(57)【要約】【課題】外力が加わっても破損し難く丈夫な超音波センサを提供する。【解決手段】各圧電式受信素子１１が形成された基板１２の前方側には保護膜１４が設けられ、その保護膜１４と基板１２との間には空隙Ｓが設けられている。そのため、超音波センサの受信部１０に外力が加わっても、その外力は保護膜１４に印加されるだけで、基板１２上に形成された圧電素子を構成する薄い各層（上部電極層、強誘電体の薄膜層、下部電極層）には外力が直接印加されず、各層の機械的強度が低い場合でもその破損を防止して受信部１０を故障し難くできる。空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルなどの充填材料を充填した場合には、その充填材料の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜１４の振動を当該充填材料を介して各受信素子１１へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子１１の受信感度を高めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する複数個の変換手段と、
その複数個の変換手段は並べて配置されていることと、
前記各変換手段を保護するための保護手段と
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記保護手段は、
前記各変換手段の前面側に設けられた保護膜と、
その保護膜と変換手段との間に設けられた第１空隙と
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波センサにおいて、
前記第１空隙には、液体、ゾル、ゲルのいずれかの充填材料が充填されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波センサにおいて、
前記第１空隙と外部とを連通する通気孔を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段と当該変換手段の前方に位置する前記第１空隙および前記保護膜とを、前記各変換手段毎に分離する分離手段を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段を収容する収容部材と、
その収容部材と前記各変換手段とに囲まれた第２空隙と、
その第２空隙と外部とを連通する通気孔と
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は、電気信号を超音波に変換して発信する発信素子であることを特徴とする超音波センサ。
【請求項８】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段を収容する収容部材と、
その収容部材と前記各変換手段とに囲まれた密閉空間である第２空隙と
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波センサにおいて、
前記第２空隙には、液体、ゾル、ゲルのいずれかの充填材料が充填されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は、受信した超音波を電気信号に変換する受信素子であることを特徴とする超音波センサ。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段と前記保護膜とを、前記各変換手段毎に独立して連結する伝達部材を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記保護手段は、前記各変換手段の前面側に取付固定された保護部材からなり、
その保護部材は前記各変換手段毎に設けられ、各保護部材の間には間隙が設けられ、その間隙により各保護部材は前記各変換手段毎に分離されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段の前面側に設けられた音響ホーンを備え、
その音響ホーンは、前記各変換手段毎に設けられ、前記各変換手段の前面側に配置されたスロート部から開口部に向かって横断面積が徐々に増大することを特徴とする超音波センサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は半導体基板の表面上に形成され、
その半導体基板の表面側を、前記各変換手段の前面側として超音波の受信面または発信面とし、
当該半導体基板の表面側にはボンディングワイヤが接続され、
そのボンディングワイヤを介したワイヤボンディング接続法を用いて前記各変換手段をセンサ基板に表面実装したことを特徴とする超音波センサ。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は半導体基板の表面上に形成され、
その半導体基板の裏面側を、前記各変換手段の前面側として超音波の受信面または発信面とし、
当該半導体基板の表面側にはバンプが接続され、
そのバンプを介したフリップチップ接続法を用いて前記各変換手段をセンサ基板に表面実装したことを特徴とする超音波センサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記変換手段は、圧電式または静電容量式であることを特徴とする超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波センサに係り、詳しくは、受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する超音波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車（車両）に超音波センサを搭載し、その超音波センサから発信した人体に無害な超音波の反射を受信することにより、自動車の周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行い、自動車の周囲を監視して安全走行に役立てる技術の開発がすすめられている。
例えば、自動車の後部に超音波センサを搭載し、自動車の後方に存在する物体（人間や障害物など）を検知する装置（一般に「バックソナー」と呼ばれる）を用い、当該物体との衝突を回避してバックでの駐車を支援する自動駐車支援システムが実用化されている。
【０００３】
そして、当該用途に使用される超音波センサとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して作製した圧電（ピエゾ）式や静電容量（コンデンサ）式の超音波センサが知られている。
例えば、ＭＥＭＳ技術を利用した圧電式の超音波センサとして、強誘電体を２つの電極で挟設してなり、所定の共振周波数を有して超音波を検出するそれぞれ圧電センサにてなる複数の超音波センサ素子を並置してなる技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８４１８２号公報（第２〜８頁  図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された超音波センサは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造を有する半導体チップ上に、強誘電体であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス薄膜層を薄い２つの電極層（上部電極層、下部電極層）で挟設した構造の圧電素子（圧電センサ）が形成されている。
そのため、各電極層およびＰＺＴセラミックス薄膜層の機械的強度が低く、上部電極層に外力が加わると各電極層またはＰＺＴセラミックス薄膜層が破損して圧電素子が故障しやすいという問題があった。
【０００５】
また、ＭＥＭＳ技術を利用した静電容量式の超音波センサは、半導体チップ上に形成された固定電極層と、その固定電極層に対して間隙を設けて配置された薄い可動電極層とを備え、固定電極層と可動電極層から静電容量素子が形成されている。
そのため、可動電極層の機械的強度が低く、可動電極層に外力が加わると可動電極層が破損して静電容量素子が故障しやすいという問題があった。
【０００６】
このように、ＭＥＭＳ技術を利用して作製した従来の圧電式や静電容量式の超音波センサは、外力が加わると破損して故障しやすいため、そのまま自動車の外装品として搭載することが難しかった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、外力が加わっても破損し難く丈夫な超音波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する複数個の変換手段と、その複数個の変換手段は並べて配置されていることと、前記各変換手段を保護するための保護手段とを備えたことを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記保護手段は、前記各変換手段の前面側に設けられた保護膜と、その保護膜と変換手段との間に設けられた第１空隙とを備えたことを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記第１空隙には、液体、ゾル、ゲルのいずれかの充填材料が充填されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波センサにおいて、前記第１空隙と外部とを連通する通気孔を備えたことを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段と当該変換手段の前方に位置する前記第１空隙および前記保護膜とを、前記各変換手段毎に分離する分離手段を備えたことを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段を収容する収容部材と、その収容部材と前記各変換手段とに囲まれた第２空隙と、その第２空隙と外部とを連通する通気孔とを備えたことを技術的特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段は、電気信号を超音波に変換して発信する発信素子であることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段を収容する収容部材と、その収容部材と前記各変換手段とに囲まれた密閉空間である第２空隙とを備えたことを技術的特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の超音波センサにおいて、前記第２空隙には、液体、ゾル、ゲルのいずれかの充填材料が充填されていることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段は、受信した超音波を電気信号に変換する受信素子であることを技術的特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段と前記保護膜とを、前記各変換手段毎に独立して連結する伝達部材を備えたを技術的特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記保護手段は、前記各変換手段の前面側に取付固定された保護部材からなり、その保護部材は前記各変換手段毎に設けられ、各保護部材の間には間隙が設けられ、その間隙により各保護部材は前記各変換手段毎に分離されていることを技術的特徴とする。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段の前面側に設けられた音響ホーンを備え、その音響ホーンは、前記各変換手段毎に設けられ、前記各変換手段の前面側に配置されたスロート部から開口部に向かって横断面積が徐々に増大することを技術的特徴とする。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段は半導体基板の表面上に形成され、その半導体基板の表面側を、前記各変換手段の前面側として超音波の受信面または発信面とし、当該半導体基板の表面側にはボンディングワイヤが接続され、そのボンディングワイヤを介したワイヤボンディング接続法を用いて前記各変換手段をセンサ基板に表面実装したことを技術的特徴とする。
【００２２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記各変換手段は半導体基板の表面上に形成され、その半導体基板の裏面側を、前記各変換手段の前面側として超音波の受信面または発信面とし、当該半導体基板の表面側にはバンプが接続され、そのバンプを介したフリップチップ接続法を用いて前記各変換手段をセンサ基板に表面実装したことを技術的特徴とする。
【００２３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、前記変換手段は、圧電式または静電容量式であることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
（請求項１）
請求項１の発明では、受信した超音波を電気信号に変換する受信素子、または、電気信号を超音波に変換して発信する発信素子から変換手段が構成され、その変換手段は複数個並べて配置されている。
そして、請求項１の発明によれば、各変換手段を保護するための保護手段が備えられているため、各変換手段の機械的強度が低い場合でも、その破損を防止して故障し難くすることが可能になり、丈夫な超音波センサを得ることができる。
【００２５】
（請求項２）
請求項２の発明では、各変換手段の前方側に保護膜が設けられ、その保護膜と変換手段との間には第１空隙が設けられている。そのため、超音波センサに外力が加わっても、その外力は保護膜に印加されるだけで、各変換手段には外力が直接印加されない。
従って、請求項２の発明によれば、各変換手段の機械的強度が低い場合でも、その破損を防止して故障し難くすることが可能になり、丈夫な超音波センサを得ることができる。
【００２６】
そのため、請求項２の発明による超音波センサは、そのまま自動車の外装品として搭載することができる。尚、超音波センサを自動車の外装品として搭載する場合には、保護膜として耐候性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属（アルミニウム合金など），各種合成樹脂，ガラス，ゴムなどがある。
【００２７】
（請求項３）
請求項３の発明によれば、前記第１空隙に充填した液体，ゾル，ゲルのいずれかの充填材料の音響インピーダンスを保護膜の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜の振動を当該充填材料を介して各変換手段へ確実に伝搬させることが可能になり、各変換手段を受信素子に適用した場合に受信感度を高めることができる。
尚、物質の音響インピーダンスは、その物質の密度と伝搬音速との積である。そして、物質間の音響インピーダンスが異なるほど、その物質間における音波の伝搬特性は悪化する。つまり、第１空隙の充填材料と保護膜の音響インピーダンスが異なるほど、超音波は保護膜で反射して充填材料に伝搬し難くなる。
【００２８】
そのため、保護膜として合成樹脂膜を用いる場合には、当該合成樹脂の微粒子を液体中に分散させたゾルや、当該合成樹脂からなる高分子ゲルを充填材料として用いればよい。また、充填材料は変換手段を侵さないものである必要がある。このような要求を満たす充填材料として、例えば、シリコンゲルやフッ素ゲルなどがある。
ちなみに、第１空隙に各種気体（空気、不活性ガスなど）を充填した場合には、保護膜に比べて気体の音響インピーダンスは非常に小さいため、保護膜の振動が各変換手段へ十分に伝搬せず、各変換手段を受信素子に適用した場合に受信感度が低くなるおそれがある。
また、第１空隙に空気が残っていると保護膜の振動が各変換手段へ伝搬し難くなるため、第１空隙から空気を完全に除去して充填材料で満たすことが望ましい。
【００２９】
そして、各変換手段を発信素子に適用した場合には、前記第１空隙に充填した液体，ゾル，ゲルのいずれかの充填材料の音響インピーダンスを保護膜の音響インピーダンスに近づけることにより、発信素子の振動を当該充填材料を介して保護膜へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を高めることができる。
また、第１空隙に各種気体を充填した場合には、保護膜に比べて気体の音響インピーダンスは非常に小さいため、発信素子の振動が保護膜へ十分に伝搬せず、発信素子の発信出力が低くなるおそれがある。
また、第１空隙に液体，ゾル，ゲルなどの充填材料を充填した場合には、第１空隙に空気が残っていると発信素子の振動が保護膜へ伝搬し難くなるため、第１空隙から空気を完全に除去して充填材料で満たすことが望ましい。
【００３０】
（請求項４：第５実施形態に該当）
請求項４の発明によれば、第１空隙の充填材料に気泡が含まれている場合に、その気泡を通気孔から第１空隙の外部へ排出することができる。
すなわち、第１空隙の充填材料に気泡が含まれている場合には、その気泡により保護膜の振動が各変換手段へ伝搬し難くなる。
それに対して、請求項４の発明では、通気孔から気泡が排出されるため、第１空隙を充填材料で満たすことが可能になり、各変換手段を受信素子に適用した場合において、第１空隙の充填材料に含まれている気泡による受信感度の低下を防止できる。
【００３１】
そして、各変換手段を発信素子に適用した場合には、第１空隙の充填材料に含まれている気泡が通気孔から排出されるため、第１空隙を充填材料で満たすことが可能になり、発信素子の振動を当該充填材料を介して保護膜へ確実に伝搬させることにより、発信素子の発信出力の低下を防止できる。
【００３２】
（請求項５：第３，第１２，第１３実施形態に該当）
請求項５の発明では、分離手段により分離された１つの保護膜の振動は、その保護膜の下方に位置する第１空隙を介して変換手段にだけ伝搬し、その他の変換手段には伝搬しない。
従って、請求項５の発明によれば、超音波の伝搬を各変換手段間で完全に分離して行うことが可能になり、各変換手段のクロストーク特性が悪化するのを防止できる。尚、隣接する複数個の変換手段を１グループとし、そのグループ毎に各分離手段を設けて当該グループを他のグループから分離してもよい。
【００３３】
尚、分離手段は、上下方向に配置されて１グループとなる保護膜，第１空隙，変換手段の振動が、隣接する他のグループの部材へ伝搬しないように、当該振動を確実に遮断しなければならない。
そのため、分離手段には振動遮断性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、ゴムなどがある。
【００３４】
（請求項６：第４，第１０，第１１実施形態、第１２〜第１４実施形態の各変更例に該当）
請求項６の発明によれば、各変換手段の振動が阻害されないため、各変換手段を受信素子に適用した場合の受信感度の低下を防止できる。
すなわち、第２空隙に通気孔が設けられていない場合には、第２空隙が密閉空間となり、その密閉空間を満たす空気がバネとして作用し、各変換手段の背面側に空気によるダンピング力が印加されるため、各変換手段の自由な振動が阻害される。
それに対して、請求項６の発明では、通気孔を空気が通過するため、各変換手段の背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、各変換手段は自由に振動可能となる。
【００３５】
そして、各変換手段を発信素子に適用した場合には、第２空隙の通気孔を空気が通過するため、発信素子から超音波を発信する発信面の背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、発信面は自由に振動可能となり振動が阻害されないことから、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
尚、通気孔の個数、配置箇所、寸法形状は、前記作用・効果が十分に得られるようにカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
【００３６】
（請求項７：第１１実施形態、第１２〜第１４実施形態の各変更例に該当）
第２空隙の通気孔を空気が通過すると、発信素子の背面側に空気によるダンピング力が印加されず、発信面の自由な振動が阻害されないことから、発信素子（変換手段の振動板）の共振値Ｑが大きくなる。
発信素子の共振値Ｑと発信出力との間には正の相関関係があり、共振値が大きいほど発信出力が高くなる。
ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子または静電容量素子からなる発信素子は、超音波の発信出力が小さいため発信素子には不向きであるため、発信出力をできるだけ高くすることが要求されている。
従って、請求項７の発明は、特にＭＥＭＳ技術を利用して作製された発信素子に具体化した場合に、請求項６の発明の作用・効果を発揮することができる。
【００３７】
（請求項８：第１，第３，第５，第９，第１２〜第１４実施形態に該当）
請求項８の発明によれば、密閉空間である第２空隙を満たす空気がバネとして作用し、各変換手段の背面側に空気によるダンピング力が印加されるため、各変換手段の自由な振動が阻害されることから、変換手段の振動板の共振値Ｑが小さくなる。
そして、請求項８の発明によれば、各変換手段の振動が阻害されるため、各変換手段を受信素子に適用した場合には受信感度が低下する。
【００３８】
（請求項９）
請求項８の発明によれば、第２空隙に変換手段の振動板の振動を抑制するような材料（例えば、液体、ゾル、ゲルなど）を充填することにより、変換手段の振動板が過剰に振動して破損するのを防止できる。
【００３９】
（請求項１０：第１１実施形態、第１２〜第１４実施形態の各変更例に該当）
受信素子の共振値Ｑと受信感度との間には正の相関関係があり、共振値Ｑが大きいほど受信感度が高くなる。
ここで、複数個の受信素子には、製造プロセスに起因する１次共振周波数のバラツキがある。
受信素子の共振値Ｑを大きくすると、受信感度が高くなるものの、その受信感度は周波数の変化に対して急峻な特性になるため、１次共振周波数から僅かでも離れた周波数における受信感度が急激に低下する。
逆に、受信素子の共振値Ｑを小さくすると、受信感度が低くなるものの、その受信感度は周波数の変化に対して緩やかな特性になるため、１次共振周波数から離れた周波数における受信感度があまり低下しない。
【００４０】
ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子または静電容量素子からなる受信素子は、超音波の受信感度が高いため受信素子として好適であるため、１次共振周波数における受信感度を高くすることよりも、広い周波数範囲で受信感度をできるだけ高くすることが要求されている。
従って、請求項１０の発明は、特にＭＥＭＳ技術を利用して作製された受信素子に具体化した場合に、請求項８の発明の作用・効果を発揮することができる。
【００４１】
そして、請求項１０の発明において、第２空隙に変換手段の振動板の振動を抑制するような材料を充填することにより、第２空隙に空気が満たされている場合に比べて、変換手段の振動板の共振値Ｑを小さくすることができる。
従って、第２空隙の充填材料を適宜選択すれば、受信素子の構造を変えることなく、所望の共振特性を得ることができる。
【００４２】
（請求項１１：第６実施形態または第１４実施形態に該当）
請求項１１の発明では、超音波によって保護膜が振動すると、その保護膜の振動は各伝達部材を介して各変換手段へ伝搬される。
ここで、各伝達部材は各変換手段毎に設けられているため、任意の伝達部材の振動が他の伝達部材に伝搬することはなく、超音波の受信または発信を各変換手段間で分離して行うことが可能になり、各変換手段のクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
【００４３】
そして、各伝達部材の音響インピーダンスを保護膜の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜の振動を各伝達部材へ確実に伝搬させることが可能になり、各変換手段を受信素子に適用にした場合の受信感度を高めることができる。
また、各伝達部材の音響インピーダンスを各変換手段の音響インピーダンスに近づけることにより、各伝達部材の振動を各変換手段へ確実に伝搬させることが可能になり、各変換手段を受信素子に適用にした場合の受信感度を高めることができる。
従って、伝達部材は、保護膜または変換手段と同一材料で形成することが望ましい。
【００４４】
そして、各変換手段を発信素子に適用した場合には、伝達部材の音響インピーダンスを保護膜の音響インピーダンスに近づけることにより、伝達部材の振動を保護膜へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
また、各変換手段を発信素子に適用した場合には、伝達部材の音響インピーダンスを発信素子の音響インピーダンスに近づけることにより、発信素子の振動を伝達部材へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
【００４５】
（請求項１２：第２実施形態に該当）
請求項１２の発明において、各変換手段を受信素子に適用した場合には、受信素子の前面側に保護部材が取付固定されているため、超音波によって保護部材が振動すると、その保護部材の振動は受信素子へ伝搬される。
また、請求項１２の発明において、各変換手段を発信素子に適用した場合には、発信素子の前面側に保護部材が取付固定されているため、発信素子が振動すると、その振動は保護部材に伝搬され、保護部材が振動して超音波が発信される。
ここで、各変換手段は保護部材によって補強されているため、超音波センサに外力が加わっても、各変換手段の破損を防止して故障し難くすることが可能になり、丈夫な超音波センサを得ることができる。
【００４６】
そのため、請求項１２の発明による超音波センサは、そのまま自動車の外装品として搭載することができる。尚、超音波センサを自動車の外装品として搭載する場合には、保護部材として耐候性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属（アルミニウム合金など），各種合成樹脂，ガラス，ゴムなどがある。
尚、各変換手段に保護部材を取付固定するには、どのような方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）を用いてもよい。
【００４７】
（請求項１３：第７，第８〜第１３実施形態に該当）
請求項１３の発明によれば、各変換手段毎に各音響ホーンを設けることにより、各変換手段に超音波の受信方向または発信方向の指向性を付与することができる。
すなわち、各音響ホーンは、そのホーン軸上に鋭い指向性を有する。そのため、各音響ホーンを同一寸法形状に形成することにより、各音響ホーンのホーン軸を同一方向に設定した場合には、各変換手段の指向性についても同一方向に揃えることができる。また、各音響ホーンの寸法形状を変えることにより、各音響ホーンのホーン軸を任意の異なる方向に設定した場合には、各変換手段の指向性についても任意の方向に設定することができる。
尚、各音響ホーンのホーン壁部材は、超音波によって振動し難い十分な強度を有した材料を用いて形成する必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属や各種合成樹脂などがある。
【００４８】
（請求項１４：第１〜第８実施形態に該当）
請求項１４の発明によれば、ワイヤボンディング接続法を用いて前記各変換手段をセンサ基板に表面実装して形成された超音波センサを得ることができる。
【００４９】
（請求項１５：第９〜第１４実施形態に該当）
請求項１５の発明によれば、各変換手段とセンサ基板とがバンプを介して接続固定されているため、各変換手段とセンサ基板との電気的接続を確実に保持可能になり、超音波センサの信頼性を高めると共に高寿命化を図ることができる。
また、フリップチップ接続法を用いることにより、ワイヤボンディング接続法を用いる場合に比べて、各変換手段をセンサ基板に表面実装する際の製造コストを低くできる。
【００５０】
また、各変換手段を受信素子に適用した場合には、超音波の受信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されておらず、受信面の前面側に障害物が無いため、受信面への超音波の到達が阻害されず、受信素子の受信感度を高めることができる。そして、受信素子の受信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されていないため、受信素子が受信する超音波により当該ボンディングワイヤが切断されることがない。
また、各変換手段を発信素子に適用した場合には、発信素子の発信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されておらず、発信面の前面側に障害物が無いため、発信面からの超音波の発信が阻害されず、発信素子の発信出力を大きくすることができる。そして、発信素子の発信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されていないため、発信素子が発信する超音波により当該ボンディングワイヤが切断されることがない。
【００５１】
また、ボンディングワイヤに比べてバンプのインダクタンスは小さくなるため、各変換手段における電気信号の伝達速度を速くできる。
また、ボンディングワイヤが接続される電極パッドをセンサ基板に設ける必要が無く、その電極パッドの占有面積分だけセンサ基板が小さくなるため、超音波センサを小型軽量化できる。
【００５２】
加えて、請求項１５の発明によれば、各変換手段を振動させやすくするため、半導体基板の裏面側に凹部を形成して各変換手段の振動板の板厚を薄くした場合に、当該凹部の形状を音響ホーンにすれば、音響ホーンを別部材として設けることなく、請求項１３の発明の作用・効果を容易に得ることができる。
そして、音響ホーンを別部材として設ける必要がないため、製造コストを低くできると共に、超音波センサを小型軽量化できる。
【００５３】
（請求項１６）
請求項１６の発明によれば、圧電式または静電容量式の超音波センサを得ることができる。
【００５４】
（用語の説明）
尚、上述した［課題を解決するための手段］に記載した構成要素と、後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
【００５５】
「変換手段」は、受信素子１１，１１１，２０１，２７１、発信部３１，２０９，２３１，Ｕを構成する発信素子（２３２，Ｗ）に該当する。
「保護手段」は、保護膜１４、保護部材４１に該当する。
「第１空隙」は、空隙Ｓに該当する。
「第２空隙」は、空隙Ｒに該当する。
「分離手段」は、分離部材５１，２４１，２５１、分離溝５２に該当する。
「半導体基板」は、単結晶シリコン基板１２，２０２に該当する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一構成部材については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。
【００５７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の超音波センサＭにおける受信部１０を示す概略縦断面図である。
受信部１０は、アレイ状に並べて配置された複数個の圧電式受信素子１１から構成されている。尚、図１に示す例では、３個の受信素子１１の概略縦断面を示す。
各受信素子１１は、ＳＯＩ構造の単結晶シリコン基板（単結晶シリコンチップ）１２上に形成されている。
【００５８】
基板１２は、上方が開口された直方体箱状の収容部材１３内に収容されている。  また、基板１２の外周縁部は収容部材１３の内壁部に対して適宜な方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）によって取付固定され、基板１２の外周縁部と収容部材１３との接続部分の気密化が図られている。
そして、各受信素子１１は超音波を受信する受信面１１ａを収容部材１３の開口部１３ａ側に向けて配置されている。
【００５９】
収容部材１３の開口部１３ａには、その開口部１３ａを塞ぐための保護膜１４が貼られている。つまり、保護膜１４は各受信素子１１の前面側に設けられている。
保護膜１４の外周縁部は、収容部材１３の開口部１３ａの内周縁部に対して前記適宜な方法によって取付固定され、保護膜１４の外周縁部と収容部材１３との接続部分の気密化が図られている。
【００６０】
保護膜１４は、超音波により振動しやすく、超音波を屈折させずに透過させるが、空気，塵埃，水などは通過させない材料によって形成された薄膜である。
保護膜１４と基板１２との間には空隙Ｓが設けられており、空隙Ｓには、気体，液体，ゾル，ゲルなどが充填されている。
基板１２の背面側（裏面側）と収容部材１３とに囲まれた空隙Ｒには空気が満たされている。
【００６１】
図２は、１個の圧電式受信素子１１を示す拡大概略縦断面図である。
基板１２には、その基板１２の表裏を貫通する貫通孔１２ａが形成されている。
基板１２の表面上には、絶縁層２１、シリコン活性層２２、絶縁層２３がこの順番で形成されており、各層２２，２３は貫通孔１２ａの上部を塞ぐように形成されている。
【００６２】
貫通孔１２ａの上方（前方）に位置する絶縁層２３の表面上には、下部電極層２４、強誘電体（例えば、ＰＺＴなど）の薄膜層２５、上部電極層２６がこの順番で形成されている。
各層２４〜２６の周囲には絶縁層２７が形成され、絶縁層２７および上部電極層２６の表面（デバイス表面）は平坦化されている。
各電極層２４，２６にはそれぞれボンディングワイヤ（引出導線）２８，２９が接続されている。
【００６３】
このように、強誘電体の薄膜層２５を薄い２つの電極層２４，２６で挟設した構造の圧電素子（圧電センサ）Ｅが形成され、このＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子Ｅにより受信素子１１が構成されている。
また、上部電極層２６の表面により受信素子１１の受信面１１ａが形成されている。
そして、超音波によって薄膜層２５が振動すると圧電効果により電気信号が生成され、その電気信号は各電極層２４，２６から各ボンディングワイヤ２８，２９を介して出力される。
尚、貫通孔１２ａを設けるのは、各層２２〜２６から構成される振動板を振動させやすくするためである。
【００６４】
図３は、超音波センサＭを示す概略斜視図である。
超音波センサＭは、受信部１０、発信部３１、センサ基板３２、電極パッド３３を備えたハイブリッドＩＣ（Integrated Circuit）によって構成されている。
センサ基板３２はプリント配線基板であり、絶縁板材からなるセンサ基板３２の表面上には、複数個の電極パッド３３が形成されると共に、チップ部品である受信部１０および発信部３１が取付固定されている。
受信部１０の各受信素子１１から引き出された各ボンディングワイヤ２８，２９の先端部は、各電極パッド３３に接続されている。
尚、図３に示す例では、縦横方向に３個ずつ並べて配置された９個の受信素子１１から受信部１０が構成されている。
【００６５】
発信部３１は、受信部１０と同じ構成であり、受信素子１１と同じ構造の１個の圧電式発信素子を備え、各電極層２４，２６から強誘電体の薄膜層２５に印加される入力信号に応じて、薄膜層２５が圧電効果により振動して超音波を発生する。この場合、受信素子１１の受信面１１ａは、発信素子から超音波を発信する発信面として機能する。
つまり、発信部３１の発信素子は電気信号を超音波に変換して発信する。
そして、外部からの入力信号に応じて発信部３１が超音波を発信し、その超音波が検出対象物に反射した反射音を受信部１０の各受信素子１１が受信する。
つまり、受信部１０の各受信素子１１は受信した超音波を電気信号に変換する。
【００６６】
そこで、発信部３１が発信した超音波と、受信部１０の各受信素子１１が受信した超音波とを比較し、その音圧差，時間差，位相差を求めることにより、その各差に基づいて、検出対象物の位置測定、超音波センサＭと検出対象物との距離測定、検出対象物の２次元形状または３次元形状の測定などを行うことができる。
【００６７】
［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
【００６８】
［１−１］
各受信素子１１が形成された基板１２の前方側には保護膜１４が設けられ、その保護膜１４と基板１２との間には空隙Ｓが設けられている。
そのため、超音波センサＭの受信部１０に外力が加わっても、その外力は保護膜１４に印加されるだけで、基板１２上に形成された薄い各層２２〜２６には外力が直接印加されない。
【００６９】
従って、第１実施形態によれば、薄い各層２２〜２６の機械的強度が低い場合でも、各層２２〜２６の破損を防止して受信部１０を故障し難くすることが可能になり、丈夫な受信部１０を得ることができる。
また、発信部３１の発信素子は受信素子１１と同じ構造であるため、各層２２〜２６の破損を防止して発信部３１を故障し難くすることが可能になり、丈夫な発信部３１を得ることができる。
そのため、受信部１０および発信部３１を備えた超音波センサＭは、そのまま自動車の外装品として搭載することができる。尚、超音波センサＭを自動車の外装品として搭載する場合には、保護膜１４として耐候性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属（アルミニウム合金など），各種合成樹脂，ガラス，ゴムなどがある。
【００７０】
［１−２］
保護膜１４と基板１２との間の空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルのいずれかの充填材料を充填した場合には、その充填材料の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜１４の振動を当該充填材料を介して各受信素子１１へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子１１の受信感度を高めることができる。
尚、物質の音響インピーダンスは、その物質の密度と伝搬音速との積である。そして、物質間の音響インピーダンスが異なるほど、その物質間における音波の伝搬特性は悪化する。つまり、空隙Ｓの充填材料と保護膜１４の音響インピーダンスが異なるほど、超音波は保護膜１４で反射して充填材料に伝搬し難くなる。
【００７１】
そのため、保護膜１４として合成樹脂膜を用いる場合には、当該合成樹脂の微粒子を液体中に分散させたゾルや、当該合成樹脂からなる高分子ゲルを充填材料として用いればよい。また、充填材料は受信素子１１を侵さないものである必要がある。このような要求を満たす充填材料として、例えば、シリコンゲルやフッ素ゲルなどがある。
【００７２】
尚、空隙Ｓに充填材料を充填するには、収容部材１３に保護膜１４を取り付けた後に、空隙Ｓから空気を抜きながら充填材料を注入すればよい。
また、収容部材１３に基板１２を収容し、その基板１２上に収容部材１３の上方開口部から充填材料を流し込んだ後に、収容部材１３に保護膜１４を取り付けてもよい。
また、スピンコート法を用い、基板１２上に充填材料を滴下した後に基板１２を回転させ、基板１２表面に充填材料の薄膜を形成した後に、その基板１２を収容部材１３に収容してもよい。
【００７３】
ちなみに、空隙Ｓに各種気体（空気、不活性ガスなど）を充填した場合には、保護膜１４に比べて気体の音響インピーダンスは非常に小さいため、保護膜１４の振動が受信素子１１へ十分に伝搬せず、各受信素子１１の受信感度が低くなるおそれがある。
また、空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルなどの充填材料を充填した場合には、空隙Ｓに空気が残っていると保護膜１４の振動が受信素子１１へ伝搬し難くなるため、空隙Ｓから空気を完全に除去して充填材料で満たすことが望ましい。
【００７４】
そして、発信部３１の発信素子は受信素子１１と同じ構造であるため、保護膜１４と基板１２との間の空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルのいずれかの充填材料を充填した場合には、その充填材料の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、発信素子の振動を当該充填材料を介して保護膜１４へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を高めることができる。
【００７５】
また、空隙Ｓに各種気体を充填した場合には、保護膜１４に比べて気体の音響インピーダンスは非常に小さいため、発信素子の振動が保護膜１４へ十分に伝搬せず、発信素子の発信出力が低くなるおそれがある。
また、空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルなどの充填材料を充填した場合には、空隙Ｓに空気が残っていると発信素子の振動が保護膜１４へ伝搬し難くなるため、空隙Ｓから空気を完全に除去して充填材料で満たすことが望ましい。
【００７６】
［１−３］
図３に示す例では９個の受信素子１１（圧電素子Ｅ）からなる受信部１０を備えているが、受信部１０を構成する各受信素子１１の個数は検出対象物の前記測定（位置測定、距離測定、形状測定）の精度に対応し、受信素子１１の個数を増やすほど当該精度を高くすることができる。
また、各受信素子１１の配置間隔は、発信部３１の発信する超音波の波長よりも短い距離に設定する必要がある。そして、各受信素子１１の配置間隔は前記測定精度に対応する。
そのため、受信素子１１の個数および配置間隔は、必要な前記測定精度に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
【００７７】
例えば、検出対象物が超音波センサＭに対してどの方向に位置するかを測定するだけであれば、数個の受信素子１１を設ければよい。しかし、検出対象物の正確な２次元形状を測定するとなると数十〜数百個以上の受信素子１１を設ける必要があり、正確な３次元形状を測定するとなるとそれ以上の受信素子１１を設ける必要がある。
【００７８】
［１−４］
図３に示す例では１個の発信素子からなる発信部３１を備えているが、発信部３１を構成する発信素子の個数は超音波の発信出力（音響出力）に対応し、その発信素子の個数を増やすほど発信出力を大きくすることができる。
また、発信部３１を構成する発信素子の配置状態を適宜設定することにより、超音波の発信方向の指向性を調節することができる。
そのため、発信部３１を構成する発信素子の個数および配置状態は、必要な発信出力および指向性に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
【００７９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の超音波センサＭにおける受信部４０を示す概略縦断面図である。
第２実施形態の受信部４０において、第１実施形態の受信部１０と異なるのは、保護膜１４が省かれ、その代わりに、各受信素子１１の受信面１１ａ上に薄板状の保護部材４１が取付固定されている点だけである。
つまり、受信部４０では、各受信素子１１の前面側に保護部材４１が取付固定されている。そして、各受信素子１１の保護部材４１の間には間隙Ｋが設けられ、その間隙Ｋにより各保護部材４１は各受信素子１１毎に分離されている。
尚、第２実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部４０に置き換えたものである。
【００８０】
［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、第１実施形態の前記［１−３］［１−４］と同様の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【００８１】
［２−１］
各受信素子１１の受信面１１ａ上に薄板状の保護部材４１が取付固定されているため、超音波によって保護部材４１が振動すると、その保護部材４１の振動は受信面１１ａの各層２２〜２６（図４では図示略。図２参照）に伝搬され、強誘電体の薄膜層２５が振動して圧電効果により電気信号が生成される。
ここで、受信面１１ａの各層２２〜２６は保護部材４１によって補強されているため、超音波センサＭの受信部４０に外力が加わっても、薄い各層２２〜２６の破損を防止して受信部４０を故障し難くすることが可能になり、丈夫な受信部４０を得ることができる。
【００８２】
そして、発信部３１を受信部４０と同じ構造にし、発信素子の発信面上に薄板状の保護部材４１を取付固定した場合には、薄膜層２５が圧電効果により振動すると、その薄膜層２５の振動は保護部材４１に伝搬され、保護部材４１が振動して超音波が発信される。
ここで、発信素子の発信面の各層２２〜２６は保護部材４１によって補強されているため、超音波センサＭの発信部３１に外力が加わっても、薄い各層２２〜２６の破損を防止して発信部３１を故障し難くすることが可能になり、丈夫な発信部３１を得ることができる。
【００８３】
［２−２］
受信部４０および発信部３１は丈夫なため、受信部４０および発信部３１を備えた超音波センサＭは、そのまま自動車の外装品として搭載することができる。尚、超音波センサＭを自動車の外装品として搭載する場合には、保護部材４１として耐候性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属（アルミニウム合金など），各種合成樹脂，ガラス，ゴムなどがある。
尚、各受信素子１１の受信面１１ａ（発信素子の発信面）上に保護部材４１を取付固定するには、どのような方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）を用いてもよい。
【００８４】
［２−３］
各受信素子１１の保護部材４１の間には間隙Ｋが設けられ、その間隙Ｋにより各保護部材４１は各受信素子１１毎に分離されている。そのため、１つの保護部材４１の振動は、当該保護部材４１が取付固定された受信素子１１にだけ伝搬し、隣接する保護部材４１を介して他の受信素子１１には伝搬しない。
従って、第２実施形態によれば、超音波の受信を各受信素子１１間で完全に分離して行うことが可能になり、各受信素子１１のクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
【００８５】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の超音波センサＭにおける受信部５０を示す概略縦断面図である。
第３実施形態の受信部５０において、第１実施形態の受信部１０と異なるのは、分離部材５１および分離溝５２が設けられている点だけである。
各分離部材５１の下端部は、各受信素子１１間の基板１２に形成された各分離溝５２に埋め込まれている。また、各分離部材５１の上端部は、空隙Ｓおよび保護膜１４を分離している。
【００８６】
すなわち、図５に示す例では、３個の受信素子１１Ａ〜１１Ｃ間の基板１２に形成された各分離溝５２に各分離部材５１の下端部が埋め込まれ、各分離部材５１および各分離溝５２によって受信素子１１Ａ〜１１Ｃが分離されている。
そして、各受信素子１１Ａ〜１１Ｃの上方（前方）にそれぞれ位置する各空隙ＳＡ〜ＳＣおよび保護膜１４Ａ〜１４Ｃについても、各分離部材５１によって各受信素子１１Ａ〜１１Ｃ毎に分離されている。
尚、第３実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部５０に置き換えたものである。
【００８７】
［第３実施形態の作用・効果］
第３実施形態によれば、第１実施形態の前記作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【００８８】
［３−１］
各受信素子１１と、その受信素子１１の上方（前方）に位置する空隙Ｓおよび保護膜１４とは、各分離部材５１および各分離溝５２によって各受信素子１１毎に分離されている。そのため、分離された１つの保護膜１４Ａの振動は、その保護膜１４Ａの下方に位置する空隙ＳＡを介して受信素子１１Ａにだけ伝搬し、その他の受信素子１１Ｂ，１１Ｃには伝搬しない。
【００８９】
従って、第３実施形態によれば、超音波の受信を各受信素子１１Ａ〜１１Ｃ間で完全に分離して行うことが可能になり、各受信素子１１Ａ〜１１Ｃのクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
尚、隣接する複数個の受信素子１１を１グループとし、そのグループ毎に各分離部材５１および各分離溝５２を設けて当該グループを他のグループから分離してもよい。
【００９０】
［３−２］
各分離部材５１は、上下方向に配置されて１グループとなる保護膜１４Ａ，空隙ＳＡ，受信素子１１Ａの振動が、隣接する他のグループの部材（保護膜１４Ｂ，１４Ｃ、空隙ＳＢ，ＳＣ、受信素子１１Ｂ，１１Ｃ）へ伝搬しないように、当該振動を確実に遮断しなければならない。
そのため、各分離部材５１には振動遮断性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、ゴムなどがある。
【００９１】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の超音波センサＭにおける受信部６０を示す概略縦断面図である。
第４実施形態の受信部６０において、第３実施形態の受信部５０と異なるのは、収容部材１３の底面における各受信素子１１の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材１３の外部とを連通する通気孔６１が形成されている点だけである。
【００９２】
尚、第４実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部６０に置き換えたものである。
但し、受信部６０をセンサ基板３２上に取付固定した際に各通気孔６１が塞がれないように、受信部６０とセンサ基板３２との間に間隙を設けておく必要があり、具体的には、受信部６０とセンサ基板３２の間にスペーサを設けたり、センサ基板３２における各通気孔６１に合致する箇所に溝や通気孔を設ければよい。
【００９３】
［第４実施形態の作用・効果］
第４実施形態によれば、第３実施形態の前記作用・効果に加えて、各受信素子１１の受信面１１ａの各層２２〜２６（図６では図示略。図２参照）の振動が阻害されないため、各受信素子１１の受信感度の低下を防止できる。
【００９４】
すなわち、収容部材１３に各通気孔６１が設けられていない場合には、基板１２と収容部材１３とに囲まれた空隙Ｒが密閉空間となり、その密閉空間を満たす空気がバネとして作用し、各受信素子１１の受信面１１ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されるため、受信面１１ａの各層２２〜２６の自由な振動が阻害され、各受信素子１１の受信感度が低下するおそれがある。
【００９５】
それに対して、第４実施形態では、各通気孔６１を空気が通過するため、各受信素子１１の受信面１１ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、受信面１１ａの各層２２〜２６は自由に振動可能となる。
尚、各通気孔６１の個数、配置箇所、寸法形状は、前記作用・効果が十分に得られるようにカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
【００９６】
そして、発信部３１を受信部６０と同じ構造にし、発信部３１の収容部材１３に各通気孔６１を設けた場合には、各通気孔６１を空気が通過するため、発信素子の発信面の背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、発信面の各層２２〜２６は自由に振動可能となり振動が阻害されないことから、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
【００９７】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態の超音波センサＭにおける受信部７０を示す概略縦断面図である。
第５実施形態の受信部７０において、第１実施形態の受信部１０と異なるのは、収容部材１３の側壁に、空隙Ｓと収容部材１３の外部とを連通する通気孔７１が形成されている点だけである。
【００９８】
尚、第５実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部７０に置き換えたものである。
但し、受信部７０をセンサ基板３２上に取付固定した際に通気孔７１の開口部が上方を向くように、収容部材１３における通気孔７１が形成されている側の対面側の側壁をセンサ基板３２上に取付固定する必要がある。
【００９９】
［第５実施形態の作用・効果］
第５実施形態によれば、第１実施形態の前記作用・効果に加えて、空隙Ｓに液体，ゾル，ゲルなどの充填材料を充填したとき、その充填材料に気泡が含まれている場合に、その気泡を通気孔７１から空隙Ｓの外部へ排出することができる。
すなわち、空隙Ｓの充填材料に気泡が含まれている場合には、その気泡により保護膜１４の振動が受信素子１１へ伝搬し難くなる。
それに対して、第５実施形態では、通気孔７１から気泡が排出されるため、空隙Ｓを充填材料で満たすことが可能になり、空隙Ｓの充填材料に含まれている気泡による各受信素子１１の受信感度の低下を防止できる。
【０１００】
そして、発信部３１を受信部７０と同じ構造にし、発信部３１の収容部材１３に通気孔７１を設けた場合には、空隙Ｓの充填材料に含まれている気泡が通気孔７１から排出されるため、空隙Ｓを充填材料で満たすことが可能になり、発信素子の振動を当該充填材料を介して保護膜１４へ確実に伝搬させることにより、発信素子の発信出力の低下を防止できる。
【０１０１】
（第６実施形態）
図８は、第６実施形態の超音波センサＭにおける受信部８０を示す概略縦断面図である。
第６実施形態の受信部８０において、第１実施形態の受信部１０と異なるのは、各受信素子１１の受信面１１ａと保護膜１４とを、各受信素子１１毎に独立して連結する柱状の伝達部材８１が空隙Ｓ内に設けられている点だけである。
尚、第６実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部８０に置き換えたものである。
【０１０２】
［第６実施形態の作用・効果］
第６実施形態によれば、第１実施形態の前記［１−１］［１−３］［１−４］の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０１０３】
［６−１］
超音波によって保護膜１４が振動すると、その保護膜１４の振動は各伝達部材８１を介して各受信素子１１へ伝搬される。
ここで、各伝達部材８１は各受信素子１１毎に設けられているため、任意の伝達部材８１の振動が他の伝達部材８１に伝搬することはなく、超音波の受信を各受信素子１１間で分離して行うことが可能になり、各受信素子１１のクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
【０１０４】
そして、各伝達部材８１の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜１４の振動を各伝達部材８１へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子１１の受信感度を高めることができる。
また、各伝達部材８１の音響インピーダンスを各受信素子１１の上部電極層２６（図８では図示略。図２参照）の音響インピーダンスに近づけることにより、各伝達部材８１の振動を上部電極層２６へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子１１の受信感度を高めることができる。
従って、伝達部材８１は、保護膜１４または上部電極層２６と同一材料で形成することが望ましい。
【０１０５】
そして、発信部３１を受信部８０と同じ構造にし、発信素子の発信面と保護膜１４とを連結する伝達部材８１を設けた場合には、伝達部材８１の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、伝達部材８１の振動を保護膜１４へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
また、伝達部材８１の音響インピーダンスを発信素子の上部電極層２６の音響インピーダンスに近づけることにより、発信素子の上部電極層２６の振動を伝達部材８１へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
【０１０６】
［６−２］
各受信素子１１のクロストーク特性の悪化を防止するには、任意の伝達部材８１の振動が空隙Ｓの充填材料を介して他の伝達部材８１に伝搬しないようにする必要がある。
従って、第６実施形態では、空隙Ｓを真空状態にするのが最も望ましい。
第６実施形態において、空隙Ｓに充填材料を充填する場合には、その充填材料として、音響インピーダンスが小さな気体を用いるか、振動吸収性の高い材料（例えば、粘性の高いゲルなど）を用いればよい。
【０１０７】
（第７実施形態）
図９は、第７実施形態の超音波センサＭにおける受信部９０を示す概略縦断面図である。
第７実施形態の受信部９０において、第３実施形態の受信部５０と異なるのは、保護膜１４の外側に音響ホーン９１が設けられている点だけである。
各音響ホーン９１は、スロート部９１ａから開口部９１ｂに向かって横断面積が徐々に増大するように形成されている。
【０１０８】
各音響ホーン９１は各受信素子１１毎に設けられている。
各音響ホーン９１のスロート部９１ａは、各受信素子１１の上方（前方）に位置する保護膜１４上に配置されている。つまり、各音響ホーン９１のスロート部９１ａは各受信素子１１の前面側に配置されている。
各音響ホーン９１において、スロート部９１ａの外周のホーン壁部材９１ｃは、各分離部材５１の上端部に取付固定されている。
【０１０９】
すなわち、図９に示す例では、３個の受信素子１１Ａ〜１１Ｃ毎に各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃが設けられ、各受信素子１１Ａ〜１１Ｃの上方（前方）に位置する各保護膜１４Ａ〜１４Ｃ上に各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃのスロート部９１ａが配置されている。
尚、第７実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部９０に置き換えたものである。
【０１１０】
［第７実施形態の作用・効果］
第７実施形態によれば、第３実施形態の前記作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０１１１】
［７−１］
各受信素子１１毎に各音響ホーン９１を設けることにより、各受信素子１１に超音波の受信方向の指向性を付与することができる。
すなわち、各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃは、そのホーン軸α〜γの軸上に鋭い指向性を有する。
【０１１２】
そのため、図９（Ａ）に示すように、各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃを同一寸法形状に形成することにより、各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃのホーン軸α〜γを同一方向に設定した場合には、各受信素子１１Ａ〜１１Ｃの指向性についても同一方向に揃えることができる。
また、図９（Ｂ）に示すように、各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃの寸法形状を変えることにより、各音響ホーン９１Ａ〜９１Ｃのホーン軸α〜γを任意の異なる方向に設定した場合には、各受信素子１１Ａ〜１１Ｃの指向性についても任意の方向に設定することができる。
【０１１３】
そして、発信部３１を受信部９０と同じ構造にし、保護膜１４の外側に音響ホーン９１を設けた場合には、発信素子に超音波の発信方向の指向性を付与することができる。
【０１１４】
［７−２］
各音響ホーン９１において、スロート部９１ａの外周のホーン壁部材９１ｃは、各分離部材５１の上端部に取付固定されている。
従って、各音響ホーン９１を設けても各保護膜１４Ａ〜１４Ｃの振動が阻害されないため、各受信素子１１の受信感度の低下を防止できる。
尚、各音響ホーン９１のホーン壁部材９１ｃは、超音波によって振動し難い十分な強度を有した材料を用いて形成する必要があり、そのような材料として、例えば、各種金属や各種合成樹脂などがある。
【０１１５】
そして、発信部３１を受信部９０と同じ構造にし、保護膜１４の外側に音響ホーン９１を設けた場合には、スロート部９１ａの外周のホーン壁部材９１ｃが各分離部材５１の上端部に取付固定され、音響ホーン９１を設けても保護膜１４の振動が阻害されないため、発信素子の発信出力の低下を防止できる。
【０１１６】
（第８実施形態）
図１０は、第８実施形態の超音波センサＭにおける受信部１００を示す概略縦断面図である。
第８実施形態の受信部１００において、第６実施形態の受信部８０と異なるのは、第７実施形態の受信部９０と同様に、保護膜１４の外側に音響ホーン９１が設けられている点だけである。
但し、第８実施形態では、各音響ホーン９１において、スロート部９１ａの外周のホーン壁部材９１ｃが保護膜１４上に取付固定されている。
【０１１７】
尚、第８実施形態の超音波センサＭの構成は、図３に示す第１実施形態の超音波センサＭの受信部１０を受信部１００に置き換えたものである。
従って、第８実施形態によれば、第６実施形態の前記作用・効果に加えて、第７実施形態の前記［７−１］の作用・効果を得ることができる。
【０１１８】
（第１〜第８実施形態の変更例）
ところで、第１〜第８実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【０１１９】
［１］
第１〜第８実施形態の受信部１０〜１００は、複数個の圧電式受信素子１１から構成されている。
しかし、各圧電式受信素子１１をそれぞれ静電容量式受信素子１１１に置き換え、複数個の静電容量式受信素子１１１により受信部１０〜１００を構成してもよい。
【０１２０】
図１１は、１個の静電容量式受信素子１１１を示す拡大概略縦断面図である。
基板１２の表面上には絶縁層１１２が形成され、絶縁層１１２の表面上には固定電極層１１３が形成され、固定電極層１１３の表面上には間隙Ｐを介して可動電極層１１４が形成されている。
各電極層１１３，１１４の周囲には絶縁層１１５が形成され、絶縁層１１５および可動電極層１１４の表面（デバイス表面）は平坦化されている。
各電極層１１３，１１４にはそれぞれボンディングワイヤ２８，２９が接続されている。
【０１２１】
このように、間隙Ｐを設けて薄い２つの電極層１１３，１１４が対向した構造の静電容量素子Ｆが形成され、このＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量素子Ｆにより受信素子１１１が構成されている。
また、可動電極層１１４の表面により受信素子１１１の受信面１１１ａが形成されている。
そして、超音波によって可動電極層１１４が振動すると各電極層１１３，１１４間の距離が変化して静電容量も変化する。そこで、各ボンディングワイヤ２８，２９に接続された変換回路（図示略）を用い、各電極層１１３，１１４間の静電容量の変化を電気信号に変換する。
【０１２２】
以上のように、複数個の静電容量式受信素子１１１により受信部１０〜１００を構成した場合でも、圧電式受信素子１１により受信部１０〜１００を構成した場合と同様に、薄い可動電極層１１４の機械的強度が低い場合でも、可動電極層１１４の破損を防止して受信部１０〜１００を故障し難くすることが可能になり、丈夫な受信部１０〜１００を得ることができる。
【０１２３】
［２］
第１〜第８実施形態の発信部３１は、圧電式受信素子１１と同じ構造の圧電式発信素子から構成されている。
しかし、発信部３１は、図１０に示す静電容量式受信素子１１１と同じ構造の静電容量式発信素子により構成してもよく、その場合には、各電極層１１３，１１４に印加された入力信号に応じて、各電極層１１３，１１４間に静電引力が発生し、その静電引力により可動電極層１１４が振動して超音波を発生する。
尚、この場合、受信素子１１１の受信面１１１ａは、発信素子から超音波を発信する発信面として機能する。
【０１２４】
［３］
第１〜第８実施形態において、基板１２と収容部材１３とに囲まれた空隙Ｒには空気が満たされている。
しかし、空隙Ｒに各層２２〜２６の過剰な振動を抑制するような材料（例えば、液体、ゾル、ゲルなど）を充填しておけば、各層２２〜２６が過剰に振動して破損するのを防止できる。
【０１２５】
［４］
第１〜第８実施形態の超音波センサＭは、絶縁板材からなるセンサ基板３２上にチップ部品である受信部１０〜１００および発信部３１が取付固定されたハイブリッドＩＣによって構成されている。
しかし、超音波センサＭは、１個の基板１２上に受信部１０〜１００と発信部３１とが形成されたモノリシックＩＣによって構成してもよく、このようにすれば超音波センサＭを更に小型軽量化することができる。
その場合には、基板１２上に並べて形成された複数個の受信素子１１のうち任意の１個または複数個を発信部３１の発信素子として機能させるようにしてもよい。
【０１２６】
図１２は、超音波センサＴを示す概略斜視図である。
超音波センサＴは、１個の基板１２（図１２では図示略。図１３〜１７参照）上に受信部１０、４０，５０，８０，９０，１００と発信部Ｕとが形成されたモノリシックＩＣと、ボンディングワイヤ２８，２９、センサ基板３２、電極パッド３３から構成されている。
そのため、超音波センサＴは、超音波センサＭよりも更に小型軽量化されている。
【０１２７】
発信部Ｕは１個の発信素子Ｗから構成され、発信素子Ｗは受信部１０、４０，５０，８０，９０，１００を構成する各受信素子１１と同じ構造である。
発信素子Ｗから引き出された各ボンディングワイヤ２８，２９の先端部は、受信素子１１と同様に、各電極パッド３３に接続されている。
そして、受信素子１１と同一構造の発信素子Ｗでは、受信素子１１の受信面１１ａ（図１２では図示略。図１３〜１７参照）に該当する発信面Ｗａ（同じく図示略）から超音波を発信する。
【０１２８】
尚、図１２に示す例では、１個の基板１２（図示略）上にて縦横方向に３個ずつ並べて形成された同一構造の９個の素子のうち、コーナー部分に配置された１個の素子を発信素子Ｗとして機能させ、他の８個の素子を受信素子１１として機能させている。
しかし、基板１２上に並べて形成された同一構造の複数個の素子のうち、任意の複数個を発信素子Ｗとして機能させてもよい。
【０１２９】
図１３は、第２実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部４０および発信部Ｕを示す概略縦断面図である。
【０１３０】
図１４は、第３実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部５０および発信部Ｕを示す概略縦断面図である。
【０１３１】
図１５は、第６実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部８０および発信部Ｕを示す概略縦断面図である。
【０１３２】
図１６は、第７実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部９０および発信部Ｕを示す概略縦断面図である。
【０１３３】
図１７は、第８実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部１００および発信部Ｕを示す概略縦断面図である。
【０１３４】
（第９実施形態）
図１８は、第９実施形態の超音波センサＮにおける受信部２００を示す概略縦断面図である。
受信部２００は、アレイ状に並べて配置された複数個の圧電式受信素子２０１から構成されている。尚、図１８に示す例では、３個の受信素子２０１の概略縦断面を示す。
各受信素子２０１は、ＳＯＩ構造の単結晶シリコン基板（単結晶シリコンチップ）２０２上に形成されている。
【０１３５】
基板２０２はセンサ基板３２上に配置され、基板２０２の周囲は矩形状の枠部材２０３によって囲まれ、基板２０２の外周縁部は枠部材２０３の内壁部に対して適宜な方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）によって取付固定され、基板２０２の外周縁部と枠部材２０３との接続部分の気密化が図られている。
【０１３６】
枠部材２０３の下端部はセンサ基板３２に対して前記適宜な方法によって取付固定され、枠部材２０３の下端部とセンサ基板３２との接続部分の気密化が図られている。
そして、枠部材２０３およびセンサ基板３２により、上方が開口された直方体箱状の収容部材２０４が形成されている。
つまり、基板２０２は、上方が開口された直方体箱状の収容部材２０４内に収容されている。
そして、各受信素子２０１は超音波を受信する受信面２０１ａを収容部材２０４の開口部２０４ａ側に向けて配置されている。また、各受信素子２０１の受信面２０１ａは同一平面上に配置されている。
【０１３７】
収容部材２０４の開口部２０４ａには、その開口部２０４ａを塞ぐための保護膜１４が貼られている。つまり、保護膜１４は各受信素子２０１の前面側に設けられている。
保護膜１４の外周縁部は、枠部材２０３の内周縁部（収容部材２０４の開口部２０４ａの内周縁部）に対して前記適宜な方法によって取付固定され、保護膜１４の外周縁部と枠部材２０３との接続部分の気密化が図られている。
【０１３８】
保護膜１４と基板２０２との間には空隙Ｓが設けられており、空隙Ｓには、気体，液体，ゾル，ゲルなどが充填されている。
基板２０２の背面側（裏面側）と収容部材２０４（枠部材２０３およびセンサ基板３２）とに囲まれた空隙Ｒには空気が満たされている。
【０１３９】
図１９は、１個の圧電式受信素子２０１を示す拡大概略縦断面図である。
基板２０２には、その基板２０２の表裏を貫通する貫通孔２０２ａが形成されている。
基板２０２の背面側において、基板２０２の表面上には、絶縁層２１、シリコン活性層２２、絶縁層２３がこの順番で形成されており、各層２２，２３は貫通孔２０２ａの下部を塞ぐように形成されている。
【０１４０】
基板２０２の背面側において、貫通孔２０２ａの下方（後方）に位置する絶縁層２３の表面上には、下部電極層２４、強誘電体（例えば、ＰＺＴなど）の薄膜層２５、上部電極層２６がこの順番で形成されている。
センサ基板３２はプリント配線基板であり、センサ基板３２の表面上には配線層２０５，２０６が形成されている。
下部電極層２４と配線層２０５とはバンプ２０７によって接続され、上部電極層２６と配線層２０６とはバンプ２０８によって接続されている。
尚、各バンプ２０７，２０８は、各種導電材料（ハンダ，金，銅，ニッケルなどの金属、導電性接着剤など）を用いて適宜な方法（メッキ法、スタッド法など）により形成すればよい。
【０１４１】
このように、強誘電体の薄膜層２５を薄い２つの電極層２４，２６で挟設した構造の圧電素子（圧電センサ）Ｅが形成され、このＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子Ｅにより受信素子２０１が構成されている。
また、貫通孔２０２ａから露出したシリコン活性層２２の表面により受信素子２０１の受信面２０１ａが形成されている。
そして、超音波によって薄膜層２５が振動すると圧電効果により電気信号が生成され、その電気信号は各電極層２４，２６から各バンプ２０７，２０８および各配線層２０５，２０６を介して出力される。
尚、貫通孔２０２ａを設けるのは、各層２２〜２６から構成される振動板を振動させやすくするためである。
【０１４２】
図２０は、超音波センサＮを示す概略斜視図である。
超音波センサＮは、受信部２００、発信部２０９、センサ基板３２を備えたハイブリッドＩＣによって構成されている。
センサ基板３２の表面上には、チップ部品である受信部２００および発信部２０９が取付固定されている。
尚、図２０に示す例では、縦横方向に３個ずつ並べて配置された９個の受信素子２０１から受信部２００が構成されている。
【０１４３】
発信部２０９は、各受信部１０〜１００または受信部２００のいずれかと同じ構成であり、受信素子１１または受信素子２０１と同じ構造の１個の圧電式発信素子を備え、各電極層２４，２６から強誘電体の薄膜層２５に印加される入力信号に応じて、薄膜層２５が圧電効果により振動して超音波を発生する。
発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合、受信素子２０１の受信面２０１ａは、発信素子から超音波を発信する発信面となる。
つまり、発信部２０９の発信素子は電気信号を超音波に変換して発信する
そして、外部からの入力信号に応じて発信部２０９が超音波を発信し、その超音波が検出対象物に反射した反射音を受信部２００の各受信素子２０１が受信する。
つまり、受信部２００の各受信素子２０１は受信した超音波を電気信号に変換する。
【０１４４】
そこで、発信部２０９が発信した超音波と、受信部２００の各受信素子２０１が受信した超音波とを比較し、その音圧差，時間差，位相差を求めることにより、その各差に基づいて、検出対象物の位置測定、超音波センサＮと検出対象物との距離測定、検出対象物の２次元形状または３次元形状の測定などを行うことができる。
【０１４５】
［第９実施形態の作用・効果］
第９実施形態によれば、第１実施形態の前記［１−１］〜［１−４］と同様の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０１４６】
［９−１］
図１〜図３に示す第１実施形態の各受信素子１１では、上部電極層２６の表面が受信面１１ａになる。
それに対して、第９実施形態の各受信素子２０１では、貫通孔２０２ａの底部から露出したシリコン活性層２２の表面が受信面２０１ａになる。
つまり、第９実施形態の各受信素子２０１は、第１実施形態の各受信素子１１の表裏面を裏返して使用していることになる。
【０１４７】
そして、第１実施形態では、収容部材１３内に基板１２が収容されてパッケージ化された受信部１０をセンサ基板３２上に取付固定し、受信部１０を構成する各受信素子１１の各電極層２４，２６とセンサ基板３２上の各電極パッド３３とを、各ボンディングワイヤ２８，２９によって接続している。
つまり、第１実施形態では、ワイヤボンディング接続法を用いて受信部１０（各受信素子１１）をセンサ基板３２上に表面実装しているため、以下の［Ａ］〜［Ｅ］の問題がある。
【０１４８】
［Ａ］各ボンディングワイヤ２８，２９が振動により切断されるおそれがある。特に、超音波センサＭを自動車に搭載する場合には、エンジンの振動や路面からの振動が超音波センサＭに印加されるため、各ボンディングワイヤ２８，２９が切断されやすい。
【０１４９】
［Ｂ］受信部１０をセンサ基板３２上に表面実装する際の製造コストが高い。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子１１と同じ構造にした場合には、発信部２０９をセンサ基板３２上に表面実装する際の製造コストが高い。
【０１５０】
［Ｃ］各受信素子１１の受信面１１ａの上方に各ボンディングワイヤ２８，２９が張り渡された状態になるため、各ボンディングワイヤ２８，２９が障害物となり受信面１１ａへの超音波の到達が阻害され、各受信素子１１の受信感度が低下するおそれがある。
そして、各受信素子１１の受信面１１ａの上方に各ボンディングワイヤ２８，２９が張り渡された状態になるため、各受信素子１１が受信する超音波により、各ボンディングワイヤ２８，２９が切断されやすい。
【０１５１】
また、発信部２０９の発信素子を受信素子１１と同じ構造にした場合には、各ボンディングワイヤ２８，２９が障害物となり発信素子の発信面から超音波が発信されるのが阻害され、発信出力が低下するおそれがある。
そして、発信素子の発信面の上方に各ボンディングワイヤ２８，２９が張り渡された状態になるため、発信素子が発信する超音波により、各ボンディングワイヤ２８，２９が切断されやすい。
【０１５２】
［Ｄ］各ボンディングワイヤ２８，２９の長さ分だけ受信部１０の信号配線のインダクタンスが大きくなるため、受信部１０の生成した電気信号の伝達速度が低下する。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子１１と同じ構造にした場合には、各ボンディングワイヤ２８，２９の長さ分だけ発信部２０９の信号配線のインダクタンスが大きくなるため、発信部２０９への入力信号の伝達速度が遅くなり、発信部２０９の動作速度が低下する。
【０１５３】
［Ｅ］センサ基板３２上に形成された各電極パッド３３の占有面積（レイアウト面積）分だけセンサ基板３２が大きくなるため、超音波センサＭが大型化する。
【０１５４】
それに対して、第９実施形態の各受信素子２０１では、パッケージ化されていないベアチップ（ダイ）である基板２０２を裏返した状態（フェイスダウン）でセンサ基板３２に直接搭載し、基板２０２上に形成された各受信素子２０１の各電極層２４，２６とセンサ基板３２上の各配線層２０５，２０６とを、各バンプ２０７，２０８によって接続している。
つまり、第９実施形態では、フリップチップ接続法により各受信素子２０１をセンサ基板３２上に表面実装しているため、前記［Ａ］〜［Ｅ］の問題を解決でき、以下の［Ｆ］〜［Ｊ］の効果が得られる。
【０１５５】
［Ｆ］受信部２００（各受信素子２０１）とセンサ基板３２とが各バンプ２０７，２０８を介して接続固定されているため、各受信素子２０１とセンサ基板３２との電気的接続を確実に保持可能になり、超音波センサＮの信頼性を高めると共に高寿命化を図ることができる。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合には、発信素子とセンサ基板３２との電気的接続を確実に保持可能になる。
【０１５６】
［Ｇ］受信部２００をセンサ基板３２上に表面実装する際の製造コストを低くできる。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合には、発信部２０９をセンサ基板３２上に表面実装する際の製造コストを低くできる。
【０１５７】
［Ｈ］各受信素子２０１の受信面２０１ａの上方にボンディングワイヤが張り渡されておらず、受信面２０１ａの前面側に障害物が無いため、受信面２０１ａへの超音波の到達が阻害されず、各受信素子１１の受信感度を高めることができる。
そして、各受信素子１１の受信面１１ａの上方にボンディングワイヤが張り渡されていないため、各受信素子１１が受信する超音波により当該ボンディングワイヤが切断されることがない。
【０１５８】
また、発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合には、発信素子の発信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されておらず、発信面の前面側に障害物が無いため、発信面からの超音波の発信が阻害されず、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
そして、発信素子の発信面の上方にボンディングワイヤが張り渡されていないため、発信素子が発信する超音波により当該ボンディングワイヤが切断されることがない。
【０１５９】
［Ｉ］各ボンディングワイヤ２８，２９に比べて各バンプ２０７，２０８のインダクタンスは小さいため、受信部２００の信号配線のインダクタンスが小さくなり、受信部２００の生成した電気信号の伝達速度を速くできる。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合には、発信部２０９の信号配線のインダクタンスが小さくなるため、発信部２０９への入力信号の伝達速度が速くなり、発信部２０９の動作速度を速くできる。
【０１６０】
［Ｊ］センサ基板３２上に各電極パッド３３を設ける必要が無く、各電極パッド３３の占有面積分だけセンサ基板３２が小さくなるため、超音波センサＮを小型軽量化できる。
【０１６１】
［９−２］
基板２０２に形成された貫通孔２０２ａの形状を、シリコン活性層２２によって閉鎖された貫通孔２０２ａの底部から開口部に向かって横断面積が徐々に増大するように形成すれば、貫通孔２０２ａを第７実施形態の音響ホーン９１と同様の音響ホーンとして機能させることができる。尚、この場合には、貫通孔２０２ａの底部が、音響ホーン９１のスロート部９１ａに相当する。
【０１６２】
このようにすれば、各受信素子２０１毎に貫通孔２０２ａからなる音響ホーンを設けることが可能になり、第７実施形態の前記［７−１］と同様に、各受信素子２０１に超音波の受信方向の指向性を付与することができる。
また、発信部２０９の発信素子を受信素子２０１と同じ構造にした場合には、発信素子に超音波の発信方向の指向性を付与することができる。
【０１６３】
そして、第９実施形態によれば、貫通孔２０２ａの形状を適宜形成するだけで音響ホーンとして機能させることが可能であり、第７実施形態のように音響ホーン９１を別部材として設ける必要がないため、第７実施形態の受信部９０および発信部３１に比べて、受信部２００および発信部２０９の製造コストを低くできると共に、受信部２００および発信部２０９を小型軽量化できる。
【０１６４】
（第１０実施形態）
図２１は、第１０実施形態の超音波センサＮにおける受信部２２０を示す概略縦断面図である。
第１０実施形態の受信部２２０において、第９実施形態の受信部２００と異なるのは、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材２０４の外部とを連通する１個または複数個（図示例では３個）の通気孔２２１が形成されている点だけである。
尚、第１０実施形態の超音波センサＮの構成は、図２０に示す第９実施形態の超音波センサＮの受信部２００を受信部２２０に置き換えたものである。
【０１６５】
［第１０実施形態の作用・効果］
第１０実施形態によれば、第９実施形態の前記作用・効果に加えて、各受信素子２０１の受信面２０１ａの各層２２〜２６の振動が阻害されないため、各受信素子２０１の受信感度の低下を防止できる。
【０１６６】
すなわち、センサ基板３２に各通気孔２２１が設けられていない場合には、基板２０２と収容部材２０４（枠部材２０３およびセンサ基板３２）とに囲まれた空隙Ｒが密閉空間となり、その密閉空間を満たす空気がバネとして作用し、各受信素子２０１の受信面２０１ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されるため、受信面２０１ａの各層２２〜２６の自由な振動が阻害され、各受信素子２０１の受信感度が低下するおそれがある。
【０１６７】
それに対して、第１０実施形態では、各通気孔２２１を空気が通過するため、各受信素子２０１の受信面２０１ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、受信面２０１ａの各層２２〜２６は自由に振動可能となる。
尚、各通気孔２２１の個数、配置箇所、寸法形状は、前記作用・効果が十分に得られるようにカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
また、各通気孔２２１の通気性を阻害しないようなフィルタ材（例えば、メッシュフィルタなど）を取付固定してもよい。
【０１６８】
そして、発信部２０９を受信部２２０と同じ構造にし、センサ基板３２における発信部２０９の各発信素子の下方に位置する部分毎に各通気孔２２１を設けた場合には、各通気孔２２１を空気が通過するため、発信素子の発信面の背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、発信面の各層２２〜２６は自由に振動可能となり振動が阻害されないことから、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
【０１６９】
（第１１実施形態）
図２２は、第１１実施形態の超音波センサＬにおける受信部２３０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
図２３は、超音波センサＬを示す概略斜視図である。
第１１実施形態の超音波センサＬにおいて、第９実施形態の超音波センサＮと異なるのは、以下の点だけである。
【０１７０】
［ア］
超音波センサＬは、１個の基板２０２上に受信部２００と発信部２３１とが形成されたモノリシックＩＣによって構成され、超音波センサＮよりも更に小型軽量化されている。
発信部２３１は１個の発信素子２３２から構成され、発信素子２３２は受信部２００を構成する各受信素子２０１と同じ構造である。
そして、受信素子２０１と同一構造の発信素子２３２では、受信素子２０１の受信面２０１ａに該当する発信面２３２ａから超音波を発信する。
【０１７１】
尚、図２３に示す例では、縦横方向に３個ずつ並べて形成された同一構造の９個の素子のうち、コーナー部分に配置された１個の素子を発信素子２３２として機能させ、他の８個の素子を受信素子２０１として機能させている。
しかし、基板１２上に並べて形成された同一構造の複数個の素子のうち、任意の複数個を発信素子２３２として機能させてもよい。
【０１７２】
［イ］
基板２０２と収容部材２０４（枠部材２０３およびセンサ基板３２）とに囲まれた空隙Ｒ内には、各仕切部材２３３が設けられている。
各仕切部材２３３の下端部はセンサ基板３２の上面部に対して適宜な方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）によって取付固定され、各仕切部材２３３の下端部とセンサ基板３２との接続部分の気密化が図られている。また、各仕切部材２３３の上端部は基板２０２上の絶縁層２３の下面部に対して前記適宜な方法によって取付固定され、各仕切部材２３３の上端部と基板２０２との接続部分の気密化が図られている。
そして、各仕切部材２３３は、空隙Ｒ内を各素子２０１，２３２毎に気密化して仕切っている。
【０１７３】
［ウ］
センサ基板３２における各発信素子２３２の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材２０４の外部とを連通する１個または複数個（図示例では３個）の通気孔２２１が形成されている。
尚、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分には、通気孔２２１が形成されていない。
【０１７４】
［第１１実施形態の作用・効果］
第１１実施形態によれば、第９実施形態の前記作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０１７５】
［１１−１］
基板２０２と収容部材２０４（枠部材２０３およびセンサ基板３２）とに囲まれた空隙Ｒを密閉空間にすると、その密閉空間を満たす空気がバネとして作用し、各素子２０１，２３２の各面（受信面、発信面）２０１ａ，２３２ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されるため、各面２０１ａ，２３２ａの各層２２〜２６の自由な振動が阻害されることから、各層２２〜２６から構成される振動板の共振値Ｑが小さくなる。
【０１７６】
それに対して、センサ基板３２に各通気孔２２１が設けられている場合には、各通気孔２２１を空気が通過するため、各素子２０１，２３２の各面２０１ａ，２３２ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されず、各面２０１ａ，２３２ａの各層２２〜２６の自由な振動が阻害されないことから、各層２２〜２６から構成される振動板の共振値Ｑが大きくなる。
【０１７７】
図２４は、振動板の共振値Ｑと周波数ｆの関係である共振特性を示す特性図である。
図２４（Ａ）に示すように、振動板の共振値Ｑのピーク値Ｑａが大きな値をとる場合には、ピーク値Ｑａに対応した１次共振周波数ｆａ，ｆｂを中心とする周波数ｆの変化に対して共振値Ｑが急峻な変化を示す。
図２４（Ｂ）に示すように、振動板の共振値Ｑのピーク値Ｑｂが小さな値をとる場合には、ピーク値Ｑｂに対応した１次共振周波数ｆａ，ｆｂを中心とする周波数ｆの変化に対して共振値Ｑが緩やかな変化を示す。
【０１７８】
振動板の共振値Ｑと発信素子２３２の発信出力との間には正の相関関係があり、共振値Ｑが大きいほど発信出力が高くなる。
ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子または静電容量素子は、超音波の発信出力が小さいため発信素子には不向きである。
そのため、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電式発信素子２３２は、発信出力をできるだけ高くすることが要求され、図２４（Ａ）に示す共振特性をとる必要がある。
【０１７９】
従って、第１１実施形態によれば、センサ基板３２の各通気孔２２１を空気が通過するため、各発信素子２３２の発信面２３２ａの背面側に空気によるダンピング力が印加されることがなく、発信面２３２ａの各層２４〜２６は自由に振動可能となり振動が阻害されないことから、各発信素子２３２を図２４（Ａ）に示す共振特性にして発信出力を大きくすることができる。
【０１８０】
［１１−２］
振動板の共振値Ｑと受信素子２０１の受信感度との間には正の相関関係があり、共振値Ｑが大きいほど受信感度が高くなる。
ここで、各受信素子２０１には、製造プロセスに起因する１次共振周波数のバラツキがある。
【０１８１】
例えば、２個の受信素子２０１が図２４（Ａ）に示す共振特性をとり、一方の受信素子２０１は１次共振周波数ｆａになり、他方の受信素子２０１は１次共振周波数ｆｂになる場合には、各周波数ｆａ，ｆｂにおける受信感度が非常に高くなるものの、各周波数ｆａ，ｆｂの中間の周波数ｆｃにおける受信感度が非常に低くなってしまう。
それに対して、２個の受信素子２０１が図２４（Ｂ）に示す共振特性をとり、一方の受信素子２０１は１次共振周波数ｆａになり、他方の受信素子２０１は１次共振周波数ｆｂになる場合には、各周波数ｆａ，ｆｂにおける受信感度が図２４（Ａ）に比べて低くなるものの、周波数ｆｃにおける受信感度が図２４（Ａ）に比べて高くなる。
【０１８２】
つまり、受信素子２０１の共振値Ｑを大きくすると、受信感度が高くなるものの、その受信感度は周波数の変化に対して急峻な特性になるため、１次共振周波数から僅かでも離れた周波数における受信感度が急激に低下する。
逆に、受信素子２０１の共振値Ｑを小さくすると、受信感度が低くなるものの、その受信感度は周波数の変化に対して緩やかな特性になるため、１次共振周波数から離れた周波数における受信感度があまり低下しない。
【０１８３】
ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子または静電容量素子は、超音波の受信感度が高いため受信素子として好適である。
そのため、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電式受信素子２０１は、１次共振周波数における受信感度を高くすることよりも、広い周波数範囲で受信感度をできるだけ高くすることが要求され、図２４（Ｂ）に示す共振特性をとる必要がある。
【０１８４】
従って、第１１実施形態によれば、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分に通気孔２２１が形成されていないため、各受信素子２０１の受信面２０１ａの背面側に空気によるダンピング力が印加され、受信面２０１ａの各層２４〜２６の振動が阻害されることから、各受信素子２０１を図２４（Ｂ）に示す共振特性して広い周波数範囲で受信感度をできるだけ高くすることができる。
【０１８５】
［１１−３］
各受信素子２０１の下方に位置する空隙Ｒに各層２２〜２６の振動を抑制するような材料（例えば、液体、ゾル、ゲルなど）を充填することにより、空隙Ｒに空気が満たされている場合に比べて、各層２２〜２６から構成される振動板の共振値Ｑを小さくすることができる。
【０１８６】
従って、各受信素子２０１の下方に位置する空隙Ｒの充填材料を適宜選択すれば、各受信素子２０１の構造を変えることなく、所望の共振特性を得ることができる。
また、空隙Ｒに各層２２〜２６の過剰な振動を抑制するような材料を充填しておけば、各層２２〜２６が過剰に振動して破損するのを防止できる。
【０１８７】
尚、各受信素子２０１の下方に位置する空隙Ｒの充填材料は、前記［１１−２］の作用・効果が十分に得られるようにカット・アンド・トライで実験的に最適な材料を見つければよい。
また、第１，第３，第５〜第８実施形態においても、空隙Ｒの充填材料を適宜選択すれば、各受信素子１１の構造を変えることなく、所望の共振特性を得ることができる。
【０１８８】
（第１２実施形態）
図２５は、第１２実施形態の超音波センサＮにおける受信部２４０を示す概略縦断面図である。
第１２実施形態の受信部２４０において、第９実施形態の受信部２００と異なるのは、分離部材２４１が設けられている点だけである。
各分離部材２４１の下端部は、各受信素子２０１間の基板２０２に対して適宜な方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）によって取付固定され、各分離部材２４１の下端部と基板２０２との接続部分の気密化が図られている。
各分離部材２４１の上端部は、空隙Ｓおよび保護膜１４を分離している。
【０１８９】
すなわち、図２５に示す例では、３個の受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ間の基板２０２に各分離部材２４１の下端部が取付固定されている。
そして、各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃの上方（前方）にそれぞれ位置する各空隙ＳＡ〜ＳＣおよび保護膜１４Ａ〜１４Ｃは、各分離部材２４１によって各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ毎に分離されている。
尚、第１２実施形態の超音波センサＮの構成は、図２０に示す第９実施形態の超音波センサＮの受信部２００を受信部２４０に置き換えたものである。
【０１９０】
［第１２実施形態の作用・効果］
第１２実施形態によれば、第９実施形態の前記作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０１９１】
［１２−１］
各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃの上方（前方）に位置する空隙ＳＡ〜ＳＣおよび保護膜１４Ａ〜１４Ｃとは、各分離部材２４１によって各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ毎に分離されている。そのため、分離された１つの保護膜１４Ａの振動は、その保護膜１４Ａの下方に位置する空隙ＳＡを介して受信素子２０１Ａにだけ伝搬し、その他の受信素子２０１Ｂ，２０１Ｃには伝搬しない。
【０１９２】
従って、第１２実施形態によれば、超音波の受信を各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ間で分離して行うことが可能になり、各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃのクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
尚、隣接する複数個の受信素子２０１を１グループとし、そのグループ毎に各分離部材２４１を設けて当該グループを他のグループから分離してもよい。
【０１９３】
［１２−２］
各分離部材２４１は、上下方向に配置されて１グループとなる保護膜１４Ａおよび空隙ＳＡの振動が、隣接する他のグループの部材（保護膜１４Ｂ，１４Ｃ、空隙ＳＢ，ＳＣ）へ伝搬しないように、当該振動を確実に遮断しなければならない。
そのため、各分離部材２４１には振動遮断性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、ゴムなどがある。
【０１９４】
［１２−３］
図２６は、第１２実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２４０を示す概略縦断面図である。
図２６に示す第１変更例において、図２５に示す第１２実施形態と異なるのは、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材２０４の外部とを連通する各通気孔２２１が形成されている点だけである。
つまり、第１２実施形態の第１変更例は、第１２実施形態と第１０実施形態とを組み合わせたものであり、第１２実施形態の前記作用・効果に加えて、第１０実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０１９５】
［１２−４］
図２７は、第１２実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２４０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
図２７に示す第２変更例において、図２５に示す第１２実施形態と異なるのは、第１１実施形態の前記［ア］〜［ウ］と同様の点だけである。
つまり、第１２実施形態の第２変更例は、第１２実施形態と第１１実施形態とを組み合わせたものであり、第１２実施形態の前記作用・効果に加えて、第１１実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０１９６】
（第１３実施形態）
図２８は、第１３実施形態の超音波センサＮにおける受信部２５０を示す概略縦断面図である。
第１３実施形態の受信部２５０において、第９実施形態の受信部２００と異なるのは、分離部材２５１が設けられている点だけである。
各分離部材２５１の下端部は、センサ基板３２の上面部に対して適宜な方法（例えば、熱溶着法、超音波溶着法、接着剤を用いる接着法など）によって取付固定され、各分離部材２５１の下端部とセンサ基板３２との接続部分の気密化が図られている。
各分離部材２５１の上端部は、空隙Ｓおよび保護膜１４を分離している。
【０１９７】
すなわち、図２８に示す例では、３個の受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ間のセンサ基板３２の上面部に各分離部材２５１の下端部が取付固定され、各分離部材２５１によって受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃが分離されている。
そして、各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃの上方（前方）にそれぞれ位置する各空隙ＳＡ〜ＳＣおよび保護膜１４Ａ〜１４Ｃについても、各分離部材２５１によって各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ毎に分離されている。
【０１９８】
つまり、第９実施形態の受信部２００は、１個の基板２０２上に受信部２３０の各受信素子２０１が形成されたモノリシックＩＣによって構成されている。
それに対して、第１３実施形態の受信部２５０は、センサ基板３２上にチップ部品である各受信素子２０１が取付固定されたハイブリッドＩＣによって構成されている。
尚、第１３実施形態の超音波センサＮの構成は、図２０に示す第９実施形態の超音波センサＮの受信部２００を受信部２５０に置き換えたものである。
【０１９９】
［第１３実施形態の作用・効果］
第１３実施形態によれば、第９実施形態の前記作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０２００】
［１３−１］
各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃと、その受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃの上方（前方）に位置する空隙ＳＡ〜ＳＣおよび保護膜１４Ａ〜１４Ｃとは、各分離部材２５１によって各受信素子２０１毎に分離されている。そのため、分離された１つの保護膜１４Ａの振動は、その保護膜１４Ａの下方に位置する空隙ＳＡを介して受信素子２０１Ａにだけ伝搬し、その他の受信素子２０１Ｂ，２０１Ｃには全く伝搬しない。
【０２０１】
従って、第１３実施形態によれば、超音波の受信を各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃ間で完全に分離して行うことが可能になり、各受信素子２０１Ａ〜２０１Ｃのクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
尚、隣接する複数個の受信素子２０１を１グループとし、そのグループ毎に各分離部材２５１を設けて当該グループを他のグループから分離してもよい。
【０２０２】
［１３−２］
各分離部材２５１は、上下方向に配置されて１グループとなる保護膜１４Ａ，空隙ＳＡ，受信素子２０１Ａの振動が、隣接する他のグループの部材（保護膜１４Ｂ，１４Ｃ、空隙ＳＢ，ＳＣ、受信素子２０１Ｂ，２０１Ｃ）へ伝搬しないように、当該振動を確実に遮断しなければならない。
そのため、各分離部材２５１には振動遮断性の高い材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、ゴムなどがある。
【０２０３】
［１３−３］
図２９は、第１３実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２５０を示す概略縦断面図である。
図２９に示す第１変更例において、図２８に示す第１３実施形態と異なるのは、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材２０４の外部とを連通する各通気孔２２１が形成されている点だけである。
つまり、第１３実施形態の第１変更例は、第１３実施形態と第１０実施形態とを組み合わせたものであり、第１３実施形態の前記作用・効果に加えて、第１０実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０２０４】
［１３−４］
図３０は、第１３実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２５０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
図３０に示す第２変更例において、図２８に示す第１３実施形態と異なるのは、超音波センサＬと同様に受信部２５０を構成する各受信素子２０１の１個（受信素子２０１Ａ）を発信部２３１を構成する発信素子２３２として機能させている点と、第１１実施形態の前記［イ］［ウ］と同様の点だけであり、分離部材２５１は第１１実施形態の仕切部材２３３として機能する。
つまり、第１３実施形態の第２変更例は、第１３実施形態と第１１実施形態とを組み合わせたものであり、第１３実施形態の前記作用・効果に加えて、第１１実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０２０５】
（第１４実施形態）
図３１は、第１４実施形態の超音波センサＮにおける受信部２６０を示す概略縦断面図である。
第１４実施形態の受信部２６０において、第９実施形態の受信部２００と異なるのは、各受信素子２０１の受信面２０１ａと保護膜１４とを、各受信素子２０１毎に独立して連結する柱状の伝達部材２６１が空隙Ｓ内に設けられている点だけである。
尚、第１４実施形態の超音波センサＮの構成は、図２０に示す第９実施形態の超音波センサＮの受信部２００を受信部２６０に置き換えたものである。
【０２０６】
［第１４実施形態の作用・効果］
第１４実施形態によれば、第９実施形態の前記［９−１］の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を得ることができる。
【０２０７】
［１４−１］
超音波によって保護膜１４が振動すると、その保護膜１４の振動は各伝達部材２６１を介して各受信素子２０１へ伝搬される。
ここで、各伝達部材２６１は各受信素子２０１毎に設けられているため、任意の伝達部材２６１の振動が他の伝達部材２６１に伝搬することはなく、超音波の受信を各受信素子２０１間で分離して行うことが可能になり、各受信素子２０１のクロストーク特性が悪化するのを防止できる。
【０２０８】
そして、各伝達部材２６１の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、保護膜１４の振動を各伝達部材２６１へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子２０１の受信感度を高めることができる。
また、各伝達部材２６１の音響インピーダンスを各受信素子２０１のシリコン活性層２２の音響インピーダンスに近づけることにより、各伝達部材２６１の振動をシリコン活性層２２へ確実に伝搬させることが可能になり、各受信素子２０１の受信感度を高めることができる。
従って、伝達部材２６１は、保護膜１４またはシリコン活性層２２と同一材料で形成することが望ましい。
【０２０９】
そして、発信部２０９を受信部２６０と同じ構造にし、発信素子の発信面と保護膜１４とを連結する伝達部材２６１を設けた場合には、伝達部材２６１の音響インピーダンスを保護膜１４の音響インピーダンスに近づけることにより、伝達部材２６１の振動を保護膜１４へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
また、伝達部材２６１の音響インピーダンスを発信素子のシリコン活性層２２の音響インピーダンスに近づけることにより、発信素子のシリコン活性層２２の振動を伝達部材２６１へ確実に伝搬させることが可能になり、発信素子の発信出力を大きくすることができる。
つまり、第１４実施形態によれば、第６実施形態の前記［６−１］と同様の作用・効果が得られる。
【０２１０】
［１４−２］
各受信素子２０１のクロストーク特性の悪化を防止するには、任意の伝達部材２６１の振動が空隙Ｓの充填材料を介して他の伝達部材２６１に伝搬しないようにする必要がある。
従って、第１４実施形態では、空隙Ｓを真空状態にするのが最も望ましい。
第１４実施形態において、空隙Ｓに充填材料を充填する場合には、その充填材料として、音響インピーダンスが小さな気体を用いるか、振動吸収性の高い材料（例えば、粘性の高いゲルなど）を用いればよい。
つまり、第１４実施形態によれば、第６実施形態の前記［６−２］と同様の作用・効果が得られる。
【０２１１】
［１４−３］
図３２は、第１４実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２６０を示す概略縦断面図である。
図３２に示す第１変更例において、図３１に示す第１４実施形態と異なるのは、センサ基板３２における各受信素子２０１の下方に位置する部分毎に、空隙Ｒと収容部材２０４の外部とを連通する各通気孔２２１が形成されている点だけである。
つまり、第１４実施形態の第１変更例は、第１４実施形態と第１０実施形態とを組み合わせたものであり、第１４実施形態の前記作用・効果に加えて、第１０実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０２１２】
［１４−４］
図３３は、第１４実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２６０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
図３３に示す第２変更例において、図３１に示す第１４実施形態と異なるのは、第１１実施形態の前記［ア］〜［ウ］と同様の点だけである。
つまり、第１４実施形態の第２変更例は、第１４実施形態と第１１実施形態とを組み合わせたものであり、第１４実施形態の前記作用・効果に加えて、第１１実施形態の前記作用・効果を得ることができる。
【０２１３】
（第９〜第１４実施形態の変更例）
ところで、第９〜第１４実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【０２１４】
［１］
第９〜第１４実施形態の受信部２００〜２６０は、複数個の圧電式受信素子２０１から構成されている。
しかし、各圧電式受信素子２０１をそれぞれ静電容量式受信素子２７１に置き換え、複数個の静電容量式受信素子２７１により受信部２００〜２６０を構成してもよい。
【０２１５】
図３８は、１個の静電容量式受信素子２７１を示す拡大概略縦断面図である。
基板２０２には、その基板２０２の表裏を貫通する貫通孔２０２ａが形成されている。
基板２０２の背面側において、基板２０２の表面上には絶縁層２７２が形成され、絶縁層２７２は貫通孔２０２ａの下部を塞ぐように形成されている。
基板２０２の背面側において、貫通孔２０２ａの下方（後方）に位置する絶縁層２７２の表面上には固定電極層２７３が形成され、固定電極層２７３の表面上には間隙Ｐを介して可動電極層２７４が形成されている。
各電極層２７３，２７４の周縁部間にはスペーサ２７５が挟設され、各電極層２７３，２７４はスペーサ２７５を介して接続固定されている。
【０２１６】
センサ基板３２の表面上には配線層２０５，２０６が形成されている。
固定電極層２７３と配線層２０５とはバンプ２０７によって接続され、可動電極層２７４と配線層２０６とはバンプ２０８によって接続されている。
【０２１７】
このように、間隙Ｐを設けて薄い２つの電極層２７３，２７４が対向した構造の静電容量素子Ｆが形成され、このＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量素子Ｆにより受信素子２７１が構成されている。
また、貫通孔２０２ａの底部から露出した絶縁層２７２の表面により受信素子２７１の受信面２７２ａが形成されている。
そして、超音波によって可動電極層２７４が振動すると各電極層２７３，２７４間の距離が変化して静電容量も変化する。そこで、各配線層２０５，２０６に接続された変換回路（図示略）を用い、各電極層２７３，２７４間の静電容量の変化を電気信号に変換する。
【０２１８】
以上のように、複数個の静電容量式受信素子２７１により受信部２００〜２６０を構成した場合でも、圧電式受信素子２０１により受信部２００〜２６０を構成した場合と同様に、薄い可動電極層２７４の機械的強度が低い場合でも、可動電極層２７４の破損を防止して受信部２００〜２６０を故障し難くすることが可能になり、丈夫な受信部２００〜２６０を得ることができる。
【０２１９】
［２］
第９〜第１４実施形態の発信部２０９，２３１は、圧電式受信素子２０１と同じ構造の圧電式発信素子から構成されている。
しかし、発信部２０９，２３１は、図３８に示す静電容量式受信素子２７１と同じ構造の静電容量式発信素子により構成してもよく、その場合には、各電極層２７３，２７４に印加された入力信号に応じて、各電極層２７３，２７４間に静電引力が発生し、その静電引力により可動電極層２７４が振動して超音波を発生する。
尚、この場合、受信素子２７１の受信面２７１ａは、発信素子から超音波を発信する発信面として機能する。
【０２２０】
［３］
第１４実施形態において、保護膜１４を省くと共に、伝達部材２６１を第２実施形態の保護部材４１と同様の保護部材に置き換えてもよい。
このようにすれば、第２実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【０２２１】
［４］
第９，１０，１２，１４実施形態および第１２，１４実施形態の第１変更例の超音波センサＮは、絶縁板材からなるセンサ基板３２上にチップ部品である受信部２００，２２０，２４０，２６０および発信部２０９が取付固定されたハイブリッドＩＣによって構成されている。
しかし、第９，１０，１２，１４実施形態および第１２，１４実施形態の第１変更例の超音波センサＮについても、図２３に示す超音波センサＬのように、１個の基板２０２上に受信部２００，２２０，２４０，２６０と発信部２３１とが形成されたモノリシックＩＣによって構成してもよい。
【０２２２】
また、第１３実施形態および第１３実施形態の第１変更例の超音波センサＮについても、第１３実施形態の第２変更例の超音波センサＬのように、受信部２５０を構成する受信素子２０１のうち任意の１個または複数個を、発信部２３１を構成する発信素子２３２として機能させるようにしてもよい。
【０２２３】
図３５は、第９実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２００および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
この実施例において、第９実施形態と異なるのは、第１１実施形態の前記［ア］と同様の点だけである。
【０２２４】
図３６は、第１２実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２４０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
この実施例において、第１２実施形態と異なるのは、第１１実施形態の前記［ア］と同様の点だけである。
【０２２５】
図３７は、第１３実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２５０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
この実施例において、第１３実施形態と異なるのは、 受信部２５０を構成する各受信素子２０１の１個（受信素子２０１Ａ）を、発信部２３１を構成する発信素子２３２として機能させている点だけである。
【０２２６】
図３８は、第１４実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２６０および発信部２３１を示す概略縦断面図である。
この実施例において、第１４実施形態と異なるのは、第１１実施形態の前記［ア］と同様の点だけである。
【０２２７】
（別の実施形態）
ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【０２２８】
［１］
発信部３１，２０９，２３１については、既存の小型超音波センサを使用してもよい。
ＭＥＭＳ技術を利用して作製された圧電素子または静電容量素子は、超音波の受信感度が高いため受信素子としては好適であるものの、超音波の発信出力が小さいため発信素子には不向きである。
そのため、超音波センサＭの使用分野に応じて、最適な形式の発信部３１，２０９，２３１を選択使用すればよい。
【０２２９】
［２］
上記各実施形態を適宜組み合わせて実施してもよく、その場合は組み合わせの相乗作用により上記各実施形態の効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の超音波センサＭにおける受信部１０を示す概略縦断面図。
【図２】受信部１０を構成する１個の圧電式受信素子１１を示す拡大概略縦断面図。
【図３】超音波センサＭを示す概略斜視図。
【図４】本発明を具体化した第２実施形態の超音波センサＭにおける受信部４０を示す概略縦断面図。
【図５】本発明を具体化した第３実施形態の超音波センサＭにおける受信部５０を示す概略縦断面図。
【図６】本発明を具体化した第４実施形態の超音波センサＭにおける受信部６０を示す概略縦断面図。
【図７】本発明を具体化した第５実施形態の超音波センサＭにおける受信部７０を示す概略縦断面図。
【図８】本発明を具体化した第６実施形態の超音波センサＭにおける受信部８０を示す概略縦断面図。
【図９】本発明を具体化した第７実施形態の超音波センサＭにおける受信部９０を示す概略縦断面図。
【図１０】本発明を具体化した第８実施形態の超音波センサＭにおける受信部１００を示す概略縦断面図。
【図１１】受信部１０〜１００を構成する１個の静電容量式受信素子１１１を示す拡大概略縦断面図。
【図１２】超音波センサＴを示す概略斜視図。
【図１３】第２実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部４０および発信部Ｕを示す概略縦断面図。
【図１４】第３実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部５０および発信部Ｕを示す概略縦断面図。
【図１５】第６実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部８０および発信部Ｕを示す概略縦断面図。
【図１６】第７実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部９０および発信部Ｕを示す概略縦断面図。
【図１７】第８実施形態を超音波センサＴに適用した実施例を示し、その超音波センサＴの受信部１００および発信部Ｕを示す概略縦断面図。
【図１８】本発明を具体化した第９実施形態の超音波センサＮにおける受信部２００を示す概略縦断面図。
【図１９】受信部２００を構成する１個の圧電式受信素子２０１を示す拡大概略縦断面図。
【図２０】超音波センサＮを示す概略斜視図。
【図２１】本発明を具体化した第１０実施形態の超音波センサＮにおける受信部２２０を示す概略縦断面図。
【図２２】本発明を具体化した第１１実施形態の超音波センサＬにおける受信部２３０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図２３】超音波センサＬを示す概略斜視図。
【図２４】振動板の共振値Ｑと周波数ｆの関係である共振特性を示す特性図。
【図２５】本発明を具体化した第１２実施形態の超音波センサＮにおける受信部２４０を示す概略縦断面図。
【図２６】第１２実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２４０を示す概略縦断面図。
【図２７】第１２実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２４０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図２８】本発明を具体化した第１３実施形態の超音波センサＮにおける受信部２５０を示す概略縦断面図。
【図２９】第１３実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２５０を示す概略縦断面図。
【図３０】第１３実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２５０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図３１】本発明を具体化した第１４実施形態の超音波センサＮにおける受信部２６０を示す概略縦断面図。
【図３２】第１４実施形態の第１変更例の超音波センサＮにおける受信部２６０を示す概略縦断面図。
【図３３】第１４実施形態の第２変更例の超音波センサＬにおける受信部２６０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図３４】受信部２００〜２６０を構成する１個の静電容量式受信素子２７１を示す拡大概略縦断面図。
【図３５】第９実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２００および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図３６】第１２実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２４０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図３７】第１３実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２５０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【図３８】第１４実施形態を超音波センサＬに適用した実施例を示し、その超音波センサＬの受信部２６０および発信部２３１を示す概略縦断面図。
【符号の説明】
【０２３１】
１０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００、２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０…受信部
１１，１１１，２０１，２７１…受信素子
１１ａ，１１１ａ，２０１ａ，２７１ａ…受信面
１２，２０２…単結晶シリコン基板
１３，２０４…収容部材
１４…保護膜
２８，２９…ボンディングワイヤ
３１，２０９，２３１，Ｕ…発信部
４１…保護部材
５１，２４１，２５１…分離部材
５２…分離溝
６１，７１，２２１…通気孔
８１，２６１…伝達部材
９１（９１Ａ〜９１Ｃ）…音響ホーン
２０３…枠部材
２０５，２０６…配線層
２０７，２０８…バンプ
２３２，Ｗ…発信素子
２３２ａ，Ｗａ…発信面
２３３…仕切部材
Ｅ…圧電素子
Ｆ…静電容量素子
Ｍ，Ｔ，Ｎ，Ｌ…超音波センサ
Ｓ…第１空隙
Ｒ…第２空隙
【図１】
2006094459.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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