JP2018029700A - Ultrasonic device, ultrasonic module, and ultrasonic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic device, an ultrasonic module, and an ultrasonic apparatus.
従来、超音波の送受信を行う複数の超音波トランスデューサー素子(超音波トランスデューサー)がアレイ状に配置され構成される超音波アレイと、超音波アレイ上に設けられる音響整合層(音響層)と、音響層上に設けられる音響レンズと、を備える超音波デバイスが知られている(例えば特許文献1)。 Conventionally, an ultrasonic array in which a plurality of ultrasonic transducer elements (ultrasonic transducers) for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged in an array, and an acoustic matching layer (acoustic layer) provided on the ultrasonic array, An ultrasonic device including an acoustic lens provided on an acoustic layer is known (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の超音波デバイスでは、超音波トランスデューサーは、振動膜と、振動膜上に設けられた振動子としての圧電素子と、を備える。そして、超音波デバイスは、振動膜上に音響層及び音響レンズが順に積層され構成される。この超音波デバイスは、音響レンズが生体等の測定対象に当接された状態で、超音波を送受信する。例えば、圧電素子の駆動によって送信された超音波は、音響層及び音響レンズを伝播した後、音響レンズの表面から生体内に出力される。
In the ultrasonic device described in
ここで、特許文献1に記載の超音波デバイスのように、音響層と音響レンズとを振動膜上に順に積層する構成では、音響層によって振動膜の振動が阻害されることにより、超音波トランスデューサーの送受信感度が低下するおそれがある。しかしながら、このような課題については、従来、十分に考慮されていなかった。
Here, in the configuration in which the acoustic layer and the acoustic lens are sequentially laminated on the vibration film as in the ultrasonic device described in
例えば、特許文献1に記載のような構成では、音響レンズと音響層との音響インピーダンスのマッチングを図ることにより、音響レンズと音響層との界面での反射波(界面反射波)の発生を抑制できる。しかしながら、音響レンズは、測定対象から受ける外力による変形を抑制可能な硬度を有する。したがって、例えば、音響レンズと同一の材料を用いて音響層を形成し、インピーダンスマッチングを図ると、振動膜の振動が阻害され、ひいては送受信感度が低下するおそれがあった。
For example, in the configuration described in
本発明は、送受信感度の低下を抑制可能な以下の形態又は適用例として、超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic device, an ultrasonic module, and an ultrasonic apparatus as the following modes or application examples capable of suppressing a decrease in transmission / reception sensitivity.
本適用例に係る超音波デバイスは、振動膜と、前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備え、前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より小さいことを特徴とする。 An ultrasonic device according to this application example includes a vibration film, an acoustic layer provided on one surface side of the vibration film, and an acoustic lens provided on the opposite side of the acoustic film from the vibration film, The acoustic layer has a hardness smaller than that of the acoustic lens.
本適用例では、振動膜の一面側に設けられた音響層の硬度は、音響レンズの硬度より小さい。これにより、音響層によって振動膜の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。 In this application example, the hardness of the acoustic layer provided on one surface side of the vibration film is smaller than the hardness of the acoustic lens. Thereby, it can suppress that the vibration of a diaphragm is inhibited by an acoustic layer, and can control the fall of the transmitting-and-receiving sensitivity of an ultrasonic wave.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記音響層及び前記音響レンズは、同一の音響インピーダンスを有することが好ましい。
ここで述べる音響インピーダンスが同一とは、音響層及び音響レンズの音響インピーダンスが許容される範囲で異なる場合(略同一)も含む。例えば、音響層と音響レンズとの界面において界面反射波が発生したとしても、当該界面反射波による送受信感度や測定精度への影響が許容される範囲であれば、音響層及び音響レンズの音響インピーダンスの差異が許容される。
本適用例では、音響層と音響レンズとの界面での界面反射波の発生を抑制できる。したがって、界面反射波が生じることによる送受信感度の低下を抑制できる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the acoustic layer and the acoustic lens have the same acoustic impedance.
The case where the acoustic impedance described here is the same includes the case where the acoustic impedances of the acoustic layer and the acoustic lens are different within the allowable range (substantially the same). For example, even if an interface reflected wave is generated at the interface between the acoustic layer and the acoustic lens, the acoustic impedance of the acoustic layer and the acoustic lens is within a range that allows the interface reflected wave to affect the transmission and reception sensitivity and measurement accuracy. Differences are acceptable.
In this application example, it is possible to suppress the generation of an interface reflected wave at the interface between the acoustic layer and the acoustic lens. Therefore, it is possible to suppress a decrease in transmission / reception sensitivity due to the occurrence of interface reflection waves.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記一面の法線方向における前記音響層の寸法は、前記振動膜の振動によって送信される超音波の波長をλとしてλ/4の奇数倍及びλ/2の整数倍のいずれかであることが好ましい。
本適用例では、上記法線方向における音響層の寸法は、λ/4の奇数倍及びλ/2の整数倍のいずれかである。このような構成では、界面反射波が、音響層内で多重反射されることを抑制できる。
つまり、音響層と音響レンズとの音響インピーダンスが異なる場合、音響層と音響レンズとの界面(第1界面)において界面反射波が生じる場合がある。この界面反射波は、上記第1界面、及び、音響層と振動膜との界面(第2界面)の間で多重反射される場合がある。これに対して、音響層の寸法がλ/4の奇数倍及びλ/2の整数倍のいずれかであるため、第1界面及び第2界面のいずれかにおいて、界面反射波の位相を、振動膜の振動によって発振された超音波の位相と逆位相とすることができる。これにより、界面反射波の多重反射を抑制でき、多重反射した界面反射波が超音波デバイスに検出されることによる測定精度の低下を抑制できる。
In the ultrasonic device of this application example, the dimension of the acoustic layer in the normal direction of the one surface is an odd multiple of λ / 4 and λ / 2, where λ is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the vibration of the vibrating membrane. It is preferably any integer multiple.
In this application example, the dimension of the acoustic layer in the normal direction is either an odd multiple of λ / 4 or an integral multiple of λ / 2. With such a configuration, it is possible to suppress the interface reflected wave from being multiple-reflected in the acoustic layer.
That is, when the acoustic impedance of the acoustic layer is different from that of the acoustic lens, an interface reflected wave may be generated at the interface (first interface) between the acoustic layer and the acoustic lens. This interface reflected wave may be multiple-reflected between the first interface and the interface (second interface) between the acoustic layer and the vibration film. On the other hand, since the dimension of the acoustic layer is either an odd multiple of λ / 4 or an integral multiple of λ / 2, the phase of the interface reflected wave is oscillated at either the first interface or the second interface. The phase can be opposite to the phase of the ultrasonic wave oscillated by the vibration of the film. Thereby, the multiple reflection of an interface reflected wave can be suppressed, and the fall of the measurement precision by detecting the interface reflected wave which carried out multiple reflection by the ultrasonic device can be suppressed.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記音響層のショアA硬度は、5以上70以下であり、前記音響レンズのショアA硬度は、70より大きいことが好ましい。
本適用例では、音響層のショアA硬度を70以下とすることにより、音響層によって振動膜の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。また、音響層のショアA硬度を5以上とすることにより、音響層の強度を音響レンズの保持に十分な強度とすることができる。また、音響レンズのショアA硬度を70より大きくすることにより、測定対象に音響レンズが当接された際の音響レンズの変形を抑制できる。
In the ultrasonic device according to this application example, it is preferable that the Shore A hardness of the acoustic layer is 5 or more and 70 or less, and the Shore A hardness of the acoustic lens is greater than 70.
In this application example, by setting the Shore A hardness of the acoustic layer to 70 or less, it is possible to suppress the vibration of the vibration film from being inhibited by the acoustic layer, and it is possible to suppress a decrease in ultrasonic transmission / reception sensitivity. Further, by setting the Shore A hardness of the acoustic layer to 5 or more, the strength of the acoustic layer can be sufficient to hold the acoustic lens. Further, by making the Shore A hardness of the acoustic lens greater than 70, it is possible to suppress deformation of the acoustic lens when the acoustic lens is brought into contact with the measurement target.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記音響層及び前記音響レンズは、フィラーを含有する樹脂により構成され、前記フィラーの平均粒径は、前記音響レンズよりも前記音響層の方が小さいことが好ましい。
本適用例では、音響層におけるフィラーの平均粒径を、音響レンズにおける平均粒径よりも小さくすることにより、音響レンズよりも音響層の硬度を小さくできる。また、音響層及び音響レンズにおいて、それぞれ平均粒径が異なるフィラーを樹脂に含有させるという簡易な方法にて、音響レンズよりも音響層の硬度を小さくできる。
In the ultrasonic device of this application example, it is preferable that the acoustic layer and the acoustic lens are made of a resin containing a filler, and the average particle size of the filler is smaller in the acoustic layer than in the acoustic lens. .
In this application example, the hardness of the acoustic layer can be made smaller than that of the acoustic lens by making the average particle size of the filler in the acoustic layer smaller than the average particle size of the acoustic lens. Moreover, in the acoustic layer and the acoustic lens, the hardness of the acoustic layer can be made smaller than that of the acoustic lens by a simple method in which fillers having different average particle diameters are contained in the resin.
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記振動膜の前記一面側に設けられる基板を備え、前記基板は、前記振動膜と重なる位置に開口部を有し、前記音響層は、前記開口部に充填されることが好ましい。
本適用例では、音響層は、振動膜と重なる位置に設けられた開口部に少なくとも充填される。このような構成では、音響レンズを介して音響層に応力が作用した場合でも、開口部によって音響層の変形を抑制することができ、音響レンズの位置ずれを抑制できる。また、振動膜を支持する基板に設けられた開口部に音響層を充填するため、当該音響層の変形を抑制するための部材を別に設ける必要がなく、構成を簡略化できる。
The ultrasonic device according to this application example includes a substrate provided on the one surface side of the vibrating membrane, the substrate has an opening at a position overlapping the vibrating membrane, and the acoustic layer fills the opening. It is preferred that
In this application example, the acoustic layer is filled at least in an opening provided at a position overlapping the vibration film. In such a configuration, even when stress is applied to the acoustic layer via the acoustic lens, the opening can suppress deformation of the acoustic layer and suppress displacement of the acoustic lens. In addition, since the acoustic layer is filled in the opening provided in the substrate that supports the vibration film, it is not necessary to separately provide a member for suppressing deformation of the acoustic layer, and the configuration can be simplified.
本適用例に係る超音波モジュールは、振動膜と、前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスが設けられる回路基板と、を備え、前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より低いことを特徴とする。 An ultrasonic module according to this application example includes a vibration membrane, an acoustic layer provided on one surface side of the vibration membrane, and an acoustic lens provided on the opposite side of the acoustic layer from the vibration membrane. And a circuit board on which the ultrasonic device is provided, wherein the hardness of the acoustic layer is lower than the hardness of the acoustic lens.
本適用例では、振動膜の一面側に設けられた音響層の硬度は、音響レンズの硬度より小さい。これにより、音響層によって振動膜の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。また、音響レンズの硬度を音響層の硬度よりも大きくできるため、音響レンズの変形を抑制でき、音響レンズの性能低下を抑制できる。 In this application example, the hardness of the acoustic layer provided on one surface side of the vibration film is smaller than the hardness of the acoustic lens. Thereby, it can suppress that the vibration of a diaphragm is inhibited by an acoustic layer, and can control the fall of the transmitting-and-receiving sensitivity of an ultrasonic wave. Moreover, since the hardness of an acoustic lens can be made larger than the hardness of an acoustic layer, a deformation | transformation of an acoustic lens can be suppressed and the performance fall of an acoustic lens can be suppressed.
本適用例に係る超音波装置は、振動膜と、前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備える超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より低いことを特徴とする。 An ultrasonic apparatus according to this application example includes a vibration film, an acoustic layer provided on one surface side of the vibration film, and an acoustic lens provided on the opposite side of the acoustic layer from the vibration film. And a control unit that controls the ultrasonic device, wherein the acoustic layer has a hardness lower than that of the acoustic lens.
本適用例では、振動膜の一面側に設けられた音響層の硬度は、音響レンズの硬度より小さい。これにより、音響層によって振動膜の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。また、音響レンズの硬度を音響層の硬度よりも大きくできるため、音響レンズの変形を抑制でき、音響レンズの性能低下を抑制できる。 In this application example, the hardness of the acoustic layer provided on one surface side of the vibration film is smaller than the hardness of the acoustic lens. Thereby, it can suppress that the vibration of a diaphragm is inhibited by an acoustic layer, and can control the fall of the transmitting-and-receiving sensitivity of an ultrasonic wave. Moreover, since the hardness of an acoustic lens can be made larger than the hardness of an acoustic layer, a deformation | transformation of an acoustic lens can be suppressed and the performance fall of an acoustic lens can be suppressed.
[第1実施形態]
以下、第1実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図1は、超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置1は、超音波装置に相当し、図1に示されるように、超音波プローブ2と、超音波プローブ2にケーブル3を介して接続された制御装置10と、を備える。
この超音波測定装置1は、超音波プローブ2を測定対象としての生体(例えば人体)の表面に当接させ、超音波プローブ2から生体内に超音波を送信する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ2にて受信し、受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態(例えば血流等)を測定したりする。
[First Embodiment]
Hereinafter, the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the
The
The
[制御装置の構成]
制御装置10は、制御部に相当し、図1に示されるように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部11と、表示部12と、を備える。また、制御装置10は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部と、を備える。制御装置10は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置1を制御する。例えば、制御装置10は、超音波プローブ2の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ2から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部12に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部12に表示させたりする。このような制御装置10としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ2を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
[Configuration of control device]
The
[超音波プローブの構成]
図2は、超音波プローブ2の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ2は、図2に示されるように、筐体21と、筐体21内部に設けられた超音波デバイス22と、超音波デバイス22を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板23と、を備える。なお、超音波デバイス22と、回路基板23とにより、超音波モジュールに相当する超音波センサー24が構成される。
[Configuration of ultrasonic probe]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
As shown in FIG. 2, the
[筐体の構成]
筐体21は、図1に示されるように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面(センサー面21A)には、センサー窓21Bが設けられており、超音波デバイス22の一部が露出している。また、筐体21の一部(図1に示す例では側面)には、ケーブル3の通過孔21Cが設けられ、ケーブル3は、通過孔21Cから筐体21の内部の回路基板23に接続されている。また、ケーブル3と通過孔21Cとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル3を用いて、超音波プローブ2と制御装置10とが接続される構成を例示するが、これに限定されず、例えば超音波プローブ2と制御装置10とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ2内に制御装置10の各種構成が設けられていてもよい。
[Case configuration]
As shown in FIG. 1, the
In the present embodiment, the configuration in which the
[回路基板の構成]
回路基板23は、超音波デバイス22の信号端子414P及び共通端子416P(図3参照)と電気的に接続され、制御装置10の制御に基づいて超音波デバイス22を制御する。
具体的には、回路基板23は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス22に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス22から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、A−D変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置10に出力する。
[Configuration of circuit board]
The circuit board 23 is electrically connected to the
Specifically, the circuit board 23 includes a transmission circuit, a reception circuit, and the like. The transmission circuit outputs a drive signal that causes the
[超音波デバイスの構成]
図3は、超音波デバイス22における素子基板41を、封止板42側から見た平面図である。図4は、図3におけるA−A線で切断した超音波デバイス22の断面図である。
超音波デバイス22は、図4に示すように、素子基板41と、封止板42と、音響層43と、音響レンズ44と、により構成される。
[Configuration of ultrasonic device]
FIG. 3 is a plan view of the
As illustrated in FIG. 4, the
(素子基板の構成)
素子基板41は、図4に示されるように、基板本体部411と、基板本体部411の封止板42側に設けられる振動膜412と、振動膜412に設けられた圧電素子413と、を備える。ここで、以降の説明にあたり、基板本体部411の音響レンズ44側の面を前面411Aと称し、封止板42に対向する面を背面411Bと称する。また、振動膜412の封止板42とは反対側の面(一面に相当)を超音波送受面412Aと称し、封止板42側の面を作動面412Bと称する。
(Configuration of element substrate)
As shown in FIG. 4, the
図3に示されるように、素子基板41には、マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサー45を含む、1次元アレイとしての超音波トランスデューサーアレイ46が設けられる。すなわち、素子基板41を基板厚み方向から見た平面視において、素子基板41の中央のアレイ領域Ar1に、複数の超音波トランスデューサー45がマトリクス状に配置され、超音波トランスデューサーアレイ46が構成される。超音波トランスデューサーアレイ46は、X方向(スライス方向)に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー45により構成され、1CHの送受信チャンネルとして機能する送受信列45Aを複数有する。これら複数の送受信列45Aは、Y方向(スキャン方向)に配置される。なお、図3では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー45の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー45が配置される。
As shown in FIG. 3, the
基板本体部411は、図4に示されるように、振動膜412を支持する基板であり、例えばSi等の半導体基板で構成される。基板本体部411には、各々の超音波トランスデューサー45に対応した開口部411Cが設けられる。
As shown in FIG. 4, the
振動膜412は、例えばSiO2や、SiO2及びZrO2の積層体等より構成され、基板本体部411の背面411Bに設けられる。すなわち、振動膜412は、開口部411Cを構成する壁部411Dにより支持され、開口部411Cの背面411B側を閉塞する。この振動膜412の厚み寸法は、基板本体部411に対して十分小さい厚み寸法となる。
The
また、図4に示されるように、各開口部411Cを閉塞する振動膜412の作動面412Bには、それぞれ下部電極414、圧電膜415、及び上部電極416の積層体である圧電素子413が設けられている。これら開口部411Cを閉塞する振動膜412及び圧電素子413により、1つの超音波トランスデューサー45が構成される。
Further, as shown in FIG. 4, a
このような超音波トランスデューサー45では、下部電極414及び上部電極416の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることにより、開口部411Cの開口領域内の振動膜412を振動させて、超音波送受面412A側から超音波を送信する。また、対象物から反射され、超音波送受面412Aに入射する超音波により振動膜412が振動されると、圧電膜415の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極414及び上部電極416間に発生する前記電位差を検出することにより、超音波を検出、つまり受信する。
In such an
ここで、下部電極414は、X方向に沿って直線状に形成され、1CHの送受信列45Aを構成する。この下部電極414の両端部(±X側端部)には、回路基板23に電気接続される信号端子414Pが設けられている。この下部電極414の両端部(±X側端部)には、端子領域Ar2において、回路基板23に電気接続される信号端子414Pが設けられる。
Here, the
また、上部電極416は、Y方向に沿って直線状に形成されており、Y方向に並ぶ送受信列45Aを接続する。そして、上部電極416の±Y側端部は共通電極線416Aに接続される。この共通電極線416Aは、X方向に沿って複数配置された上部電極416同士を結線する。共通電極線416Aの両端部(±X側端部)には、回路基板23に電気接続される共通端子416Pが設けられている。共通端子416Pは、回路基板23の基準電位回路(図示省略)に接続され、基準電位に設定される。
The
(封止板の構成)
封止板42は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板41と同形状に形成され、Si等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板42の材質や厚みは、超音波トランスデューサー45の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー45にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
(Configuration of sealing plate)
The sealing
封止板42は、素子基板41のアレイ領域Ar1に対向する領域には、開口部411Cに対応した複数の凹溝421を有する。これにより、振動膜412のうち、超音波トランスデューサー45により振動される領域(開口部411C内)では、素子基板41との間に所定寸法のギャップ421Aが設けられることになり、振動膜412の振動が阻害されない。また、1つの超音波トランスデューサー45からの背面波が他の隣接する超音波トランスデューサー45に入射される不都合(クロストーク)を抑制できる。
The sealing
また、振動膜412が振動すると、開口部411C側(超音波送受面412A側)の他、封止板42側(背面411B側)にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板42により反射され、再びギャップ421Aを介して振動膜412側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜412から超音波送受面412A側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、ギャップ421Aにおける音響的な距離が、超音波の波長をλとしてλ/4の奇数倍となるように、各凹溝421の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー45から発せられる超音波の波長λを考慮して、素子基板41や封止板42の各部の厚み寸法が設定される。
Further, when the
また、封止板42は、素子基板41の端子領域Ar2に対向する位置に、各端子414P,416Pを回路基板23に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、素子基板41に設けられた開口部と、当該開口部を介して各端子414P,416Pと回路基板23とを接続するFPC(Flexible printed circuits)やケーブル線、ワイヤー等の配線部材と、を含む構成が例示される。
Further, the sealing
(音響層及び音響レンズの構成)
音響層43は、図4に示されるように、基板本体部411の前面411A側と、振動膜412の超音波送受面412A側と、開口部411C内と、に配置される。音響層43は、振動膜412の超音波送受面412Aに接するように配置される。この音響層43は、超音波トランスデューサー45の駆動時に、圧電素子413の変位に応じて弾性変形し、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を、音響レンズ44を介して測定対象に伝搬させる。また、音響層43は、同様に、生体内で反射した超音波を、音響レンズ44を介して超音波トランスデューサー45に伝搬させる。
(Configuration of acoustic layer and acoustic lens)
As shown in FIG. 4, the
音響レンズ44は、音響層43上(+Z側)に配置される。音響レンズ44は、生体表面に密着され、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を、生体内で効率良く収束させる。また、音響レンズ44は、生体内で反射した超音波を、音響層43を介して、効率良く超音波トランスデューサー45に伝搬させる。
The
これら音響層43及び音響レンズ44は、音響インピーダンスが略同じ値に設定される。また、音響層43及び音響レンズ44は、音響インピーダンスが測定対象である生体の音響インピーダンスと略同じ値に設定される。例えば、音響層43及び音響レンズ44の音響インピーダンスは、1.5MRaylsである。これにより、音響層43と音響レンズ44との界面や、音響レンズ44と測定対象との界面において、超音波が反射される、つまり界面反射波が生じることを抑制できる。
なお、音響層43と音響レンズ44との音響インピーダンスの値が略同じ値とは、同値である以外に、界面反射波による測定精度への影響を許容できる範囲において、音響層43と音響レンズ44との音響インピーダンスの値が異なる場合も含む。
The
Note that the acoustic impedance values of the
図5は、音響層43のショアA硬度に対する振動膜412及び圧電素子413の変位割合を示す図である。なお、図5では、音響層43及び音響レンズ44を設けない場合の振動膜412(圧電素子413)の変位に対する、音響層43を振動膜412上に設けた場合の振動膜412の変位の割合(変位割合)を示す。
音響層43の硬度は、音響レンズ44の硬度よりも小さい。換言すると、音響レンズ44の硬度は、音響層43の硬度よりも大きい。これにより、後述するように、音響層43によって振動膜412の振動が妨げられることを抑制できる。
FIG. 5 is a diagram showing a displacement ratio of the
The hardness of the
ここで、音響レンズ44は、ショアA硬度が70よりも大きいことが好ましい。
これにより、音響レンズ44に測定対象等からの外力が作用しても、当該音響レンズ44の変形を抑制できる。
Here, the
Thereby, even if an external force from the measurement target or the like acts on the
また、音響層43は、ショアA硬度が5以上70以下であることが好ましい。さらに、音響層43は、ショアA硬度が15以上55以下であることがより好ましい。
図5に示すように、音響層43のショアA硬度を70以下とすることにより、振動膜412の変位割合を95%以上(変位割合の低下を5%未満)とすることができる。この場合、超音波の送信時と受信時との両方で、変位割合を90%以上とすることができる。これにより、超音波の送受信時において、音響層43によって振動膜412の変形が阻害されることを抑制でき、送受信感度を向上させることができる。
The
As shown in FIG. 5, by setting the Shore A hardness of the
また、音響層43のショアA硬度を55以下とすることにより、圧電素子413の変位割合を97.5%以上(変位割合の低下を2.5%未満)とすることができる。この場合、超音波の送信時と受信時との両方で、変位割合を95%以上とすることができ、超音波の減衰をより一層抑制できる。
In addition, by setting the Shore A hardness of the
また、音響層43のショアA硬度を5以上とすることにより、音響レンズ44を超音波デバイス22に固定するのに必要な音響層43の強度を得ることができる。
ここで、音響層43のショアA硬度が5以上10未満の場合では、振動膜412の変位割合が、音響層43がない場合と略同じである。したがって、ショアA硬度を10以上とすることにより、より硬度が大きい音響層43を用いることができる。これにより、音響層43が著しく変形することを抑制でき、例えば超音波デバイス22に対する音響レンズ44の位置ずれを抑制できる。
In addition, by setting the Shore A hardness of the
Here, when the Shore A hardness of the
上述のように、硬度が異なる音響層43及び音響レンズ44を実現するために、本実施形態では、音響層43及び音響レンズ44をフィラー含有するシリコーン樹脂により構成し、含有されるフィラーの平均粒径を異ならせている。
具体的に、図4に示されるように、音響層43は、母材としてのシリコーン樹脂431と、平均粒径が第1値である第1フィラー432と、を含み構成される。
また、音響レンズ44は、母材としてのシリコーン樹脂441と、平均粒径が第1値よりも大きい第2値である第2フィラー442と、を含み構成される。
As described above, in order to realize the
Specifically, as shown in FIG. 4, the
The
これらシリコーン樹脂431,441は、例えば、材料や架橋密度等が適宜選択されることにより、音響インピーダンス(音速と密度の積)が測定対象と略同じ値となるように形成される。シリコーン樹脂は、測定対象としての生体と近い値の音響インピーダンスを有するため、生体との間でのインピーダンスマッチングを図ることが容易である。 These silicone resins 431 and 441 are formed so that the acoustic impedance (product of sound speed and density) is substantially the same value as that of the measurement object, for example, by appropriately selecting the material, the crosslinking density, and the like. Since the silicone resin has an acoustic impedance with a value close to that of a living body as a measurement target, it is easy to achieve impedance matching with the living body.
第1フィラー432及び第2フィラー442は、平均粒径が異なる以外は同様に構成され、例えば、シリカ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、アルミナ、酸化チタン、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、カーボン、及び窒化ボロン等の無機材料の少なくとも1種を含む粉末材料である。なお、本実施形態では、第1フィラー432及び第2フィラー442の平均粒径や、占有率(シリコーン樹脂との体積比)は、それぞれ音響層43及び音響レンズ44の音響インピーダンスに影響しない範囲に設定される。
The
上述のように、音響層43を構成する第1フィラー432の平均粒径である第1値は、音響レンズ44を構成する第2フィラー442の平均粒径である第2値よりも小さい。このように、充填材である第1フィラー432の平均粒径を小さくすることにより、音響層43の硬度を、音響レンズ44の硬度よりも小さくできる。なお、音響層43及び音響レンズ44の硬度は、シリコーン樹脂の架橋密度によっても調整され得る。
As described above, the first value that is the average particle diameter of the
[第1実施形態の効果]
上述のように構成される第1実施形態の超音波デバイス22では、以下の効果を得ることができる。
音響層43は、振動膜412の超音波送受面412Aに配置され、音響レンズ44よりも硬度が小さい。これにより、音響層43によって振動膜412の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。
ここで、音響層43と音響レンズ44との音響インピーダンスのマッチングのために、例えば、音響層43と音響レンズ44とを同一の材料で形成した場合、音響層43の硬度が音響レンズ44と同じ値となるため、音響層43によって振動膜412の振動が阻害されるおそれがある。つまり、超音波の送信時では、圧電素子413が駆動されても、振動膜412の振動が阻害されることにより、送信される超音波のエネルギーが低減する。また、超音波の受信時でも、振動膜412の振動が阻害されることにより、圧電素子413から出力される信号強度が低下する。このように、超音波トランスデューサー45の送受信感度が低下する。これに対して、音響層43の硬度を音響レンズ44の硬度よりも小さくすることにより、音響レンズ44の硬度を維持したまま、音響層43の硬度を小さくすることができる。すなわち、振動膜412の振動の阻害を抑制可能な値に、音響層43の硬度を設定でき、送受信感度の低下を抑制できる。
以上から、本実施形態では、音響レンズ44の変形を抑制しつつ、音響層43による送受信感度の低下を抑制できる。
[Effect of the first embodiment]
With the
The
Here, in order to match the acoustic impedance between the
As described above, in the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in transmission / reception sensitivity due to the
また、音響レンズ44に作用したせん断応力を音響層43によって緩和させることができる。つまり、音響レンズ44を測定対象に接触させた際等、XY面に平行な方向の力(せん断応力)が音響レンズ44に作用する場合がある。この場合に、音響層43の硬度を、音響レンズ44の硬度よりも小さくすることにより、音響層43を変形させることができ、せん断応力を緩和できる。したがって、せん断応力によって素子基板41が劣化したり損傷したりすることを抑制できる。
Further, the shear stress acting on the
ここで、音響層43、音響レンズ44、及び測定対象の音響インピーダンスが異なる場合、音響層43と音響レンズ44との界面や、音響レンズ44と測定対象との界面において界面反射波が生じる場合がある。超音波トランスデューサー45から送信された超音波の一部が界面反射波となると、測定対象に向かって送信される超音波のエネルギーが低下する。また、測定対象からの反射波の一部が界面反射波となると、超音波トランスデューサー45に受信される超音波のエネルギーが低下する。このため、超音波の送受信感度が低下するおそれがある。また、界面反射波が、超音波トランスデューサー45に検出されると、測定精度が低下するおそれがある。
Here, when the acoustic impedance of the
これに対して、音響層43及び音響レンズ44は、測定対象と同一の音響インピーダンスを有する。このような構成では、音響層43と音響レンズ44との界面や、音響レンズ44と測定対象との界面において界面反射波が生じることを抑制できる。したがって、界面反射波が生じることによる送受信感度の低下や、測定精度の低下を抑制できる。
On the other hand, the
音響層43のショアA硬度は、5以上70以下であり、音響レンズ44のショアA硬度は、70より大きい。音響層43のショアA硬度を70以下とすることにより、音響層43によって振動膜412の振動が阻害されることを抑制でき、超音波の送受信感度の低下を抑制できる。また、音響層43のショアA硬度を5以上とすることにより、音響層43の強度を、音響レンズ44を保持するために十分な強度とすることができる。また、音響レンズ44のショアA硬度を70より大きくすることにより、測定対象に音響レンズ44が当接された際の音響レンズ44の変形を抑制できる。
The Shore A hardness of the
音響層43及び音響レンズ44は、フィラーを含有するシリコーン樹脂により構成される。このような構成では、音響層43の第1フィラー432の平均粒径(第1値)を、音響レンズ44の第2フィラー442の平均粒径(第2値)よりも小さくすることにより、音響レンズ44よりも音響層43の硬度を小さくできる。また、音響層43及び音響レンズ44において、平均粒径が異なるフィラーを用いるという簡易な方法にて、音響レンズ44よりも音響層43の硬度を小さくできる。
The
音響層43は、振動膜412と重なる位置に設けられた開口部411Cに少なくとも一部が充填される。このような構成では、音響レンズ44を介して音響層43に応力が作用した場合でも、開口部411Cによって音響層43が著しく変形することを抑制でき、音響レンズ44の位置ずれを抑制できる。また、振動膜412を支持する基板本体部411に設けられた開口部411Cに音響層43を充填するため、当該音響層43の変形を抑制するための部材を別に設ける必要がなく、構成を簡略化できる。
The
[第2実施形態]
以下、第2実施形態について説明する。
第1実施形態では、音響層43と音響レンズ44とは音響インピーダンスの値が同一であった。これに対して、第2実施形態では、音響層の厚み寸法が、送受信される超音波の波長λに基づいて設定され、音響層と音響レンズとの音響インピーダンスが同値に設定される必要がない点において第1実施形態と相違している。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the
In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図6は、第2実施形態の超音波デバイス22Aを模式的に示す図である。なお、図6では、超音波デバイス22Aの構成を簡略化し、超音波デバイス22の振動膜412、音響層47、及び音響レンズ44の断面を模式的に示している。
音響層47は、図6に示されるように、振動膜412の超音波送受面412Aに設けられる。音響層47は、音響レンズ44とは異なる音響インピーダンスの値を有する。本実施形態では、音響層47の音響インピーダンスは、音響レンズ44よりも小さく、例えば、1.0MRaylsである。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an
As shown in FIG. 6, the
音響層47の厚み(すなわち超音波送受面412Aの法線方向における寸法L)は、超音波トランスデューサー45から送信される超音波の波長をλとし、1以上の整数をnとして、下記式(1)を満たす。つまり、音響層47及び音響レンズ44の界面(以下、第1界面F1とも称する)と、超音波送受面412Aとの距離である寸法Lは、λ/2の整数倍である。
The thickness of the acoustic layer 47 (that is, the dimension L in the normal direction of the ultrasonic transmission /
[数 1]
L=(λ/2)×n ・・・(1)
[Equation 1]
L = (λ / 2) × n (1)
[第2実施形態の効果]
第2実施形態の超音波デバイス22Aでは、第1実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
ここで、図6に示すように、第1界面F1に入射する超音波U0の一部が、第1界面F1で反射され、−Z方向に伝播する第1界面反射波U1が発生する場合がある。また、第1界面反射波U1が、第2界面F2で反射され、+Z方向に伝播する第2界面反射波U2が生じる場合がある。このように第1界面F1及び第2界面F2の間で超音波の多重反射が生じる場合がある。この場合、多重反射波に対応する複数のピークが検出される、所謂、尾引きが生じ、測定精度が低下するおそれがある。
[Effects of Second Embodiment]
In the
Here, as shown in FIG. 6, a part of the ultrasonic wave U0 incident on the first interface F1 may be reflected by the first interface F1, and the first interface reflected wave U1 propagating in the −Z direction may be generated. is there. Further, the first interface reflected wave U1 may be reflected by the second interface F2 to generate a second interface reflected wave U2 that propagates in the + Z direction. In this way, multiple reflections of ultrasonic waves may occur between the first interface F1 and the second interface F2. In this case, so-called tailing, in which a plurality of peaks corresponding to multiple reflected waves are detected, may cause a reduction in measurement accuracy.
これに対して、音響層47の寸法Lをλ/2の整数倍とすることにより、以下に詳述するように、多重反射を抑制でき、つまり尾引きの発生を抑制でき、測定精度を向上させることができる。
−Z方向に伝播する第1界面反射波U1が、第2界面F2(超音波送受面412A)にて反射される際に位相が反転することがわかっている。このため、音響層47の厚み寸法をλ/2の整数倍とすることにより、第1界面F1に再入射する際の第2界面反射波U2の位相を、第1界面F1で反射された第1界面反射波U1に対して逆位相とすることができる。これにより、第1界面反射波U1と第2界面反射波U2との少なくとも一部を互いに打ち消すことができ、多重反射を抑制できる。
On the other hand, by making the dimension L of the
It is known that the phase is reversed when the first interface reflected wave U1 propagating in the −Z direction is reflected by the second interface F2 (ultrasonic wave transmitting / receiving
また、音響層47と音響レンズ44との音響インピーダンスが異なる構成としても、上述のように多重反射の影響を抑制できる。このため、音響インピーダンスに関わらず、音響層47及び音響レンズ44における超音波の減衰係数を小さくすることができ、送受信感度を向上させることができる。
Even if the acoustic impedance of the
[第2実施形態の変形例]
図7は、第2実施形態の一変形例に係る超音波デバイス22Bを模式的に示す図である。なお、図7では、超音波デバイス22Aの構成を簡略化し、超音波デバイス22の振動膜412、音響層48、及び音響レンズ44の断面を模式的に示している。
図7に示される、一変形例に係る超音波デバイス22Bは、第2実施形態における音響層47とは異なる厚み寸法の音響層48を有する。
音響層48は、音響層47と同様に、音響インピーダンスが音響レンズ44よりも小さく、例えば、1.0MRaylsに設定されている。
音響層48の寸法Lは、超音波トランスデューサー45から送信される超音波の波長をλとし、1以上の整数をnとして、下記式(2)を満たす。つまり、音響層48及び音響レンズ44の界面(以下、第1界面F1とも称する)と、超音波送受面412Aとの距離である寸法Lは、λ/4の奇数倍である。
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an
An
Similarly to the
The dimension L of the
[数 2]
L=(λ/4)×(2n−1) ・・・(2)
[Equation 2]
L = (λ / 4) × (2n−1) (2)
このように、音響層48の寸法Lをλ/4の奇数倍とすることにより、多重反射を抑制でき、測定精度を向上させることができる。すなわち、音響層47の寸法をλ/4の奇数倍とすることにより、図7に示されるように、第2界面F2に再入射する際の第1界面反射波U1の位相を、第2界面反射波U2に対して逆位相とすることができる。これにより、第1界面反射波U1と第2界面反射波U2との少なくとも一部を互いに打ち消すことができ、多重反射を抑制できる。
Thus, by making the dimension L of the
[第2実施形態の他の変形例]
第2実施形態及び変形例では、音響層の音響インピーダンスが、音響レンズの音響インピーダンスよりも小さい場合について説明したが、これに限定されない。例えば、音響層の音響インピーダンスが、音響レンズの音響インピーダンスよりも大きくてもよい。この場合、音響層47から音響レンズ44に向かって伝播する超音波が第1界面F1にて反射する際に位相が反転するものの、音響層の厚み寸法が上記式(1)、(2)のいずれかを満たすことにより、多重反射を抑制できる。つまり、音響層の厚み寸法を、上記式(1)を満たすように設定することにより、第2界面F2に再入射する際の第1界面反射波U1の位相を、第2界面反射波U2の逆位相とすることができる。また、音響層の厚み寸法を、上記式(2)を満たすように設定することにより、第1界面F1に再入射する際の第2界面反射波U2の位相を、第1界面反射波U1の逆位相とすることができる。したがって、第1界面F1及び第2界面F2のいずれかにおいて、界面反射波の少なくとも一部を相殺でき、多重反射を抑制できる。
[Other Modifications of Second Embodiment]
In 2nd Embodiment and the modification, although the case where the acoustic impedance of the acoustic layer was smaller than the acoustic impedance of an acoustic lens was demonstrated, it is not limited to this. For example, the acoustic impedance of the acoustic layer may be larger than the acoustic impedance of the acoustic lens. In this case, although the phase is inverted when the ultrasonic wave propagating from the
[変形例]
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
上記第1実施形態では、音響層43及び音響レンズ44の音響インピーダンスが測定対象と同一である構成を例示したが、これに限定されない。例えば、音響層43及び音響レンズ44の音響インピーダンスが、測定対象と同一でなくてもよい。また、音響層43と音響レンズ44とが同一の音響インピーダンスを有していなくてもよい。また、第2実施形態では、音響層47が、超音波の波長に応じた厚み寸法を有する構成を例示したが、これに限定されず、任意の寸法を有する構成としてもよい。このような場合でも、音響層の硬度を、音響レンズの硬度よりも小さくすることにより、上述のように、送受信感度の低下を抑制できる。
[Modification]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention includes configurations obtained by modifying, improving, and appropriately combining the embodiments as long as the object of the present invention can be achieved. Is.
In the said 1st Embodiment, although the acoustic impedance of the
上記各実施形態では、音響層は、開口部411C内と、基板本体部411の前面411A側とに配置され、音響レンズは、音響層上に配置される構成を例示したが、これに限定されない。
図8は、一変形例に係る超音波デバイス22Cを模式的に示す断面図である。なお、図8では、音響層43の形状を除き、第1実施形態の超音波デバイス22と同様に構成される超音波デバイス22Cを例示する。
In each said embodiment, although the acoustic layer was arrange | positioned in the
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an
図8に示されるように、音響層43は、開口部411C内に充填される。また、音響レンズ44は、音響層43と基板本体部411との+Z側に配置される。つまり、音響レンズ44のX方向及びY方向における外周部分は、基板本体部411に固定されている。これにより、音響レンズ44に外力が作用した際に、素子基板41に対する音響レンズ44の位置ずれが生じることをより確実に抑制できる。
また、超音波デバイス22Cでは、開口部411Cの深さ方向(Z方向)の寸法に応じて、音響層の厚み寸法を設定できる。したがって、第2実施形態のように音響層の厚み寸法を所望値に設定する場合、音響層の厚み寸法を、より確実かつ容易に適切な値に設定できる。
As shown in FIG. 8, the
Further, in the
また、図9は、一変形例に係る超音波デバイス22Dを模式的に示す断面図である。なお、図9では、第2の音響層49を備える点を除き、図8に示す一変形例の超音波デバイス22Cと同様に構成される超音波デバイス22Dを例示する。
図9に示されるように、第2の音響層49は、音響層43と基板本体部411との+Z側(封止板42とは反対側)に配置される。また、第2の音響層49の+Z側に音響レンズ44が配置される。この第2の音響層49は、音響層43よりも硬度が大きく、音響レンズ44よりも硬度が小さい。第2の音響層49は、音響層43及び音響レンズ44と同一の音響インピーダンスを有する。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an ultrasonic device 22D according to a modification. FIG. 9 illustrates an ultrasonic device 22D configured in the same manner as the
As shown in FIG. 9, the second
このような構成では、音響層43によって音響レンズ44を保持しなくてもよいため、音響層43の硬度をより一層小さくできる。したがって、音響層43による送受信感度の低下をより一層抑制できる。また、第2の音響層49は、音響レンズ44に作用するせん断応力を緩和させることができる。また、第2の音響層49は、音響レンズ44を素子基板41に保持することができ、音響レンズ44に外力が作用した場合の位置ずれを抑制できる。
In such a configuration, the
なお、図9に示す超音波デバイス22Dにおいて、音響層43、音響レンズ44、及び第2の音響層49の少なくともいずれかが異なる音響インピーダンスを有してもよい。この場合、音響層43と第2の音響層49との厚み寸法を、各層の音響インピーダンスの値と、超音波の波長λとに基づいて、多重反射を抑制可能な値に設定することが好ましい。つまり、音響層43と超音波送受面412Aとの界面、及び、音響層43と第2の音響層49との界面の少なくともいずれかにおいて界面反射波が相殺されるように、音響層43の厚み寸法を設定すればよい。また、音響層43と第2の音響層49との界面、及び、第2の音響層49と音響レンズ44との界面の少なくともいずれかにおいて界面反射波が相殺されるように、第2の音響層49の厚み寸法を設定すればよい。例えば、音響層43と第2の音響層49との厚み寸法を、λ/4の奇数倍とすることにより、音響層43と第2の音響層49とにおいて、超音波の多重反射が生じることを抑制できる。
In the ultrasonic device 22D shown in FIG. 9, at least one of the
上記各実施形態では、図4に示すように、開口部411Cが形成された基板本体部411が、振動膜412の超音波送受面412A側に設けられ、振動膜412の作動面412B側に圧電素子413が設けられ、超音波送受面412A側から超音波を送受信する構成を例示したがこれに限定されない。
図10は、一変形例に係る超音波デバイス22Eを模式的に示す断面図である。なお、図10では、振動膜412に対する、基板本体部411及び圧電素子413の配置位置が異なる点や、封止板42に凹部が形成されていない点を除き、第1実施形態の超音波デバイス22と同様に構成される超音波デバイス22Eを例示する。図10に示されるように、振動膜412の作動面412B側に基板本体部411が設けられ、超音波送受面412A側に圧電素子413が設けられる構成としてもよい。
また、振動膜412の超音波送受面412A側に基板本体部411及び圧電素子413が設けられる構成としてもよい。また、振動膜412の作動面412B側に基板本体部411及び圧電素子413が設けられる構成としてもよい。
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 4, the substrate
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an
Further, the substrate
上記各実施形態において、音響層及び音響レンズの構成は上述の構成に限定されない。例えば、上記各実施形態において、音響層及び音響レンズは、シリコーン樹脂を用いて形成される構成を例示したが、シリコーン樹脂以外の樹脂材料を用いて形成されてもよい。例えば、シリコーン樹脂以外の非ジエン系ゴム材料、ジエン系ゴム材料、及び天然ゴム等の各種樹脂材料を用いてもよい。 In each said embodiment, the structure of an acoustic layer and an acoustic lens is not limited to the above-mentioned structure. For example, in each of the embodiments described above, the acoustic layer and the acoustic lens have been illustrated using a silicone resin, but may be formed using a resin material other than the silicone resin. For example, various resin materials such as non-diene rubber materials other than silicone resins, diene rubber materials, and natural rubber may be used.
また、例えば、第1実施形態では、音響層と音響レンズとは、同一の母材に対して、音響インピーダンスへの影響を無視できる程度の平均粒径を有するフィラーが分散されていた。そして、音響層と音響レンズとは、異なる平均粒径のフィラーを含むことにより、互いに異なる硬度を有し、かつ、同値の音響インピーダンスを有するように構成されていた。しかしながら、音響層と音響レンズとは上記構成に限定されず、例えば、フィラーは、音響インピーダンスを変更可能な平均粒径や密度を有するものを用いてもよく、フィラーの含有率により硬度や音響インピーダンスを調整してもよい。また、音響層及び音響レンズは、互いに異なる母材やフィラーにより構成されてもよい。また、平均粒径や材料が異なる2種以上のフィラーが同時に含有される構成としてもよい。また、音響層及び音響レンズは、フィラーを含まずに構成されてもよい。 Further, for example, in the first embodiment, the acoustic layer and the acoustic lens have a filler having an average particle diameter such that the influence on the acoustic impedance can be ignored with respect to the same base material. The acoustic layer and the acoustic lens are configured so as to have different hardnesses and have the same acoustic impedance by including fillers having different average particle diameters. However, the acoustic layer and the acoustic lens are not limited to the above configuration. For example, the filler may have an average particle diameter or density that can change the acoustic impedance, and the hardness and acoustic impedance may vary depending on the filler content. May be adjusted. Further, the acoustic layer and the acoustic lens may be composed of different base materials and fillers. Moreover, it is good also as a structure containing 2 or more types of fillers from which an average particle diameter and material differ simultaneously. Further, the acoustic layer and the acoustic lens may be configured without including a filler.
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー45として、振動膜412と、当該振動膜412上に形成された圧電素子413と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー45として、可撓膜と、可撓膜に設けられた第1電極と、封止板における第1電極に対向する位置に設けられた第2電極と、を備える構成を採用してもよい。この第1電極及び第2電極は、振動子としての静電アクチュエーターを構成する。このような構成では、当該静電アクチュエーターを駆動することにより超音波を送信し、電極間の静電容量を検出することにより超音波を検出できる。
In each of the above embodiments, as the
上記実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用できる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。 In the above-described embodiment, an example of the electronic apparatus is an ultrasonic apparatus whose target is an in-vivo organ. However, the present invention is not limited to this. For example, the structure of the said embodiment and each modification is applicable to the measuring machine which performs the detection of the defect of the said structure, and the test | inspection of aging for various structures. Further, for example, the same applies to a measuring machine that uses a semiconductor package, a wafer, or the like as a measurement target and detects a defect of the measurement target.
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention may be configured by appropriately combining the above-described embodiments and modifications within the scope that can achieve the object of the present invention, and may be appropriately changed to other structures and the like. May be.
1…超音波測定装置(超音波装置)、10…制御装置、22,22A,22B,22C,22D,22E…超音波デバイス、23…回路基板、24…超音波センサー(超音波モジュール)、41…素子基板、42…封止板、43,47,48…音響層、44…音響レンズ、45…超音波トランスデューサー、45A…送受信列、46…超音波トランスデューサーアレイ、411…基板本体部、411A…前面、411B…背面、411C…開口部、411D…壁部、412…振動膜、412A…超音波送受面、412B…作動面、413…圧電素子、414…下部電極、415…圧電膜、416…上部電極、421…凹溝、421A…ギャップ、431…シリコーン樹脂、432…第1フィラー、441…シリコーン樹脂、442…第2フィラー、L…寸法。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、
前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備え、
前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。 A vibrating membrane;
An acoustic layer provided on one side of the vibrating membrane;
An acoustic lens provided on the opposite side of the acoustic layer from the vibrating membrane,
The ultrasonic device, wherein the acoustic layer has a hardness smaller than that of the acoustic lens.
前記音響層及び前記音響レンズは、同一の音響インピーダンスを有する
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1,
The ultrasonic device, wherein the acoustic layer and the acoustic lens have the same acoustic impedance.
前記一面の法線方向における前記音響層の寸法は、前記振動膜の振動によって送信される超音波の波長をλとしてλ/4の奇数倍及びλ/2の整数倍のいずれかである
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1,
The dimension of the acoustic layer in the normal direction of the one surface is either an odd multiple of λ / 4 or an integral multiple of λ / 2, where λ is the wavelength of the ultrasonic wave transmitted by the vibration of the vibrating membrane. Ultrasonic device featuring.
前記音響層のショアA硬度は、5以上70以下であり、
前記音響レンズのショアA硬度は、70より大きい
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 3,
The Shore A hardness of the acoustic layer is 5 or more and 70 or less,
An ultrasonic device, wherein the acoustic lens has a Shore A hardness of greater than 70.
前記音響層及び前記音響レンズは、フィラーを含有する樹脂により構成され、
前記フィラーの平均粒径は、前記音響レンズよりも前記音響層の方が小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 4,
The acoustic layer and the acoustic lens are made of a resin containing a filler,
The ultrasonic device according to claim 1, wherein an average particle size of the filler is smaller in the acoustic layer than in the acoustic lens.
前記振動膜の前記一面側に設けられる基板を備え、
前記基板は、前記振動膜と重なる位置に開口部を有し、
前記音響層は、前記開口部に充填される
ことを特徴とする超音波デバイス。 The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 5,
A substrate provided on the one surface side of the vibrating membrane;
The substrate has an opening at a position overlapping the vibration film,
The ultrasonic layer is filled with the acoustic layer.
前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、
前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備える超音波デバイスと、
前記超音波デバイスが設けられる回路基板と、を備え、
前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より低い
ことを特徴とする超音波モジュール。 A vibrating membrane;
An acoustic layer provided on one side of the vibrating membrane;
An ultrasonic lens provided with an acoustic lens provided on a side of the acoustic layer opposite to the vibrating membrane;
A circuit board provided with the ultrasonic device,
The ultrasonic module, wherein the acoustic layer has a hardness lower than that of the acoustic lens.
前記振動膜の一面側に設けられた音響層と、
前記音響層の前記振動膜とは反対側に設けられた音響レンズと、を備える超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、
前記音響層の硬度は、前記音響レンズの硬度より低い
ことを特徴とする超音波装置。 A vibrating membrane;
An acoustic layer provided on one side of the vibrating membrane;
An ultrasonic lens provided with an acoustic lens provided on a side of the acoustic layer opposite to the vibrating membrane;
A control unit for controlling the ultrasonic device,
The ultrasonic device according to claim 1, wherein the acoustic layer has a hardness lower than that of the acoustic lens.
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