CN109848022B - 超声波器件以及超声波测量装置 - Google Patents

超声波器件以及超声波测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供超声波的发送接收效率较高的超声波器件以及超声波测量装置。超声波器件具备：基板，具有第一开口和第二开口；支承膜，设置在所述基板，封闭所述第一开口和所述第二开口；发送用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述基板的厚度方向观察时与所述第一开口重叠的位置，并且在所述基板的厚度方向上被一对电极夹着；以及接收用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述基板的厚度方向观察时与所述第二开口重叠的位置，并且在所述基板的厚度方向上被一对电极夹着，在所述基板的厚度方向上的所述发送用压电膜的厚度尺寸大于所述接收用压电膜的厚度尺寸。

Description

超声波器件以及超声波测量装置
技术领域
本发明涉及超声波器件以及超声波测量装置等。
背景技术
现有，作为进行超声波的发送处理及接收处理的超声波转换器，已知具备被一对电极夹着的压电体，对电极间施加电压使压电体自身振动从而发送超声波，或者通过检测来自被输入了超声波的压电体的输出电压来接收超声波的所谓的使用了大容量型的压电体的超声波转换器。
然而，在这样的大容量型压电体中，需要使压电体的厚度尺寸形成为较厚，难以进行薄型化、微型化。
相对于此，已知有使用了薄膜型压电膜的超声波转换器(例如，参照专利文献1)，该压电膜由以覆盖具有开口的支承体的上述开口的方式设置的振动膜和设置在振动膜上并被一对电极夹着的压电膜构成。
在这样的超声波转换器中，通过对电极间施加电压使振动膜振动从而发送超声波，并通过由振动膜的振动而来自压电膜的输出电压检测超声波的接收。在通过这样的薄膜型压电体使振动膜振动的超声波转换器中，与大容量型超声波转换器相比，能够大幅度缩小超声波的发送接收方向上的厚度尺寸，从而能够实现超声波测量装置的薄型化及微型化。
专利文献1：日本特开2002-271897号公报。
然而，在薄膜型的超声波转换器中，在通过振动膜的振动使超声波发送后，通过压电膜由于由所反射的超声波而振动的振动膜引起变形来检测超声波的接收。此时，在使超声波发送时，需要通过使振动膜大幅度位移输出高输出的超声波，在接收超声波时，即使振动膜的振动较小时也需要高灵敏度地检测振动从而检测超声波的接收。因此，为了成为对应各个功能的特性，需要构成发送用的超声波转换器和接收用的超声波转换器。因此，有如下问题：当将上述专利文献1记载的超声波转换器作为发送接收两用的超声波转换器，或者使用发送用和接收用为相同构成的超声波转换器时，超声波的发送接收效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供超声波的发送接收效果高的超声波器件以及超声波测量装置。
本发明的一个应用例涉及的超声波器件的特征在于，具备：基板，具有第一开口和第二开口；支承膜，设置在所述基板，封闭所述第一开口和所述第二开口；发送用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述基板的厚度方向观察时与所述第一开口重叠的位置，并且在所述基板的厚度方向上被一对电极夹着；以及接收用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述基板的厚度方向观察时与所述第二开口重叠的位置，并且在所述基板的厚度方向上被一对电极夹着，在所述基板的厚度方向上的所述发送用压电膜的厚度尺寸大于所述接收用压电膜的厚度尺寸。
在本应用例中，超声波器件通过封闭第一开口部的支承膜、发送用压电膜，夹着该发送用压电膜的一对电极构成发送用的超声波转换器(发送转换器)。此外，通过封闭第二开口部的支承膜、接收用压电膜、夹着该接收用压电膜的一对电极构成接收用超声波转换器(接收转换器)。而且，构成发送转换器的发送用压电膜形成为比构成接收转换器的接收用压电膜的厚度尺寸大。
在这样的构成中，由于发送转换器和接收转换器分别独立地设置，因此可在发送转换器中，作为适合于超声波的发送的特性，在接收转换器中，作为适合于超声波的接收的特性。因此，与用一个超声波转换器进行超声波的发送及接收的情况相比，能够使超声波的发送接收效率提高。即，在超声波的发送过程中能够发送高声压的超声波，在超声波的接收过程中，能够以高接收效率且高精度地接收超声波。
然而，在发送转换器中，相对于指定的施加电场输出的超声波，发送用压电膜的厚度尺寸越大则输出越大的声压。即，在发送转换器中，为了提高超声波的发送效率，优选增大发送用压电膜的厚度尺寸。
另一方面，在接收转换器中，接收用压电膜的厚度尺寸越小，则接收用压电膜相对于来自声源的指定的声压的位移量随则越大，从接收用压电膜输出的信号值也变大。即，在接收转换器中，为了提高超声波的接收效率，优选减小接收用压电膜的厚度尺寸。
在本应用例中，发送用压电膜构成为比接收用压电膜的厚度尺寸大。即，与在通过一个超声波转换器进行超声波的发送接收时或者使用相同厚度尺寸的压电膜构成发送用的转换器和接收用的转换器时等相比，能够提高发送转换器的超声波的发送效率且提高接收转换器的超声波的接收效率，从而实现超声波器件的发送接收效率的提高。
在本应用例的超声波器件中，优选地，在从所述基板的厚度方向观察时，当将所述发送用压电膜与夹着该发送用压电膜的所述一对电极重叠的面积设为第一面积，将所述接收用压电膜与夹着该接收用压电膜的所述一对电极重叠的面积设为第二面积时，所述第二面积小于所述第一面积。
在接收到超声波时从接收转换器输出的接收信号成为在接收用压电膜变形时产生的夹着该接收用压电膜的一对电极之间的电位差。该电位差与电极之间的电容成反比，电容越小，电位差越大。此外，电极之间的电容与电极面积成正比，电极面积越小，电容越小。
在本应用例中，在从基板的厚度方向观察的俯视观察下，接收用压电膜和一对电极重叠的第二面积(电极面积)比发送用压电膜和一对电极重叠的第一面积(电极面积)小。为此，由于接收转换器的电极间的电容变小，因此，在接收转换器中，接收到超声波时的接收信号的电压变大，实现接收效率的进一步提高。
在本应用例的超声波器件中，设置有多个接收转换器，所述接收转换器由所述接收用压电膜和夹着所述接收用压电膜的所述一对电极构成。
在本应用例中，多个接收转换器串联连接。
当像这样串联连接多个接收转换器时，由这些各接收转换器接收到的接收信号叠加输出，能够提高接收信号的电压。换言之，由于通过串联连接的多个接收转换器形成一个接收元件组，该接收元件组的表观上的电容随着串联连接的接收转换器的数量变小，因此能够提高接收信号的电压。
本发明的一个应用例涉及的超声波测量装置的特征在于，具备上述那样的超声波器件和控制上述超声波器件的控制部。
在本应用例中，如上所述，能够提高超声波器件的发送接收效率。因此，通过由控制部控制这样的超声波器件，能够实施发送接收效率高的超声波的发送接收处理，并能够根据其结果实施高精度的超声波测量。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的超声波器件的概略构成的图。
图2是放大了第一实施方式的超声波器件的局部的放大俯视图。
图3是沿着图2中的B-B线的超声波器件的剖视图。
图4是示出发送用压电膜的厚度尺寸与从发送转换器输出的超声波的声压之间的关系的图。
图5是示出接收用压电膜的厚度尺寸与由接收转换器接收到超声波时的第二振动部的位移量之间的关系的图。
图6是放大了本发明的第二实施方式涉及的超声波器件的局部的放大俯视图。
图7是放大了本发明的第三实施方式涉及的超声波器件的局部的放大俯视图。
图8是沿着图7中的C-C线的超声波器件的剖视图。
图9是第三实施方式的超声波器件10B的概略电路图。
图10是示出本发明的第四实施方式涉及的距离传感器的概略构成的框图。
附图标记说明
10、10A、10B…超声波器件；11…超声波发送部；12…超声波接收部；20…控制部；100…距离传感器(超声波测量装置)；101…元件基板；101A…第一开口；101B…第二开口；101C…隔壁部；102…支承膜；102A…第一振动部；102B…第二振动部；111…发送转换器；112…发送压电元件；112A…发送下部电极；112B…发送用压电膜；112C、112D、112E…上部电极；112E1…第一上部电极；112E2…第二上部电极；121、131、141…接收转换器；122、132、142…接收压电元件；122A、142A…接收下部电极；122B…接收用压电膜；141A…接收元件组；142B…接收上部电极；PA…第一面积；PB…第二面积；tA…发送用压电膜的厚度尺寸；tB…接收压电膜的厚度尺寸。
具体实施方式
第一实施方式
以下，根据附图对本发明的一个实施方式涉及的超声波器件进行说明。
图1是示出超声波器件10的概略构成的图。其中，在图1中，为了方便说明，削减超声波转换器(发送转换器111、接收转换器121)的数量来显示，但实际上沿着Y方向及X方向配置有更多的超声波转换器。
在此，在以下的说明中，将超声波器件10的厚度方向设为Z方向，将与Z方向正交的两个轴方向分别设为X轴及Y轴。
如图1所示，超声波器件10形成为以Z方向为厚度方向的例如矩形平板状，在XY平面内，配置有超声波发送部11、超声波接收部12、信号电极线SL、公共电极线CL、第一信号端子SA、第二信号端子SB以及公共端子CA而构成。而且，该超声波器件10通过超声波发送部11向空气等介质发送超声波，并通过超声波接收部12接收在空气中传输所输入的超声波。
在超声波发送部11中设置有多个发送用的超声波转换器(以下简称为发送转换器111)，这些多个发送转换器111构成为沿着Y方向配置。
在超声波接收部12中设置有多个接收用的超声波转换器(以下简称为接收转换器121)，这些多个接收转换器121构成为沿着Y方向配置。
在本实施方式的超声波器件10中，多个超声波发送部11及超声波接收部12在X方向交替地配置，由一个超声波发送部11构成一个发送信道，由一个超声波接收部12构成一个接收信道。其中，可以由多个超声波发送部11构成一个发送信道，同样地，也可以由多个超声波接收部12构成一个接收信道。
此外，如上所述，作为超声波发送部11及超声波接收部12的配置，也不限于构成为沿X方向交替地配置，例如，可以成为以超声波器件10的X方向的中心部为边界在-X一侧配置多个超声波发送部11，在+X一侧配置多个超声波接收部12的构成等。
图2是放大了本实施方式的超声波器件10的局部(图1所示的区域A)的发送转换器111及接收转换器121的放大俯视图。图3是沿着图2中的B-B线的超声波器件10的剖视图。
如图3所示，超声波器件10具备：元件基板101、层叠于元件基板101的支承膜102、设置在支承膜102上的发送压电元件112、设置在支承膜102上的接收压电元件122。
元件基板101例如是Si等的半导体基板。在该元件基板101上设置有：第一开口101A，设置在与各发送转换器111的配置位置重叠的位置；第二开口101B，设置在与各接收转换器121的配置位置重叠的位置。这些第一开口101A及第二开口101B由设置在元件基板101的一侧(图3中的-Z一侧)的支承膜102封闭。其中，根据所发送接收的超声波的频率来设定第一开口101A及第二开口101B的开口宽度(开口面积)。
支承膜102例如由SiO2的单层、SiO2、ZrO2以及YSZ(钇稳定化锆)的层叠体等构成，设置成覆盖元件基板101的-Z一侧的整面。该支承膜102的厚度尺寸成为相对于元件基板101足够小的厚度尺寸。其中，SiO2的杨氏模量为75GPa左右。此外，ZrO2的杨氏模量为200GPa左右。
在此，支承膜102中，在从元件基板101及支承膜102的厚度方向(Z方向)观察的俯视观察下，与第一开口101A重叠的区域构成第一振动部102A，与第二开口101B重叠的区域构成第二振动部102B。即，第一振动部102A由包围第一开口101A的隔壁部101C支承，第二振动部102B由包围第二开口101B的隔壁部101C支承。
发送压电元件112与封闭第一开口101A的第一振动部102A一同构成发送转换器111。
如图2及图3所示，该发送压电元件112由发送下部电极112A、发送用压电膜112B以及上部电极112C的层叠体构成，并且设置在第一振动部102A上。发送下部电极112A及上部电极112C构成在基板的厚度方向上夹着发送用压电膜112B的本发明的一对电极。
发送下部电极112A形成为沿着Y方向的直线状，架设于多个发送转换器111。因此，在沿着Y方向排列的发送转换器111中，发送下部电极112A是同电位。如图1所示，该发送下部电极112A通过信号电极线SL与配置于支承膜102的±Y侧的外周部的对应的第一信号端子SA连接。
发送用压电膜112B由PZT(锆钛酸铅)等压电体的薄膜形成，构成为在第一振动部102A上覆盖发送下部电极112A。该发送用压电膜112B的厚度尺寸tA(Z方向上的尺寸)形成为比后述的接收用压电膜122B的厚度尺寸tB大。其中，如图3所示，也可以是设置保护膜124以覆盖发送用压电膜112B的侧面部的构成。
上部电极112C形成为沿着X方向的直线状，架设于沿X方向排列的多个超声波转换器(发送转换器111及接收转换器121)。此外，各上部电极112C通过公共电极线CL连接，并与设置在支承膜102的外周部(例如±Y侧)的公共端子CA连接(参照图1)。即，在本实施方式中，上部电极112C在沿X方向排列的发送压电元件112和接收压电元件122中作为公共的电极发挥功能，对各发送转换器111及各接收转换器121施加有相同的公共电位。
接收压电元件122与封闭第二开口101B的第二振动部102B一同构成接收转换器121。
如图2及图3所示，该接收压电元件122是接收下部电极122A、接收用压电膜122B以及上部电极112C的层叠体，设置在第二振动部102B上。即，接收下部电极122A及上部电极112C构成在基板的厚度方向上夹着接收用压电膜122B的一对电极。
接收下部电极122A与发送压电元件112的发送下部电极112A同样形成为沿着Y方向的直线状，架设于多个接收转换器121。因此，在沿Y方向排列的接收转换器121中，接收下部电极122A成为同电位。如图1所示，该接收下部电极122A通过信号电极线SL与配置于支承膜102的±Y侧的外周部的对应的第二信号端子SB连接。
接收用压电膜122B与发送用压电膜112B同样由PZT(锆钛酸铅)等的压电体的薄膜形成，构成为在第二振动部102B上覆盖接收下部电极122A。如上所述，该接收用压电膜122B的厚度尺寸tB比发送用压电膜112B的厚度尺寸tA小。
构成发送用压电膜112B及接收用压电膜122B的PZT优选能够在Zr与Ti的组合比为52：48时获得较高的压电特性。此外，当具有单斜结晶结构时，能够获得更高的压电特性。压电体不限于PZT，也可以是BiFeMnO3-BaTiO3、KNaNbO3等的无铅材料。PZT的杨氏模量在薄膜的情况下是80GPa左右。
从导电性、材料稳定性以及对PZT的薄膜应力的观点出发，发送下部电极112A、接收下部电极122A以及上部电极112C优选复合使用Ti、Ir、TiO2、IrO2、Pt中的多种材料。发送下部电极112A、接收下部电极122A以及上部电极112C的杨氏模量为200GPa左右。
在这样的构成的超声波器件10中，通过在发送下部电极112A及上部电极112C之间施加指定频率的矩形波电压，第一振动部102A振动，使超声波在发送转换器111中，从第一振动部102A向第一开口101A一侧(+Z一侧)发送。
此外，当被对象物反射的超声波(反射波)从第二开口101B输入至第二振动部102B时，第二振动部102B因该反射波而振动。由此，从接收下部电极122A输出对应接收用压电膜122B的变形量(变形量)的输出电压，从而能够检测超声波的接收。
[发送用压电膜112B及接收用压电膜122B的厚度尺寸]
接下来，对上述那样的发送转换器111及接收转换器121的尺寸进行如下说明。
图4是示出发送用压电膜112B的厚度尺寸tA与从发送转换器111输出至空气中的超声波的声压之间的关系的图。
如图4所示，当施加于发送转换器111的电场相同时，发送用压电膜112B的厚度尺寸tA越大，从发送转换器111输出的超声波的声压也越大。
图5是示出接收用压电膜122B的厚度尺寸tB与由接收转换器121接收到在空气中传输的超声波时的第二振动部102B的位移量之间的关系的图。
如图5所示，当输入至接收转换器121的超声波的声压相同时，接收用压电膜122B的厚度尺寸tB越小，第二振动部102B的位移量越大，从接收转换器121输出的接收信号的电压也越高。
而且，在本实施方式的超声波器件10中，发送用压电膜112B的厚度尺寸tA形成为比接收用压电膜122B的厚度尺寸大。在此，优选发送用压电膜112B形成为厚度尺寸tA是1.3μm以上的厚度尺寸，接收用压电膜122B形成为厚度尺寸tB为1.0μm以下的厚度尺寸。通过成为这样的构成，通过在超声波的发送时使用发送转换器111发送超声波，在超声波的接收时使用接收转换器121接收超声波，能够使超声波的发送接收效率提高。
[本实施方式的作用效果]
本实施方式的超声波器件10具有发送超声波的发送转换器111和接收超声波的接收转换器121，构成发送转换器111的发送用压电膜112B的厚度尺寸tA大于构成接收转换器121的接收用压电膜122B的厚度尺寸tB。
为此，通过在超声波的发送时使用发送转换器111发送超声波，在超声波的接收时使用接收转换器121接收超声波，能够使超声波的发送接收效率提高。
此外，当作为超声波器件，配置多个发送接收两用的超声波转换器，使各超声波转换器中的压电膜的厚度尺寸成为相同尺寸时，需要使超声波的发送及接收双方面的灵敏度提高。此时，由于当使发送接收两用超声波转换器的压电膜变薄时，发送效率降低，变厚时接收效率降低，因此提高超声波的发送效率及接收效率双方面有局限。相对于此，在本实施方式中，如上所述，发送转换器111及接收转换器121分别独立，且发送用压电膜112B及接收用压电膜122B形成为对应于发送及接收的各自的特性的厚度尺寸。为此，与使用发送接收两用的超声波转换器的情况相比，能够使超声波的发送效率和接收效率双方面大幅度提升。
第二实施方式
接下来，对第二实施方式进行说明。其中，在以下的说明中，对已经说明的构成附上相同附图标记，并省略或简化其说明。
在上述第一实施方式中，示出了在从Z方向观察的俯视观察下，发送下部电极112A、发送用压电膜112B以及上部电极112C重叠的面积(第一面积)与接收下部电极122A、接收用压电膜122B以及上部电极112C重叠的面积(第二面积)是相同的面积的例子。相对于此，在第二实施方式中，在第一面积和第二面积不同这一点上与第一实施方式有区别。
图6是第二实施方式中的超声波器件10A的局部的概略俯视图。
在本实施方式中，与第一实施方式同样在超声波器件10A中配置有多个超声波发送部11及多个超声波接收部12。此外，超声波发送部11由沿Y方向排列的多个发送转换器111构成，超声波接收部12由沿Y方向排列的多个接收转换器131构成。
发送转换器111与第一实施方式同样由第一振动部102A和发送压电元件112构成，发送压电元件112由从第一振动部102A一侧依次配置的发送下部电极112A、发送用压电膜112B、上部电极112D构成。该上部电极112D与第一实施方式同样从发送转换器111架设于接收转换器131。
在此，在本实施方式中，上部电极112D中构成发送压电元件112的部分(与发送下部电极112A及发送用压电膜112B重叠的部分)的电极宽度形成为第一宽度尺寸WA。
另一方面，接收转换器131由第二振动部102B和接收压电元件132构成，接收压电元件132由从第一振动部102A一侧依次配置的接收下部电极122A、接收用压电膜122B、上部电极112D构成。在此，上部电极112D中构成接收压电元件132的部分(与接收下部电极122A及接收用压电膜122B重叠的部分)的电极宽度形成为第二宽度尺寸WB，第二宽度尺寸WB比第一宽度尺寸WA小。其中，在此，接收下部电极122A的宽度尺寸与发送下部电极112A的宽度尺寸相同。
然而，在发送压电元件112中，通过施加电压而实质上被驱动的部分是发送下部电极112A、发送用压电膜112B以及上部电极112D重合的部分。在此，发送下部电极112A、发送用压电膜112B以及上部电极112D重合的部分的面积为第一面积PA。
另一方面，通过接收压电元件132的位移检测出的电位差是接收下部电极122A、接收用压电膜122B以及上部电极112D重合部分的电位差。在此，接收下部电极122A、接收用压电膜122B以及上部电极112D重合部分的面积为第二面积PB。
如上所述，在本实施方式中，上部电极112D在发送压电元件112中成为第一宽度尺寸WA的电极宽度，在接收压电元件132中，成为比第一宽度尺寸WA小的第二宽度尺寸WB的电极宽度。为此，第二面积PB也比第一面积PA小。
在这样的第二实施方式中，能够使接收转换器131中的接收效率进一步提高。
即，当在接收转换器131中接收到超声波时，从接收转换器131输出的接收信号在接收用压电膜122B变形时产生，成为接收下部电极122A和上部电极112D的电位差ΔV。当以各电极122A、112D的电荷为ΔQ，以接收电极(接收下部电极122A及上部电极112D)之间的电容为C时，该电位差ΔV能够以下述式(1)表示。
[式1]
ΔV＝ΔQ/C…(1)
如式(1)所示，为了增大接收信号的电压，优选减小电容C。此外，通常，当以接收电极之间的导电率为ε，以电极面积为S，以接收电极之间的距离为d时，电容C成为下述式(2)所示的值。
[式2]
C＝εS/d…(2)
由式(1)及式(2)可知，通过在接收转换器131中减小电极面积S或是增大接收电极之间的距离d，电极之间的电容C变小，接收信号的电压增大。然而，当增大电极之间的距离d时，接收用压电膜122B的Z方向的刚性变高，如图5所示，接收用压电膜122B变得不易弯曲。此时，在接收用压电膜122b产生的电位差也变小，接收信号的电压降低。
相对于此，在减小电极面积S时，在维持了接收用压电膜122B的弯曲容易度的状态下，能够减小电容C。因此，能够适当地增大接收信号的电压，实现接收效率的进一步提高。
尤其是在超声波器件10A中，在进行从发送转换器111发送超声波，由接收转换器131接收该反射波的处理(超声波的发送接收处理)时，反射波在空气等介质中传输期间衰减。因此，尤其需要提高接收转换器131的接收效率。在本实施方式中，通过上述构成，能够使接收转换器131的接收效率提高，能够适当地实施上述那样的超声波的发送接收处理。
第三实施方式
接下来，对第三实施方式进行说明。
在上述第二实施方式中，示出了在接收转换器131中，作为用于使接收电极之间的电容C降低的构成，使接收下部电极122A、接收用压电膜122B以及上部电极112D重叠的第二面积PB小于发送下部电极112A、发送用压电膜112B以及上部电极112D重叠的第一面积PA的例子。
相对于此，在第三实施方式中，在通过将接收转换器131串联连接使电容C降低这一点上与上述第二实施方式不同。
图7是放大了第三实施方式涉及的超声波器件10B的局部的放大俯视图。图8是沿着图7中的C-C线的超声波器件10B的剖视图。图9是第三实施方式中的超声波器件10B的局部电路图。
在本实施方式中，与第一实施方式、第二实施方式同样，在超声波器件10B中配置有多个超声波发送部11及多个超声波接收部12。此外，超声波发送部11由沿着Y方向排列的多个发送转换器111构成，超声波接收部12由沿着Y方向排列的多个接收转换器141构成。
本实施方式的发送转换器111中的发送压电元件112由从支承膜102一侧依次配置的发送下部电极112A、发送用压电膜112B、上部电极112E构成。
在此，在本实施方式中，上部电极112E包括第一上部电极112E1和第二上部电极112E2。第一上部电极112E1是由发送转换器111和与该发送转换器111在X方向相邻的接收转换器141共用的电极。另一方面，第二上部电极112E2是连接发送转换器111和公共电极线CL的电极，在俯视观察下，与接收压电元件142不重叠。
而且，在本实施方式的超声波接收部12中，通过沿Y方向排列的多个接收转换器141中沿Y方向相邻的多个(在图7至图9所示的例子中是两个)接收转换器141构成一个接收元件组141A，通过沿Y方向排列的多个接收元件组141A构成一个接收信道。而且，在本实施方式中，构成接收元件组141A的多个接收转换器141串联连接。
具体而言，在本实施方式中，在沿着Y方向不与各接收转换器141重叠的位置配置有接收信号电极线SL2，该接收信号电极线SL2的两端部与第二信号端子SB连接。
而且，接收元件组141A中，配置于一个端部(例如+Y一侧的端部)的接收转换器141的接收压电元件142由接收下部电极142A、接收用压电膜122B以及第一上部电极112E1构成。另一方面，接收元件组141A中，其他的接收转换器141的接收压电元件142由接收下部电极142A、接收用压电膜122B以及接收上部电极142B构成。
配置于接收元件组141A中另一个端部(例如-Y一侧的端部)的接收转换器141的接收压电元件142为接收下部电极142A与接收信号电极线SL2连接。此外，接收上部电极142B与在+Y一侧相邻的接收转换器141的接收下部电极142A连接。
如上所述，配置于接收元件组141A的一个端部(例如+Y一侧的端部)的接收转换器141的接收压电元件142与第一上部电极112E1连接。此外，接收下部电极142A与在-Y一侧相邻的接收转换器141的接收上部电极142B连接。
而且，配置于接收元件组141A的两端部以外的各接收转换器141为接收下部电极142A与在接收元件组141A的另一端一侧(例如-Y一侧)相邻的接收转换器141的接收上部电极142B连接。进而，接收上部电极142B与在接收元件组141A的一端一侧(例如+Y一侧)相邻的接收转换器141的接收下部电极142A连接。其中，如本实施方式所述，接收元件组141A所含的接收转换器141为两个时，连接于接收信号电极线SL2的接收转换器141的接收上部电极142B与连接于公共电极线CL的接收转换器141的接收下部电极142A连接。
在这样的构成的超声波器件10B中，如图9所示，各接收转换器141中的接收电极(接收下部电极142A及接收上部电极142B(或者第一上部电极112E1))之间的电容为C2时，n个接收转换器141串联连接的接收元件组141A的表观上的电容成为C2/n(在本实施方式中，n＝2)。因此，在本实施方式中，成为从电容为C2/n的各接收元件组141A输出接收信号的构成，从各接收元件组141A输出的接收信号比由单一的接收转换器141(电容C2)接收到超声波时输出的接收信号的电压值高。即，成为输出有叠加了从接收元件组141A，从串联连接的各接收转换器141输出的信号的接收信号。
由此，在本实施方式中也与第二实施方式同样能够提高超声波接收部12的超声波的接收效率。
第四实施方式
接下来，对第四实施方式进行说明。在第四实施方式中，对作为具备第一实施方式至第三实施方式中说明的超声波器件10、10A、10B的超声波测量装置的一个例子的距离传感器进行说明。
图10是示出本实施方式涉及的距离传感器100的概略构成的图。其中，在此，示出了将超声波器件10组装至距离传感器100的例子，但也可以是组装有将第二实施方式的超声波器件10A、第三实施方式的超声波器件10B的构成。
如图10所示，本实施方式的距离传感器100由超声波器件10、控制超声波器件10的控制部20构成。该控制部20包括使超声波器件10驱动的驱动电路30、运算部40构成。此外，在控制部20中还可以具备除此以外的存储了用于控制距离传感器100的各种数据、各种程序等的存储部。
驱动电路30是用于控制超声波器件10的驱动的驱动电路，例如如图10所示，具备共用电路31、发送电路32以及接收电路33等。
共用电路31与公共端子CA连接，对上部电极112C施加公共电位(例如OV等)。
发送电路32与第一信号端子SA及运算部40连接，根据运算部40的控制向发送下部电极112A输出脉冲波形的驱动信号，使超声波从各发送转换器111发送。
接收电路33连接于第二信号端子SB及运算部40，输入有由各接收转换器121接收到超声波时的接收信号。该接收电路33例如包括线性噪声放大器、A/D转换器等构成，在实施了将输入的接收信号转换成数字信号、除去噪声组分、向期望信号级别的增幅等各种信号处理之后，向运算部40输出处理后的接收信号。
运算部40例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等构成，经由驱动电路30控制超声波器件10，通过超声波器件10实施超声波的发送接收处理。
即，运算部40控制发送电路32，使驱动信号输出到超声波器件10的各发送转换器111，从而使超声波发送。此外，超声波被对象物反射，当反射波入射至接收转换器121时，从接收转换器121输出的接收信号经由接收电路33被获取。而且，运算部40例如通过ToF(Timeof Flight：飞行时间)法，使用从超声波器件10发送超声波的发送时间到接收到接收信号为止的时间和空气中的声速，算出从超声波器件10到对象物为止的距离。
在上述那样的本实施方式的距离传感器100中，具备在第一实施方式中说明的那样的超声波器件10。如上所述，超声波器件10中，发送转换器111的发送用压电膜112B的厚度尺寸tA大于接收转换器121的接收用压电膜122B的厚度尺寸tB，超声波的发送接收效率高。因此，运算部40能够根据通过超声波器件10获得的高精度的超声波的发送接收结果，高精度地算出从超声波器件10到对象物为止的距离。
变形例
需要注意的是，本发明不限于上述的各实施方式，通过能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良以及适当组合各实施方式等获得的构成也包含在本发明中。
在上述第二实施方式中，通过使构成接收压电元件132的上部电极112D的电极宽度(第二宽度尺寸WB)比构成发送压电元件112的上部电极112D的电极宽度(第一宽度尺寸WA)小，使第二面积PB小于第一面积PA，但不限于此。例如，也可以通过使接收下部电极122A的电极宽度小于发送下部电极112A的电极宽度，使第二面积PB小于第一面积PA。
或者，也可以是减小接收压电元件122的上部电极112D的电极宽度及接收下部电极122A的电极宽度两者的构成。
在第二实施方式及第三实施方式中，例示了减小第二面积PB的构成、串联连接接收转换器141的构成，但也可以将它们组合。即，将多个接收转换器串联连接，且减小各接收转换器中，接收下部电极、接收用压电膜以及接收上部电极重合的面积。此时，电容进一步降低，能够获得更大的电压的接收信号。
在上述第一及第二实施方式中，示出了超声波器件10从元件基板101的第一开口101A发送超声波，从第二开口101A接收入射的超声波的构成例，但不限于此。例如，也可以是从与第一开口101A相反的一侧(发送压电元件112一侧)发送超声波，从与第二开口101B相反的一侧(接收压电元件122一侧)接收入射的超声波的构成。
在上述第四实施方式中，例示了作为超声波测量装置的一个例子的距离传感器100，但不限于此。例如，也可以应用于根据超声波的发送接收结果，测量结构体的内部断层图像的超声波测量装置等。
除此之外，本发明实施时的具体结构可通过在能够达成本发明的目的的范围内适当组合上述各实施方式及变形例来构成，也可以适当变更成其他的结构等。

Claims (3)

1.一种超声波器件，其特征在于，具备：
基板，具有沿第一方向彼此相邻的第一开口和第二开口，所述基板在与所述第一方向垂直的第二方向上具有厚度；
支承膜，设置在所述基板，封闭所述第一开口和所述第二开口；
发送用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述第二方向观察时与所述第一开口重叠的位置，并且在所述第二方向上被第一下部电极以及上部电极夹着；以及
接收用压电膜，设置在所述支承膜上的从所述第二方向观察时与所述第二开口重叠的位置，并且在所述第二方向上被第二下部电极以及所述上部电极夹着，
在所述第二方向上的所述发送用压电膜的厚度尺寸大于所述接收用压电膜的厚度尺寸，
在从所述第二方向观察时，当将所述发送用压电膜与夹着该发送用压电膜的所述第一下部电极以及上部电极重叠的面积设为第一面积，将所述接收用压电膜与夹着该接收用压电膜的所述第二下部电极以及所述上部电极重叠的面积设为第二面积时，所述第二面积小于所述第一面积。
2.根据权利要求1所述的超声波器件，其特征在于，
所述超声波器件设置有多个接收转换器，所述接收转换器由所述接收用压电膜和夹着所述接收用压电膜的所述第二下部电极以及所述上部电极构成，
多个所述接收转换器串联连接。
3.一种超声波测量装置，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的超声波器件；以及
控制所述超声波器件的控制部。
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