(57)【要約】【課題】周波数帯域が広く、送受信感度の高い静電容量型トランスデューサを提供する。【解決手段】静電容量型トランスデューサ１は、第一の電極と、間隙９、１７を挟んで第一の電極と対向する第二の電極を含む振動膜８、１６と、間隙が形成されるように振動膜を支持する振動膜支持部１０と、で構成されるセルと、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段を有する。セルとして、第一のばね定数を持つ振動膜を有する第一のセル１２と、第一のばね定数より低い第二のばね定数を持つ振動膜を有する第二のセル１９を有し、電圧印加手段として、第一のセルの電極間に電圧を印加するための第一の電圧印加手段１１と、第二のセルの電極間に電圧を印加するための第二の電圧印加手段１８を有する。第一の電圧印加手段の印加電圧は、第二の電圧印加手段の印加電圧より高い。【選択図】図１
2014017564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、間隙を挟んで前記第一の電極と対向する第二の電極を含む振動膜と、前記間隙が形成されるように前記振動膜を支持する振動膜支持部と、で構成されるセルと、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段と、
を有する静電容量型トランスデューサであって、
前記セルとして、第一のばね定数を持つ前記振動膜を有する第一のセルと、第一のばね定数より低い第二のばね定数を持つ前記振動膜を有する第二のセルと、を有し、
前記電圧印加手段として、前記第一のセルの第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための第一の電圧印加手段と、前記第二のセルの第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための第二の電圧印加手段と、を有し、
前記第一の電圧印加手段の印加電圧は、前記第二の電圧印加手段の印加電圧より高い、
ことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項２】
前記第一のセル或いは前記第二のセルを複数有し、
前記複数の第一のセル或いは前記複数の第二のセルの第一の電極同士或いは第二の電極同士は電気的に連結していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項３】
前記第一のセルの振動膜の面積は、前記第二のセルの振動膜の面積より小さく、かつ、前記第一のセルの振動膜の厚さは、前記第二のセルの振動膜の厚さと同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記第一のセルの振動膜の厚さは、前記第二のセルの振動膜の厚さより厚く、かつ、前記第一のセルの振動膜の面積は、前記第二のセルの振動膜の面積と同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、
光を発生する光源と、
前記静電容量型トランスデューサから出力される信号を処理する信号処理部と、
を有し、
該光源から発せられて被検体にあてられた前記光によって生じる光音響波を前記静電容量型トランスデューサで受信し、電気信号に変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項６】
請求項１から４の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサを製造する製造方法であって、
前記第一及び第二のセルの第一の電極を形成する工程と、
前記第一の電極の上に、前記第一及び第二のセルの間隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に、前記第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を有し、
前記犠牲層を形成する工程において、前記第一のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積を、前記第二のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積より小さくし、
前記第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程において、前記第一のセルの振動膜の厚さと前記第二のセルの振動膜の厚さが同じになる様に該形成を行うことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項１から４の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサを製造する製造方法であって、
前記第一及び第二のセルの第一の電極を形成する工程と、
前記第一の電極の上に、前記第一及び第二のセルの間隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に、前記第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を有し、
前記犠牲層を形成する工程において、前記第一のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積と前記第二のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積とを同じにし、
前記第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程において、前記第一のセルの振動膜の厚さが前記第二のセルの振動膜の厚さより厚くなる様に該形成を行うことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波変換素子などとして用いられる静電容量型トランスデューサ、その製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。このような技術を用いた静電容量型トランスデューサは、圧電素子を用いるトランスデューサの代替品として研究されている。こうした静電容量型トランスデューサによると、振動膜の振動を用いて超音波、音波、光音響波などの音響波（以下、超音波で代表することもある）を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性（広い周波数領域で比較的高い受信感度或いは送信感度を持つ特性）を容易に得ることができる。
【０００３】
上記技術として、ばね定数が高い振動膜を有するセルとばね定数が低い振動膜を有するセルを有して、広帯域特性を実現する静電容量型トランスデューサが提案されている（特許文献１参照）。また、ばね定数が高い複数のセルから構成されるグループとばね定数が低い複数のセルから構成されるグループを有することにより、広帯域特性を実現する静電容量型トランスデューサも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８７０３５１号
【特許文献２】米国特許公開２００７００５９８５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如き静電容量型トランスデューサにおいて、共通電極に対して共通電圧を印加して送信、受信駆動を行うことができる。しかし、その場合、ばね定数が高い振動膜を有するセルとばね定数が低い振動膜を有するセルとの複数種のセルで、電気機械変換係数が異なる。従って、広帯域特性を実現することができる一方、複数種のセルの電気機械変換係数が異なるため、電圧に対する送信音圧の比である送信感度或いは受信音圧に対する受信電気信号の比である受信感度が低下してしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の静電容量型トランスデューサは、第一の電極と、間隙を挟んで第一の電極と対向する第二の電極を含む振動膜と、間隙が形成されるように振動膜を支持する振動膜支持部と、で構成されるセルと、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記セルとして、第一のばね定数を持つ振動膜を有する第一のセルと、第一のばね定数より低い第二のばね定数を持つ振動膜を有する第二のセルと、を有し、前記電圧印加手段として、第一のセルの第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための第一の電圧印加手段と、第二のセルの第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加するための第二の電圧印加手段と、を有する。そして、第一の電圧印加手段の印加電圧は、第二の電圧印加手段の印加電圧より高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の静電容量型トランスデューサによれば、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くすることができる。また、ばね定数が高い振動膜を有する第一のセルの第一及び第二の電極間に印加する電圧を第二のセルの第一及び第二の電極間に印加する電圧より高くすることができて、送信感度或いは受信感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態及び実施例１の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図２】本発明の実施形態及び実施例２の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図３】本発明の静電容量型トランスデューサの作製方法の例を説明する図。
【図４】本発明の静電容量型トランスデューサを用いる被検体情報取得装置の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の静電容量型トランスデューサの特徴は、第一のばね定数の振動膜を有する第一のセルと第一のばね定数より低い第二のばね定数の振動膜を有する第二のセルと、第一及び第二のセルの第一及び第二の電極間にそれぞれ電圧を印加するための第一及び第二の電圧印加手段を有することである。電気機械変換係数は、プルイン電圧に対する印加電圧の比率が高いほど高い。プルイン電圧とは、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加した場合に、振動膜の復元力より静電引力のほうが大きくなる電圧のことであり、プルイン電圧以上の電圧を印加すると、振動膜がキャビティ下面に接触する。印加電圧をプルイン電圧より大きくならないように設定する場合、電気機械変換係数は、第一の電極と第二の電極との間の静電容量と電界強度の積に比例する。電界強度は印加電圧に比例するので、電気機械変換係数は第一の電極と第二の電極との間の静電容量と印加電圧の積に比例し、プルイン電圧印加時に最大となる。そのプルイン電圧は、ばね定数の約０．５乗、上下電極間の実効的なギャップの約１．５乗に比例する。実効的なギャップとは、上下電極間の振動膜を比誘電率で割った値とキャビティギャップを足し合わせたものである。振動膜のばね定数が高いセルのプルイン電圧は、振動膜のばね定数が低いセルのプルイン電圧より高い。従って、本発明の構成のように電圧を電極間に印加することによって、プルイン電圧に対する印加電圧の比率を同じ程度にできるため、送信感度或いは受信感度を向上することができる。よって、本発明の静電容量型トランスデューサでは、受信時或いは送信時の周波数帯域を広くすることができると共に、送信感度或いは受信感度を向上することができる。
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本実施形態では、第一のセル１２、第二のセル１９をそれぞれ複数有する静電容量型トランスデューサ（エレメント）１を複数有している。図１では、２つの静電容量型トランスデューサのみ記載しているが、トランスデューサ数は幾つでも構わない。また、複数の静電容量型トランスデューサは、第一のセル１２と第二のセル１９、それぞれ２２個と８個から構成されているが、セル個数も幾つであっても構わない。また、セルの配列はどのような配列でも構わない。
【００１１】
第一のセル１２は、基板２、基板２上に形成される絶縁膜３、絶縁膜３上に形成される第一の電極４、第一の電極４上の絶縁膜５を有する。さらに、第一の電極４と対向する第二の電極６とメンブレン７とを含む振動膜８と、振動膜８を支持する振動膜支持部１０、キャビティ（間隙）９とを有している。基板２がガラス基板などの絶縁性基板の場合、絶縁膜３はなくてもよい。さらに、第一のセル１２の第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加する第一の電圧印加手段１１を有している。
【００１２】
第二のセル１９は、第一のセル１２とほぼ同じ構成である。第二のセル１９では、振動膜１６のばね定数が第一のセル１２の振動膜８のばね定数より低い構成となっている。図１（ｂ）の例では、振動膜１６が、振動膜８と同じ材料、厚みで構成されており、振動膜１６の直径を振動膜８のそれより大きくすることにより、ばね定数を小さくしている。ここでは振動膜の形状は円形であるが、正方形、長方形等の形状でも構わない。また、第二のセル１９の第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加する第二の電圧印加手段１８を有している。１３、１４、１５、１６は、それぞれ、第二のセル１９の第一の電極、第二の電極、メンブレン、キャビティである。
【００１３】
振動膜８、１６のメンブレン７、１５は絶縁膜である。特に、窒化シリコン膜は、低い引張り応力、例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力で形成することができるので、窒化シリコン膜の残留応力による振動膜の大きな変形を防止することができ望ましい。振動膜８、１６のメンブレン７、１４は絶縁膜でなくとも構わない。例えば、１Ωｃｍ以下の低抵抗シリコン単結晶をメンブレン７、１４として用いることもできる。その場合、メンブレンを第二の電極として用いることもできる。前述した如く、第二のセル１９の振動膜１６のばね定数は第一のセル１２の振動膜８のばね定数より低い構成となっている。従って、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くすることができる。
【００１４】
第一の電極４、１３或いは第二の電極６、１４に共通の電圧を印加した場合、電気機械変換係数は、第一のセル１２のほうが第二のセル１６より低い。なぜなら、第二のセルの振動膜１６のばね定数が第一のセル１２の振動膜６のばね定数より低い構成となっており、振動膜のばね定数が高いセルのプルイン電圧は、振動膜のばね定数が低いセルのプルイン電圧より高いためである。上述した様に、プルイン電圧とは、電極間に電圧を印加した場合に、振動膜の復元力より静電引力のほうが大きくなる電圧のことであり、プルイン電圧に対する印加電圧の比率が高いほど電気機械変換係数が高い。
【００１５】
本実施形態では、振動膜のばね定数が高い第一のセルの第一の電極と第二の電極との間に印加する電圧は、振動膜のばね定数が低い第二のセルの第一の電極と第二の電極との間に印加する電圧より高く設定される。つまり、例えば、プルイン電圧の高い第一のセルの第一の電極４に印加する電圧を、プルイン電圧の低い第二のセルの第一の電極１３に印加する電圧より高くしている。従って、本構成のように電圧を印加することによって、送信感度或いは受信感度を向上できる。以上より、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くできるとともに、送信感度或いは受信感度を向上できる。
【００１６】
さらに、第一のセル或いは第二のセルを複数有し、複数の第一のセル或いは複数の第二のセルの第一の電極同士或いは第二の電極同士が電気的に連結している構成とすることもできる。本構成のように、電極を連結させることによって各セルが電圧印加手段を有する必要がなくなり、最少の電圧印加手段により、周波数帯域を広げられるとともに、受信感度或いは送信感度を向上できる。
【００１７】
さらに、第一のセルの振動膜面積は、第二のセルの振動膜の面積より小さく、かつ、第一のセルの振動膜厚さは、第二のセルの振動膜厚さと同じとすることもできる。本構成にすることによって、振動膜のばね定数が高いセルと振動膜のばね定数が低いセルとを同じ作製プロセスによって作製することができる。従って、低いコストで静電容量型トランスデューサを作製することができる。第一のセルの振動膜厚さと第二のセルの振動膜厚さを同じではなく、成膜の後どちらかの振動膜をエッチングしたり、異なる厚さで両振動膜を成膜したりした場合、第一のセルの振動膜のばね定数と第二のセルの振動膜のばね定数との比がばらつきやすい。第一のセルの振動膜のばね定数と第二のセルの振動膜のばね定数との比がばらつく場合、静電容量型トランスデューサの送信或いは受信感度、周波数帯域が所望の帯域にならないことがある。従って、振動膜厚さを同じとした本構成により、送信感度或いは受信感度、周波数帯域ばらつきを小さくできる。
【００１８】
他方、第一のセルの振動膜厚さは、第二のセルの振動膜厚さより厚く、かつ、第一のセルの振動膜面積は、第二のセルの振動膜面積と同じである構成とすることもできる。本構成にすることによって、図２（ａ）にように、上面から見た各セルの形状が同じであるため、全てのセルの放射インピーダンスを揃えることができる。放射インピーダンスとは、振動膜の振動速度と振動膜から外部（空気や液体媒質など）に作用する力（圧力）の比のことであり、セル形状や振動膜形状に依存する。本構成では、各セルの放射インピーダンスが同じであるため、各セルの振動膜は同じ振動をし、不要な振動を防止することができて動作の効率や安定性を確保できる。ここで、不要な振動とは、各セルの放射インピーダンスが異なって、各セルが位相の異なる振動をすることである。
【００１９】
図３を用いて、本実施形態の作製方法の一形態を説明する。図３は、静電容量型トランスデューサの断面図であり、図１の構成とほぼ同様の構成を示す。図３は、図１のＡ−Ｂ断面図の相当図である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、基板４２上に絶縁膜４３を形成する。基板４２はシリコン基板であり、絶縁膜４３は第一の電極との絶縁を確立するためのものである。基板４２がガラス基板のような絶縁性基板の場合、絶縁膜４３は形成しなくともよい。また、基板４２は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、セル間でばらついてしまう。このばらつきは、電気機械変換係数のばらつきとなるため、感度や帯域のばらつきとなる。従って、基板４３は、表面粗さの小さな基板が望ましい。さらに、第一の電極４４、５３を形成する。第一の電極４４、５３は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、アルミ等である。基板と同様に、第一の電極の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、セル間、エレメント間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜４５を形成する。絶縁膜４５は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極と第二の電極間の電気的短絡或いは絶縁破壊を防止するために形成する。低電圧で駆動する場合は、メンブレンが絶縁体であるため、絶縁膜４５を形成しなくともよい。さらに、本工程の後工程で実施する犠牲層除去時に第一の電極がエッチングされることを防止するために形成する。犠牲層除去時のエッチング液、エッチングガスにより、第一の電極がエッチングされない場合は、絶縁膜４５を形成しなくともよい。基板４２と同様に、絶縁膜４５の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。絶縁膜４５は、例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等である。
【００２２】
次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層４９、５７を形成する。犠牲層４９、５７は、表面粗さの小さい材料が望ましい。基板と同様に、犠牲層の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層が望ましい。また、犠牲層を除去するエッチングのエッチング時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。また、犠牲層を除去するエッチング液或いはエッチングガスに対して、絶縁膜、メンブレンがほぼエッチングされないような犠牲層材料が求められる。犠牲層を除去するエッチング液或いはエッチングガスに対して、絶縁膜、メンブレンがエッチングされる場合、振動膜の厚さばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきが発生しやすい。振動膜の厚さばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきは、セル間の感度、帯域のばらつきとなる。絶縁膜、メンブレンが窒化シリコン膜或いはシリコン酸化膜の場合、表面粗さが小さく、絶縁膜、メンブレンがエッチングされにくいエッチング液或いはエッチングガスを用いることができる。こうした犠牲層材料としては、アモルファスシリコン、ポリイミド、クロム等が望ましい。特に、クロムのエッチング液は、窒化シリコン膜或いはシリコン酸化膜をほぼエッチングしないので、絶縁膜、メンブレンが窒化シリコン膜或いはシリコン酸化膜の場合、望ましい。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、メンブレン４７、５５を形成する。メンブレン４７、５５は、低い引張り応力が望ましい。例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、３００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる。メンブレンが圧縮応力を有する場合、メンブレンがスティッキング或いは座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、メンブレンが破壊されることがある。従って、メンブレン４７、５５は、低い引張り応力が望ましい。メンブレン４７、５５は、例えば、応力コントロールが可能で、低い引張り応力にできる窒化シリコン膜である。
【００２４】
さらに、図示しないエッチングホールを形成し、エッチングホールを介して、犠牲層４９、５７を除去して、エッチングホールを封止する。例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜で封止することができる。この犠牲層除去工程或いは封止工程は、第二の電極を形成後に行うこともできる。
【００２５】
次に、図３（ｅ）に示すように、第二の電極４６、５４を形成する。第二の電極４６、５４は、残留応力が小さい材料が望ましく、アルミニウムなどである。犠牲層除去工程或いは封止工程を第二の電極形成後に行う場合、第二の電極は、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性、耐熱性を有する材料が望ましい。例えば、チタンなどである。こうして、ばね定数が大きく第二の電極４６とメンブレン４７とを含む振動膜４８を備える第一のセル５２、及びばね定数が小さく第二の電極５４とメンブレン５５とを含む振動膜５６を備える第二のセル５９が形成される。
【００２６】
以上に説明した様に、上記製造方法は、第一及び第二のセルの第一の電極を形成する工程と、第一の電極の上に第一及び第二のセルの間隙を形成するための犠牲層を形成する工程と、犠牲層の上に第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程と、犠牲層を除去する工程を有する。そして、犠牲層を形成する工程において、第一のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積を、第二のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積より小さくし、第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程において、第一のセルの振動膜の厚さと第二のセルの振動膜の厚さが同じになる様に該形成を行う。他方、後述の実施例２の静電容量型トランスデューサを製造する製造方法では、次の様にすればよい。すなわち、犠牲層を形成する工程において、第一のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積と前記第二のセルの間隙を形成するための犠牲層の面積とを同じにし、第一及び第二のセルの振動膜の少なくとも一部を形成する工程において、第一のセルの振動膜の厚さが第二のセルの振動膜の厚さより厚くなる様に該形成を行えばよい。本作製方法により、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くできるとともに、送信感度或いは受信感度を向上できて感度の良い静電容量型トランスデューサを作製できる。
【００２７】
以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１は、図１を用いて説明した上記実施形態に対応するものである。本実施例では、第一のセル１２、第二のセル１９をそれぞれ複数有する静電容量型トランスデューサ１を複数有している。複数の静電容量型トランスデューサは、第一のセル１２、第二のセル１９それぞれ、２２個、８個から構成されているが、個数は幾つであっても構わない。また、セルの配列や振動膜形状も適宜決めればよい。
【００２８】
第一のセル１２は、３００μｍ厚さのシリコン基板２、シリコン基板２上に形成される絶縁膜３、絶縁膜３上に形成される第一の電極４、第一の電極４上の絶縁膜５を有する。さらに、第二の電極６とメンブレン７とを含む振動膜８と、振動膜８を支持する振動膜支持部１０、キャビティ９とを有している。キャビティ９の高さは１００ｎｍである。さらに、電圧印加手段１１を有している。
【００２９】
絶縁膜３は、熱酸化により形成した厚さ１μｍのシリコン酸化膜である。絶縁膜５は、Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成した１００ｎｍのシリコン酸化膜である。第一の電極は厚さが５０ｎｍのチタンであり、第二の電極６は厚さが１００ｎｍのアルミニウムである。メンブレン７はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、２００ＭＰａ以下の引張り応力で形成し、厚みは１４００ｎｍである。
【００３０】
第二のセル１９も、第一のセル１２とほぼ同じ構成である。第一のセル１２では、振動膜の直径が３２μｍである一方、第二のセル１９では、振動膜の直径が４４μｍであるため、振動膜１６のばね定数が第一のセル１２のばね定数より低い構成となっている。振動膜１６も振動膜８と同じ材料、厚みで構成されており、振動膜１６の直径を振動膜８より大きくすることにより、ばね定数を小さくしている。第一のセル１２のばね定数が９２ｋＮ／ｍであり、第二のセル１９のばね定数が５５ｋＮ／ｍである。ここでのばね定数とは、振動膜にかかる荷重を、そのときの振動膜の平均変位で割った値のことである。
【００３１】
本実施例の静電容量型トランスデューサは、図示しない引き出し配線を用いることで、第二の電極から電気信号を引き出すことができる。静電容量型トランスデューサで超音波を受信する場合、直流電圧を第一の電極４、１３に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極を含む振動膜８、１６が変形するため、第二の電極６、１４と第一の電極４、１３との間のキャビティ９、１７の距離が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、上記引き出し配線に電流が流れる。この電流を、図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換して超音波を受信することができる。また、第一の電極に直流電圧を印加し、交流電圧を第二の電極に印加し、静電気力によって振動膜６、１６を振動させることができる。これによって、超音波を送信することができる。
【００３２】
ばね定数が高い振動膜を有する第一のセルとばね定数が低い振動膜を有する第二のセルとを備えるため、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くできる。また、本構成では、振動膜１６が振動膜８と同じ材料、厚みで構成されているとともに、絶縁膜５の厚さもほぼ同じ１００ｎｍであるため、第一の電極と第二の電極との距離はほぼ同じになる。さらに、振動膜のばね定数が上述の様に設定されていて、振動膜の復元力より静電引力のほうが大きくなる電圧がプルイン電圧であるので、第一のセル１２のプルイン電圧は、第二のセル１９のプルイン電圧より高くなる。第一のセル１２のプルイン電圧は２００Ｖであり、第二のセル１９のプルイン電圧は１００Ｖである。
【００３３】
本実施例では、振動膜のばね定数が高い第一のセルの第一の電極４に印加される電圧は１８０Ｖであり、振動膜のばね定数が低い第二のセルの第一の電極１３に印加される電圧は９０Ｖである。つまり、第一のセル１２及び第二のセル１９のプルイン電圧の９０パーセントである電圧を印加するように、第一の電極４に印加する電圧を第一の電極１３に印加する電圧より高くしている。本構成のように電圧を印加することによって、送信感度或いは受信感度を向上することができる。従って、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くできるとともに、送信感度或いは受信感度を向上することができる。
【００３４】
（実施例２）
実施例２の静電容量型トランスデューサの構成を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。実施例２の静電容量型トランスデューサの構成は、実施例１とほぼ同様である。図２では、図１の各部に付された番号に２０を加えた番号でもって図１の各部と対応する部分を示している。
【００３５】
本実施例では、振動膜のばね定数が高いセルの振動膜厚さは、振動膜のばね定数が低いセルの振動膜厚さより厚く、かつ、振動膜のばね定数が高いセルの振動膜面積は、振動膜のばね定数が低いセルの振動膜面積と同じである。第一のセル３２の振動膜２８の直径及び第二のセル３９の振動膜３６の直径はともに３２μｍであり、振動膜厚さはそれぞれ１４００ｎｍと１１５０ｎｍである。本構成にすることにより、第一のセルのばね定数が９２ｋＮ／ｍ、第二のセルのばね定数が５５ｋＮ／ｍとなる。この様に、ばね定数が高い振動膜を有する第一のセルとばね定数が低い振動膜を有する第二のセルとを有しているため、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くすることができる。
【００３６】
また、本構成の作製では、第一のセル３２の第二の電極２６及び第二のセル３９の第二の電極３４を形成した後に第一のセル３２の振動膜の厚さを厚くするために、メンブレン２７、３５と同じ材料である窒化シリコンを成膜する。そして、その後、第二の電極３４上にも積層された窒化シリコンをエッチングにより除去する。その際、第二のセル３９の第二の電極３４がエッチングストップ層となるため、第一のセル３２の第二の電極２６と第一の電極２４との距離は、第二のセル３９の第二の電極３４と第一の電極３３との距離を容易に同じにすることができる。
【００３７】
本構成でも、第一のセルのプルイン電圧は、第二のセルのプルイン電圧より高くなる。第一のセル３２のプルイン電圧は２００Ｖであり、第二のセル３９のプルイン電圧は１００Ｖである。そして、本実施例では、振動膜のばね定数が高いセルの第一の電極２４に印加される電圧は１６０Ｖであり、振動膜のばね定数が低いセルの第一の電極３３に印加される電圧は８０Ｖである。つまり、第一のセル１２及び第二のセル１９のプルイン電圧の８０パーセントである電圧を印加するように、第一の電極２４に印加する電圧を第一の電極３３に印加する電圧より高くしている。本構成のように電圧を印加することによって、送信感度或いは受信感度を向上することができる。
【００３８】
従って、受信時の周波数帯域或いは送信時の周波数帯域を広くできるとともに、送信感度或いは受信感度を向上することができる。さらに、本構成にすることによって、図２（ａ）にように、上面から見た各セルの形状が同じであるため、全てのセルの放射インピーダンスを揃えることができる。各セルの放射インピーダンスが同じであるため、各セルの振動膜はほぼ同じ振動をするので、不要な振動を防止することができる。
【００３９】
（実施例３）
上記実施形態や実施例で説明した静電容量型トランスデューサを備える探触子は、音響波を用いた被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波を静電容量型トランスデューサで受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報を取得することができる。
【００４０】
図４は、光音響効果を利用した本実施例の被検体情報取得装置を示したものである。パルス状に光を発生する光源１５１から発生したパルス光１５２は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材１５４を介して、被検体１５３に照射される。被検体１５３の内部にある光吸収体１５５は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波１５６を発生する。静電容量型トランスデューサを収納する筺体を備えるプローブ（探触子）１５７は、光音響波１５６を受信して電気信号に変換し、信号処理部１５９に出力する。信号処理部１５９は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部１５０へ出力する。データ処理部１５０は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報）を画像データとして取得する。表示部１５８は、データ処理部１５０から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。なお、プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。勿論、本発明の電気機械変換装置である静電容量型トランスデューサは、音響波があてられた被検体からの音響波を検出する被検体診断装置で用いることもできる。ここでも、被検体からの音響波を静電容量型トランスデューサで検出し、変換された信号を信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得する。ここでは、被検体に向けて送信する音響波を本発明の静電容量型トランスデューサから発信することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の静電容量型トランスデューサは、生体などの測定対象内の情報を得る光イメージング装置や、従来の超音波診断装置などに適用することができる。更に、超音波探傷機など、他の用途にも適応することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１・・静電容量型トランスデューサ、２・・基板、３、５・・絶縁膜、４、１３・・第一の電極、６、１４・・第二の電極、７、１５・・メンブレン、８、１６・・振動膜、９、１７・・キャビティ（間隙）、１０・・振動膜支持部、１１・・第一の電圧印加手段、１２・・第一のセル、１８・・第二の電圧印加手段、１９・・第二のセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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