(57)【要約】  cMUTセルアレイに均一かつ安定的な特性を与え、音響特性の向上を図る。  通常の送受信を行いうるトランスデューサとして設計され製造されるcMUTセルの２次元アレイ１０１の最外周部もしくは端の位置に位置するセル１０２に、追加してセルの変位や振動や信号の送受を遮断するための、信号遮断部を設ける。
2008136198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と、壁部と、前記底部に対面し前記壁部によって支持された膜部と、前記底部に設けられた第１電極と、前記膜部に設けられた第２電極とを各々具備し、セルアレイとして実質的に２次元に配列された複数のセルと、
前記セルの信号の送受信を制御する信号処理部と、
前記セルアレイの縁部に配置されたセル群について、前記信号処理部と当該セル群との間の信号の伝達を遮断する信号遮断手段と
を有することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波トランスデューサにおいて、前記信号遮断手段は、前記セル群を構成する各セルの前記底部と前記膜部の間の空間を充填する充填部材であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項３】
請求項１記載の超音波トランスデューサにおいて、前記信号遮断手段は、前記セル群と前記信号処理部との電気的接続を阻害する手段であることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項４】
底部と、壁部と、前記底部に対面し前記壁部によって支持された膜部と、前記底部に設けられた第１電極と、前記膜部に設けられた第２電極とを各々具備し、セルアレイとして実質的に２次元に配列された複数の第１のセルと、
底部と、壁部と、前記底部に対面し前記壁部によって支持された膜部とを各々具備し、前記セルアレイを囲んで配置された複数の第２のセルと、
前記第１のセルの信号の送受信を制御する信号処理部と
を有することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項５】
請求項４記載の超音波トランスデューサにおいて、前記第２のセルは、前記底部と前記膜部の間の空間が充填部材によって充填されていることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項６】
超音波を被験体に送信し、被験体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子に送信ビーム信号を前記被験体へ送信するために供給する送信ビームフォーマ手段と、
前記被験体から受信されたエコー信号を受信ビーム信号に信号処理する受信ビームフォーマ手段と、
前記信号処理された受信ビーム信号に対して各種フィルタ、包絡線信号検出、スキャンコンバータを含む画像処理を成す画像処理手段と、
画像処理された受信ビーム信号を超音波画像として表示する画像表示手段と、
を備えた超音波撮像装置において、
前記超音波探触子は請求項１記載の超音波トランスデューサであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の超音波撮像装置において、前記信号遮断手段は、前記セル群を構成する各セルの前記底部と前記膜部の間の空間を充填する充填部材であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項６記載の超音波撮像装置において、前記信号遮断手段は、前記セル群と前記信号処理部との電気的接続を阻害する手段であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
超音波を被験体に送信し、被験体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子に送信ビーム信号を前記被験体へ送信するために供給する送信ビームフォーマ手段と、
前記被験体から受信されたエコー信号を受信ビーム信号に信号処理する受信ビームフォーマ手段と、
前記信号処理された受信ビーム信号に対して各種フィルタ、包絡線信号検出、スキャンコンバータを含む画像処理を成す画像処理手段と、
画像処理された受信ビーム信号を超音波画像として表示する画像表示手段と、
を備えた超音波撮像装置において、
前記超音波探触子は請求項４記載の超音波トランスデューサであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波撮像装置において、前記第２のセルは、前記底部と前記膜部の間の空間が充填部材によって充填されていることを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波トランスデューサに関し、特にダイアフラム型超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の安定化方法及び安定化構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探触子などに現用されている超音波トランスデューサの多くは、例えばＰＺＴ（lead zirconate titanate；チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミックス系の圧電体の圧電効果及び逆圧電効果を利用して、超音波の送信及び受信を行うものである。【０００３】
これまで、ほとんどの超音波トランスデューサには、ＰＺＴ素子がトランスデューサの振動子として用いられてきたが、これらの圧電型トランスデューサを代替し、より高効率かつ広帯域のトランスデューサアレイを実現するために、標準的なシリコンプロセシング技術によるシリコン表面やバルクのミクロン単位の微細加工技術を用いて製造される静電容量型トランスデューサ（cMUT：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が近年さかんに研究されている。静電容量型トランスデューサは、通常、微細な（例えば直径５０μｍの）振動膜の周囲を支柱で固定した構造を有し、振動膜内及び下部基板内に設けられた電極に電圧を印加することで、電気音響変換器として動作する。【０００４】
cMUTは、その構造からも明らかなように、cMUT膜部の支持強度や、膜部のまわりの機械的／電気的／構造的な境界条件により、膜部の最終的構造が決定され、またその最終的構造のばらつきの度合いが、超音波トランスデューサとしてのcMUTの動作信頼性や、トランスデューサの送受感度といった音響特性に大きく影響を与える。特許文献１には、ゲルマニウムなどの応力低減剤をシリコン層などにドーピングすることにより、cMUT上部電極絶縁膜の残留応力緩和を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１８６９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のcMUTセル（上部電極を持つ膜部、膜の支持部、下部電極を持つ壁部によって構成されるセル）で構成される２次元セルアレイにおいて、トランスデューサとしての動作信頼性の向上及び、均一かつ安定的な送受感度特性を実現することが望まれる。【０００６】
cMUTセルの不均一性の一つに、トランスデューサを構成するcMUTの２次元配列の仕方によって不可避的に発生する境界条件によるセルの構造的な不均一性がある。cMUTセルが無限の大きさを持つトランスデューサを構成する物ではないことからも、境界部に位置するセルが、不可避的に存在することは明らかである。たとえば長方形の２次元アレイであれば、長方形の端部や角部に位置するセルが存在することは明らかである。これら、端部、角部などトランスデューサの境界に存在するセルは、その位置に存在するがゆえに、トランスデューサ内のcMUTセルの不均一性を生み、また結果として動作信頼性を低下させる。この課題は、上記特許文献１においても未解決のまま残されている。【０００７】
そこで、本発明では、境界に位置するセルの存在によって生じる、トランスデューサ内のcMUTセルの不均一性を低減し、cMUTトランスデューサの動作信頼性の低下、及び音響特性への悪影響を解消する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明では、超音波トランスデューサを構成する実質的に２次元に配列されたセルアレイのうち、アレイの縁辺に位置する不均一に製造されたセルを不活性にし、均一に製造されたセルアレイのみを超音波トランスデューサとして使用する。【０００９】
具体的には、超音波トランスデューサを構成するセル群を２つの群に分ける。第１のセル群は、底部と、壁部と、底部に設けられた第１電極と、底部に対面し壁部に支持された膜部と、膜部に設けられた第２電極を持つセル群である。第１のセル群は、同時に、信号の送受信を制御する信号処理部に接続される。次に、セルアレイの最外周に位置し、第１のセル群を囲んで配置された第２のセル群に対して、信号処理部との間の信号のやりとりを遮断する信号遮断手段を追加する。信号遮断手段は、ａ）セルの膜部と底部の間の空間を実質的に充填し、セルの実質的な変位を抑制しうる気体もしくは液体もしくは固体をその材料とする充填部材、又は、ｂ）セルと信号処理部の間の電気的接続を阻害する手段である。【００１０】
第２のセル群は、超音波トランスデューサを構成する第１のセル群のさらに外周を囲むように、追加されて配されるセル群であってもよい。このとき、第２のセル群は、壁部と底部と膜部を持つセル群、すなわち電極を有しないセル群とすることができる。また、第２のセル群は、セルの膜部と底部の間の空間が実質的に充填されていても良い。【００１１】
さらに、本発明によると、１）２次元セルアレイの最外周のセルに信号遮断部を設けた超音波トランスデューサを有する超音波撮像装置、及び２）２次元セルアレイの最外周に、その外周を囲んで、壁部と底部と膜部を有するセル群、すなわち電極部を有しないセル群、を配した超音波トランスデューサを有する超音波撮像装置、も同時に提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波トランスデューサ中の２次元セルアレイを構成するcMUTセルが、均一かつ安定的な動作をする。従って、最終的に、超音波撮像装置に接続され、超音波探触子用のトランスデューサとして用いられるときの動作信頼性の向上、及び送受感度の増加といった音響特性の向上をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】超音波トランスデューサとして用いられるcMUTのチップの平面図。
【図２】超音波トランスデューサとして用いられるcMUTのチップの断面図。
【図３】本発明の一実施例の超音波トランスデューサの断面図。
【図４】本発明の一実施例の超音波トランスデューサの断面図。
【図５】本発明の一実施例の超音波トランスデューサの断面図。
【図６】本発明の一実施例の超音波トランスデューサの断面図。
【図７】cMUTチップのセルアレイの２次元配列の一例を示す図。
【図８】cMUTセルの構造を示す概略図。
【図９】コラプス電圧のセルごとの分布を示す図。
【図１０】コラプス電圧のセルごとの分布を示す図。
【図１１】バイアス電圧に対する静電容量の関係を示す図。
【図１２】低い電圧をコラプス電圧と判定してしまったときの、送信・受信感度の差を示すシミュレーション結果の図。
【図１３】超音波撮像装置の概略図。
【符号の説明】
【００１４】
１００  cMUTチップ
１０１  第１のセル群
１０２  第２のセル群
２０１  半導体基板
２０２  壁部
２０３  底部
２０４  膜部
２０５  第１電極
２０６  第２電極
２０７  信号処理部
２０８  最外周部に位置するセル
２０９  最外周部の隣の位置
２１０  画像表示部
３０１  通常のセル群
３０２  充填部材
３０３  充填部材を付与したセル群
３０４  壁部
３０５  底部
３０６  膜部
３０７  第１電極
３０８  第２電極
３０９  信号処理部
３１０  画像表示部
４０１  通常のセル群
４０２  最外周部のセル群
４０３  信号処理部
４０４  接続阻害回路
４０５  半導体基板
４０６  画像表示部
５０１  半導体基板
５０２  通常のセル群
５０３  第１壁部
５０４  第１底部
５０５  第１膜部
５０６  第１電極
５０７  第２電極
５０８  追加のセル群
５０９  第２壁部
５１０  第２底部
５１１  第２膜部
５１２  信号処理部
５１３  画像表示部
５１４  信号伝達回路
６０１  半導体基板
６０２  通常のセル群
６０３  追加のセル群
６０４  壁部
６０５  底部
６０６  膜部
６０７  信号処理部
６０８  充填部材
６０９  画像表示部
６１０  信号伝達回路
７００  半導体基板
７０１  ｙ軸方向の電極引き出し部
７０２  ｘ軸方向の電極引き出し部
７０３  １つのチャンネル
７０４  １ブロック
７０５  cMUTセル
８００  半導体基板
８０１  壁部
８０２  底部
８０３  膜部
８０４  第１電極
８０５  第２電極
８０６  真空ギャップ
９００  ある１チャンネル
９０１  電極引き出し部
９０２  境界部を持たないブロック
９０３  境界部を持つブロック
１２００  送信感度
１２０１  受信感度
１３０１  超音波探触子
１３０２  超音波撮像装置
１３０３  画像表示部
１３０４  送波ビームフォーマ
１３０５  D／Aコンバータ
１３０６  A／Dコンバータ
１３０７  受波ビームフォーマ
１３０８  画像処理部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は超音波トランスデューサとして用いられるcMUTのチップ（内部にcMUTのセル群が２次元的に配置されたチップ、以下cMUTチップと呼ぶ）１００の平面図である。トランスデューサには、約５０μｍ程度の直径を持つセル群１０１及び１０２が配列されている。なお、図１においては全体的に長方形をなす領域中に設定された直交格子の格子点にセルの中心が位置する配置としているが、セル群の配列の仕方には制約はなく、配列の全体的な形状は、例えば円形状であっても、楕円形状であってもよい。また、セル群中のセルのお互いの位置関係も、例えば直交格子の格子点に配列される位置関係であっても、千鳥格子状の位置関係であってもよい。【００１６】
図１のcMUTチップ１００の中に２次元的に配列されるセル群１０１及びセル群１０２の総数は、例えば１０ｍｍ×５０ｍｍのトランスデューサを５０μｍの直径を持つcMUTセルで構成したとすれば、およそ１０万個に達する。これら１０万個におよぶセル群が、同一の駆動条件において、いかにばらつきが少なく均一な動作を行えるかが、トランスデューサとしての送信感度、受信感度の性能に大きく影響を与え、ひいてはトランスデューサを超音波撮像装置の超音波探触子として用いたときの最終的な画質を決定することになる。【００１７】
図１はまた、本発明の好適な実施例において、基本的なセルの２次元的な配列の概念を説明するものである。本発明において具現されるセルの配列の典型は、以下のａ）、ｂ）の２通りである。【００１８】
まず図１を用いて１つ目のセルの配列ａ）を説明する。図１に示されるように、cMUTチップを構成する全cMUTセルを２つの群に分ける。一方は、超音波トランスデューサとして送信及び受信を行う第１のセル群１０１である。もう一方はcMUTセル群の最外周のセル群であり、セル群１０１を囲む場所に位置する第２のセル群１０２である。セル群１０１を構成する一個一個のセルは、壁部と底部と底部に設けられた第１電極と、底部に対面する膜部と、膜部に設けられた第２電極とを具備する。これらのセルは、セルアレイとして２次元に配列されている。また、セル群１０１中のセルの信号の送受信を制御する信号処理部が用意されている。次に、セル群１０２を構成する一個一個のセルは、基本的にセル群１０１中のセルと同一の構造を有し、またセル群１０１と同様に信号処理部が設けられている。さらに、セル群１０２には、その信号処理部との間に、送信信号及び／又は受信信号の伝達を遮断し、セルに変位や振動を与えない、もしくは送信及び／又は受信を行わないための、構造的もしくは電気的もしくはシステム的な信号遮断部が設けられている。【００１９】
前記ａ）の配列を要約すれば、通常の送受信を行いうるトランスデューサとして設計され製造されるcMUTセルの２次元アレイの最外周部、もしくは端に位置するセルに、追加してセルの変位や振動や信号の送受を遮断するための信号遮断部を設けた配列である。なお、第２のセル群は、図１において最外周１列となっているが、第２のセル群は第１のセル群を実質的に囲んでいれば良く、例えばセルアレイ中の最外周２列であってもよい。【００２０】
次に、図１を用いて２つめのセルの配列ｂ）を説明する。この配列において、第１のセル群１０１は超音波トランスデューサとして送信及び受信を行うように設計されたセル群である。第１のセル群１０１を構成するセルは、第１壁部と、第１底部と、第１底部に対面する膜部と、第１底部に設けられた第１電極と、第１膜部に設けられた第２電極とを各々具備し、セルアレイとして実質的に２次元に配列されている。また、第１のセル群の信号の送受信を制御する信号処理部も同時に具備している。第２のセル群１０２は、第１のセル群１０１と異なる構造をもつ。第２のセル群を構成するセルは、第２壁部と、第２底部と、第２底部に対面する第２膜部を各々具備する。すなわち、第２のセル群１０２は、前記第１のセル群と異なり、一個一個のセルに電極部を持たない構造である。図１に示されたように、第２のセル群１０２は、第１のセル群１０１を囲むように追加して配列される。なお、第２のセル群は、図１において最外周１列となっているが、第２のセル群は第１のセル群を実質的に囲んでいれば良く、例えばセルアレイ中の最外周２列であってもよい。【００２１】
前記ｂ）の配列を要約すれば、通常トランスデューサとして用いられているcMUTセルの２次元アレイの最外周部のさらに外側を囲んで、追加のセル群が並べられた配列であり、また、追加のセル群は、そのセルの構造中に電極部を含まないセル群である。【００２２】
図１に示されているように、前記ａ）もしくはｂ）の配列をとることにより、超音波トランスデューサの２次元アレイの最外周部のセルが実質的に、変位しない、もしくは振動しない、もしくは送信及び／又は受信が行われないような、２次元アレイ配列の超音波トランスデューサが具現される。【００２３】
前述のように、マイクロメートルオーダの半導体成膜プロセスの不均一性により、端部・角部など、２次元配列の境界に存在するセルは、製造後に他のセルとは異なった構造や電気的／機械的強度の不均一性を呈する。前記ａ）もしくはｂ）の配列をとることにより、これらの境界部セルの不均一性に起因するセル間のばらつきを低減し、均一なセルのみを超音波トランスデューサの構成要素として使用することが可能となる。【００２４】
以下、図２〜図６を用いて、本発明の好適な実施例を詳しく説明する。まず、図２を用いて、通常のcMUTセルの断面構造を説明する。次に、図３及び図４を用いて、前記配列ａ）に対応する実施例を説明する。さらに、図５及び図６を用いて、前記配列ｂ）に対応する実施例の説明を行う。なお、図２〜図６においては、図１に示されたＡ−Ａ’断面図によって説明を行う。図１のＡ−Ａ’断面は超音波トランスデューサの２次元アレイの端４個のセルの断面となっている。【００２５】
なお、本発明によってセル間のばらつきが低減される詳しい理由、及び、図３〜図６を用いて説明される本発明の実施例によって具現される効果の詳しい説明は、図７〜図１２を用いて後述する。【００２６】
図２は、図１のＡ−Ａ’断面２００を示したものであり、通常のトランスデューサの２次元アレイ配列中のセルとして用いられるcMUTセルの断面構造を示している。ここでは簡便のために、前記ａ）及びｂ）の双方における第１のセル群１０１の断面構造を、図２を用いて詳しく説明する。【００２７】
前記ａ）及びｂ）における第１のセル群の配列を構成する通常のcMUTセル（以下、通常のセル群と記述することがある）は、すべてのセルが同一の構造を成している。すなわち、図２において、半導体基板２０１の上に、セルの構造を支持するための壁部２０２、底部２０３、底部に対面し壁部２０２によって支持された膜部２０４、底部に設けられた第１電極２０５、膜部２０４に設けられた第２電極２０６を各々具備する構造となっている。さらに各々のセルの信号の送受信を制御する信号処理部２０７を有する。【００２８】
ここで、通常cMUTセルで構成される２次元アレイ中の、端もしくは角といった、最外周部に位置するセル２０８は、もちろん他のセルと同一の構造で設計されることは言うまでもない。しかしながら、２次元アレイの境界部に位置するセルは、プロセスのマイクロメートルオーダの不均一性により、同一の構造で製造されることを期待して設計されたとしても同一の構造とはならないことは前述のとおりである。【００２９】
本発明の好適な実施例においては、図２における通常のトランスデューサとして機能する最外周部のセル２０８の隣の位置２０９に、cMUTセルのような変位、振動を行わない、もしくは送信及び／又は受信を行わない疑似のセル群を配置する。この疑似のセル群は、前記ａ）及びｂ）において説明され、図１に示されている第２のセル群１０２に対応する。【００３０】
位置２０９に疑似のセルが配置されることにより、疑似のセルが自動的に境界部のセルとなる。すなわち、他のセル群と全く同一の設計を行っても、半導体プロセスの不均一性の結果として、設計値とは異なる構造で製造されてしまう境界部のセルを、トランスデューサとして送受を行うセルとして機能させない。こうして、ばらつきのない均一に製造されたセルだけを、超音波トランスデューサの構成要素として用いることができる。【００３１】
なお、超音波撮像装置の超音波探触子としてcMUTセルアレイを使用するときには、信号処理部２０７において処理された受信信号は画像表示部２１０に送られ、超音波画像として表示されることになる。【００３２】
図３は、前記ａ）の配列を用いた超音波トランスデューサの一例を示す図であり、図１のＡ−Ａ’断面３００を示す。図３には、通常のセル群３０１と、最外周部のセル群３０３が示されている。最外周部のセル群３０３は、通常のセル群３０１の構造に充填部材３０２を付与した構造を有する。また、通常のセル群３０１と最外周部のセル群３０３は、双方あわせることで、複数個のセルが実質的に２次元に配置されたセルアレイを構成する。通常のセル群３０１は、図２において説明した通常cMUTセルの構造と同一である。すなわち、半導体基板上に、セルの構造を支持するための壁部３０４、底部３０５、底部に対面し壁部３０４によって支持された膜部３０６、底部に設けられた第１電極３０７、膜部に設けられた第２電極３０８を各々具備する構造となっている。さらに各々のセルの信号の送受信を制御する信号処理部３０９を有する。なお、通常のセル群３０１は、図１における第１のセル群１０１に対応する。通常のセル群３０１の構造に充填部材３０２を付与した構造を持つセル群３０３は、図１における第２のセル群１０２に対応する。【００３３】
充填部材３０２は、セル群３０３の底部３０５と膜部３０６の間の空間を充填する。充填部材３０２は、セルの底部３０５と膜部３０６の空間を実質的に充填し、膜部３０６が変位もしくは振動することを抑制しうる限りにおいてその種類を問わず、気体もしくは液体もしくは固体とすることができる。【００３４】
cMUTは通常、半導体プロセスによってシリコン基板上への成膜工程を経て製造される。そのため、充填部材も通常の半導体プロセスによって用いられる材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコンなどの材料を用いることが好ましい。さらに好ましくは、充填部材３０２は、膜部３０６及び／又は底部３０５を構成する部材と同一の材質である。通常、壁部３０４と底部３０５と膜部３０６で囲まれる空間は膜部に開口した孔からウェットエッチを行い内部のレジストを除去する。ここでは、例えば設計時のマスクの状態で、セル群３０３のみをあらかじめ、酸化シリコンなどの材質で充填された形状として設計し成膜することが好ましい製造法の一つである。また、ウェットエッチ用の孔を開口しなければ、レジストが充填部材となり、好ましい製造法の一つとなる。さらには、ウェットエッチ用の孔から、高圧窒素やシリコンオイルなどの高粘度液体を壁部３０４と底部３０５と膜部３０６で囲まれる空間に封入することも好ましい製造法の一つである。【００３５】
以下の実施例すべてにおいて、cMUTセルの製造法の好ましい一つの様態として、通常の半導体プロセスが挙げられる。また、cMUTセルを構成する好ましい材質は、通常の半導体プロセスにおいて一般的に用いられる材質、例えば酸化シリコン、窒化シリコンである。【００３６】
充填部材３０２は、セル群３０３における信号遮断部として付与される。すなわち、充填部材３０２によってセル内の空間を充填することによって、膜部３０６は変位・振動といった運動を実質的に抑制され、結果として、信号処理部３０９とセル群３０３との間の送信信号及び／又は受信信号の伝達が遮断される。よって、２次元のセルアレイの境界部に位置し、通常のセル群３０１と異なる形状に製造されたセル群３０３が送信信号を発信したり、受信信号を受け取ることが遮断される。【００３７】
上記により、充填部材３０２をセルアレイの端の列に配置されたセル群３０３に信号遮断部として充填することにより、トランスデューサの２次元セルアレイの境界に位置するセルが他のセルと異なる送信及び／又は受信信号を、信号処理部３０９との間でやりとりしてしまうという不具合を防ぎ、cMUTセルアレイを超音波トランスデューサの均一なセル群として機能させることが可能となる。【００３８】
また、本発明の好適な実施例の１つとして、図３を参照して説明されたような、セルの構造及び２次元的配列を持つ超音波トランスデューサを超音波探触子として用いる超音波撮像装置が具現化される。このとき、信号処理部３０９において処理された受信信号は、画像表示部３１０に送られ、超音波画像として画像表示部３１０に表示される。【００３９】
図４は前記ａ）の配列を用いた超音波トランスデューサのもう１つの実施例を説明する図であり、図１のＡ−Ａ’断面４００を示す。本実施例のトランスデューサは、図３と同様に、通常のセル群４０１と最外周部のセル群４０２を有する。また、通常のセル群４０１と最外周部のセル群４０２は、双方あわせることで複数個のセルが実質的に２次元に配置されたセルアレイを構成する。また通常のセル群４０１と最外周部のセル群４０２は、図３と同様に、壁部、底部、底部に対面し壁部によって支持された膜部、底部に設けられた第１電極、膜部に設けられた第２電極を各々具備する。さらに各々のセルの信号の送受信を制御する信号処理部４０３を有する。さらに、最外周部のセル群４０２には、信号処理部４０３と最外周部のセル群４０２との間の電気的接続を阻害する接続阻害回路４０４が設けられている。図４における通常のセル群４０１は、図１における第１のセル群１０１に対応する。最外周部のセル群４０２は、図１における第２のセル群１０２に対応する。【００４０】
接続阻害回路４０４は、最外周セル群４０２と信号処理部４０３の間の電気的な通信を阻害する回路であり、受動的な配線の破断もしくは能動的なスイッチの切り替えによる電気的信号の阻害など、セル群４０２と信号処理部４０３の間の電気的な通信を阻害するものであればいかなる回路であっても良い。cMUTトランスデューサアレイは、基板４０５内に信号処理回路が混載して設けられていることがあり、この信号処理回路内のスイッチ回路などが一つの手段として考えられる。また、超音波探触子として用いられる場合は、探触子内に送受信信号の信号処理の一部を行う電気回路が設けられていることがあり、この探触子内部の電気回路内に設けられたスイッチ回路なども一つの手段として考えられる。さらに、超音波探触子が超音波撮像装置に接続されて使用される場合には、超音波撮像装置本体の中に、増幅器、信号変調器、信号発生器などの電気回路が設けられており、この本体内部の電気回路内に設けられたスイッチ回路も一つの手段として考えられる。よって、接続阻害回路４０４はセル群４０２の後段に存在する上記のいかなる電気回路中であってもその設置場所を問わない。【００４１】
接続阻害回路４０４は、セル群４０２における信号遮断部として付与される。すなわち、接続回路４０４によって、セル群４０２と信号処理部４０３との間の電気的接続を阻害することによって、信号処理部からセル群４０２に対して送られるセルの送信信号の伝達を阻害し、あるいはセル群４０２から信号処理部に対して送られる受信信号の伝達を阻害する。すなわち、接続阻害回路４０４は、最外周部のセル群４０２が、その膜部の変位や振動を行うための電気信号の伝達を阻害し、最外周部のセル群４０２が超音波トランスデューサとして送信信号を発信することを物理的に妨げる。あるいは、接続阻害回路４０４は、最外周部のセル群４０２の膜部が受信音圧を受け、変位や振動などの運動を行ったときに、セル群４０２から信号処理部に対して送られる受信信号の伝達を阻害する。【００４２】
接続阻害回路４０４を、セルアレイの端の列に配置されたセル群４０２に対して信号遮断部として設置することによって、トランスデューサの２次元セルアレイの境界におかれたセルが他のセルと異なる送受信信号を信号処理部４０３に伝達してしまうという不具合を防ぎ、cMUTセルアレイが超音波トランスデューサの均一なセル群として機能させることが可能となる。【００４３】
また、本発明の好適な実施例の１つとして、図４を参照して説明されたような、セルの構造及び２次元的配列を持つ超音波トランスデューサを、超音波探触子として用いる超音波撮像装置が具現化され得る。このとき、信号処理部４０３において処理された受信信号は、画像表示部４０６に送られ、超音波画像として画像表示部４０６に表示される。【００４４】
図５は、前記ｂ）の配列を用いた超音波トランスデューサの１つの実施例を説明する図であり、図１のＡ−Ａ’断面を示す。本実施例では、半導体基板５０１の上に、通常のセル群５０２が具備される。通常のセル群５０２は図２〜図４に示されたものと同一である。すなわち半導体基板５０１の上に、セルの構造を支持するための第１壁部５０３、第１底部５０４、第１底部に対面し第１壁部５０３によって支持された第１膜部５０５、第１底部に設けられた第１電極５０６、第１膜部に設けられた第２電極５０７を各々具備し、それらの複数個が実質的に２次元に配列されてセルアレイを構成する。ここで、本実施例においては、通常のセル群５０２の外周を囲んで配列される追加のセル群５０８が具備される。追加のセル群５０８は、第２壁部５０９、第２底部５１０、第２底部に対面し第２壁部５０９によって支持された第２膜部５１１を各々具備する。さらに、本実施例においては、通常のセル群５０２の信号の送受信を制御する信号処理部５１２を具備する。【００４５】
本実施例においては、通常のセル群５０２と追加のセル群５０８をあわせて新たに実質的な２次元の配列をもつセルアレイが形成される。さらに、この新たなセルアレイにおいて、最外周部のセル群は、追加のセル群５０８である。また、追加のセル群５０８は、実質的には、通常のセル群５０２に存在するところの、第１電極５０６と第２電極５０７が存在しないことを除けば、セル群５０２と構造的に同一である。図５における通常のセル群５０２は、図１における第１のセル群１０１に対応する。追加のセル群５０８は図１における第２のセル群１０２に対応する。【００４６】
追加のセル群５０８を構成する各々のセルは電極を具備しないため、セル群５０８に対して、膜部５１１を変位もしくは振動させるための電気信号を伝達することができない。さらに、膜部５１１が、外部からの受信音圧によって、変位もしくは振動することによる信号をセルの後面に伝達することができない。すなわち、追加のセル群５０８は超音波トランスデューサとして使用することができない。また、図３、図４の実施例に記載されている、追加のセル群５０８に対する信号処理部までの信号伝達回路５１４は、存在してもしなくても良い。例えば、設計の都合上、電極が無い、という以外のマスクレイアウトを通常のセル群５０２と同一にした方が好ましい場合は、通常のセル群５０２と同様に信号伝達回路を具備しても良い。この場合も、追加のセル群底部、膜部には電極が存在しないため、膜部は送信のための振動も、受信の振動を後面に伝達することができないことは明らかである。さらには、信号伝達回路６１０中には、図４の実施例における信号阻害回路が具備されても良い。【００４７】
追加のセル群５０８を、通常のセル群５０２によって形成される実質的な２次元アレイの外周を囲んで追加することによって、新たな２次元アレイが構成され、その最外周部のセル群として追加のセル群５０８が配列することになる。【００４８】
追加のセル群５０８を通常のセル群５０２を囲んで配列することにより、トランスデューサの２次元セルアレイの境界におかれたセルが他のセルと異なる送信信号を発信してしまうという不具合、及び他のセルと異なる受信信号を受信してしまうという不具合を防ぐことができ、cMUTセルアレイが超音波トランスデューサとして、均一なセル群として機能させることが可能となる。【００４９】
また、本発明の好適な実施例の１つとして、図５を参照して説明された、セルの構造及び２次元的配列を持つ超音波トランスデューサを、超音波探触子として用いる超音波撮像装置が具現化され得る。このとき、信号処理部５１２において処理された受信信号は、画像表示部５１３に送られ、超音波画像として画像表示部５１３に表示される。【００５０】
図６は、前記ｂ）の配列を用いた超音波トランスデューサのうち、もう１つの実施例を説明する図であり、図１のＡ−Ａ’断面６００を示す。本実施例のトランスデューサの基本的な構造は図５とほぼ同様であり、半導体基板６０１の上に、通常のセル群６０２と、その外周を囲んで配列される追加のセル群６０３を有する。通常のセル群６０２は、図５と同様に、セルの構造を支持するための第１壁部、第１底部、第１底部に対面し第１壁部によって支持された第１膜部、第１底部に設けられた第１電極、第１膜部に設けられた第２電極を各々具備し、それらの複数個が実質的に２次元に配列されてセルアレイが構成される。追加のセル群６０３は壁部６０４、底部６０５、底部に対面し壁部６０４によって支持された膜部６０６を各々具備する。さらに、本実施例においては、通常のセル群６０２の信号の送受信を制御する信号処理部６０８を具備する。【００５１】
追加のセル群６０３は、底部６０５と膜部６０６との間の空間が充填部材６０７によって充填されている。充填部材６０７は、セルの底部６０５と膜部６０６の間の空間を実質的に充填し、膜部６０６が変位もしくは振動することを抑制しうる限りにおいてその種類を問わず、気体もしくは液体もしくは固体とすることができる。好ましくは、図３の実施例と同様に、充填部材６０７は、膜部６０６もしくは底部６０５を構成する部材と同一の材質であり、通常の半導体プロセスにおいて一般的に用いられる材質、例えば酸化シリコン、窒化シリコンなどとすることができる。【００５２】
本実施例においては、図５において説明した実施例と同様に、通常のセル群６０２と追加のセル群６０３をあわせて新たに実質的な２次元の配列をもつセルアレイが形成される。さらに、この新たなセルアレイにおいて、最外周部に位置するセル群は、追加のセル群６０３となる。図６における通常のセル群６０２は、図１における第１のセル群１０１に対応し、追加のセル群６０３は図１における第２のセル群１０２に対応する。【００５３】
追加のセル群６０３を構成する各々のセルは電極を具備しないため、セル群６０３に対して、膜部６０６を変位もしくは振動させるための電気信号を伝達することができない。さらに、膜部６０６が、外部からの受信音圧によって、変位もしくは振動することによる信号をセルの後面に伝達することができない。すなわち、追加のセル群６０３は超音波トランスデューサとして使用することができない。また、図３、図４の実施例に記載されている、追加のセル群６０３に対する信号処理部までの信号伝達回路６１０は、存在してもしなくても良い。例えば、設計の都合上、電極が無い、という以外のマスクレイアウトを通常のセル群６０２と同一にした方が好ましい場合は、通常のセル群５０２と同様に信号伝達回路を具備しても良い。この場合も、追加のセル群底部、膜部には電極が存在しないため、膜部は送信のための振動も、受信の振動を後面に伝達することができないことは明らかである。さらには、信号伝達回路６１０中には、図４の実施例における信号阻害回路が具備されても良い。【００５４】
さらに、本実施例では、充填剤６０７によって追加のセル群６０３の底部６０５と膜部６０６の間の空間が実質的に充填されていることにより、膜部が実質的に変位もしくは振動することが抑制されている。そのため、特に外部からの音圧信号を受信する際に、追加のセル群６０３の膜部６０６が、不必要に変位もしくは振動することによって二次的な音波を生成してしまう結果、隣接する通常のセルに副次的な変位や振動を与えてしまうという不具合を防ぎ、追加のセル群６０３が存在することによる、通常のセル群６０２に対する音響的な副作用を最小限に抑えることができるという特徴を併せ持つ。【００５５】
本実施例においては、図５において説明した実施例と同様に、追加のセル群６０３を通常のセル群６０２によって形成される実質的な２次元アレイの外周を囲んで追加することによって、新たな２次元アレイの最外周部のセル群として、追加のセル群６０３が配列することになる。【００５６】
追加のセル群６０３を通常のセル群６０２を囲んで配列することにより、トランスデューサの２次元セルアレイの境界におかれたセルが他のセルと異なる送信信号を発信してしまうという不具合、及び他のセルと異なる受信信号を受信してしまうという不具合を防ぐことができ、cMUTセルアレイが超音波トランスデューサとして、安定かつばらつきが最小限に抑制された状態で使用することを可能とする。【００５７】
また、図６を参照して説明されたセルの構造及び２次元的配列を持つような超音波トランスデューサを、超音波探触子として用いる超音波撮像装置が具現化される。このとき、信号処理部６０８において処理された受信信号は、画像表示部６０９に送られ、超音波画像として画像表示部６０９に表示される。【００５８】
以下では、上記図３〜図６において示された本発明における実施例がもたらす効果について、図７〜図１２を用いて、詳しく説明を行う。【００５９】
図７には、超音波トランスデューサとして使用されるcMUTチップのセルアレイの２次元配列の一例が示されている。なお、図７の説明を簡便にするために、図７の紙面右側方向をｘ軸、紙面上側方向をｙ軸、紙面を裏側から表側に向かって貫く方向をｚ軸としている。【００６０】
図７においては、半導体基板７００の上に、ｙ軸方向の電極引き出し部７０１及びｘ軸方向の電極引き出し部７０２が具備される。ｘ及びｙ方向の電極引き出し部はそれぞれが、可変の電位を与える電極、もしくは接地電極のいずれかである。図７においては、ｙ軸方向の電極引き出し部７０１がｎ個用意されている。【００６１】
例えば、cMUTチップを１次元の超音波トランスデューサとして用いる場合、ｎ個の電極引き出し部を電気的に束ねることにより、ｙ軸方向に、ある１つのチャンネル７０３が形成されることになる。これらのチャンネルが、ｘ軸方向の電極引き出しの数だけ用意されることになる。たとえば１００個のｘ軸方向の電極引き出し７０２が用意されたときには、独立して駆動される１００チャンネルから成る２次元セルアレイで構成される、１次元超音波トランスデューサアレイが具現される。【００６２】
図７中の片側の電極７０１の一本と、もう片側の電極７０２の一本それぞれの交点に存在するセルの一群をブロックと呼ぶ。図７に、cMUTチップ状の１ブロック７０４を抜き出した模式図を示す。１ブロック内には、ｘ軸方向にｌ個、ｙ軸方向にｍ個、計ｌ×ｍ個のcMUTセルが存在する。ｌ×ｍ個のcMUTセル群は、すべて同一の電極引き出しを持つ一群であり、トランスデューサとして同一条件で駆動されるセル配列の、最小単位を形成する。【００６３】
上記のように、超音波トランスデューサとしてのcMUTが例えばｌ×ｍ個のセルで構成されるブロックで形成されるため、２次元のセルアレイの端部や角部といった境界部に位置するセルの影響が無視できなく顕在化してくることになる。詳しくは、ある１チャンネル７０３において、境界に位置するセルの数は、端部の２×ｌ個にすぎない。よって、１チャンネル中では、２×ｌ／（ｌ×ｍ×ｎ）＝２／（ｍ×ｎ）が境界部に位置するセルの数である。例えば１ブロックを構成するセルが、ｌ＝４、ｍ＝６、１チャンネルを構成するブロック数ｎ＝２０であったときには、１チャンネル中の全セルのうち、１／６０のセルのみが境界部のセルであることになる。【００６４】
しかしながら、実際は、ブロックを構成するｌ×ｍ個のセルは同一条件で使用され、トランスデューサとして受信及び送信を行う単位は１ブロックである。すなわち、この場合、境界部のセルをブロック内に持つセルはチャンネル中に常に２個であり、さらにチャンネル内のブロックの数はｎ個であるから、境界部のセルの影響を受けるブロックの割合は、２／ｎになる。すなわち、１チャンネルを構成するブロック数ｎ＝２０の時には、境界部の影響を受けるブロックの割合は２／２０＝１／１０、すなわち、全体のうち、１０％に達する数のブロックが、他のブロックと異なる挙動を示すことになる。そのため、境界の影響を廃して、すべてのブロックで同一の挙動を実現することは、超音波トランスデューサとしての送信感度、受信感度のばらつきを小さくし、安定した動作を実現することにつながり、ひいては最終的に超音波撮像装置において得られる画像の画質を大きく改善することにつながる。【００６５】
次に、図８においてcMUTセルの構造を概説し、さらに図９〜図１２において、境界部分が存在することによる影響が、超音波トランスデューサとしての送信及び受信感度にどのように顕在化するかを説明し、最終的に本発明における実施例が、超音波トランスデューサの送受感度のばらつき低減及び安定化に及ぼす効果を示す。【００６６】
ここでは、図８を用いてcMUTセルのギャップ厚さとコラプス電圧について説明する。図８は、一般的なcMUTセルの概略図を示している。cMUTセルは、半導体基板８００の上に、構造を支持する部分としての壁部８０１、底部８０２、底部と対面する膜部８０３、底部８０２に設けられた第１電極８０４と膜部に設けられた第２電極８０５を基本的な構成要素とする。【００６７】
セルのギャップ厚さは、図８中の長さｄ2に対応する。第１電極８０４と第２電極８０５の間に交番電流を付与することによって、初期にはｄ2の長さをもつセルのギャップ部の静電気力が変化し、膜部８０３が機械的に振動する。この作用によって、cMUTセルは、超音波トランスデューサとして送信音圧を外部に対して放射することができる。逆に、外部から音圧振幅が到来したときには、膜部８０３が音圧振幅によって振動させられ、振動による変位が、電極８０４及び８０５によって構成されるコンデンサの静電容量を変化させる。このとき、上下電極間に予めバイアス電圧を印加しておけば、音圧振幅に対応した受信信号として、静電容量の変化に伴った電流が流れる。これによりcMUTセルは超音波トランスデューサとしての受信の役割を果たす。ここで、セルのギャップ厚さｄ2は、実際に膜部８０３がどれだけ変位することができるかという下部電極側への膜部の可動長さの最大値に対応し、膜部の変位許容量や交番電流の電圧振幅のリミットを決定する指標となる。【００６８】
また、cMUTセルは簡便には、前述のように静電容量をもつコンデンサとして考えることができる。このとき、コンデンサとしての静電容量の大きさもまた、ギャップ厚さｄ2と同様に、cMUTセルの特性を決定づける重要な量である。図８を参照すれば明らかなように、電極８０４，８０５の間には、長さｄ2の厚さをもつギャップのみならず、ｄ1の長さを持つ膜部８０３の一部分と、ｄ3の長さを持つ底部８０２の一部分が存在する。そのため、これらｄ1，ｄ3の部分の静電容量も加味して合成容量を考えると、実効ギャップ厚さｄeffは
ｄeff＝（ｄ1＋ｄ3）／ε＋ｄ2
となる。ここで実効ギャップ厚とは、ｄ1，ｄ2，ｄ3の長さの範囲がすべて真空であると仮定したときの、等価的なギャップの厚さとなる。この実効ギャップ厚さを用いて、cMUTセルの静電容量Ｃは、
Ｃ＝（ε0×Ａ）／ｄeff
で与えられることになる。なお、εはｄ1部分とｄ3部分が同一の材料であるとしたときの、その材料の比誘電率、ε0は真空の誘電率、Ａは膜部８０３の実効的な面積である。【００６９】
製造されたcMUTセルの実際の実効ギャップ厚ｄeffの値を知り、またcMUTセルの静電容量の大きさＣを知ることは、実際にできあがったcMUTセルを超音波トランスデューサとして使用するときのバイアス電圧や、交番駆動電圧の振幅の上限を決定する為に重要である。そのためには、cMUTセルのコラプス電圧Ｖcを利用することがある。コラプス電圧とは、準静的に電極８０４と８０５の間に正の漸増する電位差を与えていったときに、安定点をはずれて、膜部８０３が瞬時に底部８０２に接触するときの電圧であり、膜を実効的に平行平板と見なしたときには、コラプス電圧Ｖcは
Ｖc＝｛（８×ｄeff3×ｋ）／（２７Ａ×ε0）｝0.5
で表される。ここで、ｋは膜部８０３の実効的な剛性、Ａは膜部８０３の実効的な面積である。このコラプス電圧Ｖcを計測することで、実効ギャップ厚ｄeff、セルの静電容量Ｃを見積もることが可能であり、cMUTセルの使用条件すなわち、直流バイアス電圧や交番駆動電圧を決定する指標にすることができる。【００７０】
ここで、境界付近に位置するセルの影響が問題となる。すなわち、境界付近に位置するセルが、他のセルとコラプス電圧Ｖcや、ギャップ厚さｄ2及び実効ギャップ厚さｄeffの大きさが違うということが、cMUTセルの使用条件の決定に大きく影響を及ぼし、結果として、超音波トランスデューサとしての送信や受信の感度を著しく減少させてしまうのである。以下、図９〜図１２を用いてこの影響について詳しく述べる。【００７１】
図９、図１０は、cMUTセルで構成される超音波トランスデューサの、ある１チャンネル９００の中を構成するブロック９０２及び９０３に、直流のバイアス電圧を徐々に印加していったときの、コラプス電圧のセルごとの分布を示している。横軸は印加されたバイアス電圧であり、縦軸はその直流バイアス電圧でコラプス電圧Ｖcに達したセルの個数（頻度）を示している。【００７２】
図９は、境界部を持つブロック中９０３中の境界部のセルにおいて、製造後の構造不均一性により生じる局所的な電界強度分布の不均一性又は端部での応力偏向の向きが、コラプス電圧を減少させる方向である場合を示している。すなわち、境界部を持たないブロック９０２と比べて、境界部を持つブロック９０３が、低いコラプス電圧Ｖcを持つような場合を示している。図１０は、図９の場合とは逆に、境界部を持つブロック中９０３中の境界部のセルにおいて、製造後の不均一性により生じる局所的な電界強度分布の不均一性又は端部での応力偏向の向きが、コラプス電圧を上昇させる方向である場合である。すなわち、境界部を持たないブロック９０２と比べて、境界部を持つブロック９０３が、高いコラプス電圧Ｖcを持つような場合を示している。図９、図１０のグラフにおける実線９０４、実線１００１は、境界部を持たないブロック９０２のコラプス電圧の頻度を表している。また破線９０５、破線１００２は、境界部を持つ端のブロック９０３のコラプス電圧の頻度を表している。【００７３】
図１１は、トランスデューサ内のセルが、図９、図１０のようなコラプス電圧の頻度分布を示したときの、バイアス電圧に対する静電容量の関係を示したものである。図１１の実線１１００は、すべてのセルがほぼ同一のコラプス電圧を示したとき、すなわち、図９、図１０における実線９０４，１００１の頻度分布をとったときの結果に対応する。図１１の一点鎖線１１０１は図９において、境界のセルがそれ以外のセルと比べて低いコラプス電圧を呈するとき（破線９０５）の結果に対応する。図１１の破線１１０２は、図１０において、境界のセルが高いコラプス電圧を呈する時（破線１００２）の結果に対応する。【００７４】
図７において、１次元アレイの超音波トランスデューサがｎブロックで構成されるチャンネルを持つときに、２／ｎの割合で境界部のセルの影響が現れることは説明済みである。一方で、実際の境界部のセルは、例えば前記の例では、２／（ｎ×ｍ）の数しか持たない。よって、境界条件のセルの影響は、実際の影響のｍ倍に誇張され、時に無視できない差となる。この影響は例えば、図１１に示されるような、バイアス電圧に対する静電容量の計測値に顕在化する。ここで、図９のように境界部のセルが、他のセルと比べて低いコラプス電圧を呈する時には、すべてのセルがほぼ同一のコラプス電圧を示したときの屈曲点電圧Ｖ0と比べて、低い屈曲点電圧Ｖ1を示すことになり、逆に図１０のように境界部のセルが、他のセルと比べて高いコラプス電圧を呈するときには、前記Ｖ0と比べて、高い屈曲点電圧Ｖ2を示すことになる。【００７５】
図１１で明らかにされる結果は、以下の事実を示すことに他ならない。すなわち、ほとんどのセルが、Ｖ0のコラプス電圧を示すにもかかわらず、計測結果が図１１で示すようなＶ1やＶ2のように、見かけＶ0よりも小さい、もしくは大きい電圧がコラプス電圧として出現してしまうということである。この事実は、最終的な超音波トランスデューサとしてのcMUT使用条件に以下の弊害を与える。すなわち、１）境界部のセルのコラプス電圧が見かけ上低い場合には、大部分のセルがまだコラプス電圧に余裕が有るにもかかわらず、Ｖ1をコラプス電圧であると判定してしまう。２）境界部のセルのコラプス電圧が見かけ上高い場合には、境界部以外のほとんどのセルがバイアス電圧がＶ0を超した時点で、コラプスに達しているにもかかわらず、Ｖ0よりも高い電圧Ｖ2をコラプス電圧と判定してしまう。【００７６】
図１２は前記１）のケースすなわち、低い電圧をコラプス電圧と判定してしまったときの、送信・受信感度の差を示すシミュレーション結果である。図１２（ａ）はcMUTセルの送信感度、図１２（ｂ）はcMUTセルの受信感度の計算結果のグラフであり、横軸が周波数、縦軸がデシベル（ｄＢ）で表した感度の大きさを示している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）の双方において、薄い線１２０２及び１２０４はコラプス電圧を低く見積もることなく、駆動時のバイアス電圧を決定したときの感度を示し、濃い線１２０３及び１２０５はコラプス電圧を低く見積もってしまったときの感度を示している。計算結果によると、コラプス電圧を低く見積もってしまったときには、送信、受信ともにトランスデューサとしての感度は大きく低減し、送受ともにそれぞれ２ｄＢ程度の感度が小さい結果となっている。送受あわせると約４ｄＢの感度落ちとなり、このような感度差（ばらつき）は超音波トランスデューサを実用する上で無視できない。【００７７】
図７〜図１２において示されたように、半導体プロセス起因によって生じる、２次元アレイ配列の境界部のセルの電気的・機械的・構造的な不均一性を放置することは、超音波トランスデューサとしてのcMUTの性能を著しく減退させる。そのため、図３〜図６に示したように、超音波トランスデューサを形成するcMUTセルによる２次元アレイの境界部もしくは外周部の不均一性を解消することは、超音波トランスデューサとしての送受感度の均一性及びばらつき少なく動作が安定することを保証する技術として有効である。【００７８】
図１３は、本発明の超音波トランスデューサを超音波探触子として用いた超音波撮像装置の概略図である。超音波探触子１３０１は、超音波を患者の体内に向けて送信し、患者体内から反射されるエコー信号を受信する。受信信号は超音波撮像装置本体１３０２に伝達される。また受信信号は、超音波探触子１３０１又は超音波撮像装置本体１３０２あるいはその双方において、信号処理を経た後、画像表示部１３０３に超音波画像が表示される。詳しくは、例えば超音波撮像装置本体１３０２中の送波ビームフォーマ１３０４において送信ビームの信号が生成され、D／Aコンバータ１３０５を経た後に超音波探触子１３０１に送られ、超音波が探触子から発信される。探触子１３０１は体内からのエコー信号を受信した後、撮像装置本体１３０２に信号を伝達する。撮像装置本体中ではA／Dコンバータを経た後、受波ビームフォーマ１３０７を通し、画像処理部１３０８に伝達される。画像処理部１３０８では、各種フィルタ、包絡線信号検出、スキャンコンバータなど様々な画像処理が成される。最終的に画像表示部１３０３において超音波画像が表示される。ここで、超音波探触子１３０１の送受信を行うヘッド部１３０９には、cMUTセルアレイが実装され、そのセルアレイを構成するセル群は、図３から図６において説明されたいずれかの構造を有する。【００７９】
最後に、本発明で用いられるセルの構造及び配列は、２次元セルアレイが、超音波トランスデューサが送信と受信の双方を行う時のみならず、受信だけを行う時も実施例の好ましい様態の一つとなる。すなわち、図３から図６において説明された配列及び構造を持つような、２次元セルアレイ型の受動センサとして用いることも好ましい実施例の一つである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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