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技術 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 中村友亮
出願日 2016年9月30日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2016-192984
公開日 2018年4月5日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 2018-056879
状態 特許登録済
技術分野 超音波変換器 超音波診断装置
主要キーワード パルス波電圧 センサー窓 超音波モジュール 基準電位回路 音響部材 トランスデューサーアレイ 最大幅寸法 略二等辺三角形状
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

音波受信感度を向上できる超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供する。

解決手段

超音波デバイス22は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー45を含むトランスデューサーアレイを有する基板41と、トランスデューサーアレイを覆い、超音波トランスデューサー45に超音波を伝播させる音響部材と、を備える。基板41は、隣り合う超音波トランスデューサー45の間の素子外領域を有する。音響部材は、トランスデューサーアレイから音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面431を有する。空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する傾斜部432、433を含む。

概要

背景

従来、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、各開口に配置され、超音波送受信を行う超音波トランスデューサーと、を備える超音波トランスデューサーデバイス超音波デバイス)が知られている(例えば特許文献1)。

特許文献1では、超音波トランスデューサーは、開口を閉塞する振動膜と、振動膜に設けられた圧電素子部(圧電素子)と、を備える。
上記超音波デバイスでは、開口内に配置された圧電素子の駆動に応じて振動膜が振動されることにより、開口内から超音波が送信される。また、超音波を受信する際、開口内に入射した超音波によって振動膜が振動され、振動膜の振動に応じた信号が圧電素子から出力される。

概要

超音波の受信感度を向上できる超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供する。超音波デバイス22は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー45を含むトランスデューサーアレイを有する基板41と、トランスデューサーアレイを覆い、超音波トランスデューサー45に超音波を伝播させる音響部材と、を備える。基板41は、隣り合う超音波トランスデューサー45の間の素子外領域を有する。音響部材は、トランスデューサーアレイから音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面431を有する。空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する傾斜部432、433を含む。

目的

本発明は、超音波の受信感度を向上できる以下の形態又は適用例としての超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波伝播させる音響部材と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする超音波デバイス

請求項2

請求項1に記載の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第1方向に交差する第2方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第1傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第2傾斜部と、を有し、前記第1傾斜部及び前記第2傾斜部は、前記第1方向における前記基板とは反対側にて互いに接続することを特徴とする超音波デバイス。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第1方向に交差する第2方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第1傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第2傾斜部と、を有し、前記第1傾斜部及び前記第2傾斜部は、平面であり、前記第1方向及び前記第2方向に平行な面内において、前記第1傾斜部と重なる第1仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記一方に交差し、前記第2傾斜部と重なる第2仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記他方に交差することを特徴とする超音波デバイス。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記第1方向から見た平面視において、前記第1方向に交差する第2方向に沿って隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成され、前記第2方向における寸法が、前記素子外領域の寸法と同じであることを特徴とする超音波デバイス。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記基板と離間することを特徴とする超音波デバイス。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超音波デバイスにおいて、前記基板は、振動膜と、前記振動膜の一面に設けられる基板本体部と、を有し、前記基板本体部は、前記振動膜を支持する壁部と、前記振動膜によって閉塞され、前記超音波トランスデューサーが設けられる開口部と、を有し、前記音響部材は、前記振動膜の一面側に設けられ、前記空隙部は、前記第1方向から見た平面視において、前記壁部と重なることを特徴とする超音波デバイス。

請求項7

請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超音波デバイスにおいて、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイを覆う音響層と、前記音響層の前記トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記空隙部が形成される音響レンズと、を有することを特徴とする超音波デバイス。

請求項8

アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記基板及び前記音響部材を収納する筐体と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする超音波探触子

請求項9

アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする超音波装置

技術分野

0001

本発明は、超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置に関する。

背景技術

0002

従来、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、各開口に配置され、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーと、を備える超音波トランスデューサーデバイス(超音波デバイス)が知られている(例えば特許文献1)。

0003

特許文献1では、超音波トランスデューサーは、開口を閉塞する振動膜と、振動膜に設けられた圧電素子部(圧電素子)と、を備える。
上記超音波デバイスでは、開口内に配置された圧電素子の駆動に応じて振動膜が振動されることにより、開口内から超音波が送信される。また、超音波を受信する際、開口内に入射した超音波によって振動膜が振動され、振動膜の振動に応じた信号が圧電素子から出力される。

先行技術

0004

特開2014−78906号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1に記載されるような従来の超音波デバイスでは、測定対象反射された超音波の一部が、開口以外、すなわち開口を形成する壁部に入射するおそれがある。このため、反射波の一部を受信されず、超音波デバイスの受信感度が低下するおそれがある。

0006

本発明は、超音波の受信感度を向上できる以下の形態又は適用例としての超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供することを目的の一つとする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする。

0008

本適用例では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第1方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。このような構成では、空隙部と音響部材との音響インピーダンス差が大きい。したがって、音響部材は、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。

0009

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第1方向に交差する第2方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第1傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第2傾斜部と、を有し、前記第1傾斜部及び前記第2傾斜部は、前記第1方向における前記基板とは反対側にて互いに接続することが好ましい。
本適用例では、第1傾斜部は、第2方向に沿って空隙部を挟むように配置された2つの超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜し、第2傾斜部は、他方に向かって傾斜する。これら第1傾斜部及び第2傾斜部は、基板とは反対側で接続する。このような構成では、素子外領域に向かう超音波を第1傾斜部及び第2傾斜部のいずれかによって超音波トランスデューサーに導くことができる。すなわち、素子外領域に向かう超音波の一部を、第1傾斜部によって、上記一方の超音波トランスデューサーに、超音波の他の一部を、第2傾斜部によって、上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かう超音波を、より確実に超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、より確実に送受感度の向上を図ることができる。

0010

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第1方向に交差する第2方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第1傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第2傾斜部と、を有し、前記第1傾斜部及び前記第2傾斜部は、平面であり、前記第1方向及び前記第2方向に平行な面内において、前記第1傾斜部と重なる第1仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記一方に交差し、前記第2傾斜部と重なる第2仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記他方に交差することが好ましい。
本適用例では、第1方向及び第2方向に平行な面(仮想面)内において、第1傾斜部に重なる第1仮想線は、超音波トランスデューサーの一方に交差する。すなわち、第1傾斜部は、平面状であり、上記仮想面内において、超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜している。このような構成では、第1傾斜部によって、第1方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部を、より確実に上記一方の超音波トランスデューサーに導くことができる。また、第2傾斜部は、第1傾斜部と同様に、第1方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の他の一部を、より確実に上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。

0011

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記第1方向から見た平面視において、前記第1方向に交差する第2方向に沿って隣り合って配置される2つの前記超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成され、前記第2方向における寸法が、前記素子外領域の寸法と同じであることが好ましい。
ここで、第2方向(幅方向)において、空隙部の寸法(幅寸法)が、素子外領域よりも大きい場合、第1方向に沿って超音波トランスデューサーから送信される超音波の一部が、空隙部によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部の幅寸法が、素子外領域よりも小さい場合、第1方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま基板の素子外領域に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本適用例では、空隙部の幅寸法は、素子外領域と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。

0012

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記基板と離間することが好ましい。
本適用例では、空隙部は、基板と離間して設けられる。すなわち、空隙部と基板との間には音響部材の一部が配置されている。このような構成では、音響部材は、基板における、素子外領域と、超音波トランスデューサーが設けられる領域(素子領域)と、の両方において、基板に支持される。したがって、音響部材の支持によって、基板の素子領域に作用する応力緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサーに特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。

0013

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記基板は、振動膜と、前記振動膜の一面に設けられる基板本体部と、を有し、前記基板本体部は、前記振動膜を支持する壁部と、前記振動膜によって閉塞され、前記超音波トランスデューサーが設けられる開口部と、を有し、前記音響部材は、前記振動膜の一面側に設けられ、前記空隙部は、前記第1方向から見た平面視において、前記壁部と重なることが好ましい。
本適用例では、振動膜の一面側に設けられる基板本体部は、当該振動膜を支持する壁部と、振動膜によって閉塞される開口部と、を有する。開口部には、超音波トランスデューサーが設けられる。すなわち、第1方向に沿って伝播し、開口部内の振動膜(以下、可撓部とも称す)に入射する超音波によって、当該可撓部が振動され、当該振動に応じた信号が超音波トランスデューサーから出力される。
このような構成では、可撓部の一面側、すなわち超音波の入射側に基板本体部の壁部が配置されるため、超音波が壁部に入射して超音波が減衰しやすい。
これに対して、音響部材は、第1方向において、空隙部が壁部と重なるように、振動膜の一面側、つまり、開口部内や壁部上に設けられる。これにより、壁部に向かう超音波を超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。

0014

本適用例の超音波デバイスにおいて、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイを覆う音響層と、前記音響層の前記トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記空隙部が形成される音響レンズと、を有することが好ましい。
本適用例では、音響部材は、音響層と、空隙部が形成される音響レンズとを有する。ここで、音響レンズは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。本適用例では、音響レンズに空隙部を形成することにより、空隙部の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。

0015

本発明の一適用例に係る超音波探触子は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記基板及び前記音響部材を収納する筐体と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする。

0016

本発明の一適用例に係る超音波探触子では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第1方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。

0017

本発明の一適用例に係る超音波装置は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第1方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする超音波装置。

0018

本発明の一適用例に係る超音波装置では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第1方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0019

第1実施形態の超音波装置の概略構成を示す図。
第1実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
第1実施形態の超音波デバイスの素子基板封止板側から見た平面図。
図3のA−A線における超音波デバイスの断面を模式的に示す断面図。
図4のB−B線における音響層の断面を模式的に示す断面図。
第2実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
第3実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
第4実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
変形例に係る超音波デバイスの概略構成を示す断面図。
変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す図。

実施例

0020

[第1実施形態]
以下、第1実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図1は、超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置1は、超音波装置に相当し、図1に示すように、超音波プローブ2と、超音波プローブ2にケーブル3を介して接続された制御装置10と、を備える。
この超音波測定装置1は、超音波プローブ2を測定対象としての生体(例えば人体)の表面に当接させ、超音波プローブ2から生体内に超音波を送信する。また、超音波測定装置1は、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ2にて受信し、受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態(例えば血流等)を測定したりする。

0021

[制御装置の構成]
制御装置10は、制御部に相当し、図1に示すように、ボタンタッチパネル等を含む操作部11と、表示部12と、を備える。また、制御装置10は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部と、を備える。制御装置10は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置1を制御する。例えば、制御装置10は、超音波プローブ2の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ2から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部12に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部12に表示させたりする。このような制御装置10としては、例えば、タブレット端末スマートフォンパーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ2を操作するための専用端末装置を用いてもよい。

0022

[超音波プローブの構成]
図2は、超音波プローブ2の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ2は、超音波探触子に相当し、図2に示すように、筐体21と、筐体21内部に収納された超音波デバイス22と、超音波デバイス22を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板23と、を備える。なお、超音波デバイス22と、回路基板23とにより、超音波モジュールに相当する超音波センサー24が構成される。

0023

[筐体の構成]
筐体21は、図1に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面(センサー面21A)には、センサー窓21Bが設けられており、超音波デバイス22の一部が露出している。また、筐体21の一部(図1に示す例では側面)には、ケーブル3の通過孔21Cが設けられ、ケーブル3は、通過孔21Cから筐体21の内部の回路基板23に接続されている。また、ケーブル3と通過孔21Cとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル3を用いて、超音波プローブ2と制御装置10とが接続される構成を例示するが、これに限定されず、例えば超音波プローブ2と制御装置10とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ2内に制御装置10の各種構成が設けられていてもよい。

0024

[回路基板の構成]
回路基板23は、超音波デバイス22の信号端子414P及び共通端子416P(図3参照)と電気的に接続され、制御装置10の制御に基づいて超音波デバイス22を制御する。
具体的には、回路基板23は、送信回路受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス22に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス22から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、A−D変換処理整相加算処理等を実施して制御装置10に出力する。

0025

[超音波デバイスの構成]
図3は、超音波デバイス22における素子基板41を、封止板42側から見た平面図である。図4は、図3におけるA−A線で切断した超音波デバイス22の断面図である。
超音波デバイス22は、図4に示すように、素子基板41と、封止板42と、音響層43及び音響レンズ44を含む音響部材5と、により構成される。

0026

(素子基板の構成)
素子基板41は、基板に相当し、図4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に設けられた圧電素子413と、を備える。ここで、以降の説明にあたり、基板本体部411の音響レンズ44側の面を前面411Aと称し、封止板42に対向する面を背面411Bと称する。また、振動膜412の封止板42とは反対側の面(一面に相当)を開口面412Aと称し、封止板42側の面を作動面412Bと称する。

0027

図3に示すように、素子基板41には、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー45を含む、1次元アレイとしての超音波トランスデューサーアレイ(トランスデューサーアレイ)46が設けられる。すなわち、素子基板41を基板厚み方向(Z方向)から見た平面視(以下、単に平面視とも称す)において、素子基板41の中央のアレイ領域Ar1に、複数の超音波トランスデューサー45がマトリクス状に配置され、超音波トランスデューサーアレイ46が構成される。超音波トランスデューサーアレイ46は、X方向(スライス方向)に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー45により構成され、1CHの送受信チャンネルとして機能する送受信列45Aを複数有する。これら複数の送受信列45Aは、Y方向(スキャン方向)に配置される。なお、図3では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー45の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー45が配置される。

0028

基板本体部411は、図4に示すように、振動膜412を支持する基板であり、例えばSi等の半導体基板で構成される。基板本体部411には、各々の超音波トランスデューサー45に対応した開口部411Cが設けられる。

0029

振動膜412は、例えばSiO2や、SiO2及びZrO2の積層体等より構成され、基板本体部411の背面411Bに設けられる。すなわち、振動膜412は、開口部411Cを構成する壁部411Dにより支持され、開口部411Cの背面411B側を閉塞する可撓部412Cを有する。つまり、開口部411Cは、振動膜412の振動領域である可撓部412Cの外縁を規定する。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。

0030

また、各開口部411Cを閉塞する可撓部412Cの作動面412Bには、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。これら可撓部412C及び圧電素子413により、1つの超音波トランスデューサー45が構成される。
なお、アレイ領域Ar1における、超音波トランスデューサー45が設けられた領域、つまり、平面視において、開口部411C(可撓部412C)と重なる領域を、素子領域Ar11とも称す。また、アレイ領域Ar1における、素子領域Ar11以外の領域、すなわち、平面視において、壁部411Dと重なる領域を、素子外領域Ar12とも称す。

0031

このような超音波トランスデューサー45では、下部電極414及び上部電極416の間に所定周波数パルス波電圧印加されることにより、開口部411Cの開口領域内の可撓部412Cを振動させて、開口面412A側から超音波を送信する。また、対象物から反射され、開口面412Aに入射する超音波により可撓部412C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により、超音波を検出、つまり受信する。

0032

ここで、下部電極414は、X方向に沿って直線状に形成され、1CHの送受信列45Aを構成する。この下部電極414の両端部(±X側端部)には、端子領域Ar2において、回路基板23に電気接続される信号端子414Pが設けられる。

0033

また、上部電極416は、Y方向に沿って直線状に形成されており、Y方向に並ぶ送受信列45Aを接続する。そして、上部電極416の±Y側端部は共通電極線416Aに接続される。この共通電極線416Aは、X方向に沿って複数配置された上部電極416同士を結線する。共通電極線416Aの両端部(±X側端部)には、回路基板23に電気接続される共通端子416Pが設けられている。共通端子416Pは、回路基板23の基準電位回路(図示省略)に接続され、基準電位に設定される。

0034

(封止板の構成)
封止板42は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板41と同形状に形成され、Si等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板42の材質や厚みは、超音波トランスデューサー45の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー45にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。

0035

封止板42は、素子基板41のアレイ領域Ar1のうち素子領域Ar11に対向する領域には凹溝421が形成される。すなわち、封止板42は、開口部411Cに対応した複数の凹溝421を有する。これにより、超音波トランスデューサー45により振動される可撓部412Cに対応する素子領域Ar11では、素子基板41と封止板42との間に所定寸法のギャップ421A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つの超音波トランスデューサー45からの背面波が、他の隣接する超音波トランスデューサー45に入射される不都合クロストーク)を抑制できる。

0036

また、振動膜412が振動すると、開口部411C側(開口面412A側)の他、封止板42側(背面411B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421A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から開口面412A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421Aにおける音響的な距離が、超音波の波長をλとして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、超音波トランスデューサー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。

0037

また、封止板42は、素子基板41の端子領域Ar2に対向する位置に、各端子414P,416Pを回路基板23に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、素子基板41に設けられた開口と、当該開口を介して各端子414P,416Pと回路基板23とを接続するFPC(Flexible printed circuits)やケーブル線ワイヤー等の配線部材と、を含む構成が例示される。

0038

(音響部材の構成)
音響部材5は、素子基板41の+Z側を覆うように配置される音響層43と、音響層43の+Z側に配置される音響レンズ44と、を含み構成される。
音響部材5は、例えば粘弾性体エラストマーが望ましく、シリコーンゴムブタジエンゴムが好適である。音響インピーダンスは、測定対象である生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス(例えば1.5MRayls)が望ましい。これにより、音響部材5は、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝播させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー45に伝播させる。

0039

(音響レンズの構成)
音響レンズ44は、図1に示すように、筐体21のセンサー窓21Bから外部に露出し、測定対象である生体の表面に当接される。この音響レンズ44は、ZX面における断面がシリンドリカル形状であり、超音波デバイス22から送信された超音波を収束させる。

0040

(音響層の構成)
図5は、図4のB−B線で切断した音響層43の断面を模式的に示す図である。
音響層43は、平面視において、素子外領域Ar12(図3参照)の少なくとも一部と重なる位置に空隙部430を形成する空隙形成面431を有する。
空隙部430は、平面視において音響層43の壁部411Dと重なる位置に形成される。空隙部430は、平面視において、各超音波トランスデューサー45を囲むように、X方向及びY方向のそれぞれの方向に沿う格子状に形成される。この空隙部430は、後述するように壁部411Dに向かう超音波の少なくとも一部を超音波トランスデューサー45に導く。換言すると、空隙部430は、平面視において、X方向に沿って隣り合って配置される2つの超音波トランスデューサー45に挟まれる位置と、Y方向に沿って隣り合って配置される2つの超音波トランスデューサー45に挟まれる位置と、に形成される。

0041

図4に示すように、空隙部430のうちのY方向に沿って形成された領域では、ZX面における断面形状が略三角形状である。また、空隙部430のうちのY方向に沿って形成された領域では、X方向の最大寸法(最大幅寸法)、つまり、−Z側端部における幅寸法が、壁部411Dと同じである。なお、図示を省略するが、空隙部430のうちX方向に沿う領域でも同様に、YZ面における断面形状が略三角形状であり、最大幅寸法が壁部411Dと同じである。

0042

図4に示すように、上記空隙部430を形成する空隙形成面431は、空隙部430に隣り合って配置された超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する、平面状の第1傾斜部432及び第2傾斜部433を有する。この空隙形成面431は、空隙部430の+Z側に位置する。すなわち、空隙形成面431は、X方向及びY方向に沿って形成された溝部の底面であり、当該溝部は−Z側において開口する。
以下、図4を参照し、Y方向に延在する空隙部430を形成する第1傾斜部432及び第2傾斜部433について、主に説明する。

0043

第1傾斜部432は、空隙部430をX方向に挟むように配置された2つの超音波トランスデューサー45のうち、−X側の超音波トランスデューサー45(2つの超音波トランスデューサー45の一方)に向かって傾斜する。
図4に示すように、ZX面内において、第1傾斜部432と重なる第1仮想線L1は、上記−X側の超音波トランスデューサー45の可撓部412C、すなわち素子領域Ar11(図3参照)に交差する。

0044

第2傾斜部433は、空隙部430をX方向に挟むように配置された2つの超音波トランスデューサー45のうち、+X側の超音波トランスデューサー45(2つの超音波トランスデューサー45の他方)に向かって傾斜する。
図4に示すように、ZX面内において、第2傾斜部433と重なる第2仮想線L2は、上記+X側の超音波トランスデューサー45の可撓部412C、すなわち素子領域Ar11(図3参照)に交差する。

0045

これら第1傾斜部432及び第2傾斜部433は、+Z側において互いに接続する。また、X方向における第1傾斜部432及び第2傾斜部433間の距離は、−Z側に向かうにしたがって大きくなる。このような第1傾斜部432及び第2傾斜部433によって、上述のように断面が略三角形状の空隙部430が形成される。

0046

このように構成された空隙部430は、気体が充填されており、例えば空気、希ガスヘリウムガスネオンガスアルゴンガスクリプトンガスキセノンガス)、窒素ガス等が充填されてもよい。空隙部430の音響インピーダンスは、空気を充填した場合、0.00043MRaylsであり、音響層43における空隙部430以外の領域の音響インピーダンス(例えば1.5MRayls)よりも遥かに小さい。すなわち、空隙部430の界面である第1傾斜部432及び第2傾斜部433において、空隙部430の内外の音響インピーダンス差が大きい。したがって、Z方向に沿って、測定対象から壁部411D(素子外領域Ar12)に向かって伝播する超音波は、空隙部430によって超音波トランスデューサー45に向かって導かれる。なお、空隙部430の音響インピーダンスは、音響部材5の音響インピーダンスの1/1000以下が望ましい。

0047

より具体的には、第1傾斜部432は、入射した超音波の少なくとも一部を、第1仮想線L1に沿って、空隙部430の−X側に位置する超音波トランスデューサー45に向かう方向に伝播させる。また、第2傾斜部433は、入射した超音波の少なくとも一部を、第2仮想線L2に沿って、空隙部430の+X側に位置する超音波トランスデューサー45に向かう方向に伝播させる。これにより、壁部411Dに向かって伝播する超音波の少なくとも一部は、超音波トランスデューサー45によって受信される。

0048

なお、Y方向に沿って配置される空隙部430を形成する第1傾斜部432及び第2傾斜部433について説明したが、X方向に沿って配置される空隙部430においても同様である。すなわち、X方向に沿って配置される空隙部430は、Y方向に隣り合う2つの超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成される。当該空隙部430を形成する空隙形成面431は、上記2つの超音波トランスデューサーのうち、−Y側の超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する第1傾斜部432と、+Y側の超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する第2傾斜部433と、を有する。

0049

[第1実施形態の作用効果
上述のように構成される第1実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
音響部材5は、超音波トランスデューサーアレイ46を覆うように配置され、Z方向(第1方向)において素子外領域Ar12と重なる空隙部430を有する。この空隙部430を形成する空隙形成面431は、当該空隙部430に隣り合う超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する傾斜部として、第1傾斜部432及び第2傾斜部433を有する。この第1傾斜部432及び第2傾斜部433は、上述のように、素子外領域Ar12に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー45に向かって伝播させることができる。したがって、素子外領域Ar12に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー45によって受信でき、超音波デバイス22の受信感度を向上させることができる。

0050

また、第1傾斜部432及び第2傾斜部433は、平面状であり、+Z側で互いに接続し、略三角形状の断面を有する空隙部430を形成する。これらのうち第1傾斜部432は、空隙部430を挟むように配置された2つの超音波トランスデューサー45の一方に向かって傾斜し、第2傾斜部433は、2つの超音波トランスデューサー45の他方に向かって傾斜する。このような構成では、素子外領域Ar12に向かう超音波の一部を、第1傾斜部432によって、上記一方の超音波トランスデューサー45に導くことができる。また、素子外領域Ar12に向かう超音波の他の一部を、第2傾斜部433によって、上記他方の超音波トランスデューサー45に導くことができる。すなわち、Z方向に沿って素子外領域Ar12に向かって伝播する超音波を、より確実に超音波トランスデューサー45に向かって導くことができ、より確実に送受感度の向上を図ることができる。

0051

本実施形態では、図4に示すように、Y方向に沿って形成される第1傾斜部432では、ZX面内において、第1傾斜部432に重なる第1仮想線L1が、上記一方の超音波トランスデューサー45(−X側に位置する超音波トランスデューサー45)に交差する。第1傾斜部432は、入射した超音波の少なくとも一部を、上記一方の超音波トランスデューサー45に向かって、第1仮想線L1に沿う方向に伝播させることができる。第2傾斜部433も同様に、入射した超音波の少なくとも一部を、上記他方の超音波トランスデューサー45(+X側に位置する超音波トランスデューサー45)に向かって、第2仮想線L2に沿う方向に伝播させることができる。なお、X方向に沿って形成される第1傾斜部432及び第2傾斜部433についても同様である。このような構成では、素子外領域Ar12に向かって伝播する超音波の一部を、第1傾斜部432及び第2傾斜部433によって、より確実に超音波トランスデューサー45に導くことができる。

0052

空隙部430は、幅方向(第2方向であり図4ではX方向)の寸法(幅寸法)が、素子外領域Ar12すなわち壁部411Dの幅寸法と同じである。
ここで、空隙部430の幅寸法が、素子外領域Ar12よりも大きい場合、超音波トランスデューサー45から送信される超音波の一部が、空隙部430によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部430の幅寸法が、素子外領域Ar12よりも小さい場合、素子外領域Ar12に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま素子外領域Ar12に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、空隙部430の幅寸法は、素子外領域Ar12と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。

0053

基板本体部411は、開口部411Cと壁部411Dとを有し、−Z側に配置された振動膜412によって開口部411Cが閉塞されている。この開口部411Cを閉塞する振動膜412の可撓部412Cと、当該可撓部412Cに設けられた圧電素子413とにより超音波トランスデューサー45が構成される。すなわち、Z方向に沿って伝播し、開口部411C内の可撓部412Cに入射する超音波が、超音波トランスデューサー45によって検出される。
このような構成では、可撓部412Cよりも+Z側に壁部411Dが配置されるため、超音波が壁部411Dに入射しやすい。これに対して、上述のように空隙部430は、壁部411Dと重なるように設けられる。したがって、壁部411Dに向かう超音波を超音波トランスデューサー45に向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。

0054

[第2実施形態]
以下、第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、空隙部430は、第1傾斜部432及び第2傾斜部433と、壁部411Dの+Z側の面と、に囲まれるように形成されていた。これに対して、第2実施形態では、空隙部430は、音響層43の内部に形成され、Z方向において壁部411Dと離間する点で、第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

0055

図6は、第2実施形態の超音波デバイス22Aを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Aは、図6に示すように、音響層43A及び音響レンズ44を含む音響部材5Aを有する。
音響層43Aは、平面視において、素子外領域Ar12(図3参照)、つまり壁部411Dの少なくとも一部と重なる位置に、Z方向に壁部411Dと離間して空隙部430Aが設けられる。すなわち、壁部411Dの+Z側に、音響層43Aの一部が設けられる。

0056

音響層43Aは、空隙部430Aを形成する空隙形成面431Aを有する。この空隙形成面431Aは、第1傾斜部432と、第2傾斜部433と、底面部434と、を有する。これらのうち底面部434は、XY面に平行な平面状に形成され、第1傾斜部432及び第2傾斜部433のそれぞれの−Z側の端部に連続する。

0057

[第2実施形態の作用効果]
空隙部430Aは、素子基板41と離間して設けられる。すなわち、空隙部430Aと素子基板41との間には音響層43Aの一部が配置されている。このような構成では、素子外領域Ar12の壁部411Dに音響層43Aを支持させることができる。したがって、主に素子領域Ar11にて音響層43Aが支持される場合と比べて、音響層43Aの支持によって素子領域Ar11に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサー45に特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。

0058

[第3実施形態]
以下、第3実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、空隙部430は、音響層43に形成されていた。これに対して、第3実施形態では、空隙部は、音響レンズに形成されている点で、第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

0059

図7は、第3実施形態の超音波デバイス22Bを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Bは、図7に示すように、音響層43B及び音響レンズ44Bを含む音響部材5Bを有する。
音響層43Bは、アレイ領域Ar1(図3参照)において、素子基板41の+Z側の面を覆う。すなわち、音響層43Bは、可撓部412Cの開口面412A及び壁部411Dの+Z側の面(前面411A)上に配置される。

0060

音響レンズ44Bは、平面視において音響層43Bの壁部411Dと重なる位置に空隙部440を形成する空隙形成面441を有する。空隙部440及び空隙形成面441は、音響レンズ44Bに形成されている点を除き、それぞれ第1実施形態の空隙部430及び空隙形成面431と略同様に構成される。

0061

すなわち、空隙部440は、X方向及びY方向のそれぞれの方向に沿う格子状に形成される。図7に示すように、空隙部440のうちのY方向に沿って形成された領域では、ZX面における断面形状が略三角形状であり、X方向の最大幅寸法が壁部411Dと同じである。なお、空隙部440のうちX方向に沿う領域でも同様に、YZ面における断面形状が略三角形状であり、最大幅寸法が壁部411Dと同じである。

0062

空隙形成面441は、図7に示すように、空隙部440に隣り合って配置された超音波トランスデューサー45に向かって傾斜する、平面状の第1傾斜部442及び第2傾斜部443を有する。これら第1傾斜部442及び第2傾斜部443は、第1実施形態の第1傾斜部432及び第2傾斜部433と同様に、+Z側において互いに連続する。また、第1傾斜部442及び第2傾斜部443は、空隙部440を挟むように配置された2つの超音波トランスデューサー45の配列方向(X方向及びY方向のいずれか一方であり、図7ではX方向)における距離が、−Z側に向かうにしたがって大きくなる。

0063

なお、図7に示すように、第1仮想線L1は、ZX面内において、第1傾斜部442と重なり、−X側の超音波トランスデューサー45の可撓部412Cに交差する。第2仮想線L2は、ZX面内において、第2傾斜部443と重なり、+X側の超音波トランスデューサー45の可撓部412Cに交差する。

0064

[第3実施形態の作用効果]
第3実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
音響部材5Bは、空隙部440が形成される音響レンズ44Bを有し、音響レンズ44Bは、音響層43Bの+Z側に配置される。ここで、音響レンズ44Bは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズ44Bは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。このような音響レンズ44Bに空隙部440を形成することにより、空隙部440の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。

0065

また、音響層43Bは、超音波トランスデューサー45の駆動を阻害しない程度の硬度を有することが好ましい。本実施形態では、音響層43Bに空隙部が形成されていないため、音響層43Bの硬度を小さくすることができる。これにより、音響層43Bによって、超音波トランスデューサー45の駆動が阻害されることを一層抑制でき、送受信感度の向上を図ることができる。

0066

[第4実施形態]
以下、第4実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、音響部材5は、振動膜412の開口面412Aの側、すなわち基板本体部411を覆うように配置されていた。これに対して、第4実施形態では、音響部材5は、振動膜412の作動面412Bを覆うように、基板本体部411とは反対側に設けられている点で、第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

0067

図8は、第4実施形態の超音波デバイス22Cを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Cは、図8に示すように、素子基板41Cと、素子基板41Cの−Z側に配置される封止板42Cと、素子基板41Cの+Z側に配置される音響部材5と、を備える。超音波デバイス22Cは、+Z側に超音波を送信可能に構成される。

0068

素子基板41Cは、第1実施形態の素子基板41と、XY面に対して面対称鏡像対称)の関係にある。すなわち、振動膜412は、基板本体部411の+Z側に設けられる。すなわち、振動膜412の−Z側の面が開口面412Aであり、+Z側の面が作動面412Bである。この作動面412Bに圧電素子413が設けられる。
封止板42Cは、平板状に形成され、素子基板41Cの−Z側に、基板本体部411と対向するように設けられる。

0069

音響部材5は、音響層43と、音響レンズ44と、を備える。
音響層43は、振動膜412の作動面412B側に配置される点を除き、第1実施形態と略同様に構成される。すなわち、音響層43は、平面視において、空隙部430が壁部411Dと重なるように、素子基板41Cに配置される。この空隙部430は、素子基板41Cに接するように形成される。すなわち、空隙部430は、第1傾斜部432、第2傾斜部433、及び、振動膜412の作動面412Bによって形成される。

0070

[第4実施形態の作用効果]
第4実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
空隙部430は、素子基板41Cに接するように形成され、平面視において、超音波トランスデューサー45(素子領域Ar11)を囲む。すなわち、平面視において、隣り合う超音波トランスデューサー45の間に空隙部430が形成される。これにより、超音波トランスデューサー45から送信された超音波が、隣り合う超音波トランスデューサー45に伝播する、所謂、クロストークが生じることを抑制できる。

0071

[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。

0072

(変形例1)
図9は、一変形例の超音波デバイス22Dを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Dは、図9に示すように、壁部411D、すなわち素子外領域Ar12に、スリット6が設けられている点で、第1実施形態の超音波デバイス22と相違する。
図9に示すように、スリット6は、X方向に配置された複数の超音波トランスデューサー45間に位置する壁部411D、すなわち素子外領域Ar12(図3参照)に設けられる。このスリット6は、壁部411DをZ方向に貫通し、かつ、Y方向に沿って設けられる。なお、スリット6は、図示を省略するが、Y方向に配置された複数の超音波トランスデューサー45間に位置する壁部411Dにも設けられる。すなわち、スリット6は、X方向及びY方向に沿って、各超音波トランスデューサー45を囲むように格子状に設けられる。

0073

このような構成では、隣り合う超音波トランスデューサー45の間にスリット6が形成される。これにより、超音波トランスデューサー45から送信された超音波が、隣り合う超音波トランスデューサー45間でクロストークが生じることを抑制できる。
なお、第2実施形態の超音波デバイス22Aについても同様の変形を適用できる。

0074

(変形例2)
図10は、一変形例の超音波デバイス22Eを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Eは、図10に示すように、空隙部430の幅寸法が、壁部411D(素子外領域Ar12)の幅寸法よりも大きい点で、第4実施形態と相違する。
このような構成では、可撓部412Cの一部に、音響層43が設けられる。ここで、可撓部412Cにおける音響層43によって覆われる面積が大きい程、可撓部412Cへの付加質量の値が大きくなる。ここで、所定の共振周波数の超音波トランスデューサー45を設計する際に、上記付加質量が大きくなるほど、超音波トランスデューサー45のサイズ(可撓部412Cの面積)を小さくする必要があり、結果的に受信感度が低下する。これに対して、図10に示すように、空隙部430の幅寸法を壁部411Dよりも大きくして(つまり、可撓部412Cの音響層43に覆われる面積を小さくして)、付加質量を低減させることにより、共振周波数の設計値に対して、超音波トランスデューサー45のサイズを大きくでき、ひいては受信感度を増大させることができる。

0075

(変形例3)
図11は、一変形例の超音波デバイス22Fを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス22Fは、図11に示すように、音響層43Fに、ZX断面の断面形状がV字状の空隙部430Fが形成されている点で、第1実施形態と相違する。
空隙部430Fを形成する空隙形成面431Fは、第1傾斜部432及び第2傾斜部433に加え、第3傾斜部435と、第4傾斜部436と、を有する。第3傾斜部435は、平面状であり、Z方向において、第1傾斜部432に対向する。また、第4傾斜部436は、平面状であり、Z方向において、第2傾斜部433に対向する。
換言すると、空隙部430Fは、第1傾斜部432及び第3傾斜部435に挟まれる第1スリット部と、第2傾斜部433及び第4傾斜部436に挟まれる第2スリット部と、を有する。これら第1スリット部と、第2スリット部とは、+Z側において連続し、−Z側に向かうにしたがって離れるように傾斜している。

0076

この空隙部430Fは、図示は省略するが、例えば、開口部411Cに沿って設けられ、Y方向における寸法が開口部411Cと同じである。
なお、Y方向に沿って設けられる空隙部430Fについて説明したが、空隙部430Fは、X方向に沿って同様に形成される。すなわち、空隙部430Fは、平面視において、各開口部411Cを囲む位置に形成される。

0077

このような構成では、第1傾斜部432及び第2傾斜部433によって断面が略三角形状の空隙部が形成される場合と比べて、空隙部430Fの体積を小さくすることができる。このため、空隙部430Fを形成することによる音響層43Fの強度の低下を抑制でき、音響層43Fの変形、ひいては空隙部430Fの変形を抑制できる。

0078

(他の変形例)
上記各実施形態では、第1傾斜部432は、第1仮想線L1が−X側に位置する超音波トランスデューサー45に交差するように傾斜し、同様に、第2傾斜部433は、第2仮想線L2が+X側に位置する超音波トランスデューサー45に交差するように傾斜する構成を例示した。これに対して、第1傾斜部432及び第2傾斜部433は、下記式(1)〜(3)に示す条件を満たすように傾斜するように形成されてもよい。
以下、図12を参照し、下記式(1)〜(3)について説明する。

0079

図12は、超音波デバイス22を模式的に示す断面図である。
図12に示すように、Z方向に沿って伝播し第1傾斜部432に入射する超音波のうち、第1傾斜部432の−Z側の端部(点A)に入射する超音波は、可撓部412Cの点Bに入射するものとする。また、第1傾斜部432の+Z側の端部(点C)に入射する超音波は、可撓部412Cの点Dに入射するものとする。
また、第1傾斜部432のXY面(前面411A)に対する傾斜角度を第1角度θ1とする。また、Z方向に沿って伝播する超音波と第1傾斜部432との成す角度を第2角度θ2とする。なお、第1角度θ1及び第2角度θ2は、下記式(1)の関係を満たす。また、第1傾斜部432への超音波の入射角度は、第1角度θ1である。
また、Z方向における壁部411Dの寸法、つまり振動膜412と空隙部430との間の距離寸法を第1寸法h1とする。また、Z方向における空隙部430の寸法を第2寸法h2とする。また、X方向(第2方向)における可撓部412Cの寸法をMxとする。
ここで、空隙部430は、下記式(2)の関係を満たすように形成されることが好ましく、下記式(3)の関係を満たすように形成されることがより好ましい。

0080

[数1]
θ1=90°−θ2 ・・・(1)
h1tan2θ2<Mx ・・・(2)
(h1+h2)tan2θ2−h2tanθ2<Mx ・・・(3)

0081

上記式(2)に示すように、線分BEの長さを、可撓部412Cの寸法Mxよりも小さくすることにより、第1傾斜部432に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー45に入射させることができる。すなわち、上記式(1)及び式(2)を満たすように第1角度θ1を設定することにより、受信感度の増大を図ることができる。

0082

また、Z方向における、点Cと重なる振動膜412上の点をFとすると線分EFの長さは、h2tanθ2であり、線分DEの長さは、上記式(3)の左辺で表される。上記式(3)に示すように、線分DEの長さを、可撓部412Cの寸法Mxよりも小さくすることにより、第1傾斜部432に入射する超音波を、より確実に超音波トランスデューサー45に入射させることができる。すなわち、上記式(2)及び下記式(3)を満たすことにより、より確実に受信感度を増大させることができる。
なお、Y方向に沿って形成された第1傾斜部432について詳細に説明したが、X方向に沿って形成された第1傾斜部432と、X方向及びY方向に沿って形成された第2傾斜部433についても同様である。

0083

また、上記各実施形態では、空隙部の幅寸法が、素子外領域と同じである構成を例示した。また、変形例2では、空隙部の幅寸法が、素子外領域よりも大きい構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、空隙部の幅寸法は、素子外領域よりも小さくてもよい。なお、空隙部の幅寸法を小さくすることにより、空隙部の体積を小さくすることができ、音響部材の強度を向上させることができる。

0084

上記第4実施形態では、空隙部430は、素子基板41Cに接するように形成されていた。すなわち、空隙部430は、−Z側に開口するように音響層43に設けられた溝部により形成されていた。しかしながら、これに限定されず、第2実施形態のように、空隙部430が、素子基板41Cと離間していてもよい。すなわち、第2実施形態と同様に、空隙部430の−Z側に音響層の一部が配置され、素子外領域Ar12において、音響層43と素子基板41Cとが直に接触してもよい。このような構成では、素子外領域Ar12によって音響層43Aを支持することにより、第2実施形態と同様に、素子領域Ar11に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサー45に特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。

0085

上記各実施形態では、空隙形成面は、傾斜部として平面状の第1傾斜部及び第2傾斜部を有し、各傾斜部と重なる仮想線が、隣り合う超音波トランスデューサーの素子領域に交差するとしたが、これに限定されない。例えば、上記仮想線が、超音波トランスデューサーの素子領域を超えて素子外領域に交差してもよい。
また、第1傾斜部及び第2傾斜部は、曲面状であってもよい。例えば、第1傾斜部及び第2傾斜部は、空隙部の中心に向かって凸となる凸面状でもよいし、中心から離れる方向に凹となる凹面状でもよい。
このような構成でも、素子外領域に形成された傾斜部によって、超音波の少なくとも一部を、隣り合うように配置された超音波トランスデューサー(素子領域)に導くことができる。

0086

上記各実施形態では、空隙部は、断面形状(図4におけるZX面における断面形状)が、略二等辺三角形状である構成を例示したがこれに限定されない。
例えば、空隙部は、断面形状が、台形状や半円状であってもよい。なお、台形状である場合、第1傾斜部及び第2傾斜部の+Z側の端部は、XY面に平行な平面部によって接続される。このため、Z方向に沿って平面部に入射した超音波は、反射され超音波トランスデューサーに受信されないおそれがある。これに対して、空隙部の断面形状を三角形状とすることにより、より確実に超音波を超音波トランスデューサーに導くことができる点で好ましい。
また、上記各実施形態では、傾斜部として第1傾斜部及び第2傾斜部を有する構成を例示したが、傾斜部として第1傾斜部及び第2傾斜部のいずれか一方のみを有する構成としてもよい。

0087

上記各実施形態では、空隙部は、平面視において、壁部411Dと重なる領域、すなわち、超音波トランスデューサー45を囲む領域の略全域に設けられていたが、これに限定されない。すなわち、空隙部は、壁部411Dと重なる領域の少なくとも一部に設けられてもよい。例えば、空隙部は、Y方向に沿って配置される各送受信列45A(図3参照)間の素子外領域Ar12のみと重なるように形成されてもよい。すなわち、X方向に沿う空隙部のみが形成されてもよい。このような構成では、上述のように、素子外領域Ar12に入射する超音波の一部を、超音波トランスデューサー45に導くことができ、受信感度の向上を図ることができる。また、各送受信列45A間での超音波のクロストークを抑制することができる。

0088

上記各実施形態では、超音波トランスデューサー45として、振動膜412と、当該振動膜412上に形成された圧電素子413と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー45として、可撓膜と、可撓膜に設けられた第1電極と、封止板における第1電極に対向する位置に設けられた第2電極と、を備える構成を採用してもよい。この第1電極及び第2電極は、振動子としての静電アクチュエーターを構成する。このような構成では、当該静電アクチュエーターを駆動することにより超音波を送信し、電極間静電容量を検出することにより超音波を検出できる。

0089

上記各実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用できる。また、例えば、半導体パッケージウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。

0090

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。

0091

1…超音波測定装置(超音波装置)、10…制御装置、21…筐体、22,22A,22B,22C,22D,22E,22F…超音波デバイス、41…素子基板、42…封止板、43,43A,43B…音響層、44,44B…音響レンズ、45…超音波トランスデューサー、46…超音波トランスデューサーアレイ、411…基板本体部、411A…前面、411B…背面、411C…開口部、411D…壁部、412…振動膜、412A…開口面、412B…作動面、413…圧電素子、414…下部電極、415…圧電膜、416…上部電極、421…凹溝、421A…ギャップ、430,430A,430F…空隙部、431,431A,431F…空隙形成面、432…第1傾斜部、433…第2傾斜部、434…底面部、440…空隙部、441…空隙形成面、442…第1傾斜部、443…第2傾斜部、Ar12…素子外領域、L1…第1仮想線、L2…第2仮想線。

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