて、上面板３１１は、突起Ｐ１およびＰ７の２つの突起→突起Ｐ１、２およびＰ６、７の４つの突起→突起Ｐ１、２、３およびＰ５、６、７の６つの突起→突起Ｐ１からＰ７までの７つのすべての突起に対してこの順序で接触することにより接触する突起の数が変わり、接触面積Ｃが、図７Ｂに示すグラフのように段階的に大きくなる。
【0041】
このように、セル３１に対する印加電圧の大きさを制御することにより、上面板３１１が接触する突起Ｐの数を変化させて、段階的に接触面積Ｃの大きさを増減させる。したがって、図５Ａの場合に比べて、さらに、音響インピ−ダンスの変化を容易に調整することができる。
【0042】
図８は、印加電圧の制御方法を定めた印加電圧制御テ−ブルの例を示す図である。当該テ−ブルは記憶部１４３にあらかじめ記憶されているものとして説明するが、制御演算部１４１や電圧制御部１３２に記憶されていてもよい。図８に示すように、印加電圧制御テ−ブル１４３１は、整合層を構成する各層と、被検体である伝搬媒体ごとに定められた電圧値とが対応付けて記憶されている。
【0043】
図８では、例えば、１層目の整合層である第１整合層１２１−１は、被検体が伝搬媒体１である場合には印加電圧の値が（Ａ）に設定され、被検体が伝搬媒体２である場合には印加電圧の値が（Ｅ）に設定され、被検体が伝搬媒体３である場合には印加電圧の値が（Ｉ）に設定されることを示している。他の各層の整合層についても同様に、伝搬媒体ごとに印加電圧の値が設定されている。このように、整合層を構成する各層ごとに、被検体の種類に応じて印加電圧を定めることにより、１つの超音波トランスデュ−サ１２を用いて様々な種類の被検体に対して超音波を送受信することができる。図８に示す印加電圧制御テ−ブル１４３１で定められた印加電圧の値は、例えば、制御演算部１４１が記憶部１４３に記憶された印加電圧制御テ−ブル１４３１を読み出して操作表示部１４２に表示し、操作表示部１４２が、操作者から整合層ごとおよび伝搬媒体ごとの印加電圧の値の選択を受け付けることにより、設定される。なお、図８では、整合層の各層ごとおよび伝搬媒体ごとに印加電圧の値を定めているが、上記各層を構成するセル３１ごとおよび伝搬媒体ごとに印加電圧の値を定めてもよい。
【0044】
このように、本実施例では、整合層１２１を構成するセル３１に空隙を設け、例えば、セル３１が当該空隙を挟む上面板１３１および下面板１３２のそれぞれの電極に電圧を印加することにより、少なくとも１つのセル３１の上面板１３１と下面板１３２とが接触し、被検体等の媒質に応じて印加電圧の大きさを制御することにより、上面板１３１と下面板１３２との接触面積を可変とする構成を採用している。したがって、超音波トランスデュ−サ１２の構造を変えることなく、様々な被検体に応じて容易に音響インピ−ダンスを変更することができ、超音波トランスデュ−サ１２の小型化を実現することができる。
【0045】
図１では、整合層１２１ごとに電源１３１が設けられている場合について例示した。しかし、さらなる超音波トランスデュ−サ１２の小型化が必要となる場合には、例えば、図９に示すように、超音波送受信装置２００の回路部１３Ａに設けられた１つの電源１３１Ａが、超音波トランスデュ−サ１２のそれぞれの整合層１２１に対して電圧を印加する構成としてもよい。この場合、電源１３１Ａから各整合層に対して同じ電圧が印加されるため、例えば、図３に示したように、整合層１２１が各層のセル３１の大きさを変えている場合には、印加電圧の大きさによって反応するセル３１が異なることとなる。
【0046】
したがって、整合層１２１の各層ごとおよび各セルごとに上記接触面積の大きさを可変とすることができる。もちろん、図１に示した構成において、各電源１３１が、対応する各整合層１２１に対して同じ大きさの電圧を印加した場合も同様に考えることができる。
【0047】
図１０は、セル３１ごとに電源１３１を設けた超音波送受信装置３００の構成例を示す図である。図１０に示すように、超音波送受信装置３００の回路部１３Ｂは、整合層１２１を構成するセル３１ごとに電源１３１Ｂを設け、セル３１単位に印加する電圧の大きさを制御する構成となっている。図１０では、第１整合層１２１−１を構成する複数のセル３１（セルＡ〜セルＭ）のそれぞれに対応して電源１３１Ｂが設けられた場合の構成を例示している。このような構成とすることにより、セル単位で印加電圧を制御することができるため、音響インピ−ダンスをより細やかに変化させることができる。図１０では第１整合層１２１−１の構成を例示しているが、整合層１２１を構成するすべての層について、セル３１ごとに電源を設けてもよいし、整合層１２１の一部の層について、セル３１ごとに電源を設けてもよい。
【0048】
すなわち、整合層１２１を構成する各層のうち、セル単位で印加電圧が制御される層と、層単位で印加電圧が制御される層とを組み合わせてもよい。このような組み合わせは、超音波送受信装置の使用環境や被検体等の媒質に応じて定めることができる。
【0049】
図１１は、超音波トランスデュ−サ１２から受信した反射波信号を解析し、その解析結果を電圧制御部１３２にフィ−ドバックする超音波送受信装置４００の構成例を示す図である。図１１に示すように、超音波送受信装置４００の制御表示部１４は、制御演算部１４１Ａを有し、当該制御演算部１４１Ａには、フィ−ドバック回路１４１１と、信号処理部１４１２とが設けられている。
【0050】
フィ−ドバック回路１４１１は、信号処理部１４１２から受け取った反射波信号の値と、当該反射波信号の最適値とに基づいて、印加電圧の大きさを制御し、当該制御の結果を回路部１３の電圧制御部１３２に出力してフィ−ドバックする。例えば、フィ−ドバック回路１４１１は、被検体が人体の骨である場合にはその骨を透過する程度の大きさの電圧を印加してセルの接触面積を変えるように、電圧制御部１３２に指示する。また、例えば、反射波信号の値が最適値を下回っている場合、フィ−ドバック回路１４１１は、印加する電圧を大きくしてセルの接触面積を増やすように、電圧制御部１３２に指示する。
【符号の説明】
【0053】
１００、２００、３００、４００ 超音波送受信装置１２ 超音波トランスデュ−サ
１２１ 整合層
１２２ 圧電素子
１３、１３Ａ、１３Ｂ 回路部
１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ 電源
１３２ 電圧制御部
１３３ 送信回路
１３４ 受信回路
１４ 制御表示部
１４１、１４１Ａ 制御演算部
１４１１ フィ−ドバック回路
１４１２ 信号処理部
１４２ 操作表示部
１４３ 記憶部
１４３１ 印加電圧制御テ−ブル
３１ セル
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２ 空隙
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ７ 突起