JP2012100069A - 静電容量型電気機械変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】静電容量型電気機械変換装置は、第1の電極102と、第1の電極と間隙を介して対向して第1の基板106の面に配置された第2の電極105と、を有し、弾性波を受けて第1の電極102が振動することにより弾性波を受信する受信動作を少なくとも行う。第2の電極105に接続し、第1及び第2の電極が設けられた面とは逆側の第1の基板106の面側に第2の電極105を引き出す第1の電気接続部111が設けられている。第1及び第2の電極が設けられた第1の基板106の面側に、第1の基板の厚さ方向から見て第1の電気接続部111を覆い隠すための振動膜101が形成されている。
【選択図】 図1
Description
(第1の実施形態)
受信動作を行う電気機械変換装置の第1の実施形態を示す図である図1において、各符号は、図8を用いた上記説明と同様な構成要素を示す。空隙104は、大気圧以下の圧力状態で空気やそれ以外のガスなどが入った間隙であればよく、必ずしも空気の入った空間である必要はないが、以下の説明では空隙という表現を用いる。本実施形態も、以下に説明する点を除いて、図8を用いた上記説明とほぼ同様な構成を有する。以下、第2の基板112について、第1の基板106側の表面を上面、逆側の面を下面と呼ぶ。
r1=(Z0−Z1)/(Z0+Z1)・・・式(1)
一方、超音波が基板10に侵入(透過)する割合は、以下の式(2)のT1で表すことができる。
T1=2×Z0/(Z0+Z1)・・・式(2)
次に、図3を用いて第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、振動膜101の大きさと電気接続部111の大きさとの関係に関する。それ以外は、第1の実施形態と同じである。本実施形態では、CMUTなどへの超音波の入射角により、振動膜101の大きさと電気接続部111の大きさの関係を規定する。
θ1=sin−1(C2/C1×sin(θ0))・・・式(3)
X=t×tanθ1・・・式(4)
X<(a−b)・・・式(5)
a>b+t×tan(θ1)・・・式(6)
更に、式(3)と式(6)から、式(7)として表せる。
a>b+t×tan(sin−1(C2/C1×sin(θ0)))・・・式(7)
Rθ=|sin(k×W/2×sinθ)/(k×W/2×sinθ)|・・・式(8)
(但し、k=2π/λ)
a>b+t×tan(sin−1(C2/C1×sin(θmax)))・・・式(9)
こうして、式(9)の関係にすることで、入射される超音波が実際の使用上の角度範囲内の最大角度を持っていた場合でも、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を実現することができる。
次に、図4を用いて第3の実施形態を説明する。第3の実施形態は、電気接続部111を覆い隠している振動膜101に関する。それ以外は、第1及び第2の実施形態の何れかと同じである。エレメント内に配置された振動膜101は、電気接続部111上の振動膜108と、振動膜108以外の振動膜109の2種類に分けることができる。本実施形態は、電気接続部111上の振動膜108と、電気接続部上以外の振動膜109の振動膜の大きさが異なっていることが特徴である。
次に、図5を用いて第4の実施形態を説明する。第4の実施形態は、第1の電極(上部電極)102の配線に接続された電気接続部上の振動膜101に関する。それ以外は、第1から第3の実施形態の何れかと同じである。
次に、図6を用いて第5の実施形態を説明する。第5の実施形態は、貫通配線107と接続されていない電気接続部119に関する。それ以外は、第1から第4の実施形態の何れかと同じである。本実施形態では、貫通配線107に接続された電気接続部111に加えて、貫通配線107に接続されていない電気接続部119を有している。
次に、図7を用いて第6の実施形態を説明する。第6の実施形態は、第1から第5の実施形態の何れかに記載の静電容量型電気機械変換装置を用いた超音波測定装置に関する。図7において、201は超音波送信器(弾性波送信器)、202は測定対象物、203は静電容量型電気機械変換装置、204は画像情報生成装置、205は画像表示器である。また、301、302は超音波、303は超音波送信情報、304は超音波受信信号、305は再現画像情報、401は超音波測定装置である。
Claims (11)
- 第1の電極と、前記第1の電極と間隙を介して対向して第1の基板の面に配置された第2の電極と、を有し、弾性波を受けて前記第1の電極が振動することにより弾性波を受信する受信動作を少なくとも行う電気機械変換装置であって、
前記第2の電極に接続し、前記第1及び第2の電極が設けられた面とは逆側の前記第1の基板の面側に前記第2の電極を引き出す第1の電気接続部を備え、
前記第1及び第2の電極が設けられた前記第1の基板の面側に、前記第1の基板の厚さ方向から見て前記第1の電気接続部を覆い隠すための振動膜が形成されていることを特徴とする静電容量型電気機械変換装置。 - 前記第1の電極に接続し、前記逆側の前記第1の基板の面側に前記第1の電極を引き出す第2の電気接続部を備え、
前記第1及び第2の電極が設けられた前記第1の基板の面側に、前記第1の基板の厚さ方向から見て前記第2の電気接続部を覆い隠すための振動膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型電気機械変換装置。 - 前記電気接続部は、前記第1の基板を貫く貫通配線を介して前記電極と接続していることを特徴とする請求項1または2に記載の静電容量型電気機械変換装置。
- 前記電気接続部は、前記逆側の前記第1の基板の面の配線を第2の基板に接続する電気接続部であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
- 前記第1の基板と前記第2の基板の間において、前記電気接続部が配置されていない領域には、基板間充填物質が配置されていることを特徴とする請求項4に記載の静電容量型電気機械変換装置。
- 前記第2の基板の前記電気接続部が配置されていない面に、弾性波減衰物質が配置されていることを特徴とする請求項4または5に記載の静電容量型電気機械変換装置。
- 前記第1の基板へ弾性波が入射する角度θ0により、前記振動膜の大きさに対して、前記電気接続部の大きさが、
a>b+t×tan(sin−1(C2/C1×sin(θ0)))
(ただし、aは振動膜の大きさ、bは電気接続部の大きさ、tは第1の基板の厚さ、C1は弾性波が進行してくる領域にある物質の音速、C2は第1の基板の持つ音速)
で規定されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置。 - 当該電気機械変換装置が有する第1の基板への入射角と受信感度特性により、前記振動膜の大きさに対して、前記電気接続部の大きさが、
a>b+t×tan(sin−1(C2/C1×sin(θmax)))
(ただし、aは振動膜の大きさ、bは電気接続部の大きさ、tは第1の基板の厚さ、C1は弾性波が進行してくる領域にある物質の音速、C2は第1の基板の持つ音速、θmaxは受信感度特性を考慮した第1の基板への弾性波の使用最大入射角)
で規定されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置。 - 前記電気接続部の上以外の領域に、振動膜が設けられ、
前記電気接続部の上の振動膜と、前記電気接続部の上以外の振動膜の大きさが異なっていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置。 - 前記電気接続部の上の振動膜が、弾性波を受けた際、前記第1及び第2の電極間の容量の変化を発生させない構成であることを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
- 測定対象物からの弾性波を受信する請求項1から10の何れか1項に記載の静電容量型電気機械変換装置と、
少なくとも前記静電容量型電気機械変換装置からの受信信号を用いて測定対象物の画像情報を生成する画像情報生成装置と、
を有することを特徴とする測定装置。
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