JP2018056879A - 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波の受信感度を向上できる超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供する。【解決手段】超音波デバイス２２は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー４５を含むトランスデューサーアレイを有する基板４１と、トランスデューサーアレイを覆い、超音波トランスデューサー４５に超音波を伝播させる音響部材と、を備える。基板４１は、隣り合う超音波トランスデューサー４５の間の素子外領域を有する。音響部材は、トランスデューサーアレイから音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面４３１を有する。空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する傾斜部４３２、４３３を含む。【選択図】図４
Description
本発明は、超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置に関する。
従来、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、各開口に配置され、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーと、を備える超音波トランスデューサーデバイス（超音波デバイス）が知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１では、超音波トランスデューサーは、開口を閉塞する振動膜と、振動膜に設けられた圧電素子部（圧電素子）と、を備える。
上記超音波デバイスでは、開口内に配置された圧電素子の駆動に応じて振動膜が振動されることにより、開口内から超音波が送信される。また、超音波を受信する際、開口内に入射した超音波によって振動膜が振動され、振動膜の振動に応じた信号が圧電素子から出力される。
上記超音波デバイスでは、開口内に配置された圧電素子の駆動に応じて振動膜が振動されることにより、開口内から超音波が送信される。また、超音波を受信する際、開口内に入射した超音波によって振動膜が振動され、振動膜の振動に応じた信号が圧電素子から出力される。
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の超音波デバイスでは、測定対象で反射された超音波の一部が、開口以外、すなわち開口を形成する壁部に入射するおそれがある。このため、反射波の一部を受信されず、超音波デバイスの受信感度が低下するおそれがある。
本発明は、超音波の受信感度を向上できる以下の形態又は適用例としての超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする。
本適用例では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第１方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。このような構成では、空隙部と音響部材との音響インピーダンス差が大きい。したがって、音響部材は、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第１傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第２傾斜部と、を有し、前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、前記第１方向における前記基板とは反対側にて互いに接続することが好ましい。
本適用例では、第１傾斜部は、第２方向に沿って空隙部を挟むように配置された２つの超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜し、第２傾斜部は、他方に向かって傾斜する。これら第１傾斜部及び第２傾斜部は、基板とは反対側で接続する。このような構成では、素子外領域に向かう超音波を第１傾斜部及び第２傾斜部のいずれかによって超音波トランスデューサーに導くことができる。すなわち、素子外領域に向かう超音波の一部を、第１傾斜部によって、上記一方の超音波トランスデューサーに、超音波の他の一部を、第２傾斜部によって、上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かう超音波を、より確実に超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、より確実に送受感度の向上を図ることができる。
本適用例では、第１傾斜部は、第２方向に沿って空隙部を挟むように配置された２つの超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜し、第２傾斜部は、他方に向かって傾斜する。これら第１傾斜部及び第２傾斜部は、基板とは反対側で接続する。このような構成では、素子外領域に向かう超音波を第１傾斜部及び第２傾斜部のいずれかによって超音波トランスデューサーに導くことができる。すなわち、素子外領域に向かう超音波の一部を、第１傾斜部によって、上記一方の超音波トランスデューサーに、超音波の他の一部を、第２傾斜部によって、上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かう超音波を、より確実に超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、より確実に送受感度の向上を図ることができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記傾斜部は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第１傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第２傾斜部と、を有し、前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、平面であり、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面内において、前記第１傾斜部と重なる第１仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記一方に交差し、前記第２傾斜部と重なる第２仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記他方に交差することが好ましい。
本適用例では、第１方向及び第２方向に平行な面（仮想面）内において、第１傾斜部に重なる第１仮想線は、超音波トランスデューサーの一方に交差する。すなわち、第１傾斜部は、平面状であり、上記仮想面内において、超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜している。このような構成では、第１傾斜部によって、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部を、より確実に上記一方の超音波トランスデューサーに導くことができる。また、第２傾斜部は、第１傾斜部と同様に、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の他の一部を、より確実に上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。
本適用例では、第１方向及び第２方向に平行な面（仮想面）内において、第１傾斜部に重なる第１仮想線は、超音波トランスデューサーの一方に交差する。すなわち、第１傾斜部は、平面状であり、上記仮想面内において、超音波トランスデューサーの一方に向かって傾斜している。このような構成では、第１傾斜部によって、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部を、より確実に上記一方の超音波トランスデューサーに導くことができる。また、第２傾斜部は、第１傾斜部と同様に、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の他の一部を、より確実に上記他方の超音波トランスデューサーに導くことができる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記第１方向から見た平面視において、前記第１方向に交差する第２方向に沿って隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成され、前記第２方向における寸法が、前記素子外領域の寸法と同じであることが好ましい。
ここで、第２方向（幅方向）において、空隙部の寸法（幅寸法）が、素子外領域よりも大きい場合、第１方向に沿って超音波トランスデューサーから送信される超音波の一部が、空隙部によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部の幅寸法が、素子外領域よりも小さい場合、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま基板の素子外領域に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本適用例では、空隙部の幅寸法は、素子外領域と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。
ここで、第２方向（幅方向）において、空隙部の寸法（幅寸法）が、素子外領域よりも大きい場合、第１方向に沿って超音波トランスデューサーから送信される超音波の一部が、空隙部によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部の幅寸法が、素子外領域よりも小さい場合、第１方向に沿って素子外領域に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま基板の素子外領域に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本適用例では、空隙部の幅寸法は、素子外領域と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記空隙部は、前記基板と離間することが好ましい。
本適用例では、空隙部は、基板と離間して設けられる。すなわち、空隙部と基板との間には音響部材の一部が配置されている。このような構成では、音響部材は、基板における、素子外領域と、超音波トランスデューサーが設けられる領域（素子領域）と、の両方において、基板に支持される。したがって、音響部材の支持によって、基板の素子領域に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサーに特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。
本適用例では、空隙部は、基板と離間して設けられる。すなわち、空隙部と基板との間には音響部材の一部が配置されている。このような構成では、音響部材は、基板における、素子外領域と、超音波トランスデューサーが設けられる領域（素子領域）と、の両方において、基板に支持される。したがって、音響部材の支持によって、基板の素子領域に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサーに特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記基板は、振動膜と、前記振動膜の一面に設けられる基板本体部と、を有し、前記基板本体部は、前記振動膜を支持する壁部と、前記振動膜によって閉塞され、前記超音波トランスデューサーが設けられる開口部と、を有し、前記音響部材は、前記振動膜の一面側に設けられ、前記空隙部は、前記第１方向から見た平面視において、前記壁部と重なることが好ましい。
本適用例では、振動膜の一面側に設けられる基板本体部は、当該振動膜を支持する壁部と、振動膜によって閉塞される開口部と、を有する。開口部には、超音波トランスデューサーが設けられる。すなわち、第１方向に沿って伝播し、開口部内の振動膜（以下、可撓部とも称す）に入射する超音波によって、当該可撓部が振動され、当該振動に応じた信号が超音波トランスデューサーから出力される。
このような構成では、可撓部の一面側、すなわち超音波の入射側に基板本体部の壁部が配置されるため、超音波が壁部に入射して超音波が減衰しやすい。
これに対して、音響部材は、第１方向において、空隙部が壁部と重なるように、振動膜の一面側、つまり、開口部内や壁部上に設けられる。これにより、壁部に向かう超音波を超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。
本適用例では、振動膜の一面側に設けられる基板本体部は、当該振動膜を支持する壁部と、振動膜によって閉塞される開口部と、を有する。開口部には、超音波トランスデューサーが設けられる。すなわち、第１方向に沿って伝播し、開口部内の振動膜（以下、可撓部とも称す）に入射する超音波によって、当該可撓部が振動され、当該振動に応じた信号が超音波トランスデューサーから出力される。
このような構成では、可撓部の一面側、すなわち超音波の入射側に基板本体部の壁部が配置されるため、超音波が壁部に入射して超音波が減衰しやすい。
これに対して、音響部材は、第１方向において、空隙部が壁部と重なるように、振動膜の一面側、つまり、開口部内や壁部上に設けられる。これにより、壁部に向かう超音波を超音波トランスデューサーに向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイを覆う音響層と、前記音響層の前記トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記空隙部が形成される音響レンズと、を有することが好ましい。
本適用例では、音響部材は、音響層と、空隙部が形成される音響レンズとを有する。ここで、音響レンズは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。本適用例では、音響レンズに空隙部を形成することにより、空隙部の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。
本適用例では、音響部材は、音響層と、空隙部が形成される音響レンズとを有する。ここで、音響レンズは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。本適用例では、音響レンズに空隙部を形成することにより、空隙部の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記基板及び前記音響部材を収納する筐体と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする。
本発明の一適用例に係る超音波探触子では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第１方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。
このように構成された本適用例の超音波探触子では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。
本発明の一適用例に係る超音波装置は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする超音波装置。
本発明の一適用例に係る超音波装置では、音響部材は、トランスデューサーアレイを覆うように配置される。また、音響部材は、第１方向から見た平面視において、素子外領域と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有する。この空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を有する。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。
このように構成された本適用例の超音波装置では、上記適用例と同様に、傾斜部によって、素子外領域に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーに導くことができる。したがって、素子外領域に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサーによって受信でき、超音波デバイスの受信感度を向上させることができる。
［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に示すように、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、超音波測定装置１は、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。
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に示すように、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、超音波測定装置１は、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。
［制御装置の構成］
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、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。
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、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。
［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、超音波探触子に相当し、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納さ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。
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、超音波探触子に相当し、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納さ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。
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、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。
筐体２１は、図１に示すように、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。
［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。
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。
［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及び音響レンズ４４を含む音響部材５と、により構成される。
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及び音響レンズ４４を含む音響部材５と、により構成される。
（素子基板の構成）
素子基板４１は、基板に相当し、図４に示すように、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）を開口面４１２Ａと称し、封止板４２側の面を作動面４１２Ｂと称する。
素子基板４１は、基板に相当し、図４に示すように、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）を開口面４１２Ａと称し、封止板４２側の面を作動面４１２Ｂと称する。
図３に示すように、素子基板４１には、アレイ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（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（Ｚ方向）から見た平面視（以下、単に平面視とも称す）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。
基板本体部４１１は、図４に示すように、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。
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側を閉塞する可撓部４１２Ｃを有する。つまり、開口部４１１Ｃは、振動膜４１２の振動領域である可撓部４１２Ｃの外縁を規定する。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。
また、各開口部４１１Ｃを閉塞する可撓部４１２Ｃ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。これら可撓部４１２Ｃ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。
なお、アレイ領域Ａｒ１における、超音波トランスデューサー４５が設けられた領域、つまり、平面視において、開口部４１１Ｃ（可撓部４１２Ｃ）と重なる領域を、素子領域Ａｒ１１とも称す。また、アレイ領域Ａｒ１における、素子領域Ａｒ１１以外の領域、すなわち、平面視において、壁部４１１Ｄと重なる領域を、素子外領域Ａｒ１２とも称す。
なお、アレイ領域Ａｒ１における、超音波トランスデューサー４５が設けられた領域、つまり、平面視において、開口部４１１Ｃ（可撓部４１２Ｃ）と重なる領域を、素子領域Ａｒ１１とも称す。また、アレイ領域Ａｒ１における、素子領域Ａｒ１１以外の領域、すなわち、平面視において、壁部４１１Ｄと重なる領域を、素子外領域Ａｒ１２とも称す。
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の開口領域内の可撓部４１２Ｃを振動させて、開口面４１２Ａ側から超音波を送信する。また、対象物から反射され、開口面４１２Ａに入射する超音波により可撓部４１２Ｃ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。
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、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。
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。
（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。
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。
封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１のうち素子領域Ａｒ１１に対向する領域には凹溝４２１が形成される。すなわち、封止板４２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、超音波トランスデューサー４５により振動される可撓部４１２Ｃに対応する素子領域Ａｒ１１では、素子基板４１と封止板４２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。
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ｃ側（開口面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から開口面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。
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に設けられた開口と、当該開口を介して各端子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。
（音響部材の構成）
音響部材５は、素子基板４１の＋Ｚ側を覆うように配置される音響層４３と、音響層４３の＋Ｚ側に配置される音響レンズ４４と、を含み構成される。
音響部材５は、例えば粘弾性体、エラストマーが望ましく、シリコーンゴム、ブタジエンゴムが好適である。音響インピーダンスは、測定対象である生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス（例えば１．５ＭＲａｙｌｓ）が望ましい。これにより、音響部材５は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝播させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝播させる。
音響部材５は、素子基板４１の＋Ｚ側を覆うように配置される音響層４３と、音響層４３の＋Ｚ側に配置される音響レンズ４４と、を含み構成される。
音響部材５は、例えば粘弾性体、エラストマーが望ましく、シリコーンゴム、ブタジエンゴムが好適である。音響インピーダンスは、測定対象である生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス（例えば１．５ＭＲａｙｌｓ）が望ましい。これにより、音響部材５は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝播させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝播させる。
（音響レンズの構成）
音響レンズ４４は、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂから外部に露出し、測定対象である生体の表面に当接される。この音響レンズ４４は、ＺＸ面における断面がシリンドリカル形状であり、超音波デバイス２２から送信された超音波を収束させる。
音響レンズ４４は、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂから外部に露出し、測定対象である生体の表面に当接される。この音響レンズ４４は、ＺＸ面における断面がシリンドリカル形状であり、超音波デバイス２２から送信された超音波を収束させる。
（音響層の構成）
図５は、図４のＢ−Ｂ線で切断した音響層４３の断面を模式的に示す図である。
音響層４３は、平面視において、素子外領域Ａｒ１２（図３参照）の少なくとも一部と重なる位置に空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１を有する。
空隙部４３０は、平面視において音響層４３の壁部４１１Ｄと重なる位置に形成される。空隙部４３０は、平面視において、各超音波トランスデューサー４５を囲むように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿う格子状に形成される。この空隙部４３０は、後述するように壁部４１１Ｄに向かう超音波の少なくとも一部を超音波トランスデューサー４５に導く。換言すると、空隙部４３０は、平面視において、Ｘ方向に沿って隣り合って配置される２つの超音波トランスデューサー４５に挟まれる位置と、Ｙ方向に沿って隣り合って配置される２つの超音波トランスデューサー４５に挟まれる位置と、に形成される。
図５は、図４のＢ−Ｂ線で切断した音響層４３の断面を模式的に示す図である。
音響層４３は、平面視において、素子外領域Ａｒ１２（図３参照）の少なくとも一部と重なる位置に空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１を有する。
空隙部４３０は、平面視において音響層４３の壁部４１１Ｄと重なる位置に形成される。空隙部４３０は、平面視において、各超音波トランスデューサー４５を囲むように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿う格子状に形成される。この空隙部４３０は、後述するように壁部４１１Ｄに向かう超音波の少なくとも一部を超音波トランスデューサー４５に導く。換言すると、空隙部４３０は、平面視において、Ｘ方向に沿って隣り合って配置される２つの超音波トランスデューサー４５に挟まれる位置と、Ｙ方向に沿って隣り合って配置される２つの超音波トランスデューサー４５に挟まれる位置と、に形成される。
図４に示すように、空隙部４３０のうちのＹ方向に沿って形成された領域では、ＺＸ面における断面形状が略三角形状である。また、空隙部４３０のうちのＹ方向に沿って形成された領域では、Ｘ方向の最大寸法（最大幅寸法）、つまり、−Ｚ側端部における幅寸法が、壁部４１１Ｄと同じである。なお、図示を省略するが、空隙部４３０のうちＸ方向に沿う領域でも同様に、ＹＺ面における断面形状が略三角形状であり、最大幅寸法が壁部４１１Ｄと同じである。
図４に示すように、上記空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１は、空隙部４３０に隣り合って配置された超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する、平面状の第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３を有する。この空隙形成面４３１は、空隙部４３０の＋Ｚ側に位置する。すなわち、空隙形成面４３１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って形成された溝部の底面であり、当該溝部は−Ｚ側において開口する。
以下、図４を参照し、Ｙ方向に延在する空隙部４３０を形成する第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３について、主に説明する。
以下、図４を参照し、Ｙ方向に延在する空隙部４３０を形成する第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３について、主に説明する。
第１傾斜部４３２は、空隙部４３０をＸ方向に挟むように配置された２つの超音波トランスデューサー４５のうち、−Ｘ側の超音波トランスデューサー４５（２つの超音波トランスデューサー４５の一方）に向かって傾斜する。
図４に示すように、ＺＸ面内において、第１傾斜部４３２と重なる第１仮想線Ｌ１は、上記−Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃ、すなわち素子領域Ａｒ１１（図３参照）に交差する。
図４に示すように、ＺＸ面内において、第１傾斜部４３２と重なる第１仮想線Ｌ１は、上記−Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃ、すなわち素子領域Ａｒ１１（図３参照）に交差する。
第２傾斜部４３３は、空隙部４３０をＸ方向に挟むように配置された２つの超音波トランスデューサー４５のうち、＋Ｘ側の超音波トランスデューサー４５（２つの超音波トランスデューサー４５の他方）に向かって傾斜する。
図４に示すように、ＺＸ面内において、第２傾斜部４３３と重なる第２仮想線Ｌ２は、上記＋Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃ、すなわち素子領域Ａｒ１１（図３参照）に交差する。
図４に示すように、ＺＸ面内において、第２傾斜部４３３と重なる第２仮想線Ｌ２は、上記＋Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃ、すなわち素子領域Ａｒ１１（図３参照）に交差する。
これら第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、＋Ｚ側において互いに接続する。また、Ｘ方向における第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３間の距離は、−Ｚ側に向かうにしたがって大きくなる。このような第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３によって、上述のように断面が略三角形状の空隙部４３０が形成される。
このように構成された空隙部４３０は、気体が充填されており、例えば空気、希ガス（ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス）、窒素ガス等が充填されてもよい。空隙部４３０の音響インピーダンスは、空気を充填した場合、０．０００４３ＭＲａｙｌｓであり、音響層４３における空隙部４３０以外の領域の音響インピーダンス（例えば１．５ＭＲａｙｌｓ）よりも遥かに小さい。すなわち、空隙部４３０の界面である第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３において、空隙部４３０の内外の音響インピーダンス差が大きい。したがって、Ｚ方向に沿って、測定対象から壁部４１１Ｄ（素子外領域Ａｒ１２）に向かって伝播する超音波は、空隙部４３０によって超音波トランスデューサー４５に向かって導かれる。なお、空隙部４３０の音響インピーダンスは、音響部材５の音響インピーダンスの１／１０００以下が望ましい。
より具体的には、第１傾斜部４３２は、入射した超音波の少なくとも一部を、第１仮想線Ｌ１に沿って、空隙部４３０の−Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に向かう方向に伝播させる。また、第２傾斜部４３３は、入射した超音波の少なくとも一部を、第２仮想線Ｌ２に沿って、空隙部４３０の＋Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に向かう方向に伝播させる。これにより、壁部４１１Ｄに向かって伝播する超音波の少なくとも一部は、超音波トランスデューサー４５によって受信される。
なお、Ｙ方向に沿って配置される空隙部４３０を形成する第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３について説明したが、Ｘ方向に沿って配置される空隙部４３０においても同様である。すなわち、Ｘ方向に沿って配置される空隙部４３０は、Ｙ方向に隣り合う２つの超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成される。当該空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１は、上記２つの超音波トランスデューサーのうち、−Ｙ側の超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する第１傾斜部４３２と、＋Ｙ側の超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する第２傾斜部４３３と、を有する。
［第１実施形態の作用効果］
上述のように構成される第１実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
音響部材５は、超音波トランスデューサーアレイ４６を覆うように配置され、Ｚ方向（第１方向）において素子外領域Ａｒ１２と重なる空隙部４３０を有する。この空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１は、当該空隙部４３０に隣り合う超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する傾斜部として、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３を有する。この第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、上述のように、素子外領域Ａｒ１２に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー４５に向かって伝播させることができる。したがって、素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー４５によって受信でき、超音波デバイス２２の受信感度を向上させることができる。
上述のように構成される第１実施形態では、以下の作用効果を得ることができる。
音響部材５は、超音波トランスデューサーアレイ４６を覆うように配置され、Ｚ方向（第１方向）において素子外領域Ａｒ１２と重なる空隙部４３０を有する。この空隙部４３０を形成する空隙形成面４３１は、当該空隙部４３０に隣り合う超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する傾斜部として、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３を有する。この第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、上述のように、素子外領域Ａｒ１２に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー４５に向かって伝播させることができる。したがって、素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー４５によって受信でき、超音波デバイス２２の受信感度を向上させることができる。
また、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、平面状であり、＋Ｚ側で互いに接続し、略三角形状の断面を有する空隙部４３０を形成する。これらのうち第１傾斜部４３２は、空隙部４３０を挟むように配置された２つの超音波トランスデューサー４５の一方に向かって傾斜し、第２傾斜部４３３は、２つの超音波トランスデューサー４５の他方に向かって傾斜する。このような構成では、素子外領域Ａｒ１２に向かう超音波の一部を、第１傾斜部４３２によって、上記一方の超音波トランスデューサー４５に導くことができる。また、素子外領域Ａｒ１２に向かう超音波の他の一部を、第２傾斜部４３３によって、上記他方の超音波トランスデューサー４５に導くことができる。すなわち、Ｚ方向に沿って素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波を、より確実に超音波トランスデューサー４５に向かって導くことができ、より確実に送受感度の向上を図ることができる。
本実施形態では、図４に示すように、Ｙ方向に沿って形成される第１傾斜部４３２では、ＺＸ面内において、第１傾斜部４３２に重なる第１仮想線Ｌ１が、上記一方の超音波トランスデューサー４５（−Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５）に交差する。第１傾斜部４３２は、入射した超音波の少なくとも一部を、上記一方の超音波トランスデューサー４５に向かって、第１仮想線Ｌ１に沿う方向に伝播させることができる。第２傾斜部４３３も同様に、入射した超音波の少なくとも一部を、上記他方の超音波トランスデューサー４５（＋Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５）に向かって、第２仮想線Ｌ２に沿う方向に伝播させることができる。なお、Ｘ方向に沿って形成される第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３についても同様である。このような構成では、素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波の一部を、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３によって、より確実に超音波トランスデューサー４５に導くことができる。
空隙部４３０は、幅方向（第２方向であり図４ではＸ方向）の寸法（幅寸法）が、素子外領域Ａｒ１２すなわち壁部４１１Ｄの幅寸法と同じである。
ここで、空隙部４３０の幅寸法が、素子外領域Ａｒ１２よりも大きい場合、超音波トランスデューサー４５から送信される超音波の一部が、空隙部４３０によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部４３０の幅寸法が、素子外領域Ａｒ１２よりも小さい場合、素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま素子外領域Ａｒ１２に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、空隙部４３０の幅寸法は、素子外領域Ａｒ１２と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。
ここで、空隙部４３０の幅寸法が、素子外領域Ａｒ１２よりも大きい場合、超音波トランスデューサー４５から送信される超音波の一部が、空隙部４３０によって遮られ、出力が低下するおそれがある。また、空隙部４３０の幅寸法が、素子外領域Ａｒ１２よりも小さい場合、素子外領域Ａｒ１２に向かって伝播する超音波の一部が、そのまま素子外領域Ａｒ１２に入射し、上述のように受信感度が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、空隙部４３０の幅寸法は、素子外領域Ａｒ１２と同じであるため、上述の出力低下や受信感度の低下を抑制できる。
基板本体部４１１は、開口部４１１Ｃと壁部４１１Ｄとを有し、−Ｚ側に配置された振動膜４１２によって開口部４１１Ｃが閉塞されている。この開口部４１１Ｃを閉塞する振動膜４１２の可撓部４１２Ｃと、当該可撓部４１２Ｃに設けられた圧電素子４１３とにより超音波トランスデューサー４５が構成される。すなわち、Ｚ方向に沿って伝播し、開口部４１１Ｃ内の可撓部４１２Ｃに入射する超音波が、超音波トランスデューサー４５によって検出される。
このような構成では、可撓部４１２Ｃよりも＋Ｚ側に壁部４１１Ｄが配置されるため、超音波が壁部４１１Ｄに入射しやすい。これに対して、上述のように空隙部４３０は、壁部４１１Ｄと重なるように設けられる。したがって、壁部４１１Ｄに向かう超音波を超音波トランスデューサー４５に向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。
このような構成では、可撓部４１２Ｃよりも＋Ｚ側に壁部４１１Ｄが配置されるため、超音波が壁部４１１Ｄに入射しやすい。これに対して、上述のように空隙部４３０は、壁部４１１Ｄと重なるように設けられる。したがって、壁部４１１Ｄに向かう超音波を超音波トランスデューサー４５に向かって導くことができ、超音波の受信感度の低下を抑制できる。
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、空隙部４３０は、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３と、壁部４１１Ｄの＋Ｚ側の面と、に囲まれるように形成されていた。これに対して、第２実施形態では、空隙部４３０は、音響層４３の内部に形成され、Ｚ方向において壁部４１１Ｄと離間する点で、第１実施形態と相違する。
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。
以下、第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、空隙部４３０は、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３と、壁部４１１Ｄの＋Ｚ側の面と、に囲まれるように形成されていた。これに対して、第２実施形態では、空隙部４３０は、音響層４３の内部に形成され、Ｚ方向において壁部４１１Ｄと離間する点で、第１実施形態と相違する。
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。
図６は、第２実施形態の超音波デバイス２２Ａを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ａは、図６に示すように、音響層４３Ａ及び音響レンズ４４を含む音響部材５Ａを有する。
音響層４３Ａは、平面視において、素子外領域Ａｒ１２（図３参照）、つまり壁部４１１Ｄの少なくとも一部と重なる位置に、Ｚ方向に壁部４１１Ｄと離間して空隙部４３０Ａが設けられる。すなわち、壁部４１１Ｄの＋Ｚ側に、音響層４３Ａの一部が設けられる。
超音波デバイス２２Ａは、図６に示すように、音響層４３Ａ及び音響レンズ４４を含む音響部材５Ａを有する。
音響層４３Ａは、平面視において、素子外領域Ａｒ１２（図３参照）、つまり壁部４１１Ｄの少なくとも一部と重なる位置に、Ｚ方向に壁部４１１Ｄと離間して空隙部４３０Ａが設けられる。すなわち、壁部４１１Ｄの＋Ｚ側に、音響層４３Ａの一部が設けられる。
音響層４３Ａは、空隙部４３０Ａを形成する空隙形成面４３１Ａを有する。この空隙形成面４３１Ａは、第１傾斜部４３２と、第２傾斜部４３３と、底面部４３４と、を有する。これらのうち底面部４３４は、ＸＹ面に平行な平面状に形成され、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３のそれぞれの−Ｚ側の端部に連続する。
［第２実施形態の作用効果］
空隙部４３０Ａは、素子基板４１と離間して設けられる。すなわち、空隙部４３０Ａと素子基板４１との間には音響層４３Ａの一部が配置されている。このような構成では、素子外領域Ａｒ１２の壁部４１１Ｄに音響層４３Ａを支持させることができる。したがって、主に素子領域Ａｒ１１にて音響層４３Ａが支持される場合と比べて、音響層４３Ａの支持によって素子領域Ａｒ１１に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサー４５に特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。
空隙部４３０Ａは、素子基板４１と離間して設けられる。すなわち、空隙部４３０Ａと素子基板４１との間には音響層４３Ａの一部が配置されている。このような構成では、素子外領域Ａｒ１２の壁部４１１Ｄに音響層４３Ａを支持させることができる。したがって、主に素子領域Ａｒ１１にて音響層４３Ａが支持される場合と比べて、音響層４３Ａの支持によって素子領域Ａｒ１１に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサー４５に特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、空隙部４３０は、音響層４３に形成されていた。これに対して、第３実施形態では、空隙部は、音響レンズに形成されている点で、第１実施形態と相違する。
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。
以下、第３実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、空隙部４３０は、音響層４３に形成されていた。これに対して、第３実施形態では、空隙部は、音響レンズに形成されている点で、第１実施形態と相違する。
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。
図７は、第３実施形態の超音波デバイス２２Ｂを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｂは、図７に示すように、音響層４３Ｂ及び音響レンズ４４Ｂを含む音響部材５Ｂを有する。
音響層４３Ｂは、アレイ領域Ａｒ１（図３参照）において、素子基板４１の＋Ｚ側の面を覆う。すなわち、音響層４３Ｂは、可撓部４１２Ｃの開口面４１２Ａ及び壁部４１１Ｄの＋Ｚ側の面（前面４１１Ａ）上に配置される。
超音波デバイス２２Ｂは、図７に示すように、音響層４３Ｂ及び音響レンズ４４Ｂを含む音響部材５Ｂを有する。
音響層４３Ｂは、アレイ領域Ａｒ１（図３参照）において、素子基板４１の＋Ｚ側の面を覆う。すなわち、音響層４３Ｂは、可撓部４１２Ｃの開口面４１２Ａ及び壁部４１１Ｄの＋Ｚ側の面（前面４１１Ａ）上に配置される。
音響レンズ４４Ｂは、平面視において音響層４３Ｂの壁部４１１Ｄと重なる位置に空隙部４４０を形成する空隙形成面４４１を有する。空隙部４４０及び空隙形成面４４１は、音響レンズ４４Ｂに形成されている点を除き、それぞれ第１実施形態の空隙部４３０及び空隙形成面４３１と略同様に構成される。
すなわち、空隙部４４０は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿う格子状に形成される。図７に示すように、空隙部４４０のうちのＹ方向に沿って形成された領域では、ＺＸ面における断面形状が略三角形状であり、Ｘ方向の最大幅寸法が壁部４１１Ｄと同じである。なお、空隙部４４０のうちＸ方向に沿う領域でも同様に、ＹＺ面における断面形状が略三角形状であり、最大幅寸法が壁部４１１Ｄと同じである。
空隙形成面４４１は、図７に示すように、空隙部４４０に隣り合って配置された超音波トランスデューサー４５に向かって傾斜する、平面状の第１傾斜部４４２及び第２傾斜部４４３を有する。これら第１傾斜部４４２及び第２傾斜部４４３は、第１実施形態の第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３と同様に、＋Ｚ側において互いに連続する。また、第１傾斜部４４２及び第２傾斜部４４３は、空隙部４４０を挟むように配置された２つの超音波トランスデューサー４５の配列方向（Ｘ方向及びＹ方向のいずれか一方であり、図７ではＸ方向）における距離が、−Ｚ側に向かうにしたがって大きくなる。
なお、図７に示すように、第１仮想線Ｌ１は、ＺＸ面内において、第１傾斜部４４２と重なり、−Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃに交差する。第２仮想線Ｌ２は、ＺＸ面内において、第２傾斜部４４３と重なり、＋Ｘ側の超音波トランスデューサー４５の可撓部４１２Ｃに交差する。
［第３実施形態の作用効果］
第３実施形態では、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。
音響部材５Ｂは、空隙部４４０が形成される音響レンズ４４Ｂを有し、音響レンズ４４Ｂは、音響層４３Ｂの＋Ｚ側に配置される。ここで、音響レンズ４４Ｂは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズ４４Ｂは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。このような音響レンズ４４Ｂに空隙部４４０を形成することにより、空隙部４４０の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。
第３実施形態では、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。
音響部材５Ｂは、空隙部４４０が形成される音響レンズ４４Ｂを有し、音響レンズ４４Ｂは、音響層４３Ｂの＋Ｚ側に配置される。ここで、音響レンズ４４Ｂは、超音波の送受信時に、測定対象に当接される。このため、音響レンズ４４Ｂは、当接時の変形を抑制可能な硬度を有することが好ましい。このような音響レンズ４４Ｂに空隙部４４０を形成することにより、空隙部４４０の変形を抑制でき、より確実に受信感度の向上を図ることができる。
また、音響層４３Ｂは、超音波トランスデューサー４５の駆動を阻害しない程度の硬度を有することが好ましい。本実施形態では、音響層４３Ｂに空隙部が形成されていないため、音響層４３Ｂの硬度を小さくすることができる。これにより、音響層４３Ｂによって、超音波トランスデューサー４５の駆動が阻害されることを一層抑制でき、送受信感度の向上を図ることができる。
［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、音響部材５は、振動膜４１２の開口面４１２Ａの側、すなわち基板本体部４１１を覆うように配置されていた。これに対して、第４実施形態では、音響部材５は、振動膜４１２の作動面４１２Ｂを覆うように、基板本体部４１１とは反対側に設けられている点で、第１実施形態と相違する。
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。
以下、第４実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、音響部材５は、振動膜４１２の開口面４１２Ａの側、すなわち基板本体部４１１を覆うように配置されていた。これに対して、第４実施形態では、音響部材５は、振動膜４１２の作動面４１２Ｂを覆うように、基板本体部４１１とは反対側に設けられている点で、第１実施形態と相違する。
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。
図８は、第４実施形態の超音波デバイス２２Ｃを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｃは、図８に示すように、素子基板４１Ｃと、素子基板４１Ｃの−Ｚ側に配置される封止板４２Ｃと、素子基板４１Ｃの＋Ｚ側に配置される音響部材５と、を備える。超音波デバイス２２Ｃは、＋Ｚ側に超音波を送信可能に構成される。
超音波デバイス２２Ｃは、図８に示すように、素子基板４１Ｃと、素子基板４１Ｃの−Ｚ側に配置される封止板４２Ｃと、素子基板４１Ｃの＋Ｚ側に配置される音響部材５と、を備える。超音波デバイス２２Ｃは、＋Ｚ側に超音波を送信可能に構成される。
素子基板４１Ｃは、第１実施形態の素子基板４１と、ＸＹ面に対して面対称（鏡像対称）の関係にある。すなわち、振動膜４１２は、基板本体部４１１の＋Ｚ側に設けられる。すなわち、振動膜４１２の−Ｚ側の面が開口面４１２Ａであり、＋Ｚ側の面が作動面４１２Ｂである。この作動面４１２Ｂに圧電素子４１３が設けられる。
封止板４２Ｃは、平板状に形成され、素子基板４１Ｃの−Ｚ側に、基板本体部４１１と対向するように設けられる。
封止板４２Ｃは、平板状に形成され、素子基板４１Ｃの−Ｚ側に、基板本体部４１１と対向するように設けられる。
音響部材５は、音響層４３と、音響レンズ４４と、を備える。
音響層４３は、振動膜４１２の作動面４１２Ｂ側に配置される点を除き、第１実施形態と略同様に構成される。すなわち、音響層４３は、平面視において、空隙部４３０が壁部４１１Ｄと重なるように、素子基板４１Ｃに配置される。この空隙部４３０は、素子基板４１Ｃに接するように形成される。すなわち、空隙部４３０は、第１傾斜部４３２、第２傾斜部４３３、及び、振動膜４１２の作動面４１２Ｂによって形成される。
音響層４３は、振動膜４１２の作動面４１２Ｂ側に配置される点を除き、第１実施形態と略同様に構成される。すなわち、音響層４３は、平面視において、空隙部４３０が壁部４１１Ｄと重なるように、素子基板４１Ｃに配置される。この空隙部４３０は、素子基板４１Ｃに接するように形成される。すなわち、空隙部４３０は、第１傾斜部４３２、第２傾斜部４３３、及び、振動膜４１２の作動面４１２Ｂによって形成される。
［第４実施形態の作用効果］
第４実施形態では、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。
空隙部４３０は、素子基板４１Ｃに接するように形成され、平面視において、超音波トランスデューサー４５（素子領域Ａｒ１１）を囲む。すなわち、平面視において、隣り合う超音波トランスデューサー４５の間に空隙部４３０が形成される。これにより、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波が、隣り合う超音波トランスデューサー４５に伝播する、所謂、クロストークが生じることを抑制できる。
第４実施形態では、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。
空隙部４３０は、素子基板４１Ｃに接するように形成され、平面視において、超音波トランスデューサー４５（素子領域Ａｒ１１）を囲む。すなわち、平面視において、隣り合う超音波トランスデューサー４５の間に空隙部４３０が形成される。これにより、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波が、隣り合う超音波トランスデューサー４５に伝播する、所謂、クロストークが生じることを抑制できる。
［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。
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。
（変形例１）
図９は、一変形例の超音波デバイス２２Ｄを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｄは、図９に示すように、壁部４１１Ｄ、すなわち素子外領域Ａｒ１２に、スリット６が設けられている点で、第１実施形態の超音波デバイス２２と相違する。
図９に示すように、スリット６は、Ｘ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４５間に位置する壁部４１１Ｄ、すなわち素子外領域Ａｒ１２（図３参照）に設けられる。このスリット６は、壁部４１１ＤをＺ方向に貫通し、かつ、Ｙ方向に沿って設けられる。なお、スリット６は、図示を省略するが、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４５間に位置する壁部４１１Ｄにも設けられる。すなわち、スリット６は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、各超音波トランスデューサー４５を囲むように格子状に設けられる。
図９は、一変形例の超音波デバイス２２Ｄを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｄは、図９に示すように、壁部４１１Ｄ、すなわち素子外領域Ａｒ１２に、スリット６が設けられている点で、第１実施形態の超音波デバイス２２と相違する。
図９に示すように、スリット６は、Ｘ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４５間に位置する壁部４１１Ｄ、すなわち素子外領域Ａｒ１２（図３参照）に設けられる。このスリット６は、壁部４１１ＤをＺ方向に貫通し、かつ、Ｙ方向に沿って設けられる。なお、スリット６は、図示を省略するが、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４５間に位置する壁部４１１Ｄにも設けられる。すなわち、スリット６は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、各超音波トランスデューサー４５を囲むように格子状に設けられる。
このような構成では、隣り合う超音波トランスデューサー４５の間にスリット６が形成される。これにより、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波が、隣り合う超音波トランスデューサー４５間でクロストークが生じることを抑制できる。
なお、第２実施形態の超音波デバイス２２Ａについても同様の変形を適用できる。
なお、第２実施形態の超音波デバイス２２Ａについても同様の変形を適用できる。
（変形例２）
図１０は、一変形例の超音波デバイス２２Ｅを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｅは、図１０に示すように、空隙部４３０の幅寸法が、壁部４１１Ｄ（素子外領域Ａｒ１２）の幅寸法よりも大きい点で、第４実施形態と相違する。
このような構成では、可撓部４１２Ｃの一部に、音響層４３が設けられる。ここで、可撓部４１２Ｃにおける音響層４３によって覆われる面積が大きい程、可撓部４１２Ｃへの付加質量の値が大きくなる。ここで、所定の共振周波数の超音波トランスデューサー４５を設計する際に、上記付加質量が大きくなるほど、超音波トランスデューサー４５のサイズ（可撓部４１２Ｃの面積）を小さくする必要があり、結果的に受信感度が低下する。これに対して、図１０に示すように、空隙部４３０の幅寸法を壁部４１１Ｄよりも大きくして（つまり、可撓部４１２Ｃの音響層４３に覆われる面積を小さくして）、付加質量を低減させることにより、共振周波数の設計値に対して、超音波トランスデューサー４５のサイズを大きくでき、ひいては受信感度を増大させることができる。
図１０は、一変形例の超音波デバイス２２Ｅを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｅは、図１０に示すように、空隙部４３０の幅寸法が、壁部４１１Ｄ（素子外領域Ａｒ１２）の幅寸法よりも大きい点で、第４実施形態と相違する。
このような構成では、可撓部４１２Ｃの一部に、音響層４３が設けられる。ここで、可撓部４１２Ｃにおける音響層４３によって覆われる面積が大きい程、可撓部４１２Ｃへの付加質量の値が大きくなる。ここで、所定の共振周波数の超音波トランスデューサー４５を設計する際に、上記付加質量が大きくなるほど、超音波トランスデューサー４５のサイズ（可撓部４１２Ｃの面積）を小さくする必要があり、結果的に受信感度が低下する。これに対して、図１０に示すように、空隙部４３０の幅寸法を壁部４１１Ｄよりも大きくして（つまり、可撓部４１２Ｃの音響層４３に覆われる面積を小さくして）、付加質量を低減させることにより、共振周波数の設計値に対して、超音波トランスデューサー４５のサイズを大きくでき、ひいては受信感度を増大させることができる。
（変形例３）
図１１は、一変形例の超音波デバイス２２Ｆを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｆは、図１１に示すように、音響層４３Ｆに、ＺＸ断面の断面形状がＶ字状の空隙部４３０Ｆが形成されている点で、第１実施形態と相違する。
空隙部４３０Ｆを形成する空隙形成面４３１Ｆは、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３に加え、第３傾斜部４３５と、第４傾斜部４３６と、を有する。第３傾斜部４３５は、平面状であり、Ｚ方向において、第１傾斜部４３２に対向する。また、第４傾斜部４３６は、平面状であり、Ｚ方向において、第２傾斜部４３３に対向する。
換言すると、空隙部４３０Ｆは、第１傾斜部４３２及び第３傾斜部４３５に挟まれる第１スリット部と、第２傾斜部４３３及び第４傾斜部４３６に挟まれる第２スリット部と、を有する。これら第１スリット部と、第２スリット部とは、＋Ｚ側において連続し、−Ｚ側に向かうにしたがって離れるように傾斜している。
図１１は、一変形例の超音波デバイス２２Ｆを模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ｆは、図１１に示すように、音響層４３Ｆに、ＺＸ断面の断面形状がＶ字状の空隙部４３０Ｆが形成されている点で、第１実施形態と相違する。
空隙部４３０Ｆを形成する空隙形成面４３１Ｆは、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３に加え、第３傾斜部４３５と、第４傾斜部４３６と、を有する。第３傾斜部４３５は、平面状であり、Ｚ方向において、第１傾斜部４３２に対向する。また、第４傾斜部４３６は、平面状であり、Ｚ方向において、第２傾斜部４３３に対向する。
換言すると、空隙部４３０Ｆは、第１傾斜部４３２及び第３傾斜部４３５に挟まれる第１スリット部と、第２傾斜部４３３及び第４傾斜部４３６に挟まれる第２スリット部と、を有する。これら第１スリット部と、第２スリット部とは、＋Ｚ側において連続し、−Ｚ側に向かうにしたがって離れるように傾斜している。
この空隙部４３０Ｆは、図示は省略するが、例えば、開口部４１１Ｃに沿って設けられ、Ｙ方向における寸法が開口部４１１Ｃと同じである。
なお、Ｙ方向に沿って設けられる空隙部４３０Ｆについて説明したが、空隙部４３０Ｆは、Ｘ方向に沿って同様に形成される。すなわち、空隙部４３０Ｆは、平面視において、各開口部４１１Ｃを囲む位置に形成される。
なお、Ｙ方向に沿って設けられる空隙部４３０Ｆについて説明したが、空隙部４３０Ｆは、Ｘ方向に沿って同様に形成される。すなわち、空隙部４３０Ｆは、平面視において、各開口部４１１Ｃを囲む位置に形成される。
このような構成では、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３によって断面が略三角形状の空隙部が形成される場合と比べて、空隙部４３０Ｆの体積を小さくすることができる。このため、空隙部４３０Ｆを形成することによる音響層４３Ｆの強度の低下を抑制でき、音響層４３Ｆの変形、ひいては空隙部４３０Ｆの変形を抑制できる。
（他の変形例）
上記各実施形態では、第１傾斜部４３２は、第１仮想線Ｌ１が−Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に交差するように傾斜し、同様に、第２傾斜部４３３は、第２仮想線Ｌ２が＋Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に交差するように傾斜する構成を例示した。これに対して、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、下記式（１）〜（３）に示す条件を満たすように傾斜するように形成されてもよい。
以下、図１２を参照し、下記式（１）〜（３）について説明する。
上記各実施形態では、第１傾斜部４３２は、第１仮想線Ｌ１が−Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に交差するように傾斜し、同様に、第２傾斜部４３３は、第２仮想線Ｌ２が＋Ｘ側に位置する超音波トランスデューサー４５に交差するように傾斜する構成を例示した。これに対して、第１傾斜部４３２及び第２傾斜部４３３は、下記式（１）〜（３）に示す条件を満たすように傾斜するように形成されてもよい。
以下、図１２を参照し、下記式（１）〜（３）について説明する。
図１２は、超音波デバイス２２を模式的に示す断面図である。
図１２に示すように、Ｚ方向に沿って伝播し第１傾斜部４３２に入射する超音波のうち、第１傾斜部４３２の−Ｚ側の端部（点Ａ）に入射する超音波は、可撓部４１２Ｃの点Ｂに入射するものとする。また、第１傾斜部４３２の＋Ｚ側の端部（点Ｃ）に入射する超音波は、可撓部４１２Ｃの点Ｄに入射するものとする。
また、第１傾斜部４３２のＸＹ面（前面４１１Ａ）に対する傾斜角度を第１角度θ１とする。また、Ｚ方向に沿って伝播する超音波と第１傾斜部４３２との成す角度を第２角度θ２とする。なお、第１角度θ１及び第２角度θ２は、下記式（１）の関係を満たす。また、第１傾斜部４３２への超音波の入射角度は、第１角度θ１である。
また、Ｚ方向における壁部４１１Ｄの寸法、つまり振動膜４１２と空隙部４３０との間の距離寸法を第１寸法ｈ１とする。また、Ｚ方向における空隙部４３０の寸法を第２寸法ｈ２とする。また、Ｘ方向（第２方向）における可撓部４１２Ｃの寸法をＭｘとする。
ここで、空隙部４３０は、下記式（２）の関係を満たすように形成されることが好ましく、下記式（３）の関係を満たすように形成されることがより好ましい。
図１２に示すように、Ｚ方向に沿って伝播し第１傾斜部４３２に入射する超音波のうち、第１傾斜部４３２の−Ｚ側の端部（点Ａ）に入射する超音波は、可撓部４１２Ｃの点Ｂに入射するものとする。また、第１傾斜部４３２の＋Ｚ側の端部（点Ｃ）に入射する超音波は、可撓部４１２Ｃの点Ｄに入射するものとする。
また、第１傾斜部４３２のＸＹ面（前面４１１Ａ）に対する傾斜角度を第１角度θ１とする。また、Ｚ方向に沿って伝播する超音波と第１傾斜部４３２との成す角度を第２角度θ２とする。なお、第１角度θ１及び第２角度θ２は、下記式（１）の関係を満たす。また、第１傾斜部４３２への超音波の入射角度は、第１角度θ１である。
また、Ｚ方向における壁部４１１Ｄの寸法、つまり振動膜４１２と空隙部４３０との間の距離寸法を第１寸法ｈ１とする。また、Ｚ方向における空隙部４３０の寸法を第２寸法ｈ２とする。また、Ｘ方向（第２方向）における可撓部４１２Ｃの寸法をＭｘとする。
ここで、空隙部４３０は、下記式（２）の関係を満たすように形成されることが好ましく、下記式（３）の関係を満たすように形成されることがより好ましい。
［数１］
θ１＝９０°−θ２ ・・・（１）
ｈ１ｔａｎ２θ２＜Ｍｘ ・・・（２）
（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎ２θ２−ｈ２ｔａｎθ２＜Ｍｘ ・・・（３）
θ１＝９０°−θ２ ・・・（１）
ｈ１ｔａｎ２θ２＜Ｍｘ ・・・（２）
（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎ２θ２−ｈ２ｔａｎθ２＜Ｍｘ ・・・（３）
上記式（２）に示すように、線分ＢＥの長さを、可撓部４１２Ｃの寸法Ｍｘよりも小さくすることにより、第１傾斜部４３２に入射する超音波の少なくとも一部を、超音波トランスデューサー４５に入射させることができる。すなわち、上記式（１）及び式（２）を満たすように第１角度θ１を設定することにより、受信感度の増大を図ることができる。
また、Ｚ方向における、点Ｃと重なる振動膜４１２上の点をＦとすると線分ＥＦの長さは、ｈ２ｔａｎθ２であり、線分ＤＥの長さは、上記式（３）の左辺で表される。上記式（３）に示すように、線分ＤＥの長さを、可撓部４１２Ｃの寸法Ｍｘよりも小さくすることにより、第１傾斜部４３２に入射する超音波を、より確実に超音波トランスデューサー４５に入射させることができる。すなわち、上記式（２）及び下記式（３）を満たすことにより、より確実に受信感度を増大させることができる。
なお、Ｙ方向に沿って形成された第１傾斜部４３２について詳細に説明したが、Ｘ方向に沿って形成された第１傾斜部４３２と、Ｘ方向及びＹ方向に沿って形成された第２傾斜部４３３についても同様である。
なお、Ｙ方向に沿って形成された第１傾斜部４３２について詳細に説明したが、Ｘ方向に沿って形成された第１傾斜部４３２と、Ｘ方向及びＹ方向に沿って形成された第２傾斜部４３３についても同様である。
また、上記各実施形態では、空隙部の幅寸法が、素子外領域と同じである構成を例示した。また、変形例２では、空隙部の幅寸法が、素子外領域よりも大きい構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、空隙部の幅寸法は、素子外領域よりも小さくてもよい。なお、空隙部の幅寸法を小さくすることにより、空隙部の体積を小さくすることができ、音響部材の強度を向上させることができる。
上記第４実施形態では、空隙部４３０は、素子基板４１Ｃに接するように形成されていた。すなわち、空隙部４３０は、−Ｚ側に開口するように音響層４３に設けられた溝部により形成されていた。しかしながら、これに限定されず、第２実施形態のように、空隙部４３０が、素子基板４１Ｃと離間していてもよい。すなわち、第２実施形態と同様に、空隙部４３０の−Ｚ側に音響層の一部が配置され、素子外領域Ａｒ１２において、音響層４３と素子基板４１Ｃとが直に接触してもよい。このような構成では、素子外領域Ａｒ１２によって音響層４３Ａを支持することにより、第２実施形態と同様に、素子領域Ａｒ１１に作用する応力を緩和でき、当該応力によって超音波トランスデューサー４５に特性変化等の不具合が生じることを抑制できる。
上記各実施形態では、空隙形成面は、傾斜部として平面状の第１傾斜部及び第２傾斜部を有し、各傾斜部と重なる仮想線が、隣り合う超音波トランスデューサーの素子領域に交差するとしたが、これに限定されない。例えば、上記仮想線が、超音波トランスデューサーの素子領域を超えて素子外領域に交差してもよい。
また、第１傾斜部及び第２傾斜部は、曲面状であってもよい。例えば、第１傾斜部及び第２傾斜部は、空隙部の中心に向かって凸となる凸面状でもよいし、中心から離れる方向に凹となる凹面状でもよい。
このような構成でも、素子外領域に形成された傾斜部によって、超音波の少なくとも一部を、隣り合うように配置された超音波トランスデューサー（素子領域）に導くことができる。
また、第１傾斜部及び第２傾斜部は、曲面状であってもよい。例えば、第１傾斜部及び第２傾斜部は、空隙部の中心に向かって凸となる凸面状でもよいし、中心から離れる方向に凹となる凹面状でもよい。
このような構成でも、素子外領域に形成された傾斜部によって、超音波の少なくとも一部を、隣り合うように配置された超音波トランスデューサー（素子領域）に導くことができる。
上記各実施形態では、空隙部は、断面形状（図４におけるＺＸ面における断面形状）が、略二等辺三角形状である構成を例示したがこれに限定されない。
例えば、空隙部は、断面形状が、台形状や半円状であってもよい。なお、台形状である場合、第１傾斜部及び第２傾斜部の＋Ｚ側の端部は、ＸＹ面に平行な平面部によって接続される。このため、Ｚ方向に沿って平面部に入射した超音波は、反射され超音波トランスデューサーに受信されないおそれがある。これに対して、空隙部の断面形状を三角形状とすることにより、より確実に超音波を超音波トランスデューサーに導くことができる点で好ましい。
また、上記各実施形態では、傾斜部として第１傾斜部及び第２傾斜部を有する構成を例示したが、傾斜部として第１傾斜部及び第２傾斜部のいずれか一方のみを有する構成としてもよい。
例えば、空隙部は、断面形状が、台形状や半円状であってもよい。なお、台形状である場合、第１傾斜部及び第２傾斜部の＋Ｚ側の端部は、ＸＹ面に平行な平面部によって接続される。このため、Ｚ方向に沿って平面部に入射した超音波は、反射され超音波トランスデューサーに受信されないおそれがある。これに対して、空隙部の断面形状を三角形状とすることにより、より確実に超音波を超音波トランスデューサーに導くことができる点で好ましい。
また、上記各実施形態では、傾斜部として第１傾斜部及び第２傾斜部を有する構成を例示したが、傾斜部として第１傾斜部及び第２傾斜部のいずれか一方のみを有する構成としてもよい。
上記各実施形態では、空隙部は、平面視において、壁部４１１Ｄと重なる領域、すなわち、超音波トランスデューサー４５を囲む領域の略全域に設けられていたが、これに限定されない。すなわち、空隙部は、壁部４１１Ｄと重なる領域の少なくとも一部に設けられてもよい。例えば、空隙部は、Ｙ方向に沿って配置される各送受信列４５Ａ（図３参照）間の素子外領域Ａｒ１２のみと重なるように形成されてもよい。すなわち、Ｘ方向に沿う空隙部のみが形成されてもよい。このような構成では、上述のように、素子外領域Ａｒ１２に入射する超音波の一部を、超音波トランスデューサー４５に導くことができ、受信感度の向上を図ることができる。また、各送受信列４５Ａ間での超音波のクロストークを抑制することができる。
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。
上記各実施形態では、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。
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。
１…超音波測定装置（超音波装置）、１０…制御装置、２１…筐体、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ…超音波デバイス、４１…素子基板、４２…封止板、４３，４３Ａ，４３Ｂ…音響層、４４，４４Ｂ…音響レンズ、４５…超音波トランスデューサー、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…開口面、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、４３０，４３０Ａ，４３０Ｆ…空隙部、４３１，４３１Ａ，４３１Ｆ…空隙形成面、４３２…第１傾斜部、４３３…第２傾斜部、４３４…底面部、４４０…空隙部、４４１…空隙形成面、４４２…第１傾斜部、４４３…第２傾斜部、Ａｒ１２…素子外領域、Ｌ１…第１仮想線、Ｌ２…第２仮想線。
Claims (9)
- アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、
前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、を備え、
前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、
前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、
前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含む
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記傾斜部は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第１傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第２傾斜部と、を有し、
前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、前記第１方向における前記基板とは反対側にて互いに接続する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記傾斜部は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って前記空隙部を挟む位置に隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーの一方及び他方の前記一方に向かって傾斜する第１傾斜部と、前記他方に向かって傾斜する第２傾斜部と、を有し、
前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、平面であり、
前記第１方向及び前記第２方向に平行な面内において、前記第１傾斜部と重なる第１仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記一方に交差し、前記第２傾斜部と重なる第２仮想線は、前記超音波トランスデューサーの前記他方に交差する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記空隙部は、前記第１方向から見た平面視において、前記第１方向に交差する第２方向に沿って隣り合って配置される２つの前記超音波トランスデューサーに挟まれる位置に形成され、前記第２方向における寸法が、前記素子外領域の寸法と同じである
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記空隙部は、前記基板と離間する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記基板は、振動膜と、前記振動膜の一面に設けられる基板本体部と、を有し、
前記基板本体部は、前記振動膜を支持する壁部と、前記振動膜によって閉塞され、前記超音波トランスデューサーが設けられる開口部と、を有し、
前記音響部材は、前記振動膜の一面側に設けられ、
前記空隙部は、前記第１方向から見た平面視において、前記壁部と重なる
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイを覆う音響層と、前記音響層の前記トランスデューサーアレイとは反対側に位置し、前記空隙部が形成される音響レンズと、を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、
前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、
前記基板及び前記音響部材を収納する筐体と、を備え、
前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、
前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、
前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含む
ことを特徴とする超音波探触子。 - アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーを含むトランスデューサーアレイを有する基板と、
前記トランスデューサーアレイを覆い、前記超音波トランスデューサーに超音波を伝播させる音響部材と、
前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、
前記基板は、隣り合う前記超音波トランスデューサーの間の素子外領域を有し、
前記音響部材は、前記トランスデューサーアレイから前記音響部材に向かう第１方向から見た平面視において、前記素子外領域の少なくとも一部と重なる空隙部を形成する空隙形成面を有し、
前記空隙形成面は、当該空隙部に隣り合う前記超音波トランスデューサーに向かって傾斜する傾斜部を含む
ことを特徴とする超音波装置。
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| JP2016192984A JP6683096B2 (ja) | 2016-09-30 | 2016-09-30 | 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020027953A (ja) * | 2018-08-09 | 2020-02-20 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス及び超音波センサー |
-
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