JP7453847B2

JP7453847B2 - 音波制御モジュール

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Publication number: JP7453847B2
Application number: JP2020086433A
Authority: JP
Inventors: 俊太郎町田; 宏樹田中; 光彦南利; 啓太玉川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2040-05-18
Also published as: JP2021182660A

Description

本発明は、音波制御モジュールに関し、特に、超音波トランスデューサを備えた音波制御モジュールに関する。

近年、従来の圧電素子よりも広い帯域特性を有する静電容量型の超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が注目され、これに関する研究開発が進められている。ＣＭＵＴでは、基本的な構造として、絶縁層中に形成されている下部電極と上部電極との間に空洞部が設けられている。空洞部の上方に位置する絶縁層および上部電極は、メンブレンとして機能し、メンブレンの振動を利用して、超音波の送信および受信が行われる。

また、防衛システムとして、潜水艦よりも小型な無人機（ＵＵＶ：Unmanned Underwater Vehicles）の適用が検討されている。ＣＭＵＴは、従来の圧電素子よりも小型化および薄化を行い易い。それ故、ＣＭＵＴは、艦艇底への設置に加え、ＵＵＶへの搭載も検討されている。しかしながら、このような環境でＣＭＵＴを用いる場合には、空洞部の内部における圧力変化の影響が懸念される。

例えば、特許文献１には、ＣＭＵＴにおいて、空洞部の下面に貫通孔を設け、貫通孔を介して空洞部と圧力調整部とを接続する技術が開示されている。そして、空洞部の内部の圧力が変化した場合、または、空洞部の外部の圧力が変化した場合において、圧力調整部によって空洞部の内部の圧力を調整する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ＣＭＵＴのメンブレンに、静電引力、電磁力、圧力または圧電効果などの外部応力を印加し、ＣＭＵＴの周波数特性を切り替える技術が開示されている。

また、特許文献３には、圧電変換器を収めたハウジングの内部と、外部環境との圧力を等しくするために、ハウジングの内部と外部環境との間を移動可能な遮断部材を設ける技術が開示されている。また、ハウジングの内部を油で充満させることも開示されている。

特開２０１０－２７８５８２号公報特開２０１１－１２４８９１号公報特開２０１５－２１３２４２号公報

ＣＭＵＴの外部からの圧力によってメンブレンの位置が変化すると、超音波の感度も変動する。特に、水中では、水深の変化によって水圧も変化するので、ＣＭＵＴの超音波の感度が安定し難い。従って、ＣＭＵＴの外部の環境に依らず、超音波の感度を安定させる技術が求められている。

その他の目的および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態における音波制御モジュールは、超音波トランスデューサ、および、前記超音波トランスデューサの内部の圧力を調整可能な圧力調整機構を備える。ここで、前記超音波トランスデューサは、第１絶縁層と、前記第１絶縁層中に形成された第１電極と、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層中に形成された第２電極と、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に囲まれ、且つ、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１空洞部と、前記第１絶縁層を貫通し、且つ、前記第１空洞部に連通する貫通孔と、を有する。また、前記圧力調整機構は、前記超音波トランスデューサの外部に設けられた容器を有し、前記容器の内部は、ガスで充満され、且つ、前記貫通孔を介して前記第１空洞部に連結されている。

一実施の形態によれば、ＣＭＵＴにおける超音波の感度を安定させることができる。

実施の形態１におけるＣＭＵＴを示す断面図である。実施の形態１におけるメンブレンの位置の変化と、印加される直流電圧との関係を示すグラフである。実施の形態１における音波制御モジュールを示す模式図である。変形例１における音波制御モジュールを示す模式図である。実施の形態２における音波制御モジュールを示す模式図である。実施の形態３における音波制御モジュールを示す模式図である。実施の形態４における音波制御モジュールを示す模式図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合もあるし、断面図であってもハッチングを省略する場合もある。

（実施の形態１）
＜超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）１００の基本的な構造＞
図１は、実施の形態１において用いられるＣＭＵＴ１００の基本的な構造を示し、図２は、メンブレン７の位置の変化と直流電圧との関係を示している。まず、図１および図２を用いて、実施の形態１における具体的な課題について説明する。

ＣＭＵＴ１００は、基板１、基板１上に形成された絶縁層２、絶縁層２中に形成された下部電極３、絶縁層２上に形成された絶縁層４、絶縁層４中に形成された上部電極５、および、下部電極３と上部電極５との間に位置する空洞部６を備える。空洞部６は、絶縁層２および絶縁層４に囲まれた空間である。空洞部６の上方に位置する絶縁層４および上部電極５が、メンブレン７として機能する。下部電極３および上部電極５は、直流電源ＤＣおよび交流電源ＡＣに電気的に接続されている。

基板１は、例えばシリコンのような半導体材料からなる半導体基板である。絶縁層２は、絶縁膜ＩＦ１、下部電極３および絶縁膜ＩＦ２を含む積層構造体からなる。絶縁膜ＩＦ１は、基板１上に形成され、例えば酸化シリコンからなる。下部電極３は、絶縁膜ＩＦ１上に形成され、例えばアルミニウム、チタンまたはタングステンのような導電性膜からなる。絶縁膜ＩＦ２は、下部電極３上に形成され、例えば酸化シリコンからなる。

絶縁層４は、絶縁膜ＩＦ３、上部電極５および絶縁膜ＩＦ４を含む積層構造体からなる。絶縁膜ＩＦ３は、絶縁膜ＩＦ２上に形成され、例えば酸化シリコンからなる。上部電極５は、絶縁膜ＩＦ３上に形成され、例えばアルミニウム、チタンまたはタングステンのような導電性膜からなる。絶縁膜ＩＦ４は、上部電極５上に形成され、酸化シリコンよりも耐水性の高い材料が好ましく、例えば窒化シリコンからなる。

なお、基板１、絶縁層２の積層構造体および絶縁層４の積層構造体は、上記構成に限られず、他の絶縁膜および他の導電性膜を含んでいてもよい。

図１では、絶縁膜ＩＦ３が絶縁膜ＩＦ２に接触している箇所と、絶縁膜ＩＦ３が絶縁膜ＩＦ２から離間している箇所とが存在する。絶縁膜ＩＦ３および絶縁膜ＩＦ２が互いに離間し、絶縁膜ＩＦ２および絶縁膜ＩＦ３によって囲まれた箇所が、空洞部６を構成している。

また、ここでは詳細な図示を省略するが、空洞部６は、厚さ方向に対して垂直な平面視において、下部電極３および上部電極５に重なる位置に設けられる。従って、下部電極３と上部電極５との間で発生する電界は、空洞部６の内部に発生する。

なお、本願においてある構造体の「厚さ」と表現した場合、それは、基板１と、下部電極３含む絶縁層２と、空洞部６と、上部電極５を含む絶縁層４との積層方向における厚さを意味する。また、「厚さ」は、「高さ」に置き換えて表現できる。また、ある構造体の「厚さ方向」と表現した場合、それは、上記積層方向を意味し、上記構造体の上下方向を意味する。

超音波の送信時では、直流電源ＤＣおよび交流電源ＡＣによって、下部電極３と上部電極５との間に、直流電圧および交流電圧が重畳して印加される。ここで、下部電極３と上部電極５との間で静電気力が働き、メンブレン７は、弾性変形し、交流電圧の周波数に応じて振動する。これによって、超音波が発信される。

超音波の受信時では、直流電源ＤＣによって、下部電極３と上部電極５との間に、直流電圧のみが印加される。ＣＭＵＴ１００の外部からメンブレン７の上面へ到達した超音波の圧力によって、メンブレン７が振動し、下部電極３と上部電極５との間の距離が変化する。この距離の変化を静電容量の変化として電気的に検出することで、超音波が受信される。

図２に示されるように、ＣＭＵＴ１００では、印加される直流電圧の大きさが大きい程、空洞部６の厚さが初期厚さに対して小さくなるように、メンブレン７の位置が変化する。すなわち、下部電極３と上部電極５との間の距離が小さくなり、超音波の送信及び受信の感度が向上する。ここで、静電気力とメンブレンのバネ反発力との釣り合いが崩れることで、空洞部６が潰れるという電圧が存在する。このような電圧はコラプス電圧と呼ばれ、このような現象はコラプス現象と呼ばれる。

ＣＭＵＴ１００を駆動する際に印加される直流電圧は、高感度化のために、可能な限りコラプス電圧に近い電圧に設定されていることが好ましい。しかし、本願発明者らの検討によれば、例えば水中でＣＭＵＴ１００を使用する場合、以下のような課題が挙げられる。

まず、ある水深において、下部電極３と上部電極５との間に最適な直流電圧が印加されているとする。

ここで、水深が大きくなる（深くなる）と水圧が上昇するので、下部電極３と上部電極５との間の距離が小さくなる。そうすると、静電引力が増加し、超音波の感度は向上するが、水圧が非常に大きい場合、直流電圧をオフにしたとしても空洞部６がつぶれ、絶縁層２と絶縁層４とが接触する。その場合、メンブレン７の振動が抑制されてしまうため、送信できる超音波の音圧が制限されることになる。また、メンブレンの共振周波数が上昇してしまい、超音波の帯域も変化してしまう。

逆に、水深が小さくなる（浅くなる）と水圧が低下するので、下部電極３と上部電極５との間の距離が大きくなる。そうすると、超音波の感度が低下するという問題がある。

従って、水深が変化したとしても、下部電極３と上部電極５との間の距離（空洞部６の厚さ）が、できる限り変動せず、ほぼ一定に保たれることが望ましい。すなわち、ＣＭＵＴ１００の外部の環境に依らず、超音波の感度を安定させることが望ましい。

＜音波制御モジュール２００＞
図３は、実施の形態１における音波制御モジュール（音波制御システム）２００を示している。また、図３では、音波制御モジュール２００に加えられる圧力が複数の黒矢印で示されている。複数の黒矢印には、音波制御モジュール２００の外部の圧力Ｐ１と、空洞部６の内部の圧力Ｐ２とが含まれる。実施の形態１における外部環境は、例えば水中である。この場合、音波制御モジュール２００の外部からの圧力Ｐ１は水圧を表す。

図３に示されるように、音波制御モジュール２００は、図１のＣＭＵＴ１００と、ＣＭＵＴ１００の内部の圧力を調整可能な圧力調整機構とを備える。実施の形態１における圧力調整機構は、ＣＭＵＴ１００の外部に設けられた容器１０および連結菅１１有する。

ＣＭＵＴ１００は、絶縁層２および基板１を貫通し、且つ、空洞部６に連通する貫通孔８を有する。実施の形態１における容器１０は、ガス袋であり、容器１０の内部には、例えば窒素ガスのような不活性ガスが充満されている。連結菅１１は、貫通孔８と容器１０の内部とを連結している。

実施の形態１では、容器１０の内部、連結菅１１、貫通孔８および空洞部６は、互いに連通し、密閉空間を成す。ここで、容器１０の外部から圧力Ｐ１が加えられた場合、パスカルの原理によって、空洞部６の内部の圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１に近づき、最終的に、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１が等しくなる。例えば音波制御モジュール２００が水中に存在する場合、水深が深くなると圧力Ｐ１が上昇し、水深が浅くなると圧力Ｐ１が低下する。圧力Ｐ１の変化に応じて、容器１０には収縮方向または膨張方向の力が働くが、その力は、空洞部６の内部で圧力Ｐ２として作用する。

このため、水深が変化したとしても、空洞部６の厚さ（下部電極３と上部電極５との間の距離）が、変動し難くなり、ほぼ一定に保たれる。すなわち、実施の形態１によれば、ＣＭＵＴ１００の外部の環境に依らず、超音波の感度を安定させることができる。

なお、容器１０が大気中から水浸していく場合、容器１０の内部の圧力Ｐ２は、大気圧に設定されるのが好ましい。

また、実施の形態１では、容器１０の内部と貫通孔８との間に連結菅１１が設けられているが、容器１０の内部および貫通孔８は、直接連結されていてもよい。また、貫通孔８は、必ずしも基板１を貫通しなくてもよく、例えば、図面の横方向に延在するように、絶縁層２または絶縁層４に設けられていてもよい。すなわち、容器１０の内部が、少なくとも絶縁層２または絶縁層４に形成された貫通孔８を介して、空洞部６に連結されていればよい。

また、実施の形態１では、容器１０はガス袋であり、その内部には窒素ガスのような不活性ガスが充満されているが、不活性ガスなどのガスでなく、容器１０に印加される圧力P１がP２として空洞６の内部に伝達されればよく、例えば油またはフロリナートなどの液体が、容器１０の内部に存在してもよい。

（変形例１）
以下に図４を用いて、実施の形態１の変形例１について説明する。図４に示されるように、変形例１では、ＣＭＵＴ１００および容器１０を含む音波制御モジュール２００は、油層によって覆われている。また、音波制御モジュール２００は、保護部材ＰＭによって覆われ、油層は、保護部材ＰＭの内部に充填されている。保護部材ＰＭによって、水と油層とが物理的に隔離される。保護部材ＰＭは、超音波が透過可能な材料で構成され、例えば薄いゴムからなる。例えば音波制御モジュール２００が水中に存在する場合、ＣＭＵＴ１００は水に直接触れることになるが、油層によってこれらを保護できる。

ＣＭＵＴ１００は半導体技術によって構成されるデバイスである場合が多い。その場合、ＣＭＵＴ１００に設けられている下部電極３および上部電極５を含む配線、および、これらに電気的に接続される電気回路が、水によって腐食するなどの不具合が発生する恐れがある。しかし、油層によって水の侵入を防ぐことができるので、上記不具合を抑制することができる。

また、変形例１において開示した技術は、実施の形態１だけでなく、後述の実施の形態２～５の何れにおいても適用可能である。

（実施の形態２）
以下に図５を用いて、実施の形態２における音波制御モジュール２００を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

図５に示されるように、実施の形態２における圧力調整機構は、容器１０および連結菅１１だけでなく、連結菅１１に接続された制御部１２、および、制御部１２に接続された圧力測定器１３も有する。制御部１２は、連結菅１１の内部のガスの圧力および流量を制御可能であり、圧力測定器１３は、ＣＭＵＴ１００の外部の圧力Ｐ１を測定可能である。

実施の形態２における容器１０は、例えばガスボンベであり、容器１０の内部に充満するガスは、実施の形態１と同様である。また、制御部１２は、具体的には、レギュレータ１２ａ、リークバルブ１２ｂおよびコントローラ１２ｃを含んで構成されている。

レギュレータ１２ａは、連結菅１１に取り付けられ、且つ、貫通孔８と容器１０との間に設けられている。リークバルブ１２ｂは、連結菅１１に取り付けられ、且つ、貫通孔８と連結菅１１の排出部１１ａとの間に設けられている。コントローラ１２ｃは、レギュレータ１２ａ、リークバルブ１２ｂおよび圧力測定器１３に接続され、且つ、レギュレータ１２ａおよびリークバルブ１２ｂの動作を制御可能である。

実施の形態２では、まず、圧力測定器１３によってＣＭＵＴ１００の外部の圧力Ｐ１が測定される。次に、測定された圧力Ｐ１に基づいて、空洞部６の内部の圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に近くなるように、制御部１２によって、連結菅１１の内部のガスの圧力および流量が制御される。理想的には、空洞部６の内部の圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に等しくなる。

例えば、計測された圧力Ｐ１が大きく、圧力Ｐ２を加圧させる場合、コントローラ１２ｃによってレギュレータ１２ａを制御することで、連結菅１１を介して容器１０から空洞部６へガスが導入される。ガスの流量は、レギュレータ１２ａの開放状態によって調整できる。この際、リークバルブ１２ｂは、空洞部６から排出部１１ａへガスが排出されないように閉鎖されている。

また、計測された圧力Ｐ１が小さく、圧力Ｐ２を減圧させる場合、コントローラ１２ｃによってリークバルブ１２ｂを制御することで、連結菅１１の排出部１１ａからガスが排出される。この際、レギュレータ１２ａは、容器１０から空洞部６へガスが導入されないように制御されていてもよいし、容器１０から空洞部６へ微量のガスが導入されるように制御されていてもよい。

このように、実施の形態２においても、ＣＭＵＴ１００の外部の環境が変化したとしても、空洞部６の厚さがほぼ一定に保たれるので、超音波の感度を安定させることができる。

（実施の形態３）
以下に図６を用いて、実施の形態３における音波制御モジュール２００を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態２との相違点を主に説明する。

図６に示されるように、実施の形態３における圧力調整機構は、実施の形態２と同様に圧力測定器１３を有するが、実施の形態３における圧力測定器１３は、ＣＭＵＴ１００と同一のチップ内に設けられた下部電極３０、上部電極５０および空洞部６０を利用することで構成される。すなわち、実施の形態３における圧力測定器１３は、下部電極３０と、上部電極５０と、空洞部６０と、下部電極３、上部電極５および制御部１２（コントローラ１２ｃ）に電気的に接続された静電容量測定器１４と、を含む。

下部電極３０は、絶縁層２中に形成され、且つ、下部電極３と異なる領域に設けられている。上部電極５０は、絶縁層４中に形成され、且つ、上部電極５と異なる領域に設けられている。空洞部６０は、下部電極３０と上部電極５０との間に位置し、絶縁層２および絶縁層４に囲まれた空間である。なお、空洞部６０は、空洞部６のように貫通孔８および連結管１１などと連通されておらず、自身のみで完全に密閉された空間である。

下部電極３０、上部電極５０および空洞部６０は、下部電極３、上部電極５および空洞部６と同じ構造として形成され、同じ製造工程によって製造される。このため、圧力測定器１３は、ＣＭＵＴ１００と同様の原理を用いて音波制御モジュール２００の外部（ＣＭＵＴ１００および圧力測定器１３の外部）の圧力Ｐ１を測定可能である。

下部電極３０と上部電極５０との間の距離（空洞部６０の厚さ）の変化を基にして、静電容量測定器１４によって演算することで、圧力Ｐ１が測定される。静電容量測定器１４は、圧力Ｐ１によって変化する下部電極３０と上部電極５０との間の距離を、下部電極３０と上部電極５０との間の静電容量の変化として電気的に検出し、上記静電容量の変化から圧力Ｐ１の測定値を演算し、圧力Ｐ１の測定値を制御部１２（コントローラ１２ｃ）へ伝達する。

その後、実施の形態２と同様に、コントローラ１２ｃによってレギュレータ１２ａおよびリークバルブ１２ｂが制御され、連結菅１１の内部のガスの圧力および流量が制御され、空洞部６の厚さがほぼ一定に保たれる。このように、実施の形態３においても、超音波の感度を安定させることができる。

また、圧力測定器１３の下部電極３０、上部電極５０および空洞部６０が、ＣＭＵＴ１００と同一のチップ内に設けられていることで、圧力測定器１３およびＣＭＵＴ１００には、ほぼ同じ環境下における圧力Ｐ１が加えられる。このため、圧力測定器１３によって取得された圧力Ｐ１の測定値は、ＣＭＵＴ１００に加えられている圧力Ｐ１の値に非常に近くなる。すなわち、より精度の高い圧力Ｐ１の測定値を算出できる。

また、下部電極３０、上部電極５０および空洞部６０は、下部電極３、上部電極５および空洞部６と同じ製造工程によって製造できるので、音波制御モジュール２００に掛かる製造コストの増加を抑制できる。

また、空洞部６０の横幅（幅）は、空洞部６の横幅（幅）と異ならせることもできる。このような構造とするためには、空洞部６０を形成する際のパターンマスクにおいて、空洞部６０のパターン幅を空洞部６のパターン幅と異なる幅にしておけばよい。これにより、圧力測定器１３は、ＣＭＵＴ１００とは独立して、圧力Ｐ１の測定を行うことができる。従って、圧力測定器１３のみをより高感度のデバイスとして使用することができ、圧力Ｐ１の測定をより高精度に行うこともできる。なお、上記「横幅（幅）」は、厚さ方向に対して直交する方向における長さである。

また、静電容量測定器１４は、圧力Ｐ１によって変化する下部電極３０と上部電極５０との間の距離を、下部電極３０と上部電極５０との間の静電容量の変化として電気的に検出し、上記静電容量の変化から圧力Ｐ１の測定値を演算し、圧力Ｐ１の測定値を制御部１２（コントローラ１２ｃ）へ伝達する。しかし、静電容量測定器１４で測定した下部電極３０と上部電極５０との間の静電容量値を圧力Ｐ１に演算せずに、静電容量値が変動しないように、制御部１２によって空洞部６の内部の圧力Ｐ２を制御してもよい。

また、静電容量測定器１４は、ＣＭＵＴ１００と別のチップに設けられていてもよいが、下部電極３０、上部電極５０および空洞部６０と同様に、ＣＭＵＴ１００と同一のチップ内に設けられていてもよい。その場合、音波制御モジュール２００の微細化を図ることができる。

（実施の形態４）
以下に図７を用いて、実施の形態４における音波制御モジュール２００を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態３との相違点を主に説明する。

実施の形態３では、圧力測定器１３は、ＣＭＵＴ１００と異なる領域に設けられていた。実施の形態４では、ＣＭＵＴ１００自体が、圧力測定器１３として使用される。

図７に示されるように、実施の形態４における圧力測定器１３は、下部電極３と、上部電極５と、空洞部６と、下部電極３、上部電極５および制御部１２（コントローラ１２ｃ）に電気的に接続された静電容量測定器１４と、を含む。

静電容量測定器１４は、圧力Ｐ１によって変化する下部電極３と上部電極５との間の距離を、下部電極３と上部電極５との間の静電容量の変化として電気的に検出し、上記静電容量の変化から圧力Ｐ１の測定値を演算し、圧力Ｐ１の測定値を制御部１２（コントローラ１２ｃ）へ伝達する。

その後、実施の形態２および実施の形態３と同様に、コントローラ１２ｃによってレギュレータ１２ａおよびリークバルブ１２ｂが制御され、連結菅１１の内部のガスの圧力および流量が制御され、空洞部６の厚さがほぼ一定に保たれる。このように、実施の形態４においても、超音波の感度を安定させることができる。

また、ＣＭＵＴ１００自体を圧力測定器１３として使用することで、音波制御モジュール２００の微細化を促進でき、音波制御モジュール２００に掛かる製造コストの増加を更に抑制できる。

ところで、実施の形態４では、下部電極３と上部電極５との間の距離の変化が、ＣＭＵＴ１００の外部の圧力Ｐ１によるものであるのか、受信波による圧力によるものであるのかの判定が困難となる場合がある。通常、受信波は、高周波または中周波であるので、下部電極３と上部電極５との間の距離の変化は、比較的短い時間において観測される。一方で、外部の圧力Ｐ１の変化は、高周波または中周波の受信時と比較すると、長い時間において観測される。すなわち、外部の圧力Ｐ１の観測時間は、受信波の観測時間よりも長い。従って、静電容量測定器１４は、このような観測時間の違いを利用して、外部の圧力Ｐ１と、受信波による圧力とを区別することができる。

実施の形態４では、静電容量測定器１４は、圧力Ｐ１によって変化する下部電極３と上部電極５との間の距離を、下部電極３と上部電極５との間の静電容量の変化として電気的に検出し、上記静電容量の変化から圧力Ｐ１の測定値を演算し、圧力Ｐ１の測定値を制御部１２（コントローラ１２ｃ）へ伝達する。しかし、静電容量測定器１４で測定した下部電極３と上部電極５との間の静電容量値を圧力Ｐ１に演算せずに、静電容量値が変動しないように、制御部１２によって空洞部６の内部の圧力Ｐ２を制御してもよいことは言うまでもない。

以上、本発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施の形態では、主に、水中で用いられる音波制御モジュール２００について説明したが、音波制御モジュール２００は、音響装置または医療装置など、他分野の装置にも好適に利用できる。

１基板
２絶縁層
３下部電極
４絶縁層
５上部電極
６空洞部
７メンブレン
８貫通孔
１０容器
１１連結菅
１１ａ排出部
１２制御部
１２ａレギュレータ
１２ｂリークバルブ
１２ｃコントローラ
１３圧力測定器
１４静電容量測定器
３０下部電極
５０上部電極
６０空洞部
１００超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）
２００音波制御モジュール（音波制御システム）
ＡＣ交流電源
ＤＣ直流電源
ＩＦ１～ＩＦ４絶縁膜
Ｐ１音波制御モジュール２００の外部の圧力
Ｐ２空洞部６の内部の圧力
ＰＭ保護部材

Claims

超音波トランスデューサ、および、前記超音波トランスデューサの内部の圧力を調整可能な圧力調整機構を備えた音波制御モジュールであって、
前記超音波トランスデューサは、
第１絶縁層と、
前記第１絶縁層中に形成された第１電極と、
前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層中に形成された第２電極と、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に囲まれ、且つ、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１空洞部と、
前記第１絶縁層を貫通し、且つ、前記第１空洞部に連通する貫通孔と、
を有し、
前記圧力調整機構は、前記超音波トランスデューサの外部に設けられた容器を有し、
前記容器の内部は、ガスで充満され、且つ、前記貫通孔を介して前記第１空洞部に連結され、
前記超音波トランスデューサおよび前記容器は、油層によって覆われている、音波制御モジュール。
請求項１に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記音波制御モジュールが水中において使用される場合、前記超音波トランスデューサおよび前記容器は、前記油層によって前記水から隔離される、音波制御モジュール。
請求項１に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記容器の内部、前記貫通孔および前記第１空洞部は、密閉空間を成し、
前記容器の外部から第１圧力が加えられた場合、前記第１空洞部の内部の第２圧力は、前記第１圧力に近づく、音波制御モジュール。
請求項１に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記圧力調整機構は、
前記超音波トランスデューサの外部に設けられ、且つ、前記貫通孔と前記容器の内部とを連結する連結菅と、
前記連結菅に接続され、且つ、前記連結菅の内部の前記ガスの圧力を制御可能な制御部と、
前記制御部に接続され、且つ、前記超音波トランスデューサの外部の第１圧力を測定可能な圧力測定器と、
を更に有し、
前記圧力測定器によって測定された前記第１圧力に基づいて、前記第１空洞部の内部の第２圧力が前記第１圧力に近くなるように、前記制御部によって、前記連結菅の内部の前記ガスの圧力が制御される、音波制御モジュール。
請求項４に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記制御部は、
前記連結菅に取り付けられ、且つ、前記貫通孔と前記容器との間に設けられたレギュレータと、
前記連結菅に取り付けられ、且つ、前記貫通孔と前記連結菅の排出部との間に設けられたリークバルブと、
前記レギュレータ、前記リークバルブおよび前記圧力測定器に接続され、且つ、前記レギュレータおよび前記リークバルブの動作を制御可能なコントローラと、
を含み、
前記第２圧力を加圧させる場合、前記コントローラによって前記レギュレータを制御することで、前記容器から前記第１空洞部へ前記ガスが導入され、
前記第２圧力を減圧させる場合、前記コントローラによって前記リークバルブを制御することで、前記連結菅の前記排出部から前記ガスが排出される、音波制御モジュール。
請求項４に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記圧力測定器は、
前記第１絶縁層中に形成され、且つ、前記第１電極と異なる領域に設けられた第３電極と、
前記第２絶縁層中に形成され、且つ、前記第２電極と異なる領域に設けられた第４電極と、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に囲まれ、且つ、前記第３電極と前記第４電極との間に位置する第２空洞部と、
前記第３電極、前記第４電極および前記制御部に電気的に接続された静電容量測定器と、
を含み、
前記静電容量測定器は、前記第１圧力によって変化する前記第３電極と前記第４電極との間の距離を、前記第３電極と前記第４電極との間の静電容量の変化として電気的に検出し、前記静電容量の変化から前記第１圧力の測定値を演算し、前記第１圧力の測定値を前記制御部へ伝達する、音波制御モジュール。
請求項６に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記第２空洞部は、自身のみで密閉された空間である、音波制御モジュール。
請求項６に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記第２空洞部の幅は、前記第１空洞部の幅と異なっている、音波制御モジュール。
請求項４に記載の音波制御モジュールにおいて、
前記圧力測定器は、
前記第１電極と、
前記第２電極と、
前記第１空洞部と、
前記第１電極、前記第２電極および前記制御部に電気的に接続された静電容量測定器と、
を含み、
前記静電容量測定器は、前記第１圧力によって変化する前記第１電極と前記第２電極との間の距離を、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化として電気的に検出し、前記静電容量の変化から前記第１圧力の測定値を演算し、前記第１圧力の測定値を前記制御部へ伝達する、音波制御モジュール。