JPH0415558A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、超音波顕微鏡に用いて好適な超音波探触子に
関し、特に、音響レンズ内部における音場計算が容易と
なるように改良したものである。

Ｂ、従来の技術 第６図は、超音波顕微鏡に用いられる従来の超音波探触
子を示す断面図である。図において、符号１は超音波探
触子てあり、この超音波探触子１は、音響レンズ２と、
この音響レンズ２の一方の端部３に形成された超音波発
生部４とから概略構成されている。

音響レンズ２は超音波透過性能が良好な材質から形成さ
れ、超音波発生部４が形成された一方の端部３が平坦面
３ａに形成されていると共に、他方の端部には、この超
音波発生部４と相対向する位置に凹状のレンズ球面部（
収束部）５が形成されている。

一方、超音波発生部４は、音響レンズ２の一方の端面３
上に形成された下部電極６と、この下部電極６」二に順
に形成されたＺｎＯ等の圧電材料からなる圧電膜（圧電
素子）７、および」二部電極８とから構成されている。

なお、−船釣に、これら上部、下部電極８，６間の短絡
を防止する目的で、上部電極８は圧電膜７よりその平面
寸法が小さく形成され、下部電極６は圧電膜７よりその
平面寸法が大きく形成されている。

以上のような構成の超音波探触子１では、図示されない
発振器からパルス波状またはバースト波状の電圧が上部
電極８および下部電極６間に供給されると、これら電極
６，８間の圧電膜７がその膜厚方向に振動し、この膜厚
および打出し周波数によって略定まる周波数を有する超
音波が」１下方向に放射される。この超音波のうち、音
響レンズ２内を伝播する超音波９は、レンズ２の他方の
端部に形成された凹状のレンズ球面部５により収束され
てレンズ２外部の水Ｗ内に放射され、この水Ｗ内を伝播
して試料１０内に放射される。試料１０内に放射された
超音波は、その表面または内部の音響インピーダンスの
異なる部分（例えば、ボイドやクラック等）によって反
射され、その一部が音響レンズ２を介して圧電膜７に戻
りこの圧電膜７が振動することで上部電極８、下部電極
６間の電圧として受信される。この電圧は図示されない
受信器により検出され、試料１０の表面情報および内部
情報が得られる。

Ｃ９発明が解決しようとする課題 ところで、前述の如き超音波顕微鏡に用いられる超音波
探触子を設計する場合、その音響レンズ２内部の音場を
考慮する必要がある。具体的には、レンズ２内部の音場
は一様振幅、−様位相であるか、ガウス分布（正規分布
）状の振幅、位相であることが望ましい。これら音場は
、いずれも理論的計算によって求めることが可能である
が、そのためには実際に超音波を発生する音源の寸法を
知る必要がある。

しかしながら、従来の超音波探触子においては、前述の
如く上部電極８．下部電極６および圧電膜７の平面寸法
が全て異なるため、実際に超音波を発生している音源の
寸法の見積もりが困難である、という問題があった。

本発明の目的は、上部、下部電極および圧電素子の平面
寸法をほぼ同一の寸法に見積もることを可能とすること
で、音場計算が容易な、すなわち、所望の特性をもった
高性能な超音波探触子を提供することにある。

９８課題を解決するための手段 一実施例である図面に対応づけて本発明を説明すると、
本発明は、音響レンズ２の一方の端部３には、圧電素子
７とこの圧電素子７の上下面にそれぞれ設けられた上部
電極８および下部電極６とを有する超音波発生部４が設
けられ、音響レンズ２の他方の端部には、超音波発生部
４で発生して音響レンズ２内を伝播する超音波を放射し
て収束させる収束部５が設けられている超音波探触子に
適用される。

そして、」二連の目的は、上部電極８および下部電極６
を、その平面寸法が圧電素子７より大きく、かつ互いに
ほぼ同径に形成し、圧電素子７が介在されない部分の上
部電極８および下部電極６の間に絶縁層１１を介在させ
たものである。

８１作用 圧電素子７が介在されない部分の上部電極８および下部
電極６の間に絶縁層１１を介在させたので、圧電素子７
が介在されている部分以外の上部電極８と下部電極６と
の間が絶縁層１１により電気的に絶縁される。したがっ
て、−に１部電極８および下部電極８の平面寸法を圧電
膜′Ｔ−７より大きく、かつ互いにほぼ同径に形成でき
て、音場領域の推定が容易になる。

なお、本発明の詳細な説明する前記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の符号を用いた
が、これにより本発明が実施例に限定されるものではな
い。

Ｆ、実施例 以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に
説明する。

第１図は、この発明による超音波探触子の一実施例を示
す断面図である。なお、以下の説明において、第６図に
示した従来例と同一の構成要素については同一の符号を
付し、その説明を省略する。

前記従来例とこの実施例との相違点は、上部電極と下部
電極との間に介在された絶縁膜の存在にある。すなわち
、この実施例では、上部電極８と下部電極６の平面寸法
が整向−とされており、かつ、圧電膜（圧電素子）７の
平面寸法より略大形に形成されていると共に、圧電膜７
が介在されていないこれら上部電極８および下部電極６
の間には、８１０２等からなる絶縁膜（絶縁Ｍ）１１が
介在されている。

この絶縁膜］１は、音響レンズ２の一方の端部３の平坦
面３ａＪ二を覆うように形成されており、その中央部が
下部電極６の」二部を乗り越える形で上部電極８．下部
電極６間に介在されている。正確には、圧電膜７が、下
部電極６しこ接する小径部と、上部電極８に接し」ユ下
電極６，８と同一の平面形状にされた大径部とから成り
、この大径部は絶縁膜１１の表面よりも突出しているの
で、圧電膜７の大径部と下部電極６との間に絶縁層１１
が介在される。

なお、この実施例では、下部電極６、圧電膜７および上
部電極８は全てその平面形状が円形であり、上部、下部
電極８，６の直径をＡとし、圧電膜７の直径をＡ′とす
れば、Ａ＞Ａ’なる関係にある（第３図参照）。

また、図において符号１２．１３はそれぞれ下部電極６
、」二部電極８のリード線である。

以」二のような構成の超音波探触子１を製造する方法は
任意であるが、その−例を第２図および第３図を参照し
て説明する。

まず、レンズ２の一方の端部の平坦面３ａにホトレジス
トを塗布し、ホ１−レジスト膜２０を形成する（第２図
（ａ））。このホトレジスト膜２０は透明であり、通常
、音響１ノンズ２も透明な材質で形成されているため、
ホトレジスト膜２０の−に一方から凹状のレンズ球面部
Ｓを目視で確認することができる。そこで、孔２１が形
成されたクロム（Ｃｒ）膜２２を備えたマスク用ガラス
２３を、この孔２１がレンズ球面部５の存在範囲内に入
るように、レンズ球面部５を目視しながらホトレジスト
膜２０の上方で位置合わせし、この状態で光２４を上方
から照射して露光を行う（第２図（ｂ））。その後、ホ
トレジスト膜２０を現像して、第２図（ｃ）に示すよう
に、ホ１−レジスト膜２０に孔２５を形成する。

このようにして、超音波発生部４が形成されるべき゛孔
２５とレンズ球面部５との位置合わせを目視で確認しな
がら行うことができ、位置ずれに伴うノイズ発生等を防
止し得て高性能な超音波探触子１を製造できると共に、
その歩留まりも良好なものとなる。

次に、レジスト膜２０の上方からＣｒ膜を真空蒸着し、
次いでこのＣｒ膜の上にＡｕ（金）膜を同様に真空蒸着
することで、下部電極６となる金属膜２６を形成する（
第２図（ｄ））。その後、ホトレジスト膜２０をアセＩ
・ン等のホトレジス１〜剥離材を用いて溶出させれば、
孔２５が存在した箇所にのみ下部電極６が形成される。

この段階で、下部電極６表面から音響レンズ２外方にま
で延出するリード線２７も形成しておく（第３図（ａ）
参照）。

さらに、下部電極６の上にＳ　ｉ　Ｏ７からなる絶縁膜
１１をスパッタリング法またはＣＶＤ法により形成する
。この際、後述する圧電膜７が形成される孔２８をこの
絶縁膜］−１に形成する必要があることから、第４図に
示すようなマスク２つを下部電極６の上方に配置し、こ
れを平面方向に回転させながら絶縁膜１１を形成する。

マスク２９は、孔２８に対応する大きさ、すなわち下部
電極６よりやや小径とされた中央遮蔽部２９ａと、音響
レンズ２の平面寸法より少なくとも大径の孔２９ｂが設
けられた枠部２９ｃと、これら中央遮蔽部２９ａおよび
枠部２９ｃ間を連結する連結部２９ｄとにより、全体と
して平板状に形成されている。

従って、このマスク２９を回転させながらスパッタまた
は膜堆積を行えば、中央部に孔２８が形成された絶縁膜
１１を得ることができる（第２図（ｅ）、第３図（ｂ）
参照）。

この後、下部電極６と同径の円形開口を有するマスクを
用いて圧電膜７を形成する。すなわち、円形開口を孔２
８と同軸に位置決めしてＺｎＯをスパッタリングすると
、孔２８内にＺｎ○が形成されるとともに、絶縁層１１
の表面しこ下部電極６と同形の圧電膜７が形成される。

次いて、下部電極６と同様の手法でＣｒ膜およびＡｕ膜
を真空蒸着し、下部電極６と同一寸法の上部電極８を形
成する。そして、第３図（ｃ）に示すように、上部電極
８にリート線３０を形成して、第１図に示すような超音
波探触子１を得ることができる。

従って、この実施例では、圧電膜７が介在されている部
分以外の上部電極８と下部電極６との間が絶縁膜１１に
より電気的に絶縁されているので、これら電極６，８お
よび圧電膜７の平面寸法を整向−であると見積もること
ができ、電極６，８間に電圧を印加した場合に現実に超
音波を発生している音源の寸法の見積もりが容易になる
。第３図に示す符号で正確に表現すれば、現実に超音波
を発生している音源の直径φは、Ａ′≦φ≦Ａであると
考えることができ、ＡとＡ′との差を小さくすることで
、より精密な見積もりが可能になる。

これにより、音響レンズ２内の音場の計算が容易になり
、高性能な超音波探触子１を製造することが可能となる
。

なお、この発明に係る超音波探触子の構造は、その細部
が」−記実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
り、例えば上下の電極６，８と圧電膜７の形状を第５図
（ａ）、（ｂ）のようにしてもよい。

Ｇ０発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明によれば、圧電素子
が介在されない部分の」二部電極および下部電極の間に
絶縁層を介在させたので、圧電素子が介在されている部
分以外の上部電極と下部電極との間が絶縁層により電気
的に絶縁される。したがって、」二部電極および下部電
極の平面寸法を圧電素子より大きく、かつ互いにほぼ同
径に形成できて、現実に超音波を発生している音源の寸
法の見積もりが容易になる。よって、音響レンズ内の音
場の計算が容易になり、高性能な超音波探触子を製造す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による超音波探触子の一実施例を示す
断面図である。 第２図はその超音波探触子の製造方法を示す工描図であ
る。 第３図は第２図と同様に製造方法を示す平面図である。 第４図はマスクを示す平面図である。 第５図は変形例を示す超音波発生部の拡大図である。 第６図は従来の超音波探触子の一例を示す断面図である
。 １：超音波探触子　　２：音響レンズ ３ニ一方の端部　　　４：超音波発生部５：レンズ球面
部（収束部）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 音響レンズの一方の端部には、圧電素子とこの圧電素子
   の上下面にそれぞれ設けられた上部電極および下部電極
   とを有する超音波発生部が設けられ、音響レンズの他方
   の端部には、前記超音波発生部で発生して音響レンズ内
   を伝播する超音波を放射して収束させる収束部が設けら
   れている超音波探触子において、 前記上部電極および下部電極は、その平面寸法が前記圧
   電素子より大きく、かつ互いにほぼ同径に形成され、こ
   の圧電素子が介在されない部分の上部電極および下部電
   極の間には絶縁層が介在されていることを特徴とする超
   音波探触子。