JP2018157457A - Ultrasonic sensor and electronic device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic sensor having high azimuth resolution and an electronic device.SOLUTION: The ultrasonic sensor includes: a substrate having a surface on which a plurality of recesses are provided and a surface on which a plurality of ultrasonic elements are provided; and an acoustic layer filled in the recesses. When viewed from a thickness direction of the substrate, the ultrasonic elements are provided at a position overlapping the recesses. The interface facing a bottom surface of the recesses of the acoustic layer has an inclination with respect to the bottom surface of the recesses.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、超音波センサー、及び電子機器に関する。   The present invention relates to an ultrasonic sensor and an electronic device.

従来、測定対象に対して超音波の送受信を行う超音波センサーが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の超音波センサーは、車両のバンパーに設けられる超音波センサーであり、車両から2m以上離れた長距離範囲を検知エリアとするセンサーである。この超音波センサーは、圧電素子と、圧電素子の一面に接合される音響整合層とを含み、音響整合層の前記一面とは反対側の面が、前記一面に対して角度αで傾斜する構成を有する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic sensor that transmits / receives ultrasonic waves to / from a measurement target is known (see, for example, Patent Document 1).
The ultrasonic sensor described in Patent Document 1 is an ultrasonic sensor provided in a bumper of a vehicle, and is a sensor having a long distance range 2 m or more away from the vehicle as a detection area. The ultrasonic sensor includes a piezoelectric element and an acoustic matching layer bonded to one surface of the piezoelectric element, and a surface opposite to the one surface of the acoustic matching layer is inclined at an angle α with respect to the one surface. Have

特開2011−39003号公報JP 2011-39003 A

ところで、上記特許文献1に記載の技術は、車両からできるだけ離れた障害物を検知することを目的とした超音波センサーであり、このような技術の延長上には、車両の無人運転等が望まれている。このような車両の無人運転技術では、従来、人による観察によって判断されてきた、至近距離内で、かつ広角な範囲に対する障害物の検知が、危険回避上必要となる。
上記特許文献1の技術では、バンパーの傾斜角度αに合わせて、音響整合層の圧電素子とは反対側の面を角度αだけ傾斜させている。この場合、遠距離の障害物の検知を行うことができる。しかしながら、至近距離内における広角な範囲に対する障害物の検知を好適に行うことができない。
つまり、超音波センサーから超音波を送信する場合、超音波ビームは、音響整合層の傾斜角度αに応じた方向に形成されるメインローブの他、メインローブとは異なる方向に出力されるサイドローブが発生する。ここで、特許文献1に記載の超音波センサーでは、このサイドローブに関して考慮されておらず、サイドローブによる反射波を受信した場合に、メインローブの超音波の送信方向に障害物で存在すると判定されてしまう。すなわち、特許文献1では、方位分解能が不十分となり、近距離内における広角な範囲の障害物を検知することができない、との課題がある。
By the way, the technique described in Patent Document 1 is an ultrasonic sensor for detecting an obstacle as far as possible from the vehicle. For the extension of such a technique, unmanned operation of the vehicle is desired. It is rare. In such an unmanned driving technique for a vehicle, detection of an obstacle within a close range and a wide angle range, which has been conventionally determined by human observation, is necessary for avoiding danger.
In the technique of Patent Document 1, the surface of the acoustic matching layer opposite to the piezoelectric element is inclined by an angle α in accordance with the inclination angle α of the bumper. In this case, an obstacle at a long distance can be detected. However, it is not possible to suitably detect an obstacle for a wide angle range within a close range.
In other words, when transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic sensor, the ultrasonic beam is output in a direction different from the main lobe in addition to the main lobe formed in the direction corresponding to the inclination angle α of the acoustic matching layer. Occurs. Here, in the ultrasonic sensor described in Patent Document 1, this side lobe is not considered, and when a reflected wave by the side lobe is received, it is determined that an obstacle exists in the transmission direction of the ultrasonic wave of the main lobe. It will be. In other words, Patent Document 1 has a problem that the azimuth resolution is insufficient and an obstacle in a wide angle range within a short distance cannot be detected.

本発明は、方位分解能が高い超音波センサー、及び電子機器を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor and an electronic device with high azimuth resolution.

本発明の一適用例に係る超音波センサーは、複数の凹部が設けられた面と複数の超音波素子が設けられた面とが互いに表裏となる基板と、前記凹部に充填される音響層と、を備え、前記基板の厚み方向から見て、前記超音波素子は、前記凹部と重なる位置に設けられ、前記音響層の前記凹部の底面と対向する界面は、前記凹部の底面に対して傾きを有することを特徴とする。   An ultrasonic sensor according to an application example of the present invention includes a substrate in which a surface provided with a plurality of recesses and a surface provided with a plurality of ultrasonic elements are opposite to each other, and an acoustic layer filled in the recesses When viewed from the thickness direction of the substrate, the ultrasonic element is provided at a position overlapping the recess, and the interface of the acoustic layer facing the bottom surface of the recess is inclined with respect to the bottom surface of the recess. It is characterized by having.

本適用例では、基板に複数の凹部と、これらの凹部と重なる位置に設けられる複数の超音波素子とが設けられ、各凹部に音響層が充填されている。そして、本適用例では、この音響層の凹部の底面に対向する界面が、超音波素子が設けられる凹部の底面に対して傾きを有する。つまり、音響層の凹部の底面に対向する界面の法線方向と、凹部の底面の法線方向とが異なる方向となる。このような構成では、複数の凹部のそれぞれに設けられる音響層の界面をそれぞれ異なる方向とすることで、複数の方向に対して超音波の送受信を行うことができる。
一例として、界面の底面に対する角度が第一角度となる第1の超音波トランスデューサー(1つの凹部、超音波素子、及び音響層により構成)と、界面が第一角度とは異なる第二角度となる第2の超音波トランスデューサーとを備える超音波センサーについて説明する。この場合、第1の超音波トランスデューサーにより、第一角度に応じた方向に第1の方向にメインローブが形成されるが、メインローブとは異なる方向にサイドローブが発生する。一方、第2の超音波トランスデューサーの超音波の送受信方向は、第二角度に応じた第2の方向となる。ここで、第1の超音波トランスデューサーにて発生したサイドローブの方向が第2の方向である場合に、当該サイドローブにより反射された超音波を第2の超音波トランスデューサーにて、第2の方向からの反射波として検出できる。これにより、超音波センサーにおける方位分解能を向上させることができる。
In this application example, a plurality of concave portions and a plurality of ultrasonic elements provided at positions overlapping with the concave portions are provided on the substrate, and each concave portion is filled with an acoustic layer. And in this application example, the interface which opposes the bottom face of the recessed part of this acoustic layer has inclination with respect to the bottom face of the recessed part in which an ultrasonic element is provided. That is, the normal direction of the interface facing the bottom surface of the recess of the acoustic layer is different from the normal direction of the bottom surface of the recess. In such a configuration, ultrasonic waves can be transmitted and received in a plurality of directions by setting the interfaces of the acoustic layers provided in the plurality of recesses in different directions.
As an example, a first ultrasonic transducer (configured by one recess, an ultrasonic element, and an acoustic layer) whose angle with respect to the bottom surface of the interface is a first angle, and a second angle whose interface is different from the first angle, An ultrasonic sensor including the second ultrasonic transducer will be described. In this case, although the main lobe is formed in the first direction in the direction corresponding to the first angle by the first ultrasonic transducer, the side lobe is generated in a direction different from the main lobe. On the other hand, the ultrasonic transmission / reception direction of the second ultrasonic transducer is the second direction corresponding to the second angle. Here, when the direction of the side lobe generated by the first ultrasonic transducer is the second direction, the ultrasonic wave reflected by the side lobe is output by the second ultrasonic transducer. It can be detected as a reflected wave from the direction. Thereby, the azimuth | direction resolution in an ultrasonic sensor can be improved.

本適用例の超音波センサーにおいて、前記複数の凹部は第一凹部と第二凹部とを含み、前記第一凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速は、前記第二凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速とは異なることが好ましい。
本適用例では、第一凹部の音響層と第二凹部の音響層とで、超音波の伝搬速度が異なる。この場合、第一凹部の音響層の界面での超音波の屈折方向と、第二凹部の音響層の界面での超音波の屈折方向とがそれぞれ異なる方向となり、超音波の送受信方向も異なる方向となる。これにより、複数の方向に対する超音波の送受信が可能となり、方位分解能の低下を抑制できる。
In the ultrasonic sensor according to this application example, the plurality of recesses include a first recess and a second recess, and the velocity of sound propagating through the acoustic layer filled in the first recess is filled in the second recess. It is preferable that the velocity of sound propagates through the acoustic layer.
In this application example, the propagation speed of ultrasonic waves differs between the acoustic layer of the first recess and the acoustic layer of the second recess. In this case, the direction of refraction of the ultrasonic wave at the interface of the acoustic layer of the first recess and the direction of refraction of the ultrasonic wave at the interface of the acoustic layer of the second recess are different from each other, and the direction of transmission / reception of the ultrasonic wave is also different. It becomes. Thereby, transmission / reception of ultrasonic waves in a plurality of directions becomes possible, and a decrease in azimuth resolution can be suppressed.

本適用例の超音波センサーにおいて、前記音響層は、前記凹部に充填される音響層と前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層とを含み、前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層の内部を伝搬する音速は、前記凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速と異なることが好ましい。
本適用例では、凹部の底面側に位置する音響層と、その音響層に積層される凹部の底面とは反対側の音響層とにおいて、超音波の伝搬速度が異なる。このため、凹部の底面側の音響層と、底面とは反対側に積層される音響層との間の境界(界面)で、超音波が屈折され、超音波の送受方向を変更することができる。
In the ultrasonic sensor according to this application example, the acoustic layer includes an acoustic layer filled in the recess and an acoustic layer stacked on the opposite side of the bottom surface of the recess, and on the opposite side of the bottom surface of the recess. The speed of sound propagating through the laminated acoustic layer is preferably different from the speed of sound propagating through the acoustic layer filled in the recess.
In this application example, the propagation speed of ultrasonic waves differs between the acoustic layer located on the bottom surface side of the recess and the acoustic layer opposite to the bottom surface of the recess laminated on the acoustic layer. For this reason, ultrasonic waves are refracted at the boundary (interface) between the acoustic layer on the bottom surface side of the recess and the acoustic layer laminated on the opposite side of the bottom surface, and the transmission / reception direction of the ultrasonic waves can be changed. .

本適用例の超音波センサーにおいて、前記第一凹部に充填される音響層及び前記第二凹部に充填される音響層は、互いに異なる素材により構成されていることが好ましい。
本適用例では、第一凹部に充填される音響層と、第二凹部に充填される音響層との素材が異なる。これにより、簡素な構成で、第一凹部に充填される音響層から送受信される超音波と、第二凹部に充填される音響層から送受信される超音波との送受信方向を異ならせることが可能となる。
In the ultrasonic sensor of this application example, it is preferable that the acoustic layer filled in the first recess and the acoustic layer filled in the second recess are made of different materials.
In this application example, the materials of the acoustic layer filled in the first recess and the acoustic layer filled in the second recess are different. Thereby, it is possible to change the transmission / reception direction of the ultrasonic wave transmitted / received from the acoustic layer filled in the first concave portion and the ultrasonic wave transmitted / received from the acoustic layer filled in the second concave portion with a simple configuration. It becomes.

本適用例の超音波センサーにおいて、前記凹部に充填される音響層及び前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層は、異なる素材により構成されていることが好ましい。
本適用例では、凹部の底面側に位置する音響層と、凹部の底面とは反対側に積層される音響層との素材が異なる。これにより、簡素な構成で、超音波の送受方向を変更することができる。
In the ultrasonic sensor according to this application example, it is preferable that the acoustic layer filled in the recess and the acoustic layer stacked on the opposite side of the bottom surface of the recess are made of different materials.
In this application example, the materials of the acoustic layer positioned on the bottom surface side of the recess and the acoustic layer stacked on the opposite side of the bottom surface of the recess are different. Thereby, the transmission / reception direction of an ultrasonic wave can be changed with a simple configuration.

本発明の一適用例に係る電子機器は、上述したような超音波センサーと、前記超音波センサーを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の電子機器は、上述したような超音波センサーを備える。したがって、超音波センサーにより方位分解能の高い超音波の送受信が可能となり、電子機器における高精度な制御が可能となる。例えば、超音波センサーにより、対象物を検知して、対象物に対して所定の操作処理を実施する場合では、対象物を適切に検知することが可能となり、対象物に対する操作処理を好適に実施できる。
An electronic apparatus according to an application example of the invention includes an ultrasonic sensor as described above and a control unit that controls the ultrasonic sensor.
The electronic apparatus of this application example includes the ultrasonic sensor as described above. Therefore, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves with high azimuth resolution by the ultrasonic sensor, and it is possible to perform highly accurate control in the electronic device. For example, when an object is detected by an ultrasonic sensor and a predetermined operation process is performed on the object, the object can be appropriately detected, and the operation process on the object is preferably performed. it can.

第一実施形態の超音波センサーの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor of 1st embodiment. 第一実施形態の超音波送受部の概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the ultrasonic transmission / reception part of 1st embodiment. 図2のA−A線で切断した超音波送受部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the ultrasonic transmission / reception part cut | disconnected by the AA line of FIG. 第一実施形態の超音波送受部における超音波の送信方向を示す図。The figure which shows the transmission direction of the ultrasonic wave in the ultrasonic transmission / reception part of 1st embodiment. 第一実施形態の超音波送受部において、底面の法線方向から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図。The figure which shows the propagation path of an ultrasonic wave at the time of receiving the ultrasonic wave from the normal line direction of a bottom face in the ultrasonic transmission / reception part of 1st embodiment. 第一実施形態の超音波送受部において、底面の法線方向に対して傾斜する第二方向から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図。The figure which shows the propagation path of an ultrasonic wave in the case of receiving an ultrasonic wave from the 2nd direction which inclines with respect to the normal line direction of a bottom face in the ultrasonic transmission / reception part of 1st embodiment. 第一実施形態の超音波センサーの回路基板の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the circuit board of the ultrasonic sensor of 1st embodiment. 第一実施形態の超音波送受部の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the ultrasonic transmission / reception part of 1st embodiment. 第二実施形態の超音波送受部の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the ultrasonic transmission / reception part of 2nd embodiment. 第三実施形態の超音波送受部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the ultrasonic transmission / reception part of 3rd embodiment. 第三実施形態の超音波送受部における超音波の送信方向を示す図。The figure which shows the transmission direction of the ultrasonic wave in the ultrasonic transmission / reception part of 3rd embodiment. 第三実施形態の超音波送受部において、底面の法線方向に対して傾斜する第四方向から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図。The figure which shows the propagation path of an ultrasonic wave in the case of receiving an ultrasonic wave from the 4th direction which inclines with respect to the normal line direction of a bottom face in the ultrasonic transmission / reception part of 3rd embodiment. 超音波センサーを適用した電子機器としての移動体の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the moving body as an electronic device to which an ultrasonic sensor is applied. 超音波センサーを適用した電子機器としてのロボットの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the robot as an electronic device to which an ultrasonic sensor is applied. 超音波センサーを適用した電子機器としての超音波診断装置の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the ultrasonic diagnosing device as an electronic device to which an ultrasonic sensor is applied.

[第一実施形態]
以下、第一実施形態に係る超音波センサー10について説明する。
[1.超音波センサー10の概略構成]
図1は、本実施形態の超音波センサー10の概略構成を示す図である。
図1に示すように、超音波センサー10は、超音波送受部20と、封止板12と、回路基板13と、保護ケース11とを備える。
[First embodiment]
Hereinafter, the ultrasonic sensor 10 according to the first embodiment will be described.
[1. Schematic configuration of ultrasonic sensor 10]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic sensor 10 of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor 10 includes an ultrasonic transmission / reception unit 20, a sealing plate 12, a circuit board 13, and a protective case 11.

超音波送受部20は、超音波の送信及び受信を行う部分である。
封止板12は、超音波送受部20に接合され、超音波送受部20を補強する。具体的には、封止板12は、後述する超音波送受部20の基板21の第二面21Bに、例えば、エポキシ樹脂等の接合部材により接合される。
回路基板13は、超音波送受部20と電気的に接続され、超音波送受部20を制御する各種回路が設けられている。
保護ケース11は、超音波送受部20、封止板12、及び回路基板13を保護するケースである。保護ケース11の一部には、コネクター11Aが設けられ、回路基板13がコネクター11Aに接続されている。
The ultrasonic transmission / reception unit 20 is a part that transmits and receives ultrasonic waves.
The sealing plate 12 is joined to the ultrasonic transmission / reception unit 20 and reinforces the ultrasonic transmission / reception unit 20. Specifically, the sealing plate 12 is bonded to a second surface 21B of the substrate 21 of the ultrasonic transmission / reception unit 20 described later by a bonding member such as an epoxy resin, for example.
The circuit board 13 is electrically connected to the ultrasonic transmission / reception unit 20 and is provided with various circuits for controlling the ultrasonic transmission / reception unit 20.
The protective case 11 is a case that protects the ultrasonic transmitting / receiving unit 20, the sealing plate 12, and the circuit board 13. A part of the protective case 11 is provided with a connector 11A, and the circuit board 13 is connected to the connector 11A.

そして、この超音波センサー10は、超音波送受部20から超音波を送信し、対象物により反射された超音波を受信することで、対象物を検知する。
以下、各構成について、詳細に説明する。
And this ultrasonic sensor 10 detects a target object by transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic transmission / reception part 20 and receiving the ultrasonic wave reflected by the target object.
Hereinafter, each configuration will be described in detail.

[2.超音波送受部20の構成]
図2は、超音波送受部20の平面図であり、図3は、図2のA−A線で切断した超音波送受部20の断面図である。
図2に示すように、超音波送受部20には、互いに交差する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Trが2次元アレイ状に配置されている。本実施形態では、Y方向に配置された複数の超音波トランスデューサーTr(超音波素子)により、1CH(チャネル)の送受信列Ch(振動子)が構成される。また、当該1CHの送受信列Ch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送受部20が構成される。ここで、超音波送受部20のうち、超音波トランスデューサーTrが配置される領域をアレイ領域Ar1とする。
なお、図2は、説明の便宜上、超音波トランスデューサーTr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Trが配置されている。また、本実施形態では、X方向及びY方向が直交する例を示すが、これに限定されず、Y方向及びX方向が、90°とは異なる角度で傾斜する構成としてもよい。
そして、超音波送受部20は、図3に示すように、基板21と、圧電素子22と、音響層23とを含んで構成されている。
[2. Configuration of Ultrasonic Transceiver 20]
FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic transmission / reception unit 20, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic transmission / reception unit 20 cut along the line AA in FIG.
As shown in FIG. 2, a plurality of ultrasonic transducers Tr are arranged in a two-dimensional array along the X direction (scan direction) and the Y direction (slice direction) intersecting each other in the ultrasonic transmission / reception unit 20. ing. In the present embodiment, a plurality of ultrasonic transducers Tr (ultrasonic elements) arranged in the Y direction form a 1CH (channel) transmission / reception string Ch (vibrator). Further, the ultrasonic transmission / reception unit 20 having a one-dimensional array structure is configured by arranging a plurality of the 1CH transmission / reception columns Ch along the Y direction. Here, in the ultrasonic transmission / reception unit 20, an area where the ultrasonic transducer Tr is arranged is referred to as an array area Ar1.
In FIG. 2, for convenience of explanation, the number of ultrasonic transducers Tr is reduced, but in reality, more ultrasonic transducers Tr are arranged. In this embodiment, an example in which the X direction and the Y direction are orthogonal to each other is shown, but the present invention is not limited to this, and the Y direction and the X direction may be inclined at an angle different from 90 °.
And the ultrasonic transmission / reception part 20 is comprised including the board | substrate 21, the piezoelectric element 22, and the acoustic layer 23, as shown in FIG.

[2−1.基板21の構成]
基板21は、超音波が送受信される側の第一面21Aと、圧電素子22が設けられる第二面21Bとが互いに表裏となっており、第一面21Aに複数の凹部21Cが設けられている。より具体的には、基板21は、貫通孔211Aを有する基部211と、基部211の第二面21B側に設けられて貫通孔211Aの一端側を閉塞する支持膜212とを備える。各凹部21Cは、貫通孔211Aの孔内周面と、支持膜212の貫通孔211Aを閉塞する振動部212Aの面(凹部21Cの底面212A1)とにより構成される。
これらの凹部21Cは、超音波トランスデューサーTrが設けられる各位置に対応して設けられている。すなわち、凹部21Cは、基板21を基板厚み方向から見た平面視において、X方向及びY方向に対して格子状に配置されている。
[2-1. Configuration of Substrate 21]
The substrate 21 has a first surface 21A on the side where ultrasonic waves are transmitted and received and a second surface 21B on which the piezoelectric element 22 is provided, and the first surface 21A is provided with a plurality of recesses 21C. Yes. More specifically, the substrate 21 includes a base 211 having a through hole 211A, and a support film 212 that is provided on the second surface 21B side of the base 211 and closes one end of the through hole 211A. Each recess 21 </ b> C is configured by an inner peripheral surface of the through hole 211 </ b> A and a surface of the vibrating portion 212 </ b> A (the bottom surface 212 </ b> A <b> 1 of the recess 21 </ b> C) that closes the through hole 211 </ b> A of the support film 212.
These concave portions 21C are provided corresponding to the positions where the ultrasonic transducer Tr is provided. That is, the recesses 21 </ b> C are arranged in a lattice shape with respect to the X direction and the Y direction in a plan view of the substrate 21 viewed from the substrate thickness direction.

[2−2.圧電素子22の構成]
圧電素子22は、超音波素子に相当し、基板21の第二面21Bにおいて、各凹部21Cと重なる位置にそれぞれ設けられている。この圧電素子22は、図3に示すように、支持膜212側から下部電極221、圧電膜222、及び上部電極223を積層した積層体により構成されている。
このような圧電素子22では、下部電極221及び上部電極223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222が撓んで振動部212Aが振動し凹部21C側に超音波が送出される。また、凹部21C側から超音波が入射されて振動部212Aが振動されると、圧電膜222の上下で電位差が発生する。これにより、下部電極221及び上部電極223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。
[2-2. Configuration of Piezoelectric Element 22]
The piezoelectric element 22 corresponds to an ultrasonic element, and is provided on the second surface 21 </ b> B of the substrate 21 at a position overlapping with each recess 21 </ b> C. As shown in FIG. 3, the piezoelectric element 22 is constituted by a laminated body in which a lower electrode 221, a piezoelectric film 222, and an upper electrode 223 are laminated from the support film 212 side.
In such a piezoelectric element 22, when a rectangular wave voltage (drive signal) having a predetermined frequency is applied between the lower electrode 221 and the upper electrode 223, the piezoelectric film 222 is bent to vibrate the vibration part 212A and the concave part 21C side. Is sent out. Further, when an ultrasonic wave is incident from the concave portion 21 </ b> C and the vibrating portion 212 </ b> A is vibrated, a potential difference is generated between the upper and lower sides of the piezoelectric film 222. Accordingly, the received ultrasonic wave can be detected by detecting a potential difference generated between the lower electrode 221 and the upper electrode 223.

また、本実施形態では、図2に示すように、下部電極221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Chを構成する複数の超音波トランスデューサーTrを接続する。この駆動端子221Aは、例えば封止板12に設けられた貫通電極を介して回路基板13に電気接続されている。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the lower electrode 221 is formed in a straight line along the Y direction, and connects a plurality of ultrasonic transducers Tr constituting the 1CH transmission / reception string Ch. . The drive terminal 221A is electrically connected to the circuit board 13 through a through electrode provided on the sealing plate 12, for example.

また、上部電極223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Trを接続する。そして、上部電極223の±X側端部は共通電極線224に接続される。この共通電極線224は、Y方向に沿って複数配置された上部電極223同士を結線し、その端部には、回路基板13に電気接続される共通端子224Aが設けられている。この共通端子224Aは、例えば封止板12に設けられた貫通電極により、回路基板13に電気接続されている。   The upper electrode 223 is formed in a straight line along the X direction, and connects the ultrasonic transducers Tr arranged in the X direction. The ± X side end of the upper electrode 223 is connected to the common electrode line 224. The common electrode line 224 connects a plurality of upper electrodes 223 arranged along the Y direction, and a common terminal 224A electrically connected to the circuit board 13 is provided at an end thereof. The common terminal 224A is electrically connected to the circuit board 13 through a through electrode provided on the sealing plate 12, for example.

[2−3.音響層23の構成]
音響層23は、凹部21Cの振動部212A(底面212A1)側に設けられる内側音響層231と、凹部21Cの振動部212A(底面212A1)とは反対側で内側音響層231に積層される外側音響層232と、を備える。なお、本実施形態では、振動部212Aと、圧電素子22と、音響層23(内側音響層231及び外側音響層232)とにより、超音波トランスデューサーTrが構成されている。
[2-3. Configuration of acoustic layer 23]
The acoustic layer 23 includes an inner acoustic layer 231 provided on the vibration portion 212A (bottom surface 212A1) side of the concave portion 21C and an outer acoustic layer laminated on the inner acoustic layer 231 on the side opposite to the vibration portion 212A (bottom surface 212A1) of the concave portion 21C. A layer 232. In the present embodiment, the ultrasonic transducer Tr is configured by the vibration unit 212A, the piezoelectric element 22, and the acoustic layer 23 (the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232).

内側音響層231は、凹部21C内に充填され、振動部212Aとは反対側の端面(外側音響層232との界面233)が、超音波の送受方向に応じてそれぞれ異なる角度で傾斜する。
具体的には、本実施形態では、アレイ領域Ar1に配置される複数の超音波トランスデューサーTrには、底面212A1の法線方向に対して超音波を送受信する第一トランスデューサーTr1と、底面212A1の法線方向に対して所定角度で傾斜する方向に超音波を送受信する第二トランスデューサーTr2及び第三トランスデューサーTr3と、が含まれる。
なお、1つの送受信列Chには、超音波の送受方向が同一となる超音波トランスデューサーTrが配置される。したがって、アレイ領域Ar1には、第一トランスデューサーTr1がY方向に配置される送受信列Ch、第二トランスデューサーTr2がY方向に配置される送受信列Ch、第三トランスデューサーTr3がY方向に配置される送受信列Chがそれぞれ複数設けられている。
The inner acoustic layer 231 is filled in the recess 21C, and the end surface opposite to the vibrating portion 212A (interface 233 with the outer acoustic layer 232) is inclined at different angles depending on the transmission / reception direction of the ultrasonic waves.
Specifically, in the present embodiment, the plurality of ultrasonic transducers Tr arranged in the array region Ar1 includes a first transducer Tr1 that transmits and receives ultrasonic waves in the normal direction of the bottom surface 212A1, and a bottom surface 212A1. A second transducer Tr2 and a third transducer Tr3 that transmit and receive ultrasonic waves in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the normal direction.
In addition, in one transmission / reception row Ch, an ultrasonic transducer Tr having the same ultrasonic transmission / reception direction is arranged. Therefore, in the array area Ar1, the transmission / reception column Ch in which the first transducer Tr1 is arranged in the Y direction, the transmission / reception column Ch in which the second transducer Tr2 is arranged in the Y direction, and the third transducer Tr3 are arranged in the Y direction. A plurality of transmission / reception columns Ch are provided.

次に、これらの各トランスデューサーTr1,Tr2,Tr3の内側音響層231と外側音響層232との界面233の角度について説明する。
第一トランスデューサーTr1では、内側音響層231の界面233が底面212A1の法線方向と一致(又は略一致)する。
一方、第二トランスデューサーTr2では、界面233が底面212A1の法線方向に対して角度α(0<α<90)で傾斜する。つまり、界面233が底面212A1に対して傾きを有する。
また、第三トランスデューサーTr3では、内側音響層231の界面233が底面212A1の法線方向に対して角度−αで傾斜する。つまり、界面233が界面212A1に対して傾きを有する。
なお、本実施形態では、界面233と凹部21Cの−X側の側面(壁部211B)との交点を原点として、底面212A1が配置される平面(XY平面)に平行な基準平面Sを仮定した際に、XZ平面での傾きがtanα、かつY軸と平行な面が第二トランスデューサーTr2における内側音響層231の界面233となる。また、XZ平面での傾きがtan(−α)、かつY軸と平行な平面が第三トランスデューサーTr3における内側音響層231の界面233となる。
Next, the angle of the interface 233 between the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232 of each of the transducers Tr1, Tr2, Tr3 will be described.
In the first transducer Tr1, the interface 233 of the inner acoustic layer 231 coincides (or substantially coincides) with the normal direction of the bottom surface 212A1.
On the other hand, in the second transducer Tr2, the interface 233 is inclined at an angle α (0 <α <90) with respect to the normal direction of the bottom surface 212A1. That is, the interface 233 has an inclination with respect to the bottom surface 212A1.
In the third transducer Tr3, the interface 233 of the inner acoustic layer 231 is inclined at an angle −α with respect to the normal direction of the bottom surface 212A1. That is, the interface 233 has an inclination with respect to the interface 212A1.
In the present embodiment, it is assumed that the reference plane S 0 is parallel to the plane (XY plane) on which the bottom surface 212A1 is disposed, with the intersection point between the interface 233 and the side surface (wall portion 211B) on the −X side of the recess 21C as the origin. In this case, the plane tan α in the XZ plane and the plane parallel to the Y axis becomes the interface 233 of the inner acoustic layer 231 in the second transducer Tr2. In addition, the plane tan (−α) in the XZ plane and the plane parallel to the Y axis is the interface 233 of the inner acoustic layer 231 in the third transducer Tr3.

図4は、本実施形態における超音波の送信方向を示す図である。
本実施形態では、内側音響層231と、外側音響層232とは、それぞれ異なる素材により構成されており、内側音響層231を伝搬する超音波の速度(内側音響層231内の音速)は、外側音響層232内の音速よりも大きい。
このため、図4に示すように、第二トランスデューサーTr2における超音波の送信方向は、第一トランスデューサーTr1での超音波の送信方向(第一方向D1)に対して、+X側に傾斜する。また、第三トランスデューサーTr3における超音波の送信方向は、第一方向D1に対して、−X側に傾斜する。
さらに、超音波送受部20から超音波が伝搬される対象における音速が、外側音響層232よりも大きい場合、第二トランスデューサーTr2における超音波の送信方向は、更に+X側に傾斜する(第二方向D2)。同様に、第三トランスデューサーTr3における超音波の送信方向は、更に−X側に傾斜する(第三方向D3)。
FIG. 4 is a diagram illustrating the transmission direction of ultrasonic waves in the present embodiment.
In the present embodiment, the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232 are made of different materials, and the velocity of the ultrasonic wave propagating through the inner acoustic layer 231 (the speed of sound in the inner acoustic layer 231) is outside. It is greater than the speed of sound in the acoustic layer 232.
Therefore, as shown in FIG. 4, the ultrasonic transmission direction in the second transducer Tr2 is inclined to the + X side with respect to the ultrasonic transmission direction (first direction D1) in the first transducer Tr1. . Further, the transmission direction of the ultrasonic waves in the third transducer Tr3 is inclined to the −X side with respect to the first direction D1.
Furthermore, when the speed of sound in the target to which ultrasonic waves are propagated from the ultrasonic transmission / reception unit 20 is larger than that of the outer acoustic layer 232, the transmission direction of the ultrasonic waves in the second transducer Tr2 is further inclined toward the + X side (second). Direction D2). Similarly, the transmission direction of the ultrasonic wave in the third transducer Tr3 is further inclined to the −X side (third direction D3).

図5は、底面212A1の法線方向から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図である。
超音波が底面212A1の法線方向から入力されると、第一トランスデューサーTr1の振動部212Aに対して、底面212A1の法線方向から超音波が入力される。一方、第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3では、界面233により超音波が屈折して底面212A1に到達する超音波が少なくなるため、振動部212Aの振動も小さくなる。よって、第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3から出力される信号値は第一トランスデューサーTr1から出力される信号値よりも小さくなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating an ultrasonic wave propagation path when the ultrasonic wave is received from the normal direction of the bottom surface 212A1.
When the ultrasonic wave is input from the normal direction of the bottom surface 212A1, the ultrasonic wave is input from the normal direction of the bottom surface 212A1 to the vibration part 212A of the first transducer Tr1. On the other hand, in the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3, the ultrasonic waves are refracted by the interface 233 and the ultrasonic waves reaching the bottom surface 212A1 are reduced, so that the vibration of the vibrating portion 212A is also reduced. Therefore, the signal value output from the second transducer Tr2 or the third transducer Tr3 is smaller than the signal value output from the first transducer Tr1.

図6は、第二方向D2から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図である。
超音波が第二方向D2から入力されると、第二トランスデューサーTr2の振動部212Aに対して、底面212A1の法線方向から超音波が入力される。一方、第一トランスデューサーTr1や第三トランスデューサーTr3では、界面233により超音波が屈折して振動部212Aに到達する超音波が少なくなるため、振動部212Aの振動も小さくなる。よって、第一トランスデューサーTr1や第三トランスデューサーTr3から出力される信号値は第二トランスデューサーTr2から出力される信号値よりも小さくなる。
図示は省略するが、第三方向D3から超音波が入力された場合も同様であり、この場合では、第三トランスデューサーTr3からの信号値が、第一トランスデューサーTr1や第二トランスデューサーTr2よりも大きくなる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an ultrasonic propagation path when ultrasonic waves are received from the second direction D2.
When the ultrasonic wave is input from the second direction D2, the ultrasonic wave is input from the normal direction of the bottom surface 212A1 to the vibrating portion 212A of the second transducer Tr2. On the other hand, in the first transducer Tr1 and the third transducer Tr3, the ultrasonic wave is refracted by the interface 233 and the ultrasonic wave reaching the vibration part 212A is reduced, so the vibration of the vibration part 212A is also reduced. Therefore, the signal value output from the first transducer Tr1 or the third transducer Tr3 is smaller than the signal value output from the second transducer Tr2.
Although illustration is omitted, the same applies to the case where an ultrasonic wave is input from the third direction D3. In this case, the signal value from the third transducer Tr3 is transmitted from the first transducer Tr1 or the second transducer Tr2. Also grows.

以上に示すように、本実施形態の超音波センサー10では、第一トランスデューサーTr1、第二トランスデューサーTr2、及び第三トランスデューサーTr3から送信された超音波の進行方向が変化し、また、その方向から帰ってきた(入力された)超音波を選択的に受信できる。   As described above, in the ultrasonic sensor 10 of the present embodiment, the traveling direction of the ultrasonic waves transmitted from the first transducer Tr1, the second transducer Tr2, and the third transducer Tr3 changes, and the It is possible to selectively receive an ultrasonic wave returned (input) from a direction.

[3.封止板12の構成]
次に、超音波センサー10を構成する封止板12について説明する。封止板12は、基板21に接合され、基板21を補強する。この封止板12は、Z方向から見た平面視において、例えば基板21の超音波トランスデューサーTrが配置される領域を覆って形成されており、例えば、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12の材質や厚みは、超音波トランスデューサーTr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Tr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。
[3. Configuration of Sealing Plate 12]
Next, the sealing plate 12 constituting the ultrasonic sensor 10 will be described. The sealing plate 12 is bonded to the substrate 21 and reinforces the substrate 21. The sealing plate 12 is formed so as to cover, for example, a region of the substrate 21 where the ultrasonic transducer Tr is disposed in a plan view as viewed from the Z direction. For example, a semiconductor substrate such as Si or an insulating substrate is used. Consists of. In addition, since the material and thickness of the sealing plate 12 affect the frequency characteristics of the ultrasonic transducer Tr, it is preferable to set based on the center frequency of the ultrasonic wave transmitted and received by the ultrasonic transducer Tr.

この封止板12は、例えば、基板21の支持膜212上に形成された接合部材(図示略)により基板21に接合される。この接合部材は、基板21の凹部21C以外の領域(例えば、凹部21C間の壁部211B)に設けられている。よって、接合部材により支持膜212の振動が阻害されることがなく、各超音波トランスデューサーTrの間のクロストークも抑制できる。
また、図示は省略するが、封止板12は、駆動端子221Aや共通端子224Aに対向する孔部を備え、当該孔部に駆動端子221Aや共通端子224Aと回路基板13とを接続する配線部が設けられる。配線部としては、例えば貫通電極であってもよく、リード線やFPC等であってもよい。
For example, the sealing plate 12 is bonded to the substrate 21 by a bonding member (not shown) formed on the support film 212 of the substrate 21. This joining member is provided in a region other than the concave portion 21C of the substrate 21 (for example, a wall portion 211B between the concave portions 21C). Therefore, the vibration of the support film 212 is not inhibited by the bonding member, and crosstalk between the ultrasonic transducers Tr can be suppressed.
Although not shown, the sealing plate 12 includes a hole facing the drive terminal 221A and the common terminal 224A, and a wiring portion that connects the drive terminal 221A and the common terminal 224A and the circuit board 13 to the hole. Is provided. The wiring part may be, for example, a through electrode, a lead wire, an FPC, or the like.

[4.回路基板13の構成]
図7は、第一実施形態における回路基板13の概略構成を示すブロック図である。
回路基板13は、超音波送受部20の駆動端子221Aや共通端子224Aに接続される接続端子134を備える。また、回路基板13は、図7に示すように、超音波送受部20による超音波の送受信を制御する各種回路として、例えば選択回路131、送信回路132、及び受信回路133、を備えている。さらに、回路基板13は、コネクター11Aに接続される外部接続端子135を備える。
なお、共通端子224Aは、回路基板13において、グラウンド回路等に接続され、所定の共通電位に維持される。
[4. Configuration of Circuit Board 13]
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the circuit board 13 in the first embodiment.
The circuit board 13 includes a connection terminal 134 connected to the drive terminal 221 </ b> A and the common terminal 224 </ b> A of the ultrasonic transmission / reception unit 20. Further, as shown in FIG. 7, the circuit board 13 includes, for example, a selection circuit 131, a transmission circuit 132, and a reception circuit 133 as various circuits that control transmission / reception of ultrasonic waves by the ultrasonic transmission / reception unit 20. Further, the circuit board 13 includes an external connection terminal 135 connected to the connector 11A.
The common terminal 224A is connected to a ground circuit or the like on the circuit board 13 and is maintained at a predetermined common potential.

選択回路131は、駆動端子221Aに接続される接続端子134、送信回路132、受信回路133に接続され、超音波送受部20における送信処理及び受信処理を切り替える。つまり、超音波送受部20において、超音波を送信する際には、接続端子134と送信回路132とを接続する送信モードに切り替え、超音波を受信する際には、接続端子134と受信回路133とを接続する受信モードに切り替える。選択回路131により、送信モードと受信モードを交互に切り替えることで、超音波送受部20から超音波を送信し、対象物により反射された超音波(反射波)を受信することが可能となる。   The selection circuit 131 is connected to the connection terminal 134 connected to the drive terminal 221 </ b> A, the transmission circuit 132, and the reception circuit 133, and switches between transmission processing and reception processing in the ultrasonic transmission / reception unit 20. That is, in the ultrasonic transmission / reception unit 20, when transmitting an ultrasonic wave, the transmission terminal is switched to a transmission mode in which the connection terminal 134 and the transmission circuit 132 are connected. Switch to the reception mode to connect the. By alternately switching between the transmission mode and the reception mode by the selection circuit 131, it is possible to transmit an ultrasonic wave from the ultrasonic transmission / reception unit 20 and receive an ultrasonic wave (reflected wave) reflected by an object.

送信回路132は、送信モードにおいて、各超音波トランスデューサーTr(送受信列Ch)に入力する駆動信号を出力する。
受信回路133は、受信モードにおいて、各超音波トランスデューサーTr(送受信列Ch)から出力された検出信号を受信する。例えば、受信回路133は、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、検出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する。
そして、選択回路131、送信回路132、及び受信回路133は、外部接続端子135を介してコネクター11Aに接続される。超音波センサー10は、コネクター11Aを介して電子機器に接続されることで、電子機器からの指令に基づいて、超音波の送受信処理を実施し、受信信号を電子機器に出力することが可能となる。
In the transmission mode, the transmission circuit 132 outputs a drive signal to be input to each ultrasonic transducer Tr (transmission / reception column Ch).
In the reception mode, the reception circuit 133 receives the detection signal output from each ultrasonic transducer Tr (transmission / reception sequence Ch). For example, the reception circuit 133 is configured to include a low noise amplification circuit, a voltage control attenuator, a programmable gain amplifier, a low pass filter, an A / D converter, etc., and converts a detection signal into a digital signal, removal of a noise component, Each signal processing such as amplification to a desired signal level is performed.
The selection circuit 131, the transmission circuit 132, and the reception circuit 133 are connected to the connector 11A via the external connection terminal 135. The ultrasonic sensor 10 is connected to the electronic device via the connector 11A, so that it can perform transmission / reception processing of ultrasonic waves based on a command from the electronic device and output a reception signal to the electronic device. Become.

また、本実施形態では、上述したように、超音波トランスデューサーTrに、第一トランスデューサーTr1、第二トランスデューサーTr2、及び第三トランスデューサーTr3が含まれる。よって、送信モードにおいては、各超音波トランスデューサーTrに対して駆動信号を入力することで、第一方向D1、第二方向D2、及び第三方向D3のそれぞれの方向に対して、超音波を送信することが可能となる。一方、受信モードにおいては、第一方向D1、第二方向D2、及び第三方向D3からの超音波が、各方向に対応した超音波トランスデューサーTrにて受信される。したがって、検出信号の出力元の超音波トランスデューサーTrに基づいて、どの方向から受信された超音波であるかを判定することが可能となる。   In the present embodiment, as described above, the ultrasonic transducer Tr includes the first transducer Tr1, the second transducer Tr2, and the third transducer Tr3. Therefore, in the transmission mode, by inputting a drive signal to each ultrasonic transducer Tr, ultrasonic waves are transmitted in each of the first direction D1, the second direction D2, and the third direction D3. It becomes possible to transmit. On the other hand, in the reception mode, ultrasonic waves from the first direction D1, the second direction D2, and the third direction D3 are received by the ultrasonic transducer Tr corresponding to each direction. Therefore, it is possible to determine from which direction the ultrasonic wave is received based on the ultrasonic transducer Tr that is the output source of the detection signal.

[5.超音波送受部20の製造方法]
次に、上述したような超音波センサー10における超音波送受部20の製造方法について説明する。なお、圧電素子22が積層された基板21の製造については、従来の方法により製造することができる(例えば特開2013−175879号公報参照)。よって、ここでは、音響層23の製造方法について以下に説明する。
図8は、超音波送受部20の製造方法の一例を示す図である。
超音波送受部20を製造する場合、まず、図8の1番目に示すように、圧電素子22が積層された基板21を製造する。
[5. Method for manufacturing ultrasonic transmission / reception unit 20]
Next, a method for manufacturing the ultrasonic transmission / reception unit 20 in the ultrasonic sensor 10 as described above will be described. In addition, about the manufacture of the board | substrate 21 with which the piezoelectric element 22 was laminated | stacked, it can manufacture by the conventional method (for example, refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-175879). Therefore, here, a method for manufacturing the acoustic layer 23 will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the ultrasonic transmission / reception unit 20.
When manufacturing the ultrasonic transmission / reception unit 20, first, as illustrated in the first part of FIG. 8, the substrate 21 on which the piezoelectric elements 22 are stacked is manufactured.

次に、図8の2番目に示すように、基板21の凹部21Cに対して、内側音響層231を充填する。この際、真空置換等により、凹部21C内に気泡が残留しないよう、内側音響層231を充填する。   Next, as shown second in FIG. 8, the inner acoustic layer 231 is filled into the recess 21 </ b> C of the substrate 21. At this time, the inner acoustic layer 231 is filled by vacuum replacement or the like so that bubbles do not remain in the recess 21C.

そして、内側音響層231が固化した後、図8の3番目に示すように、研削処理を実施する。例えば、カッター面に、角度αの第一傾斜面91と、角度−αの第二傾斜面92とが設けられたダイサー90を用い、Y方向に沿って内側音響層231を研削する。これにより、第二トランスデューサーTr2の内側音響層231の界面233が角度αで傾斜し、第三トランスデューサーTr3の内側音響層231の界面233が角度−αで傾斜する。また、第一トランスデューサーTr1の内側音響層231には研削を実施しなくてもよく、底面212A1と平行に研削してもよい。
また、研削処理の後、内側音響層231をコーティング処理して、表面を平滑にしてもよい。
Then, after the inner acoustic layer 231 is solidified, a grinding process is performed as shown in the third part of FIG. For example, the inner acoustic layer 231 is ground along the Y direction using a dicer 90 provided with a first inclined surface 91 having an angle α and a second inclined surface 92 having an angle −α on the cutter surface. Thereby, the interface 233 of the inner acoustic layer 231 of the second transducer Tr2 is inclined at an angle α, and the interface 233 of the inner acoustic layer 231 of the third transducer Tr3 is inclined at an angle −α. Further, the inner acoustic layer 231 of the first transducer Tr1 may not be ground, and may be ground in parallel with the bottom surface 212A1.
Further, after the grinding process, the inner acoustic layer 231 may be coated to smooth the surface.

この後、内側音響層231上に、外側音響層232を塗布する。
これにより、図8の4番目に示すように、第一トランスデューサーTr1、第二トランスデューサーTr2、及び第三トランスデューサーTr3を含む超音波送受部20が製造される。
Thereafter, the outer acoustic layer 232 is applied on the inner acoustic layer 231.
Thus, as shown in the fourth part of FIG. 8, the ultrasonic transmission / reception unit 20 including the first transducer Tr1, the second transducer Tr2, and the third transducer Tr3 is manufactured.

[5.本実施形態の作用効果]
本実施形態では、超音波センサー10は、第一面21Aに複数の凹部21Cを有する基板21と、凹部21Cの底面212A1を構成する振動部212Aの第二面21B側に設けられる圧電素子22と、凹部21Cに充填される音響層23とを有する。本実施形態では、1つの凹部21C、圧電素子22、音響層23(内側音響層231、外側音響層232)により、1つの超音波トランスデューサーTrが構成される。そして、複数の超音波トランスデューサーTrのうち、第二トランスデューサーTr2及び第三トランスデューサーTr3では、内側音響層231の振動部212Aとは反対側の界面233の法線が、底面212A1の法線に対して傾斜している。
このため、送信モードにおいて、第一トランスデューサーTr1に加えて、第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3から超音波を送信することで、近接を含む広角な範囲に対して、超音波を送信することができる。
また、例えば、第一トランスデューサーTr1において、第二方向D2や第三方向D3に対してサイドローブが発生した場合でも、サイドローブによる反射波を第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3で受信することでる。すなわち、各反射波がどの方向から入力されたものであるかを容易に検知することができ、方位分解能を向上させることができる。
[5. Effects of this embodiment]
In the present embodiment, the ultrasonic sensor 10 includes a substrate 21 having a plurality of recesses 21C on the first surface 21A, and a piezoelectric element 22 provided on the second surface 21B side of the vibration part 212A constituting the bottom surface 212A1 of the recess 21C. And the acoustic layer 23 filled in the recess 21C. In the present embodiment, one ultrasonic transducer Tr is configured by one concave portion 21C, the piezoelectric element 22, and the acoustic layer 23 (the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232). Among the plurality of ultrasonic transducers Tr, in the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3, the normal line of the interface 233 opposite to the vibrating portion 212A of the inner acoustic layer 231 is the normal line of the bottom surface 212A1. It is inclined with respect to.
For this reason, in the transmission mode, by transmitting ultrasonic waves from the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3 in addition to the first transducer Tr1, the ultrasonic waves are transmitted to a wide angle range including proximity. can do.
Further, for example, even when a side lobe occurs in the second direction D2 or the third direction D3 in the first transducer Tr1, a reflected wave due to the side lobe is received by the second transducer Tr2 or the third transducer Tr3. To do. That is, it can be easily detected from which direction each reflected wave is input, and the azimuth resolution can be improved.

本実施形態では、音響層23は、凹部21Cの振動部212A側で、凹部21C内に充填される内側音響層231と、振動部212Aとは反対側で内側音響層231に積層される外側音響層232とを備える。そして、内側音響層231と、外側音響層232とは、異なる素材により構成され、音響層23内を伝搬する超音波の音速がそれぞれ異なっている。すなわち、内側音響層231における音速は、外側音響層232における音速よりも大きい。
このような構成では、第二トランスデューサーTr2及び第三トランスデューサーTr3において、内側音響層231から外側音響層232に超音波が伝搬する際、界面233において、超音波を所望の角度に屈折させることが可能となり、超音波の送受信方向を所望の範囲に広げることができる。
また、内側音響層231と外側音響層232との形成素材をそれぞれ異なる素材とするだけの簡素な構成により、上記のように、超音波の送受信方向を広角範囲に広げることができる。
In the present embodiment, the acoustic layer 23 includes the inner acoustic layer 231 filled in the concave portion 21C on the vibration portion 212A side of the concave portion 21C and the outer acoustic layer laminated on the inner acoustic layer 231 on the opposite side to the vibration portion 212A. Layer 232. The inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232 are made of different materials, and the speeds of ultrasonic waves propagating in the acoustic layer 23 are different. That is, the sound speed in the inner acoustic layer 231 is greater than the sound speed in the outer acoustic layer 232.
In such a configuration, when the ultrasonic wave propagates from the inner acoustic layer 231 to the outer acoustic layer 232 in the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3, the ultrasonic wave is refracted at a desired angle at the interface 233. The transmission / reception direction of ultrasonic waves can be expanded to a desired range.
In addition, as described above, the transmission / reception direction of ultrasonic waves can be expanded to a wide angle range by a simple configuration in which the forming materials of the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232 are different materials.

さらに、本実施形態では、外側音響層232内の音速は、超音波センサー10により超音波を送信する対象における音速よりも小さい。これにより、図4に示すように、超音波の送受信方向をより広げることができる。   Furthermore, in this embodiment, the speed of sound in the outer acoustic layer 232 is smaller than the speed of sound in a target for transmitting ultrasonic waves by the ultrasonic sensor 10. Thereby, as shown in FIG. 4, the transmission / reception direction of an ultrasonic wave can be expanded more.

また、バルク型の圧電体を振動させる場合、圧電体の厚み寸法により周波数が決定される。一方、この場合、隣り合う圧電体を例えば30μm以下の細かいピッチとしてアレイ構成とすると、各圧電体に電圧を印加した場合に圧電体が厚み方向に交差する方向に揺動し、適正な周波数の超音波を出力できない。これに対して、本実施形態では、基板21の凹部21Cの振動部212Aに、圧電素子22を設けた薄膜型の超音波トランスデューサーTrを用いる。この場合、各超音波トランスデューサーTr間を例えば30μm等の細かいピッチ幅とすることができる。したがって、各超音波トランスデューサーTrを遅延駆動させることで、超音波の送受信方向を好適に走査することが可能となる。   Further, when a bulk type piezoelectric body is vibrated, the frequency is determined by the thickness dimension of the piezoelectric body. On the other hand, in this case, if the adjacent piezoelectric bodies have an array configuration with a fine pitch of 30 μm or less, for example, when a voltage is applied to each piezoelectric body, the piezoelectric body swings in a direction crossing the thickness direction, and an appropriate frequency is obtained. Cannot output ultrasonic waves. On the other hand, in the present embodiment, a thin film type ultrasonic transducer Tr provided with the piezoelectric element 22 is used for the vibrating portion 212A of the concave portion 21C of the substrate 21. In this case, a fine pitch width such as 30 μm can be set between the ultrasonic transducers Tr. Therefore, it is possible to suitably scan the transmission / reception direction of the ultrasonic waves by delay driving each ultrasonic transducer Tr.

[第二実施形態]
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、超音波送受部20の音響層23を、ダイサー90を用いた研削処理により製造する例を示した。これに対して、第二実施形態は、第一実施形態と超音波送受部20の製造方法が異なる。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した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]
Next, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the example in which the acoustic layer 23 of the ultrasonic transmitting / receiving unit 20 is manufactured by the grinding process using the dicer 90 has been described. In contrast, the second embodiment is different from the first embodiment in the method of manufacturing the ultrasonic transmission / reception unit 20.
In the following description, the same reference numerals are given to the configurations already described, and the description thereof is omitted or simplified.

図9は、第二実施形態における超音波送受部20の製造方法を示す図である。
本実施形態では、第一実施形態と同様、圧電素子22が積層された基板21を製造する。
この後、図9の1番目に示すように、基板21の凹部21Cのうち、例えば第三トランスデューサーTr3に対応する凹部21Cに対して、インクジェット装置95により、内側音響層231の形成材料を吐出して充填させる。インクジェット装置95により吐出される内側音響層231の形成材料の液滴の径寸法は、凹部21Cの開口幅寸法(例えば30μm)に対して十分に小さく、内側音響層231内や、凹部21Cとの境界における気泡の発生が抑制される。
FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing the ultrasonic transmission / reception unit 20 according to the second embodiment.
In the present embodiment, the substrate 21 on which the piezoelectric elements 22 are stacked is manufactured as in the first embodiment.
Thereafter, as shown first in FIG. 9, the material for forming the inner acoustic layer 231 is discharged by the inkjet device 95 to the recess 21 </ b> C corresponding to, for example, the third transducer Tr <b> 3 in the recess 21 </ b> C of the substrate 21. And fill. The diameter of the droplet of the forming material of the inner acoustic layer 231 ejected by the ink jet device 95 is sufficiently small with respect to the opening width dimension (for example, 30 μm) of the recess 21C, and the inside acoustic layer 231 and the recess 21C Generation of bubbles at the boundary is suppressed.

この後、図9の2番目に示すように、基板21を角度αだけ傾斜させて、内側音響層231の形成材料を固化させる。これにより、第三トランスデューサーTr3の内側音響層231が形成される。   Thereafter, as shown second in FIG. 9, the substrate 21 is tilted by the angle α to solidify the material for forming the inner acoustic layer 231. Thereby, the inner acoustic layer 231 of the third transducer Tr3 is formed.

次に、図9の3番目に示すように、基板21を水平に戻し、第二トランスデューサーTr2に対応する凹部21Cに対して、インクジェット装置95により内側音響層231の形成材料を吐出させて充填させる。そして、図9の4番目に示すように、基板21を角度−αだけ傾斜させて、内側音響層231を固化させる。これにより、第二トランスデューサーTr2の内側音響層231が形成される。
この後、図9の5番目に示すように、第一トランスデューサーTr1に対応する凹部21Cに対して、インクジェット装置95により内側音響層231の形成材料を吐出させて充填させる。そして、図9の6番目に示すように、基板21を水平に維持して内側音響層231を固化させる。これにより、第一トランスデューサーTr1の内側音響層231が形成される。
Next, as shown in the third part of FIG. 9, the substrate 21 is returned to the horizontal position, and the material for forming the inner acoustic layer 231 is filled into the recess 21C corresponding to the second transducer Tr2 by the ink jet device 95. Let And as shown in the 4th of FIG. 9, the board | substrate 21 is inclined by angle-(alpha) and the inner side acoustic layer 231 is solidified. Thereby, the inner acoustic layer 231 of the second transducer Tr2 is formed.
Thereafter, as shown in the fifth part of FIG. 9, the material for forming the inner acoustic layer 231 is discharged and filled into the recess 21 </ b> C corresponding to the first transducer Tr <b> 1 by the ink jet device 95. And as shown in the 6th of FIG. 9, the board | substrate 21 is maintained horizontally and the inner side acoustic layer 231 is solidified. Thereby, the inner acoustic layer 231 of the first transducer Tr1 is formed.

以上の後、第一実施形態と同様に、内側音響層231上に、外側音響層232を塗布する。これにより、図9の7番目に示すように、第一トランスデューサーTr1、第二トランスデューサーTr2、及び第三トランスデューサーTr3を含む超音波送受部20が製造される。
なお、上記例では、第三トランスデューサーTr3、第二トランスデューサーTr2、及び第一トランスデューサーTr1の順に、内側音響層231を形成したが、これに限られない。例えば、第一トランスデューサーTr1、第二トランスデューサーTr2、第三トランスデューサーTr3の順に内側音響層231を形成してもよく、如何なる順番であってもよい。
After the above, the outer acoustic layer 232 is applied on the inner acoustic layer 231 as in the first embodiment. As a result, as shown in the seventh part of FIG. 9, the ultrasonic transmission / reception unit 20 including the first transducer Tr1, the second transducer Tr2, and the third transducer Tr3 is manufactured.
In the above example, the inner acoustic layer 231 is formed in the order of the third transducer Tr3, the second transducer Tr2, and the first transducer Tr1, but this is not restrictive. For example, the inner acoustic layer 231 may be formed in the order of the first transducer Tr1, the second transducer Tr2, and the third transducer Tr3, and may be in any order.

[本実施形態の作用効果]
本実施形態では、インクジェット装置95から凹部21C内に内側音響層231の形成素材を吐出して充填した後、基板21を傾斜させることで、第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3の内側音響層231を形成する。
これにより、内側音響層231の界面233の面精度を向上させることができ、歩溜まりを向上させることができる。すなわち、上述した第一実施形態のように、ダイサー90を用いた研削処理では、研削時に生じる研削屑等の異物により、界面233の面精度が低下する。第一実施形態では、研削処理の後、内側音響層231の形成素材を薄くコーティングして、界面233を平滑な面としているが、コーティングを実施するための工程が増大してしまう。これに対して、本実施形態では、研削処理が伴わないため、界面233に異物が付着せず、コーティング処理等を実施することなく面精度を高めることができる。
[Operational effects of this embodiment]
In the present embodiment, after the material for forming the inner acoustic layer 231 is discharged and filled into the recess 21C from the inkjet device 95, the inner acoustics of the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3 are tilted by tilting the substrate 21. Layer 231 is formed.
Thereby, the surface accuracy of the interface 233 of the inner acoustic layer 231 can be improved, and the yield can be improved. That is, as in the first embodiment described above, in the grinding process using the dicer 90, the surface accuracy of the interface 233 decreases due to foreign matters such as grinding dust generated during grinding. In the first embodiment, after the grinding process, the forming material of the inner acoustic layer 231 is thinly coated to make the interface 233 a smooth surface. However, the number of steps for performing the coating increases. On the other hand, in this embodiment, since the grinding process is not accompanied, the foreign matter does not adhere to the interface 233, and the surface accuracy can be improved without performing the coating process or the like.

[第三実施形態]
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、凹部21C内に充填される内側音響層231として、同一の形成素材を用いる例を示した。これに対して、本実施形態では、第二トランスデューサーTr2及び第三トランスデューサーTr3において、異なる素材の内側音響層231を用いる点で上記第一実施形態と相違する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
In the first embodiment, an example in which the same forming material is used as the inner acoustic layer 231 filled in the recess 21C has been described. On the other hand, this embodiment differs from the first embodiment in that the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3 use the inner acoustic layer 231 of a different material.

図10は、本実施形態の超音波送受部20Aの概略構成を示す断面図である。図11は、本実施形態の超音波送受部20Aにおける超音波の送信方向を示す図であり、図12は、超音波送受部20Aにおいて、底面212A1の法線方向に対して傾斜する方向から超音波を受信した場合の超音波の伝搬経路を示す図である。
ここで、本実施形態において、第二トランスデューサーTr2が配置される凹部21Cを、第一凹部21C1、第三トランスデューサーTr3が配置される凹部21Cを、第二凹部21C2とする。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the ultrasonic transmission / reception unit 20A of the present embodiment. FIG. 11 is a diagram illustrating the transmission direction of ultrasonic waves in the ultrasonic transmission / reception unit 20A of the present embodiment, and FIG. 12 illustrates the ultrasonic transmission / reception unit 20A from the direction inclined with respect to the normal direction of the bottom surface 212A1. It is a figure which shows the propagation path of the ultrasonic wave at the time of receiving a sound wave.
Here, in the present embodiment, the recess 21C in which the second transducer Tr2 is disposed is referred to as a first recess 21C1, and the recess 21C in which the third transducer Tr3 is disposed is referred to as a second recess 21C2.

本実施形態では、第一凹部21C1に充填される第一内側音響層231Aと、第二凹部21C2に充填される第二内側音響層231Bとが異なる素材により構成されている。具体的には、第一内側音響層231Aを伝搬する超音波の速度は、第一実施形態と同様、外側音響層232を伝搬する超音波の音速よりも大きくなる。一方、第二内側音響層231Bを伝搬する超音波の速度は、外側音響層232を伝搬する超音波の音速よりも小さくなる。   In the present embodiment, the first inner acoustic layer 231A filled in the first recess 21C1 and the second inner acoustic layer 231B filled in the second recess 21C2 are made of different materials. Specifically, the velocity of the ultrasonic wave propagating through the first inner acoustic layer 231A is larger than the velocity of the ultrasonic wave propagating through the outer acoustic layer 232, as in the first embodiment. On the other hand, the speed of the ultrasonic wave propagating through the second inner acoustic layer 231 </ b> B is smaller than the speed of the ultrasonic wave propagating through the outer acoustic layer 232.

そして、本実施形態では、第一内側音響層231Aの界面233は、第一実施形態と同様、基準平面Sに対して角度αで傾斜する。また、第二内側音響層231Bの界面233も、第一内側音響層231Aと同様、基準平面Sに対して角度αで傾斜している。 In the present embodiment, the interface 233 of the first inner acoustic layer 231A, similarly to the first embodiment, inclined at an angle α with respect to the reference plane S 0. Further, the interface 233 of the second inner acoustic layer 231B also, similarly to the first inner acoustic layer 231A, inclined at an angle α with respect to the reference plane S 0.

なお、第一トランスデューサーTr1に関しては、第一内側音響層231Aが充填されていてもよく、第二内側音響層231Bが充填されていてもよく、図10に示すように、第一内側音響層231Aや第二内側音響層231Bとは異なる素材の内側音響層231が充填されていてもよい。   Note that the first transducer Tr1 may be filled with the first inner acoustic layer 231A or the second inner acoustic layer 231B. As shown in FIG. The inner acoustic layer 231 made of a material different from 231A and the second inner acoustic layer 231B may be filled.

このような超音波送受部20Aでは、送信モードにおいて、図11に示すように、第一トランスデューサーTr1から送信される超音波は、第一方向D1に沿って伝搬し、第二トランスデューサーTr2から送信される超音波は、第二方向D2に沿って伝搬する。
一方、第二内側音響層231B内の音速は、外側音響層232内の音速よりも小さいが、界面233の傾斜方向が第一内側音響層231Aと同じ傾斜方向となる。よって、図11に示すように、第三トランスデューサーTr3における超音波の送信方向は、第一トランスデューサーTr1での超音波の送信方向(第一方向D1)に対して、−X側に傾斜する。そして、超音波送受部20Aから超音波が伝搬される対象における音速が、外側音響層232よりも大きい場合、第三トランスデューサーTr3における超音波の送信方向は、更に−X側に傾斜する(第四方向D4)。
In such an ultrasonic transmission / reception unit 20A, in the transmission mode, as shown in FIG. 11, the ultrasonic waves transmitted from the first transducer Tr1 propagate along the first direction D1, and are transmitted from the second transducer Tr2. The transmitted ultrasonic wave propagates along the second direction D2.
On the other hand, the sound velocity in the second inner acoustic layer 231B is smaller than the sound velocity in the outer acoustic layer 232, but the inclination direction of the interface 233 is the same inclination direction as the first inner acoustic layer 231A. Therefore, as shown in FIG. 11, the ultrasonic transmission direction in the third transducer Tr3 is inclined to the −X side with respect to the ultrasonic transmission direction (first direction D1) in the first transducer Tr1. . When the speed of sound in the target to which the ultrasonic wave is propagated from the ultrasonic transmitting / receiving unit 20A is larger than that of the outer acoustic layer 232, the transmission direction of the ultrasonic wave in the third transducer Tr3 is further inclined to the −X side (first Four directions D4).

受信モードにおいても同様であり、第一方向D1から入射された超音波は、第一実施形態と同様、第一トランスデューサーTr1において、好適に受信される。これに対して、第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3では、界面233において超音波が屈折されることで、振動部212Aに伝搬される超音波が少なく、検出信号の信号値が小さくなる。
また、図12に示すように、例えば第四方向D4から超音波が入力されると、第三トランスデューサーTr3の振動部212Aに対して、底面212A1の法線方向から超音波が入力される。一方、第一トランスデューサーTr1や第二トランスデューサーTr2では、界面233により超音波が屈折して振動部212Aに到達する超音波が少なくなるため、出力される信号値が第三トランスデューサーTr3から出力される信号値よりも小さくなる。
図示は省略するが、第二方向D2から超音波が入力された場合も同様であり、この場合では、第二トランスデューサーTr2からの信号値が、第一トランスデューサーTr1や第三トランスデューサーTr3よりも大きくなる。
The same applies to the reception mode, and the ultrasonic wave incident from the first direction D1 is suitably received by the first transducer Tr1 as in the first embodiment. On the other hand, in the second transducer Tr2 and the third transducer Tr3, the ultrasonic wave is refracted at the interface 233, so that the ultrasonic wave propagated to the vibration unit 212A is small and the signal value of the detection signal is small. .
As shown in FIG. 12, for example, when an ultrasonic wave is input from the fourth direction D4, the ultrasonic wave is input from the normal direction of the bottom surface 212A1 to the vibrating portion 212A of the third transducer Tr3. On the other hand, in the first transducer Tr1 and the second transducer Tr2, since the ultrasonic wave is refracted by the interface 233 and the ultrasonic wave reaching the vibration unit 212A is reduced, the output signal value is output from the third transducer Tr3. It becomes smaller than the signal value.
Although illustration is omitted, the same applies to the case where an ultrasonic wave is input from the second direction D2. In this case, the signal value from the second transducer Tr2 is obtained from the first transducer Tr1 or the third transducer Tr3. Also grows.

[本実施形態の作用効果]
本実施形態では、第一凹部21C1に充填される第一内側音響層231Aと、第二凹部21C2に充填される第二内側音響層231Bとが、それぞれ異なる素材により構成され、第一内側音響層231Aでの音速と、第二内側音響層231Bでの音速が異なる。そして、第一内側音響層231Aの界面233の法線方向と、第二内側音響層231Bの界面233の法線方向とが同一方向であり、それぞれ、底面212A1の法線方向に対して傾斜している。
このような構成では、上記第一実施形態と同様、第一方向D1に加え、第二方向D2及び第四方向D4に対して超音波の送受信が可能となり、サイドローブが発生した場合でも、方位分解能の低下を抑制できる。
[Operational effects of this embodiment]
In the present embodiment, the first inner acoustic layer 231A filled in the first recess 21C1 and the second inner acoustic layer 231B filled in the second recess 21C2 are made of different materials, respectively, and the first inner acoustic layer The sound speed at 231A is different from the sound speed at the second inner acoustic layer 231B. The normal direction of the interface 233 of the first inner acoustic layer 231A and the normal direction of the interface 233 of the second inner acoustic layer 231B are the same direction, and each is inclined with respect to the normal direction of the bottom surface 212A1. ing.
In such a configuration, as in the first embodiment, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves in the second direction D2 and the fourth direction D4 in addition to the first direction D1, and even when a side lobe occurs, the direction A reduction in resolution can be suppressed.

また、第一内側音響層231Aの界面233と第二内側音響層231Bの界面233とが同一の角度αで、基準平面Sに対して傾斜している。この場合、第二実施形態のように、インクジェット方式により超音波送受部20Aを製造する際に、インクジェット装置95から、第一凹部21C1に第一内側音響層231Aを、第二凹部21C2に第二内側音響層231Bを充填した後、基板21を−αの角度で傾斜させて固化させる。これにより、第一内側音響層231Aと第二内側音響層231Bとを同時に形成することができ、製造効率性を向上させることができる。 Further, the interface 233 of the first inner acoustic layer 231A and the interface 233 of the second inner acoustic layer 231B is at the same angle alpha, it is inclined with respect to the reference plane S 0. In this case, as in the second embodiment, when the ultrasonic transmission / reception unit 20A is manufactured by the inkjet method, the first inner acoustic layer 231A is provided in the first recess 21C1 and the second recess 21C2 is provided in the second recess 21C2. After filling the inner acoustic layer 231B, the substrate 21 is solidified by being inclined at an angle of −α. Thereby, the first inner acoustic layer 231A and the second inner acoustic layer 231B can be formed at the same time, and the manufacturing efficiency can be improved.

[第四実施形態]
次に、上述した第一から第三実施形態の超音波センサー10を適用した電子機器について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, an electronic apparatus to which the ultrasonic sensor 10 according to the first to third embodiments described above is applied will be described.

[超音波センサー10を適用した移動体]
図13は、超音波センサー10を適用した電子機器としての移動体(自動車101)の概略構成を示す斜視図である。
本適用例では、自動車101のバンパー102に超音波センサー10が設けられている。この超音波センサー10は、例えば、自動車101の周囲(例えば前後左右)に対して、超音波を送信し、自動車101の周囲に存在する障害物により反射された超音波を検出する。
[Moving object to which ultrasonic sensor 10 is applied]
FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a moving body (automobile 101) as an electronic apparatus to which the ultrasonic sensor 10 is applied.
In this application example, the ultrasonic sensor 10 is provided in the bumper 102 of the automobile 101. For example, the ultrasonic sensor 10 transmits ultrasonic waves to the surroundings of the automobile 101 (for example, front, back, left, and right), and detects ultrasonic waves reflected by an obstacle existing around the automobile 101.

また、自動車101には、車体103に電子制御ユニット104(制御部)が設けられている。この電子制御ユニット104は、超音波センサー10から入力される検出信号により、自動車101の周囲の障害物を検出して、危険回避処理等の各種処理を実施する。例えば、超音波センサー10からの検出信号に基づいて、自動車101の自動走行(無人運転)をサポートする。例えば、電子制御ユニット104は、所定距離内の障害物が検知された場合、自動車101の移動を緊急停止させる。
また、電子制御ユニット104は、自動車101を後退させる場合等において、超音波センサー10からの検出信号に基づいて障害物を検知すると、危険を知らせる報知情報(音声や画像等)を出力してもよい。
この際、超音波センサー10は、上述したように近接を含む広角な範囲を超音波の送受信範囲とすることができ、サイドローブの影響を低減することができる。よって、電子制御ユニット104は、自動車101における自動走行や危険報知等において、どの方向に障害物があるか等をより精度よく検出することができる。
In the automobile 101, an electronic control unit 104 (control unit) is provided on the vehicle body 103. The electronic control unit 104 detects obstacles around the automobile 101 based on the detection signal input from the ultrasonic sensor 10 and performs various processes such as a danger avoidance process. For example, based on the detection signal from the ultrasonic sensor 10, automatic driving (unmanned driving) of the automobile 101 is supported. For example, the electronic control unit 104 urgently stops the movement of the automobile 101 when an obstacle within a predetermined distance is detected.
Further, when the electronic control unit 104 detects an obstacle based on the detection signal from the ultrasonic sensor 10 when the automobile 101 is moved backward, the electronic control unit 104 may output notification information (sound, image, etc.) to notify the danger. Good.
At this time, as described above, the ultrasonic sensor 10 can set a wide-angle range including proximity as an ultrasonic transmission / reception range, and can reduce the influence of side lobes. Therefore, the electronic control unit 104 can more accurately detect in which direction an obstacle is present in automatic driving or danger notification in the automobile 101.

また、図13に示す例は、自動車101の例であるが、航空機や、船舶や潜水艇等においても適用することができる。
例えば、船舶や潜水艇等においては、超音波センサー10を船首部等の進行方向先端部に設け、海底や岩壁等を検知することで、座礁等の危険を回避することが可能となる。また、漁船等において魚群を探知することもできる。
The example shown in FIG. 13 is an example of the automobile 101, but can be applied to an aircraft, a ship, a submersible craft, and the like.
For example, in ships, submersibles, and the like, it is possible to avoid the danger of grounding and the like by providing the ultrasonic sensor 10 at the front end in the advancing direction such as the bow and detecting the seabed and rock walls. It is also possible to detect a school of fish on a fishing boat or the like.

[超音波センサー10を適用したロボット]
図14は、超音波センサー10を適用した電子機器としてのロボット110(例えば産業用ロボット)の概略構成を示す斜視図である。
ロボット110は、本体部111、アーム部112、ハンド部113を備えたロボットである。このロボット110は、例えば、アーム部112によりハンド部113を所定位置に移動させ、ハンド部113により作業対象に対して所定の処理(例えば、作業対象の把持や加工等)を実施する、産業用ロボットである。
このロボット110は、例えば、本体部111に超音波センサー10と、制御部114とが設けられ、超音波センサー10により作業対象の位置を検出してアーム部112の移動やハンド部113による処理を制御する。
この際、超音波センサー10は、上述したように近接を含む広角な範囲を超音波の送受信範囲とすることができ、サイドローブの影響を低減することができる。よって、制御部114は、作業対象の位置、作業対象の周囲の障害物を精度よく検出することができる。これにより、アーム部112やハンド部113を作業対象や障害物に衝突させないように移動させたり、ハンド部113により、作業対象に対する適正な処理を実施したりすることが可能となる。
[Robot to which the ultrasonic sensor 10 is applied]
FIG. 14 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a robot 110 (for example, an industrial robot) as an electronic apparatus to which the ultrasonic sensor 10 is applied.
The robot 110 is a robot that includes a main body 111, an arm 112, and a hand 113. This robot 110 is for industrial use, for example, the arm unit 112 moves the hand unit 113 to a predetermined position, and the hand unit 113 performs predetermined processing (for example, gripping or processing of the work target) on the work target. It is a robot.
In the robot 110, for example, the ultrasonic sensor 10 and the control unit 114 are provided in the main body 111, and the position of the work target is detected by the ultrasonic sensor 10 to move the arm unit 112 and perform processing by the hand unit 113. Control.
At this time, as described above, the ultrasonic sensor 10 can set a wide-angle range including proximity as an ultrasonic transmission / reception range, and can reduce the influence of side lobes. Therefore, the control unit 114 can accurately detect the position of the work target and obstacles around the work target. As a result, the arm unit 112 and the hand unit 113 can be moved so as not to collide with the work target or an obstacle, and the hand unit 113 can perform an appropriate process on the work target.

[超音波センサー10を適用した超音波診断装置]
図15は、超音波センサー10を適用した電子機器としての超音波診断装置120の概略構成を示す図である。
超音波診断装置120は、超音波プローブ121と、超音波プローブ121を制御する制御装置122(制御部)とを備える。
超音波プローブ121には、超音波センサー10が格納されており、超音波プローブ121を測定対象に接触させることで、測定対象の超音波測定を実施する。そして、制御装置122は、超音波センサー10から入力された超音波測定結果に基づいて、例えば、測定対象の内部断層像を形成して表示させる。
この際、超音波センサー10は、上述したように近接を含む広角な範囲を超音波の送受信範囲とすることができ、サイドローブの影響を低減することができる。よって、制御装置122は、超音波プローブ121からの受信信号に基づいて、サイドローブの影響を低減した(所謂アーチファクトの発生を抑制した)精度の高い内部断層像を表示させることができる。
[Ultrasonic diagnostic apparatus to which the ultrasonic sensor 10 is applied]
FIG. 15 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 120 as an electronic apparatus to which the ultrasonic sensor 10 is applied.
The ultrasonic diagnostic apparatus 120 includes an ultrasonic probe 121 and a control device 122 (control unit) that controls the ultrasonic probe 121.
The ultrasonic probe 121 stores the ultrasonic sensor 10, and the ultrasonic measurement of the measurement target is performed by bringing the ultrasonic probe 121 into contact with the measurement target. Then, based on the ultrasonic measurement result input from the ultrasonic sensor 10, the control device 122 forms and displays an internal tomographic image of the measurement target, for example.
At this time, as described above, the ultrasonic sensor 10 can set a wide-angle range including proximity as an ultrasonic transmission / reception range, and can reduce the influence of side lobes. Therefore, the control device 122 can display a highly accurate internal tomographic image in which the influence of the side lobe is reduced (so-called artifacts are suppressed) based on the received signal from the ultrasonic probe 121.

[変形例]
なお、本発明は上述の各実施形態及び変形例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。
[Modification]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and a configuration obtained by appropriately combining modifications, improvements, and embodiments within a range in which the object of the present invention can be achieved. Is included.

例えば、第一実施形態において、内側音響層231での音速が、外側音響層232での音速よりも大きくなる例を示したが、これに限定されない。
すなわち、内側音響層231での音速が、外側音響層232での音速よりも小さくてもよい。この場合、第二トランスデューサーTr2で送受信可能な超音波の方向が、第三方向D3となり、第三トランスデューサーTr3で送受信可能な超音波の方向が、第二方向D2となる。よって、上記実施形態と同様、超音波センサー10における方位分解能を高めることができる。
For example, in the first embodiment, an example in which the sound speed in the inner acoustic layer 231 is larger than the sound speed in the outer acoustic layer 232 is shown, but the present invention is not limited to this.
That is, the sound speed at the inner acoustic layer 231 may be smaller than the sound speed at the outer acoustic layer 232. In this case, the direction of ultrasonic waves that can be transmitted and received by the second transducer Tr2 is the third direction D3, and the direction of ultrasonic waves that can be transmitted and received by the third transducer Tr3 is the second direction D2. Therefore, the azimuth | direction resolution in the ultrasonic sensor 10 can be improved like the said embodiment.

上記第一から第三実施形態において、音響層23が、内側音響層231と外側音響層232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、外側音響層232が設けられなくてもよい。
この場合、超音波センサー10から超音波が伝搬される媒体内の音速により、超音波の送受信方向が変化するが、上記各実施形態と同様に、多方向からの超音波を検出することができるので、サイドローブの影響を抑制することができ、方位分解能を向上できる。
In the first to third embodiments described above, the acoustic layer 23 includes the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232. However, the configuration is not limited thereto. For example, the outer acoustic layer 232 may not be provided.
In this case, although the transmission / reception direction of the ultrasonic wave changes depending on the sound velocity in the medium through which the ultrasonic wave is propagated from the ultrasonic sensor 10, ultrasonic waves from multiple directions can be detected as in the above embodiments. Therefore, the influence of the side lobe can be suppressed and the azimuth resolution can be improved.

また、超音波送受部20,20Aが、音響層23の基板21とは反対側に、音響レンズを備える構成としてもよい。音響レンズとしては、例えば、YZ断面において表面が円弧状となる、X方向に平行な中心軸を有するシリンドリカル形状とすることができる。この場合、各送受信列Chから送信される超音波を、Y方向の中央位置に収束させるように超音波を送受信することができる。   Further, the ultrasonic transmission / reception units 20 and 20 </ b> A may include an acoustic lens on the opposite side of the acoustic layer 23 from the substrate 21. As the acoustic lens, for example, a cylindrical shape having a central axis parallel to the X direction having a circular arc surface in the YZ section can be used. In this case, the ultrasonic waves can be transmitted and received so that the ultrasonic waves transmitted from the respective transmission / reception columns Ch are converged to the center position in the Y direction.

第一実施形態において、外側音響層232内の音速が、超音波が伝搬される対象における音速よりも小さい例を示したが、これに限定されない。外側音響層232内の音速が、超音波が伝搬される対象における音速より大きくてもよい(例えば空気中に超音波を送信する場合等)。この場合、超音波が伝搬される対象における音速と、外側音響層232内の音速との差に応じて、第一方向D1に対する第二方向D2の傾斜角度や、第一方向D1に対する第三方向D3の傾斜角度が小さくなるが、第一トランスデューサーTr1のみが設けられる超音波センサーに比べて、方位分解能を向上させることができる。   In 1st embodiment, although the sound speed in the outer acoustic layer 232 showed an example smaller than the sound speed in the object to which an ultrasonic wave is propagated, it is not limited to this. The speed of sound in the outer acoustic layer 232 may be greater than the speed of sound in the target through which the ultrasonic waves are propagated (for example, when transmitting ultrasonic waves in the air). In this case, the inclination angle of the second direction D2 with respect to the first direction D1 or the third direction with respect to the first direction D1 depending on the difference between the speed of sound in the target through which the ultrasonic waves are propagated and the speed of sound in the outer acoustic layer 232. Although the inclination angle of D3 is small, the azimuth resolution can be improved as compared with the ultrasonic sensor provided with only the first transducer Tr1.

上記第一実施形態において、内側音響層231と外側音響層232とに異なる素材を用いることで、内側音響層231での音速と、外側音響層232での音速とが異なる音速となる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、内側音響層231と外側音響層232として、同一素材(例えばシリコーン樹脂)を用い、当該素材内にフィラー(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、カーボン等)を含有させる。そして、内側音響層231と外側音響層232とにおいて、フィラーの含有率や、フィラーの平均粒径等を異ならせることにより、内側音響層231での音速と、外側音響層232での音速を異ならせる構成としてもよい。
なお、第三実施形態における、第一内側音響層231A及び第二内側音響層231Bにおいても同様である。
In the first embodiment, by using different materials for the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232, a configuration in which the sound velocity in the inner acoustic layer 231 and the sound velocity in the outer acoustic layer 232 are different is illustrated. However, it is not limited to this. For example, the same material (for example, silicone resin) is used as the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232, and fillers (for example, silica, zinc oxide, zirconium oxide, alumina, titanium oxide, silicon carbide, aluminum nitride, carbon) are used in the material. Etc.). Then, the inner acoustic layer 231 and the outer acoustic layer 232 are made different in the sound velocity in the inner acoustic layer 231 and the sound velocity in the outer acoustic layer 232 by changing the filler content, the average particle size of the filler, and the like. It is good also as a structure to allow.
The same applies to the first inner acoustic layer 231A and the second inner acoustic layer 231B in the third embodiment.

第一実施形態において、Y方向に並ぶ超音波トランスデューサーTrを1つの送受信列Chとし、X方向に複数の送受信列Chが配置される1次元アレイを例示したが、これに限定されず、例えば2次元アレイに構成されていてもよい。
この場合、XY方向に配置された各超音波トランスデューサーTrの下部電極221のそれぞれに駆動端子221Aを設ける。すなわち、各超音波トランスデューサーTrが独立して駆動可能な構成とすればよい。
この場合も、Y方向に平行かつ基準平面Sに傾斜する界面を有する内側音響層を有する超音波トランスデューサーTr(第二トランスデューサーTr2や第三トランスデューサーTr3)が設けられることで、超音波の送受方向をX方向に対して広げることができる。また、X方向に平行かつ基準平面Sに対して傾斜する界面を有する内側音響層を有する超音波トランスデューサーTrを更に設ける構成とすることが好ましい。これにより、超音波の送受方向をY方向に対しても広げることができ、サイドローブの影響をより低減することができる。
In the first embodiment, the ultrasonic transducers Tr arranged in the Y direction are set as one transmission / reception column Ch, and a one-dimensional array in which a plurality of transmission / reception columns Ch are arranged in the X direction is illustrated. It may be configured in a two-dimensional array.
In this case, a drive terminal 221A is provided for each of the lower electrodes 221 of each ultrasonic transducer Tr arranged in the XY directions. That is, the ultrasonic transducer Tr may be driven independently.
In this case also, by ultrasonic transducer Tr having an inner acoustic layer having a surface which is inclined parallel and the reference plane S 0 in the Y direction (second transducer Tr2 and the third transducer Tr3) is provided, ultrasonic Can be expanded with respect to the X direction. Further, it is preferable to further provide constituting the ultrasonic transducer Tr having an inner acoustic layer having a surface inclined with respect to parallel and the reference plane S 0 in the X direction. Thereby, the transmission / reception direction of an ultrasonic wave can be extended also to a Y direction, and the influence of a side lobe can be reduced more.

第四実施形態において、超音波センサー10を適用した電子機器として、移動体(自動車101)、ロボット110、及び超音波診断装置120を例示したが、これに限定されず、周囲の物体を検知して処理を実施する如何なる電子機器に対しても適用することができる。   In the fourth embodiment, the mobile body (the automobile 101), the robot 110, and the ultrasonic diagnostic apparatus 120 are exemplified as the electronic devices to which the ultrasonic sensor 10 is applied. The present invention can be applied to any electronic device that performs processing.

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.

10…超音波センサー、20,20A…超音波送受部、21…基板、21A…第一面、21B…第二面、21C…凹部、21C1…第一凹部、21C2…第二凹部、22…圧電素子、23…音響層、101…自動車(電子機器)、104…電子制御ユニット(制御部)、110…ロボット(電子機器)、114…制御部、120…超音波診断装置(電子機器)、121…超音波プローブ、122…制御装置(制御部)、211…基部、211A…貫通孔、211B…壁部、212…支持膜、212A…振動部、221…下部電極、221A…駆動端子、222…圧電膜、223…上部電極、231…内側音響層、231A…第一内側音響層、231B…第二内側音響層、232…外側音響層、233…界面、D1…第一方向、D2…第二方向、D3…第三方向、D4…第四方向、S…基準平面、Tr…超音波トランスデューサー、Tr1…第一トランスデューサー、Tr2…第二トランスデューサー、Tr3…第三トランスデューサー、α…傾斜角度。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ultrasonic sensor, 20 and 20A ... Ultrasonic transmission / reception part, 21 ... Board | substrate, 21A ... 1st surface, 21B ... 2nd surface, 21C ... Recessed part, 21C1 ... 1st recessed part, 21C2 ... 2nd recessed part, 22 ... Piezoelectric Element: 23 ... Acoustic layer, 101 ... Automobile (electronic device), 104 ... Electronic control unit (control unit), 110 ... Robot (electronic device), 114 ... Control unit, 120 ... Ultrasonic diagnostic apparatus (electronic device), 121 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Ultrasonic probe, 122 ... Control apparatus (control part), 211 ... Base part, 211A ... Through-hole, 211B ... Wall part, 212 ... Support film, 212A ... Vibrating part, 221 ... Lower electrode, 221A ... Drive terminal, 222 ... Piezoelectric film, 223 ... upper electrode, 231 ... inner acoustic layer, 231A ... first inner acoustic layer, 231B ... second inner acoustic layer, 232 ... outer acoustic layer, 233 ... interface, D1 ... first direction, D2 ... second direction D3 ... third direction, D4 ... fourth direction, S 0 ... reference plane, Tr ... ultrasonic transducer, Tr1 ... first transducer, Tr2 ... second transducer, Tr3 ... third transducer, alpha ... tilt angle .

Claims (6)

複数の凹部が設けられた面と複数の超音波素子が設けられた面とが互いに表裏となる基板と、
前記凹部に充填される音響層と、を備え、
前記基板の厚み方向から見て、前記超音波素子は、前記凹部と重なる位置に設けられ、
前記音響層の前記凹部の底面と対向する界面は、前記凹部の底面に対して傾きを有する
ことを特徴とする超音波センサー。
A substrate in which a surface provided with a plurality of recesses and a surface provided with a plurality of ultrasonic elements are opposite to each other;
An acoustic layer filled in the recess,
When viewed from the thickness direction of the substrate, the ultrasonic element is provided at a position overlapping the recess,
The ultrasonic sensor, wherein an interface of the acoustic layer facing the bottom surface of the concave portion is inclined with respect to the bottom surface of the concave portion.
請求項1に記載の超音波センサーにおいて、
前記複数の凹部は第一凹部と第二凹部とを含み、
前記第一凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速は、前記第二凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速とは異なる
ことを特徴とする超音波センサー。
The ultrasonic sensor according to claim 1,
The plurality of recesses include a first recess and a second recess,
An ultrasonic sensor characterized in that the speed of sound propagating in the acoustic layer filled in the first recess is different from the speed of sound propagating in the acoustic layer filled in the second recess.
請求項1又は請求項2に記載の超音波センサーにおいて、
前記音響層は、前記凹部に充填される音響層と前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層とを含み、
前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層の内部を伝搬する音速は、前記凹部に充填される音響層の内部を伝搬する音速と異なる
ことを特徴とする超音波センサー。
The ultrasonic sensor according to claim 1 or 2,
The acoustic layer includes an acoustic layer filled in the recess and an acoustic layer stacked on the opposite side of the bottom surface of the recess,
The ultrasonic sensor characterized in that the sound velocity propagating through the inside of the acoustic layer laminated on the side opposite to the bottom surface of the recess is different from the sound velocity propagating through the inside of the acoustic layer filled in the recess.
請求項2に記載の超音波センサーにおいて、
前記第一凹部に充填される音響層及び前記第二凹部に充填される音響層は、互いに異なる素材により構成されている
ことを特徴とする超音波センサー。
The ultrasonic sensor according to claim 2,
The ultrasonic sensor, wherein the acoustic layer filled in the first recess and the acoustic layer filled in the second recess are made of different materials.
請求項3に記載の超音波センサーにおいて、
前記凹部に充填される音響層及び前記凹部の底面とは反対側に積層される音響層は、異なる素材により構成されている
ことを特徴とする超音波センサー。
The ultrasonic sensor according to claim 3.
The ultrasonic sensor, wherein the acoustic layer filled in the recess and the acoustic layer laminated on the side opposite to the bottom surface of the recess are made of different materials.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超音波センサーと、
前記超音波センサーを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 5,
A control unit for controlling the ultrasonic sensor;
An electronic device characterized by comprising:
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