JP2018088636A - 超音波デバイス、超音波装置、及び厚み設計方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】音響特性の低下を抑制しつつ、外部電磁波によるノイズを低減可能な超音波デバイス、超音波装置及び厚み設計方法を提供する。
【解決手段】第一面４１１Ｃ及び第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄを含み、第一面４１１Ｃから第二面４１１Ｄに亘って開口された開口部４１１Ａを備える基板４１１と、開口部４１１Ａの第一面側を閉塞する支持膜４１２と、支持膜４１２に設けられた振動子４１３と、基板４１１の第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａにより開口されていない未開口領域に設けられた金属膜４２と、を備える。
【選択図】図６
【解決手段】第一面４１１Ｃ及び第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄを含み、第一面４１１Ｃから第二面４１１Ｄに亘って開口された開口部４１１Ａを備える基板４１１と、開口部４１１Ａの第一面側を閉塞する支持膜４１２と、支持膜４１２に設けられた振動子４１３と、基板４１１の第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａにより開口されていない未開口領域に設けられた金属膜４２と、を備える。
【選択図】図６
Description
本発明は、超音波デバイス、超音波装置、及び厚み設計方法に関する。
従来、超音波の送受信を行う超音波デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波デバイスは、振動膜を備えた複数のセルを備える。この超音波デバイスでは、振動膜を振動させることで超音波を送信し、振動膜の振動を検出することで受信した超音波を検出する。そして、この超音波デバイスでは、セル上にシリコーンゴム層が設けられ、当該シリコーンゴム層を介して静電シールドが設けられている。
この超音波デバイスでは、セルに、第一の電極と第二の電極とを間隔を介して対向配置された静電容量型トランスデューサーを用いている。このため、上記のような静電シールドを設けることで、超音波デバイスを被検体に近接させた際に、被検体に帯電された電荷によって、静電容量型トランスデューサーを構成する電極との間に電気的な結合が発生することを抑制できる。
特許文献１に記載の超音波デバイスは、振動膜を備えた複数のセルを備える。この超音波デバイスでは、振動膜を振動させることで超音波を送信し、振動膜の振動を検出することで受信した超音波を検出する。そして、この超音波デバイスでは、セル上にシリコーンゴム層が設けられ、当該シリコーンゴム層を介して静電シールドが設けられている。
この超音波デバイスでは、セルに、第一の電極と第二の電極とを間隔を介して対向配置された静電容量型トランスデューサーを用いている。このため、上記のような静電シールドを設けることで、超音波デバイスを被検体に近接させた際に、被検体に帯電された電荷によって、静電容量型トランスデューサーを構成する電極との間に電気的な結合が発生することを抑制できる。
特許文献１に記載の装置では、静電シールドを設けることで、静電容量型トランスデューサーにおけるノイズの影響を抑制している。しかしながら、この特許文献１には、当該静電シールドの厚み寸法等に関する記載がなく、静電シールドにより、超音波デバイスにおいて送受信される超音波が阻害され、音響特性が低下してしまうとの課題がある。
本発明は、音響特性の低下を抑制しつつ、外部電磁波によるノイズの低減可能な超音波デバイス、超音波装置、及び厚み設計方法を提供することを目的とする。
本発明に係る一態様の超音波デバイスは、第一面、及び前記第一面の裏面である第二面を含み、前記第一面から前記第二面に亘って開口された開口部を備える基板と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する支持部と、前記支持部に設けられた振動子と、前記基板の前記第二面において、前記開口部により開口されていない未開口領域に設けられた金属膜と、を備えたことを特徴とする。
本態様では、基板の第二面において、開口部が設けられていない領域である未開口領域に金属膜が設けられている。このような構成では、振動子により支持部を振動させて超音波を送信する場合でも、支持部にて超音波を受信する場合でも、金属膜が超音波の進行経路上に設けられていない。このため、当該金属膜による超音波の送受信の阻害が抑制される。また、金属膜が設けられることで、外部からの電磁波が入力された場合でも、振動子に当該電磁波が入力されない。したがって、例えば超音波受信時のノイズの影響を抑制できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記開口部に設けられた音響層を備え、前記金属膜は、前記第二面において、前記未開口領域と、前記音響層の領域とに設けられ、前記金属膜の前記基板の厚み方向における厚み寸法は、１０μｍ以上、２００μｍ以下であることが好ましい。
本態様では、開口部に音響層が設けられ、基板の未開口領域に加え、開口部に充填される音響層上にも金属膜が設けられている。そして、当該金属膜の厚み寸法が、１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。
本態様では、音響層の領域に金属膜が設けられることで、外部からの電磁波をより効果的に抑制できる。一方、このように、超音波の進行路上となる音響層の領域に金属膜が設けられると、超音波の送受信が阻害される。これに対して、本態様では、金属膜の厚み寸法が１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。このような構成では、金属膜による超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる。
本態様では、開口部に音響層が設けられ、基板の未開口領域に加え、開口部に充填される音響層上にも金属膜が設けられている。そして、当該金属膜の厚み寸法が、１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。
本態様では、音響層の領域に金属膜が設けられることで、外部からの電磁波をより効果的に抑制できる。一方、このように、超音波の進行路上となる音響層の領域に金属膜が設けられると、超音波の送受信が阻害される。これに対して、本態様では、金属膜の厚み寸法が１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。このような構成では、金属膜による超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記金属膜の前記厚み寸法は、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
本態様では、金属膜の厚み寸法を１０μｍ以上、１００μｍとすることがより好ましい。このように、金属膜の厚み寸法を１０μｍ以上とすることで、電磁波を十分に吸収でき、例えば金属膜を透過したノイズ電磁波が振動子に入力される不都合を抑制できる。また、金属膜の膜厚寸法が１００μｍを超えると、相対透過音圧の低下幅（勾配）が急峻となり、超音波の音響特性が不安定となる。これに対して、金属膜の膜厚寸法を１００μｍ以下とすることで、超音波の音響特性の急激な変化が生じにくく、安定した音響特性の超音波デバイスを提供できる。
本態様では、金属膜の厚み寸法を１０μｍ以上、１００μｍとすることがより好ましい。このように、金属膜の厚み寸法を１０μｍ以上とすることで、電磁波を十分に吸収でき、例えば金属膜を透過したノイズ電磁波が振動子に入力される不都合を抑制できる。また、金属膜の膜厚寸法が１００μｍを超えると、相対透過音圧の低下幅（勾配）が急峻となり、超音波の音響特性が不安定となる。これに対して、金属膜の膜厚寸法を１００μｍ以下とすることで、超音波の音響特性の急激な変化が生じにくく、安定した音響特性の超音波デバイスを提供できる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記金属膜は、前記第二面における前記未開口領域と、前記開口部の内周面と、前記支持部の前記開口部に臨む面とに設けられていることが好ましい。
本態様では、金属膜は、基板の第二面における未開口領域と、開口部の内周面と、支持膜の開口部に臨む面に設けられている。上述したように、基板の第二面における未開口領域に設けられた金属膜は、超音波の送受信への影響が小さい。同様に、開口部の内周面に設けられる金属膜は、超音波の進行を妨げることがなく、超音波の送受信への影響が小さい。また、支持膜に設けられる金属膜は、超音波の送受信処理において、支持膜とともに振動する。このため、金属膜の厚み寸法を、支持膜の振動を阻害しない程度に十分小さくすることで、当該支持膜に設けられる金属膜においても、超音波の送受信への影響を小さくできる。すなわち、本態様においても、金属膜による超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜により、広い範囲を覆うことができるので、電磁波によるノイズの影響をより低減することができる。
本態様では、金属膜は、基板の第二面における未開口領域と、開口部の内周面と、支持膜の開口部に臨む面に設けられている。上述したように、基板の第二面における未開口領域に設けられた金属膜は、超音波の送受信への影響が小さい。同様に、開口部の内周面に設けられる金属膜は、超音波の進行を妨げることがなく、超音波の送受信への影響が小さい。また、支持膜に設けられる金属膜は、超音波の送受信処理において、支持膜とともに振動する。このため、金属膜の厚み寸法を、支持膜の振動を阻害しない程度に十分小さくすることで、当該支持膜に設けられる金属膜においても、超音波の送受信への影響を小さくできる。すなわち、本態様においても、金属膜による超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜により、広い範囲を覆うことができるので、電磁波によるノイズの影響をより低減することができる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記金属膜は、前記未開口領域において、前記開口部を囲って設けられていることが好ましい。
本態様では、金属膜は、未開口領域において開口部を囲って設けられている。上述したように、基板の第二面における未開口領域に設けられた金属膜は、超音波の送受信への影響が小さい。また、金属膜が開口部を囲って設けられているので、例えば、金属膜が開口部を覆っている場合に比べて、音響特性の低下を抑制しつつ、電磁波のノイズ成分を遮断することができる。すなわち、本態様においても、金属膜による超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜が開口部に設けられていないので、電磁波によるノイズの影響をより低減しつつ、超音波の送受信への影響をより小さくすることができる。
本態様では、金属膜は、未開口領域において開口部を囲って設けられている。上述したように、基板の第二面における未開口領域に設けられた金属膜は、超音波の送受信への影響が小さい。また、金属膜が開口部を囲って設けられているので、例えば、金属膜が開口部を覆っている場合に比べて、音響特性の低下を抑制しつつ、電磁波のノイズ成分を遮断することができる。すなわち、本態様においても、金属膜による超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜が開口部に設けられていないので、電磁波によるノイズの影響をより低減しつつ、超音波の送受信への影響をより小さくすることができる。
本態様の超音波デバイスにおいて、前記開口部に設けられた音響層を備え、前記音響層は、前記未開口領域の前記金属膜と平坦に連なる面を有することが好ましい。
本態様では、開口部に設けられた音響層の一面が、金属膜の面と段差なく平坦に連なる。このため、金属膜及び音響層の上に例えば音響レンズ等の音響部材を接合する際に、音響層及び音響部材の間に空気等の気体の混入される不都合を抑制できる。
本態様では、開口部に設けられた音響層の一面が、金属膜の面と段差なく平坦に連なる。このため、金属膜及び音響層の上に例えば音響レンズ等の音響部材を接合する際に、音響層及び音響部材の間に空気等の気体の混入される不都合を抑制できる。
本発明の一態様に係る超音波装置は、上述したような超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本態様では、制御部により、超音波デバイスによる超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイスで超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。
本態様では、制御部により、超音波デバイスによる超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイスで超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。
本発明の一態様に係る厚み設計方法は、第一面、及び前記第一面の裏面である第二面を含み、前記第一面から前記第二面に亘って開口された開口部を備える基板と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する支持部と、前記支持部に設けられた振動子と、前記基板の前記第二面において、前記開口部により開口されていない未開口領域に設けられた金属膜と、を備え、超音波の送信及び受信の少なくともいずれかを実施する超音波デバイスにおける前記金属膜の厚み設計方法であって、前記金属膜の前記基板の厚み方向に対する寸法を、前記超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計することを特徴とする。
本態様によれば、金属膜の前記基板の厚み方向に対する寸法を、前記超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計する。これによれば、金属膜による超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる金属膜を提供できる。
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る超音波装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波装置の概略構成］
図１は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波装置１は、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を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波装置１は、超音波プローブ２を対象物（例えば生体）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出する。また、対象物（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、その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、第一実施形態に係る超音波装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波装置の概略構成］
図１は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の超音波装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波装置１は、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を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波装置１は、超音波プローブ２を対象物（例えば生体）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出する。また、対象物（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、その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。
［超音波プローブの構成］
図３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、超音波モジュールであり、筐体２１と、超音波センサー２２と、を備える。
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を収納する。筐体２１の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、超音波センサー２２の一部（後述する音響レンズ７）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）には通過孔が設けられ、通過孔を介してケーブル３が筐体２１の内部に挿入される。このケーブル３は、図示を省略するが、筐体２１の内部にて超音波センサー２２（後述する回路基板６）に接続されている。
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例を示すが、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。
図３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、超音波モジュールであり、筐体２１と、超音波センサー２２と、を備える。
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を収納する。筐体２１の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、超音波センサー２２の一部（後述する音響レンズ７）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）には通過孔が設けられ、通過孔を介してケーブル３が筐体２１の内部に挿入される。このケーブル３は、図示を省略するが、筐体２１の内部にて超音波センサー２２（後述する回路基板６）に接続されている。
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例を示すが、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。
［超音波センサーの構成］
超音波センサー２２は、図３に示すように、超音波デバイス４と、回路基板６と、音響レンズ７と、を備える。後述するが、回路基板６には、超音波デバイス４を制御するためのドライバー回路等が設けられており、超音波デバイス４は、例えばフレキシブル基板等の配線部材５を介して回路基板６に電気的に接続される。この超音波デバイス４の超音波送受信側の面に、音響レンズ７が設けられており、当該音響レンズ７は、筐体２１の一面側から外部に露出する。
超音波センサー２２は、図３に示すように、超音波デバイス４と、回路基板６と、音響レンズ７と、を備える。後述するが、回路基板６には、超音波デバイス４を制御するためのドライバー回路等が設けられており、超音波デバイス４は、例えばフレキシブル基板等の配線部材５を介して回路基板６に電気的に接続される。この超音波デバイス４の超音波送受信側の面に、音響レンズ７が設けられており、当該音響レンズ７は、筐体２１の一面側から外部に露出する。
［超音波基板の構成］
次に、超音波基板４１の構成について詳述する。
図４は、超音波基板４１の概略構成を示す平面図であり、図５は、超音波基板４１の一部を図４とは反対方向側から見た平面図である。
超音波デバイス４は、超音波基板４１と、当該超音波基板４１上に位置する金属膜４２（図５参照）と、を有する。
このような超音波基板４１には、図４に示すように、互いに交差（本実施形態では、直交を例示）するＸ方向（スキャン方向）及びＹ方向（スライス方向）に沿って、複数の超音波トランスデューサー４１Ａ（超音波素子）が２次元アレイ状に配置されている。ここで、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４１Ａにより、１ＣＨ（チャネル）の送受信列４１Ｂ（素子群）が構成される。また、当該１ＣＨの送受信列がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波基板４１が構成される。ここで、超音波トランスデューサー４１Ａが配置される領域をアレイ領域Ａｒとする。
なお、図４及び図５は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａ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４１Ａが配置されている。
次に、超音波基板４１の構成について詳述する。
図４は、超音波基板４１の概略構成を示す平面図であり、図５は、超音波基板４１の一部を図４とは反対方向側から見た平面図である。
超音波デバイス４は、超音波基板４１と、当該超音波基板４１上に位置する金属膜４２（図５参照）と、を有する。
このような超音波基板４１には、図４に示すように、互いに交差（本実施形態では、直交を例示）するＸ方向（スキャン方向）及びＹ方向（スライス方向）に沿って、複数の超音波トランスデューサー４１Ａ（超音波素子）が２次元アレイ状に配置されている。ここで、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー４１Ａにより、１ＣＨ（チャネル）の送受信列４１Ｂ（素子群）が構成される。また、当該１ＣＨの送受信列がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波基板４１が構成される。ここで、超音波トランスデューサー４１Ａが配置される領域をアレイ領域Ａｒとする。
なお、図４及び図５は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａ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４１Ａが配置されている。
図６は、超音波センサー２２（超音波デバイス４及び音響レンズ７）をＹ方向に沿って切断した際の断面図である。なお、図６においても、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａ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４１Ａが配置されている。
超音波基板４１は、図６に示すように、素子基板４１１と、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ上に設けられる支持膜４１２と、支持膜４１２上に設けられる圧電素子４１３とを備えて構成されている。
素子基板４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この素子基板４１１は、各々の超音波トランスデューサー４１Ａに対応した開口部４１１Ａが設けられている。本実施形態では、各開口部４１１Ａは、素子基板４１１の一端面（第一面４１１Ｃ）から、第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄに亘って開口され、基板厚み方向を貫通した貫通孔である。この開口部４１１Ａは、第一面４１１Ｃ側が支持膜４１２により閉塞されている。
なお、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ側には、素子基板４１１を補強するための図示略の封止板が配置され、例えば樹脂等の接着部材により固定されている。
超音波基板４１は、図６に示すように、素子基板４１１と、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ上に設けられる支持膜４１２と、支持膜４１２上に設けられる圧電素子４１３とを備えて構成されている。
素子基板４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。この素子基板４１１は、各々の超音波トランスデューサー４１Ａに対応した開口部４１１Ａが設けられている。本実施形態では、各開口部４１１Ａは、素子基板４１１の一端面（第一面４１１Ｃ）から、第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄに亘って開口され、基板厚み方向を貫通した貫通孔である。この開口部４１１Ａは、第一面４１１Ｃ側が支持膜４１２により閉塞されている。
なお、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ側には、素子基板４１１を補強するための図示略の封止板が配置され、例えば樹脂等の接着部材により固定されている。
この開口部４１１Ａは、周囲を隔壁４１１Ｂに囲まれており、当該開口部４１１Ａの短辺方向（例えばＸ方向）の幅寸法は、略３０μｍであり、長辺方向（例えばＹ方向）の幅寸法は、略６０μｍとなる。また、隔壁４１１Ｂの壁幅は、略１０μｍとなる。このような第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂの面には、詳しくは後述するが金属膜４２が形成されている。
つまり、開口幅の最大寸法が略７０μｍとなる開口部４１１Ａが、略１０μｍピッチで配置され、これらの開口部４１１Ａを囲って金属膜４２が設けられている。
つまり、開口幅の最大寸法が略７０μｍとなる開口部４１１Ａが、略１０μｍピッチで配置され、これらの開口部４１１Ａを囲って金属膜４２が設けられている。
また、開口部４１１Ａの支持膜４１２が設けられない側には、音響層４１４が設けられる（充填される）。このような音響層４１４は、音響レンズ７と略同一の音響インピーダンスを有し、支持膜４１２及び音響レンズ７に密着されている。これにより、支持膜４１２の振動により送信される超音波を、音響層４１４を介して音響レンズ７に伝達させることができ、音響レンズ７から入射された超音波を、音響層４１４を介して支持膜４１２に伝達させることが可能となる。
支持膜４１２は、本発明の支持部に相当し、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板４１１の第一面４１１Ｃ側の全体を覆って設けられている。すなわち、支持膜４１２は、開口部４１１Ａを構成する隔壁４１１Ｂにより支持され、開口部４１１Ａの第一面４１１Ｃ側を閉塞する。この支持膜４１２の厚み寸法は、素子基板４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。
圧電素子４１３は、各開口部４１１Ａを閉塞する支持膜４１２上にそれぞれ設けられている。この圧電素子４１３は、例えば、支持膜４１２側から下部電極４１３Ａ、圧電膜４１３Ｂ、及び上部電極４１３Ｃを積層した積層体により構成されている。
ここで、支持膜４１２のうち、開口部４１１Ａを閉塞する部分は振動部４１２Ａを構成し、この振動部４１２Ａと、圧電素子４１３とにより、１つの超音波トランスデューサー４１Ａ（振動子）が構成される。
このような超音波トランスデューサー４１Ａでは、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に所定周波数の矩形波電圧（駆動信号）が印加されることで、圧電膜４１３Ｂが撓んで振動部４１２Ａが振動して超音波が送出される。また、生体から反射された超音波により振動部４１２Ａが振動されると、圧電膜４１３Ｂの上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
ここで、支持膜４１２のうち、開口部４１１Ａを閉塞する部分は振動部４１２Ａを構成し、この振動部４１２Ａと、圧電素子４１３とにより、１つの超音波トランスデューサー４１Ａ（振動子）が構成される。
このような超音波トランスデューサー４１Ａでは、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に所定周波数の矩形波電圧（駆動信号）が印加されることで、圧電膜４１３Ｂが撓んで振動部４１２Ａが振動して超音波が送出される。また、生体から反射された超音波により振動部４１２Ａが振動されると、圧電膜４１３Ｂの上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
また、本実施形態では、図４に示すように、下部電極４１３Ａは、Ｙ方向に沿って直線状に形成されており、１ＣＨの送受信列４１Ｂを構成する複数の超音波トランスデューサー４１Ａを接続する。この下部電極４１３Ａの−Ｙ側端部（第一方向の一端部）には、第一端子４１３Ａ１が設けられ、＋Ｙ側端部（第一方向の他端部）には第二端子４１３Ａ２が設けられている。これらに第一端子４１３Ａ１及び第二端子４１３Ａ２は、それぞれ回路基板６に電気接続されている。
また、上部電極４１３Ｃは、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー４１Ａを接続する。そして、上部電極４１３Ｃの±Ｘ側端部は共通電極線４１３Ｄに接続される。この共通電極線４１３Ｄは、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極４１３Ｃ同士を結線し、その端部には、回路基板６に電気接続される共通端子４１３Ｄ１が設けられている。
［金属膜の構成］
金属膜４２は、Ａｌ（アルミニウム）等の金属膜により構成されている。この金属膜４２は、外部からの電磁波が入力された場合でも、超音波トランスデューサー４１Ａ（振動子）に当該電磁波が入力されることを抑制する。このような金属膜４２は、超音波基板４１の第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａにより開口されていない未開口領域に位置する。つまり、金属膜４２は、超音波基板４１の第二面４１１Ｄのうち、開口部４１１Ａを形成する隔壁４１１Ｂ上に設けられている。よって、本実施形態では、超音波基板４１を基板厚み方向から見た平面視において、金属膜４２は、図５に示すように、開口部４１１Ａを囲って設けられている。
金属膜４２は、Ａｌ（アルミニウム）等の金属膜により構成されている。この金属膜４２は、外部からの電磁波が入力された場合でも、超音波トランスデューサー４１Ａ（振動子）に当該電磁波が入力されることを抑制する。このような金属膜４２は、超音波基板４１の第一面４１１Ｃの裏面である第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａにより開口されていない未開口領域に位置する。つまり、金属膜４２は、超音波基板４１の第二面４１１Ｄのうち、開口部４１１Ａを形成する隔壁４１１Ｂ上に設けられている。よって、本実施形態では、超音波基板４１を基板厚み方向から見た平面視において、金属膜４２は、図５に示すように、開口部４１１Ａを囲って設けられている。
具体的に、金属膜４２は、第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂに設けられるため、当該金属膜４２の幅寸法は、上述した隔壁４１１Ｂの壁幅である略１０μｍである。また、開口部４１１ＡにおけるＹ方向に沿う方向の寸法は、上述したように略３０μｍに設定され、Ｘ方向に沿う方向の寸法は、上述したように略６０μｍに設定されていることから、当該金属膜４２は、少なくとも略６０μｍのピッチ間隔にて隔壁４１１Ｂに配置される。つまり、金属膜４２は、所謂メッシュ状にて、第二面４１１Ｄに位置する。
金属膜４２は、表層における電磁波の反射と、当該金属膜４２での電磁波の吸収により、外部からの電磁波の透過を抑制する。このうち、反射により電磁波の透過が抑制される。
ここで、本実施形態においてノイズとしてカットしたい電磁波は、周波数３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波である。このような電磁波は、例えば、周波数３０ＭＨｚの場合における波長の長さは、略１０ｍであり、周波数１ＧＨｚの場合における波長の長さは、３００ｍｍである。メッシュ状の金属膜４２により静電シールド効果を得るためには、メッシュ間隔を、電磁波の半波長よりも小さくする必要がある。
これに対し、本実施形態では、金属膜４２の幅寸法が略１０μｍであり、ピッチ間隔の最大値は７０μｍ以下となる。よって、上記周波数帯域の電磁波が、メッシュ孔を透過することがなく、金属膜４２での反射や吸収による電磁シールド効果を得ることができる。
ここで、本実施形態においてノイズとしてカットしたい電磁波は、周波数３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波である。このような電磁波は、例えば、周波数３０ＭＨｚの場合における波長の長さは、略１０ｍであり、周波数１ＧＨｚの場合における波長の長さは、３００ｍｍである。メッシュ状の金属膜４２により静電シールド効果を得るためには、メッシュ間隔を、電磁波の半波長よりも小さくする必要がある。
これに対し、本実施形態では、金属膜４２の幅寸法が略１０μｍであり、ピッチ間隔の最大値は７０μｍ以下となる。よって、上記周波数帯域の電磁波が、メッシュ孔を透過することがなく、金属膜４２での反射や吸収による電磁シールド効果を得ることができる。
また、金属膜４２は、例えば、蒸着等の工程を経て、隔壁４１１Ｂに固定される。このような金属膜４２の厚み寸法は、１０μｍ以上に形成されている。
この金属膜４２による電磁シールドは、主に反射によるシールド効果により成り立つが、これに加え、金属膜４２により電磁波を吸収することで、より高いシールド効果を得ることができる。
ここで、金属膜４２による電磁波の吸収では、シールド効果（減衰損Ａ）は、以下の数式（１）により求められる。
この金属膜４２による電磁シールドは、主に反射によるシールド効果により成り立つが、これに加え、金属膜４２により電磁波を吸収することで、より高いシールド効果を得ることができる。
ここで、金属膜４２による電磁波の吸収では、シールド効果（減衰損Ａ）は、以下の数式（１）により求められる。
［数式１］
上記数式（１）において、ｔは、金属膜４２の膜厚寸法であり、ｆは、カット対象の電磁波の周波数であり、μは、金属膜４２の膜材の透磁率であり、σは、金属膜４２の膜材の導電率である。本実施形態では、金属膜４２は、アルミニウムにより構成されていることから、μ＝１．２６×１０−6（Ｈ/ｍ）、σが３．９６×１０７（Ｓ/ｍ）となる。
超音波測定において、生体の内部断層画像を得る場合、ノイズ成分による画像不鮮明等の画像劣化を抑制するためには、１２０ｄＢ程度のシールド効果を達成することが好ましい。本実施形態において、超音波測定時のノイズとなる可能性がある電磁波は、周波数３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波であり、金属膜４２の膜厚寸法ｔをｔ≧８μｍとすることで、上記シールド効果を達成することができ、１０μｍ以上とすることがより好ましい。例えば、金属膜４２の膜厚寸法が１０μｍである場合には、ｆ＝３０ＭＨｚの電磁波に対して５１ｄＢ、ｆ＝１ＧＨｚの電磁波に対して２９４ｄＢとなり、十分なシールド効果を得ることができる。
超音波測定において、生体の内部断層画像を得る場合、ノイズ成分による画像不鮮明等の画像劣化を抑制するためには、１２０ｄＢ程度のシールド効果を達成することが好ましい。本実施形態において、超音波測定時のノイズとなる可能性がある電磁波は、周波数３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波であり、金属膜４２の膜厚寸法ｔをｔ≧８μｍとすることで、上記シールド効果を達成することができ、１０μｍ以上とすることがより好ましい。例えば、金属膜４２の膜厚寸法が１０μｍである場合には、ｆ＝３０ＭＨｚの電磁波に対して５１ｄＢ、ｆ＝１ＧＨｚの電磁波に対して２９４ｄＢとなり、十分なシールド効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、金属膜４２は、アルミニウムにより構成されていることとしたが、これに限らず、例えば、銀、銅、ニッケル及び金等の如何なる金属により構成されてもよい。つまり、本実施形態では、透磁率μと導電率σとの積が３０以上となる金属素材を用いた金属膜４２を、ｔ＝１０μｍ以上の膜厚寸法で形成されていればよく、このような構成とすることで、ノイズの原因となる３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波の透過をカットできる。
［音響レンズの構成］
音響レンズ７は、超音波デバイス４から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波デバイス４に伝搬させる。この音響レンズ７は、超音波デバイス４が超音波を送受信する面に沿って配置される。
ここで、上述のように、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響層４１４が設けられる。この音響層４１４は、素子基板４１１に金属膜４２が蒸着された後、音響層４１４を形成する液状の材料（例えば、液状のシリコーン等）を、開口部４１１Ａに充填して形成する。この際、金属膜４２の表面（素子基板４１１とは反対側の面）に合わせて、ヘラ等の直線部を有する部材を用いて、表面が均一な平面となるように均す。したがって音響層４１４の素子基板４１１と反対側の面４１４Ａは、金属膜４２の表面４２１と段差なく平坦に連なる面となる。
これにより、音響レンズ７を、金属膜４２の表面４２１及び面４１４Ａに接合する際に、空気等の気体が音響層４１４と当該音響レンズ７との間に封入される不都合が抑制される。
音響レンズ７は、超音波デバイス４から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波デバイス４に伝搬させる。この音響レンズ７は、超音波デバイス４が超音波を送受信する面に沿って配置される。
ここで、上述のように、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響層４１４が設けられる。この音響層４１４は、素子基板４１１に金属膜４２が蒸着された後、音響層４１４を形成する液状の材料（例えば、液状のシリコーン等）を、開口部４１１Ａに充填して形成する。この際、金属膜４２の表面（素子基板４１１とは反対側の面）に合わせて、ヘラ等の直線部を有する部材を用いて、表面が均一な平面となるように均す。したがって音響層４１４の素子基板４１１と反対側の面４１４Ａは、金属膜４２の表面４２１と段差なく平坦に連なる面となる。
これにより、音響レンズ７を、金属膜４２の表面４２１及び面４１４Ａに接合する際に、空気等の気体が音響層４１４と当該音響レンズ７との間に封入される不都合が抑制される。
［回路基板の構成］
次に、回路基板６について説明する。
図２に戻って、回路基板６は、超音波トランスデューサー４１Ａを駆動させる各種回路として、例えば選択回路６１、送信回路６２（信号出力部）及び受信回路６３を備えている。また、回路基板６は、超音波基板４１の第一端子４１３Ａ１に接続される第一入出力部６６Ａ１、第二端子４１３Ａ２に接続される第二入出力部６６Ａ２を備える。
さらに、回路基板６は、図示は省略するが、共通端子４１３Ｄ１に接続される共通入出力部、共通入出力部に接続されて共通端子４１３Ｄ１に共通電圧を印加する共通電圧出力部等を備える。
次に、回路基板６について説明する。
図２に戻って、回路基板６は、超音波トランスデューサー４１Ａを駆動させる各種回路として、例えば選択回路６１、送信回路６２（信号出力部）及び受信回路６３を備えている。また、回路基板６は、超音波基板４１の第一端子４１３Ａ１に接続される第一入出力部６６Ａ１、第二端子４１３Ａ２に接続される第二入出力部６６Ａ２を備える。
さらに、回路基板６は、図示は省略するが、共通端子４１３Ｄ１に接続される共通入出力部、共通入出力部に接続されて共通端子４１３Ｄ１に共通電圧を印加する共通電圧出力部等を備える。
選択回路６１は、超音波基板４１の各送受信列４１Ｂと接続される。また、選択回路６１は、送信回路６２や受信回路６３と接続される。
この選択回路６１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と送信回路６２とを接続する送信接続、及び超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と受信回路６３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路６２は、駆動信号を出力する信号出力部であり、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に駆動信号を出力する。この駆動信号は、選択回路６１を介して各送受信列４１Ｂに入力され、これにより、各超音波トランスデューサー４１Ａが駆動されて超音波が送出される。
この選択回路６１は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と送信回路６２とを接続する送信接続、及び超音波トランスデューサー４１Ａ（送受信列４１Ｂ）と受信回路６３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路６２は、駆動信号を出力する信号出力部であり、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に駆動信号を出力する。この駆動信号は、選択回路６１を介して各送受信列４１Ｂに入力され、これにより、各超音波トランスデューサー４１Ａが駆動されて超音波が送出される。
受信回路６３は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、各送受信列４１Ｂから選択回路６１を介して入力される受信信号を処理する。具体的には、受信回路６３は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
［制御装置の構成］
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、制御部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０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てもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波装置１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、制御部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送受信制御部１４１及び画像形成部１４２等として機能する。
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、制御部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０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てもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波装置１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、制御部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送受信制御部１４１及び画像形成部１４２等として機能する。
送受信制御部１４１は、選択回路６１を制御して、送信接続と、受信接続とを切り替える。また、送受信制御部１４１は、送信回路６２に対して駆動信号の生成及び出力処理の制御を行い、受信回路６３に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
画像形成部１４２は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）に基づいて、生体の内部断層像（超音波画像）を生成する。また、画像形成部１４２は、生成した内部断層像を表示部１２に表示させる。
画像形成部１４２は、超音波プローブ２から送信された受信信号（画像信号）に基づいて、生体の内部断層像（超音波画像）を生成する。また、画像形成部１４２は、生成した内部断層像を表示部１２に表示させる。
［第一実施形態の作用効果］
以上説明した本実施形態に係る超音波装置１は、以下の効果を奏する。
本実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａが設けられていない領域である隔壁４１１Ｂに金属膜４２が設けられている。このような構成では、圧電素子４１３により支持膜４１２を振動させて超音波を送信する場合でも、支持膜４１２にて超音波を受信する場合でも、金属膜４２が超音波の進行経路上に設けられていない。このため、当該金属膜４２による超音波の送受信の阻害が抑制される。また、金属膜４２が設けられることで、外部からの電磁波が入力された場合でも、圧電素子４１３に当該電磁波が入力されない。したがって、例えば超音波受信時のノイズの影響を抑制できる。
また、超音波装置１の超音波プローブ２により取得され、制御装置１０の表示部１２に表示される内部断層画像において、ノイズ成分による画像の乱れや、不鮮明等を抑制できる。
以上説明した本実施形態に係る超音波装置１は、以下の効果を奏する。
本実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、開口部４１１Ａが設けられていない領域である隔壁４１１Ｂに金属膜４２が設けられている。このような構成では、圧電素子４１３により支持膜４１２を振動させて超音波を送信する場合でも、支持膜４１２にて超音波を受信する場合でも、金属膜４２が超音波の進行経路上に設けられていない。このため、当該金属膜４２による超音波の送受信の阻害が抑制される。また、金属膜４２が設けられることで、外部からの電磁波が入力された場合でも、圧電素子４１３に当該電磁波が入力されない。したがって、例えば超音波受信時のノイズの影響を抑制できる。
また、超音波装置１の超音波プローブ２により取得され、制御装置１０の表示部１２に表示される内部断層画像において、ノイズ成分による画像の乱れや、不鮮明等を抑制できる。
本実施形態では、金属膜４２は、未開口領域である隔壁４１１Ｂにおいて開口部４１１Ａを囲って設けられている。上述したように、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂに設けられた金属膜４２は、超音波の送受信への影響が小さい。また、金属膜４２が開口部４１１Ａを囲って設けられているので、例えば、金属膜４２が開口部４１１Ａを覆っている場合に比べて、音響特性の低下を抑制しつつ、電磁波のノイズ成分を遮断することができる。このため、金属膜４２による超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜４２が開口部４１１Ａに設けられていないので、電磁波によるノイズの影響をより低減しつつ、超音波の送受信への影響をより小さくすることができる。
本実施形態では、音響層４１４は、開口部４１１Ａに充填されることにより形成され、当該音響層４１４は、金属膜４２の表面４２１と段差なく平坦に連なる面４１４Ａを有する。このため、金属膜４２の表面４２１及び面４１４Ａに、音響レンズ７等を接合する際に、空気等の気体が音響層４１４と当該音響レンズ７等との間に流入することを抑制している。したがって、音響レンズ７を超音波デバイス４に確実に固定でき、かつ、金属膜４２によって超音波の送受信効率の低下を抑制できる。
本実施形態では、制御部１４により、超音波デバイス４による超音波の送信を制御する送信処理や、超音波デバイス４で超音波を受信させる受信処理を実施できる。また、制御部１４は、受信処理により得られた受信信号に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成するなどの各種処理を実施できる。
［第一実施形態の第一変形例］
上記第一実施形態では、金属膜４２は、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂにおいて、開口部４１１Ａを囲って配置されていることとしたが、これに限らず、例えば、隔壁４１１Ｂ（未開口部）における外縁と、Ｘ方向に沿う方向に延びる部位と、にのみ金属膜４２が設けられる構成としてもよい。
上記第一実施形態では、金属膜４２は、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂにおいて、開口部４１１Ａを囲って配置されていることとしたが、これに限らず、例えば、隔壁４１１Ｂ（未開口部）における外縁と、Ｘ方向に沿う方向に延びる部位と、にのみ金属膜４２が設けられる構成としてもよい。
図７は、第一実施形態の変形例における超音波デバイス４の概略構成を示す斜視図である。
上記第一実施形態では、超音波トランスデューサー４１Ａの振動部４１２Ａを、素子基板４１１の開口部４１１Ａ（隔壁４１１Ｂ）により形成したが、図７に示すように、隔壁４１１Ｂと、封止板４３を接合するための樹脂部材４３１とにより構成されていてもよい。
本変形例では、開口部４１１Ａは、Ｙ方向に沿った長手状となり、複数の超音波トランスデューサー４１Ａに亘って配置される。
また、封止板４３と素子基板４１１とを接合する樹脂部材４３１が、Ｘ方向と平行に複数設けられている。
このような構成では、超音波トランスデューサー４１Ａの振動部４１２Ａは、支持膜４１２のうち、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂと、隣り合う一対の樹脂部材４３１とにより囲われる領域によって構成されることになる。
上記第一実施形態では、超音波トランスデューサー４１Ａの振動部４１２Ａを、素子基板４１１の開口部４１１Ａ（隔壁４１１Ｂ）により形成したが、図７に示すように、隔壁４１１Ｂと、封止板４３を接合するための樹脂部材４３１とにより構成されていてもよい。
本変形例では、開口部４１１Ａは、Ｙ方向に沿った長手状となり、複数の超音波トランスデューサー４１Ａに亘って配置される。
また、封止板４３と素子基板４１１とを接合する樹脂部材４３１が、Ｘ方向と平行に複数設けられている。
このような構成では、超音波トランスデューサー４１Ａの振動部４１２Ａは、支持膜４１２のうち、隣り合う一対の隔壁４１１Ｂと、隣り合う一対の樹脂部材４３１とにより囲われる領域によって構成されることになる。
このような構成では、金属膜４２は、Ｙ方向に沿って長手となる開口部４１１Ａを囲って隔壁４１１Ｂ上に配置される。この場合、開口部４１１ＡにおけるＹ方向に対する開口幅を１５０ｍｍ未満とする。これによって３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波を金属膜４２の隙間から通過させることなくカットできる。
さらに、上記金属膜４２は、１ＣＨ毎の開口群（複数の開口部４１１Ａ）を囲むように設けられてもよい。
さらに、上記金属膜４２は、１ＣＨ毎の開口群（複数の開口部４１１Ａ）を囲むように設けられてもよい。
［第一実施形態の第一変形例の効果］
本変形例によれば、金属膜４２が隔壁４１１Ｂの外縁と、一方向（Ｙ方向）に沿う方向に延びる部位のみ設けられているので、金属膜４２を隔壁４１１Ｂの全領域に設ける場合に比べて、金属膜４２の蒸着量を軽減できる。この場合であっても、上記第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、超音波デバイス４が、封止板４３を有しているので、超音波基板４１を補強することにより、超音波トランスデューサー４１Ａを保護できる。
本変形例によれば、金属膜４２が隔壁４１１Ｂの外縁と、一方向（Ｙ方向）に沿う方向に延びる部位のみ設けられているので、金属膜４２を隔壁４１１Ｂの全領域に設ける場合に比べて、金属膜４２の蒸着量を軽減できる。この場合であっても、上記第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、超音波デバイス４が、封止板４３を有しているので、超音波基板４１を補強することにより、超音波トランスデューサー４１Ａを保護できる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、隔壁４１１Ｂに金属膜４２が位置する例、すなわち、開口部４１１Ａを囲むように金属膜４２が隔壁４１１Ｂに位置する例を示した。
これに対して、第二実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄの略全領域に金属膜４２Ａが設けられている点で、上記第一実施形態と相違する。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、隔壁４１１Ｂに金属膜４２が位置する例、すなわち、開口部４１１Ａを囲むように金属膜４２が隔壁４１１Ｂに位置する例を示した。
これに対して、第二実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄの略全領域に金属膜４２Ａが設けられている点で、上記第一実施形態と相違する。
図８は、第二実施形態の超音波デバイス４Ａの概略構成を示す断面図である。なお、図８においても、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａ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４１Ａが配置されている。
本実施形態では、超音波デバイス４Ａは、図８に示すように、金属膜４２に代えて、金属膜４２Ａを有する。この金属膜４２Ａは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける略全領域に設けられている。つまり、金属膜４２Ａは、第二面４１１Ｄにおいて、未開口領域に相当する隔壁４１１Ｂと、開口部４１１Ａ内に充填される音響層４１４の領域とに設けられている。
ここで、本実施形態では、音響層４１４は、開口部４１１Ａ内に充填された後、素子基板４１１の第二面４１１Ｄに合わせて、ヘラ等の直線部を有する部材を用いて、表面が均一な平面となるように均される。したがって、音響層４１４の素子基板４１１とは反対側の面４１４Ａは、第二面３１１Ｄと平坦に連なる面となり、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａと当接する。すなわち、音響層４１４の面４１４Ａは、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａと同一平面となる。したがって、金属膜４２Ａは、素子基板４１１及び音響層４１４上に、均一厚みで、かつ段差なく形成することが可能となる。よって、金属膜４２Ａ上に音響レンズ７を設ける場合でも、音響レンズ７と金属膜４２Ａとの間への気体の混入が抑制される。
なお、本実施形態では、金属膜４２Ａは、蒸着等の工程を経て、第二面４１１Ｄの略全領域に設けられているが、これに限らず、例えば、スパッタリング等により金属膜４２Ａを当該第二面４１１Ｄに設けることとしてもよい。
本実施形態では、超音波デバイス４Ａは、図８に示すように、金属膜４２に代えて、金属膜４２Ａを有する。この金属膜４２Ａは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける略全領域に設けられている。つまり、金属膜４２Ａは、第二面４１１Ｄにおいて、未開口領域に相当する隔壁４１１Ｂと、開口部４１１Ａ内に充填される音響層４１４の領域とに設けられている。
ここで、本実施形態では、音響層４１４は、開口部４１１Ａ内に充填された後、素子基板４１１の第二面４１１Ｄに合わせて、ヘラ等の直線部を有する部材を用いて、表面が均一な平面となるように均される。したがって、音響層４１４の素子基板４１１とは反対側の面４１４Ａは、第二面３１１Ｄと平坦に連なる面となり、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａと当接する。すなわち、音響層４１４の面４１４Ａは、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａと同一平面となる。したがって、金属膜４２Ａは、素子基板４１１及び音響層４１４上に、均一厚みで、かつ段差なく形成することが可能となる。よって、金属膜４２Ａ上に音響レンズ７を設ける場合でも、音響レンズ７と金属膜４２Ａとの間への気体の混入が抑制される。
なお、本実施形態では、金属膜４２Ａは、蒸着等の工程を経て、第二面４１１Ｄの略全領域に設けられているが、これに限らず、例えば、スパッタリング等により金属膜４２Ａを当該第二面４１１Ｄに設けることとしてもよい。
図９は、金属膜４２Ａの厚さ（膜厚寸法）と超音波の相対透過音圧との関係を示した図である。なお、図９においては、金属膜４２Ａが設けられていない場合における超音波の相対透過音圧を「１」としている。
また、上記金属膜４２Ａの膜厚寸法と超音波の相対透過音圧との関係は、音響レンズ７内に音圧測定点を設け、５ＭＨｚのパルス波長（超音波）を開口部４１１Ａ内に充填された音響層４１４及び金属膜４２Ａを介して音圧測定点にて測定された音圧を示している。
アルミニウム等により構成される金属膜４２Ａは、当該金属膜４２Ａの膜厚寸法が大きくなるにしたがって、超音波の送受信の際にノイズとなる外部からの電磁波をより効果的に抑制する特性を有する。
また、上記金属膜４２Ａの膜厚寸法と超音波の相対透過音圧との関係は、音響レンズ７内に音圧測定点を設け、５ＭＨｚのパルス波長（超音波）を開口部４１１Ａ内に充填された音響層４１４及び金属膜４２Ａを介して音圧測定点にて測定された音圧を示している。
アルミニウム等により構成される金属膜４２Ａは、当該金属膜４２Ａの膜厚寸法が大きくなるにしたがって、超音波の送受信の際にノイズとなる外部からの電磁波をより効果的に抑制する特性を有する。
ところで、金属膜４２Ａによる電磁シールド効果は金属膜４２Ａの膜厚寸法が大きくなるにしたがって増大するが、膜厚寸法を大きくしすぎると、相対透過音圧の値が低下する。
よって、本実施形態では、金属膜４２ＡとしてＡｌを用いる場合、膜厚寸法を、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。
ここで、図９に示すように、金属膜４２Ａの膜厚寸法が１０μｍ未満である場合、相対透過音圧の値は略「１」に近い値となり、超音波トランスデューサー４１Ａから出射された超音波を確実に透過させることができるものの、金属膜４２Ａにより吸収する電磁波も減少してしまう。
よって、本実施形態では、金属膜４２ＡとしてＡｌを用いる場合、膜厚寸法を、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。
ここで、図９に示すように、金属膜４２Ａの膜厚寸法が１０μｍ未満である場合、相対透過音圧の値は略「１」に近い値となり、超音波トランスデューサー４１Ａから出射された超音波を確実に透過させることができるものの、金属膜４２Ａにより吸収する電磁波も減少してしまう。
また、超音波装置１において、鮮明な内部断層画像を得るためには、超音波の相対透過音圧を０．５以上確保する必要がある。しかしながら、金属膜４２Ａの膜厚寸法が２００μｍを超えると、相対透過音圧が０．５以下となる（相対透過音圧の低下率が０．５以上となる）。
これに対して、上記のように、本実施形態では、金属膜４２Ａの膜厚寸法は、１０μｍ以上２００μｍ以下である、すなわち、金属膜４２Ａの膜厚寸法を、超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計することから、外部からの電磁波を十分にカットすることができ、かつ、０．５以上の相対透過音圧を確保できる。
これに対して、上記のように、本実施形態では、金属膜４２Ａの膜厚寸法は、１０μｍ以上２００μｍ以下である、すなわち、金属膜４２Ａの膜厚寸法を、超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計することから、外部からの電磁波を十分にカットすることができ、かつ、０．５以上の相対透過音圧を確保できる。
また、金属膜４２Ａの膜厚寸法としては、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、１０μｍ以上３０μｍ以下である。図９に示すように、金属膜４２Ａの相対透過音圧は、膜厚寸法が１００μｍを超えると、低下幅（勾配）が急峻となり、超音波の音響特性が不安定となる。これに対して、金属膜４２Ａの膜厚寸法を１００μｍ以下とすることで、超音波の音響特性の急激な変化が生じにくく、安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
さらに、金属膜４２Ａの膜厚寸法が１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲では、相対透過音圧がほとんど変化しないので、当該金属膜４２Ａの膜厚寸法を１０μｍ以上３０μｍ以下とすることで、極めて安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
さらに、金属膜４２Ａの膜厚寸法が１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲では、相対透過音圧がほとんど変化しないので、当該金属膜４２Ａの膜厚寸法を１０μｍ以上３０μｍ以下とすることで、極めて安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
［第二実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る超音波装置は、上記第一実施形態に係る超音波装置１と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
本実施形態では、音響層４１４の領域に金属膜４２Ａが設けられることで、外部からの電磁波をより効果的に抑制できる。一方、このように、超音波の進行路上となる音響層４１４の領域に金属膜４２Ａが設けられると、超音波の送受信が阻害される。これに対して、本実施形態では、金属膜４２Ａの厚み寸法が１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。このような構成では、金属膜４２Ａによる超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる。
以上説明した本実施形態に係る超音波装置は、上記第一実施形態に係る超音波装置１と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
本実施形態では、音響層４１４の領域に金属膜４２Ａが設けられることで、外部からの電磁波をより効果的に抑制できる。一方、このように、超音波の進行路上となる音響層４１４の領域に金属膜４２Ａが設けられると、超音波の送受信が阻害される。これに対して、本実施形態では、金属膜４２Ａの厚み寸法が１０μｍ以上、２００μｍ以下となる。このような構成では、金属膜４２Ａによる超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる。
また、本実施形態では、金属膜４２Ａの厚み寸法を１０μｍ以上、１００μｍ以下とすることがより好ましい。このように、金属膜４２Ａの厚み寸法を１０μｍ以上とすることで、電磁波を十分に吸収でき、例えば金属膜４２Ａを透過したノイズ電磁波が圧電素子４１３に入力される不都合を抑制できる。また、金属膜４２Ａの膜厚寸法が１００μｍを超えると、相対透過音圧の低下幅（勾配）が急峻となり、超音波の音響特性が不安定となる。これに対して、金属膜４２Ａの膜厚寸法を１００μｍ以下とすることで、超音波の音響特性の急激な変化が生じにくく、安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
特に、金属膜４２Ａの厚み寸法が１０μｍ以上３０μｍ以下である場合には、相対透過音圧がほとんど変化しないので、極めて安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
特に、金属膜４２Ａの厚み寸法が１０μｍ以上３０μｍ以下である場合には、相対透過音圧がほとんど変化しないので、極めて安定した音響特性の超音波デバイス４Ａを提供できる。
本実施形態では、音響層４１４は、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａと同一平面となる面４１４Ａを有する。このため、金属膜４２Ａの裏面４２２Ａ及び面４１４Ａに、音響レンズ７を接合する際に、空気等の気体が金属膜４２Ａと当該音響レンズ７との間に混入される不都合を抑制できる。
本実施形態では、金属膜４２Ａの超音波基板４１の厚み方向に対する寸法を、超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計する。これによれば、金属膜４２Ａによる超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となり、超音波の送受信効率の著しい低下を抑制できる金属膜４２Ａを提供できる。
また、素子基板４１１の開口部４１１Ａに音響層４１４を充填させて形成したのち、金属膜４２Ａを成膜する。その後は、パターニング等により金属膜４２Ａの形状を加工する必要がないので、製造効率を向上できる。
また、素子基板４１１の開口部４１１Ａに音響層４１４を充填させて形成したのち、金属膜４２Ａを成膜する。その後は、パターニング等により金属膜４２Ａの形状を加工する必要がないので、製造効率を向上できる。
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、隔壁４１１Ｂに金属膜４２が位置する例、すなわち、開口部４１１Ａの端縁の周囲に金属膜４２が隔壁４１１Ｂに位置する例を示した。
これに対して、第三実施形態では、第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂに加えて、開口部４１１Ａ内の略全領域に４２Ｂが設けられている点で、上記第一実施形態と相違する。
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおいて、隔壁４１１Ｂに金属膜４２が位置する例、すなわち、開口部４１１Ａの端縁の周囲に金属膜４２が隔壁４１１Ｂに位置する例を示した。
これに対して、第三実施形態では、第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂに加えて、開口部４１１Ａ内の略全領域に４２Ｂが設けられている点で、上記第一実施形態と相違する。
図１０は、第三実施形態の超音波デバイス４Ｂの概略構成を示す断面図である。なお、図１０においても、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４１Ａ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４１Ａが配置されている。
本実施形態では、超音波デバイス４Ｂは、図１０に示すように、金属膜４２に代えて、金属膜４２Ｂを有する。この金属膜４２Ｂは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂ上に加えて、開口部４１１Ａ及び支持膜４１２の一部に設けられている。つまり、金属膜４２Ｂは、第二面４１１Ｄにおける未開口領域に相当する隔壁４１１Ｂと、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１と、支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂとに設けられている。換言すると、金属膜４２Ｂは、開口部４１１Ａ内に充填される音響層４１４と、内周面４１１Ａ１及び面４１２Ｂとの間に位置し、かつ、開口部４１１Ａを囲って設けられている。
本実施形態では、超音波デバイス４Ｂは、図１０に示すように、金属膜４２に代えて、金属膜４２Ｂを有する。この金属膜４２Ｂは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける隔壁４１１Ｂ上に加えて、開口部４１１Ａ及び支持膜４１２の一部に設けられている。つまり、金属膜４２Ｂは、第二面４１１Ｄにおける未開口領域に相当する隔壁４１１Ｂと、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１と、支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂとに設けられている。換言すると、金属膜４２Ｂは、開口部４１１Ａ内に充填される音響層４１４と、内周面４１１Ａ１及び面４１２Ｂとの間に位置し、かつ、開口部４１１Ａを囲って設けられている。
このような音響層４１４は、素子基板４１１に金属膜４２Ｂが蒸着された後、音響層４１４を形成する液状の材料（例えば、液状のシリコーン等）を、金属膜４２Ｂが蒸着された開口部４１１Ａ内に充填し、ヘラ等の直線部を有する部材を用いて表面を均一に均すことで形成される。よって、音響層４１４は、金属膜４２Ｂの表面４２１Ｂと段差なく平坦に連なる面４１４Ａを有する。このため、金属膜４２Ｂの表面４２１Ｂ及び面４１４Ａに音響レンズ７を接合する際に、空気等の気体が音響層４１４と当該音響レンズ７との間に混入する不都合を抑制できる。
また、このような金属膜４２Ｂは、本実施形態では、蒸着等の工程を経て、隔壁４１１Ｂ、内周面４１１Ａ１及び面４１２Ｂに設けられているが、これに限らず、例えば、スパッタリング等により金属膜４２Ｂをこれらに設けることとしてもよい。
また、このような金属膜４２Ｂは、本実施形態では、蒸着等の工程を経て、隔壁４１１Ｂ、内周面４１１Ａ１及び面４１２Ｂに設けられているが、これに限らず、例えば、スパッタリング等により金属膜４２Ｂをこれらに設けることとしてもよい。
ここで、上述したように、支持膜４１２のうち、開口部４１１Ａを閉塞する部分は振動部４１２Ａを構成し、この振動部４１２Ａと、圧電素子４１３とにより、１つの超音波トランスデューサー４１Ａ（振動子）が構成される。つまり、本実施形態では、支持膜４１２の面４１２Ｂに接する金属膜４２Ｂの一部も振動部４１２Ａを構成する。このため、本実施形態では、当該金属膜４２Ｂの厚み寸法（膜厚寸法）は、１０μｍ以上５０μｍ未満であることが好ましく、例えば、本実施形態では、３０μｍに設定されている。これにより、超音波トランスデューサー４１Ａから好適に超音波が送出される。
［第三実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る超音波装置は、上記第一実施形態に係る超音波装置１と略同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
本実施形態では、金属膜４２Ｂは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける未開口領域（隔壁４１１Ｂ）と、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１と、支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂに設けられている。上述したように、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける未開口領域である隔壁４１１Ｂに設けられた金属膜４２Ｂは、超音波の送受信への影響が小さい。同様に、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１に設けられる金属膜４２Ｂは、超音波の進行を妨げることがなく、超音波の送受信への影響が小さい。また、支持膜４１２に設けられる金属膜４２Ｂは、超音波の送受信処理において、支持膜４１２とともに振動する。このため、金属膜４２Ｂの厚み寸法を、支持膜４１２の振動を阻害しない程度（例えば、１０μｍ以上５０μｍ未満）に十分小さくすることで、当該支持膜４１２に設けられる金属膜４２Ｂにおいても、超音波の送受信への影響を小さくできる。すなわち、本実施形態においても、金属膜４２Ｂによる超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜４２Ｂにより、広い範囲を覆うことができるので、電磁波によるノイズの影響をより低減することができる。
以上説明した本実施形態に係る超音波装置は、上記第一実施形態に係る超音波装置１と略同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
本実施形態では、金属膜４２Ｂは、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける未開口領域（隔壁４１１Ｂ）と、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１と、支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂに設けられている。上述したように、超音波基板４１の第二面４１１Ｄにおける未開口領域である隔壁４１１Ｂに設けられた金属膜４２Ｂは、超音波の送受信への影響が小さい。同様に、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１に設けられる金属膜４２Ｂは、超音波の進行を妨げることがなく、超音波の送受信への影響が小さい。また、支持膜４１２に設けられる金属膜４２Ｂは、超音波の送受信処理において、支持膜４１２とともに振動する。このため、金属膜４２Ｂの厚み寸法を、支持膜４１２の振動を阻害しない程度（例えば、１０μｍ以上５０μｍ未満）に十分小さくすることで、当該支持膜４１２に設けられる金属膜４２Ｂにおいても、超音波の送受信への影響を小さくできる。すなわち、本実施形態においても、金属膜４２Ｂによる超音波の送受信効率の低下を抑制することができ、かつ、金属膜４２Ｂにより、広い範囲を覆うことができるので、電磁波によるノイズの影響をより低減することができる。
［実施形態の変形］
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。
上記各実施形態において、音響レンズ７を備えることとしたが、これに限定されない。例えば、生体と同一又は略同一の音響インピーダンスを有する音響部材によりセンサー窓２１Ｂを封止し、音響部材と超音波基板４１との間に音響層４１４を設ける構成としてもよい。
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。
上記各実施形態において、音響レンズ７を備えることとしたが、これに限定されない。例えば、生体と同一又は略同一の音響インピーダンスを有する音響部材によりセンサー窓２１Ｂを封止し、音響部材と超音波基板４１との間に音響層４１４を設ける構成としてもよい。
上記各実施形態では、金属膜４２，４２Ａ，４２Ｂのそれぞれは、アルミニウム（Ａｌ）の他、ニッケル、金及び銅等により構成されていることとしたが、これに限らない。例えば、金属膜４２，４２Ａ，４２Ｂは、鉄（Ｆｅ）やスズ（Ｓｎ）等により構成されてもよい。
上記第二実施形態において、音響層４１４の面４１４Ａが素子基板４１１の第二面４１１Ｄと同一平面となる構成を例示したが、これに限定されない。
図１１は、第二実施形態の変形例に係る超音波デバイス４Ｃを示す断面図である。
図１１に示すように、超音波デバイス４Ｃは、音響層４１４に代えて、音響層４１４Ｃを備える。この音響層４１４Ｃは、図１２に示すように、開口部４１１Ａから第二面４１１Ｄ（隔壁４１１Ｂ）を覆って設けられる。この場合、音響層４１４Ｃの表面４１４Ｄを第二面４１１Ｄから所定寸法となる位置で均一な平面となるように均す。これにより、音響層４１４Ｃの表面が平面となるので、当該音響層４１４Ｃ上に金属膜４２Ａを均一に形成することができる。
図１１は、第二実施形態の変形例に係る超音波デバイス４Ｃを示す断面図である。
図１１に示すように、超音波デバイス４Ｃは、音響層４１４に代えて、音響層４１４Ｃを備える。この音響層４１４Ｃは、図１２に示すように、開口部４１１Ａから第二面４１１Ｄ（隔壁４１１Ｂ）を覆って設けられる。この場合、音響層４１４Ｃの表面４１４Ｄを第二面４１１Ｄから所定寸法となる位置で均一な平面となるように均す。これにより、音響層４１４Ｃの表面が平面となるので、当該音響層４１４Ｃ上に金属膜４２Ａを均一に形成することができる。
また、上記第一実施形態及び第三実施形態においても同様であり、音響層４１４は、金属膜４２の表面４２１又は、金属膜４２Ｂの表面４２１Ｂと同一平面となる面４１４Ａを有する例を示したがこれに限定されない。
例えば、音響層４１４が、開口部４１１Ａ内から金属膜４２（金属膜４２Ｂ）を覆って設けられていてもよい。この場合、音響層４１４の表面を金属膜４２から所定寸法となる位置で均一な平面となるように均す。これにより、音響層４１４の表面が平面となるため、音響レンズ７等の音響部材を設ける場合でも、空気の混入が抑制され、音響部材を音響層４１４に密着させることができる。
例えば、音響層４１４が、開口部４１１Ａ内から金属膜４２（金属膜４２Ｂ）を覆って設けられていてもよい。この場合、音響層４１４の表面を金属膜４２から所定寸法となる位置で均一な平面となるように均す。これにより、音響層４１４の表面が平面となるため、音響レンズ７等の音響部材を設ける場合でも、空気の混入が抑制され、音響部材を音響層４１４に密着させることができる。
上記第一実施形態の変形例では、金属膜４２が隔壁４１１Ｂ（未開口部）における外縁と、Ｘ方向に沿う方向に延びる部位と、にのみ設けられることとしたが、これに限らない。例えば、Ｘ方向に沿う方向に延びる部位に代えて、Ｙ方向に沿う方向に延びる部位に金属膜４２を設けることとしてもよい。さらに、開口部４１１Ａの２つを囲うように金属膜４２が設けられてもよく、４つの開口部４１１Ａを囲うように金属膜４２が設けられてもよい。すなわち、金属膜４２は、隔壁４１１Ｂのいずれかの位置で、電磁波の半波長以下の開口寸法が形成されるように配置されていればよい。
上記第二実施形態では、金属膜４２Ａは、蒸着等の工程を経て、第二面４１１Ｄに設けられることとしたが、これに限らない。例えば、金属膜４２Ａは、音響レンズ７に蒸着等の工程を経て設けられることとしてもよい。また、金属膜４２Ａは、音響レンズ７にスパッタリング等の工程を経て設けられることとしてもよい。すなわち、第二実施形態では、第二面４１１Ｄ及び音響レンズ７のいずれに設けられることとしてもよい。
上記第三実施形態では、金属膜４２Ｂは、第二面４１１Ｄにおける未開口領域に相当する隔壁４１１Ｂと、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１と、支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂとに設けられていることとしたが、これに限らない。例えば、金属膜４２Ｂは、隔壁４１１Ｂに加えて、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１若しくは支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面のいずれかに設けられることとしてもよい。
また、金属膜が支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂと、隔壁４１１Ｂの一部、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１の一部に設けられていてもよい。つまり、開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂに設けられたシールド用の金属膜を互いに接続してＧＮＤに導通させる構成としてもよい。
また、金属膜が支持膜４１２の開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂと、隔壁４１１Ｂの一部、開口部４１１Ａの内周面４１１Ａ１の一部に設けられていてもよい。つまり、開口部４１１Ａに臨む面４１２Ｂに設けられたシールド用の金属膜を互いに接続してＧＮＤに導通させる構成としてもよい。
上記各実施形態において、開口部４１１Ａが、超音波基板４１の厚み方向から見た際に矩形状となる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、円形状であってもよく、その他の多角形状等であってもよい。
上記各実施形態では、超音波トランスデューサー４１Ａとして、支持膜４１２と、当該支持膜４１２を振動させる超音波素子としての圧電素子４１３と、を備える構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、圧電素子以外の超音波素子を用いてもよい。例えば、基板上にエアギャップを介して振動膜を配置し、基板と振動膜との間に静電アクチュエーターを配置することで振動膜を振動させる超音波素子等を用いてもよい。
また、超音波トランスデューサー４１Ａは、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
また、超音波トランスデューサー４１Ａは、振動膜を備えず、圧電素子等の振動子を振動させることにより超音波送信するように構成されてもよい。
上記各実施形態では、生体内を測定対象とする超音波装置１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超音波装置に、本発明を適用することもできる。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超音波装置にも本発明を適用することができる。
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…超音波装置、２…超音波プローブ、４，４Ａ，４Ｂ…超音波デバイス、７…音響レンズ、１０…制御装置、２２…超音波センサー、４１…超音波基板、４１Ａ…超音波トランスデューサー、４２，４２Ａ，４２Ｂ…金属膜、４１１…素子基板、４１１Ａ…開口部、４１１Ａ１…内周面、４１１Ｂ…隔壁、４１１Ｃ…第一面、４１１Ｄ…第二面、４１２…支持膜、４１２Ａ…振動部、４１２Ｂ…面、４１３…圧電素子、４１３Ａ…下部電極、４１３Ｂ…圧電膜、４１３Ｃ…上部電極、４１４，４１４Ｃ…音響層、４１４Ａ，４１４Ｄ…表面（面）。
Claims (8)
- 第一面、及び前記第一面の裏面である第二面を含み、前記第一面から前記第二面に亘って開口された開口部を備える基板と、
前記開口部の前記第一面側を閉塞する支持部と、
前記支持部に設けられた振動子と、
前記基板の前記第二面において、前記開口部により開口されていない未開口領域に設けられた金属膜と、
を備えた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、
前記開口部に設けられた音響層を備え、
前記金属膜は、前記第二面において、前記未開口領域と、前記音響層の領域とに設けられ、
前記金属膜の前記基板の厚み方向における厚み寸法は、１０μｍ以上、２００μｍ以下である
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記金属膜の前記厚み寸法は、１０μｍ以上、１００μｍ以下である
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、
前記金属膜は、前記第二面における前記未開口領域と、前記開口部の内周面と、前記支持部の前記開口部に臨む面とに設けられている
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、
前記金属膜は、前記未開口領域において、前記開口部を囲って設けられている
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のいずれか一項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記開口部に設けられた音響層を備え、
前記音響層は、前記未開口領域の前記金属膜と平坦に連なる面を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。 - 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波装置。 - 第一面、及び前記第一面の裏面である第二面を含み、前記第一面から前記第二面に亘って開口された開口部を備える基板と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する支持部と、前記支持部に設けられた振動子と、前記基板の前記第二面において、前記開口部により開口されていない未開口領域に設けられた金属膜と、を備え、超音波の送信及び受信の少なくともいずれかを実施する超音波デバイスにおける前記金属膜の厚み設計方法であって、
前記金属膜の前記基板の厚み方向に対する寸法を、前記超音波の相対透過音圧の低下率が０．５以下となる寸法に設計する
ことを特徴とする厚み設計方法。
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