JP7467628B2 - 多重周波数トランスデューサ・アレイのための方法及びシステム - Google Patents

Description

本書に開示される主題の実施形態は、医療装置用のトランスデューサに関する。

トランスデューサ・プローブは、エネルギを物理的形態から電気的形態へ変換する多様な応用に用いられる。例えば、トランスデューサ・プローブは圧電材料を含む場合があり、圧電材料は自身に働く機械的な応力又は歪みから電圧を生成する。圧電トランスデューサ・プローブは高感度に構成されて、大きい信号振幅、広範囲の周波数にわたる利用のための広い帯域幅、及び高い距離分解能のための短時間インパルスを提供する。かかる特性は、撮像のような医療応用、非破壊評価、及び流体フロー・センシング等に望ましい。さらに、トランスデューサ・プローブの周波数アポダイゼーションによって、信号が発生源から遠ざかるにつれての信号の減弱及び分散による信号分解能損を軽減することができる。

上述の簡単な説明は、詳細な説明においてさらに記載される様々な概念を単純化された形態で提起するために掲げられていることを理解されたい。かかる記載は、請求される主題の主要な又は本質的な特徴を指定するためのものではなく、請求される主題の範囲は、詳細な説明の後の特許請求の範囲によって一意に画定される。さらに、請求される主題は、上に記載される又は本開示の何れの部分に記載される何れの短所を解決する実施形態にも限定されない。

本発明は、以下の非限定的な実施形態の記載を添付図面に関連させて読むことによりさらに十分に理解されよう。

超音波トランスデューサの音響積層体の一例を示す図である。 均一型の多素子トランスデューサ・アレイの一例を示す図である。 図２の多素子トランスデューサ・アレイによって提供される仰角方向に沿ったアポダイゼーション関数の第一のグラフを示す図である。 二つの小素子で形成される圧電素子の第一の例を示す図である。 二つの小素子で形成される圧電素子の第二の例を示す図である。 二つの小素子で形成される圧電素子の第三の例を示す図である。 空間的周波数分布を変化させた多素子トランスデューサ・アレイの第一の例を示す図である。 空間的周波数分布を変化させた多素子トランスデューサ・アレイの第二の例を示す図である。 空間的周波数分布を変化させた多素子トランスデューサ・アレイの第三の例を示す図である。 音響積層体ブロックの第一の例を示す図である。 図１０の音響積層体ブロックから形成される第一の櫛形構造を示す図である。 音響積層体ブロックの第二の例を示す図である。 図１２の音響積層体ブロックから形成される第二の櫛形構造を示す図である。 図１０の第一の例を図１２の第二の例と結合することにより形成される音響積層体ブロックの第三の例を仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第三の例を方位角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第三の例の基部パッケージとの結合を仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第三の例の基部パッケージとの結合を方位角方向に沿って見た図である。 基部パッケージの第一の例を遠近法視点から示す図である。 音響積層体ブロックの第三の例の基部パッケージとの結合から形成される音響積層体ブロックの第四の例を仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例を方位角方向に沿って見た図である。 背面の部分を研削除去した図１９の音響積層体ブロックの第四の例を仰角方向に沿って見た図である。 背面の部分を研削除去した図２０の音響積層体ブロックの第四の例を方位角方向に沿って見た図である。 研削後の背面に伝導層を結合させた音響積層体ブロックの第四の例を仰角方向に沿って見た図である。 研削後の背面に伝導層を結合させた音響積層体ブロックの第四の例を方位角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例のダイシングを仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例のダイシングを方位角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例の前面への整合層ブロックの結合及び背面へのバッキング層ブロックの結合を仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例の前面への整合層ブロックの結合及び背面へのバッキング層ブロックの結合を方位角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例の単体化を仰角方向に沿って見た図である。 音響積層体ブロックの第四の例の単体化を方位角方向に沿って見た図である。 多素子音響積層体の第五の例を示す図である。 多素子音響積層体の第六の例を示す図である。 多素子音響積層体の第七の例を示す図である。 多素子音響積層体の第八の例を示す図である。 図２９及び図３０の音響積層体ブロックの第四の例のダイシングの変形を示す図である。 音響積層体を四つの小素子で形成するための二つの多素子櫛形構造の組み合わせを示す図である。 多重周波数音響積層体を作製するルーチンの一例を示す図である。 図３７のルーチンの部分として実行され得る音響積層体用の多重周波数素子を形成する方法の一例を示す図である。 不均一な空間的周波数分布を有する多素子トランスデューサ・アレイによって提供される仰角方向に沿ったアポダイゼーション関数の第二のグラフを示す図である。 基部パッケージの第二の例を遠近法視点から示す図である。 基部パッケージの第三の例を遠近法視点から示す図である。 相異なる切り溝寸法を有する櫛形構造から形成される音響積層体の一例を示す図である。

以下の記載は、トランスデューサ・プローブ用の音響積層体（スタック）の様々な実施形態に関する。音響積層体は、１よりも多い小素子（sub-element）から形成される圧電素子によって音響積層体を構成することにより、広い周波数帯域幅を有して構成され得る。トランスデューサ・プローブ用の音響積層体の一例を図１に示す。１よりも多い小素子の各々が、異なる共振周波数を有する異なる形式の素子であってよい。１よりも多い小素子の相対比が、トランスデューサ・プローブの方位角（アジムス）方向及び仰角（エレベーション）方向の両方に沿って一定に保たれて、均一なアレイを形成し得る。均一型の多重周波数トランスデューサ・アレイの一例を図２に示しており、この均一型多素子（例えば１よりも多い小素子）アレイによって提供される周波数アポダイゼーション関数を示す第一のグラフを図３に示す。対照的に、トランスデューサ・アレイの各々の素子に含まれる各小素子の含有百分率を変化させた多重周波数トランスデューサ・アレイによって生成され得るテーパ付きアポダイゼーション関数を図３９に示す。前述のように、圧電素子を形成する小素子の相対比は、図４から図６に示すように様々であってよい。幾つかの例では、多重周波数トランスデューサ・アレイが、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って均一でなく、代わりに変化する空間的周波数分布を呈していてもよい。異なる空間的分布の多重周波数トランスデューサ・アレイの例を図７から図９に示す。多素子トランスデューサ・アレイは、スケーラブルで低費用の製造を可能にするためにウェハ・スケール・アプローチを介して作製され得る。ウェハ・スケール・アプローチに含まれる様々な工程を図１０から図３６、及び図４０から図４２に示す。ウェハ・スケール・アプローチによってトランスデューサ・プローブ用の多重周波数音響積層体を作製する第一のルーチンの一例を図３７に示す。この音響積層体用の多重周波数素子を形成する第二のルーチンの一例を図３８に示し、このルーチン例は、図３７の第一のルーチンに含まれ得る。

図１から図２、図４から図３６、及び図４０から図４２は、様々な構成要素の相対的な配置による構成例を示している。互いに直に接している又は直に結合されているように示されている場合には、少なくとも一例では、かかる要素をそれぞれ、直に接している又は直に結合していると称する場合がある。同様に、互いに連続する又は隣接するように示されている要素は、少なくとも一例では、それぞれ互いに対して連続し又は隣接し得る。一例として、互いに面を共有して接触して位置する構成要素を面共有接触と称する場合がある。もう一つの例として、間に空間のみを介して、他の構成要素を介在させず互いから離隔して配置された要素を、少なくとも一例ではそのようなものと称する場合がある。さらにもう一つの例として、互いの対向面で互いに上下に示されている要素、又は互いの左右に示されている要素を、互いに対してそのようなものと称する場合がある。さらに、各図面に示すように、少なくとも一例では最上の要素又は要素の最上点を当該構成要素の「頂部」と称し、最下の要素又は要素の最下点を構成要素の「底部」と称する場合がある。本書で用いる場合に、頂部／底部、上部／下部、上／下は、図の垂直軸に対するものであって、かかる用語を用いて図の要素の互いに対する配置を記述する場合がある。このようなものとして、他の要素の上に示されている要素は、一例では他の要素の垂直方向の上に配置されている。さらにもう一つの例として、図の内部に示されている要素の形状を、これらの形状を有するものと（例えば円形である、直線、平面、曲線、丸み付き、面取りである、又は傾斜付きである等のように）称する場合がある。さらに、互いに交差して示されている要素を、少なくとも一例では交差要素又は互いに交差しているものと称する場合がある。さらにまた、他の要素の内部に示されている要素又は他の要素の外部に示されている要素を、一例ではそのようなものと称する場合がある。

圧電素子は、撮像、非破壊試験、診断、及び血流測定等を含めた広範な医療応用向けのトランスデューサ・プローブにおいて実装され得る。圧電素子は、機械的な歪みを受けたときに電気的に分極する分類の結晶材料で形成され得る。応力を受けると、圧電素子は加えられた応力に比例した電圧を出力する。

圧電トランスデューサ・プローブ、例えば、エネルギを一形態から他形態へ変換するために圧電効果を利用した装置は、高感度、高い周波数応答、及び高い過渡応答を提供し得る。超音波トランスデューサ・プローブでのような幾つかの例では、圧電素子に電気を印加して材料の変形及び超音波の発生を生じさせる逆圧電効果を利用することができる。このようなものとして、外部の機械的な力は要求されず、圧電トランスデューサ・プローブをコンパクトで可搬容易な装置としてパッケージ化することができる。

圧電トランスデューサ・プローブは高感度機器であるが、プローブの動作周波数帯域幅が狭い場合がある。例えば、圧電材料は低周波数、例えば０．５ＭＨｚから２．２５ＭＨｚの間に関連付けられる場合もあるし、高周波数、例えば１５．０ＭＨｚから２５．０ＭＨｚの間に関連付けられる場合もあるが、両方に関連付けられることはない。同様に、トランスデューサ・プローブは、送信用にも受信用にも構成され得るが、特定の形式の圧電材料の周波数範囲は集束されているため、両方の応用で高性能を具えるようにはなっていない。広帯域トランスデューサ・プローブは、より広い動作周波数範囲を提供し得るが、電気インピーダンス整合を有するようにプローブを構成するのは困難で、費用も高額になる場合がある。

一例では、以上に述べた問題は、多重周波数トランスデューサ・アレイと共に構成される圧電トランスデューサ・プローブによって対処され得る。この多重周波数トランスデューサ・アレイは、各々のトランスデューサにおいて、異なる共振周波数を各々有する１よりも多い小素子から形成される素子を含み得る。換言すると、各々の素子は、全体的な共振周波数が小素子の共振周波数によって改変された混成型素子であり得る。このように、組成を変化させた混成型素子によってトランスデューサ・アレイを構成することにより、このトランスデューサ・アレイは、当該トランスデューサ・アレイを実装した多重周波数トランスデューサ・プローブの感度及び分解能を保ちつつ、一定範囲の周波数にわたって動作することが可能になり得る。さらに、これらのトランスデューサは、方位角方向及び仰角方向の両方でグランド取り出し（リカバリ）、周波数アポダイゼーション、及び周波数可変能力（アジリティ）を提供するウェハ・レベル・アプローチを介して作製され得る。これにより、空間的周波数分布を制御することができ、費用効果の高いスケーラブルな態様を通じてトランスデューサを製造することができる。

本書に記載されているような多重周波数圧電トランスデューサは多様な医療装置で利用され得る。例えば、図１に示すように、超音波信号に基づいて画像を作成するのに用いられる超音波プローブに圧電トランスデューサが含まれ得る。超音波プローブは圧電トランスデューサを用いる医療装置の非限定的な例であって、他の医療装置での圧電トランスデューサの組み込みも思量されていることが認められよう。例えば、非破壊テスタ、噴射器（Jetter）システム、及び高圧電源等においてエネルギを変換するために圧電トランスデューサを用いることができる。以下の図１の記述は、超音波トランスデューサ・プローブにおいて圧電トランスデューサが如何に実装され得るかについての例示的な概要である。

超音波プローブが、超音波信号を発生するための１又は複数の能動的構成要素を含んでいる。図１の音響積層体１００の模式図において、能動的構成要素の一例すなわち超音波プローブの圧電素子１０２が、中心軸１０４と共に示されている。一組の参照軸が与えられており、方位角方向１０１、仰角方向１０３、及び方位角方向及び仰角方向の両方に垂直な長軸（transverse）方向１０５を示している。他の例では、これらの参照軸の組が、ｚ軸１０１、ｘ軸１０３、及びｙ軸１０５を表わしていてもよい。図１では圧電素子１０２を方位角方向１０１に平行な中心軸１０４と共に示している。

図１では、音響積層体１００はリニア型の超音波プローブとして構成されて示されており、方位角方向はｚ軸と平行であると記載しているが、他の例は、圧電素子アレイの形状に応じてｚ軸に対して傾斜した方位角方向を含み得ることを特記しておく。例えば、超音波プローブは曲線型又はフェーズド・アレイであってもよく、このようにしてｚ軸に平行でない非線形ビームを生成し得る。

図１には単一の圧電素子を示しているが、超音波プローブはアレイを成して配置されて個別に線によって電気エネルギ源に結合されている複数の圧電素子を含み得る。１又は複数の圧電素子で形成される各々の電気回路が（一つの）トランスデューサであり得る。幾つかの例では、トランスデューサは、多様なパタン、すなわち一次元（１Ｄ）線形、二次元（２Ｄ）方形、及び２Ｄ円環形等を含めてマトリクスを成して配置され得る圧電素子のアレイを含み得る。一例では、トランスデューサが１よりも多い形式の圧電素子から形成されて、これにより多重周波数圧電トランスデューサを提供することができる。方位角方向及び仰角方向の各々に沿った周波数分布は、一様に構成されてもよいし、非一様に構成されてもよい。多重周波数圧電トランスデューサのさらなる詳細については、図２から図４２に関連して後述する。

各々のトランスデューサは、隣接するトランスデューサから電気的に絶縁され得るが、方位角方向に関して圧電素子の上下に配置された共通の層に全て結合され得る。複数の圧電素子及び付設の層は超音波プローブの外筐体によって封入されていてよく、外筐体は例えば多様な幾何学的形状のプラスチック・ケースであってよい。例えば、外筐体は矩形ブロック、円筒、又は利用者の手に無理なく収まるように構成された形状であり得る。このようなものとして、図１に示す構成要素は、超音波プローブの外筐体の内部に収容するのに適した幾何学的形状及び寸法を有するように構成され得る。

圧電素子１０２は、例えば送信器によって電圧が印加されたときに変形して振動する石英のような天然材料又はチタン酸ジルコン酸鉛のような合成材料で形成されるブロックであってよい。幾つかの例では、圧電素子１０２は、ニオブ酸リチウム及びＰＭＮ－ＰＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３－ＰｂＴｉＯ_３）のような結晶軸を有する単結晶であってよい。圧電素子１０２の振動によって超音波で形成される超音波信号が発生し、この超音波は超音波プローブから出て矢印１０７によって示される方向、例えば方位角方向１０１に沿って伝達される。圧電素子１０２はまた、目標物から反射した超音波のような超音波を受け取ることもでき、これらの超音波を電圧へ変換することができる。電圧は超音波イメージング・システムの受信器へ伝達されて、画像になるように処理され得る。

電極１１４が圧電素子１０２に直に接していてよく、線１１５を介して電圧を伝達し、電圧を超音波へ変換する。線１１５は、複数の圧電素子の電極からの複数の線が固定され得る回路基板（不図示）に接続され得る。回路基板は、超音波プローブと受信器との間の電子的連絡を提供する同軸ケーブルに結合され得る。

音響整合層１２０が、方位角方向１０１に関して圧電素子１０２の上に配置されて、中心軸１０４に垂直に配向され得る。音響整合層１２０は、圧電素子１０２と撮像目標物との間に配置された材料であってよい。音響整合層１２０を間に配置することにより、超音波は先ず音響整合層１２０を通過して、同相で音響整合層２２０から出ることができ、これにより目標物での反射の可能性を減少させ得る。音響整合層２２０は超音波信号のパルス長を短くすることができ、これにより信号の距離分解能を高め得る。

バッキング１２６が、ｚ軸に関して圧電素子１０２の下に配置され得る。幾つかの例では、バッキング１２６は、超音波プローブの複数の圧電素子の各々が方位角方向１０１に関してバッキング１２６の直上に位置するように、仰角方向１０３に沿って延在する材料のブロックであってよい。バッキング１２６は、圧電素子１０２から矢印１０７によって示される方向の反対方向に向かう超音波を吸収して、超音波プローブの外筐体によって偏向される迷走超音波を減衰させるように構成され得る。超音波信号の帯域幅及び距離分解能を、バッキング１２６によって高めることができる。

圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）プローブは、目標への高い深達度（ペネトレーション）、並びに高い周波数応答及び高い過渡応答を提供することができ、高分解能データを得ることを可能にする。しかしながら、プローブに含まれる一つの形式の圧電素子は、プローブの利用を特定の応用に限定するような周波数帯域幅の範囲内で動作し得る。例えば、低中心周波数の圧電素子のプローブは、深部組織又は深部器官の超音波画像を形成するのに用いられ得るが、十分なキズ分解能力又は厚み測定能力を提供することができない。このように、多様な応用向けの圧電トランスデューサ・プローブを利用しようとすると、異なる圧電素子を有する多数のプローブの入手が必要になり得る。

対照的に、静電容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）プローブは、超音波応用に用いられるときには、微細加工手法を介してシリコンの上にＣＭＵＴを構築するため、より広い帯域幅及びより効率のよい製造を提供し得る。ＣＭＵＴの帯域幅はより広いので、ＣＭＵＴプローブはＰＺＴプローブよりも高い距離分解能を達成することができる。しかしながら、ＣＭＵＴプローブの感度及び深達度はＰＺＴプローブよりも低い場合がある。さらに、ＣＭＵＴはＰＺＴよりも音響クロストークを生じ易い場合がある。

一例では、ＰＺＴプローブを、各々が異なる形式の圧電材料である１よりも多い形式の小素子から形成される圧電素子を備えたトランスデューサとして構成することにより、ＰＺＴプローブにおいて高い深達度及び広い帯域幅を提供することができる。異なる共振周波数の圧電小素子を組み合わせて一つのトランスデューサにすることにより、多重周波数圧電素子のアレイを提供することができる。多重周波数素子の各々が、小素子の相対比に応じて別個の周波数を有することができるので、これらの多重周波数素子は、単一素子型のトランスデューサ・プローブに比較して広範囲の周波数にわたる信号を送受することができる。

例えば、図２に示すように、多重周波数素子の第一のマトリクス２００の一例は、バタフライ型マトリクス・アレイのような均一な二次元アレイであってよく、均一な多重周波数素子２０２を備える。第一のマトリクス２００は、図１の音響積層体１００のような音響積層体のトランスデューサの内部での素子２０２の構成を表わし得る。音響積層体の少なくとも一つがＰＺＴプローブの内部に組み入れられ得る。第一のマトリクス２００は、方位角方向１０１及び仰角方向１０３に沿って配向しているように図示されている。

素子２０２の各々が、第一の小素子２０４と第二の小素子２０６とを含んでいる。一例として、第一の小素子２０４が高周波数素子であり、第二の小素子２０６が低周波数素子であってよく、第一の及び第二の小素子２０４、２０６は、図１０から図３８に関連して後にさらに議論される製造手法を介して結合され得る。素子２０２は互いから隔設されて、これにより隣接する素子２０２から電気的に絶縁され得る。素子２０２の各々が電気回路２０８に結合されることができ、電圧の印加によって素子２０２の各々の変形を誘発することを可能にし得る。さらに、素子２０２の各々は、変形によって誘発されたときには個別の信号を伝達し得る。素子２０２の各々が電気回路２０８に結合されているが、図２では簡便のため素子２０２の最下列のみが電気回路２０８に直に結合されているように示されていることを特記しておく。

第一のマトリクス２００は、図１に示すように音響積層体の他の層、例えば音響レンズ及びバッキング等に結合され得る。第一の小素子２０４及び第二の小素子２０６から素子を形成する結果として、素子は広範囲の周波数にわたり送受信することができる。例えば、第一の小素子２０４は中心（例えば共振）周波数が２．０ＭＨｚであってよく、第二の小素子２０６は中心周波数が１５ＭＨｚであってよい。第一の小素子２０４を第二の小素子２０６と等しい相対比で組み合わせることにより、素子２０２は第一の小素子２０４又は第二の小素子２０６の何れか単独の場合よりも広範囲の周波数にわたり超音波信号を送受することができる。

例えば、素子２０２の各々が１．５ＭＨｚから１５ＭＨｚの周波数範囲を有し得る。第一のマトリクス２００での素子２０２のアレイは、図３に示すように仰角方向１０３に沿って対称且つ線形のアポダイゼーション関数を提供し得る。高周波数小素子（例えば図２の第一の小素子２０４）及び低周波数小素子（例えば図２の第二の小素子２０６）の両方によって提供されるアポダイゼーションをグラフ３００に示しており、高周波数小素子をプロット３０２、低周波数小素子をプロット３０４によって示す。これらのアポダイゼーション関数は、ｙ軸に沿ってトランスデューサ・アレイの各々の素子での高周波数小素子及び低周波数小素子の相対含有百分率に対してプロットされていると共に、ｘ軸に沿って仰角方向１０３に対してプロットされている。等比率の高周波数小素子及び低周波数小素子を仰角方向に沿って分布させると、一様なアポダイゼーション関数が得られる。

前述のように、対称で且つ非テーパ付きのアポダイゼーション関数は図２の素子２０２の高周波数小素子及び低周波数小素子２０４、２０６によって提供されており、これらの小素子を等比率にして均一なマトリクス・アレイとし、例えばアレイの各々の多重周波数素子を同様に構成することにより提供され得る。しかしながら、漏れサイドローブを抑制するように標本領域の両縁で標本化された信号をゼロ又は近ゼロまで低下させるために、アポダイゼーション関数をテーパ付きにすることが望まれる場合もある。例えば、高周波数小素子及び低周波数小素子で形成された素子によって提供されるテーパ付きアポダイゼーション関数（非離散化）を図３９の第二のグラフ３９００にに示す。

プロット３９０２はトランスデューサ・アレイの各々の素子の高周波数小素子のアポダイゼーション関数を表わし、プロット３９０４はトランスデューサ・アレイの各々の素子の低周波数小素子のアポダイゼーション関数を表わし、これらの関数は、仰角方向１０３に沿って含有百分率（ｙ軸）に対して表わされている。プロット３９０２及びプロット３９０４は逆相関しており、仰角方向１０３に沿ったトランスデューサ・アレイの中央領域でのｙ軸に対する第一のプロット３９０２の最大値がプロット３９０４の最小値に対応している。最大値の何れの側でも、プロット３９０２はｙ軸に沿って減少し、プロット３９０４は比例して増加している。高周波数小素子及び低周波数小素子の各々の最大含有百分率が８０％に示され、最小含有百分率が２０％に示されているが、他の例は、それぞれ１００％及び０％のように、他の任意の値の最大含有百分率及び最小含有百分率を含み得る。

高周波数アポダイゼーション関数と低周波数アポダイゼーション関数との和がサイド・ローブ低減を提供し得る。例えば、漏れサイド・ローブの最大抑制を達成するために、トランスデューサ・アレイの中央領域に相対的に高比率の高周波数素子を有し、トランスデューサ・アレイの各辺に沿って相対的に高比率の低周波数素子を有することが望ましい場合がある。グラフ３９００に示すテーパ付きアポダイゼーション関数は、高周波数小素子及び低周波数小素子の各々の相対比が不等となるようにトランスデューサ・アレイの素子を構成することにより生成され得る。例えば、トランスデューサの中央領域は、外縁よりも高い含有百分率の高周波数小素子を有する素子を含み得る。これによりサイド・ローブの抑制が強化される。

不等の小素子比率を有する素子の例を図４から図６に示す。不等の分布を有する第一の例の多重周波数素子４００を図４に示す。多重周波数素子４００は、図２の素子２０２の第一の小素子及び第二の小素子２０４、２０６と同様の第一の高周波数小素子４０２と第二の低周波数小素子４０４とで形成されている。

第一の小素子４０２の第一の幅４０６は第二の小素子４０４の第二の幅４０８よりも大きくてよい。例えば、第一の幅４０６は第二の幅４０８の４倍の大きさで、結果として多重周波数素子４００の８０％が第一の高周波数小素子４０２で形成され、２０％が第二の低周波数小素子４０４で形成され得る。他の例では各小素子の相対的な幅が反転していてもよい。第二の例の多重周波数素子５００を図５に示しており、この例は第一の高周波数小素子５０２と第二の低周波数小素子５０４とを含んでいる。この第二の例では、第一の小素子５０２の第一の幅５０６は第二の小素子５０４の第二の幅５０８の２分の１であってよい。

不等の分布を有する第三の例の多重周波数素子６００では、図６に示すように、多重周波数素子６００は第一の高周波数小素子６０２と第二の低周波数小素子６０４とで同様に形成されている。第一の小素子６０２の第一の幅６０６も第二の小素子６０４の第二の幅６０８よりも小さい。第一の幅６０６は第二の幅６０８の例えば４分の１であってよい。

図４から図６に示す小素子を不等に分布させた多重周波数素子の例は、多重周波数素子の非限定的な例である。他の例は素子の第一の小素子と第二の小素子との間の相対比を任意に変化させた多重周波数素子を含み得る。さらに、多重周波数素子の他の例は、二つよりも多い小素子を含み得る。例えば、多重周波数素子を三つ又は四つの小素子で、小素子の各々の比率を様々にして形成することができる。

不均一な多重周波数素子のアレイが、図３９に示す周波数アポダイゼーション関数を提供するように構成され得る。このアレイは、アレイに含まれる各々の多重周波数素子を形成する異なる小素子の含有百分率に関して不均一であってよい。換言すると、各々が異なる共振周波数を有する小素子の数、及び各々の素子での小素子の相対比は、アレイにわたり一様でなくてよく、異なる周波数範囲の素子を空間的に分布させることを可能にする。一例では、図７に示すように、図３９のグラフ３９００に示すものと同様のアポダイゼーション関数を提供するように構成されている第二のマトリクス７００が、複数の素子７０２で形成された一次元（１Ｄ）アレイの一例となり得る。複数の素子７０２の第一の横列７０１、第二の横列７０３、及び第三の横列７０５が示されている。第二の横列７０３と第三の横列７０５との間の破線は、第二の横列７０３と第三の横列７０５との間に配置される選択随意の付加的な横列であって簡便のため図７から省かれている横列の存在を表わしている。換言すると、第二のマトリクス７００は少なくとも１列の横列を有することができ、また任意の数の追加の横列を含み得る。複数の素子７０２の各々が電気回路に結合されて、各々の素子の組成に基づいて個別の信号を伝達し得る。

複数の素子７０２の各々が第一の高周波数小素子７０４及び／又は第二の低周波数小素子７０６を含んでいる。複数の素子７０２の幾つかは、小素子の幅を互いに対して変化させた第一の小素子７０４及び第二の小素子７０６の両方を含んでいる（この幅は仰角方向１０３に沿って定義される）。また、複数の素子７０２の幾つかは、第一の小素子７０４のみ又は第二の小素子７０６のみを含んでいる。

例えば、第二のマトリクス７００の中央領域７２０は、第一の小素子７０４のみで形成された複数の素子７０２の部分を含む一方、第二のマトリクス７００の中心軸７０８に対して遠位の辺縁領域７２２は、第二の小素子７０６のみで形成されている。第二のマトリクス７００の中央領域７２０と辺縁領域７２２との間の領域７２４は、変化する比の第一の小素子７０４及び第二の小素子７０６の両方で形成されている。仰角方向１０３に沿った第一及び第二の小素子７０４、７０６の空間的分布の結果として、複数の素子７０２の各々の共振周波数が仰角方向１０３に沿って変化し得る。

例えば、第二のマトリクス７００の中央領域７２０では、第一の小素子７０４のみを含む複数の素子７０２の部分は、第一の小素子７０４に関連する共振周波数の信号を各々送受する。辺縁領域７２２では、第二の小素子７０６のみから形成される複数の素子７０２の部分は、第二の小素子７０６に関連する共振周波数の信号を各々送受する。中央領域７２０と辺縁領域７２２との間の領域７２４では、複数の素子７０２は混成型、例えば第一及び第二の小素子７０４、７０６の組み合わせであり、従って、第一の小素子７０４の共振周波数値の範囲と第二の小素子７０６の共振周波数値の範囲との間の共振周波数値の範囲を有し得る。

一例として、複数の素子７０２のうち第一の素子７０７は５０％の第一の小素子７０４と５０％の第二の小素子７０６とで構成され得る。第一の素子７０７の共振周波数は第一の小素子７０４の共振周波数と第二の小素子７０６の共振周波数との間の中間の値であってよい。第一の素子７０７と第二のマトリクス７００の中央領域７２０との間に配置されている複数の素子７０２のうち第二の素子７０９は、第一の素子７０７に比較して高い組成百分率の第一の小素子７０４を有し得る。従って、第二の素子７０９は、第一の素子７０７の共振周波数よりも高いが第一の小素子７０４の共振周波数よりも低い共振周波数を有し得る。第一の素子７０７と左側辺縁領域７２２との間に位置する複数の素子７０２の第三の素子７１１は、第一の素子７０７よりも高い組成百分率の第二の小素子７０６を有し得る。従って、第三の素子７１１は、第一の素子７０７よりも低いが第二の小素子７０６よりも高い共振周波数を有し得る。

複数の素子７０２の組成を仰角方向１０３に沿って次第に変化させることにより、複数の素子７０２は、第一の小素子７０４の共振周波数と第二の小素子７０６の共振周波数との間にわたる連続した共振周波数を有し得る。他の例では、複数の素子７０２の組成を、仰角方向１０３の代わりに又は仰角方向１０３に加えて、方位角方向１０１に沿って同様に変化させることもできる。従って、第二のマトリクス７００は素子の組成が一様なトランスデューサ・アレイよりも広範囲の周波数を通じて信号を送受し得る。図７に示す例では、最も高い周波数は第二のマトリクスの中央領域７２０において送受され、最も低い周波数は辺縁領域７２２において送受され得る。

第二のマトリクス７００は、方位角方向１０１に平行な第二のマトリクス７００の中心軸７０８に関して対称であってよい。複数の素子７０２の間での小素子の分布の変化に関わらず、第二のマトリクスが図３９に示すようなアポダイゼーション関数を提供することを、この第二のマトリクス７００の対称性が可能にしている。

第三のマトリクス８００の一例を図８に示しており、１．５次元（１．５Ｄ）マトリクス・アレイの例となり得る。第三のマトリクス８００は、第一の横列８０４、第二の横列８０６、及び第三の横列８０８を成して配置された複数の素子８０２を含んでいる。同様に、第一の横列８０４と第二の横列８０６との間の破線は、第三のマトリクス８００の付加的な横列であって簡便のため省かれている横列の存在を示している。第三のマトリクス８００は、方位角方向１０１に平行な中心軸８１０を有する。

第三のマトリクス８００の複数の素子８０２の少なくとも一部は、第一の高周波数小素子８１２及び第二の低周波数小素子８１４で形成された多重周波数素子８１６であってよい。例えば、複数の素子８０２のうち多重周波数素子８１６は、仰角方向１０３に沿って二つの第一の小素子８１２が二つの第二の小素子８１４と交互配置したものを含み得る。第三のマトリクス８００の中央領域８２０は第一の小素子８１２のみで形成され得る一方、第三のマトリクス８００の辺縁領域８２２は第二の小素子８１４のみで形成され得る。さらに、仰角方向１０３に沿って定義される複数の素子８０２の各々の厚みが、第三のマトリクス８００の各々の横列にわたり変化していてもよい。

仰角方向１０３に沿った第一及び第二の小素子８１２、８１４の空間的分布の結果として、複数の素子８０２の共振周波数は仰角方向１０３にわたり変化し得る。例えば、図７の第二のマトリクス７００と同様に、中央領域８２０の複数の素子８０２の部分は、第一の小素子８１２の共振周波数に等しい相対的に高い共振周波数において信号を送受し得る一方、辺縁領域の複数の素子８０２の部分は、第二の小素子８１４の共振周波数に等しい相対的に低い共振周波数において信号を送受し得る。中央領域８２０と辺縁領域８２２との間の複数の素子８０２の部分は、第一の小素子８１２と第二の小素子８１４との間の中間的な共振周波数を有し得る。従って、第三のマトリクス８００によって包含される周波数の範囲は、第三のマトリクス８００のアレイにおける単一周波数素子の利用に比較して広くなり得る。

第三のマトリクス８００は、仰角方向１０３に沿って中心軸８１０に関して対称であってよい。図７の第二のマトリクス７００と同様に、第三のマトリクス８００の対称性のため、第三のマトリクス８００は図３９に示すようなアポダイゼーション関数を提供することが可能になる。１．５Ｄアレイ（１．７５Ｄアレイも同様）は、トランスデューサ・プローブのアクティブ・アパーチャが変化するのに伴って、最適化されたビーム・パタンを提供し得る。このようなものとして、このアレイは、狭いアパーチャによって近距離場を最適化し、またより大きいアパーチャによって遠距離場を最適化することが可能である。１．５Ｄアレイ又は１．７５Ｄアレイを図１０から図３８に示す工程を介して製造することにより、この工程は単一のアレイの内部で異なる中心周波数及び周波数範囲の素子を混合することを可能にする。この製造工程はアレイ構成の融通性の増大を提供するが、多大な追加費用を伴う。１．２５Ｄリニア・アレイの一例であり得る第四のマトリクス９００の一例を図９に示す。第四のマトリクス９００も、仰角方向１０３に沿った横列を成して配置された複数の素子９０２と、方位角方向１０１に平行な中心軸９０４とを有している。複数の素子９０２は、各々が単一の形式の素子で形成されていてよく、混成型素子ではない。

第四のマトリクス９００は、第一の高周波数小素子９０６と第二の低周波数小素子９０８とを含んでいる。複数の素子９０２の各々が第一の小素子９０６又は第二の小素子９０８の何れかで形成されていてよく、仰角方向１０３に沿った幅が変化し得る。第四のマトリクス９００は仰角方向１０３に沿って中心軸９０４に関して対称であるため、第四のマトリクス９００は仰角方向１０３に沿ったアポダイゼーションを提供することが可能である。１よりも多い形式の素子を組み入れることにより、第四のマトリクス９００がさらに広範囲の周波数にわたり動作することが可能になる。しかしながら、この周波数分布は、混成型素子、例えば１よりも多い小素子で形成される素子の組み入れがなく、図７及び図８のマトリクスよりも連続性が低く、離散性が高い場合がある。

図７から図９の複数の素子の各々の素子が、図１及び図２に示すような電気回路に結合され得ることを特記しておく。加えて、多重周波数トランスデューサ・アレイの他の例はまた、方位角方向１０１に沿った周波数アポダイゼーション及び周波数可変能力の制御を含み得る。例えば、多重周波数素子の分布を、仰角方向１０３に沿って示したものと同様の態様で方位角方向１０１に沿って変化させることができる。方位角方向に沿った空間的周波数分布の変化は、仰角方向に沿った周波数変化の代替として又はこれに加えてアレイにおいて具現化され得る。方位角方向及び仰角方向の両方に沿ってアレイを多重周波数素子で構成することにより、一様な素子を有するトランスデューサ・アレイでの周波数アポダイゼーションに対してさらに複雑なアポダイゼーションが可能になる。両方向に沿って素子を変化させるための方法を提供することにより、アレイの構成はより融通性が大きくなり、より容易にマトリクスとして具現化され得る。さらに、周波数可変能力、例えばトランスデューサが送信周波数を予め選択された範囲にわたり速やかに移動させて混信や相互干渉を減少させ、又は大気効果を考慮に入れる能力が、方位角方向及び仰角方向の両方に沿って可能になり得る。

多重周波数素子をトランスデューサ・アレイに組み入れると、トランスデューサ・アレイの周波数帯域幅を増大させつつ、信号の送受の両方について感度を高めることが可能になり得る。トランスデューサ・プローブの応用に基づいて特定の周波数での信号送信を選択することができ、すると対応する共振周波数を有するトランスデューサ・アレイの多重周波数素子の励振を生じさせることができる。広範囲の周波数を有する素子によってトランスデューサ・アレイを構成することにより、トランスデューサ・プローブの異なる動作が可能になる。これにより、このトランスデューサ・アレイでなければ異なる共振周波数の多数の単一素子型トランスデューサ・プローブの利用を要求していたであろう多様な応用に、このトランスデューサ・プローブを用いることができる。

幾つかの例では、トランスデューサ・アレイによって受信された信号の後処理は従来の後処理と同様であってよく、信号を例えば画像へ変換する既存の後処理アルゴリズムを用いてよい。信号の帯域通過フィルタ処理を信号の周波数に基づいて改変することもできる。

多重周波数トランスデューサ素子のアレイの製造は、ウェハ・レベル・アプローチを活用した費用効果の高い工程を介して達成され得る。ウェハ・レベル・アプローチは、多数のトランスデューサ・アレイを同時に形成し、これにより効率及びスループットを高めることが可能である。以下、多重周波数トランスデューサ・アレイの製造工程を図１０から図３８及び図４０から図４２に関連して記載する。ウェハ・レベル・アプローチは、図１０に示すような第一の音響積層体１０００のブロックから開始することができる。図１０では第一の音響積層体１０００は仰角方向に沿って見た図であり、図１の音響整合層１２０と同様の整合層１００２を含んでおり、整合層１００２はグラファイト又は金属のような導電性の層であってよい。整合層１００２は、第一の音響積層体１０００の垂直軸、例えば長軸方向１０５に沿って積層された１よりも多い層で形成されることができ、垂直軸に沿って導電性となるように構成され得る。

整合層１００２は、長軸方向１０５に対して第一の圧電層１００４の上に配置される。超音波トランスデューサ・プローブと目標媒体との間の音響インピーダンス差が整合層１００２によって緩衝され得る。第一の圧電層１００４は、超音波信号を送受するように構成される圧電材料であって、前述のように超音波トランスデューサ・プローブのトランスデューサ素子を形成するのに用いられる圧電材料で形成される。

第一の圧電層１００４の下に、整合分離（デマッチング）層１００６が配置され得る。整合分離層は、挿入損失を減少させ得ると共にトランスデューサ・プローブの周波数帯域幅を増強し得る高インピーダンス層であり得る。幾つかの例では、整合分離層は選択随意で省かれてもよい。整合分離層１００６の下に、図１のバッキング１２６と同様にバッキング層１００８が配置され得る。バッキング層１００８は、例えば複合材のような導電性材料で形成されることができ、圧電材料が送信モードから受信モードヘ切り換わるときに起こり得るリンギング効果を弱めることができる。第一の圧電層１００４は、エポキシのような接着剤で整合層１００２及び整合分離層１００６（又は整合分離層１００６が存在しないときにはバッキング層１００８）に接着され得る。

第一の音響積層体１０００の第一の圧電層１００４は、長軸方向１０５に沿って定義される第一の高さ１０１０を有し得る。第一の高さ１０１０によって、より高い共振周波数の圧電素子を、図１２及び図１３に示され後に詳述されるより大きい第二の高さ１２１０の第二の圧電層１２０４の共振周波数の圧電素子から視覚的に区別することができる。第一の音響積層体１０００において長軸方向１０５に沿って等間隔で切り溝（kerf）１１０２をダイシングすることにより、図１０の第一の音響積層体１０００から第一の櫛形構造１１００を形成することができる。切り溝１１０２は、整合層１００２からバッキング層１００８の内部まで方位角方向１０１に沿って下向きに延在しているが、バッキング層１００８を完全に貫通している訳ではない。切り溝１１０２のダイシングによって第一のフィン１１０４が形成され、第一のフィン１１０４の各々が切り溝１１０２の一つによって隣接する第一のフィン１１０４から隔設されている。第一のフィン１１０４は、バッキング層１００８から方位角方向１０１に沿って上向きに延在して、仰角方向１０３に沿って第一の櫛形構造１１００の全奥行きを横断して延在し得る。

ダイシングは、ウェハに切り溝を刻み込んでウェハの高さを完全には貫通せずに延在する凹部又は溝穴をウェハに形成することを指すことを特記しておく。このように、ダイシングはウェハの部分を電気的に絶縁することができ、例えばある区画を、高さに垂直な平面に沿って隣接する区画から電気的に不連続にするが、ウェハを個別の分離した区画に分割する訳ではない。対照的に、単体化（singulation）は、後述するようにウェハを物理的に分離された個別のトランスデューサ・アレイに個片化（singularize）することを容易にする。本書では、ダイシング及び単体化はウェハの各部分が方位角方向及び仰角方向によって形成される平面に沿ってのみ電気的に絶縁され、且つ／又は物理的に分離されるように、ウェハの高さに沿って、例えば長軸方向に沿ってのみ行なわれる。

第一の櫛形構造１１００は、第二の櫛形構造（例えば図１３に示す第二の櫛形構造１３００）に相補的な又は合致する幾何学的形状にダイシングされる。第二の櫛形構造１３００は、図１２に示す第二の音響積層体１２００から形成され得る。第二の音響積層体１２００は第一の音響積層体１０００と同様の層を有していてよく、第一の音響積層体１０００の整合層１００２と同じ材料又は異なる材料（又は導電性層の積層体）で形成される整合層１２０２と、図１０の第一の圧電層１００４と異なる材料で形成される第二の圧電層１２０４と、第一の音響積層体１０００の整合分離層１００６と同様の選択随意の整合分離層１２０６と、第一の音響積層体１０００のバッキング層１００８と同じ材料又は異なる材料で形成されるバッキング層１２０８とを含んでいる。

前述のように、方位角方向１０１に沿って定義される第二の圧電層１２０４の第二の高さ１２１０は、第一の音響積層体１０００の第一の圧電層１００４の高さ１０１０よりも大きくてよい。第二の圧電層１２０４から形成される圧電素子は、第一の圧電層１００４から形成される圧電素子よりも低い共振周波数を有し得る。例えば第一の櫛形構造１１００において第一の圧電層１００４に対応するダイシングされた圧電素子を以下では高周波数小素子１００４と称し、例えば第二の櫛形構造１３００において第二の圧電層１２０４に対応するダイシングされた圧電素子を以下では低周波数小素子１２０４と称する。

やはり方位角方向１０１に沿って定義される第二の音響積層体１２００の整合層１２０２の高さは第一の音響積層体１０００の整合層１００２の高さよりも大きくてよい一方、第二の音響積層体１２００のバッキング層１２０８の高さは第一の音響積層体１０００のバッキング層１００８の高さよりも小さくてよい。整合層とバッキング層との間の高さの差によって、第一及び第二の櫛形構造１１００、１３００が単一の構造に組み合わされるときに、これらの櫛形構造の各々の層が望まれる整列性（アラインメント）を有することを可能にし得る。このことについては後に詳述する。

第二の音響積層体１２００は、図１３に示すように第一の音響積層体１０００から反対方向にダイシングされ得る。このようなものとして、第二の音響積層体１２００は、切り溝１３０２が、方位角方向１０１に沿って上向きにバッキング層１２０８から整合層１２０２の内部まで延在するようにダイシングされる。切り溝１３０２は、整合層１２０２を完全には貫通せずに延在する。切り溝１３０２は、長軸方向１０５に沿って等間隔で隔設され、切り溝１３０２の各々の間に第二のフィン１３０４を形成する。第二のフィン１３０４は、仰角方向１０３に沿って第二の櫛形構造１３００の全奥行きを横断して延在し得る。

第二の櫛形構造１３００の切り溝１３０２の各々の幅１３０６は、第一の櫛形構造１１００の第一のフィン１１０４の各々の幅１１０６（図１１に示す）と等しくてよい。同様に、第二の櫛形構造１３００の第二のフィンの各々の幅１３０８は、第一の櫛形構造１１００の切り溝１１０２の各々の幅１１０８（図１１に示す）と等しくてよい。方位角方向１０１に沿って定義される第二の櫛形構造１３００の切り溝１３０２及び第二のフィン１３０４の両方の高さ１３１０は、第一の櫛形構造１１００の第一のフィン１１０４及び切り溝１１０２の両方の高さと等しくてよい。第一の櫛形構造１１００と第二の櫛形構造１３００とが相補的な幾何学的形状であるので、仰角方向１０３に沿って第一の視点１４００から見た図１４及び方位角方向１０１に沿って第二の視点１５００から見た図１５に示すように、これらの櫛形構造が咬み合って交互嵌合型の櫛形構造の第三の音響積層体１４０２を形成することが可能になる。

図１４に示す第三の音響積層体１４０２の第一の視点から見た図１４００では、接着剤１４０４の第一の層が第一の櫛形構造１１００と第二の櫛形構造１３００との間に配置されて、櫛形構造の貼り合わせを可能にしている。接着剤１４０４の第一の層は、第一の櫛形構造１１００を第二の櫛形構造１３００から電気的に絶縁するエポキシのような非伝導性接着剤であってよい。第一の櫛形構造１１００及び第二の櫛形構造１３００は、当該第一の櫛形構造１１００と第二の櫛形構造１３００との間に間隙が存在しないように互いに入れ子にされ得る。

第三の音響積層体１４０２の第二の視点から見た図１５００に示すように、第三の音響積層体１４０２の交互嵌合構造の指形部を各々形成する第一のフィン１１０４及び第二のフィン１３０４は、仰角方向１０３に沿った第三の音響積層体１４０２の奥行き１５０２に沿って延在している。第三の音響積層体１４０２の第一の視点から見た図１４００及び第二の視点から見た図１５００は、音響積層体１４０２全体ではなく第三の音響積層体の一区画を表わし得ることが認められよう。第三の音響積層体１４０２は図１４では第一のフィン１１０４のうち三つと第二のフィン１３０４のうち三つとで示されているが、第三の音響積層体１４０２は任意の数のフィンを有し得る。第三の音響積層体１４０２の幅１４０６及び奥行き１５０２は、それぞれ図１４及び図１５に示すよりも大きくても小さくてもよい。

加えて、幾つかの例では、第三の音響積層体１４０２はさらに１又は複数の付加的な櫛形構造と組み合わされて、音響積層体に異なる共振周波数を組み入れて小素子の数を増加させてもよい。例えば、図３６に示すように、第一の多重周波数櫛形構造３６０２及び第二の多重周波数櫛形構造３６０４の各々が、第三の音響積層体１４０２のような音響積層体から形成され得る。

第一の多重周波数櫛形構造３６０２の少なくとも一つの第一のフィン３６０３が、第一の小素子３６０６と第二の小素子３６０８とを含み得る。第一の多重周波数櫛形構造３６０２は、図１１に示すような第一の音響積層体１０００のダイシングと同様に、第一の切り溝３６１０が長軸方向１０５に沿って第一の多重周波数櫛形構造３６０２の頂部から第一の多重周波数櫛形構造３６０２の高さ３６１２の部分を通って下向きに延在するように音響積層体をダイシングすることにより形成され得る。

第二の多重周波数櫛形構造３６０４は、第三の小素子３６１６と第四の小素子３６１８とを含む少なくとも一つの第二のフィン３６１４を有し得る。第一、第二、第三、及び第四の小素子３６０６、３６０８、３６１６、３６１８の各々が異なる共振周波数を有し得る。第二の多重周波数櫛形構造３６０４は、図１３に示すような第二の音響積層体１２００と同様に、第二の切り溝３６２０が長軸方向１０５に沿って第二の多重周波数櫛形構造３６０４の底部から第二の多重周波数櫛形構造３６０４の高さ３６２２の部分を通って上向きに延在するようにダイシングされ得る。

第一の切り溝３６１０の幅３６２４及び高さ３６２６は、第二のフィン３６１４の幅及び高さと同様であってよい。また第二の切り溝３６２０の幅３６２８及び高さ３６３０は、第一のフィン３６０３の幅及び高さと同様であってよい。矢印３６３２によって示すように、第二の多重周波数櫛形構造３６０４の第二のフィン３６１４が第一の多重周波数櫛形構造３６０２の第一の切り溝３６１０に挿入される一方、第一のフィン３６０３が第二の多重周波数櫛形構造３６０４の第二の切り溝３６２０の内部に挿入されて、四つの小素子を備えた組み合わされた積層体を形成することができる。後述するように、この組み合わされた積層体は貼り合わされてさらに加工される。

図３６は、四つの異なる小素子を有する多重周波数音響積層体が如何にして形成され得るかについての非限定的な例を示している。他の例では、第一の多重周波数櫛形構造３６０２又は第二の多重周波数櫛形構造３６０４の何れかが単一素子櫛形構造であってもよい。かかる例では、結果として得られる組み合わされた音響積層体は三つの小素子を含み得る。さらに、小素子の各々の方位角方向１０１に沿って定義される幅は同様であるように示されており、各々の小素子を等比率にした組み合わされた積層体を得ている。しかしながら他の例では、小素子の各々の含有百分率が不等になるように小素子の幅を変化させてもよい。

さらに、図１４から図１５の第三の音響積層体１４０２は、相補的な幾何学的形状を有し、結果として無間隙の櫛形構造の組み合わせ、例えば結合されたときに櫛形構造同士の間に空間が存在しない櫛形構造の組み合わせを生ずるような第一及び第二の櫛形構造１１００、１３００を示しているが、これらの櫛形構造は非合致の幾何学的形状を有するようにダイシングされていてもよい。例えば、図４２に示すように、代替的な例の音響積層体４２００は、組み合わされて交互嵌合構造を形成する第一の櫛形構造４２０２と第二の櫛形構造４２０４とを含み得る。

第一の櫛形構造４２０２の切り溝は第二の櫛形構造４２０４のフィンの寸法と合致した寸法を有していなくてもよく、また第二の櫛形構造４２０４の切り溝は第一の櫛形構造４２０２のフィンの寸法と合致した寸法を有していなくてもよい。例えば、第一の櫛形構造４２０２の第一の切り溝４２０６は、第二の櫛形構造４２０４の第一のフィン４２１２の奥行き４２１０よりも大きい奥行き４２０８を有し得る。第二の櫛形構造４２０４の第一のフィン４２１２が第一の櫛形構造４２０４の第一の切り溝４２０６に挿入されると、例えば方位角方向に沿って第一のフィン４２１２の周囲に間隙が存在し得る。

第一の櫛形構造４２０２の第二の切り溝４２１４もまた、第二の櫛形構造４２０４の第二のフィン４２２０の奥行き４２１８よりも大きい奥行き４２１６を有し得る。第二の櫛形構造４２０４の第二のフィン４２２０が第一の櫛形構造４２０２の第二の切り溝４２１４に挿入されると、例えば方位角方向１０１に沿って第二のフィン４２２０の周囲に間隙が存在し得る。第二のフィン４２２０の周囲の間隙は、第一の櫛形構造４２０４の切り溝の奥行きが非一様であること及び／又は第二の櫛形構造４２０４のフィンの奥行きが非一様であることの何れかのため第一のフィン４２１２の周囲の間隙よりも大きくなる場合がある。第一の櫛形構造４２０２のフィンも同様に、第二の櫛形構造４２０４の切り溝の奥行きが第一の櫛形構造４２０４のフィンの奥行きよりも大きいため間隙によって包囲される場合がある。

図４２に示すように、少なくとも二つの櫛形構造を組み合わせることにより形成される音響積層体の多様な幾何学的形状は、切り溝及びフィンの寸法を調節することにより可能になり得る。櫛形構造のダイシング及び組み合わせによって、トランスデューサ・アレイの最終的な構成に高度の融通性が齎される。このように、トランスデューサの改変を効率よく変更することができる。

図１６から図１７へ移ると、図１６の仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図１６００、及び図１７の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図１７００に示すように、第三の音響積層体１４０２は、第一の例の基部パッケージ１６０２と組み合わされることができる。基部パッケージ１６０２は、グラファイト、樹脂を充填した多孔質グラファイト、ステンレス鋼、及びアルミニウム等のような伝導性材料から形成され得る。基部パッケージ１６０２は、長軸方向１０５に沿って延在する第一のフィン１６０４と、切り溝１６０６とを有するようにダイシングされ得る。第三の音響積層体１４０２も、やはり仰角方向１０３に沿って延在して基部パッケージ１６０２の第一のフィン１６０４と幅１６１０及び高さ１６１２において合致する第一の切り溝１６０８を有するようにダイシングされ得る。また、第三の音響積層体１４０２のダイシングによってブロック１６１４が形成され、ブロック１６１４は、基部パッケージ１６０２の第一のフィン１６０４と同じ高さ１６１２を有し、当該ブロック１６１４の各々の幅１６１６が基部パッケージ１６０２の切り溝１６０６の幅に等しい。

第三の音響積層体１４０２及び基部パッケージ１６０２のダイシングを図１７にさらに示す。第三の音響積層体１４０２は、切り溝１６０６に加えて、方位角方向１０１に沿って延在する第二の切り溝１７０２を有し得る。基部パッケージ１６０２は第二のフィン１７０４を有し、これらのフィン１７０４は、第一のフィン１６０４と連続していてよいが、第一のフィン１６０４から垂直な方向、例えば方位角方向１０１に沿って延在している。このようなものとして、第一のフィン１６０４及び第二のフィン１７０４は、図１８の遠近図１８００に示すような構造を形成し得る。

基部パッケージ１６０２は遠近図１８００において、基部パッケージ１６０２の第一のフィン１６０４、第二のフィン１７０４、及び切り溝１６０６の全体的な幾何学的形状を示すように図示されている。第一のフィン１６０４及び第二のフィン１７０４は、切り溝１６０６の各々が一様な矩形の幾何学的形状を有するように、切り溝１６０６の各々を構成している。しかしながら他の例では、切り溝１６０６は、円形、六角形、及び正方形等のような多様な他の幾何学的形状を有し得る。このようなものとして、図１０から図３５に示す製造工程によって製造されるトランスデューサは、切り溝１６０６の幾何学的形状に対応する形状を有し得る。

切り溝１６０６は基部パッケージ１６０２において凹部を形成しており、第三の音響積層体１４０２のブロック１６１４（図１６及び図１７に示す）は切り溝１６０６の幾何学的形状に合致するように成形されている。このようにして、図１６及び図１７の矢印１６１８によって示すように、基部パッケージ１６０２の切り溝１６０６は第三の音響積層体１４０２のブロック１６１４を収容し、第三の音響積層体１４０２の第一の切り溝１６０８は基部パッケージ１６０２の第一のフィン１６０４を収容し、第三の音響積層体１４０２の第二の切り溝１７０２は基部パッケージ１６０２の第二のフィン１７０４を収容する。

他の例では、基部パッケージが図１８の基部パッケージ１６０２とは異なるように構成されていてもよい。例えば、図４０に示すように、第二の例の基部パッケージ４０００が、仰角方向１０３に沿って線形且つ連続的に延在する切り溝４００２を有し得る。各切り溝４００２は平行であり、仰角方向１０３に沿って定義される奥行きについて基部パッケージ４０００の全奥行きにわたり、又は奥行きの少なくとも一部にわたり延在し得る。切り溝４００２によって隔設された基部パッケージ４０００のフィン４００４も仰角方向１０３に沿って延在し得る。音響積層体は、基部パッケージ４０００の切り溝４００２及びフィン４００４に合致するように仰角方向１０３に沿って同様にダイシングされ得る。

代替的には、基部パッケージは、図４１に示すように完全に方位角方向１０１に沿ってダイシングされてもよい。図４１は第三の例の基部パッケージ４１００を示し、切り溝４１０２及びフィン４１０４が方位角方向１０１に沿って延在している。切り溝４１０２及びフィン４１０４は、方位角方向１０１に沿って定義される基部パッケージ４１００の幅を完全に又は部分的に横断して延在し得る。音響積層体は、切り溝及びブロックが基部パッケージ４１００の幾何学的形状に合致するように、例えば切り溝及びブロックが方位角方向１０１に沿って延在するようにしてダイシングされ得る。

ここで、図１９の仰角方向に沿って第一の視点から見た図１９００及び図２０の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図２０００に移ると、第三の音響積層体１４０２及び基部パッケージ１６０２が、当該第三の音響積層体１４０２と基部パッケージ１６０２との間に配設された接着剤１９０４の第二の層で貼り合わされて、第四の音響積層体１９０２を形成し得る。接着剤１９０４の第二の層は、当該接着剤１９０４の第二の層を接着剤１４０４の第一の層から区別するために破線で示されている。接着剤１９０４の第二の層も、第三の音響積層体１４０２を基部パッケージ１６０２から電気的に絶縁する非伝導性接着剤であってよい。

図２１の第四の音響積層体１９０２を仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図２１００、及び図２２の第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って第二の視点から見た図２２００に示すように、第四の音響積層体１９０２の背面２１０２が研削を施され得る。基部パッケージ１６０２の部分、第一の櫛形構造１１００のバッキング層１００８の部分、及び第二の櫛形構造１３００のバッキング層１２０８の部分（図１４から図１５に示すバッキング層１００８、１２０８）が除去されるように背面２１０２を研削することにより、仰角方向１０３及び方位角方向１０１の両方でのグランド取り出しが可能になる。第四の音響積層体の背面２１０２は、正端子接続を提供することもできる。第四の音響積層体１９０２の研削除去された全体的な部分の高さ１９０６を図１９及び図２０に示す。

第四の音響積層体１９０２の背面２１０２は、仰角方向１０３に平行な接着剤１４０４の第一の層及び接着剤１９０４の第二の層（図１９及び図２０に示す）の両方の部分が除去されるまで研削される。接着剤層の部分、例えば方位角方向１０１に対して接着剤層の底部の部分を除去することにより、仰角方向及び方位角方向の両方でのグランド取り出しが可能になる。換言すると、各素子（例えば高周波数小素子１００４と低周波数小素子１２０４と）と、第四の音響積層体１９０２の背面２１０２と接して配置される電気接点又は電極（図２１及び図２２には不図示）との間の電気的連続性が、絶縁接着剤層を除去することにより提供される。

グランド取り出しはさらに、図２３の仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図２３００、及び図２４の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図２４００に示すように、第四の音響積層体１９０２の背面２１０２に金属のような導電性材料の層をスパッタ堆積することを含み得る。方位角方向１０１に対して上方に反転させた第四の音響積層体１９０２を図２３及び図２４に示す。スパッタ堆積された層２３０２が第四の音響積層体１９０２の背面２１０２に堆積して、一様な連続膜を形成する。スパッタ堆積された層２３０２の方位角方向に沿って測定される高さは、第四の音響積層体１９０２の他の層、例えば整合層、高周波数素子及び低周波数素子、整合分離層、バッキング層の何れの高さよりも小さい。

しかしながら他の例では、スパッタ堆積は、基部パッケージ１６０２の部分が残るように第四の音響積層体１９０２の背面をより少ない程度まで研削することにより省かれてもよい。例えば、背面を、図１９に示す矢印１９０７によって示す量だけ研削してもよい。基部パッケージの残部が小素子の各々に共通になることができ、第四の音響積層体１９０２の背面に沿って導電性層を提供し得る。

第四の音響積層体１９０２は、図２５の第四の音響積層体１９０２を仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図２５００及び図２６の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図２６００に示すように、スパッタ堆積された層２３０２の堆積の後にダイシングされ得る。第四の音響積層体１９０２に複数の切り溝２５０３が形成されて、長軸方向１０５に沿って背面２３０２から第四の音響積層体１９０２の前面２５０２へ向かって延在するが第四の音響積層体１９０２を完全には貫通しない。

複数の切り溝２５０３は、第四の音響積層体１９０２を複数の素子２５０１に分離することができる。複数の素子２５０１は、図２５に示すように多重周波数素子２５０４と単一周波数素子２５０６とを含み得る。多重周波数素子２５０４は各々高周波数小素子１００４の一つと低周波数小素子１２０４の一つとを含んでいる。単一周波数素子２５０６は、高周波数小素子１００４の一つ又は低周波数小素子１２０４の一つの何れかを含むが、両方は含まない。

他の例では、第四の音響積層体１９０２のような音響積層体の各々の素子を単一素子から形成することができるが、この音響積層体が様々な異なる形式の単一素子を含んでいてもよい。例えば、第一の櫛形構造と第二の櫛形構造とを組み合わせて図１４から図１５の第三の音響積層体１４０２と同様の音響積層体を形成することができる。この音響積層体を図１６から図２４に関連して前述したように加工することができ、切り溝を、図２５及び図２６に示すように音響積層体にダイシングすることができる。但し、切り溝を各々の櫛形構造の各々のフィンの間に配置することができ、このようにして素子をダイシングされた音響積層体の単一素子指形部に分離する。換言すると、切り溝も高周波数小素子１００４を低周波数小素子１２０４から分離することができる。このように、音響積層体を、１よりも多い小素子から形成される素子ではなく単一素子を有する多重周波数音響積層体とすることができ、各々のトランスデューサが１よりも多い形式の素子を有し、各々の素子を電気回路に結合することができる。

図２５へ戻ると、多重周波数素子２５０４の共振周波数は、高周波数小素子及び低周波数小素子１００４、１２０４の各々の含有百分率によって決定され得る。方位角方向１０１に沿って定義される高周波数小素子１００４の第一の幅２５１０は、低周波数小素子１２０４の第二の幅２５１２と同様である。このようなものとして、多重周波数素子２５０４は各々、５０％の高周波数小素子１００４と５０％の低周波数小素子１２０４とで形成されることができ、高周波数小素子１００４の共振周波数と低周波数小素子１２０４の共振周波数との間の中間の共振周波数を有し得る。しかしながら他の例では、小素子の幅は変化し、例えば不等であってよく、音響積層体の全体を通じて非一様であってよいので、結果として一定範囲の共振周波数を生じさせることができる。小素子幅の変化を図３１から図３４に示し、また後に詳述する。

複数の切り溝２５０３を電気的絶縁材料で充填し、これにより複数の素子２５０１の各々を隣接する素子から絶縁することができる。しかしながら他の例では、複数の切り溝２５０３は、同様に電気的絶縁を提供し得る空気充填空間（例えば如何なる付加的な材料によっても充填されていない）として保たれ得る。さらに、複数の切り溝２５０３を空間として保つことにより、トランスデューサ・アレイの全体的な物質量を減少させ、アレイの重量を減少させることができる。充填された複数の切り溝２５０３は、図２７の仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図２７００、及び図２８の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図２８００に示されている。第四の音響積層体１９０２は図２７及び図２８のウェハ２７０２に組み込まれて示されている。

複数の切り溝２５０３を充填することに加え、第四の音響積層体１９０２の前面２５０２の部分を背面２１０２の研削と同様に機械的に除去することができ、グランド取り出しをさらに可能にする。第四の音響積層体１９０２の前面２５０２は電気的接地を提供し得る。第四の音響積層体１９０２の前面２５０２から除去される部分の高さ２５０８を図２５及び図２６に示す。第四の音響積層体１９０２の前面２５０２から研削除去される量によって、図２５に示すように方位角方向１０１と平行な接着剤１４０４の第一の層の部分を除去することができる。前面２５０２の研削はまた、複数の素子２５０１と第四の音響積層体１９０２の前面２５０２に結合される導電性層との間での電気連続性を可能にすることにより、方位角方向及び仰角方向でのグランド取り出しに寄与することができる。このことについては後に詳述する。

図２７及び図２８へ戻り、整合層ブロック２７０４が、研削後の第四の音響積層体１９０２の前面２５０２に貼り合わされる。図２７及び図２８には示していないが、幾つかの例では、整合層ブロック２７０４を前面２５０２に結合する前に、スパッタ堆積された層２３０２のような伝導層を第四の音響積層体１９０２の研削後の前面２５０２にスパッタ堆積させてもよい。整合層ブロック２７０４は、伝導性接着剤を用いて貼り合わされることができ、第一の櫛形構造１１００及び第二の櫛形構造１３００それぞれの整合層１００２、１２０２と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。例えば、整合層ブロック２７０４の材料は、金皮膜付き材料、及びばね質量構造のような可撓性伝導性材料等であってよい。整合層ブロック２７０４は１よりも多い層で形成されてもよく、導電性材料で形成されても非導電性材料で形成されてもよい。

整合層ブロック２７０４は、第四の音響積層体１９０２の各々のトランスデューサに共通の整合層を提供し、各々のトランスデューサが、複数の素子２５０１の一つを含んでおり、非伝導性材料で充填された複数の切り溝２５０３によって長軸方向１０５に沿って画定される。換言すると、整合層ブロック２７０４は、第四の音響積層体１９０２の前面２５０２を完全に横断して延在する連続層である。同様に、バッキング層ブロック２７０６が第四の音響積層体１９０２の背面２１０２に結合されていてもよく、第四の音響積層体１９０２の各々のトランスデューサに接続されて、各々のトランスデューサに共通のバッキング層を提供してもよい。バッキング層ブロック２７０６も、第四の音響積層体１９０２の背面２１０２を完全に横断して延在する連続層であってよい。

バッキング層ブロック２７０６は、やはり伝導性接着剤を用いて第四の音響積層体１９０２の背面２１０２に貼り合わされて、ウェハ２７０２を形成し得る。バッキング層ブロック２７０６は、長軸方向１０５に沿って積層体を成して貼り合わされる１又は複数の層で形成されることができ、複数の素子２５０１への電圧印加を可能にする電気経路を提供し得る。幾つかの例では、バッキング層ブロック２７０６は、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フレックス伝導性材料、印刷回路基板（ＰＣＢ）、及び金属ブロック等を含み得る。他の例では、バッキング層ブロック２７０６の代わりに何らかの形式のバッキングが第四の音響積層体１９０２の背面２１０２に結合されてもよい。例えば、バッキングはフレックス回路を音響積層体に接続するインターポーザであってもよい。

加えて、他の例は、各々のトランスデューサを横断して連続的に延在しない不連続の整合層ブロック及びバッキング層ブロックと共に構成された音響積層体を含んでいてもよい。例えば、複数のより小さい整合層ブロック及びバッキング層ブロックを、各々のブロックを一つのトランスデューサに取り付けてトランスデューサ・アレイに結合してもよい。代替的には、整合層ブロック及びバッキング層ブロックは、二つ又は三つの隣り合ったトランスデューサのような幾つかのトランスデューサを覆って、複数の区画を成して音響積層体に結合していてもよい。

次いで、ウェハ２７０２を単体化、例えば個片化して、図２９の仰角方向１０３に沿って第一の視点から見た図２９００、及び図３０の方位角方向１０１に沿って第二の視点から見た図３０００に示すような個別のトランスデューサ・アレイ２９０２を形成することができる。トランスデューサ・アレイ２９０２の各々が複数の素子２５０１のアレイを含んでおり、複数の素子２５０１の各々が個別の集積回路に含まれている。単体化は、従来のダイシング、レーザ・ダイシング、スクライブ・アンド・ブレーク、及び研削前ダイシングを含めた様々なダイ単体化方法を含み得る。従って、トランスデューサ・アレイ２９０２の各々が、単体化の結果として隣接するトランスデューサ・アレイから離隔されて、各々のトランスデューサをトランスデューサ・プローブに組み付けることができる。

小素子（例えば高周波数小素子１００４及び低周波数小素子１２０４）の各々の方位角方向１０１に沿って定義される幅２９０４、複数の素子２５０１の各々の幅２９０６、及びトランスデューサ・アレイ２９０２の各々の幅２９０８は、図２９では一様であるように描かれているが、ウェハ２７０２の上述の構成要素の各々のダイシングを改変して非一様な幅を生成してもよい。小素子、複数の素子、及びトランスデューサの幅の変化を図３１から図３５に示す。

非一様トランスデューサ・アレイ３１０１の第一の例３１００では、複数の素子３１０４の幅３１０２は方位角方向１０１に沿って一様であり得る。複数の素子３１０４は各々、第一の小素子３１０６と第二の小素子３１０８とを含み得る。第一の櫛形構造が、第二の小素子３１０８の幅３１１２よりも大きい幅３１１０の第一の小素子３１０６を形成するようにダイシングされ得る。換言すると、第一の櫛形構造は、第二の小素子３１０８を形成するための第二の櫛形構造のダイシングよりも幅広の小素子（例えば第一の小素子３１０６）を形成するようにダイシングされ得る。

代替的には、非一様トランスデューサ・アレイ３１０３の第二の例３２００に示すように、第一の櫛形構造は、第一の小素子３１０６が、第二の櫛形構造のダイシングによって形成される第二の小素子３１０８の幅３４０４よりも狭い幅３２０２を有するようにダイシングされてもよい。複数の素子３１０４の各々の幅３１０４は方位角方向１０１に沿って一様であってよく、第一の小素子３１０６及び第二の小素子３１０８の各々の幅は、複数の素子３１０４の各々において同様であってよい。このように、櫛形構造のダイシングに基づいて小素子の幅を容易に変化させることができる。

さらに、櫛形構造は、非一様トランスデューサ・アレイ３１０１の第三の例３３００に示すように、小素子の各々が非一様な幅を有するようにダイシングされてもよい。第一の素子３３０２が、第二の小素子３３１０の幅３３０８と同様の幅３３０６を有する第一の小素子３３０４で形成され得る。しかしながら、第一の素子３３０２に隣接する第二の素子３３１２では、第一の小素子３３０４の幅３３１４は第二の小素子３３１０の幅３３１６よりも大きい。第一の素子３３０２の幅３３１８は第二の素子３３１２の幅３３２０と同様であってよい。他の例では、非一様トランスデューサ・アレイ３１０３は、第二の小素子３３１０の幅が第一の小素子３３０４の幅よりも大きいような素子を含んでいてもよい。

加えて又は代替的に、第一の櫛形構造と第二の櫛形構造とを組み合わせることにより形成される音響積層体、例えば図１４から図１７の第三の音響積層体１４０２のダイシングを、複数の素子の幅を変化させるように改変してもよい。例えば、非一様トランスデューサ・アレイ３１０１の第四の例３４００に示すように、第一の素子３４０４の幅３４０２が第二の素子３４０８の幅３４０６よりも大きくてもよい。素子の各々の第一の小素子３４１０の幅及び第二の小素子３４１２の幅は、第一の素子３４０４に示すように同様であってもよいし、第二の素子３４０８に示すように異なっていてもよい。

さらに、ウェハの個別のトランスデューサ・アレイへの単体化を調整して、幅の変化するトランスデューサを形成してもよい。図３５に示すように、第一のトランスデューサ・アレイ３５０２が、第一の幅３５０４を有するようにダイシングされ得る。第二のトランスデューサ・アレイ３５０６は、第一のトランスデューサ・アレイ３５０２の第一の幅３５０４よりも広い第二の幅３５０８を有するようにダイシングされ得る。第一及び第二のトランスデューサ・アレイ３５０２、３５０６と同じウェハから形成される他のトランスデューサ・アレイも、第一のトランスデューサ・アレイ３５０２又は第二のトランスデューサ・アレイ３５０６の何れかと同様の幅を有していてもよいし、第一及び第二のトランスデューサ・アレイ３５０２、３５０６の何れとも異なる幅を有していてもよい。各々のトランスデューサ・アレイの素子の各々に組み入れられる第一の小素子３５１０及び第二の小素子３５１２の幅も互いに同様であっても異なっていてもよく、またトランスデューサ・アレイを通じて一様であっても非一様であってもよい。

単体化の前又は後に、トランスデューサ・アレイの整合層ブロック及びバッキング層ブロックに電気リードを結合することができる。例えば、正電極を整合層ブロックに結合し、グランド電極をバッキング層ブロックに結合することができる。代替的には、正電極をバッキング層ブロックに結合し、グランド電極を整合層ブロックに結合してもよい。これにより、各々のトランスデューサとの個別の回路の形成が、トランスデューサ・アレイを電気リードに結合することにより完成される。

このように、図２及び図４から図３６に示すような多重周波数素子及びトランスデューサ・アレイを形成するために多重周波数トランスデューサの製造方法を組み立てることができる。図３１から図３５は仰角方向１０３に沿って見たトランスデューサの図を示しており、仰角方向１０３に対するトランスデューサ、素子、小素子の幅の変化を記載しているが、方位角方向１０１に沿って同様の変化を適用し得ることが認められよう。例えば、櫛形構造のダイシングを、方位角方向１０１に沿って改変して、奥行き（例えば方位角方向１０１に沿った小素子の厚み）の変化する小素子を提供することができる。仰角方向１０３に沿って互いに隣り合う小素子の配置の代わりに又はこのことに加えて、小素子が方位角方向１０１に沿って互いに隣接して配置されるように櫛形構造を組み合わせることもできる。

組み合わされた櫛形構造は、仰角方向１０３に沿って素子の幅を変化させつつ方位角方向１０１に沿っても奥行きが変化する素子を形成するようにダイシングされ得る。代替的には、素子の幅が仰角方向１０３に沿って一様に保たれて、方位角方向１０１に沿って変化してもよい。さらに、単体化トランスデューサの奥行きも同様に、仰角方向１０３に加えて又は仰角方向１０３に代えて、方位角方向１０１に沿って変化してもよい。

トランスデューサ、素子、及び小素子の寸法を方位角方向１０１及び仰角方向１０３の両方に沿って変化させることを可能にすることにより、トランスデューサのスケーラブルな製造が可能になる。異なる広い帯域幅及び空間的周波数分布を有する多様なトランスデューサを単一のウェハから製造することができる。単体化に先立って電気回路をウェハに結合し、製造効率を高める。多重周波数トランスデューサ・プローブでの相互接続及び制御信号の量は、単一周波数トランスデューサ・プローブに用いられる量と同様となり得る。このように、多重周波数トランスデューサ・アレイの実装がトランスデューサ・プローブに付加的な複雑さを招くことがない。

仰角方向及び方位角方向の両方に沿ったグランド取り出しは、プローブでのトランスデューサ・アレイのパッケージ化にさらに大きい融通性を可能にする。例えば、仰角方向の占有面積を減少させたトランスデューサ・アレイが望ましい場合がある。従来の方法では、トランスデューサ・アレイが仰角方向に沿って短くなるとグランド取り出しが困難である場合がある。しかしながら、図１０から図３８及び図４０から図４２に関連して上で述べた製造工程は、代わりに方位角方向に沿ったグランド取り出しを可能にしている。加えて、広帯域幅トランスデューサの空間的周波数分布によって提供されるアポダイゼーション関数が、トランスデューサ・プローブを１よりも多い応用に用いることを可能にし得る。例えば、単一のトランスデューサ・プローブを治療及び撮影の両方に用いることができる。このアポダイゼーション関数によって、強化されたビーム集束プロファイルが可能になるため、近距離場及び遠距離場の両方で画質を最適化することができる。トランスデューサ・プローブの占有面積は、より効率のよいパッケージ化のために最適化され得る。また、図１０から図３６に示すようなトランスデューサ・プローブの音響積層体の製造工程は、全てのトランスデューサ・ポートフォリオに適用可能な一括ウェハ・アプローチに基づく普遍的アーキテクチャを提供することができる。

トランスデューサ・プローブ用の多重周波数音響積層体を作製する第一のルーチン３７００の一例を図３７に示す。図３８に示すような第二のルーチン３８００が、多重周波数素子を形成するルーチンの一例であって、第一のルーチン３７００に含まれ得る。第一及び第二のルーチン３７００、３８００は、図１０から図３６に示す製造工程と同様の工程を記述している。ここで図３７へ移り、ステップ３７０２では、第一のルーチン３７００は第一の音響積層体を形成することを含んでおり、このステップを図３８の第二のルーチン３８００に示す。

図３８のステップ３８０２では、第二のルーチン３８００は、第一の小素子を有する図１１の第一の櫛形構造１１００のような第一の櫛形構造を形成することを含んでいる。第一の櫛形構造は、図１０の第一の音響積層体１０００のような第一の音響積層体をダイシングすることにより形成され得る。ステップ３８０４では、第一の小素子と異なる共振周波数の第二の小素子を有する図１３の第二の櫛形構造１３００のような第二の櫛形構造が形成される。第二の櫛形構造は、図１２の第二の音響積層体１２００のような第二の音響積層体ダイシングすることにより形成され得る。第一の音響積層体及び第二の音響積層体の両方とも、各々整合層、小素子層、選択随意の整合分離層、及びバッキング層を含んでいてよく、これらの層が方位角方向及び仰角方向の両方に垂直な長軸方向に沿って積層されている。

第一の音響積層体及び第二の音響積層体は、第一及び第二の櫛形構造に相補的なフィンを付与するように互いから反対の方向に沿ってダイシングされ得る。例えば、図１１に示すように、第一の音響積層体は第一の音響積層体の上面から下向きにダイシングされ、図１３に示すように、第二の音響積層体は第二の音響積層体の底面から上向きにダイシングされ得る。代替的には、第一の音響積層体が底面から上向きにダイシングされ、第二の音響積層体が上面から下向きにダイシングされてもよい。

ステップ３８０６では、第一の櫛形構造を第二の櫛形構造と組み合わせて、図１４の第三の音響積層体１４０２のような交互嵌合型の組み合わされた積層体を形成する。組み合わされた積層体は、櫛形構造を互いに接着させるように貼り合わされ得る。

ステップ３８０８では、このルーチンは、組み合わされた積層体に追加の小素子を組み入れるか否かを決定することを含んでいる。追加の小素子を含めない場合には、ルーチンは図３７の第一のルーチン３７００のステップ３７０４に続く。少なくとも一つの追加の小素子を組み入れる場合には、ステップ３８１０において追加の櫛形構造が形成される。追加の櫛形構造は、図１１の第一の櫛形構造１１００又は図１３の第二の櫛形構造１３００と同様にダイシングされ得る一方、組み合わされた積層体は、ダイシングされた追加の櫛形構造の幾何学的形状と相補的になるように、反対の態様でステップ３８１２においてダイシングされ得る。追加の櫛形構造は、第一の小素子とも第二の小素子とも異なる共振周波数の第三の小素子を有し得る。

幾つかの例では、追加の櫛形構造は、第二のルーチン３８００のステップ３８０２からステップ３８０６に記載されたものと同様の工程を介して形成される組み合わされた櫛形構造であり得るので、追加の櫛形構造は第三の小素子に加えて第四の小素子を有する。第三及び第四の小素子の両方を有する追加の櫛形構造は、ダイシングされた組み合わされた積層体に対して相補的な幾何学的形状を有するように同様にダイシングされ得る。

ステップ３８１４では、第二のルーチン３８００は、ダイシングされた組み合わされた積層体を追加の櫛形構造と組み合わせて新たな組み合わされた積層体を形成することを含んでおり、新たな組み合わされた積層体は、組み合わされた積層体と追加の櫛形構造とを互いに接着するように貼り合わされ得る。貼り合わせ時に、非伝導性接着剤の層を第一の櫛形構造と第二の櫛形構造との間に配設することができる。方法は３８０８へ戻り、追加の小素子を（新たな）組み合わされた積層体に組み入れるか否かを再び決定する。

図３７へ戻り、第一のルーチン３７００のステップ３７０４では、第一の音響積層体、例えば、第二のルーチン３８００を介して形成された組み合わされた積層体をダイシングする。第一の音響積層体のダイシングによって、第一の音響積層体の複数の切り溝によって離隔される複数のフィンが形成される。ステップ３７０６では、図１６の基部パッケージ１６０２のように伝導性材料で形成された基部パッケージが、第一の音響積層体の複数の切り溝と同様の幾何学的形状を有するフィン、及び第一の音響積層体の複数のフィンと同様の幾何学的形状を有する切り溝を設けるようにダイシングされる。

ステップ３７０８では、基部パッケージと第一の音響積層体とが互いに結合され貼り合わされて、第二の音響積層体を形成する。ステップ３７１０では、第二の音響積層体の背面の部分を研削によって除去してグランド取り出しを提供することができる。例えば、第一の音響積層体のバッキング層の厚みの部分、及び第一の音響積層体を貼り合わせるのに用いられた非伝導性接着剤の部分を除去することができる。バッキング層の部分及び非伝導性接着剤の部分を除去することにより、方位角方向及び仰角方向に沿ったグランド取り出しを可能にすることができる。

ステップ３７１２では、第二の音響積層体の研削後の背面に伝導層がスパッタ堆積される。伝導層は、第二の音響積層体の背面に電気的接続を結合させることを可能にすることができ、これらの電気的接続の各々が第二の音響積層体の加工を介して形成される最終的なトランスデューサ・アレイの集積回路に含まれる。ステップ３７１４では、第二の音響積層体はダイシングされ、ダイシングによって形成された切り溝を非伝導性材料で充填することができ、これにより第二の音響積層体の各々の集積回路、又はトランスデューサを、隣接する集積回路から電気的に絶縁する。

ステップ３７１６では、第二の音響積層体の前面が研削される。前面は背面の反対側であり、前面の厚みの部分が研削によって除去され得る。例えば、第二の音響積層体の整合層が部分的に除去され得る。ステップ３７１８では、整合層ブロック及びバッキング層ブロックが、第二の音響の前面及び背面にそれぞれ結合されて、方位角方向及び仰角方向でのグランド取り出しをさらに可能にすることができる。ステップ３７２０では、第一のルーチン３７００は、第二の音響積層体を別個のトランスデューサ・アレイに分割するように第二の音響積層体を単体化することを含んでいる。トランスデューサ・アレイは、トランスデューサ・プローブに各々実装され得る。第一のルーチン３７００は終了する。

このようにして、多素子トランスデューサ・アレイがトランスデューサ・プローブ用に提供され得る。多素子トランスデューサ・アレイは、均一なパタンで方位角方向及び仰角方向に沿って分布された異なる共振周波数の小素子を含み得る。代替的には、小素子は、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って変化する空間的周波数分布を提供するように配置され得る。周波数アポダイゼーション及び周波数可変能力が、仰角方向に沿って、且つ異なる構造、例えば１Ｄ、１．５Ｄ、及び２Ｄ等において可能になり、複雑な構造の空間的周波数分布を可能にする。さらに、周波数アポダイゼーション及び周波数可変能力は、ウェハ・スケール・アプローチを通して多素子トランスデューサを作製することにより低費用で達成される。ウェハ・スケール・アプローチの際の音響積層体の加工によって、トランスデューサ・アパーチャにわたり広く分布した周波数内容を得ることができ、これにより一つのトランスデューサ・プローブが多くの応用に用いられることを可能にする。周波数アポダイゼーションによって可能になるビーム集束プロファイルのため、近距離場及び遠距離場の両方で画質を最適化することができる。この多素子トランスデューサ・アレイは、方位角方向及び仰角方向の両方でのグランド取り出しのためトランスデューサ・プローブの内部でさらに効率よくパッケージ化されることができ、多様なトランスデューサ・ポートフォリオに用いられる得る。

ウェハ・スケール・アプローチを介してトランスデューサ・アレイを作製する技術的効果は、広い帯域幅のトランスデューサ・アレイが費用効率のよい方法を介して製造されることである。もう一つの技術的効果は、方位角方向及び仰角方向に沿って周波数アポダイゼーション及び周波数可変能力が可能になることである。

本書で用いる場合に、単数形で掲げられ、単数不定冠詞を冠した要素又はステップは、明記されていない限り複数の当該の要素又はステップを排除するものと理解すべきでない。さらに、本発明の「一実施形態」への参照は、所載の特徴を同様に組み入れている付加的な実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図しない。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する１又は複数の要素を「含む（comprising、including）」又は「有する（having）」実施形態は、当該の特性を有しない付加的なかかる要素を含み得る。「含む（including）」及び「ここで（in which）」との用語はそれぞれ「含む（comprising）」及び「ここで（wherein）」との用語の標準言語の均等物として用いられている。また、「第一」「第二」及び「第三」等の用語は標示として用いられているに過ぎず、当該の対象語に数値的な要件又は特定の位置的順序を負わせる意図はない。

一実施形態では、トランスデューサ・アレイが、１又は複数の小素子で形成される素子を含んでおり、少なくとも一つの小素子が異なる共振周波数を有する。このトランスデューサ・アレイの第一の例では、トランスデューサ・アレイは少なくとも一つの素子で形成され、この素子は、電気回路によって駆動されると共に隣接する素子から電気的に絶縁されている。トランスデューサ・アレイの第二の例は、選択随意で第一の例を含んでおり、さらに、１又は複数の小素子の相対比が素子において等しく、トランスデューサ・アレイの各々の素子が同様の共振周波数を有することを含んでいる。トランスデューサ・アレイの第三の例は、選択随意で第一及び第二の例の１又は複数を含んでおり、さらに、１又は複数の小素子の幅がトランスデューサ・アレイを通じて変化し、この幅は、仰角方向及び方位角方向の一方に沿って定義されることを含んでいる。トランスデューサ・アレイの第四の例は、選択随意で第一の例から第三の例の１又は複数を含んでおり、さらに、１又は複数の小素子の各々の相対比がトランスデューサ・アレイに沿って変化し、トランスデューサ・アレイの少なくとも一つの素子が異なる周波数範囲を有することを含んでいる。トランスデューサ・アレイの第五の例は、選択随意で第一の例から第四の例の１又は複数を含んでおり、さらに、１又は複数の小素子の各々の相対比は方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿ってトランスデューサ・アレイの各々の素子の間で変化することを含んでいる。トランスデューサ・アレイの第六の例は、選択随意で第一の例から第五の例の１又は複数を含んでおり、さらに、１よりも多い形式の素子を含んでおり、各々の形式の素子が異なる共振周波数及び周波数範囲を有してトランスデューサ・アレイに組み入れられている。トランスデューサ・アレイの第七の例は、選択随意で第一の例から第六の例の１又は複数を含んでおり、さらに、トランスデューサ・アレイの１よりも多い形式の素子は、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って非一様な寸法を有することを含んでいる。トランスデューサ・アレイの第八の例は、選択随意で第一の例から第七の例の１又は複数を含んでおり、さらに、素子における１又は複数の小素子の量がトランスデューサ・アレイにわたり変化することを含んでいる。

もう一つの実施形態では、多重周波数音響積層体が、第二の櫛形構造に結合された第一の櫛形構造であって、第一の櫛形構造は第一の共振周波数の第一の形式の素子を有し、第二の櫛形構造は第二の共振周波数の第二の形式の素子を有する、第一の櫛形構造と、複数の電気回路であって、各々の回路が第一の形式の素子及び第二の形式の素子の少なくとも一方を含んでおり、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って周波数アポダイゼーションを提供するために周波数帯域幅が変化するように構成されている、複数の電気回路とを含んでいる。この音響積層体の第一の例では、第一の櫛形構造は、第二の櫛形構造の幾何学的形状に対して相補的な幾何学的形状を有し、第一及び第二の櫛形構造の結合が交互嵌合構造を形成する。音響積層体の第二の例は、選択随意で第一の例を含んでおり、さらに、複数の電気回路の各々の電気回路が、第一及び第二の形式の素子の少なくとも一方に加えて１又は複数の付加的な形式の素子を含んでおり、１又は複数の付加的な形式の素子は、第一又は第二の形式の素子と異なる共振周波数を有することを含んでいる。音響積層体の第三の例は、選択随意で第一及び第二の例の１又は複数を含んでおり、さらに、各々の電気回路が整合層及びバッキング層に結合されていることを含んでいる。音響積層体の第四の例は、選択随意で第一の例から第三の例の１又は複数を含んでおり、さらに、複数の素子の各々の素子が、非伝導性材料及び空気の一方で充填された切り溝によって隣接する素子から分離されていることを含んでいる。音響積層体の第五の例は、選択随意で第一の例から第四の例の１又は複数を含んでおり、さらに、各々の素子が、個別の集積回路を形成するように正接続及びグランド接続に電気的に結合されていることを含んでいる。

さらにもう一つの実施形態では、方法が、第一の小素子を有する第一の音響積層体及び第二の小素子を有する第二の音響積層体を、相補的な幾何学的形状を有するようにダイシングするステップと、交互嵌合構造を形成するように第一の音響積層体と第二の音響積層体とを組み合わせるステップと、交互嵌合構造の両面に共通の整合層及び共通のバッキング層を結合するステップと、１又は複数のトランスデューサ・アレイを形成するように交互嵌合構造を個片化するステップとを含んでいる。この方法の第一の例では、第一及び第二の音響積層体をダイシングするステップは、音響積層体の各々に切り溝を形成することを含んでおり、第一の音響積層体は当該第一の音響積層体の上面から下向きに延在する切り溝の第一の集合を有し、第二の音響積層体は当該第二の音響積層体の底面から上向きに延在する切り溝の第二の集合を有している。方法の第二の例は、選択随意で第一の例を含んでおり、さらに、交互嵌合構造をダイシングするステップと、整合層とバッキング層との結合に先立って第三の音響積層体を形成するように、ダイシングされた交互嵌合構造を、該ダイシングされた交互嵌合構造に対して相補的な幾何学的形状に構成されている基部パッケージに結合するステップとを含んでいる。方法の第三の例は、選択随意で第一及び第二の例の１又は複数を含んでおり、さらに、第三の音響積層体を複数のトランスデューサに分離するように、整合層とバッキング層との結合に先立って第三の音響積層体をダイシングするステップを含んでおり、複数のトランスデューサの各々が、第一の小素子及び第二の小素子の少なくとも一方で形成される素子を含んでいる。方法の第四の例は、選択随意で第一の例から第三の例の１又は複数を含んでおり、さらに、各々の素子に個別の電子回路を形成するように、整合層及びバッキング層の各々に電気的接続を取り付けるステップを含んでいる。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する均等構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１００ 音響積層体
１０１ 方位角方向
１０２ 圧電素子
１０３ 仰角方向
１０４ 中心軸
１０５ 長軸方向
１０７ 超音波伝達方向
１１４ 電極
１１５ 線
１２０ 音響整合層
１２６ バッキング
２００ 第一のマトリクス
２０２ 多重周波数素子
２０４ 第一の小素子
２０６ 第二の小素子
２０８ 電気回路
３００ 対称且つ線形のアポダイゼーション関数
３０２ 高周波数小素子によるアポダイゼーション
３０４ 低周波数小素子によるアポダイゼーション
４００、５００、６００ 不等の分布を有する多重周波数素子
４０２、５０２、６０２ 第一の高周波数小素子
４０４、５０４、６０４ 第二の低周波数小素子
４０６、５０６、６０６ 第一の幅
４０８、５０８、６０８ 第二の幅
７００ 第二のマトリクス
７０１ 第一の横列
７０２ 素子
７０３ 第二の横列
７０４ 第一の高周波数小素子
７０５ 第三の横列
７０６ 第二の低周波数小素子
７０７ 第一の素子
７０８ 中心軸
７０９ 第二の素子
７１１ 第三の素子
７２０ 中央領域
７２２ 辺縁領域
７２４ 間の領域
８００ 第三のマトリクス・アレイ（１．５Ｄ）
８０２ 素子
８０４ 第一の横列
８０６ 第二の横列
８０８ 第三の横列
８１０ 中心軸
８１２ 第一の高周波数小素子
８１４ 第二の低周波数小素子
８１６ 多重周波数素子
８２０ 中央領域
８２２ 辺縁領域
９００ 第四のマトリクス・アレイ（１．２５Ｄ）
９０２ 素子
９０４ 中心軸
９０６ 第一の高周波数小素子
９０８ 第二の低周波数小素子
１０００ 第一の音響積層体
１００２ 整合層
１００４ 第一の圧電層
１００６ 整合分離層
１００８ バッキング層
１０１０ 第一の高さ
１１００ 第一の櫛形構造
１１０２ 切り溝
１１０４ 第一のフィン
１１０６ 第一のフィン１１０４の幅
１１０８ 切り溝１１０２の幅
１２００ 第二の音響積層体
１２０２ 整合層
１２０４ 第二の圧電層
１２０６ 整合分離層
１２０８ バッキング層
１２１０ 第二の高さ
１３００ 第二の櫛形構造
１３０２ 切り溝
１３０４ 第二のフィン
１３０６ 切り溝１３０２の幅
１３０８ 第二のフィンの幅
１３１０ 切り溝１３０２及び第二のフィン１３０４の高さ
１４００ 仰角方向から見た図
１４０２ 第三の音響積層体
１４０４ 接着剤の第一の層
１４０６ 第三の音響積層体１４０２の幅
１５００ 方位角方向から見た図
１５０２ 第三の音響積層体１４０２の奥行き
１６００ 仰角方向に沿って見た図
１６０２ 基部パッケージ
１６０４ 第一のフィン
１６０６ 切り溝
１６０８ 第一の切り溝
１６１０ 幅
１６１２ 高さ
１６１４ ブロック
１６１６ ブロック１６１４の幅
１６１８ 収容方向
１７００ 方位角方向に沿って見た図
１７０２ 第二の切り溝
１７０４ 第二のフィン
１８００ 第一のフィン１６０４及び第二のフィン１７０４の構造の遠近図
１９００ 仰角方向に沿って見た図
１９０２ 第四の音響積層体
１９０４ 接着剤の第二の層
１９０６ 研削される部分の高さ
１９０７ 少ない研削量
２０００ 方位角方向に沿って見た図
２１００ 第四の音響積層体１９０２を仰角方向に沿って見た図
２１０２ 第四の音響積層体１９０２の背面
２２００ 第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って見た図
２３００ 反転させた第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って見た図
２３０２ スパッタ堆積した層
２４００ 反転させた第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って見た図
２５００ 第四の音響積層体１９０２を仰角方向に沿って見た図
２５０１ 素子
２５０２ 第四の音響積層体１９０２の前面
２５０３ 切り溝
２５０４ 多重周波数素子
２５０６ 単一周波数素子
２５０８ 除去される部分の高さ
２５１０ 高周波数小素子１００４の第一の幅
２５１２ 低周波数小素子１２０４の第二の幅
２６００ 第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って見た図
２７００ 第四の音響積層体１９０２を仰角方向に沿って見た図
２７０２ ウェハ
２７０４ 整合層ブロック
２７０６ バッキング層ブロック
２８００ 第四の音響積層体１９０２を方位角方向に沿って見た図
２９００ ウェハ２７０２を仰角方向に沿って見た図
２９０２ トランスデューサ・アレイ
２９０４ 小素子の幅
２９０６ 素子の幅
２９０８ トランスデューサ・アレイの幅
３０００ ウェハ２７０２を方位角方向に沿って見た図
３１００ 非一様トランスデューサ・アレイの第一の例
３１０１ 非一様トランスデューサ・アレイ
３１０２ 素子の幅
３１０４ 素子
３１０６ 第一の小素子
３１０８ 第二の小素子
３１１０ 第一の小素子の幅
３１１２ 第二の小素子の幅
３２００ 非一様トランスデューサ・アレイの第二の例
３２０２ 第一の小素子の幅
３２０４ 第二の小素子の幅
３３００ 非一様トランスデューサ・アレイの第三の例
３３０２ 第一の素子
３３０４ 第一の小素子
３３０６、３３１４ 第一の小素子の幅
３３０８、３３１６ 第二の小素子の幅
３３１０ 第二の小素子
３３１２ 第二の素子
３３１８ 第一の素子の幅
３３２０ 第二の素子の幅
３４００ 非一様トランスデューサ・アレイの第四の例
３４０２ 第一の素子の幅
３４０４ 第一の素子
３４０６ 第二の素子の幅
３４０８ 第二の素子
３４１０ 第一の小素子
３４１２ 第二の小素子
３５０２ 第一のトランスデューサ・アレイ
３５０４ 第一の幅
３５０６ 第二のトランスデューサ・アレイ
３５０８ 第二の幅
３５１０ 第一の小素子
３５１２ 第二の小素子
３６０２ 第一の多重周波数櫛形構造
３６０３ 第一のフィン
３６０４ 第二の多重周波数櫛形構造
３６０６ 第一の小素子
３６０８ 第二の小素子
３６１０ 第一の切り溝
３６１２ 第一の多重周波数櫛形構造３６０２の高さ
３６１４ 第二のフィン
３６１６ 第三の小素子
３６１８ 第四の小素子３６１８
３６２０ 第二の切り溝
３６２２ 第二の多重周波数櫛形構造３６０４の高さ
３６２４ 第一の切り溝３６１０の幅
３６２６ 第一の切り溝３６１０の高さ
３６２８ 第二の切り溝３６２０の幅
３６３０ 第二の切り溝３６２０の高さ
３６３２ 挿入方向
３７００ 多重周波数音響積層体を作製する第一のルーチン
３８００ 多重周波数素子を形成するルーチン
３９００ テーパ付きアポダイゼーション関数
３９０２ 高周波数小素子によるアポダイゼーション
３９０４ 低周波数小素子によるアポダイゼーション
４０００、４１００ 基部パッケージ
４００２、４１０２ 切り溝
４００４、４１０４ フィン
４２００ 音響積層体
４２０２ 第一の櫛形構造
４２０４ 第二の櫛形構造
４２０６ 第一の切り溝
４２０８ 第一の切り溝４２０６の奥行き
４２１０ 第一のフィン４２１２の奥行き
４２１２ 第一のフィン
４２１４ 第二の切り溝
４２１６ 第二の切り溝４２１４の奥行き
４２１８ 第二のフィン４２２０の奥行き
４２２０ 第二のフィン

Claims (22)

1. 複数の素子であって、各素子は、複数の小素子で形成され、前記複数の小素子の各々は、前記複数の小素子のうちの少なくとも別の小素子と面共有接触しており、各素子は、電気回路によって駆動され、隣の素子から電気的に絶縁され、各素子において、前記複数の小素子の相対比が等しく、各素子は同様の共振周波数を有する、複数の素子
   を備えたトランスデューサ・アレイ。
2. 複数の素子であって、各素子は、複数の小素子で形成され、前記複数の小素子の各々は、前記複数の小素子のうちの少なくとも別の小素子と面共有接触しており、各素子は、電気回路によって駆動され、隣の素子から電気的に絶縁され、各素子において、前記複数の小素子の相対比が等しく、各素子は同様の共振周波数を有し、前記複数の小素子の幅が仰角方向及び方位角方向の一方に沿って定義されている、複数の素子
   を備えたトランスデ
   ューサ・アレイ。
3. 前記トランスデューサ・アレイの少なくとも１つの素子は異なる周波数範囲を有する、請求項２に記載のトランスデューサ・アレイ。
4. 前記素子における１つ以上の小素子の量が前記トランスデューサ・アレイにわたり変化する、請求項２に記載のトランスデューサ・アレイ。
5. １又は複数の小素子で形成される少なくとも一つの素子であって、少なくとも一つの小素子が異なる共振周波数を有し、該素子は、電気回路によって駆動され、隣の素子から電気的に絶縁される、少なくとも一つの素子を備えたトランスデューサ・アレイであって、
   前記１又は複数の小素子の各々の相対比が当該トランスデューサ・アレイに沿って変化し、当該トランスデューサ・アレイの少なくとも一つの素子が異なる周波数範囲を有する、トランスデューサ・アレイ。
6. 前記１又は複数の小素子の各々の前記相対比は、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って当該トランスデューサ・アレイの各々の素子の間で変化する、請求項５に記載のトランスデューサ・アレイ。
7. 複数の素子であって、各素子は、複数の小素子で形成され、前記複数の小素子の各々は、前記複数の小素子のうちの少なくとも別の小素子と面共有接触しており、各素子は、電気回路によって駆動され、隣の素子から電気的に絶縁され、各素子において、前記複数の小素子の相対比が等しく、各素子は同様の共振周波数を有する、複数の素子
   を備えたトランスデューサ・アレイであって、
   １よりも多い形式の素子をさらに含んでおり、各々の形式の素子が異なる共振周波数及び周波数範囲を有して当該トランスデューサ・アレイに組み入れられている、トランスデューサ・アレイ。
8. 当該トランスデューサ・アレイの前記１よりも多い形式の素子は、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って非一様な寸法を有する、請求項７に記載のトランスデューサ・アレイ。
9. 前記トランスデューサ・アレイの少なくとも１つの素子は異なる周波数範囲を有する、請求項７に記載のトランスデューサ・アレイ。
10. 前記素子における１つ以上の小素子の量が前記トランスデューサ・アレイにわたり変化する、請求項７に記載のトランスデューサ・アレイ。
11. 前記素子における１又は複数の小素子の量が当該トランスデューサ・アレイにわたり変化する、請求項１に記載のトランスデューサ・アレイ。
12. 第二の櫛形構造に結合された第一の櫛形構造であって、該第一の櫛形構造は、第一の共振周波数の第一の形式の素子を有し、前記第二の櫛形構造は、第二の共振周波数の第二の形式の素子を有する、第一の櫛形構造と、
    複数の電気回路であって、各々の回路が前記第一の形式の素子及び前記第二の形式の素子の少なくとも一方を含んでおり、方位角方向及び仰角方向の少なくとも一方に沿って周波数アポダイゼーションを提供するために周波数帯域幅を変化させるように構成されている、複数の電気回路と
    を備えた多重周波数音響積層体。
13. 前記第一の櫛形構造は、前記第二の櫛形構造の幾何学的形状に対して相補的な幾何学的形状を有し、前記第一及び第二の櫛形構造の結合が交互嵌合構造を形成する、請求項１２に記載の多重周波数音響積層体。
14. 前記複数の電気回路の各々の電気回路が、前記第一及び第二の形式の素子の少なくとも一方に加えて１又は複数の付加的な形式の素子を含んでおり、該１又は複数の付加的な形式の素子は、前記第一又は第二の形式の素子と異なる共振周波数を有する、請求項１２に記載の多重周波数音響積層体。
15. 各々の電気回路が整合層及びバッキング層に結合されている、請求項１２に記載の多重周波数音響積層体。
16. 前記複数の素子の各々の素子が、非伝導性材料及び空気の一方で充填された切り溝により隣接する素子から分離されている、請求項１２に記載の多重周波数音響積層体。
17. 各々の素子が、個別の集積回路を形成するように正接続及びグランド接続に電気的に結合されている、請求項１２に記載の多重周波数音響積層体。
18. 多重周波数トランスデューサ・アレイを作製する方法であって、
    第一の小素子を有する第一の音響積層体及び第二の小素子を有する第二の音響積層体を、相補的な幾何学的形状を有するようにダイシングするステップと、
    交互嵌合構造を形成するように前記第一の音響積層体と前記第二の音響積層体とを組み合わせるステップと、
    前記交互嵌合構造の両面に共通の整合層及び共通のバッキング層を結合するステップと、
    １又は複数のトランスデューサ・アレイを形成するように前記交互嵌合構造を個片化するステップと
    を備えた方法。
19. 前記第一及び第二の音響積層体をダイシングするステップは、前記音響積層体の各々に切り溝を形成することを含んでおり、前記第一の音響積層体は当該第一の音響積層体の上面から下向きに延在する切り溝の第一の集合を有し、前記第二の音響積層体は当該第二の音響積層体の底面から上向きに延在する切り溝の第二の集合を有する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記交互嵌合構造をダイシングするステップと、前記整合層とバッキング層との結合に先立って第三の音響積層体を形成するように、前記ダイシングされた交互嵌合構造を、該ダイシングされた交互嵌合構造に対して相補的な幾何学的形状に構成されている基部パッケージに結合するステップとをさらに含んでいる請求項１８に記載の方法。
21. 前記第三の音響積層体を複数のトランスデューサに分離するように、前記整合層とバッキング層との結合に先立って前記第三の音響積層体をダイシングするステップをさらに含んでおり、前記複数のトランスデューサの各々が、前記第一の小素子及び前記第二の小素子の少なくとも一方で形成される素子を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
22. 各々の素子に個別の電子回路を形成するように、前記整合層及び前記バッキング層の各々に電気的接続を取り付けるステップをさらに含んでいる請求項２１に記載の方法。

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