超音波センサーおよび電子機器
【課題】送信時に送受信素子を個別に駆動でき、受信感度を向上できる超音波センサーを提供すること。
【解決手段】超音波センサー１０は、複数の送受信兼用素子３１０と、各送受信兼用素子の第１電極に接続された第１電極側スイッチ７１，７３と、各送受信兼用素子の第２電極に接続された第２電極側スイッチ７２，７４と、制御回路６０と、送信回路４０と、受信回路５０と、共通電極接続配線８０と、直列接続用配線８１とを備える。制御回路６０は、超音波信号の送信時は、スイッチ７１，７３を送信回路４０に接続し、スイッチ７２，７４を共通電極接続配線８０に接続し、各送受信兼用素子３１０を送信回路４０および共通電極接続配線８０に対して並列に接続する。制御回路６０は、超音波信号の受信時は、スイッチ７１，７３およびスイッチ７２，７４を直列接続用配線８１に接続し、各送受信兼用素子３１０を受信回路５０に対して直列に接続する。
【解決手段】超音波センサー１０は、複数の送受信兼用素子３１０と、各送受信兼用素子の第１電極に接続された第１電極側スイッチ７１，７３と、各送受信兼用素子の第２電極に接続された第２電極側スイッチ７２，７４と、制御回路６０と、送信回路４０と、受信回路５０と、共通電極接続配線８０と、直列接続用配線８１とを備える。制御回路６０は、超音波信号の送信時は、スイッチ７１，７３を送信回路４０に接続し、スイッチ７２，７４を共通電極接続配線８０に接続し、各送受信兼用素子３１０を送信回路４０および共通電極接続配線８０に対して並列に接続する。制御回路６０は、超音波信号の受信時は、スイッチ７１，７３およびスイッチ７２，７４を直列接続用配線８１に接続し、各送受信兼用素子３１０を受信回路５０に対して直列に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサーおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アレイ状に配置した超音波振動子（超音波トランスデューサー）により超音波ビームを整形し生体内の情報を測定する超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような超音波センサーでは、複数の送受信素子（超音波トランスデューサー）を送信回路や受信回路に対して並列接続していた。すなわち、各送受信素子の一対の電極のうち、一方の電極を共通電極（ＧＮＤ）に接続し、他方の電極を個別に送信回路および受信回路に接続していた。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４０８９７４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、従来の超音波センサーは、主に心臓や胎児の状態を測定していた。これに対し、近年、血管や血液のように、心臓などに比べて小さいものを検査対象とする超音波センサーが要望されている。
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。
【０００６】
このような超音波の高周波化に伴い、各送受信素子のサイズや、配置ピッチ（アレイピッチ）を小さくする必要がある。
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。
【０００７】
本発明は、送信時には送受信素子を個別に駆動でき、かつ、受信感度を向上できる超音波センサーおよびこの超音波センサーを有する電子機器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】
【０００８】
本発明の超音波センサーは、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の各第１電極にそれぞれ接続された複数の第１電極側スイッチと、前記複数の送受信兼用素子の各第２電極にそれぞれ接続された複数の第２電極側スイッチと、前記複数の送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記複数の送受信兼用素子に超音波送信用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超音波を受信した際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、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記各第１電極側スイッチを前記送信回路に接続し、前記各第２電極側スイッチを前記共通電極接続配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路および前記共通電極に対して並列に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記各第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを前記直列接続用配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記受信回路に対して直列に接続することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、制御回路は、第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを操作し、超音波の送信時には、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、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。
【００１０】
本発明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、前記第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチは、それぞれｎ個設けられ、前記直列接続用配線は、各送受信兼用素子の第１電極側スイッチを、異なる各送受信兼用素子の第２電極側スイッチに接続して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つの第１電極側スイッチを受信回路に接続する１本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つの第２電極側スイッチを受信回路に接続する１本の素子回路間接続用配線とを備えることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、制御回路は、超音波の送信時には、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、ｎ個の送受信兼用素子の各第１電極をそれぞれ送信回路に接続し、各第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、ｎ個の送受信兼用素子は、送信回路および共通電極に対して並列に接続し、ｎ個の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ｎ個の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、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。
【００１２】
本発明の超音波センサーは、第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１および第２の送受信兼用素子と、前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、直列接続用配線と、を備え、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記第１スイッチおよび第３スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２スイッチおよび第４スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第３スイッチを前記受信回路に接続することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、制御回路は、超音波の送信時には、第１〜４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１〜４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。
【００１４】
本発明の超音波センサーは、第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１〜第４の送受信兼用素子と、前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、前記第３の送受信兼用素子の第１電極に接続された第５スイッチと、前記第３の送受信兼用素子の第２電極に接続された第６スイッチと、前記第４の送受信兼用素子の第１電極に接続された第７スイッチと、前記第４の送受信兼用素子の第２電極に接続された第８スイッチと、前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、第１〜第３の直列接続用配線と、を備え、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記第１，３，５，７スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２，４，６，８スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記第１の直列接続用配線に接続し、前記第３スイッチおよび第６スイッチを前記第２の直列接続用配線に接続し、前記第５スイッチおよび第８スイッチを前記第３の直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第７スイッチを前記受信回路に接続することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、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。
【００１６】
本発明の超音波センサーは、前記複数の送受信兼用素子の配置位置にそれぞれ開口部が形成されたセンサー基板を備え、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とともに、可撓性を有する支持膜と、前記支持膜に積層された前記第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前記第２電極と、を備えて構成されることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、センサー基板の開口部を閉塞する支持膜によってダイアフラムが構成され、このダイアフラム上に第１電極、圧電膜、第２電極を積層して圧電体を形成して送受信兼用素子を構成する。
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。
【００１８】
本発明において、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が好ましい。
【００１９】
本発明によれば、複数の送受信兼用素子に加えて、複数の送信素子を備えるため、送受信兼用素子の数を増やすことなく、送信用に用いられる素子の数を増やすことができる。この際、送信素子の第１電極と送信回路とを接続する電極線は、各送信素子毎に設ける必要があるが、第２電極と共通電極とを接続する電極線は、複数の送信素子において兼用することができる。このため、送信時の超音波の出力を確保するために必要な数の素子をすべて送受信兼用素子で構成する場合に比べ、送受信兼用素子は受信に必要な数に抑え、残りを送信素子で構成できるので、配線数を少なくできる。このため、配線用のスペースも小さくでき、回路の微細化や高密度化を容易に実現できる。
【００２０】
本発明において、前記送受信兼用素子および送信素子が、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を備え、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が好ましい。
【００２１】
本発明によれば、各素子をセンサー基板上に二次元に配列することで、二次元アレイの超音波センサーを構成できる。この際、送受信兼用素子を、二次元アレイの中心点に最も近い位置に配置しているので、各送受信兼用素子における超音波の受信タイミングのずれも殆ど無くすことができる。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子を回路的に１つの受信素子として利用できる。
【００２２】
本発明において、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が好ましい。
【００２３】
本発明によれば、各領域内において、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、送信素子の第１電極に接続する各電極線は、Ｙ軸から離れるＸ軸方向に延びているので、Ｙ軸を跨いで他の領域に向けて引き出されることがない。従って、センサー基板を分割することなく、各電極線を同じ方向のみに引き出す場合と比べて、各領域内において配線される電極線の本数を少なくできる。
【００２４】
本発明において、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、前記各送信素子の第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が好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明の電子機器は、上述の超音波センサーを備えることを特徴とする。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図２】前記第１実施形態に係る超音波トランスデューサーを示す平面図及び断面図。
【図３】前記第１実施形態に係る超音波センサーの送信モード時を示す回路図。
【図４】前記第１実施形態に係る超音波センサーの受信モード時を示す回路図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図７】本発明の第４実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図８】前記第４実施形態に係る超音波センサーの受信モード時を示す回路図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図１０】本発明の実施例である血管径測定装置の外観を示す図。
【図１１】血管径測定装置の超音波センサーから血管の中心位置を通る超音波を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
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。
【００２９】
センサー基板２０は、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。このセンサー基板２０は、当該基板２０の厚み方向に見る平面視において、各素子３１０，３２０による二次元アレイの中心点Ｏ（交差点、素子領域の中心点）を通り、互いに直交するＸ軸Ｌ１（分割仮想線）及びＹ軸Ｌ２（分割仮想線）により分割される４つの領域（第１領域Ａｒ１、第２領域Ａｒ２、第３領域Ａｒ３、及び第４領域Ａｒ４）を有する。
【００３０】
［超音波トランスデューサーの構成］
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。
【００３１】
超音波トランスデューサー３０は、図２に示すように、開口部３１Ａが形成された支持部３１と、支持部３１上を覆い、開口部３１Ａを閉塞する支持膜３２と、支持膜３２上に形成される圧電体３３とを備えている。
【００３２】
支持部３１は、センサー基板２０の前記支持膜３２が積層される部分、すなわち超音波トランスデューサー３０が形成される部分である。また、支持部３１に形成される開口部３１Ａは、例えば、平面視で円形状に形成されている。これにより、支持膜３２において開口部３１Ａの内側に位置する部分によってダイアフラム３２１が構成され、このダイアフラム３２１が平面円形に形成されるため、ダイアフラム３２１の撓みに対する応力を均一にすることができる。
【００３３】
支持膜３２は、支持部３１上で、開口部３１Ａを閉塞する状態に成膜されている。この支持膜３２は、例えばＳｉＯ２層３２ＡとＺｒＯ２層３２Ｂとの２層構造により構成されている。ここで、ＳｉＯ２層３２Ａは、支持部３１がＳｉ基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、ＺｒＯ２層３２Ｂは、ＳｉＯ２層３２Ａ上に例えばスパッタリングなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ２層３２Ｂは、圧電膜３３２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層３２Ａに拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層３２Ｂは、圧電体３３の歪みに対する撓み効率を向上させるなどの効果もある。
【００３４】
圧電体３３は、支持膜３２の上層に積層される下部電極３３１（第１電極）と、下部電極３３１上に形成される圧電膜３３２と、圧電膜３３２上に形成される上部電極３３３（第２電極）とを備えている。
【００３５】
圧電膜３３２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）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。
【００３６】
［超音波トランスデューサーの配線構造］
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。
【００３７】
送受信兼用素子３１０の上部電極３３３には、上部電極線３３５１（第２電極線）が引き出されている。上部電極線３３５１は、図１に示すように、送受信兼用素子３１０から支持膜３２上のＸ軸Ｌ１に向かってＹ軸方向に配線された後、センサー基板２０の端縁に向かってＸ軸方向に配線されている。
【００３８】
送信素子３２０の上部電極３３３にも、上部電極線３３５２（第２電極線）が引き出されている。この上部電極線３３５２は、送信素子３２０からＹ軸Ｌ２に向かってＸ軸方向に配線されている。
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。
【００３９】
センサー基板２０には、各電極線３３４，３３５に接続する端子が形成されている。
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。
【００４０】
また、２つの送信素子３２０の下部電極線３３４には下部電極端子３５５がそれぞれ接続され、共通電極線３３６には共通電極端子３６５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。
【００４１】
このような超音波トランスデューサー３０（送受信兼用素子３１０、送信素子３２０）では、下部電極（第１電極）３３１と、上部電極（第２電極）３３３とに電圧を印加することで、圧電膜３３２が面内方向に伸縮する。このとき、圧電膜３３２の一方の面は、下部電極３３１を介して支持膜３２に接合されるが、他方の面には、上部電極３３３が形成されるものの、この上部電極３３３上には他の層が積層形成されないため、圧電膜３３２の支持膜３２側が伸縮しにくく、上部電極３３３側が伸縮し易くなる。このため、圧電膜３３２に電圧を印加すると、開口部３１Ａ側に凸となる撓みが生じ、ダイアフラム３２１を撓ませる。したがって、圧電膜３３２に交流電圧を印加することで、ダイアフラム３２１が膜厚方向に対して振動し、このダイアフラム３２１の振動により超音波が出力される。
【００４２】
また、超音波トランスデューサー３０は、被検出体により反射された超音波をダイアフラム３２１で受信することでダイアフラム３２１が膜厚方向に振動する。超音波トランスデューサー３０では、このダイアフラム３２１の振動により、圧電膜３３２の下部電極３３１側の面と上部電極３３３側の面とで電位差が発生し、上部電極３３３および下部電極３３１から圧電膜３３２の変位量に応じた電気信号（電流）が出力される。送受信兼用素子３１０は、この電気信号を受信信号として出力する。
【００４３】
［超音波トランスデューサーの配置構成］
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。
【００４４】
［超音波トランスデューサーの回路構成］
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。
【００４５】
送信回路４０は、送受信兼用素子３１０、送信素子３２０の下部電極３３１に駆動信号を出力し、各送受信兼用素子３１０、送信素子３２０から超音波を出力させる。ここで、各送受信兼用素子３１０、送信素子３２０が二次元に配列されて二次元アレイとされているので、各素子３１０，３２０から超音波を発信させるタイミングを遅延させることで、所望の方向に平面波として伝搬するビーム状の超音波を発信可能となる。
【００４６】
受信回路５０は、各素子３１０，３２０から送信された超音波ビームが測定対象物に反射して送受信兼用素子３１０で受信した際に出力される受信信号を処理することで、超音波発信タイミングから超音波受信タイミングまでの時間（ＴＯＦデータ：Time Of Flightデータ）を計測し、超音波素子から測定対象物までの距離を検出することができる。
【００４７】
制御回路６０は、前記送信回路４０、受信回路５０と、各スイッチ７１〜７４とを制御して、超音波センサー１０を送信モードまたは受信モードで動作させるものである。
【００４８】
各スイッチ７１〜７４は、トランジスターで構成され、それぞれ以下に説明するように、送受信兼用素子３１０の接続先を切り替える切替スイッチである。
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。
【００４９】
第３スイッチ７３は、第２の下部電極端子３５２を、送信回路４０に接続される接点７３１と、受信回路５０に接続される直列接続用配線８３の接点７３２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。
【００５０】
これらのスイッチ７１〜７４は、制御回路６０により連動して動作する。すなわち、制御回路６０は、超音波センサー１０を送信モードに制御する場合、図３に示すように、スイッチ７１，７３を接点７１１，７３１に接続し、スイッチ７２，７４を接点７２２，７４１に接続する。
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。
【００５１】
一方、制御回路６０は、超音波センサー１０を受信モードに制御する場合、図４に示すように、スイッチ７１，７３を接点７１２，７３２に接続し、スイッチ７２，７４を接点７２１，７４２に接続する。
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。
【００５２】
［第１実施形態の効果］
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。
【００５３】
（２）送受信兼用素子３１０は、送信モード時は、送信素子３２０と同じ送信素子として機能するため、各素子３１０，３２０を等ピッチで二次元に配置できる。このため、送信波形を乱すことがなく、微細で高密度のアレイ構造を実現できる。
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。
【００５４】
（３）その上、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、４個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置で、かつ、中心点Ｏを中心とする点対称位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂを回路的に１つの受信素子として利用できる。従って、遅延回路が不要なため、回路構成も簡素化できる。
【００５５】
（４）２つの送受信兼用素子３１０の他に、２つの送信素子３２０を配置しているので、４つの素子をすべて送受信兼用素子３１０で構成する場合に比べて、配線数（端子数）を少なくできる。
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。
【００５６】
（５）センサー基板２０の４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に、各素子３１０，３２０を個別に配置し、かつ、各素子３１０，３２０から引き出される下部電極線３３４、上部電極線３３５１、上部電極線３３５２も、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４内に配置しているので、配線や端子をセンサー基板２０において分散して配置でき、配線などの過密化を防止できる。
【００５７】
（６）センサー基板２０には、各素子３１０，３２０と、電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６と、端子３５１，３５２，３５５，３６１，３６２，３６５のみを配置し、トランジスターのスイッチ７１〜７４はセンサー基板２０の外部に設けている。このため、フォトリソグラフィー技術を用いて、支持部３１上に支持膜３２や薄膜圧電体３３、電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６を積層、パターニングしてセンサー基板２０を製造でき、各素子３１０，３２０の微細化なども容易に対応できる。
【００５８】
［第２実施形態］
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。
【００５９】
すなわち、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、センサー基板２０上に所定ピッチ離れて配置され、送信素子３２０は、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂの外側にかつ各素子３１０Ａ，３１０Ｂから所定ピッチ離れて配置されている。このため、各素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３２０は、一方向にかつ等間隔離れて配置されている。
【００６０】
そして、各素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３２０の各電極３３１，３３３からは、第１実施形態と同じく電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６が引き出されている。
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。
【００６１】
さらに、上部電極線３３５２は、送信素子３２０の上部電極３３３から＋Ｙ軸方向に引き出された後、Ｙ軸Ｌ２に向かってＸ軸方向に引き出され、Ｙ軸Ｌ２上に配線された共通電極線３３６に接続されている。
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。
【００６２】
［第２実施形態の効果］
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。
【００６３】
［第３実施形態］
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。
【００６４】
二次元アレイの中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、前記第１実施形態と同じである。すなわち、２つの送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、Ｘ軸Ｌ１およびＹ軸Ｌ２で区分される４つの領域のうち、第２、第３領域Ａｒ２，Ａｒ３に配置されている。他の２つの送信素子３２０は、第１，第４領域Ａｒ１，Ａｒ４に配置されている。
【００６５】
これらの４個の素子３１０，３２０の外周側には、１２個の送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃが配置されている。なお、本実施形態でも、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃを区別せずに説明する場合には、送信素子３２０と表記する場合がある。
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。
【００６６】
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。
【００６７】
第１の送受信兼用素子３１０Ａの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図６において、第２、第４領域Ａｒ２，Ａｒ４を分割するＸ軸Ｌ１に向かって斜めに引き出された後、Ｘ軸Ｌ１に沿って＋Ｘ軸方向に引き出されている。
【００６８】
第２の送受信兼用素子３１０Ｂの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図６において、第１、第３領域Ａｒ１，Ａｒ３を分割するＸ軸Ｌ１に向かって斜めに引き出された後、Ｘ軸Ｌ１に沿って−Ｘ軸方向に引き出されている。
【００６９】
第１，第４領域Ａｒ１，Ａｒ４において、内周側（中心点Ｏ側）の２つの送信素子３２０の下部電極３３１からは、各領域における送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ間に向かって下部電極線３３４が引き出されている。
【００７０】
送信素子３２０Ａ、３２０Ｃの下部電極３３１からは、Ｘ軸方向外周側に向かって下部電極線３３４が引き出されている。すなわち、第１、第３領域Ａｒ１，Ａｒ３の送信素子３２０Ａ、３２０Ｃからは−Ｘ軸方向に下部電極線３３４が引き出され、第２、第４領域Ａｒ２，Ａｒ４の送信素子３２０Ａ、３２０Ｃからは＋Ｘ軸方向に下部電極線３３４が引き出されている。
【００７１】
送信素子３２０Ｂの下部電極３３１からは、Ｙ軸方向外周側に向かって引き出された後、Ｘ軸方向外周側に向かって下部電極線３３４が引き出されている。
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。
【００７２】
一方、各送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ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、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。
【００７３】
第２領域Ａｒ２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。
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。
【００７４】
第３領域Ａｒ３では、第２領域Ａｒ２と同様に、送信素子３２０ＣのＹ軸Ｌ２側に第２の送受信兼用素子３１０Ｂが配置されている。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が引き出されて送信素子３２０Ａの上部電極３３３に接続されている。さらに、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、共通電極線３３６に接続されている。
【００７５】
第４領域Ａｒ４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。
【００７６】
送受信兼用素子３１０から引き出された各下部電極線３３４、上部電極線３３５１は、前記第１実施形態と同様に、端子３５１，３５２，３６１，３６２に接続されている。従って、超音波センサー１０Ｃにおいても、送受信兼用素子３１０は、制御回路６０により制御されるスイッチ７１〜７４を介して、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され、受信モード時には受信回路５０に対して直列に接続される。
【００７７】
一方、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃは、送信素子３２０と同様に、下部電極３３１は下部電極線３３４および下部電極端子３５５を介して個別に送信回路４０に接続され、上部電極３３３は上部電極線３３５、共通電極線３３６および共通電極端子３６５を介して共通電極ＣＯＭに接続されている。すなわち、各送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃは、送信回路４０および共通電極ＣＯＭに対して並列に接続されている。
【００７８】
［第３実施形態の効果］
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。
【００７９】
また、第１，２実施形態の超音波センサー１０，１０Ｂでは、送受信兼用素子３１０を含んでＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個の計４個の送信素子で超音波を送信しているのに対し、本実施形態の超音波センサー１０Ｃは、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に４個の計１６個の送信素子で超音波を送信できる。このため、超音波の送信出力を高めることができ、かつ、超音波の走査範囲も広げることができる。
【００８０】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４内において、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃの下部電極３３１から引き出される各下部電極線３３４を、中心点Ｏから離れる方向に引き出している。
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。
【００８１】
また、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃを１４個配置しているが、これらの上部電極３３３は共通電極線３３６を介して共通電極ＣＯＭに接続しているので、各送信素子に対して個別に２本ずつ配線した場合に比べて引き出し配線数を低減でき、この点でも配線の微細化・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。
【００８２】
さらに、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、１６個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置で、かつ、中心点Ｏを中心とする点対称位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂを回路的に１つの素子として利用できる。
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。
【００８３】
［第４実施形態］
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。
【００８４】
中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、すべて送受信兼用素子３１０（３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ）で構成されている。
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。
【００８５】
各送受信兼用素子３１０Ａ〜３１０Ｄの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図７に示すように、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４における送信素子３２０Ａに向かって斜めに引き出された後、送信素子３２０Ａ，３２０Ｃ間をＸ軸方向に沿って外側（Ｙ軸Ｌ２から離れる方向）に引き出されている。
【００８６】
送信素子３２０Ａ、３２０Ｂ，３２０Ｃの下部電極３３１から引き出された下部電極線３３４の配線は、第３実施形態の超音波センサー１０Ｃと同じであるため、説明を省略する。
【００８７】
送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ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。
【００８８】
一方、送信素子３２０Ｃは、Ｙ軸Ｌ２側に送受信兼用素子３１０が配置されており、かつ、送信素子３２０Ａ側には送受信兼用素子３１０の配線が配置されているので、Ｘ軸Ｌ１に沿って配線した共通電極線３３７を利用している。
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。
【００８９】
［超音波トランスデューサーの回路構成］
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。
【００９０】
なお、各送信素子３２０（３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ）は下部電極線３３４を介して下部電極端子３５５に接続され、上部電極線３３５、共通電極線３３６，３３７を介して共通電極ＣＯＭに接続されており、この回路構成は第１実施形態と同じである。このため、図８では、代表して４個の送信素子３２０のみを表示し、残りの８個の送信素子３２０の回路は省略している。
【００９１】
直列接続用配線８１Ａは、スイッチ７１，７４を介して端子３５１，３６２を接続するものである。同様に、直列接続用配線８１Ｂは、スイッチ７３，７６を介して端子３５２，３６３を接続し、直列接続用配線８１Ｃは、スイッチ７５，７８を介して端子３５３，３６４を接続するものである。
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。
【００９２】
［送信モード時の動作］
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。
【００９３】
［受信モード時の動作］
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。
【００９４】
［第４実施形態の効果］
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。
【００９５】
また、受信モード時には、４個の送受信兼用素子３１０を受信回路５０に対して直列に接続しているので、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４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、必要な受信感度を維持でき、受信信号のＳ／Ｎ比も確保できる。
【００９６】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃから引き出される各下部電極線３３４と、送受信兼用素子３１０から引き出される電極線３３４，３３５１とを各領域Ａｒ１〜Ａｒ４に均等に分散配置しているので、回路の微細化・高密度化を容易に実現できる。
【００９７】
さらに、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄは、１６個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄを回路的に１つの受信素子として利用できる。
【００９８】
［第５実施形態］
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。
【００９９】
すなわち、超音波センサー１０Ｅにおいて、中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、すべて送受信兼用素子３１０（３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ）で構成されている。
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。
【０１００】
各送受信兼用素子３１０Ａ〜３１０Ｄの下部電極線３３４および上部電極線３３５１おの配線構造は、超音波センサー１０Ｄと同じため、説明を省略する。
【０１０１】
［送信素子の下部電極線の配置］
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。
【０１０２】
同様に、図９において、アレイの五列目に配列された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と、六列目に配列された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。
【０１０３】
さらに、図９において、アレイの三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。
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。
【０１０４】
また、図９において、アレイの三列目および四列目に配列された送信素子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。
【０１０５】
［送信素子の上部電極線の配置］
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。
【０１０６】
一方、アレイの三列目、四列目の送信素子３２０Ｃ，３２０Ｄは、Ｙ軸Ｌ２側に送受信兼用素子３１０が配置されており、かつ、Ｘ軸外側には送受信兼用素子３１０の配線が配置されているので、Ｘ軸Ｌ１に沿って配線した共通電極線３３７を利用している。
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。
【０１０７】
本実施形態の超音波センサー１０Ｅを駆動する回路構成は、送受信兼用素子３１０Ｄが増えた点を除き、図８に示す超音波センサー１０Ｄを駆動するための回路と同じであるため、説明を省略する。
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。
【０１０８】
［第５実施形態の効果］
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。
【０１０９】
また、超音波センサー１０Ｄに比べて、送信素子３２０の数を増やしたので超音波の送信出力を高めることができ、かつ、超音波の走査範囲も広げることができる。
【０１１０】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃから引き出される各下部電極線３３４と、送受信兼用素子３１０から引き出される電極線３３４，３３５１とを各領域Ａｒ１〜Ａｒ４に均等に分散配置しているので、回路の微細化・高密度化を容易に実現できる。
【０１１１】
また、１，２，５，６列目の下部電極線３３４を、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｄの片側（Ｘ軸Ｌ１から離れる側）に配線したので、送受信兼用素子３１０の２つの配線を、各素子の２列目および３列目間と、４列目および５列目間に配線しても、各素子間に配置される配線数を最大３本に限定できる。このため、各素子間のピッチを小さくでき、配線や素子の微細化および高密度化を容易に実現できる。
【０１１２】
［実施形態の変形］
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。
【０１１３】
さらに、各電極線の引き出し方法は、前記各実施形態のものに限らない。すなわち、各素子に接続される各電極線は、Ｘ軸やＹ軸に沿って一直線状に形成してもよいし、配線の途中で折曲して階段状に形成してもよいし、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾斜する斜め方向に引き出された後、Ｘ軸やＹ軸に沿って延長してもよい。要するに、各電極線の配置構造は、各素子の数や位置、端子の位置等に応じて適宜設計すればよい。
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。
【０１１４】
前記各実施形態では、送信素子３２０の数は、超音波の出力に必要な数で設定すればよく、前記実施形態の数に限定されない。
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。
【０１１５】
前記各実施形態では、送受信兼用素子３１０の他に送信素子３２０を配置していたが、本発明の超音波センサーは、２個あるいは４個の送受信兼用素子３１０のみで構成してもよい。さらに、送受信兼用素子３１０の数は、主に信号処理時に必要となる受信信号の電圧に応じて設定すればよい。すなわち、送受信兼用素子３１０は、受信時に直列に接続されるため、受信信号として必要な電圧が得られる数の送受信兼用素子３１０を設ければよい。
【実施例】
【０１１６】
次に、本発明の超音波センサーを用いた電子機器の例として、第２実施形態の超音波センサー１０Ｂを用いた血管径測定装置１を説明する。
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。
【０１１７】
装置本体２の裏面側には、超音波センサー１０Ｂが３セット設けられている。この超音波センサー１０Ｂは、血管径測定装置１により生体内の血管の外径及び内径を測定する際に、生体に密着される。
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。
【０１１８】
各超音波センサー１０Ｂは、前述の通り、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂおよび送信素子３２０から超音波を発信させるタイミングを遅延させることで、超音波の発信角度を変化させることができる。ここで、超音波センサー１０Ｂは、ライン状アレイ構造（１次元アレイ構造）を有しているため、そのスキャンエリアは、各素子３１０，３２０の配置方向（走査方向）を通り、センサー基板２０に対して直交するスキャン面に制限される。そして、血管がスキャンエリアを通過するように、超音波センサー１０Ｂを生体に密着させておけば、超音波センサー１０Ｂからスキャンエリアに超音波を発信させて、血管で反射された超音波を受信することで、図１１に示すように、血管とスキャンエリアとの交点を検出することが可能となる。
【０１１９】
すなわち、図１１に示すように、超音波センサー１０Ｂから発信された超音波は、血管の外壁と内壁とで反射する。ここで、各超音波センサー１０Ｂからスキャンエリアに超音波を発信させた際に、最も短い時間で受信されるのは、各超音波センサー１０Ｂと血管中心点Ｏbvを結ぶ線上において、超音波センサー１０Ｂに最も近い外壁部分である（図１１におけるＡ１〜Ｃ１）。したがって、超音波が発信されてから受信されるまでの時間（TOFデータ:Time Of Flightデータ）が最も短い場合の発信角度により、各超音波センサー１０Ｂに対する血管中心点Ｏbvの位置が確認できる。
【０１２０】
各超音波センサー１０Ｂから血管中心点Ｏbvに向けて超音波を発信した場合、超音波は、血管の外壁（Ａ１〜Ｃ１）、その内壁、血管中心点Ｏbvを挟んだ内壁（Ａ２〜Ｃ２）、その外壁の４箇所で反射される。
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。
【０１２１】
外壁の３点（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）の座標位置が分かれば、その３点を通る円が確定するため、血管の外径Ｒおよび中心座標Obv (ｘ、ｙ)を算出できる。また、内壁の３点（Ａ２，Ｂ２，Ｃ２）の座標位置が分かれば、その３点を通る円が確定するため、血管の内径ｒおよび中心座標Obv (ｘ、ｙ)を算出できる。
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。
【０１２２】
なお、前記実施例では、電子機器として血管径測定装置１を例示したが、これに限定されるものではない。例えばロボットや自動車などに組み込まれて、被検出物までの距離や速度を測定する近接センサーや距離測定センサー、配管の非破壊検査や配管中の流体の流速などの監視する測定センサー、生体の体内の状態を超音波により検査する生体検査装置など、超音波の出力および受信により測定処理を実施するいかなる装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１…血管径測定装置、２…装置本体、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…超音波センサー、２０…センサー基板、３０…超音波トランスデューサー、４０…送信回路、５０…受信回路、６０…制御回路、７１〜７８…第１〜第８スイッチ、８０…共通電極接続配線、８１〜８３…直列接続用配線、３１０…送受信兼用素子、３２０…送信素子、３３１…下部電極（第１電極）、３３３…上部電極（第２電極）、３３４…下部電極線、３３５…上部電極線、３３６、３３７…共通電極線、Ａｒ１〜Ａｒ４…領域、Ｌ１…Ｘ軸（分割仮想線）、Ｌ２…Ｙ軸（分割仮想線）、Ｏ…中心点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサーおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アレイ状に配置した超音波振動子（超音波トランスデューサー）により超音波ビームを整形し生体内の情報を測定する超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような超音波センサーでは、複数の送受信素子（超音波トランスデューサー）を送信回路や受信回路に対して並列接続していた。すなわち、各送受信素子の一対の電極のうち、一方の電極を共通電極（ＧＮＤ）に接続し、他方の電極を個別に送信回路および受信回路に接続していた。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４０８９７４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、従来の超音波センサーは、主に心臓や胎児の状態を測定していた。これに対し、近年、血管や血液のように、心臓などに比べて小さいものを検査対象とする超音波センサーが要望されている。
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。
【０００６】
このような超音波の高周波化に伴い、各送受信素子のサイズや、配置ピッチ（アレイピッチ）を小さくする必要がある。
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。
【０００７】
本発明は、送信時には送受信素子を個別に駆動でき、かつ、受信感度を向上できる超音波センサーおよびこの超音波センサーを有する電子機器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】
【０００８】
本発明の超音波センサーは、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の各第１電極にそれぞれ接続された複数の第１電極側スイッチと、前記複数の送受信兼用素子の各第２電極にそれぞれ接続された複数の第２電極側スイッチと、前記複数の送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記複数の送受信兼用素子に超音波送信用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超音波を受信した際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、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記各第１電極側スイッチを前記送信回路に接続し、前記各第２電極側スイッチを前記共通電極接続配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路および前記共通電極に対して並列に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記各第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを前記直列接続用配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記受信回路に対して直列に接続することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、制御回路は、第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを操作し、超音波の送信時には、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、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。
【００１０】
本発明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、前記第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチは、それぞれｎ個設けられ、前記直列接続用配線は、各送受信兼用素子の第１電極側スイッチを、異なる各送受信兼用素子の第２電極側スイッチに接続して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つの第１電極側スイッチを受信回路に接続する１本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つの第２電極側スイッチを受信回路に接続する１本の素子回路間接続用配線とを備えることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、制御回路は、超音波の送信時には、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、ｎ個の送受信兼用素子の各第１電極をそれぞれ送信回路に接続し、各第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、ｎ個の送受信兼用素子は、送信回路および共通電極に対して並列に接続し、ｎ個の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ｎ個の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、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。
【００１２】
本発明の超音波センサーは、第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１および第２の送受信兼用素子と、前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、直列接続用配線と、を備え、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記第１スイッチおよび第３スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２スイッチおよび第４スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第３スイッチを前記受信回路に接続することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、制御回路は、超音波の送信時には、第１〜４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１〜４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。
【００１４】
本発明の超音波センサーは、第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１〜第４の送受信兼用素子と、前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、前記第３の送受信兼用素子の第１電極に接続された第５スイッチと、前記第３の送受信兼用素子の第２電極に接続された第６スイッチと、前記第４の送受信兼用素子の第１電極に接続された第７スイッチと、前記第４の送受信兼用素子の第２電極に接続された第８スイッチと、前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、第１〜第３の直列接続用配線と、を備え、前記制御回路は、超音波信号を送信する場合は、前記第１，３，５，７スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２，４，６，８スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記第１の直列接続用配線に接続し、前記第３スイッチおよび第６スイッチを前記第２の直列接続用配線に接続し、前記第５スイッチおよび第８スイッチを前記第３の直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第７スイッチを前記受信回路に接続することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、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。
【００１６】
本発明の超音波センサーは、前記複数の送受信兼用素子の配置位置にそれぞれ開口部が形成されたセンサー基板を備え、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とともに、可撓性を有する支持膜と、前記支持膜に積層された前記第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前記第２電極と、を備えて構成されることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、センサー基板の開口部を閉塞する支持膜によってダイアフラムが構成され、このダイアフラム上に第１電極、圧電膜、第２電極を積層して圧電体を形成して送受信兼用素子を構成する。
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。
【００１８】
本発明において、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が好ましい。
【００１９】
本発明によれば、複数の送受信兼用素子に加えて、複数の送信素子を備えるため、送受信兼用素子の数を増やすことなく、送信用に用いられる素子の数を増やすことができる。この際、送信素子の第１電極と送信回路とを接続する電極線は、各送信素子毎に設ける必要があるが、第２電極と共通電極とを接続する電極線は、複数の送信素子において兼用することができる。このため、送信時の超音波の出力を確保するために必要な数の素子をすべて送受信兼用素子で構成する場合に比べ、送受信兼用素子は受信に必要な数に抑え、残りを送信素子で構成できるので、配線数を少なくできる。このため、配線用のスペースも小さくでき、回路の微細化や高密度化を容易に実現できる。
【００２０】
本発明において、前記送受信兼用素子および送信素子が、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を備え、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が好ましい。
【００２１】
本発明によれば、各素子をセンサー基板上に二次元に配列することで、二次元アレイの超音波センサーを構成できる。この際、送受信兼用素子を、二次元アレイの中心点に最も近い位置に配置しているので、各送受信兼用素子における超音波の受信タイミングのずれも殆ど無くすことができる。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子を回路的に１つの受信素子として利用できる。
【００２２】
本発明において、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が好ましい。
【００２３】
本発明によれば、各領域内において、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、送信素子の第１電極に接続する各電極線は、Ｙ軸から離れるＸ軸方向に延びているので、Ｙ軸を跨いで他の領域に向けて引き出されることがない。従って、センサー基板を分割することなく、各電極線を同じ方向のみに引き出す場合と比べて、各領域内において配線される電極線の本数を少なくできる。
【００２４】
本発明において、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、前記各送信素子の第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が好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明の電子機器は、上述の超音波センサーを備えることを特徴とする。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図２】前記第１実施形態に係る超音波トランスデューサーを示す平面図及び断面図。
【図３】前記第１実施形態に係る超音波センサーの送信モード時を示す回路図。
【図４】前記第１実施形態に係る超音波センサーの受信モード時を示す回路図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図７】本発明の第４実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図８】前記第４実施形態に係る超音波センサーの受信モード時を示す回路図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図１０】本発明の実施例である血管径測定装置の外観を示す図。
【図１１】血管径測定装置の超音波センサーから血管の中心位置を通る超音波を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
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。
【００２９】
センサー基板２０は、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。このセンサー基板２０は、当該基板２０の厚み方向に見る平面視において、各素子３１０，３２０による二次元アレイの中心点Ｏ（交差点、素子領域の中心点）を通り、互いに直交するＸ軸Ｌ１（分割仮想線）及びＹ軸Ｌ２（分割仮想線）により分割される４つの領域（第１領域Ａｒ１、第２領域Ａｒ２、第３領域Ａｒ３、及び第４領域Ａｒ４）を有する。
【００３０】
［超音波トランスデューサーの構成］
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。
【００３１】
超音波トランスデューサー３０は、図２に示すように、開口部３１Ａが形成された支持部３１と、支持部３１上を覆い、開口部３１Ａを閉塞する支持膜３２と、支持膜３２上に形成される圧電体３３とを備えている。
【００３２】
支持部３１は、センサー基板２０の前記支持膜３２が積層される部分、すなわち超音波トランスデューサー３０が形成される部分である。また、支持部３１に形成される開口部３１Ａは、例えば、平面視で円形状に形成されている。これにより、支持膜３２において開口部３１Ａの内側に位置する部分によってダイアフラム３２１が構成され、このダイアフラム３２１が平面円形に形成されるため、ダイアフラム３２１の撓みに対する応力を均一にすることができる。
【００３３】
支持膜３２は、支持部３１上で、開口部３１Ａを閉塞する状態に成膜されている。この支持膜３２は、例えばＳｉＯ２層３２ＡとＺｒＯ２層３２Ｂとの２層構造により構成されている。ここで、ＳｉＯ２層３２Ａは、支持部３１がＳｉ基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、ＺｒＯ２層３２Ｂは、ＳｉＯ２層３２Ａ上に例えばスパッタリングなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ２層３２Ｂは、圧電膜３３２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層３２Ａに拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層３２Ｂは、圧電体３３の歪みに対する撓み効率を向上させるなどの効果もある。
【００３４】
圧電体３３は、支持膜３２の上層に積層される下部電極３３１（第１電極）と、下部電極３３１上に形成される圧電膜３３２と、圧電膜３３２上に形成される上部電極３３３（第２電極）とを備えている。
【００３５】
圧電膜３３２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）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。
【００３６】
［超音波トランスデューサーの配線構造］
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。
【００３７】
送受信兼用素子３１０の上部電極３３３には、上部電極線３３５１（第２電極線）が引き出されている。上部電極線３３５１は、図１に示すように、送受信兼用素子３１０から支持膜３２上のＸ軸Ｌ１に向かってＹ軸方向に配線された後、センサー基板２０の端縁に向かってＸ軸方向に配線されている。
【００３８】
送信素子３２０の上部電極３３３にも、上部電極線３３５２（第２電極線）が引き出されている。この上部電極線３３５２は、送信素子３２０からＹ軸Ｌ２に向かってＸ軸方向に配線されている。
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。
【００３９】
センサー基板２０には、各電極線３３４，３３５に接続する端子が形成されている。
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。
【００４０】
また、２つの送信素子３２０の下部電極線３３４には下部電極端子３５５がそれぞれ接続され、共通電極線３３６には共通電極端子３６５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。
【００４１】
このような超音波トランスデューサー３０（送受信兼用素子３１０、送信素子３２０）では、下部電極（第１電極）３３１と、上部電極（第２電極）３３３とに電圧を印加することで、圧電膜３３２が面内方向に伸縮する。このとき、圧電膜３３２の一方の面は、下部電極３３１を介して支持膜３２に接合されるが、他方の面には、上部電極３３３が形成されるものの、この上部電極３３３上には他の層が積層形成されないため、圧電膜３３２の支持膜３２側が伸縮しにくく、上部電極３３３側が伸縮し易くなる。このため、圧電膜３３２に電圧を印加すると、開口部３１Ａ側に凸となる撓みが生じ、ダイアフラム３２１を撓ませる。したがって、圧電膜３３２に交流電圧を印加することで、ダイアフラム３２１が膜厚方向に対して振動し、このダイアフラム３２１の振動により超音波が出力される。
【００４２】
また、超音波トランスデューサー３０は、被検出体により反射された超音波をダイアフラム３２１で受信することでダイアフラム３２１が膜厚方向に振動する。超音波トランスデューサー３０では、このダイアフラム３２１の振動により、圧電膜３３２の下部電極３３１側の面と上部電極３３３側の面とで電位差が発生し、上部電極３３３および下部電極３３１から圧電膜３３２の変位量に応じた電気信号（電流）が出力される。送受信兼用素子３１０は、この電気信号を受信信号として出力する。
【００４３】
［超音波トランスデューサーの配置構成］
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。
【００４４】
［超音波トランスデューサーの回路構成］
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。
【００４５】
送信回路４０は、送受信兼用素子３１０、送信素子３２０の下部電極３３１に駆動信号を出力し、各送受信兼用素子３１０、送信素子３２０から超音波を出力させる。ここで、各送受信兼用素子３１０、送信素子３２０が二次元に配列されて二次元アレイとされているので、各素子３１０，３２０から超音波を発信させるタイミングを遅延させることで、所望の方向に平面波として伝搬するビーム状の超音波を発信可能となる。
【００４６】
受信回路５０は、各素子３１０，３２０から送信された超音波ビームが測定対象物に反射して送受信兼用素子３１０で受信した際に出力される受信信号を処理することで、超音波発信タイミングから超音波受信タイミングまでの時間（ＴＯＦデータ：Time Of Flightデータ）を計測し、超音波素子から測定対象物までの距離を検出することができる。
【００４７】
制御回路６０は、前記送信回路４０、受信回路５０と、各スイッチ７１〜７４とを制御して、超音波センサー１０を送信モードまたは受信モードで動作させるものである。
【００４８】
各スイッチ７１〜７４は、トランジスターで構成され、それぞれ以下に説明するように、送受信兼用素子３１０の接続先を切り替える切替スイッチである。
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。
【００４９】
第３スイッチ７３は、第２の下部電極端子３５２を、送信回路４０に接続される接点７３１と、受信回路５０に接続される直列接続用配線８３の接点７３２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。
【００５０】
これらのスイッチ７１〜７４は、制御回路６０により連動して動作する。すなわち、制御回路６０は、超音波センサー１０を送信モードに制御する場合、図３に示すように、スイッチ７１，７３を接点７１１，７３１に接続し、スイッチ７２，７４を接点７２２，７４１に接続する。
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。
【００５１】
一方、制御回路６０は、超音波センサー１０を受信モードに制御する場合、図４に示すように、スイッチ７１，７３を接点７１２，７３２に接続し、スイッチ７２，７４を接点７２１，７４２に接続する。
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。
【００５２】
［第１実施形態の効果］
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。
【００５３】
（２）送受信兼用素子３１０は、送信モード時は、送信素子３２０と同じ送信素子として機能するため、各素子３１０，３２０を等ピッチで二次元に配置できる。このため、送信波形を乱すことがなく、微細で高密度のアレイ構造を実現できる。
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。
【００５４】
（３）その上、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、４個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置で、かつ、中心点Ｏを中心とする点対称位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂを回路的に１つの受信素子として利用できる。従って、遅延回路が不要なため、回路構成も簡素化できる。
【００５５】
（４）２つの送受信兼用素子３１０の他に、２つの送信素子３２０を配置しているので、４つの素子をすべて送受信兼用素子３１０で構成する場合に比べて、配線数（端子数）を少なくできる。
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。
【００５６】
（５）センサー基板２０の４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に、各素子３１０，３２０を個別に配置し、かつ、各素子３１０，３２０から引き出される下部電極線３３４、上部電極線３３５１、上部電極線３３５２も、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４内に配置しているので、配線や端子をセンサー基板２０において分散して配置でき、配線などの過密化を防止できる。
【００５７】
（６）センサー基板２０には、各素子３１０，３２０と、電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６と、端子３５１，３５２，３５５，３６１，３６２，３６５のみを配置し、トランジスターのスイッチ７１〜７４はセンサー基板２０の外部に設けている。このため、フォトリソグラフィー技術を用いて、支持部３１上に支持膜３２や薄膜圧電体３３、電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６を積層、パターニングしてセンサー基板２０を製造でき、各素子３１０，３２０の微細化なども容易に対応できる。
【００５８】
［第２実施形態］
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。
【００５９】
すなわち、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、センサー基板２０上に所定ピッチ離れて配置され、送信素子３２０は、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂの外側にかつ各素子３１０Ａ，３１０Ｂから所定ピッチ離れて配置されている。このため、各素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３２０は、一方向にかつ等間隔離れて配置されている。
【００６０】
そして、各素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３２０の各電極３３１，３３３からは、第１実施形態と同じく電極線３３４，３３５１，３３５２，３３６が引き出されている。
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。
【００６１】
さらに、上部電極線３３５２は、送信素子３２０の上部電極３３３から＋Ｙ軸方向に引き出された後、Ｙ軸Ｌ２に向かってＸ軸方向に引き出され、Ｙ軸Ｌ２上に配線された共通電極線３３６に接続されている。
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。
【００６２】
［第２実施形態の効果］
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。
【００６３】
［第３実施形態］
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。
【００６４】
二次元アレイの中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、前記第１実施形態と同じである。すなわち、２つの送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、Ｘ軸Ｌ１およびＹ軸Ｌ２で区分される４つの領域のうち、第２、第３領域Ａｒ２，Ａｒ３に配置されている。他の２つの送信素子３２０は、第１，第４領域Ａｒ１，Ａｒ４に配置されている。
【００６５】
これらの４個の素子３１０，３２０の外周側には、１２個の送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃが配置されている。なお、本実施形態でも、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃを区別せずに説明する場合には、送信素子３２０と表記する場合がある。
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。
【００６６】
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。
【００６７】
第１の送受信兼用素子３１０Ａの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図６において、第２、第４領域Ａｒ２，Ａｒ４を分割するＸ軸Ｌ１に向かって斜めに引き出された後、Ｘ軸Ｌ１に沿って＋Ｘ軸方向に引き出されている。
【００６８】
第２の送受信兼用素子３１０Ｂの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図６において、第１、第３領域Ａｒ１，Ａｒ３を分割するＸ軸Ｌ１に向かって斜めに引き出された後、Ｘ軸Ｌ１に沿って−Ｘ軸方向に引き出されている。
【００６９】
第１，第４領域Ａｒ１，Ａｒ４において、内周側（中心点Ｏ側）の２つの送信素子３２０の下部電極３３１からは、各領域における送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ間に向かって下部電極線３３４が引き出されている。
【００７０】
送信素子３２０Ａ、３２０Ｃの下部電極３３１からは、Ｘ軸方向外周側に向かって下部電極線３３４が引き出されている。すなわち、第１、第３領域Ａｒ１，Ａｒ３の送信素子３２０Ａ、３２０Ｃからは−Ｘ軸方向に下部電極線３３４が引き出され、第２、第４領域Ａｒ２，Ａｒ４の送信素子３２０Ａ、３２０Ｃからは＋Ｘ軸方向に下部電極線３３４が引き出されている。
【００７１】
送信素子３２０Ｂの下部電極３３１からは、Ｙ軸方向外周側に向かって引き出された後、Ｘ軸方向外周側に向かって下部電極線３３４が引き出されている。
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。
【００７２】
一方、各送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ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、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。
【００７３】
第２領域Ａｒ２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。
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。
【００７４】
第３領域Ａｒ３では、第２領域Ａｒ２と同様に、送信素子３２０ＣのＹ軸Ｌ２側に第２の送受信兼用素子３１０Ｂが配置されている。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が引き出されて送信素子３２０Ａの上部電極３３３に接続されている。さらに、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、共通電極線３３６に接続されている。
【００７５】
第４領域Ａｒ４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。
【００７６】
送受信兼用素子３１０から引き出された各下部電極線３３４、上部電極線３３５１は、前記第１実施形態と同様に、端子３５１，３５２，３６１，３６２に接続されている。従って、超音波センサー１０Ｃにおいても、送受信兼用素子３１０は、制御回路６０により制御されるスイッチ７１〜７４を介して、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され、受信モード時には受信回路５０に対して直列に接続される。
【００７７】
一方、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃは、送信素子３２０と同様に、下部電極３３１は下部電極線３３４および下部電極端子３５５を介して個別に送信回路４０に接続され、上部電極３３３は上部電極線３３５、共通電極線３３６および共通電極端子３６５を介して共通電極ＣＯＭに接続されている。すなわち、各送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃは、送信回路４０および共通電極ＣＯＭに対して並列に接続されている。
【００７８】
［第３実施形態の効果］
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。
【００７９】
また、第１，２実施形態の超音波センサー１０，１０Ｂでは、送受信兼用素子３１０を含んでＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個の計４個の送信素子で超音波を送信しているのに対し、本実施形態の超音波センサー１０Ｃは、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に４個の計１６個の送信素子で超音波を送信できる。このため、超音波の送信出力を高めることができ、かつ、超音波の走査範囲も広げることができる。
【００８０】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４内において、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃの下部電極３３１から引き出される各下部電極線３３４を、中心点Ｏから離れる方向に引き出している。
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。
【００８１】
また、送信素子３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃを１４個配置しているが、これらの上部電極３３３は共通電極線３３６を介して共通電極ＣＯＭに接続しているので、各送信素子に対して個別に２本ずつ配線した場合に比べて引き出し配線数を低減でき、この点でも配線の微細化・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。
【００８２】
さらに、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂは、１６個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置で、かつ、中心点Ｏを中心とする点対称位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂを回路的に１つの素子として利用できる。
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。
【００８３】
［第４実施形態］
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。
【００８４】
中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、すべて送受信兼用素子３１０（３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ）で構成されている。
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。
【００８５】
各送受信兼用素子３１０Ａ〜３１０Ｄの各電極３３１，３３３からは、下部電極線３３４および上部電極線３３５１が引き出されている。各電極線３３４，３３５１は、図７に示すように、各領域Ａｒ１〜Ａｒ４における送信素子３２０Ａに向かって斜めに引き出された後、送信素子３２０Ａ，３２０Ｃ間をＸ軸方向に沿って外側（Ｙ軸Ｌ２から離れる方向）に引き出されている。
【００８６】
送信素子３２０Ａ、３２０Ｂ，３２０Ｃの下部電極３３１から引き出された下部電極線３３４の配線は、第３実施形態の超音波センサー１０Ｃと同じであるため、説明を省略する。
【００８７】
送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ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。
【００８８】
一方、送信素子３２０Ｃは、Ｙ軸Ｌ２側に送受信兼用素子３１０が配置されており、かつ、送信素子３２０Ａ側には送受信兼用素子３１０の配線が配置されているので、Ｘ軸Ｌ１に沿って配線した共通電極線３３７を利用している。
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。
【００８９】
［超音波トランスデューサーの回路構成］
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。
【００９０】
なお、各送信素子３２０（３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ）は下部電極線３３４を介して下部電極端子３５５に接続され、上部電極線３３５、共通電極線３３６，３３７を介して共通電極ＣＯＭに接続されており、この回路構成は第１実施形態と同じである。このため、図８では、代表して４個の送信素子３２０のみを表示し、残りの８個の送信素子３２０の回路は省略している。
【００９１】
直列接続用配線８１Ａは、スイッチ７１，７４を介して端子３５１，３６２を接続するものである。同様に、直列接続用配線８１Ｂは、スイッチ７３，７６を介して端子３５２，３６３を接続し、直列接続用配線８１Ｃは、スイッチ７５，７８を介して端子３５３，３６４を接続するものである。
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。
【００９２】
［送信モード時の動作］
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。
【００９３】
［受信モード時の動作］
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。
【００９４】
［第４実施形態の効果］
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。
【００９５】
また、受信モード時には、４個の送受信兼用素子３１０を受信回路５０に対して直列に接続しているので、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４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、必要な受信感度を維持でき、受信信号のＳ／Ｎ比も確保できる。
【００９６】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃから引き出される各下部電極線３３４と、送受信兼用素子３１０から引き出される電極線３３４，３３５１とを各領域Ａｒ１〜Ａｒ４に均等に分散配置しているので、回路の微細化・高密度化を容易に実現できる。
【００９７】
さらに、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄは、１６個の素子による二次元アレイの中心点Ｏに最も近い位置に配置されているので、各送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄにおける超音波の受信タイミングのずれも殆ど無い。このため、遅延回路を用いることなく、受信モード時に直列に接続された送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄを回路的に１つの受信素子として利用できる。
【００９８】
［第５実施形態］
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。
【００９９】
すなわち、超音波センサー１０Ｅにおいて、中心点Ｏに近接配置される４つの素子は、すべて送受信兼用素子３１０（３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ）で構成されている。
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。
【０１００】
各送受信兼用素子３１０Ａ〜３１０Ｄの下部電極線３３４および上部電極線３３５１おの配線構造は、超音波センサー１０Ｄと同じため、説明を省略する。
【０１０１】
［送信素子の下部電極線の配置］
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。
【０１０２】
同様に、図９において、アレイの五列目に配列された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と、六列目に配列された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。
【０１０３】
さらに、図９において、アレイの三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。
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。
【０１０４】
また、図９において、アレイの三列目および四列目に配列された送信素子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。
【０１０５】
［送信素子の上部電極線の配置］
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。
【０１０６】
一方、アレイの三列目、四列目の送信素子３２０Ｃ，３２０Ｄは、Ｙ軸Ｌ２側に送受信兼用素子３１０が配置されており、かつ、Ｘ軸外側には送受信兼用素子３１０の配線が配置されているので、Ｘ軸Ｌ１に沿って配線した共通電極線３３７を利用している。
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。
【０１０７】
本実施形態の超音波センサー１０Ｅを駆動する回路構成は、送受信兼用素子３１０Ｄが増えた点を除き、図８に示す超音波センサー１０Ｄを駆動するための回路と同じであるため、説明を省略する。
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。
【０１０８】
［第５実施形態の効果］
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。
【０１０９】
また、超音波センサー１０Ｄに比べて、送信素子３２０の数を増やしたので超音波の送信出力を高めることができ、かつ、超音波の走査範囲も広げることができる。
【０１１０】
さらに、センサー基板２０を、Ｘ軸Ｌ１および軸Ｌ２によって４つの領域Ａｒ１〜Ａｒ４に分割し、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃから引き出される各下部電極線３３４と、送受信兼用素子３１０から引き出される電極線３３４，３３５１とを各領域Ａｒ１〜Ａｒ４に均等に分散配置しているので、回路の微細化・高密度化を容易に実現できる。
【０１１１】
また、１，２，５，６列目の下部電極線３３４を、各送信素子３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｄの片側（Ｘ軸Ｌ１から離れる側）に配線したので、送受信兼用素子３１０の２つの配線を、各素子の２列目および３列目間と、４列目および５列目間に配線しても、各素子間に配置される配線数を最大３本に限定できる。このため、各素子間のピッチを小さくでき、配線や素子の微細化および高密度化を容易に実現できる。
【０１１２】
［実施形態の変形］
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。
【０１１３】
さらに、各電極線の引き出し方法は、前記各実施形態のものに限らない。すなわち、各素子に接続される各電極線は、Ｘ軸やＹ軸に沿って一直線状に形成してもよいし、配線の途中で折曲して階段状に形成してもよいし、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾斜する斜め方向に引き出された後、Ｘ軸やＹ軸に沿って延長してもよい。要するに、各電極線の配置構造は、各素子の数や位置、端子の位置等に応じて適宜設計すればよい。
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。
【０１１４】
前記各実施形態では、送信素子３２０の数は、超音波の出力に必要な数で設定すればよく、前記実施形態の数に限定されない。
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。
【０１１５】
前記各実施形態では、送受信兼用素子３１０の他に送信素子３２０を配置していたが、本発明の超音波センサーは、２個あるいは４個の送受信兼用素子３１０のみで構成してもよい。さらに、送受信兼用素子３１０の数は、主に信号処理時に必要となる受信信号の電圧に応じて設定すればよい。すなわち、送受信兼用素子３１０は、受信時に直列に接続されるため、受信信号として必要な電圧が得られる数の送受信兼用素子３１０を設ければよい。
【実施例】
【０１１６】
次に、本発明の超音波センサーを用いた電子機器の例として、第２実施形態の超音波センサー１０Ｂを用いた血管径測定装置１を説明する。
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。
【０１１７】
装置本体２の裏面側には、超音波センサー１０Ｂが３セット設けられている。この超音波センサー１０Ｂは、血管径測定装置１により生体内の血管の外径及び内径を測定する際に、生体に密着される。
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。
【０１１８】
各超音波センサー１０Ｂは、前述の通り、送受信兼用素子３１０Ａ，３１０Ｂおよび送信素子３２０から超音波を発信させるタイミングを遅延させることで、超音波の発信角度を変化させることができる。ここで、超音波センサー１０Ｂは、ライン状アレイ構造（１次元アレイ構造）を有しているため、そのスキャンエリアは、各素子３１０，３２０の配置方向（走査方向）を通り、センサー基板２０に対して直交するスキャン面に制限される。そして、血管がスキャンエリアを通過するように、超音波センサー１０Ｂを生体に密着させておけば、超音波センサー１０Ｂからスキャンエリアに超音波を発信させて、血管で反射された超音波を受信することで、図１１に示すように、血管とスキャンエリアとの交点を検出することが可能となる。
【０１１９】
すなわち、図１１に示すように、超音波センサー１０Ｂから発信された超音波は、血管の外壁と内壁とで反射する。ここで、各超音波センサー１０Ｂからスキャンエリアに超音波を発信させた際に、最も短い時間で受信されるのは、各超音波センサー１０Ｂと血管中心点Ｏbvを結ぶ線上において、超音波センサー１０Ｂに最も近い外壁部分である（図１１におけるＡ１〜Ｃ１）。したがって、超音波が発信されてから受信されるまでの時間（TOFデータ:Time Of Flightデータ）が最も短い場合の発信角度により、各超音波センサー１０Ｂに対する血管中心点Ｏbvの位置が確認できる。
【０１２０】
各超音波センサー１０Ｂから血管中心点Ｏbvに向けて超音波を発信した場合、超音波は、血管の外壁（Ａ１〜Ｃ１）、その内壁、血管中心点Ｏbvを挟んだ内壁（Ａ２〜Ｃ２）、その外壁の４箇所で反射される。
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。
【０１２１】
外壁の３点（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）の座標位置が分かれば、その３点を通る円が確定するため、血管の外径Ｒおよび中心座標Obv (ｘ、ｙ)を算出できる。また、内壁の３点（Ａ２，Ｂ２，Ｃ２）の座標位置が分かれば、その３点を通る円が確定するため、血管の内径ｒおよび中心座標Obv (ｘ、ｙ)を算出できる。
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。
【０１２２】
なお、前記実施例では、電子機器として血管径測定装置１を例示したが、これに限定されるものではない。例えばロボットや自動車などに組み込まれて、被検出物までの距離や速度を測定する近接センサーや距離測定センサー、配管の非破壊検査や配管中の流体の流速などの監視する測定センサー、生体の体内の状態を超音波により検査する生体検査装置など、超音波の出力および受信により測定処理を実施するいかなる装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１…血管径測定装置、２…装置本体、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…超音波センサー、２０…センサー基板、３０…超音波トランスデューサー、４０…送信回路、５０…受信回路、６０…制御回路、７１〜７８…第１〜第８スイッチ、８０…共通電極接続配線、８１〜８３…直列接続用配線、３１０…送受信兼用素子、３２０…送信素子、３３１…下部電極（第１電極）、３３３…上部電極（第２電極）、３３４…下部電極線、３３５…上部電極線、３３６、３３７…共通電極線、Ａｒ１〜Ａｒ４…領域、Ｌ１…Ｘ軸（分割仮想線）、Ｌ２…Ｙ軸（分割仮想線）、Ｏ…中心点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の各第１電極にそれぞれ接続された複数の第１電極側スイッチと、
前記複数の送受信兼用素子の各第２電極にそれぞれ接続された複数の第２電極側スイッチと、
前記複数の送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記複数の送受信兼用素子に超音波送信用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超音波を受信した際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、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記各第１電極側スイッチを前記送信回路に接続し、前記各第２電極側スイッチを前記共通電極接続配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路および前記共通電極に対して並列に接続し、
超音波信号を受信する場合は、前記各第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを前記直列接続用配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記受信回路に対して直列に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項２】
請求項１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、
前記第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチは、それぞれｎ個設けられ、
前記直列接続用配線は、
各送受信兼用素子の第１電極側スイッチを、異なる各送受信兼用素子の第２電極側スイッチに接続して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つの第１電極側スイッチを受信回路に接続する第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つの第２電極側スイッチを受信回路に接続する第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３】
第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１および第２の送受信兼用素子と、
前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、
前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、
前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、
前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、
直列接続用配線と、
を備え、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記第１スイッチおよび第３スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２スイッチおよび第４スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、
超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第３スイッチを前記受信回路に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項４】
第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１〜第４の送受信兼用素子と、
前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、
前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、
前記第３の送受信兼用素子の第１電極に接続された第５スイッチと、
前記第３の送受信兼用素子の第２電極に接続された第６スイッチと、
前記第４の送受信兼用素子の第１電極に接続された第７スイッチと、
前記第４の送受信兼用素子の第２電極に接続された第８スイッチと、
前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、
前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、
第１〜第３の直列接続用配線と、
を備え、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記第１，３，５，７スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２，４，６，８スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、
超音波信号を受信する場合は、
前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記第１の直列接続用配線に接続し、前記第３スイッチおよび第６スイッチを前記第２の直列接続用配線に接続し、前記第５スイッチおよび第８スイッチを前記第３の直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第７スイッチを前記受信回路に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか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の配置位置にそれぞれ開口部が形成されたセンサー基板を備え、
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とともに、可撓性を有する支持膜と、
前記支持膜に積層された前記第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前記第２電極と、
を備えて構成される
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか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７】
請求項６に記載の超音波センサーにおいて、
前記送受信兼用素子および送信素子が、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を備え、
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８】
請求項７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９】
請求項８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、前記各送信素子の第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１０】
請求項１から請求項９のいずれか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。
【請求項１】
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の各第１電極にそれぞれ接続された複数の第１電極側スイッチと、
前記複数の送受信兼用素子の各第２電極にそれぞれ接続された複数の第２電極側スイッチと、
前記複数の送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記複数の送受信兼用素子に超音波送信用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超音波を受信した際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、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記各第１電極側スイッチを前記送信回路に接続し、前記各第２電極側スイッチを前記共通電極接続配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記送信回路および前記共通電極に対して並列に接続し、
超音波信号を受信する場合は、前記各第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチを前記直列接続用配線に接続して、前記複数の送受信兼用素子を前記受信回路に対して直列に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項２】
請求項１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、
前記第１電極側スイッチおよび第２電極側スイッチは、それぞれｎ個設けられ、
前記直列接続用配線は、
各送受信兼用素子の第１電極側スイッチを、異なる各送受信兼用素子の第２電極側スイッチに接続して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つの第１電極側スイッチを受信回路に接続する第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つの第２電極側スイッチを受信回路に接続する第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３】
第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１および第２の送受信兼用素子と、
前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、
前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、
前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、
前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、
直列接続用配線と、
を備え、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記第１スイッチおよび第３スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２スイッチおよび第４スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、
超音波信号を受信する場合は、前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第３スイッチを前記受信回路に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項４】
第１電極および第２電極を備えて超音波を送受信する第１〜第４の送受信兼用素子と、
前記第１の送受信兼用素子の第１電極に接続された第１スイッチと、
前記第１の送受信兼用素子の第２電極に接続された第２スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第１電極に接続された第３スイッチと、
前記第２の送受信兼用素子の第２電極に接続された第４スイッチと、
前記第３の送受信兼用素子の第１電極に接続された第５スイッチと、
前記第３の送受信兼用素子の第２電極に接続された第６スイッチと、
前記第４の送受信兼用素子の第１電極に接続された第７スイッチと、
前記第４の送受信兼用素子の第２電極に接続された第８スイッチと、
前記送受信兼用素子の超音波の送信および受信を制御する制御回路と、
前記送受信兼用素子に超音波送信用の信号を出力する送信回路と、
前記送受信兼用素子で超音波を受信した際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、
第１〜第３の直列接続用配線と、
を備え、
前記制御回路は、
超音波信号を送信する場合は、前記第１，３，５，７スイッチを前記送信回路に接続し、前記第２，４，６，８スイッチを前記共通電極接続配線に接続し、
超音波信号を受信する場合は、
前記第１スイッチおよび第４スイッチを前記第１の直列接続用配線に接続し、前記第３スイッチおよび第６スイッチを前記第２の直列接続用配線に接続し、前記第５スイッチおよび第８スイッチを前記第３の直列接続用配線に接続し、前記第２スイッチおよび第７スイッチを前記受信回路に接続する
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか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の配置位置にそれぞれ開口部が形成されたセンサー基板を備え、
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とともに、可撓性を有する支持膜と、
前記支持膜に積層された前記第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前記第２電極と、
を備えて構成される
ことを特徴とする超音波センサー。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか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７】
請求項６に記載の超音波センサーにおいて、
前記送受信兼用素子および送信素子が、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を備え、
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８】
請求項７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９】
請求項８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、前記各送信素子の第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１０】
請求項１から請求項９のいずれか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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５２３１９（Ｐ２０１２−１５２３１９Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８０８（Ｐ２０１１−１２８０８）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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