JP2009272824A - 超音波振動子セル、超音波振動子および超音波内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】印加するＤＣバイアスを低減することのできる静電容量型の超音波振動子セル１０、超音波振動子セル１０を有する超音波振動子２および超音波内視鏡１を提供する。
【解決手段】超音波振動子セル１０は、下部電極１１と、下部電極１１の上または下に配置された第１の絶縁膜１２と、第１の絶縁膜１２上に配置された空隙部１８と、空隙部１８上に配置され、少なくとも第２の絶縁膜１５からなる振動膜９と、を含み、第１の絶縁膜１２および／または第２の絶縁膜１５は浮遊電極１３、１３Ｂを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波振動子セル、前記超音波振動子セルを有する超音波振動子および超音波内視鏡に関し、特に、静電容量型超音波振動子セルの構成要素と構成要素の配置位置に関する。

体内に超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の１つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体内へ挿入する挿入部の先端に超音波振動子が取り付けてあり、この超音波振動子は電気信号を超音波に変換し体内へ照射し、また体内で反射した超音波を受信して電気信号に変換するものである。

一般的に、超音波振動子は超音波振動子セルと呼ばれる超音波を送受信するための構造を含む。例えば、図１２に示すように、特許文献１に開示されている超音波振動子セル２１０の構造は、片面に電極２１１Ａを形成した導電性シリコン基板２１１Ｂの他面に、絶縁支持部２１４を用いた空洞部２１８を介して振動板２１５および上部電極２１６を有する。すなわち、平面状の電極である導電性基板２１１Ｂと、上部電極２１６とが、空洞部２１８を介して対向した構造であり、上部電極２１６は、いわゆるメンブレン構造で振動可能に構成されている。

そして、超音波振動子セル２１０で超音波振動を発生する際には、図１３に示すように、２つの平面電極間にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）信号を印加し、メンブレン構造の上部電極２１６および振動板２１５をクーロン力によって導電性シリコン基板２１１Ｂへ引きつける、開放する、を繰り返す。なお、図１３においては、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：直流）バイアス電圧ＶＢが、バイアス端子２２４に印加されると共に、誘導インピーダンスなどの交流信号に対する高インピーダンスＺを有するパスによって、上部電極２１６へ連結され、信号端子２２６からのＲＦ信号は、上部電極２１６と静電的に連結されている。

そして、上記超音波振動子セル２１０では、超音波を受信する際には、被検査物により反射された超音波により、メンブレン構造の振動板２１５および上部電極２１６が振動し、２つの平面電極である上部電極２１６と導電性シリコン基板２１１Ｂとの間の距離が変化するため、この電極間の静電容量変化を検出し電気信号に変換する。なお、超音波の送受信時においては、電極間にＤＣバイアス電圧ＶＢを印加しなければ、超音波振動子セル２１０を駆動すること、すなわち、メンブレン構造の電極の効率的な振動、および、電極間の静電容量変化の検出は、困難であった。

これに対して、特許文献２には、エレクトレット膜３４０を用いたことで、対向電極間にＤＣバイアス電圧を印加しなくとも、駆動可能な静電容量型超音波振動子３１０が開示されている。ここで、エレクトレット膜３４０とは、絶縁性薄膜の表面を電子線で照射する等の方法で、表面を帯電させた膜である。図１４に示すように、静電容量型超音波振動子３１０は、空気溜用の穴３１８が形成されたシリコン基板３３０Ａの熱酸化シリコン層３３０Ｃ上に下部電極３１１が形成され、さらにエレクトレット膜３４０として、電荷を注入したＣＶＤシリコン酸化膜が形成され、エレクトレット膜３４０上に、上部電極３１６となるアルミニウム層が蒸着されたポリエステル膜３１７が張られている。

静電容量型超音波振動子３１０のエレクトレット膜３４０は、ＣＶＤシリコン酸化膜の片面から電荷を注入して分極させることにより、表面電位を上昇させ、等価的にＤＣバイアスを与える効果、すなわち自己バイアスを実現している。このため、静電容量型超音波振動子３１０の駆動時にＤＣバイアス電源は不要とされている。

なお、不揮発性半導体メモリにおいては、絶縁膜で囲まれた浮遊電極、いわゆる浮遊ゲートを持つ記憶用ＭＯＳトランジスタとデータ入出力の配線などで構成されていて、浮遊電極に電荷を蓄積して記憶を保持する半導体メモリが知られている。
特表２００４−５０３３１３号公報 特開平２−５２５９９号公報

しかしながら、エレクトレット膜によりＤＣバイアス電圧を不要にする効果を得ている静電容量型超音波振動子は、エレクトレット膜に帯電した電子の分布の変化や、前記電子の膜外への消失によりバイアスが変動するため、ＤＣバイアス電圧を不要にする効果が時間の経過につれ変化することがあった。

なお、半導体メモリは、本発明の超音波振動子セル等とは技術分野が大きく異なるだけでなく、半導体メモリにおける浮遊電極への電荷蓄積の目的は記憶を保持することであり、本発明の超音波振動子セル等の目的とは全く異なっている。

本発明は、印加するＤＣバイアスを低減し続けることのできる静電容量型の超音波振動子セル、前記超音波振動子セルを有する超音波振動子および超音波内視鏡を提供することを目的とする。

本発明者等は、超音波振動子セルにおけるエレクトレット膜に代えて浮遊電極を使用することにより、上記課題を解決できることをみいだした。

すなわち、本発明の超音波振動子セルは、下部電極と、前記下部電極上または前記下部電極下に配置された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に配置された空隙部と、前記空隙部上に配置され、少なくとも第２の絶縁膜からなる振動膜と、を含み、前記第１の絶縁膜および／または前記第２の絶縁膜は浮遊電極を含む。

本発明は、印加するＤＣバイアスを低減し続けることのできる静電容量型の超音波振動子セル、前記超音波振動子セルを有する超音波振動子および超音波内視鏡を提供するものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の静電容量型超音波振動子（ｃ−ＭＵＴ）の超音波振動子セル１０について説明する。なお、以下の説明に用いた各図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１は、本実施の形態の超音波振動子２の一部分を例示したものであり、４個の超音波振動子セル１０を有する部分の上面図である。図２は、図１の超音波振動子セル１０のＩＩ-ＩＩ断面図である。

なお、以下の積層構造の説明において、各層の上下関係については、下部電極から空隙部に向う方向を上方向とする。例えば、図２の断面図において、第２の絶縁膜１５は第１の絶縁膜１２の上方に配設されている、と称するものとする。

図２に示すように、超音波振動子セル１０の基本構造は、空隙部１８を介して対向する下部電極１１と振動膜９である。超音波振動子セル１０においては、振動膜９は、少なくとも第２の絶縁膜１５により構成されている。超音波振動子セル１０は、弾性を有する膜状の構造体である振動膜９の振動により、超音波を送受信する。図１および図２では、空隙部１８の形状は円柱状であるが、本発明はこれに限定されず目的に応じて適宜形状を決定することができる。

そして、図１に示すように、個々の超音波振動子セル１０の下部電極１１の電極配線２１は複数の超音波振動子セル１０の共通配線となっている。電極配線２１は、超音波振動子アレイを構成する超音波振動子セル群の外部まで引き出される電気信号を入出力するための導電線である。互いに共通配線で接続された複数の超音波振動子セル１０は、超音波振動子アレイとして同時に駆動する。なお、図１に破線で示した空隙部１８は、内部に空隙部１８が形成されていることを示している。

次に、本実施形態に係る超音波振動子セル１０の構造について、図２を用いて説明する。超音波振動子セル１０は、下部電極１１と、下部電極１１上に配置された第１の絶縁膜１２と、下部電極１１と対向し振動膜支持部１４により空隙部１８を隔てて配設された第２の絶縁膜１５とから構成されている。そして、第１の絶縁膜１２は浮遊電極１３を含んでいる。

本実施形態の超音波振動子セル１０は、第１の絶縁膜１２の内部に浮遊電極１３を含むため、下部電極１１に印加するＤＣバイアスを低減、もしくはゼロにしても駆動可能となり、尚且つ、その効果をより長く継続することができる。

上述の振動膜９は、その端部が振動膜支持部１４で固定されたメンブレン構造であり、本実施形態に係る超音波振動子セル１０においては、図２に示すように、空隙部１８に面する第２の絶縁膜１５から構成されている。すなわち、超音波振動子セル１０の振動膜９は、非導電性材料により構成されている。

なお、空隙部１８とは、振動膜９と振動膜支持部１４と第１の絶縁膜１２とで囲まれた空間のことをいい、その内部は大気圧であってもよいし、大気圧より低圧、例えば真空であってもよい。

下部電極１１の材質は特に限定されないが、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ポリシリコン、またはアモルファスシリコン等の公知の導電性材料を用いることが好ましい。

第１の絶縁膜１２または第２の絶縁膜１５の材質は特に限定されないが、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４もしくはＳｉＮなどの窒化シリコン、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２またはＨｆＯ_２等の絶縁材料を用いることが好ましい。

浮遊電極１３の材質は限定されないが、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ポリシリコン、またはアモルファスシリコン等の導電性材料を用いることが好ましい。これらの材料は、特殊な成膜法によらず浮遊電極を形成することができ、コスト増加を抑制することができる。また、本発明の好ましい製造方法の一種として挙げられる、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、超小型電気／機械システム）技術との適合性にも優れる。

浮遊電極１３は帯電していることが好ましく、浮遊電極１３に蓄積する電荷量は、特に限定はされないが、電子密度で１×１０^−１０〜１×１０^−１４ｅｌｅｃｔｒｏｎ／ｃｍ^２、すなわち電荷密度では、１．６×１０^−９〜１．６×１０^−５Ｃ／ｃｍ^２が好ましく、より好ましくは電荷密度で、１．６×１０^−７〜１．６×１０^−５Ｃ／ｃｍ^２である。浮遊電極が帯電していると、ＤＣバイアスの低減効果を向上させることができる。

振動膜支持部１４の材質は限定されないが、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁材料を用いることが好ましい。

以下、超音波振動子セル１０の製造工程を説明する。本発明の超音波振動子セルの製造方法は特に限定されないが、ＭＥＭＳ技術を用いることが好ましい。ＭＥＭＳ技術を用いた場合、鉛を使用せずに超音波振動子セルを作成することも可能である。

最初に基板を準備する。基板としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板あるいは可撓性を有するポリイミドフィルム等を用いることができる。また、基板を超音波振動子セル１０を駆動する駆動回路の基板と共用してもよいし、超音波振動子セル１０を形成後に、超音波振動子セル１０を基板から分離して、基板を再利用してもよい。すなわち、超音波振動子セル１０の作成時においては基板は必須であるが、超音波振動子セル１０作成後は基板はなくともよい。以下の説明においては、便宜的に、基板の表面のうち超音波振動子セル１０が形成される面をセル形成面と称する。

次に、基板のセル形成面に下部電極１１が形成される。下部電極１１は、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ポリシリコン、またはアモルファスシリコン等の公知の導電性材料をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、またはめっき法等の公知の方法で成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いて所望の下部電極１１のパターンに加工されることが好ましい。なお、基板として導電性を有するシリコン基板等を用い、基板の下部電極１１のパターン以外の部分を非導電性化したり、あるいは、基板上に絶縁膜を形成して下部電極１１のパターン以外の部分を非導電性化してもよい。また、下部電極１１の形成時に同時に電極配線２１を形成してもよい。

次に、下部電極１１を覆う第１の絶縁膜下部１２Ａが形成される。絶縁膜は、Ｓｉ_３Ｎ_４もしくはＳｉＮなどの窒化シリコン、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２またはＨｆＯ_２等の絶縁材料を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、またはゾルゲル法等の公知の方法で成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いて所望のパターンに加工されることが好ましい。

そして、第１の絶縁膜下部１２Ａの上に、浮遊電極１３が形成される。浮遊電極１３はＡｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ポリシリコン、またはアモルファスシリコン等の導電性材料をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、またはめっき法等の公知の方法で成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いて所望の浮遊電極１３のパターンに加工されることが好ましい。

さらに、浮遊電極１３の上に、第１の絶縁膜上部１２Ｂが形成される。すなわち、第１の絶縁膜下部１２Ａと第１の絶縁膜上部１２Ｂとで、第１の絶縁膜１２は構成される。第１の絶縁膜上部１２Ｂの形成には、第１の絶縁膜下部１２Ａと同じ絶縁材料を同じ形成方法で用いてもよいし、異なる絶縁材料を異なる形成方法で用いてもよい。また、第１の絶縁膜上部１２Ｂと第１の絶縁膜下部１２Ａとは同時に所望のパターンに加工してもよい。

ここで、浮遊電極１３は、その周囲全面、すなわち上面および下面だけでなく４つの側面を、第１の絶縁膜下部１２Ａと第１の絶縁膜上部１２Ｂとにより覆われ、密閉される。

次に、振動膜支持部１４を、絶縁体、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄膜にて形成する。そして、空隙部１８となる部分に図示しない犠牲層を形成する。犠牲層は後の工程で除去される一時的なもので、エッチング等で除去し易い材料、例えばポリシリコン等で形成されることが好ましい。

そして、振動膜支持部１４および犠牲層の上に、第２の絶縁膜１５が、第１の絶縁膜１２と同様に公知の材料および方法で形成される。

振動膜９、すなわち第２の絶縁膜１５の形成後に、犠牲層をエッチング等で除去し、空隙部１８を形成することで、超音波振動子セル１０が製造される。

浮遊電極１３は帯電されているとより好ましいことを上述したが、浮遊電極１３は、製造中に電荷を蓄積しておくことも好ましい。すなわち、第１の絶縁膜上部を形成した後に、公知の方法で浮遊電極１３に電荷を蓄積することが好ましい。公知の方法としては例えば、電子線照射またはコロナ放電が挙げられる。

ここで、図３を用いて、従来のエレクトレット膜によるＤＣバイアス電圧を低減する効果と、本発明の浮遊電極によるＤＣバイアス電圧を低減する効果の異同について説明する。図３は、ＤＣバイアス電圧を低減する効果を有する膜の断面図であり、（Ａ）はエレクトレット膜を、（Ｂ）は浮遊電極を含む絶縁膜を示している。図３（Ａ）に示すエレクトレット膜１４０は、例えばその片面Ａに電荷、すなわち電子１００を注入すると、反対面Ｂには正孔１０１が形成され、分極する。すなわち、エレクトレット膜１４０は、その両面で異なる電荷を有する。そして、エレクトレット膜１４０の電子注入面Ａ近傍では、プラス電荷の正孔１０１が、引きつけられるため、ＤＣバイアスとして作用するのに対して、エレクトレット膜１４０の電子注入面Ａと反対の面Ｂ近傍では、マイナス電荷の電子１００が引きつけられる。

これに対して、内部に浮遊電極１１３を含む絶縁膜１１２では、浮遊電極１１３内部は均一にマイナスの電荷である電子１００が蓄積されているため、絶縁膜１１２の両面でマイナス電荷の電子は反発し遠ざかり、プラス電荷の正孔１０１が引きつけられるため、ＤＣバイアスとして作用する。

すなわち、絶縁膜の片面、例えば、図３における上側面での現象のみを観察すれば、エレクトレット膜１４０と浮遊電極１１３が周囲に及ぼす作用は極めて類似しているが、両者は全く異なる物理現象である。

そして、本実施の形態の超音波振動子セル１０は、第１の絶縁膜１２中に浮遊電極１３を含むために、駆動時に電極に印加するＤＣバイアスを低減もしくはゼロにすることができる。

そして、浮遊電極１３は、その周囲を第１の絶縁膜１２で覆われているために、エレクトレット膜と異なり、蓄積された電荷がその分布の変化や消失が起こり難く、長期間にわたって安定したＤＣバイアス電圧を低減する効果を維持することができる。さらには超音波振動子セル１０を使用中に、浮遊電極１３に蓄積された電荷が減少した際には、外部電極に通常の駆動時よりも高電圧を印加することで、第１の絶縁膜１２を介してリーク電流、ホットエレクトロンまたはトンネル電流等の公知の原理で、浮遊電極１３に電荷を注入することが可能である。浮遊電極１３に再電荷注入することで、超音波振動子セル１０は所望のＤＣバイアス電圧を低減する効果を、さらに長期間にわたって維持することができる。

また、浮遊電極１３を内部に含む第１の絶縁膜１２の構造は、ＭＥＭＳプロセスとの適合性が良く、通常のＭＥＭＳプロセスの装置で作成可能であり、特別な装置等が必要でないため作成が容易であり、工程中の他の装置を汚染する可能性も少ない。

次に、図４を用いて、静電容量型の超音波振動子セル１０の動作について説明する。図４は、超音波振動子セル１０の動作を説明するための断面図である。

超音波振動子セル１０は、接地電位の導電体３１と組み合わせることで駆動する。すなわち、第２の絶縁膜１５で構成された振動膜９が電気的に接地された導電体３１と密着した状態で、ＲＦ信号発生手段３２により下部電極１１に、ＲＦ信号を印加する。すると、振動膜９は下部電極１１に引っ張られ、電圧を０にすると元に戻る。この振動動作によって振動膜９が振動した結果、超音波が発生し、振動膜９の上方向に超音波が照射される。超音波の受信時には、超音波により振動膜９が振動する、すなわち接地電位の導電体３１が振動膜９と密着している界面と下部電極１１の間の距離が変化するため、下部電極１１と、導電体３１との間の静電容量の変化を検出することで超音波を受信することができる。

導電体３１は振動膜９と密着可能な柔軟性または変形性を有する固体または液体であればよく、生体組織や生理食塩水等を好ましく用いることができる。導電体３１を電気的に接地するには、導電体３１と電気的に接続されている電極板等を接地する。

本発案の超音波振動子セル１０は、上部電極膜および上部電極配線を形成しなくても動作が可能であり、この場合、製造工程が簡単である。また、この場合超音波振動子セル１０は、凹凸のある面上に形成された上部電極配線を有していないため、上部電極配線の断線による故障は発生しない。さらに、振動膜９が上部電極膜を有していないため、振動膜９が軽く振動しやすいために、効率的な超音波の発信および超音波の受信感度の向上を図ることができる。

なお、超音波振動子セル１０は、振動膜９の最上部に孤立パターンの導電膜を有してしてもよい。この孤立パターンの導電膜は超音波振動子セル１０を構成する他の部材から電気的に絶縁された膜であり、例えば、空隙部１８と同心の円形のパターンの膜である。特に、孤立パターンの導電膜は、生体適合性のよい酸化物導電材料または導電性高分子材料を、好ましく用いることができる。超音波振動子セル１０を構成する他の部材から電気的に絶縁された振動膜９の最上部に形成された孤立パターンの導電膜を有する超音波振動子セル１０は、導電体３１との電気的接触性が良い。例えば、導電体３１が導電性の異なる複数の部位で構成されていても、孤立パターンの導電膜内の電位は均一な接地電位で安定しているためである。

＜第２の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の静電容量型超音波振動子である超音波振動子セル１０Ｂについて説明する。図５は、本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｂの構造を説明するための断面図である。なお、第１の実施の形態の超音波振動子セル１０と同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、超音波振動子セル１０と異なる点のみについて説明する。

図５に示すように、本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｂは、第２の絶縁膜１５の内部に浮遊電極１３Ｂを含む静電容量型超音波振動子である。

第２の実施の形態における、下部電極、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜、振動膜指示部、または浮遊電極の材質については特に限定されないが、上述の第１の実施の形態に記載のものを用いることが好ましい。

第２の実施の形態の超音波振動子セルの製造方法は特に限定されないが、浮遊電極１３Ｂを含む第２の絶縁膜１５は、超音波振動子セル１０における浮遊電極１３を含む第１の絶縁膜１２を形成するのと同様の方法、すなわち、第２の絶縁膜下部、浮遊電極１３、そして第２の絶縁膜下部の順に形成することが好ましい。

本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｂは、第１の実施の形態の超音波振動子セル１０が有する効果に加えて、さらに、浮遊電極１３Ｂの形成工程が、超音波振動子セル１０Ｂの製造工程の後半にあるため、製造中に浮遊電極１３Ｂに蓄積した電荷が消失することが少なく、超音波振動子セル１０よりＤＣバイアス電圧を低減する効果が強い。

＜第３の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態の静電容量型超音波振動子である超音波振動子セル１０Ｃについて説明する。図６は、本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｃの構造を説明するための断面図である。なお、第１の実施の形態の超音波振動子セル１０と同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、超音波振動子セル１０と異なる点のみについて説明する。

超音波振動子セル１０Ｃは、下部電極１１と、下部電極１１上の第１の絶縁膜１２と、下部電極１１と対向し振動膜支持部１４により空隙部１８を隔てて配設された第２の絶縁膜１５と、第２の絶縁膜１５上の上部電極１６と、上部電極１６の上の保護膜１７とから構成されている。すなわち、超音波振動子セル１０Ｃは、振動膜９が、第２の絶縁膜１５と、上部電極１６と、保護膜１７とから構成されている。そして第１の絶縁膜１２は、その内部に浮遊電極１３を含んでいる。

第３の実施の形態における、下部電極、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜、振動膜指示部、または浮遊電極の材質については特に限定されないが、上述の第１の実施の形態に記載のものを用いることが好ましい。

保護膜１７は、公知の絶縁材料、を用いることができ、好ましくは絶縁性の有機物膜、特に好ましくは、パリレンを用いる。パリレンは、ポリパラキシリレンからなる有機物の総称であるが、蒸着法またはＣＶＤ法等によりピンホール等の欠陥の発生が抑制された膜が成膜可能であり、かつ、凹凸のある面上にも均一な膜厚の成膜が可能である。ただし、保護膜１７の形成方法はこれらに限定されず、従来公知の形成方法を用いることができる。超音波振動子セル１０Ｃは上部電極１６を有するために、超音波振動子セル１０と異なり、接地電位の導電体３１と組み合わせることなく駆動することができる。すなわち、超音波振動子セル１０Ｃは、空気中や絶縁性液体中においても超音波の送受信が可能である。

さらに、超音波振動子セル１０Ｃは保護膜１７を有するために、第１の実施の形態の超音波振動子セル１０が有する効果に加えて、上部電極１６を有していても上部電極１６の腐食等の問題が生じ難い。

＜第４の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態の静電容量型超音波振動子である超音波振動子セル１０Ｄについて説明する。図７は、本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｄの構造を説明するための断面図である。なお、第３の実施の形態の超音波振動子セル１０Ｃと同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、超音波振動子セル１０Ｃと異なる点のみについて説明する。

超音波振動子セル１０Ｄは、下部電極１１と、下部電極１１上の第１の絶縁膜１２と、下部電極１１と対向し振動膜支持部１４により空隙部１８を隔てて配設された第２の絶縁膜１５と、第２の絶縁膜１５上の上部電極１６と、上部電極１６上の保護膜１７とから構成されている。そして第２の絶縁膜１５が、その内部に浮遊電極１３Ｂを含んでいる。

本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｄは、第１の実施の形態の超音波振動子セル１０が有する効果に加えて、さらに、浮遊電極１３Ｂの形成工程が、超音波振動子セル１０Ｄの製造工程の後半にあるため、製造中に浮遊電極１３Ｂに蓄積した電荷が消失することが少なく、ＤＣバイアス電圧を低減する効果が強い。

＜第５の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第５の実施の形態の静電容量型超音波振動子である超音波振動子セル１０Ｅについて説明する。図８は、本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｅの構造を説明するための断面図である。なお、第３の実施の形態の超音波振動子セル１０Ｃと同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、超音波振動子セル１０Ｃと異なる点のみについて説明する。

超音波振動子セル１０Ｅは、下部電極１１と、下部電極１１の下に配置された第１の絶縁膜１２と、下部電極１１と対向し振動膜支持部１４により空隙部１８を隔てて配設された上部電極１６と、から構成されている。そして第１の絶縁膜１２はその内部に浮遊電極１３を有している。

本実施の形態の超音波振動子セル１０Ｄは、第３の実施の形態の超音波振動子セル１０Ｃと同様の作用効果を有し、さらに、対向電極間距離が小さくなるため、超音波振動子セル１０Ｃより低電圧で駆動が可能である。

なお、以上の説明では、第１の絶縁膜１２または第２の絶縁膜１５のいずれかが、浮遊電極１３または１３Ｂを含む実施の形態の超音波振動子セルについて説明したが、第１の絶縁膜１２が浮遊電極１３を含み、かつ、第２の絶縁膜１５が浮遊電極１３Ｂを含んでいてもよい。第１の絶縁膜および第２の絶縁膜が浮遊電極を含む超音波振動子セルは、ＤＣバイアス電圧を低減する効果が強い。

次に、本発明の超音波振動子セルを適用可能な超音波振動子２および超音波内視鏡１について説明する。図９は、超音波内視鏡１の概略構成を示す説明図であり、図１０は超音波内視鏡１の先端部４Ａを示す斜視図であり、図１１は超音波振動子２の一部分を超音波の送受方向からみた部分上面図である。

図９に示す超音波内視鏡１は体内に導入される細長の挿入部４と、この挿入部４の基端に位置する操作部５と、この操作部５の側部から延出するユニバーサルコード６とで主に構成されているが、本発明はこれに限定されない。

ユニバーサルコード６の基端部には内視鏡コネクタ７が設けられている。この内視鏡コネクタ７からは図示しないカメラコントロールユニットに電気コネクタ８を介して着脱自在に接続される電気ケーブル８ａ、および図示しない超音波観測装置に超音波コネクタ３を介して着脱自在に接続される超音波ケーブル３ａが延出されている。そして、挿入部４の先端部４Ａには、超音波を送受するための超音波振動子２が配設されている。

図１１に示される超音波振動子２は、面内に略等間隔で配列された複数の超音波振動子セル１０から構成されている。超音波振動子に用いられる超音波振動子セルの個数は特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。なお、超音波振動子２は、全体としては可撓性を有し、図１０に示すように挿入部４の挿入軸と略平行な軸を中心軸として略円筒状に、先端部４Ａに巻回されて配設されていることが好ましい。

超音波振動子２は、円筒状である挿入部４の先端部４Ａの径方向外向きに超音波を送信する。したがって、超音波振動子セル１０が配列されて構成された超音波振動子２は、２次元の超音波振動子アレイとしての機能を有する。

なお、円筒状の超音波振動子２の内周面上、すなわち超音波振動子セル１０が実装された実装面とは反対側の実装面上には、図示しない複数の超音波振動子セル１０の駆動回路が実装されている。駆動回路は、超音波振動子セル１０を駆動するためのパルサーや選択回路等の電気回路を有し、超音波振動子セル１０と電気的に接続されている。

上述の構成を有する超音波振動子２は、円筒形状の挿入部４の先端部４Ａの外周面上に配設された２次元の超音波振動子アレイとして、先端部４Ａの挿入軸と略直交する平面上において放射状に超音波を送受信する。

本実施の形態の超音波内視鏡１および超音波振動子２は、超音波振動子セル１０に印加するＤＣバイアスを低減もしくはゼロにすることができるため、生体への負担を低減することができる。

また、超音波振動子セル１０Ｃの替わりに、超音波振動子セル１０、１０Ｂ、１０Ｄまたは１０Ｄを用いた超音波内視鏡および超音波振動子も、超音波内視鏡１および超音波振動子２と同様の作用効果を奏する。

特に、超音波振動子セル１０または１０Ｂを有する超音波内視鏡および超音波振動子は、超音波振動子セルが上部電極および上部電極配線を有していないために、超音波振動子セル１０Ｃ等を有する超音波内視鏡および超音波振動子よりも、製造工程が簡単で、信頼性がより高い。

なお、本発明の実施の形態の超音波内視鏡１として挿入部４を介して被験者の体内に挿入される超音波内視鏡１について説明したが、本実施の形態の超音波振動子セル１０〜１０Ｅ、超音波振動子２は、いわゆるカプセル型の医療装置にも同様に用いることができる。ここで、カプセル型の医療装置とは、被験者の体内の情報を取得するための装置であって、外装により封止された非有線の装置を指す。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

第１の実施の形態の超音波振動子の一部分の上面図である。 第１の実施の形態の超音波振動子セルの断面図である。 ＤＣバイアス電圧を低減する効果を有する膜の断面図であり、（Ａ）はエレクトレット膜を、（Ｂ）は浮遊電極を有する絶縁膜を示している。 第１の実施の形態の超音波振動子セルの動作を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の超音波振動子セルの構造を説明するための断面図である。 第３の実施の形態の超音波振動子セルの構造を説明するための断面図である。 第４の実施の形態の超音波振動子セルの構造を説明するための断面図である。 第５の実施の形態の超音波振動子セルの構造を説明するための断面図である。 超音波内視鏡の概略構成を示す説明図である。 超音波内視鏡の先端部を示す斜視図である。 超音波振動子の一部分を超音波の送受方向からみた部分図である。 公知の静電容量型超音波振動子のセルの構造を示す断面図である。 公知の静電容量型超音波振動子のセルの駆動を説明するための断面模式図である。 公知のエレクトレット膜を用いた静電容量型超音波振動子のセルの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 超音波内視鏡、
２ 超音波振動子、
３ 超音波コネクタ、
３ａ 超音波ケーブル、
４ 挿入部、
４Ａ 先端部、
５ 操作部、
６ ユニバーサルコード、
７ 内視鏡コネクタ、
８ 電気コネクタ、
８ａ 電気ケーブル、
９ 振動膜、
１０ 超音波振動子セル、
１０Ｂ 超音波振動子セル、
１０Ｃ 超音波振動子セル、
１０Ｄ 超音波振動子セル、
１０Ｅ 超音波振動子セル、
１１ 下部電極、
１２ 第１の絶縁膜、
１２Ａ 第１の絶縁膜下部、
１２Ｂ 第１の絶縁膜上部、
１３ 浮遊電極、
１３Ｂ 浮遊電極、
１４ 振動膜支持部、
１５ 第２の絶縁膜、
１６ 上部電極、
１７ 保護膜、
１８ 空隙部、
２１ 電極配線、
３１ 導電体、
３２ 信号発生手段、
１００ 電子、
１０１ 正孔、
１１２ 絶縁膜、
１１３ 浮遊電極、
１４０ エレクトレット膜、
２１０ セル、
２１１Ａ 電極、
２１１Ｂ 導電性シリコン基板、
２１４ 絶縁支持部、
２１５ 振動板、
２１６ 上部電極、
２１８ 空洞部、
２２４ バイアス端子、
２２６ 信号端子、
３１０ 静電容量型超音波振動子、
３１１ 下部電極、
３１６ 上部電極、
３１７ ポリエステル膜、
３１８ 空気溜用の穴、
３３０Ａ シリコン基板、
３３０Ｃ 熱酸化シリコン層、
３４０ エレクトレット膜。

Claims (6)

1. 下部電極と、
   前記下部電極上または前記下部電極下に配置された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に配置された空隙部と、
   前記空隙部上に配置され、少なくとも第２の絶縁膜からなる振動膜と、を含み、
   前記第１の絶縁膜および／または前記第２の絶縁膜は浮遊電極を含むことを特徴とする超音波振動子セル。
2. 前記振動膜は、前記第２の絶縁膜上に上部電極を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子セル。
3. 前記振動膜は、前記第２の絶縁膜上に保護膜を含み、
   前記振動膜に上部電極が含まれる場合には、前記保護膜は前記上部電極上に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動子セル。
4. 前記浮遊電極は帯電していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波振動子セル。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動子セルを含むことを特徴とする静電容量型の超音波振動子。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動子セル、または、
   請求項５に記載の静電容量型の超音波振動子
   を含むことを特徴とする超音波内視鏡。

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