JP2002058098A - センサアレイおよび送受信装置 - Google Patents
センサアレイおよび送受信装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度がよく製造しやすく圧電振動子間の特性
のばらつきが小さいセンサアレイを提供する。 【解決手段】 送受信回路２０に用いられるセンサアレ
イとしての超音波プローブ２２は、バッキング材からな
る基板２４を含む。基板２４の一方主面上には、複数の
直方体状の圧電振動子２６がマトリックス状に固着され
る。圧電振動子２６は、圧電振動子２６の隣接する２つ
の側面とそれぞれ略４５度の角度で交差する方向に積層
される複数の圧電体層２８を含む。圧電体層２８間に
は、内部電極３０がそれぞれ形成され、圧電体層２８の
両端面には、外部電極３２がそれぞれ形成される。
のばらつきが小さいセンサアレイを提供する。 【解決手段】 送受信回路２０に用いられるセンサアレ
イとしての超音波プローブ２２は、バッキング材からな
る基板２４を含む。基板２４の一方主面上には、複数の
直方体状の圧電振動子２６がマトリックス状に固着され
る。圧電振動子２６は、圧電振動子２６の隣接する２つ
の側面とそれぞれ略４５度の角度で交差する方向に積層
される複数の圧電体層２８を含む。圧電体層２８間に
は、内部電極３０がそれぞれ形成され、圧電体層２８の
両端面には、外部電極３２がそれぞれ形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はセンサアレイおよ
び送受信装置に関し、特にたとえば超音波診断装置、超
音波顕微鏡、金属探傷装置などに用いられる超音波プロ
ーブなどのセンサアレイおよび送受信装置に関する。
び送受信装置に関し、特にたとえば超音波診断装置、超
音波顕微鏡、金属探傷装置などに用いられる超音波プロ
ーブなどのセンサアレイおよび送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この発明の背景となる従来の超音波診断
装置に用いられる超音波プローブなどが、たとえば、IE
EE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AN
D FREQUENCY CONTROL, VOL. 44, NO. 2, MARCH 1997 Hy
brid Multi/Single Layer Array Transducers for Incr
eased Signal-to-Noise Ratio などに開示されている。
図９は従来の超音波診断装置に用いられる超音波プロー
ブの要部を示す斜視図であり、図１０はその超音波プロ
ーブに用いられる圧電振動子を示す斜視図である。図９
に示す超音波プローブ１は、バッキング材といわれる音
響吸収体からなる基板２を含む。基板２の一方主面上に
は、複数の圧電振動子３がマトリックス状に固着され
る。圧電振動子３は、図１０に示すように、積層される
複数の圧電体層４を含み、圧電体層４間には内部電極５
がそれぞれ形成され、圧電体層４の上下面には外部電極
６がそれぞれ形成される。また、圧電体層４の両端部に
はビアホール７がそれぞれ形成され、ビアホール７内に
は接続電極８がそれぞれ形成される。さらに、それらの
圧電体層４は、１層おきに逆の厚み方向に分極される。
そして、圧電振動子３は、圧電体層４の主面が基板２の
一方主面と平行になるように接着剤で基板２の一方主面
上に接着される。さらに、複数の圧電振動子３上には、
人体との音響的マッチングをとるための音響マッチング
層９が形成され、音響マッチング層９上には、超音波ビ
ームを収束させるための音響レンズ１０が形成される。
なお、上述の超音波プローブ１に用いられている圧電振
動子３では、内部電極５がビアホール７などによって引
き出されているが、内部電極を引き出す構造ないし方法
としては、それとは別に一般に積層コンデンサなどに用
いられているように、内部電極を側面から引き出す構造
ないし方法がある。
装置に用いられる超音波プローブなどが、たとえば、IE
EE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AN
D FREQUENCY CONTROL, VOL. 44, NO. 2, MARCH 1997 Hy
brid Multi/Single Layer Array Transducers for Incr
eased Signal-to-Noise Ratio などに開示されている。
図９は従来の超音波診断装置に用いられる超音波プロー
ブの要部を示す斜視図であり、図１０はその超音波プロ
ーブに用いられる圧電振動子を示す斜視図である。図９
に示す超音波プローブ１は、バッキング材といわれる音
響吸収体からなる基板２を含む。基板２の一方主面上に
は、複数の圧電振動子３がマトリックス状に固着され
る。圧電振動子３は、図１０に示すように、積層される
複数の圧電体層４を含み、圧電体層４間には内部電極５
がそれぞれ形成され、圧電体層４の上下面には外部電極
６がそれぞれ形成される。また、圧電体層４の両端部に
はビアホール７がそれぞれ形成され、ビアホール７内に
は接続電極８がそれぞれ形成される。さらに、それらの
圧電体層４は、１層おきに逆の厚み方向に分極される。
そして、圧電振動子３は、圧電体層４の主面が基板２の
一方主面と平行になるように接着剤で基板２の一方主面
上に接着される。さらに、複数の圧電振動子３上には、
人体との音響的マッチングをとるための音響マッチング
層９が形成され、音響マッチング層９上には、超音波ビ
ームを収束させるための音響レンズ１０が形成される。
なお、上述の超音波プローブ１に用いられている圧電振
動子３では、内部電極５がビアホール７などによって引
き出されているが、内部電極を引き出す構造ないし方法
としては、それとは別に一般に積層コンデンサなどに用
いられているように、内部電極を側面から引き出す構造
ないし方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図９に示す超音波プロ
ーブ１に用いられる圧電振動子３では、単層構造と異な
り積層構造を有するので、高機能化、高分解能化を実現
することができ感度がよいが、製造する際にビアホール
の高い加工精度や電極の高い印刷精度などが必要であ
り、材料の焼成時の収縮などによってビアホール間の直
線性を得にくく焼成した材料をマトリックス状にカット
するのが困難であり、さらに、カット後に外部電極を欠
落しやすいことなど、製造上において極めて高い加工精
度が必要であり、製造上の問題が多く特性のばらつきが
生じやすい。なお、超音波プローブ１において圧電振動
子３の内部電極５を側面から引き出す場合にも、製造す
る際に高い加工精度が必要となる。
ーブ１に用いられる圧電振動子３では、単層構造と異な
り積層構造を有するので、高機能化、高分解能化を実現
することができ感度がよいが、製造する際にビアホール
の高い加工精度や電極の高い印刷精度などが必要であ
り、材料の焼成時の収縮などによってビアホール間の直
線性を得にくく焼成した材料をマトリックス状にカット
するのが困難であり、さらに、カット後に外部電極を欠
落しやすいことなど、製造上において極めて高い加工精
度が必要であり、製造上の問題が多く特性のばらつきが
生じやすい。なお、超音波プローブ１において圧電振動
子３の内部電極５を側面から引き出す場合にも、製造す
る際に高い加工精度が必要となる。
【０００４】そこで、本出願人が特願平１１−２７３０
７８号で出願しているように、感度がよく製造しやすい
超音波プローブが考え出された。図１１はそのような超
音波プローブの要部を示す斜視図であり、図１２はその
超音波プローブに用いられる圧電振動子を示す斜視図で
ある。図１１に示す超音波プローブ１では、図９に示す
超音波プローブ１と比べて、特に圧電振動子３において
異なる。すなわち、図９に示す超音波プローブ１の圧電
振動子３では、圧電体層４と内部電極５とが基板２の一
方主面上で上下方向に積層されるが、図１１に示す超音
波プローブ１の圧電振動子３では、圧電体層４と内部電
極５とが圧電振動子３の側面に平行する方向に積層され
る。
７８号で出願しているように、感度がよく製造しやすい
超音波プローブが考え出された。図１１はそのような超
音波プローブの要部を示す斜視図であり、図１２はその
超音波プローブに用いられる圧電振動子を示す斜視図で
ある。図１１に示す超音波プローブ１では、図９に示す
超音波プローブ１と比べて、特に圧電振動子３において
異なる。すなわち、図９に示す超音波プローブ１の圧電
振動子３では、圧電体層４と内部電極５とが基板２の一
方主面上で上下方向に積層されるが、図１１に示す超音
波プローブ１の圧電振動子３では、圧電体層４と内部電
極５とが圧電振動子３の側面に平行する方向に積層され
る。
【０００５】図１１に示す超音波プローブでも、積層構
造の圧電振動子が用いられるので、感度がよい。さら
に、図１１に示す超音波プローブは、複数の圧電体層お
よび複数の内部電極を積層した積層体を作り、積層体を
積層方向にカットして板状のマザー板を作り、マザー板
の主面に外部電極を形成し、マザー板を基板の一方主面
上に固着し、マザー板を複数の圧電振動子にカットする
ことによって製造することができ、マザー板を基板に固
着する際にマザー板の主面全面に外部電極が形成されて
いるので高い位置決め精度が不要となり、製造しやす
い。
造の圧電振動子が用いられるので、感度がよい。さら
に、図１１に示す超音波プローブは、複数の圧電体層お
よび複数の内部電極を積層した積層体を作り、積層体を
積層方向にカットして板状のマザー板を作り、マザー板
の主面に外部電極を形成し、マザー板を基板の一方主面
上に固着し、マザー板を複数の圧電振動子にカットする
ことによって製造することができ、マザー板を基板に固
着する際にマザー板の主面全面に外部電極が形成されて
いるので高い位置決め精度が不要となり、製造しやす
い。
【０００６】ところが、図１１に示す超音波プローブな
どにおいて、圧電振動子を構成する圧電体層は、厚さに
ばらつきがあり、一定に保つことはできない。一定の形
状の圧電振動子を作るためには、圧電振動子の側部とな
る圧電体層の厚さを薄くして調整する必要がある。この
とき、側部の圧電体層には外側に電極がないため電圧を
印加することができず、振動の減衰成分となる。この減
衰成分が、全体にあたえる影響が大きく、効率ダウンの
主要因となる。また、圧電振動子ごとに側部の圧電体層
の厚さが変わるため、圧電振動子間の特性のばらつきが
大きくなる。
どにおいて、圧電振動子を構成する圧電体層は、厚さに
ばらつきがあり、一定に保つことはできない。一定の形
状の圧電振動子を作るためには、圧電振動子の側部とな
る圧電体層の厚さを薄くして調整する必要がある。この
とき、側部の圧電体層には外側に電極がないため電圧を
印加することができず、振動の減衰成分となる。この減
衰成分が、全体にあたえる影響が大きく、効率ダウンの
主要因となる。また、圧電振動子ごとに側部の圧電体層
の厚さが変わるため、圧電振動子間の特性のばらつきが
大きくなる。
【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、感
度がよく製造しやすく圧電振動子間の特性のばらつきが
小さいセンサアレイを提供することである。この発明の
他の目的は、感度がよく製造しやすく圧電振動子間の特
性のばらつきが小さいセンサアレイを含む送受信装置を
提供することである。
度がよく製造しやすく圧電振動子間の特性のばらつきが
小さいセンサアレイを提供することである。この発明の
他の目的は、感度がよく製造しやすく圧電振動子間の特
性のばらつきが小さいセンサアレイを含む送受信装置を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるセンサ
アレイは、基板と、基板の主面上にマトリックス状に固
着される複数の直方体状の圧電振動子とを含み、圧電振
動子は、基板の主面と平行な方向にかつ少なくとも一部
のものが圧電振動子の隣接する２つの側面と交差する方
向に積層される複数の圧電体層と、複数の圧電体層間に
設けられる内部電極と、複数の圧電体層の端面に形成さ
れる外部電極とを含む、センサアレイである。この発明
にかかるセンサアレイでは、複数の圧電体層は、たとえ
ば、圧電振動子の隣接する２つの側面とそれぞれ略４５
度の角度で交差する方向に積層される。また、この発明
にかかる送受信装置は、この発明にかかるセンサアレイ
を含む送受信装置である。
アレイは、基板と、基板の主面上にマトリックス状に固
着される複数の直方体状の圧電振動子とを含み、圧電振
動子は、基板の主面と平行な方向にかつ少なくとも一部
のものが圧電振動子の隣接する２つの側面と交差する方
向に積層される複数の圧電体層と、複数の圧電体層間に
設けられる内部電極と、複数の圧電体層の端面に形成さ
れる外部電極とを含む、センサアレイである。この発明
にかかるセンサアレイでは、複数の圧電体層は、たとえ
ば、圧電振動子の隣接する２つの側面とそれぞれ略４５
度の角度で交差する方向に積層される。また、この発明
にかかる送受信装置は、この発明にかかるセンサアレイ
を含む送受信装置である。
【０００９】この発明にかかるセンサアレイでは、積層
構造の圧電振動子が用いられるので、感度がよい。さら
に、この発明にかかるセンサアレイは、複数の圧電体層
および複数の内部電極を積層した積層体を作り、積層体
を積層方向にカットして板状のマザー板を作り、マザー
板の主面に外部電極を形成し、マザー板を基板の一方主
面上に固着することなどによって製造することができる
が、マザー板を基板に固着する際にマザー板の主面全面
に外部電極が形成されているので高い位置決め精度が不
要となり、製造しやすい。また、この発明にかかるセン
サアレイは、基板の主面と平行な方向にかつ圧電振動子
の隣接する２つの側面と交差する方向に、圧電振動子の
少なくとも一部の圧電体層および内部電極が積層される
ので、圧電振動子において圧電特性を示さない最外層の
圧電体層の端面の面積が小さくなる。そのため、圧電振
動子の最外層の圧電体層で振動を減衰する要因が小さく
なり、圧電振動子の最外層の圧電体層の厚さのばらつき
で圧電振動子の特性に与える影響も小さくなる。したが
って、圧電振動子間の特性のばらつきが小さくなる。
構造の圧電振動子が用いられるので、感度がよい。さら
に、この発明にかかるセンサアレイは、複数の圧電体層
および複数の内部電極を積層した積層体を作り、積層体
を積層方向にカットして板状のマザー板を作り、マザー
板の主面に外部電極を形成し、マザー板を基板の一方主
面上に固着することなどによって製造することができる
が、マザー板を基板に固着する際にマザー板の主面全面
に外部電極が形成されているので高い位置決め精度が不
要となり、製造しやすい。また、この発明にかかるセン
サアレイは、基板の主面と平行な方向にかつ圧電振動子
の隣接する２つの側面と交差する方向に、圧電振動子の
少なくとも一部の圧電体層および内部電極が積層される
ので、圧電振動子において圧電特性を示さない最外層の
圧電体層の端面の面積が小さくなる。そのため、圧電振
動子の最外層の圧電体層で振動を減衰する要因が小さく
なり、圧電振動子の最外層の圧電体層の厚さのばらつき
で圧電振動子の特性に与える影響も小さくなる。したが
って、圧電振動子間の特性のばらつきが小さくなる。
【００１０】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明にかかる送受信装
置の一例を示すブロック図であり、図２はその送受信装
置に用いられる超音波プローブを示す斜視図であり、図
３はその超音波プローブに用いられる圧電振動子を示す
斜視図である。図１に示す送受信装置２０は、超音波プ
ローブ２２を含む。
置の一例を示すブロック図であり、図２はその送受信装
置に用いられる超音波プローブを示す斜視図であり、図
３はその超音波プローブに用いられる圧電振動子を示す
斜視図である。図１に示す送受信装置２０は、超音波プ
ローブ２２を含む。
【００１２】超音波プローブ２２は、図２に示すよう
に、バッキング材といわれる音響吸収体からなる基板２
４を含む。基板２４の一方主面上には、複数の直方体状
の圧電振動子２６がマトリックス状に固着される。これ
らの圧電振動子２６は、それぞれ、たとえば縦０．３５
ｍｍ、横０．３５ｍｍ、高さ０．７ｍｍの寸法を有す
る。なお、複数の圧電振動子２６は、図２では７行７列
に示されているが、実際には多数配列されている。
に、バッキング材といわれる音響吸収体からなる基板２
４を含む。基板２４の一方主面上には、複数の直方体状
の圧電振動子２６がマトリックス状に固着される。これ
らの圧電振動子２６は、それぞれ、たとえば縦０．３５
ｍｍ、横０．３５ｍｍ、高さ０．７ｍｍの寸法を有す
る。なお、複数の圧電振動子２６は、図２では７行７列
に示されているが、実際には多数配列されている。
【００１３】圧電振動子２６は、図３に示すように、た
とえば比誘電率２０００程度の材料からなり積層される
複数の圧電体層２８を含む。これらの圧電体層２８は、
それぞれ、たとえば４０μｍの厚さを有する。また、こ
れらの圧電体層２８は、圧電振動子２６の隣接する２つ
の側面とそれぞれ略４５度の角度で交差する方向に積層
される。これらの圧電体層２８間には、たとえば３μｍ
の厚さを有する内部電極３０がそれぞれ形成される。こ
の場合、内部電極３０は、１つおきのものが圧電体層２
８の一端部から中央部にわたって形成され、他の１つお
きのものが圧電体層２８の他端部から中央部にわたって
形成される。さらに、これらの圧電体層２８の両端面に
は、外部電極３２がそれぞれ形成される。この場合、一
方の外部電極３２は１つおきの内部電極３０に接続さ
れ、他方の外部電極３２は他の１つおきの内部電極３０
に接続される。また、これらの圧電体層２８は、１層お
きに逆の厚み方向に分極される。なお、各圧電振動子２
６では、外径すなわち外部電極３２の一辺はそれぞれ
０．３５ｍｍに形成され、厚みすなわち外部電極３２間
は主モードである長さ振動（ｄ３１モード）とその他の
不要振動との結合を防止するため外径の２倍以上の寸法
が望ましくたとえば０．７ｍｍに形成される。そして、
各圧電振動子２６は、複数の圧電体層２８が基板２４の
主面と平行な方向に積層されるように、基板２４上に接
着剤でマトリックス状に接着される。
とえば比誘電率２０００程度の材料からなり積層される
複数の圧電体層２８を含む。これらの圧電体層２８は、
それぞれ、たとえば４０μｍの厚さを有する。また、こ
れらの圧電体層２８は、圧電振動子２６の隣接する２つ
の側面とそれぞれ略４５度の角度で交差する方向に積層
される。これらの圧電体層２８間には、たとえば３μｍ
の厚さを有する内部電極３０がそれぞれ形成される。こ
の場合、内部電極３０は、１つおきのものが圧電体層２
８の一端部から中央部にわたって形成され、他の１つお
きのものが圧電体層２８の他端部から中央部にわたって
形成される。さらに、これらの圧電体層２８の両端面に
は、外部電極３２がそれぞれ形成される。この場合、一
方の外部電極３２は１つおきの内部電極３０に接続さ
れ、他方の外部電極３２は他の１つおきの内部電極３０
に接続される。また、これらの圧電体層２８は、１層お
きに逆の厚み方向に分極される。なお、各圧電振動子２
６では、外径すなわち外部電極３２の一辺はそれぞれ
０．３５ｍｍに形成され、厚みすなわち外部電極３２間
は主モードである長さ振動（ｄ３１モード）とその他の
不要振動との結合を防止するため外径の２倍以上の寸法
が望ましくたとえば０．７ｍｍに形成される。そして、
各圧電振動子２６は、複数の圧電体層２８が基板２４の
主面と平行な方向に積層されるように、基板２４上に接
着剤でマトリックス状に接着される。
【００１４】各圧電振動子２６の接着面側の外部電極３
２には、各圧電振動子２６に電気信号を入出力できる各
引出し線が、互いに電気的に独立して接続される。ま
た、これらの引出し線は、基板２４を貫通して基板２４
の裏面から引き出される。
２には、各圧電振動子２６に電気信号を入出力できる各
引出し線が、互いに電気的に独立して接続される。ま
た、これらの引出し線は、基板２４を貫通して基板２４
の裏面から引き出される。
【００１５】さらに、それらの圧電振動子２６の上側の
外部電極３２側の面全体には、導電性薄膜３４が共通電
極として貼り付けられる。また、その導電性薄膜３４に
は、別の引出し線が接続される。なお、圧電振動子２６
と導電性薄膜３４との間には、導電性音響整合層が入れ
られてもよい。また、導電性薄膜３４の上には、導電性
超音波レンズが配置されてもよい。
外部電極３２側の面全体には、導電性薄膜３４が共通電
極として貼り付けられる。また、その導電性薄膜３４に
は、別の引出し線が接続される。なお、圧電振動子２６
と導電性薄膜３４との間には、導電性音響整合層が入れ
られてもよい。また、導電性薄膜３４の上には、導電性
超音波レンズが配置されてもよい。
【００１６】また、この送受信装置２０は、多数の切り
替えスイッチ４０を含む。各切り替えスイッチ４０に
は、各一端に各送信部４２が接続され、各他端に各受信
部４４が接続される。この場合、各送信部４２としてた
とえばファンクションシンセサイザのようなサイン波発
生装置が使用され、各受信部４４としてたとえばデジタ
ルオシロスコープ等の波形測定装置が使用される。ま
た、各送信部４２および各受信部４４には、共通の基準
電位が使用される。
替えスイッチ４０を含む。各切り替えスイッチ４０に
は、各一端に各送信部４２が接続され、各他端に各受信
部４４が接続される。この場合、各送信部４２としてた
とえばファンクションシンセサイザのようなサイン波発
生装置が使用され、各受信部４４としてたとえばデジタ
ルオシロスコープ等の波形測定装置が使用される。ま
た、各送信部４２および各受信部４４には、共通の基準
電位が使用される。
【００１７】さらに、超音波プローブ２２の各圧電振動
子２６の接着面側の外部電極３２は、各引出し線を介し
て、各切り替えスイッチ４０の中点に接続される。ま
た、超音波プローブ２２の圧電振動子２６の上側の外部
電極３２には、別の引出し線を介して、基準電位が与え
られる。
子２６の接着面側の外部電極３２は、各引出し線を介し
て、各切り替えスイッチ４０の中点に接続される。ま
た、超音波プローブ２２の圧電振動子２６の上側の外部
電極３２には、別の引出し線を介して、基準電位が与え
られる。
【００１８】この送受信装置２０では、通常、各切り替
えスイッチ４０の中点が一端にも他端にも接続されない
状態にされる。
えスイッチ４０の中点が一端にも他端にも接続されない
状態にされる。
【００１９】この送受信装置２０では、まず、第１番目
の切り替えスイッチ４０の中点が一端に接続され、第１
番目の圧電振動子２６が第１番目の送信部４２に接続さ
れる。すると、第１番目の送信部４２から第１番目の圧
電振動子２６に、第１番目の圧電振動子２６の共振周波
数のサイン波５波長分が入力され、第１番目の圧電振動
子２６が振動して超音波を発信する。
の切り替えスイッチ４０の中点が一端に接続され、第１
番目の圧電振動子２６が第１番目の送信部４２に接続さ
れる。すると、第１番目の送信部４２から第１番目の圧
電振動子２６に、第１番目の圧電振動子２６の共振周波
数のサイン波５波長分が入力され、第１番目の圧電振動
子２６が振動して超音波を発信する。
【００２０】その後すぐに、第１番目の切り替えスイッ
チ４０の中点が他端側に切り替えられ、第１番目の圧電
振動子２６が第１番目の受信部４４に接続される。する
と、発信した超音波の測定面での反射波が、第１番目の
圧電振動子２６を介して、第１番目の受信部４４で受信
される。この場合、第１番目の受信部４４において、発
信から受信までの時間が測定され記憶される。
チ４０の中点が他端側に切り替えられ、第１番目の圧電
振動子２６が第１番目の受信部４４に接続される。する
と、発信した超音波の測定面での反射波が、第１番目の
圧電振動子２６を介して、第１番目の受信部４４で受信
される。この場合、第１番目の受信部４４において、発
信から受信までの時間が測定され記憶される。
【００２１】第１番目の圧電振動子２６についての測定
および記憶が終われば、隣の圧電振動子２６について同
様の操作が繰り返され、それが終われば、さらに、その
隣の第３番目の圧電振動子２６について同様の操作が繰
り返される。そして、全ての圧電振動子２６について、
同様の操作が行なわれると、各反射波を受信するまでの
時間差から超音波プローブ２２の圧電振動子２６の上面
に対向する測定面の凹凸を検出することができる。
および記憶が終われば、隣の圧電振動子２６について同
様の操作が繰り返され、それが終われば、さらに、その
隣の第３番目の圧電振動子２６について同様の操作が繰
り返される。そして、全ての圧電振動子２６について、
同様の操作が行なわれると、各反射波を受信するまでの
時間差から超音波プローブ２２の圧電振動子２６の上面
に対向する測定面の凹凸を検出することができる。
【００２２】この送受信装置２０では、３次元画像化や
高分解能化にともなう超音波プローブの２次元化におい
て、超音波プローブ２２に積層構造の圧電振動子２６が
用いられるので、図９および図１１に示す各超音波プロ
ーブ１と同様のインピーダンスのマッチングとともに受
波感度を得ることができ、高性能化を実現させることが
できる。
高分解能化にともなう超音波プローブの２次元化におい
て、超音波プローブ２２に積層構造の圧電振動子２６が
用いられるので、図９および図１１に示す各超音波プロ
ーブ１と同様のインピーダンスのマッチングとともに受
波感度を得ることができ、高性能化を実現させることが
できる。
【００２３】さらに、この送受信装置２０では、図３に
示すような方向に積層された積層構造を有する圧電振動
子２６が用いられるので、ビアホールの形成やビアホー
ルにあわせたカット方法などの複雑な工程や高い加工精
度が不要となり、工程の簡素化とともに圧電振動子２６
の製作時に高い加工精度が不要となる。
示すような方向に積層された積層構造を有する圧電振動
子２６が用いられるので、ビアホールの形成やビアホー
ルにあわせたカット方法などの複雑な工程や高い加工精
度が不要となり、工程の簡素化とともに圧電振動子２６
の製作時に高い加工精度が不要となる。
【００２４】また、この送受信装置２０では、基板２４
の主面と平行な方向にかつ圧電振動子２６の隣接する２
つの側面と交差する方向に、圧電振動子２６の圧電体層
２８および内部電極３０が積層されるので、圧電振動子
２６において圧電特性を示さない最外層の圧電体層２８
の端面（図３における上下面）の面積が小さくなる。そ
のため、圧電振動子２６の最外層の圧電体層２８で振動
を減衰する要因が小さくなり、圧電振動子２６の最外層
の圧電体層２８の厚さのばらつきで圧電振動子２６の特
性に与える影響も小さくなる。したがって、圧電振動子
２６間の特性のばらつきが小さくなる。
の主面と平行な方向にかつ圧電振動子２６の隣接する２
つの側面と交差する方向に、圧電振動子２６の圧電体層
２８および内部電極３０が積層されるので、圧電振動子
２６において圧電特性を示さない最外層の圧電体層２８
の端面（図３における上下面）の面積が小さくなる。そ
のため、圧電振動子２６の最外層の圧電体層２８で振動
を減衰する要因が小さくなり、圧電振動子２６の最外層
の圧電体層２８の厚さのばらつきで圧電振動子２６の特
性に与える影響も小さくなる。したがって、圧電振動子
２６間の特性のばらつきが小さくなる。
【００２５】次に、図１１に示す超音波プローブの圧電
振動子のように圧電体層および内部電極が圧電振動子の
側面に平行する方向に積層された圧電振動子のばらつき
と、図２に示す超音波プローブの圧電振動子のように圧
電体層および内部電極が圧電振動子の隣接する２つの側
面と交差する方向に積層された圧電振動子のばらつきと
について説明する。
振動子のように圧電体層および内部電極が圧電振動子の
側面に平行する方向に積層された圧電振動子のばらつき
と、図２に示す超音波プローブの圧電振動子のように圧
電体層および内部電極が圧電振動子の隣接する２つの側
面と交差する方向に積層された圧電振動子のばらつきと
について説明する。
【００２６】ここで、まず、超音波プローブの作り方に
ついて簡単に説明する。
ついて簡単に説明する。
【００２７】図４は超音波プローブを作るためのマザー
板を示す斜視図である。このマザー板５０は、たとえ
ば、縦１２ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの寸法を有
する。このマザー板５０は、たとえば、０．７ｍｍ×１
２ｍｍ×４２μｍの圧電体層５２を９５枚積層して作ら
れる。この場合、各圧電体層５２間には、内部電極５４
がそれぞれ設けられる。これらの内部電極５４は、マザ
ー板５０の表面全面および裏面全面に外部電極を設けた
ときに表面の外部電極と裏面の外部電極とに交互に接続
するように形成される。
板を示す斜視図である。このマザー板５０は、たとえ
ば、縦１２ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの寸法を有
する。このマザー板５０は、たとえば、０．７ｍｍ×１
２ｍｍ×４２μｍの圧電体層５２を９５枚積層して作ら
れる。この場合、各圧電体層５２間には、内部電極５４
がそれぞれ設けられる。これらの内部電極５４は、マザ
ー板５０の表面全面および裏面全面に外部電極を設けた
ときに表面の外部電極と裏面の外部電極とに交互に接続
するように形成される。
【００２８】そして、マザー板５０が基板の一方主面に
接着され、図５に示すように、定ピッチでマトリックス
状にカットされるなどして、各圧電振動子６０が作られ
るとともに、超音波プローブが作られる。なお、マザー
板５０の表面全面および裏面全面には、マザー板５０を
基板に接着する前に外部電極が形成される。
接着され、図５に示すように、定ピッチでマトリックス
状にカットされるなどして、各圧電振動子６０が作られ
るとともに、超音波プローブが作られる。なお、マザー
板５０の表面全面および裏面全面には、マザー板５０を
基板に接着する前に外部電極が形成される。
【００２９】ところが、図１１に示す超音波プローブの
ように圧電振動子の圧電体層および内部電極が圧電振動
子の側面に平行する方向に積層されたものを作る場合、
マザー板５０をカットするピッチが、圧電体層５２の厚
さの整数倍とはならないため、圧電振動子６０ごとに内
部電極５４の位置が変わっていく。このように内部電極
５４の位置が変わると、圧電体層５２の層数が異なる圧
電振動子６０が作られてしまう。その結果、圧電振動子
６０の容量がたとえば１０％以上違うものが混在し、受
信感度などの特性にばらつきが生じてしまう。
ように圧電振動子の圧電体層および内部電極が圧電振動
子の側面に平行する方向に積層されたものを作る場合、
マザー板５０をカットするピッチが、圧電体層５２の厚
さの整数倍とはならないため、圧電振動子６０ごとに内
部電極５４の位置が変わっていく。このように内部電極
５４の位置が変わると、圧電体層５２の層数が異なる圧
電振動子６０が作られてしまう。その結果、圧電振動子
６０の容量がたとえば１０％以上違うものが混在し、受
信感度などの特性にばらつきが生じてしまう。
【００３０】それに対して、図２に示す超音波プローブ
のように圧電振動子の圧電体層および内部電極が圧電振
動子の隣接する２つの側面と交差する方向に積層された
ものを作る場合、マザー板５０をカットするピッチが、
圧電体層５２の厚さの整数倍とはならなくても、圧電振
動子において圧電特性を示さない最外層の圧電体層の端
面の面積が小さくなるため、圧電振動子の最外層の圧電
体層で振動を減衰する要因が小さくなり、圧電振動子の
最外層の圧電体層の厚さのばらつきで圧電振動子の特性
に与える影響も小さくなる。したがって、圧電振動子間
の特性のばらつきが小さくなる。
のように圧電振動子の圧電体層および内部電極が圧電振
動子の隣接する２つの側面と交差する方向に積層された
ものを作る場合、マザー板５０をカットするピッチが、
圧電体層５２の厚さの整数倍とはならなくても、圧電振
動子において圧電特性を示さない最外層の圧電体層の端
面の面積が小さくなるため、圧電振動子の最外層の圧電
体層で振動を減衰する要因が小さくなり、圧電振動子の
最外層の圧電体層の厚さのばらつきで圧電振動子の特性
に与える影響も小さくなる。したがって、圧電振動子間
の特性のばらつきが小さくなる。
【００３１】そこで、次に、超音波プローブの圧電振動
子のばらつきについて具体的な数値を用いて説明する。
子のばらつきについて具体的な数値を用いて説明する。
【００３２】まず、マザー板を積層方向にマトリックス
状にカットするなどして作った圧電振動子６０について
述べる。この場合の圧電振動子６０の上面の図解図を図
６に示す。この圧電振動子６０は、たとえば縦３５０μ
ｍ、横３５０μｍの寸法を有する。また、圧電体層５２
は、たとえば厚さ４２μｍの厚さを有する。さらに、図
６に示すように、一端側の最外層の圧電体層５２の厚さ
をｔ１とし、一端側の最外層の圧電体層５２の面積をｓ
１とし、他端側の最外層の圧電体層５２の厚さをｔ２と
し、他端側の最外層の圧電体層５２の面積をｓ２とす
る。この場合のマザー板をカットするピッチは、３５０
μｍ程度であるが、圧電体層５２の厚みの整数倍にはな
らない。そのため、圧電振動子６０ごとに内部電極の位
置が違うものとなる。
状にカットするなどして作った圧電振動子６０について
述べる。この場合の圧電振動子６０の上面の図解図を図
６に示す。この圧電振動子６０は、たとえば縦３５０μ
ｍ、横３５０μｍの寸法を有する。また、圧電体層５２
は、たとえば厚さ４２μｍの厚さを有する。さらに、図
６に示すように、一端側の最外層の圧電体層５２の厚さ
をｔ１とし、一端側の最外層の圧電体層５２の面積をｓ
１とし、他端側の最外層の圧電体層５２の厚さをｔ２と
し、他端側の最外層の圧電体層５２の面積をｓ２とす
る。この場合のマザー板をカットするピッチは、３５０
μｍ程度であるが、圧電体層５２の厚みの整数倍にはな
らない。そのため、圧電振動子６０ごとに内部電極の位
置が違うものとなる。
【００３３】図６に示す圧電振動子６０において、中間
の活性となる圧電体層５２が８層の場合、すなわち、０
＜ｔ１＜１４μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝３５０−４２＊
８＝１４μｍなので、ｔ２＝１４−ｔ１となる。そのた
め、分極できない両端側の最外層の圧電体層５２の面積
ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝（ｔ１＋ｔ２）＊３５０＝
１４＊３５０＝４９００〔μｍ＊μｍ〕となる。
の活性となる圧電体層５２が８層の場合、すなわち、０
＜ｔ１＜１４μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝３５０−４２＊
８＝１４μｍなので、ｔ２＝１４−ｔ１となる。そのた
め、分極できない両端側の最外層の圧電体層５２の面積
ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝（ｔ１＋ｔ２）＊３５０＝
１４＊３５０＝４９００〔μｍ＊μｍ〕となる。
【００３４】また、図６に示す圧電振動子６０におい
て、中間の活性となる圧電体層５２が７層の場合、すな
わち、１４μｍ≦ｔ１≦４２μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝
３５０−４２＊７＝５６μｍなので、ｔ２＝５６−ｔ１
となる。そのため、分極できない両端側の最外層の圧電
体層５２の面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝（ｔ１＋ｔ
２）＊３５０＝５６＊３５０＝１９６００〔μｍ＊μ
ｍ〕となる。
て、中間の活性となる圧電体層５２が７層の場合、すな
わち、１４μｍ≦ｔ１≦４２μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝
３５０−４２＊７＝５６μｍなので、ｔ２＝５６−ｔ１
となる。そのため、分極できない両端側の最外層の圧電
体層５２の面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝（ｔ１＋ｔ
２）＊３５０＝５６＊３５０＝１９６００〔μｍ＊μ
ｍ〕となる。
【００３５】さらに、図６に示す圧電振動子６０におい
て、４２μｍ＜ｔ１の場合、中間の活性となる圧電体層
５２が８層の場合と同様になり、分極できない両端側の
最外層の圧電体層５２の面積は、４９００〔μｍ＊μ
ｍ〕となる。
て、４２μｍ＜ｔ１の場合、中間の活性となる圧電体層
５２が８層の場合と同様になり、分極できない両端側の
最外層の圧電体層５２の面積は、４９００〔μｍ＊μ
ｍ〕となる。
【００３６】次に、マザー板を積層方向に対して４５度
傾けてマトリックス状にカットするなどして作った圧電
振動子６０について述べる。この場合の圧電振動子６０
の上面の図解図を図７に示す。この圧電振動子６０は、
たとえば縦３５０μｍ、横３５０μｍ、対角線の長さ４
９５μｍの寸法を有する。また、圧電体層５２は、たと
えば厚さ４２μｍの厚さを有する。さらに、図７に示す
ように、一端側の最外層の圧電体層５２の直角二等辺三
角形の高さをｔ１とし、一端側の最外層の圧電体層５２
の面積をｓ１とし、他端側の最外層の圧電体層５２の直
角二等辺三角形の高さをｔ２とし、他端側の最外層の圧
電体層５２の面積をｓ２とする。この場合の積層方向の
長さが長くなるので、中間の活性となる圧電体層５２の
層数が、１１層か１０層になる。
傾けてマトリックス状にカットするなどして作った圧電
振動子６０について述べる。この場合の圧電振動子６０
の上面の図解図を図７に示す。この圧電振動子６０は、
たとえば縦３５０μｍ、横３５０μｍ、対角線の長さ４
９５μｍの寸法を有する。また、圧電体層５２は、たと
えば厚さ４２μｍの厚さを有する。さらに、図７に示す
ように、一端側の最外層の圧電体層５２の直角二等辺三
角形の高さをｔ１とし、一端側の最外層の圧電体層５２
の面積をｓ１とし、他端側の最外層の圧電体層５２の直
角二等辺三角形の高さをｔ２とし、他端側の最外層の圧
電体層５２の面積をｓ２とする。この場合の積層方向の
長さが長くなるので、中間の活性となる圧電体層５２の
層数が、１１層か１０層になる。
【００３７】図７に示す圧電振動子６０において、中間
の活性となる圧電体層５２が１１層の場合、すなわち、
０＜ｔ１＜３３μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝４９５−４２
＊１１＝３３μｍなので、ｔ２＝３３−ｔ１となる。そ
のため、分極できない両端側の最外層の圧電体層５２の
面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝１／２＊ｔ１＊（２＊
ｔ１）＋１／２＊ｔ２＊（２＊ｔ２）＝ｔ１ 2 ＋ｔ２2
＝ｔ１2 ＋（３３−ｔ１）2 ＝２＊ｔ１2 −６６ｔ１＋
３３2 となる。また、このように斜めにカットした場
合、分極できない部分は、最外層の圧電体層５２のみで
はなく、各圧電体層５２の両端にも発生する。ここで、
中央以外の活性となる圧電体層５２の分極できない部分
の面積をｓ３とすると、ｓ３＝４２2 ＊１０となる。ま
た、Ａ＝３３2 ＋４２2 ＊１０とおくと、ｓ１＋ｓ２＋
ｓ３＝２＊ｔ１2 −６６ｔ１＋Ａとなる。次に、中央の
圧電体層５２の分極されない部分の面積を出す。中央の
圧電体層５２の 1つの角部の拡大図を図８に示す。この
角部において分極されない部分は、２つの三角形と小さ
い１つの長方形とに分けられる。小さい方の三角形の面
積をｓ４／２とおき、大きい方の三角形の面積をｓ５／
２とおき、残りの長方形の面積をｓ６／２とおく。ｓ４
の三角形の高さをｔ４とすると、ｔ４＝２１±（１６．
５−ｔ１）となる。また、ｓ４＋ｓ５＋ｓ６＝ｔ４2 ＋
（４２−ｔ４）2 ＋（４２−２ｔ４）＊ｔ４＊２＝−２
ｔ４2 ＋４２2 となる。ここで、Ｂ＝Ａ＋４２2 とおい
て、分極されない部分の全部の面積をｓとおくと、ｓ＝
２＊ｔ１2 −６６＊ｔ１−２＊ｔ４2 ＋Ｂとなる。も
し、０≦ｔ１≦１６．５μｍなら、ｔ４＝２１−（１
６．５−ｔ１）＝４．５＋ｔ１で、ｓ＝−６６＊ｔ１−
２＊９＊ｔ１−２＊４．５2 ＋Ｂ＝−８４＊ｔ１−２＊
４．５2 ＋Ｂとなる。また、もし、１６．５μｍ＜ｔ１
≦３３μｍなら、ｔ４＝２１−（ｔ１−１６．５）＝３
７．５−ｔ１で、ｓ＝−６６＊ｔ１＋２＊７５＊ｔ１−
２＊３７．５ 2 ＋Ｂ＝８４＊ｔ１−２＊３７．５2 ＋Ｂ
となる。したがって、分極されない部分の面積ｓの最小
値は、ｔ１＝１６．５μｍのときで、ｓ＝１９０６６．
５〔μｍ＊μｍ〕となる。
の活性となる圧電体層５２が１１層の場合、すなわち、
０＜ｔ１＜３３μｍの場合、ｔ１＋ｔ２＝４９５−４２
＊１１＝３３μｍなので、ｔ２＝３３−ｔ１となる。そ
のため、分極できない両端側の最外層の圧電体層５２の
面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝１／２＊ｔ１＊（２＊
ｔ１）＋１／２＊ｔ２＊（２＊ｔ２）＝ｔ１ 2 ＋ｔ２2
＝ｔ１2 ＋（３３−ｔ１）2 ＝２＊ｔ１2 −６６ｔ１＋
３３2 となる。また、このように斜めにカットした場
合、分極できない部分は、最外層の圧電体層５２のみで
はなく、各圧電体層５２の両端にも発生する。ここで、
中央以外の活性となる圧電体層５２の分極できない部分
の面積をｓ３とすると、ｓ３＝４２2 ＊１０となる。ま
た、Ａ＝３３2 ＋４２2 ＊１０とおくと、ｓ１＋ｓ２＋
ｓ３＝２＊ｔ１2 −６６ｔ１＋Ａとなる。次に、中央の
圧電体層５２の分極されない部分の面積を出す。中央の
圧電体層５２の 1つの角部の拡大図を図８に示す。この
角部において分極されない部分は、２つの三角形と小さ
い１つの長方形とに分けられる。小さい方の三角形の面
積をｓ４／２とおき、大きい方の三角形の面積をｓ５／
２とおき、残りの長方形の面積をｓ６／２とおく。ｓ４
の三角形の高さをｔ４とすると、ｔ４＝２１±（１６．
５−ｔ１）となる。また、ｓ４＋ｓ５＋ｓ６＝ｔ４2 ＋
（４２−ｔ４）2 ＋（４２−２ｔ４）＊ｔ４＊２＝−２
ｔ４2 ＋４２2 となる。ここで、Ｂ＝Ａ＋４２2 とおい
て、分極されない部分の全部の面積をｓとおくと、ｓ＝
２＊ｔ１2 −６６＊ｔ１−２＊ｔ４2 ＋Ｂとなる。も
し、０≦ｔ１≦１６．５μｍなら、ｔ４＝２１−（１
６．５−ｔ１）＝４．５＋ｔ１で、ｓ＝−６６＊ｔ１−
２＊９＊ｔ１−２＊４．５2 ＋Ｂ＝−８４＊ｔ１−２＊
４．５2 ＋Ｂとなる。また、もし、１６．５μｍ＜ｔ１
≦３３μｍなら、ｔ４＝２１−（ｔ１−１６．５）＝３
７．５−ｔ１で、ｓ＝−６６＊ｔ１＋２＊７５＊ｔ１−
２＊３７．５ 2 ＋Ｂ＝８４＊ｔ１−２＊３７．５2 ＋Ｂ
となる。したがって、分極されない部分の面積ｓの最小
値は、ｔ１＝１６．５μｍのときで、ｓ＝１９０６６．
５〔μｍ＊μｍ〕となる。
【００３８】図７に示す圧電振動子６０において、中間
の活性となる圧電体層５２が１０層の場合、すなわち、
３３μｍ＜ｔ１＜４２μｍの場合、ｔ２＝４９５−４２
＊１０−ｔ１＝７５−ｔ１となる。また、両端側の最外
層の圧電体層５２の面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝ｔ
１ 2 ＋ｔ２2 ＝２ｔ１2 −１５０ｔ１＋７５2 となる。
今回も、中央の圧電体層５２以外に、活性となる圧電体
層５２の両端に、分極されない部分ができる。中央以外
の活性となる圧電体層５２では、一定の三角形が両端に
できる。この部分の面積をｓ３とすると、ｓ３＝４２2
＊９となり、Ｄ＝７５2 ＋４２2 ＊９とする。中央にあ
たる１層の圧電体層５２の両端にだけ、２つの三角形と
１つの長方形との分極されない部分が残る。分極されな
い部分の全体の面積ｓは、Ｅ＝Ｄ＋４２2 とすると、ｓ
＝２＊ｔ１ 2 −１５０＊ｔ１−２ｔ４2 ＋Ｅとなる。今
回は、ｔ４＝３７．５−ｔ１となる。したがって、ｓ＝
２＊ｔ１2 −１５０＊ｔ１＋−２＊ｔ１2 ＋２＊７５＊
ｔ１−２＊３７．５2 ＋Ｅ＝−２＊３７．５2 ＋Ｅ＝２
０４５２．５〔μｍ＊μｍ〕と常に一定値となる。
の活性となる圧電体層５２が１０層の場合、すなわち、
３３μｍ＜ｔ１＜４２μｍの場合、ｔ２＝４９５−４２
＊１０−ｔ１＝７５−ｔ１となる。また、両端側の最外
層の圧電体層５２の面積ｓ１＋ｓ２は、ｓ１＋ｓ２＝ｔ
１ 2 ＋ｔ２2 ＝２ｔ１2 −１５０ｔ１＋７５2 となる。
今回も、中央の圧電体層５２以外に、活性となる圧電体
層５２の両端に、分極されない部分ができる。中央以外
の活性となる圧電体層５２では、一定の三角形が両端に
できる。この部分の面積をｓ３とすると、ｓ３＝４２2
＊９となり、Ｄ＝７５2 ＋４２2 ＊９とする。中央にあ
たる１層の圧電体層５２の両端にだけ、２つの三角形と
１つの長方形との分極されない部分が残る。分極されな
い部分の全体の面積ｓは、Ｅ＝Ｄ＋４２2 とすると、ｓ
＝２＊ｔ１ 2 −１５０＊ｔ１−２ｔ４2 ＋Ｅとなる。今
回は、ｔ４＝３７．５−ｔ１となる。したがって、ｓ＝
２＊ｔ１2 −１５０＊ｔ１＋−２＊ｔ１2 ＋２＊７５＊
ｔ１−２＊３７．５2 ＋Ｅ＝−２＊３７．５2 ＋Ｅ＝２
０４５２．５〔μｍ＊μｍ〕と常に一定値となる。
【００３９】以上において、分極されない部分の面積の
ばらつきを検討してきたが、裏返せば、このばらつきは
分極される部分のばらつきでもある。また、このばらつ
きは、容量のばらつきで、受信感度のばらつきとなって
現れる。
ばらつきを検討してきたが、裏返せば、このばらつきは
分極される部分のばらつきでもある。また、このばらつ
きは、容量のばらつきで、受信感度のばらつきとなって
現れる。
【００４０】上述のように、マザー板を積層方向にカッ
トした場合、分極される部分の面積ｓの最小値は１０２
９００〔μｍ＊μｍ〕（３５０＊３５０−１９６００）
で、分極される部分の面積ｓの最大値は、１１７６００
〔μｍ＊μｍ〕（３５０＊３５０−４９００）で、それ
ら差は１４７００〔μｍ＊μｍ〕であり、単純にセンタ
ー表記すると、１１０２５０±７３５０〔μｍ＊μｍ〕
（±７％）となる。
トした場合、分極される部分の面積ｓの最小値は１０２
９００〔μｍ＊μｍ〕（３５０＊３５０−１９６００）
で、分極される部分の面積ｓの最大値は、１１７６００
〔μｍ＊μｍ〕（３５０＊３５０−４９００）で、それ
ら差は１４７００〔μｍ＊μｍ〕であり、単純にセンタ
ー表記すると、１１０２５０±７３５０〔μｍ＊μｍ〕
（±７％）となる。
【００４１】一方、上述のように、マザー板を積層方向
に対して４５度傾けてカットした場合、分極される部分
の面積ｓの最小値は、１０２０４７．５〔μｍ＊μｍ〕
（３５０＊３５０−２０４５２．５）で、分極される部
分の面積ｓの最大値は、１０３４３３．５〔μｍ＊μ
ｍ〕（３５０＊３５０−１９０６６．５）で、それらの
差は、１３８６〔μｍ＊μｍ〕であり、単純にセンター
表記すると、１０２７４０．５±６９３〔μｍ＊μｍ〕
（±０．７％）となる。したがって、上述の例では、マ
ザー板を積層方向にカットした場合にばらつきが±７％
と大きいのに対して、マザー板を積層方向に対して４５
度傾けてカットした場合にはばらつきが±０．７％に収
まることがわかる。
に対して４５度傾けてカットした場合、分極される部分
の面積ｓの最小値は、１０２０４７．５〔μｍ＊μｍ〕
（３５０＊３５０−２０４５２．５）で、分極される部
分の面積ｓの最大値は、１０３４３３．５〔μｍ＊μ
ｍ〕（３５０＊３５０−１９０６６．５）で、それらの
差は、１３８６〔μｍ＊μｍ〕であり、単純にセンター
表記すると、１０２７４０．５±６９３〔μｍ＊μｍ〕
（±０．７％）となる。したがって、上述の例では、マ
ザー板を積層方向にカットした場合にばらつきが±７％
と大きいのに対して、マザー板を積層方向に対して４５
度傾けてカットした場合にはばらつきが±０．７％に収
まることがわかる。
【００４２】なお、上述の送受信装置２０では、特別の
寸法の圧電振動子２６が超音波プローブ２２に用いられ
ているが、他の寸法の圧電振動子が超音波プローブに用
いられてもよい。
寸法の圧電振動子２６が超音波プローブ２２に用いられ
ているが、他の寸法の圧電振動子が超音波プローブに用
いられてもよい。
【００４３】さらに、上述の圧電振動子２６では１つお
きの内部電極３０が外部電極３２で接続されているが、
圧電振動子２６は、外部電極３２に接続されない内部電
極を形成することなどによって、１つおきの内部電極を
接続した構造の圧電振動子に限定されない。
きの内部電極３０が外部電極３２で接続されているが、
圧電振動子２６は、外部電極３２に接続されない内部電
極を形成することなどによって、１つおきの内部電極を
接続した構造の圧電振動子に限定されない。
【００４４】また、この発明は送受信装置に用いられる
超音波プローブなどのセンサアレイに限らず、超音波診
断装置、超音波顕微鏡、金属探傷装置に用いられるセン
サアレイなどにも適用され得る。
超音波プローブなどのセンサアレイに限らず、超音波診
断装置、超音波顕微鏡、金属探傷装置に用いられるセン
サアレイなどにも適用され得る。
【００４５】
【発明の効果】この発明によれば、感度がよく製造しや
すく圧電振動子間の特性のばらつきが小さい超音波プロ
ーブなどのセンサアレイが得られる。また、この発明に
よれば、感度がよく製造しやすく圧電振動子間の特性の
ばらつきが小さい超音波プローブなどのセンサアレイを
含む送受信装置が得られる。
すく圧電振動子間の特性のばらつきが小さい超音波プロ
ーブなどのセンサアレイが得られる。また、この発明に
よれば、感度がよく製造しやすく圧電振動子間の特性の
ばらつきが小さい超音波プローブなどのセンサアレイを
含む送受信装置が得られる。
【図１】この発明にかかる送受信装置の一例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】図１に示す送受信装置に用いられる超音波プロ
ーブを示す斜視図である。
ーブを示す斜視図である。
【図３】図２に示す超音波プローブに用いられる圧電振
動子を示す斜視図である。
動子を示す斜視図である。
【図４】超音波プローブを作るためのマザー基板を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】図４に示すマザー基板を積層方向にカットした
状態を示す斜視図である。
状態を示す斜視図である。
【図６】超音波プローブの圧電振動子の上面の図解図で
ある。
ある。
【図７】超音波プローブの圧電振動子の上面の図解図で
ある。
ある。
【図８】超音波プローブの圧電振動子の上面の角部の図
解図である。
解図である。
【図９】従来の超音波診断装置に用いられる超音波プロ
ーブの要部を示す斜視図である。
ーブの要部を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す超音波プローブに用いられる圧電
振動子を示す斜視図である。
振動子を示す斜視図である。
【図１１】他の超音波プローブの要部を示す斜視図であ
る。
る。
【図１２】図１１に示す超音波プローブに用いられる圧
電振動子を示す斜視図である。
電振動子を示す斜視図である。
２０ 送受信装置 ２２ 超音波プローブ ２４ 基板 ２６ 圧電振動子 ２８ 圧電体層 ３０ 内部電極 ３２ 外部電極 ３４ 導電性薄膜 ４０ 切り替えスイッチ ４２ 送信部 ４４ 受信部 ５０ マザー板 ５２ 圧電体層 ５４ 内部電極 ６０ 圧電振動子
Claims (3)
- 【請求項１】 基板、および前記基板の主面上にマトリ
ックス状に固着される複数の直方体状の圧電振動子を含
み、 前記圧電振動子は、 前記基板の主面と平行な方向にかつ少なくとも一部のも
のが前記圧電振動子の隣接する２つの側面と交差する方
向に積層される複数の圧電体層、 前記複数の圧電体層間に設けられる内部電極、および前
記複数の圧電体層の端面に形成される外部電極を含む、
センサアレイ。 - 【請求項２】 前記複数の圧電体層は、前記圧電振動子
の隣接する２つの側面とそれぞれ略４５度の角度で交差
する方向に積層される、請求項１に記載のセンサアレ
イ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のセンサ
アレイを含む、送受信装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000244270A JP3449345B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | センサアレイおよび送受信装置 |
| DE10139160A DE10139160B4 (de) | 2000-08-11 | 2001-08-09 | Sensorarray und Sende-Empfangs-Gerät |
| US09/927,061 US6483228B2 (en) | 2000-08-11 | 2001-08-09 | Sensor array and transmitting/receiving device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244270A JP3449345B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | センサアレイおよび送受信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002058098A true JP2002058098A (ja) | 2002-02-22 |
| JP3449345B2 JP3449345B2 (ja) | 2003-09-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000244270A Expired - Fee Related JP3449345B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | センサアレイおよび送受信装置 |
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| JP (1) | JP3449345B2 (ja) |
| DE (1) | DE10139160B4 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007114075A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Hitachi Ltd | 超音波探傷装置の超音波探触子 |
| JP2008530854A (ja) * | 2005-02-04 | 2008-08-07 | シーメンス メディカル ソリューションズ ユーエスエー インコーポレイテッド | 多次元超音波変換器アレイ |
| KR101378012B1 (ko) | 2012-03-14 | 2014-03-24 | 삼성전자주식회사 | 멀티 어레이형 초음파 프로브 장치 및 멀티 어레이형 초음파 프로브 장치의 제조 방법 |
| JP2014528219A (ja) * | 2011-09-20 | 2014-10-23 | サニーブルック リサーチ インスティチュート | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936008B2 (en) * | 1999-08-20 | 2005-08-30 | Zonare Medical Systems, Inc. | Ultrasound system with cableless coupling assembly |
| US6685645B1 (en) | 2001-10-20 | 2004-02-03 | Zonare Medical Systems, Inc. | Broad-beam imaging |
| JP3399415B2 (ja) * | 1999-09-27 | 2003-04-21 | 株式会社村田製作所 | センサアレイ、センサアレイの製造方法および超音波診断装置 |
| US6640634B2 (en) * | 2000-03-31 | 2003-11-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe, method of manufacturing the same and ultrasonic diagnosis apparatus |
| EP1382301B1 (en) * | 2002-07-19 | 2010-11-17 | Aloka Co. Ltd. | Ultrasonic probe and manufacturing method thereof |
| US8210043B2 (en) * | 2009-04-06 | 2012-07-03 | Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. | Ultrasonic measurement method, ultrasonic measurement apparatus, and ultrasonic sensor |
| JP5574936B2 (ja) * | 2010-12-07 | 2014-08-20 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
| JP2015112326A (ja) * | 2013-12-12 | 2015-06-22 | キヤノン株式会社 | プローブ、被検体情報取得装置 |
| CN107497654A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-22 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 一种用于超声扫描显微镜的高频换能器及其制备方法 |
| US11246621B2 (en) | 2018-01-29 | 2022-02-15 | Covidien Lp | Ultrasonic transducers and ultrasonic surgical instruments including the same |
| US11246617B2 (en) | 2018-01-29 | 2022-02-15 | Covidien Lp | Compact ultrasonic transducer and ultrasonic surgical instrument including the same |
| KR102635463B1 (ko) * | 2018-08-14 | 2024-02-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 음향 발생 장치, 그를 포함하는 표시 장치, 및 표시 장치의 구동 방법 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2601300A (en) * | 1946-02-20 | 1952-06-24 | Klein Elias | Electroacoustic transducer |
| US2484626A (en) * | 1946-07-26 | 1949-10-11 | Bell Telephone Labor Inc | Electromechanical transducer |
| US3964014A (en) * | 1974-10-15 | 1976-06-15 | General Electric Company | Sonic transducer array |
| DE8408180U1 (de) * | 1984-03-16 | 1986-07-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Piezoelektrischer Luft-Ultraschallwandler mit Breitbandcharakteristik |
| US4914565A (en) * | 1987-05-22 | 1990-04-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezo-electric transducer having electrodes that adhere well both to ceramic as well as to plastics |
| US4890268A (en) * | 1988-12-27 | 1989-12-26 | General Electric Company | Two-dimensional phased array of ultrasonic transducers |
| US5187403A (en) * | 1990-05-08 | 1993-02-16 | Hewlett-Packard Company | Acoustic image signal receiver providing for selectively activatable amounts of electrical signal delay |
| US6225728B1 (en) * | 1994-08-18 | 2001-05-01 | Agilent Technologies, Inc. | Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance |
| US6043590A (en) * | 1997-04-18 | 2000-03-28 | Atl Ultrasound | Composite transducer with connective backing block |
| JP3399415B2 (ja) * | 1999-09-27 | 2003-04-21 | 株式会社村田製作所 | センサアレイ、センサアレイの製造方法および超音波診断装置 |
| US6288477B1 (en) * | 1999-12-03 | 2001-09-11 | Atl Ultrasound | Composite ultrasonic transducer array operating in the K31 mode |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000244270A patent/JP3449345B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-08-09 US US09/927,061 patent/US6483228B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-08-09 DE DE10139160A patent/DE10139160B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008530854A (ja) * | 2005-02-04 | 2008-08-07 | シーメンス メディカル ソリューションズ ユーエスエー インコーポレイテッド | 多次元超音波変換器アレイ |
| JP4869257B2 (ja) * | 2005-02-04 | 2012-02-08 | シーメンス メディカル ソリューションズ ユーエスエー インコーポレイテッド | 超音波変換器アレイ |
| JP2007114075A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Hitachi Ltd | 超音波探傷装置の超音波探触子 |
| JP2014528219A (ja) * | 2011-09-20 | 2014-10-23 | サニーブルック リサーチ インスティチュート | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
| KR101378012B1 (ko) | 2012-03-14 | 2014-03-24 | 삼성전자주식회사 | 멀티 어레이형 초음파 프로브 장치 및 멀티 어레이형 초음파 프로브 장치의 제조 방법 |
| US9071893B2 (en) | 2012-03-14 | 2015-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multi-array ultrasonic probe apparatus and method for manufacturing multi-array probe apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6483228B2 (en) | 2002-11-19 |
| DE10139160B4 (de) | 2010-09-02 |
| US20020043896A1 (en) | 2002-04-18 |
| DE10139160A1 (de) | 2002-05-16 |
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