JP2015521409A - 二重電極を有する超広帯域幅変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年5月1日出願の「二重電極を有する超広帯域幅変換器」という名称の米国特許仮出願第61/641,200号及び「二重電極を有する超広帯域幅変換器」という名称の2013年3月14日出願の米国特許出願第13/830,288号の利益を主張するものであり、これらの内容全体は、これにより全ての目的に対してその全体が引用によって組み込まれる。
105 pMUTアレイ
110、120、140 第1の電極レール
110’、120’、140’ 第2の電極レール
L1 基板の長さ
Claims (19)
- 基板上に配置された圧電膜と、
前記膜に結合された基準電極と、
前記膜に結合されて該膜における第1及び第2のモードの振動を駆動又は感知する第1及び第2の駆動/感知電極と、
を含むことを特徴とする圧電微小超音波変換器(pMUT)。 - 前記圧電膜は、円形又は回転楕円体又は楕円体幾何学形状を有し、かつ該膜の周囲で前記基板に係止され、
前記第1の駆動/感知電極は、前記膜のものよりも小さい直径を有して該膜の中心に位置合わせされた中心を有する円形又は回転楕円体幾何学形状を有し、
前記第2の駆動/感知電極は、前記膜の前記中心に位置合わせされた中心を有し、該膜のものよりも小さい外径を有し、かつ前記第1の駆動電極の少なくとも一部分に外接するように該第1の駆動/感知電極の外径よりも大きい内径を有する環状幾何学形状を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のpMUT。 - 前記膜は、回転対称性を有し、前記第1及び第2の駆動/感知電極は、同一平面上にあり、かつ該圧電膜の第1の側に配置され、
前記基準電極は、前記圧電膜の反対側に配置される、
ことを特徴とする請求項2に記載のpMUT。 - 前記第2の駆動/感知電極は、前記第1の駆動/感知電極に結合されたリードがそれを通して経路指定される不連続性を含むことを特徴とする請求項3に記載のpMUT。
- 前記膜の直径が、2μmよりも大きく、
第1モードの振動が、少なくとも40MHzの第1の共振周波数を有し、
第2モードの振動が、前記第1の共振周波数よりも高い第2の共振周波数を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のpMUT。 - 媒質に圧力波を発生させ、かつ感知するための装置であって、
基板上に配置された圧電膜、
前記膜に結合された基準電極、及び
前記膜に結合されて該膜における第1及び第2のモードの振動を駆動又は感知する第1及び第2の駆動/感知電極、
を更に含む圧電微小超音波変換器(pMUT)と、
前記第1の駆動/感知電極に結合され、かつ前記基準電極に対して該第1の駆動/感知電極上で第1の電気信号を駆動する第1の信号発生器と、
前記第2の駆動/感知電極に結合され、かつ前記基準電極に対して該第2の駆動/感知電極上の第2の電気信号を駆動する第2の信号発生器と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記第1及び第2の信号発生器は、前記第1及び第2の電気信号を同相で駆動して前記膜の第1の共振モードを第2の共振モードよりも多く励起するためのものであることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記第1及び第2の信号発生器は、前記第1及び第2の電気信号を異相で駆動して前記膜の第2の共振モードを第1の共振モードよりも多く励起するためのものであり、該第2のモードは、該第1の共振モードのものよりも高い共振周波数を有することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記第1及び第2の駆動電極に結合され、前記第1及び第2のモードで振動する前記膜に応答してスペクトルの低周波成分及び高周波成分の両方を受信する信号プロセッサを更に含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記圧電膜は、円形又は回転楕円体幾何学形状を有し、かつ該膜の周囲で前記基板に係止され、
前記第1の駆動/感知電極は、前記膜のものよりも小さい直径を有して該膜の中心に位置合わせされた中心を有する円形又は回転楕円体幾何学形状を有し、
前記第2の駆動/感知電極は、前記膜の前記中心に位置合わせされた中心を有し、該膜のものよりも小さい外径を有し、かつ前記第1の駆動電極の少なくとも一部分に外接するように前記第1の駆動/感知電極の外径よりも大きい内径を有する環状幾何学形状を有する、
ことを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 基板の区域にわたって配置され、電極レールの各セットが基準レールと1対の独立に電気的にアドレス可能な駆動/感知レールとを含む複数のセットの電極レールと、
各要素集団が前記電極レールのセットうちの1つに結合された1つよりも多い変換器要素を含む別々の要素集団を含む複数の圧電変換器要素であって、該圧電変換器要素の各々が、
圧電膜、
前記膜と前記基準レールとに結合された基準電極、及び
前記膜にかつ前記駆動/感知レール対のそれぞれのものに結合された第1及び第2の駆動/感知電極、
を更に含む前記複数の圧電変換器要素と、
を含むことを特徴とする圧電微小超音波変換器(pMUT)アレイ。 - 前記圧電膜は、円形又は回転楕円体幾何学形状を有し、かつ該膜の周囲で前記基板に係止され、
前記第1の駆動/感知電極は、前記膜のものよりも小さい直径を有して該膜の中心に位置合わせされた中心を有する円形又は回転楕円体幾何学形状を有し、
前記第2の駆動/感知電極は、前記膜の前記中心に位置合わせされた中心を有し、該膜のものよりも小さい外径を有し、かつ前記第1の駆動電極の少なくとも一部分に外接するように前記第1の駆動/感知電極の外径よりも大きい内径を有する環状幾何学形状を有する、
ことを特徴とする請求項11に記載のpMUTアレイ。 - 前記圧電膜の前記直径は、圧電変換器要素の1つの集団にわたって変化することを特徴とする請求項12に記載のpMUTアレイ。
- 1つの集団によって発生される累積周波数応答が、前記変換器の第1及び第2の共振モードに対応する最低及び最高中心周波数の間に連続3dB帯域幅を有することを特徴とする請求項13に記載のpMUTアレイ。
- 前記複数のセットの電極レールは、第1の次元にチャネルの線形アレイを形成し、
要素集団における変換器が、第2の次元に沿ってかつ前記第1の次元に沿って位置合わせされて各チャネルに2D要素アレイを提供する、
ことを特徴とする請求項11に記載のpMUTアレイ。 - 請求項1に記載のpMUTを用いて媒質に圧力波を発生させて感知するための装置を作動させる方法であって、
第1の電気信号を発生させる段階と、
第2の電気信号を発生させる段階と、
第1及び第2の信号のうちの1つの振幅及び位相のうちの少なくとも一方を他方に対して調整する段階と、
前記第1の電気信号を第1の駆動/感知電極にかつ前記第2の電気信号を第2の駆動/感知電極に印加して第1及び第2のモードの振動の相対強度を制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記第1及び第2の電気信号は、同相で印加されて第1の周波数を有する前記第1のモードの振動の強度を前記第2のモードの振動の強度に対して増大させ、
前記第1及び第2の信号は、異相で印加されて前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する前記第2のモードの振動の前記強度を該第1のモードの振動の前記強度に対して増大させる、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記基準電極に対する前記第1の駆動/感知電極からの第1の電気応答信号を受信する段階と、
前記基準電極に対する前記第2の駆動/感知電極からの第2の電気応答信号を受信する段階と、
前記第1及び第2の電気応答信号を信号処理して累積周波数応答を発生させる段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 圧電膜の直径が、圧電変換器要素の1つの集団にわたって変化し、
第1及び第2の電気応答信号が、前記圧電膜の各直径に対して受信され、
前記累積周波数応答は、前記第1及び第2の電気応答信号の最低及び最高中心周波数の間に連続3dB帯域幅を有する、
ことを特徴とする請求項18に記載の方法。
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