JP2014511055A - マイクロドームアレイを使用した圧電トランスデューサ - Google Patents
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Abstract
Description
106、116、126、136、146、156 トランスデューサアレイ
110、120、130、140、150、160、170、180 ワイヤ
168、178 下位アレイ
202、242 振動素子
208、248 基部
210、250 圧電素子
212、252 基準電極
214、254 駆動電極
218、258 湾曲部分
220、260 平面部分
226、232、266、272 電気的相互接続部
228、268 アクティブ接続パッド
230、270 制御/感知回路
234、274 接地接続パッド
238、278 周囲部分
240、280 中心部分
302、322 圧電素子
303、333 伝播媒体
310、330 圧力波
412 移行領域
402 PZT層
404 電極層
502 トランスデューサアレイ
504 トランスデューサデバイス
506 振動素子
514 環状金属シール
516 基部
Claims (61)
- 圧電トランスデューサにおいて、
駆動電極と、基準電極と、該駆動電極および基準電極の間に配置された、圧電素子とを備えている振動素子、および、
基部であって、該基部の第1表面上で前記振動素子を支持し、かつ前記振動素子の前記駆動電極と前記基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、
を備え、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の夫々が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記第1表面の同じエリアの上に懸架され、かつ前記駆動電極と前記基準電極との間に電圧が印加されていないときに、前記基部の前記第1表面に対して第1方向に湾曲しているものであり、
前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記駆動電極と前記基準電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記トランスデューサが、前記基部から前記振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ前記トランスデューサの該露出外面が、前記振動素子の外面、または前記振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記トランスデューサの前記露出外面が、前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 前記振動素子が、実質的に同一の振動素子から成る線形アレイの中の1つであり、さらに前記線形アレイの振動素子が夫々、前記基部の前記第1表面上で各環状支持体により支持されかつ前記基部内の回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記振動素子が、実質的に同一の振動素子から成る2次元アレイの中の1つであり、さらに前記2次元アレイの振動素子が夫々、前記基部の前記第1表面上で各支持体により支持されかつ前記基部内の回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記2次元アレイが多角形アレイであることを特徴とする請求項3記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基部内の前記回路が、前記2次元アレイの前記振動素子の真下エリアの実質的に範囲内にあることを特徴とする請求項3記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、環状の前記支持体の中心部分の上に懸架されていることを特徴とする請求項3記載の圧電トランスデューサ。
- 前記支持体が金属製リングであり、該金属製リングの第1面側が前記基部の前記第1表面に取り付けられ、かつ該金属製リングの第2面側が、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第1表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に取り付けられていることを特徴とする請求項6記載の圧電トランスデューサ。
- 前記支持体が金属製リングであり、該金属製リングが、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第1表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に、前記基部の前記第1表面を共晶接合させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項6記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基部が、前記第1表面内に形成されたキャビティを備え、かつ前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記キャビティの上に懸架されていることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基準電極の位置よりも前記駆動電極の位置の方が、前記基部の前記第1表面に近いことを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が夫々、前記基部の前記第1表面から離れるように湾曲していることを特徴とする請求項10記載の圧電トランスデューサ。
- 前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が夫々、前記基部の前記第1表面に向かって湾曲していることを特徴とする請求項10記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基準電極が動作中、地電位で維持されることを特徴とする請求項10記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子が、各平面部分によって包囲されている各湾曲部分を含み、かつ前記圧電素子の前記各平面部分と前記各湾曲部分の周囲部分とが、前記圧電素子の前記各静止部分を形成していることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、少なくとも0.5μmであることを特徴とする請求項14記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、0.5から10μmであることを特徴とする請求項14記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の厚さが、3から6μmの間であることを特徴とする請求項14記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の高さが、1.5から10μmの間であることを特徴とする請求項14記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の横寸法が、前記第1方向に対して垂直な平面内において15から80μmであることを特徴とする請求項14記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子の結晶粒構造が、円柱状でありかつ実質的に整列したものであり、さらに全てのまたは実質的に全ての、該円柱状結晶粒が、前記圧電素子の前記柔軟部分と前記静止部分との両方に及ぶ前記圧電素子の表面に対し、局所的に垂直であることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記駆動電圧が、10ボルト以下であることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 前記基部内の前記集積回路が、複数の前記振動素子の前記圧電素子夫々に前記トランスデューサの前記露出外面を通して加えられた該圧電素子夫々での圧力変化を、個々に感知するための、感知回路を含んでいることを特徴とする請求項1記載の圧電トランスデューサ。
- 媒体内に圧力波を生じさせるデバイスにおいて、
第1遠心端を有しているハンドル部分、および、
前記ハンドル部分の前記第1遠心端に近接して該ハンドル部分に取り付けられた、振動部分、を備え、前記振動部分が、
共通基準電極を共有している複数の振動素子であって、該振動素子の夫々が、各駆動電極と、該各駆動電極および前記共通基準電極の間に配置された、各圧電素子とを備えている、複数の振動素子、および、
基部であって、該基部の第1表面上で前記複数の振動素子を支持し、かつ前記複数の振動素子の前記駆動電極と前記共通基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記各圧電素子が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、前記第1表面の上に懸架され、かつ前記振動素子の前記各駆動電極と前記共通基準電極との間に駆動電圧が印加されていないときに、前記基部の前記第1表面に対して第1方向に湾曲しているものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、該圧電素子を間に配置している前記共通基準電極と前記各駆動電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記デバイスが、前記基部から前記複数の振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ該露出外面が、前記複数の振動素子の各外面、または前記複数の振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記デバイスの前記露出外面が、前記複数の振動素子の前記各圧電素子の前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とするデバイス。 - 前記複数の振動素子が、振動素子の線形アレイを形成していることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記複数の振動素子が、振動素子の2次元アレイを形成していることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記2次元アレイが多角形アレイであることを特徴とする請求項25記載のデバイス。
- 前記基部内の前記回路が、前記2次元アレイの前記振動素子の真下エリアの実質的に範囲内にあることを特徴とする請求項25記載のデバイス。
- 前記振動素子夫々が、前記基部の前記第1表面の上方で各支持体により懸架され、かつ前記圧電素子の前記各柔軟部分が、前記各支持体の中心部分の上に懸架されていることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記振動素子夫々の前記各支持体が金属製リングであり、該金属製リングの第1面側が前記基部の前記第1表面に取り付けられ、かつ該金属製リングの第2面側が、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第1表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に取り付けられていることを特徴とする請求項28記載のデバイス。
- 前記各支持体が金属製リングであり、該金属製リングが、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第1表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に、前記基部の前記第1表面を共晶接合させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項28記載のデバイス。
- 前記基部が、前記振動素子夫々の下方で前記第1表面内に形成された各キャビティを備え、かつ前記圧電素子の前記柔軟部分が、該各キャビティの上に懸架されていることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記共通基準電極の位置よりも前記振動素子夫々の前記各駆動電極の位置の方が、前記基部の前記第1表面に近いことを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各柔軟部分が、前記基部の前記第1表面から離れるように湾曲していることを特徴とする請求項32記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各柔軟部分が、前記基部の前記第1表面に向かって湾曲していることを特徴とする請求項32記載のデバイス。
- 前記共通基準電極が動作中、地電位で維持されることを特徴とする請求項32記載のデバイス。
- 前記各圧電素子が、各平面部分によって包囲されている各湾曲部分を含み、かつ前記圧電素子の前記各平面部分と前記各湾曲部分の周囲部分とが、前記圧電素子の前記各静止部分を形成していることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、少なくとも0.5μmであることを特徴とする請求項36記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、0.5から10μmであることを特徴とする請求項36記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各湾曲部分の厚さが、3から6μmの間であることを特徴とする請求項36記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各湾曲部分の高さが、1.5から10μmの間であることを特徴とする請求項36記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の前記各湾曲部分の横寸法が、前記第1方向に対して垂直な平面内において15から80μmであることを特徴とする請求項36記載のデバイス。
- 前記各圧電素子の結晶粒構造が、円柱状でありかつ実質的に整列したものであり、さらに全てのまたは実質的に全ての、該円柱状結晶粒が、前記圧電素子の前記柔軟部分と前記静止部分との両方に及ぶ前記圧電素子の表面に対し、局所的に垂直であることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記ハンドル部分の長さ寸法のサイズが、該長さ寸法に垂直な幅寸法のサイズよりも大きいことを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に垂直な第1平面内に配列していることを特徴とする請求項43記載のデバイス。
- 前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に平行な第1平面内に配列していることを特徴とする請求項43記載のデバイス。
- 前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に垂直な平面内の、さらに環状エリアの範囲内に配列していることを特徴とする請求項43記載のデバイス。
- 前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に平行でありかつ共通の軸から等距離にある、複数の平面上に、配列していることを特徴とする請求項43記載のデバイス。
- 前記基部内の前記集積回路が、前記複数の振動素子の夫々を個々に駆動するための駆動回路を含んでいることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの1以上を、20kHzから30MHzの間の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項48記載のデバイス。
- 前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの1以上を、1MHzから15MHzの間の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項48記載のデバイス。
- 前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの1以上を、10ボルト以下の駆動電圧で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項48記載のデバイス。
- 前記基部内の前記集積回路が、前記デバイスの前記露出外面を通して前記複数の振動素子の前記各圧電素子に加えられた該各圧電素子上の圧力変化を、個々に感知する、感知回路を含んでいることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 前記デバイスの最大サイズが、少なくとも2つの直交方向の夫々において、2mm未満であることを特徴とする請求項23記載のデバイス。
- 媒体内に圧力波を生じさせるデバイスにおいて、
第1遠心端を有しているハンドル部分、および、
前記ハンドル部分の前記第1遠心端に近接して該ハンドル部分に取り付けられた、振動部分、を備え、前記振動部分が、
共通基準電極を共有している複数の振動素子であって、該振動素子の夫々が、各駆動電極と、該各駆動電極および前記共通基準電極の間に配置された、各圧電素子とを備えている、複数の振動素子、および、
基部であって、該基部の第1表面上で前記複数の振動素子を支持し、かつ鉛直に延在している電気的接続部によって前記複数の振動素子の前記駆動電極と前記共通基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記各圧電素子が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、前記第1表面の上に懸架されているものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、該圧電素子を間に配置している前記共通基準電極と前記各駆動電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記デバイスが、前記基部から前記複数の振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ該露出外面が、前記複数の振動素子の各外面、または前記複数の振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記デバイスの前記露出外面が、前記複数の振動素子の前記各圧電素子の前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とするデバイス。 - 前記振動素子が平坦なものであることを特徴とする請求項54記載のデバイス。
- 前記各圧電素子が、円柱状結晶粒構造を有するスパッタ圧電層を備えていることを特徴とする請求項54記載のデバイス。
- 前記円柱状結晶粒構造が、前記スパッタ圧電層の表面に対して垂直であることを特徴とする請求項56記載のデバイス。
- 圧電トランスデューサにおいて、
駆動電極と、基準電極と、該駆動電極および基準電極の間に配置された、圧電素子とを備えている振動素子、および、
基部であって、該基部の第1表面上で前記振動素子を支持し、かつ鉛直に延在している電気的接続部によって前記振動素子の前記駆動電極と前記基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の夫々が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記第1表面の同じエリアの上に懸架されているものであり、
前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記駆動電極と前記基準電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記トランスデューサが、前記基部から前記振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ前記トランスデューサの該露出外面が、前記振動素子の外面、または前記振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記トランスデューサの前記露出外面が、前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 前記振動素子が平坦なものであることを特徴とする請求項58記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電素子が、円柱状結晶粒構造を有するスパッタ圧電層を備えていることを特徴とする請求項58記載の圧電トランスデューサ。
- 前記円柱状結晶粒構造が、前記スパッタ圧電層の表面に対して垂直であることを特徴とする請求項60記載の圧電トランスデューサ。
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