CN105455844B - 超声波传感器、探测器、以及电子设备 - Google Patents

超声波传感器、探测器、以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明披露超声波传感器、探测器、以及电子设备。该超声波传感器具备：振动板；下电极，层叠于振动板，沿着振动板的表面在第一方向上具有长度L，并沿着振动板的表面在与第一方向正交的第二方向上具有长度L以下的宽度Wbe；压电体，层叠于下电极，在第二方向上具有宽度Wpz；以及上电极，层叠于压电体。下电极的宽度Wbe与压电体的宽度Wpz之比Wbe/Wpz为0.1以上0.8以下。

Description

超声波传感器、探测器、以及电子设备
相关申请的交叉引用
于2014年9月30日提交的日本专利申请JP2014-201934其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及超声波传感器、利用该传感器的探测器、电子设备、以及超声波图像装置等。
背景技术
例如超声波诊断装置中使用的超声波器件一般已广为人知。超声波器件具备振动板。下电极层叠于振动板。压电体层叠于下电极。上电极层叠于压电体。压电体扩展到下电极的轮廓的外侧，防止上电极和下电极的短路。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-183413号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1中公开了位移元件。位移元件具备层叠于振动板上的压电元件。指定压电元件的宽度相对于振动板的宽度的比率。这样，提出了相对于驱动电压的位移的最佳化。但是，在专利文献1中并未言及在振动板的位移时输出的电位。而且，压电体膜的宽度与电极的宽度一致。因此，完全未研究下电极的宽度对压电体膜的影响。
根据本发明的至少一个方面，可提供一种能随着下电极的宽度的调整充分确保接收时的生成电压的超声波传感器。
用于解决技术问题的方案
(1)本发明一方面涉及一种超声波传感器，具备：振动板；下电极，层叠于所述振动板，沿着所述振动板的表面在第一方向上具有长度L，并沿着所述振动板的表面在与所述第一方向正交的第二方向上具有所述长度L以下的宽度Wbe；压电体，层叠于所述下电极，在所述第二方向上具有宽度Wpz；以及上电极，层叠于所述压电体，下电极的宽度Wbe与压电体的宽度Wpz之比Wbe/Wpz为0.1以上0.8以下。
当超声波作用于振动板时，振动板进行振动。随着振动板的振动，在压电体上产生形变，压电体的形变生成电压。从下电极和上电极取出生成的电压。由此检测超声波。由于将下电极的宽度Wbe与压电体的宽度Wpz之比Wbe/Wpz设定为0.1以上0.8以下，因此，能够充分确保接收时的生成电压。另一方面，当比Wbe/Wpz低于0.1时，下电极的电阻将增大。当比Wbe/Wpz超过0.8时，根据情况，电压将低于最大电压值的60％，生成电压脱离使用范围。
(2)上述的比Wbe/Wpz为0.5以下即可。即使条件发生变化，也能获得良好的生成电压。
(3)在与所述振动板的表面正交的俯视观察中，从所述压电体的轮廓沿着所述第二方向至所述振动板的轮廓的距离为所述振动板的宽度的0.02倍以上0.3倍以下即可。能够获得充分的接收灵敏度。
(4)在所述第一方向上，所述上电极也可以具有比所述压电体小的宽度。压电体防止上电极相对于下电极短路。
(5)所述振动板在所述第一方向上的长度Lcav与所述振动板在所述第二方向上的宽度Wcav的纵横比Lcav/Wcav为1以上2以下即可。能够充分获得接收灵敏度，而不管纵横比如何。
(6)在与所述振动板的表面正交的俯视观察中，所述上电极与所述下电极重叠的面积相对于所述俯视观察中以轮廓限定的所述振动板的面积在1％以上20％以下的范围即可。根据这样的设定，能够提高接收灵敏度。
(7)所述振动板的轮廓也可以为圆形、六角形以及椭圆形中任一种。可充分获得接收灵敏度，而不管振动板的形状如何。
(8)超声波传感器可以组装于探测器中加以利用。探测器可以具备超声波传感器以及支撑所述超声波传感器的壳体。
(9)超声波传感器可以组装于电子设备中加以利用。电子设备可具备：超声波传感器；以及处理部，与所述超声波传感器连接，处理所述超声波传感器的输出。
(10)超声波传感器可以组装于超声波图像装置中加以利用。超声波图像装置可具备：超声波传感器；处理部，与所述超声波传感器连接，处理所述超声波传感器的输出，生成图像；以及显示装置，显示所述图像。
附图说明
图1是简要示出一实施方式涉及的电子设备的一个具体例子、即超声波诊断装置的外观图。
图2是超声波器件的放大俯视图。
图3是沿图1的A-A线的截面图。
图4是简要示出仿真模型的概念图。
图5是示出在仿真软件上构成的仿真模型的示图。
图6的(a)和(b)是示出发送时以及接收时在x方向上的形变ε的分布的曲线图。
图7的(a)和(b)是示出发送时以及接收时在x方向上的z方向位移的分布的曲线图。
图8的(a)和(b)是示出发送时以及接收时在y方向上的z方向位移的分布的曲线图。
图9是简要示出仿真模型的构成的概念图。
图10是沿着图9的B-B线的截面图。
图11是沿着图9的C-C线的截面图。
图12是示出随着比Wbe/Wpz的变化的“发送时的位移”以及“接收时的生成电压”的曲线图。
图13的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为60[μm]时由仿真模型生成的“接收时的生成电压”的曲线图。
图14的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为45[μm]时由仿真模型生成的“接收时的生成电压”的曲线图。
图15的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为30[μm]时由仿真模型生成的“接收时的生成电压”的曲线图。
图16的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为60[μm]时由仿真模型生成的“发送时的位移”的曲线图。
图17的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为45[μm]时由仿真模型生成的“发送时的位移”的曲线图。
图18的(a)和(b)是示出当振动板的宽度Wcav被设定为30[μm]时由仿真模型生成的“发送时的位移”的曲线图。
图19是简要示出纵横比Lcav/Wcav＝1的仿真模型的概念图。
图20的(a)和(b)是示出当纵横比Lcav/Wcav＝1或2时由仿真模型生成的归一化(規格化)的“接收时的生成电压”的曲线图。
图21的(a)和(b)是示出当纵横比Lcav/Wcav＝1或2时由仿真模型生成的归一化的“发送时的位移”的曲线图。
图22是简要示出具有圆形轮廓的振动板的仿真模型的概念图。
图23是简要示出具有六角形轮廓的振动板的仿真模型的概念图。
图24是简要示出具有椭圆形轮廓的振动板的仿真模型的概念图。
图25的(a)和(b)是示出随着比Warm/Wcav的变化的“接收时的生成电压”的曲线图。
图26是基于实测示出比Warm/Wcav与共振频率的关系的曲线图。
图27是基于仿真示出比Warm/Wcav与接收时的生成电压的关系的曲线图。
图28是简要示出定义上电极和下电极的重合情况的仿真模型的概念图。
图29的(a)和(b)是基于仿真示出上电极和下电极的重合情况与接收时的生成电压的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一实施方式。需要注意的是，下面说明的本实施方式并非不当限定记载于权利要求书中的本发明内容，在本实施方式中说明的构成并非全部都是作为本发明的解决手段而必须的。
(1)超声波诊断装置的整体构成
图1简要示出本发明一实施方式涉及的电子设备的一个具体例子、即超声波诊断装置(超声波图像装置)11的构成。超声波诊断装置11包括装置终端(处理部)12以及超声波探测器(探测器)13。装置终端12和超声波探测器13通过电缆14相互连接。装置终端12和超声波探测器13经由电缆14交接电信号。在装置终端12组装有显示面板(显示装置)15。在装置终端12的表面露出显示面板15的画面。在装置终端12中，根据由超声波探测器13检测出的超声波生成图像。在显示面板15的画面上显示被图像化的检测结果。
超声波探测器13具有壳体16。超声波器件单元DV嵌入壳体16。超声波器件单元DV具备超声波器件(超声波传感器)17。超声波器件17具备声透镜18。在声透镜18的外表面形成局部圆筒面18a。局部圆筒面18a被平板部18b包围。平板部18b的外周的整周无间断地与壳体16结合。这样，平板部18b作为壳体的一部分而发挥作用。声透镜18例如由硅酮树脂形成。声透镜18具有接近生物体的声阻抗的声阻抗。超声波器件17从表面输出超声波并接收超声波的反射波。
(2)超声波器件的结构
图2简要地示出一实施方式涉及的超声波器件17的俯视图。超声波器件17具备基体21。在基体21上形成元件阵列22。元件阵列22由超声波换能器元件(以下称为“元件”)23的排列构成。排列由多行多列的矩阵形成。此外，也可以在排列中建立锯齿(千鳥)配置。在锯齿配置中，偶数列的元件23的组相对于奇数列的元件23的组错开二分之一的行间距即可。还可以是奇数列以及偶数列其中一方的元件数比另一方的元件数少一个。
各个元件23具备振动板24。振动板24的详细内容将在后边叙述。在图2中，在与振动板24的膜面正交的方向的俯视观察(由基板的厚度方向看的俯视观察)中以虚线画出振动板24的轮廓。轮廓的内侧相当于振动板24的区域内。轮廓的外侧相当于振动板24的区域外。在振动板24上形成压电元件25。在压电元件25中，如后所述，压电体膜被夹在上电极与下电极之间。它们被依次重叠。
元件阵列22区划出元件阵列区域26。元件阵列区域26的轮廓由与最外周的振动板24外接的最小面积的四边形形成。在俯视观察中，轮廓的图心(形心)27与元件阵列22的中心线CL重叠。元件阵列22例如能够以中心线CL为对称轴形成为线对称。超声波器件17构成为一片超声波换能器元件芯片(基板)。
在基体21的表面形成多条第一导电体28。第一导电体28在排列的列方向上相互平行地延伸。每一列元件23被分配一条第一导电体28。在排列的列方向上排布的元件23共同配置有一条第一导电体28。第一导电体28在各元件23中形成下电极。这样，第一导电体28被配置于振动板24的区域内以及区域外。按每条第一导电体28，形成元件23的发送列。例如，可以将钛(Ti)、铱(Ir)、铂(Pt)以及钛(Ti)的层叠膜用于第一导电体28。但是，也可以将其它导电材料用于第一导电体28。
在基体21的表面形成多条第二导电体29。第二导电体29在排列的列方向上相互平行地延伸。每一列元件23被分配一条第二导电体29。在排列的列方向上排布的元件23共同配置有一条第二导电体29。第二导电体29在各元件23中形成下电极。这样，第二导电体29被配置于振动板24的区域内以及区域外。按每条第二导电体29，形成元件23的接收列。至少一列接收列与发送列组合。在此，发送列和接收列在行方向上交替地配置。例如，可以将钛(Ti)、铱(Ir)、铂(Pt)以及钛(Ti)的层叠膜用于第二导电体29。但是，也可以将其它导电材料用于第二导电体29。
在基体21的表面形成多条第三导电体31。第三导电体31在排列的行方向上相互平行地延伸。每一行元件23被分配一条第三导电体31。在排列的行方向上排布的元件23共同连接于一条第三导电体31。第三导电体31在各元件23中形成上电极。第三导电体31的两端分别连接到一对引出配线32。引出配线32在排列的列方向上相互平行地延伸。因此，所有的第三导电体31具有相同的长度。这样，整个矩阵的元件23中上电极被共同连接。这样，第三导电体31被配置于振动板24的区域内以及区域外。第三导电体31例如可以由铱(Ir)形成。但是，也可以对第三导电体31使用其它导电材料。
每列地切换元件23的通电。随着这样的通电的切换实现线性扫描、扇形扫描。由于一列元件23同时输出超声波，从而一列的个数、即排列的行数可根据超声波的输出电平而确定。行数例如设定为10～15行左右即可。在图中，省略画出5行。排列的列数可根据扫描的范围的广度而确定。列数例如设定为128列或256列即可。在图中，省略画出8列。也可以调换上电极和下电极的作用。即、也可以是，在整个矩阵的元件23中下电极被共同连接，而在排列的每列中上电极被共同连接。
基体21的轮廓具有由相互平行的一对直线限定且相对的第一边21a及第二边21b。在第一边21a与元件阵列22的轮廓之间配置有一排第一端子阵列33a。在第二边21b与元件阵列22的轮廓之间配置有一排第二端子阵列33b。第一端子阵列33a可与第一边21a平行地形成一排。第二端子阵列33b可与第二边21b平行地形成一排。
第一端子阵列33a由一对上电极端子34、以及第一下电极端子35和第二下电极端子36构成。上电极端子34被配置于第一端子阵列33a的两端。引出配线32分别连接在上电极端子34上。这样，所有的元件23共同连接到上电极端子34。在上电极端子34之间配置第一下电极端子35和第二下电极端子36。第一下电极端子35与第一导电体28连接，第二下电极端子36与第二导电体29连接。这样，各发送列的元件23被连接到第一下电极端子35。各接收列的元件23被连接到第二下电极端子36。
同样，第二端子阵列33b由一对上电极端子37、以及多个第三下电极端子38和第四下电极端子39构成。上电极端子37被配置于第二端子阵列33b的两端。引出配线32被分别连接到上电极端子37。这样，所有的元件23被共同连接到上电极端子37。在上电极端子37之间配置第三下电极端子38和第四下电极端子39。第三下电极端子38与第一导电体28连接，第四下电极端子39与第二导电体29连接。这样，各发送列的元件23被连接到第三下电极端子38。各接收列的元件23被连接到第四下电极端子39。
第一柔性印刷配线板(以下称为“第一配线板”)41与基体21连结。第一配线板41覆盖第一端子阵列33a。在第一配线板41的一端，与上电极端子34以及第一和第二下电极端子35、36单独对应地形成导电线、即第一信号线。第一信号线与上电极端子34以及第一和第二下电极端子35、36单独相对并单独接合。
同样地，第二柔性印刷配线板(以下称为“第二配线板”)42与基体21连结。第二配线板42覆盖第二端子阵列33b。在第二配线板42的一端，与上电极端子37以及第三和第四下电极端子38、39单独对应地形成导电线、即第二信号线。第二信号线与上电极端子37以及第三和第四下电极端子38、39单独相对并单独接合。
在振动板24上，电极分离膜43与第三导电体31并行地配置。电极分离膜43在第三导电体31的长度方向上呈带状延伸。电极分离膜43具有绝缘性和防湿性。电极分离膜43例如由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等防湿性绝缘材料形成。电极分离膜43夹着各个第三导电体31分离地形成于第三导电体31的两侧。第三导电体31在振动板24上与第一导电体28以及第二导电体29交叉，因此，电极分离膜43在振动板24上横穿于第一导电体28以及第二导电体29之上。
在基体21上，绝缘膜44形成于振动板24的区域外。绝缘膜44沿着第一导电体28及第二导电体29的长度方向呈带状延伸。绝缘膜44与第一导电体28及第二导电体29并行配置。绝缘膜44例如由氧化铝、氧化硅等防湿性的绝缘材料形成。绝缘膜44的原材料与电极分离膜43的原材料一致即可。绝缘膜44横穿于第三导电体31上。这样，绝缘膜44形成于第三导电体31上。绝缘膜44与电极分离膜43连续。绝缘膜44与夹着第三导电体31配置于第三导电体31的两侧的电极分离膜43连接。
如图3所示，基体21具备基板46以及覆盖膜47。覆盖膜47层叠于基板46的表面的整个面。在基板46上，与每个元件23对应地形成开口部48。开口部48呈阵列状配置于基板46。配置开口部48的区域的轮廓相当于元件阵列区域26的轮廓。在相邻的两个开口部48之间划分有间隔壁49。相邻的开口部48由间隔壁49隔开。间隔壁49的壁厚相当于开口部48的间隔。基板46例如由硅基板形成即可。
覆盖膜47由层叠于基板46的表面的氧化硅(SiO2)层51、以及层叠于氧化硅层51的表面的氧化锆(ZrO2)层52构成。与开口部48的轮廓对应地，覆盖膜47的一部分形成振动板24。振动板24是覆盖膜47中由于面向开口部48而能够在基板46的厚度方向上发生膜振动的部分。氧化硅层51的膜厚可基于共振频率而确定。
在振动板24的表面依次层叠下电极54、压电体膜55以及上电极56。压电体膜55例如可由锆钛酸铅(PZT)形成。也可以将其它压电材料用于压电体膜55。这里，第一导电体28具有下电极54以及第一导电膜57。第一导电膜57与下电极54连续。第一导电膜57的膜厚小于下电极54的膜厚。第二导电膜58与第一导电膜57连接。第二导电膜58从第一导电膜57分支，延伸到压电体膜55上，终结于与上电极56分开的位置。在压电体膜55的顶表面，于上电极56与第二导电膜58之间形成有间隙59。
如图3所示，在上电极56与第二导电膜58之间形成电极分离膜43。电极分离膜43在压电体膜55的顶面堵住间隙59。电极分离膜43填充于间隙59。这样，在上电极56与第二导电膜58之间，由电极分离膜43覆盖压电体膜55的表面。这里，在第一导电体28的长度方向上，电极分离膜43位于振动板24的区域内。电极分离膜43与振动板24的边缘不接触。
在基体21的表面层叠声匹配层61。声匹配层61覆盖元件阵列22。声匹配层61的膜厚根据振动板24的共振频率而确定。例如可将硅酮树脂膜用于声匹配层61。
在声匹配层61上配置声透镜18。声透镜18与声匹配层61的表面贴紧。声透镜18通过声匹配层61的作用粘附于基体21。声透镜18的局部圆筒面18a具有与第三导电体31平行的母线。局部圆筒面18a的曲率根据从与一条第一导电体28连接的一列元件23发出的超声波的焦点位置而确定。声透镜18例如由硅酮树脂形成。声透镜18具有接近生物体的声阻抗的声阻抗。
在基体21的背面固定有衬垫材料62。基体21的背面与衬垫材料62的表面重叠。衬垫材料62在超声波器件17的背面封闭开口部48。衬垫材料62可以具备刚性的基材。这里，间隔壁49在接合面与衬垫材料62结合。衬垫材料62至少在一处的接合区域与各间隔壁49接合。在接合时，可以使用粘接剂。
(3)超声波诊断装置的动作
下面简单说明超声波诊断装置11的动作。当发送超声波时，向发送列的元件23的压电元件25提供脉冲信号。脉冲信号通过第一和第三下电极端子35、38以及上电极端子34、37每列地提供给元件23。在各元件23中，于下电极54与上电极56之间有电场作用于压电体膜55。压电体膜55以超声波频率进行振动。压电体膜55的振动传递到振动板24。这样，振动板24进行超声波振动。其结果，朝向受检体(例如人体的内部)发出希望的超声波束。
超声波的反射波使接收列的元件23的振动板24振动。振动板24的超声波振动以希望的频率使压电体膜55进行超声波振动。根据压电体膜55的压电效应，从压电元件25输出电压。在各元件23中，于上电极56与下电极54之间生成电位差。电位差从第二及第四下电极端子36、39以及上电极端子34、37作为电信号输出。这样地检测超声波。
重复超声波的发送及接收。其结果，实现线性扫描、扇形扫描。当结束扫描时，根据输出信号的数字信号形成图像。在显示面板15的画面显示形成的图像。
(4)薄膜型超声波换能器元件的动作
本发明的发明人观察了发送时和接收时薄膜型超声波换能器元件的动作。在观察时，实施了元件23的形变仿真(ひずみシミュレーション)。如图4所示，与元件23对应地构成仿真模型(シミュレーションモデル)71。在该仿真模型71中，通过开口部48的轮廓划分出振动板72。在俯视观察中，振动板72形成为一边＝39.5μm的正方形。在振动板72上形成压电体膜73。在俯视观察中，压电体膜73的轮廓形成为1边＝31.5μm的正方形。在形成压电体膜73之前，在振动板72上层叠下电极74。压电体膜73层叠于下电极74上。上电极75层叠于压电体膜73上。由上电极75的材料形成防湿用的导电膜76(相当于上述的第二导电膜58)。导电膜76覆盖压电体膜73。如图5所示，在计算处理时，仿真模型71在俯视观察中被四等分。发送时，对上电极75施加-15V的电压。接收时，从垂直方向上方对振动板72施加1×105[Pa]的压力。此时，算出上电极75以及导电膜76正下方的形变ε。
图6示出x方向上形变ε的分布。从形变仿真的结果，可以确认，在仿真模型71通用于发送时和接收时的情况下，发送时与接收时的形变ε的分布完全不同。可以确认，将发送时与接收时相比，形变ε的绝对值显著增大。发送时，在朝向振动板72的边缘而离开振动板72的中心的位置产生形变ε的峰值，而接收时，峰值出现在振动板72的中心。在接收时，形变从振动板72的边缘向振动板72的中心逐渐增大。发送时，在振动板72的中心观察到收缩的形变ε，在振动板72的靠近边缘的位置观察到伸展的形变ε。图7示出x方向上的z方向位移的分布。图8示出y方向上的z方向位移的分布。不管在哪个情况下都可以确认与接收时相比，发送时的z方向位移的绝对量显著增大。显而易见，在发送时和接收时，薄膜型超声波换能器元件的最优结构不同。
本发明的发明人追求的是接收时效果显著的薄膜型超声波换能器元件的结构。其实施了元件23的位移仿真。在仿真中使用了有限元分析系统femtet(注册商标)。如图9所示，与元件23对应地构成仿真模型81。在该仿真模型81中，通过开口部48的轮廓划分出振动板82。在振动板82上层叠压电体膜83。在形成压电体膜83之前，在振动板82上层叠下电极84。在下电极84上层叠压电体膜83。在压电体膜83上形成上电极85。用上电极85的材料形成防湿用的导电膜86(相当于上述的第二导电膜58)。如图10所示，导电膜86局部地覆盖压电体膜83。
下电极84沿着振动板82的表面在第一方向D1上以长度Lbe延伸。下电极84沿着振动板82的表面在与第一方向D1正交的第二方向D2上具有宽度Wbe。压电体膜83在第一方向D1上以长度Lpz延伸，在第二方向D2上具有宽度Wpz。振动板82在第一方向D1上以长度Lcav延伸，在第二方向D2上具有宽度Wcav。这里，振动板82的纵横比Lcav/Wcav被设定为2。如图11所示，限定(规定)了从压电体膜83的轮廓沿着第二方向D2至振动板82的轮廓的臂宽Warm。
计算处理时，在仿真模型中固定压电体膜83的宽度Wpz。通过变更下电极84的宽度Wbe而改变比Wbe/Wpz。算出“发送时的位移”以及“接收时的生成电压”。接收时，1[kPa]的压力从垂直方向施加到振动板82。发送时，向下电极84施加10[V]的电压。这里，压电体膜83的宽度Wpz与振动板82的宽度Wcav之比Wpz/Wcav被固定为0.7。振动板82的宽度Wcav被固定在45[μm]。臂宽度Warm与振动板82的宽度Wcav之比Warm/Wcav被固定在0.15。计算处理的结果，如图12所示，可确认，接收时比Wbe/Wpz越小(下电极84的宽度Wbe越细)，生成电压越增大。另一方面，可确认，发送时比Wbe/Wpz越大，位移越增大。
本发明的发明人多次使振动板82的宽度Wcav变化，同样地重复验证。在图13中示出了当振动板82的宽度Wcav被设定为60[μm]时在仿真模型81中生成的“接收时的生成电压”。在图14中示出了当振动板82的宽度Wcav被设定为45[μm]时在仿真模型81中生成的“接收时的生成电压”。在图15中示出了当振动板82的宽度Wcav被设定为30[μm]时在仿真模型81中生成的“接收时的生成电压”。不管在哪种情况下，臂宽Warm与振动板82的宽度Wcav之比Warm/Wcav以多种方式(0.35、0.25、0.15、0.05)变化。同样，在图16中示出当振动板82的宽度Wcav被设定为60[μm]时在仿真模型81中生成的“发送时的位移”。在图17中示出当振动板82的宽度Wcav被设定为45[μm]时在仿真模型81中生成的“发送时的位移”。在图18中示出当振动板82的宽度Wcav被设定为30[μm]时在仿真模型81中生成的“发送时的位移”。
如上所述，当超声波作用于振动板82时，振动板82振动。随着振动板82的振动，在压电体膜83中生成形变。压电体膜83的形变生成电压。生成的电压从下电极84及上电极85取出。这样来检测超声波。如果将下电极84的宽度Wbe与压电体膜83的宽度Wpz之比Wbe/Wpz设定为0.1以上0.8以下，则能够充分确保接收时的生成电压。另一方面，如果使比Wbe/Wpz低于0.1，则下电极84的电阻增大。如果使比Wbe/Wpz超过0.8，则根据情况，电压将低于最大电压值的60％，生成电压将脱离使用范围。尤其是，接收时，如果比Warm/Wcav被设定为0.35，则不管比Wbe/Wpz的变化如何，生成电压的变化小，越缩小比Warm/Wcav，则随着比Wbe/Wpz的变化，生成电压的变化越大。如果比Wbe/Wpz为0.5以下，则不管比Warm/Wcav的变化如何，确保大于比Warm/Wcav＝0.35的接收电压(接收时的生成电压)。因此，能够理解，如果比Wbe/Wpz为0.5以下，则即使条件变化，也能够获得良好的生成电压。
本发明的发明人使振动板82的平面形状变化，同样实施了验证。如图19所示，本发明的发明人基于仿真模型81将振动板82的纵横比Lcav/Wcav设定为1。如图20所示，在接收时，不管是纵横比1、还是纵横比2，观察到相同的趋势。同样，如图21所示，在发送时也是不管纵横比1、还是纵横比2，观察到相同的趋势。如图22～图24所示，即使振动板82的轮廓形状变为圆形、六角形或椭圆形，也观察到相同的趋势。
接着，本发明的发明人改变臂宽Warm与振动板82的宽度Wcav之比Warm/Wcav，同样进行验证。振动板82的纵横比Lcav/Wcav被设定为2。下电极84的宽度Wbe被设定为比压电体膜83的宽度Wpz小8[μm]的宽度。对应每个比Warm/Wcav的值设定振动板82的宽度Wcav，以便保持一定的共振频率。否则，随着臂宽Warm缩短，共振频率升高，不能平等地比较接收时的生成电压。计算处理的结果，如图25所示，不管共振频率的高低如何，在比Warm/Wcav＝0.15左右观察到生成电压的峰值。如果将最大生成电压的0.8倍定义为使用范围，可以理解，当将比Warm/Wcav设定为0.02以上0.3以下时，能够期待提高接收特性。
本发明的发明人根据臂宽Warm与振动板82的宽度Wcav之比Warm/Wcav对接收灵敏度进行了实测。将振动板82的纵横比Lcav/Wcav设定为10。将振动板82的宽度Wcav维持为一定。如图26所示，具有随着臂宽Warm缩短，共振频率升高的趋势。实测的结果，在比Warm/Wcav为0.1～0.2左右观察到生成电压的峰值。同样，本发明的发明人进行了仿真。如图27所示，在比Warm/Wcav为0.2～0.3左右观察到生成电压的峰值。
下面，本发明的发明人使与振动板的表面正交的俯视观察中上电极和下电极的重叠情况发生变化，同样进行了验证。如图28所示，本发明的发明人基于仿真模型91将振动板92的纵横比Lcav/Wcav设定为1。在设定重叠情况时，限定(规定)了夹在上电极93和下电极94之间的圆形轮廓的局部压电体(下面称为“交叉部”)95。交叉部95的直径被用作参数。交叉部95的中心与振动板92的重心重叠。振动板92的轮廓的各边尺寸设定为39.5μm。如图29所示，当将归一化后的接收灵敏度的0.9倍以上定义为使用范围时，可以理解，如果交叉部95的面积Sele相对于振动板92的面积Scav为1％以上20％以下，则可以获得高的接收灵敏度。不过，在本验证中，虽然各边的尺寸被设定为39.5μm，但各边的尺寸在20μm以上100μm以下的范围内的话，可获得相同的结果。
本次验证中，振动板的氧化硅层51的膜厚被设定为1070nm，但是，在1000nm以上5000nm以下的膜厚范围时，可获得有效的效果。压电体膜55的膜厚被设定为1350nm，但是，在500nm以上3000nm以下的膜厚范围时可获得有效的效果。下电极74、84、94的膜厚被设定为150nm，但是，在50nm以上500nm以下的膜厚范围时可获得有效的效果。上电极75、85、95的膜厚被设定为50nm，但是，在10nm以上100nm以下的膜厚范围时可获得有效的效果。
需要说明的是，如上所述，对本实施方式进行了详细的说明，但本领域技术人员能够容易地理解，可以进行不实质脱离本发明的新事项以及效果的很多变形。因此，这样的变形例均包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中至少一次与更广义或同义的不同术语一起被记载的术语，在说明书或附图的任何位置均可替换为该不同术语。而且，超声波诊断装置11、超声波探测器13、超声波器件17等的构成以及动作也不限于本实施方式中所说明的，可进行各种变形。

Claims (10)

1.一种超声波传感器，其特征在于，具备：
振动板；
第一电极，层叠于所述振动板，沿着所述振动板的表面在第一方向上具有长度L，并沿着所述振动板的表面在与所述第一方向正交的第二方向上具有所述长度L以下的宽度Wbe；
压电体，层叠于所述第一电极，在所述第二方向上具有宽度Wpz；以及
第二电极，层叠于所述压电体，
所述第一电极的宽度Wbe与所述压电体的宽度Wpz之比Wbe/Wpz为0.1以上0.8以下。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述比Wbe/Wpz为0.5以下。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，在与所述振动板的表面正交的俯视观察中，从所述压电体的轮廓沿着所述第二方向至所述振动板的轮廓的距离为所述振动板的宽度的0.02倍以上0.3倍以下。
4.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第二电极具有比所述压电体小的宽度。
5.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述振动板在所述第一方向上的长度Lcav与所述振动板在所述第二方向上的宽度Wcav的纵横比Lcav/Wcav为1以上2以下。
6.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，在与所述振动板的表面正交的俯视观察中，所述第二电极与所述第一电极重叠的面积相对于所述俯视观察中以轮廓限定的所述振动板的面积在1％以上20％以下的范围。
7.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述振动板的轮廓为圆形、六角形以及椭圆形中任一种。
8.一种探测器，其特征在于，具备：
权利要求1至7中任一项所述的超声波传感器；以及
支撑所述超声波传感器的壳体。
9.一种电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1至7中任一项所述的超声波传感器；以及
处理装置，与所述超声波传感器连接，处理所述超声波传感器的输出。
10.一种超声波图像装置，其特征在于，具备：
权利要求1至7中任一项所述的超声波传感器；以及
显示装置，显示根据所述超声波传感器的输出所生成的图像。
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