(57)【要約】【課題】超音波の送受信効率が高い超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、第一開口と第二開口とを有する基板と、前記基板上に設けられ、前記第一開口及び前記第二開口を閉塞する支持膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備え、前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法は、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも薄い。【選択図】図８
2018029748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一開口と第二開口とを有する基板と、
前記基板上に設けられ、前記第一開口及び前記第二開口を閉塞する支持膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、
を備え、
前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法は、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記送信用圧電膜の膜厚寸法は、３００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下であり、
前記受信用圧電膜の膜厚寸法は、８０ｎｍ以上である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記支持膜は、前記第一開口を閉塞する第一振動部と、前記第二開口を閉塞する第二振動部と、を含み、
前記第一振動部と、前記送信用圧電膜とを含んで、送信トランスデューサーが構成され、
前記第二振動部と、前記受信用圧電膜とを含んで、受信トランスデューサーが構成され、
前記送信トランスデューサーの固有周波数は、前記受信トランスデューサーの固有周波数と異なる
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記送信トランスデューサーの固有周波数と、前記受信トランスデューサーの固有周波数との差が０．２ＭＨｚ以上０．８ＭＨｚ以下である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記受信トランスデューサーの固有周波数は、前記送信トランスデューサーの固有周波数よりも小さい
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
第一開口と第二開口とを有する基板と、前記基板上に設けられ、前記第一開口及び前記第二開口を閉塞する支持膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備えた超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを収納する筐体と、を備え、
前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法が、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さい
ことを特徴とする超音波モジュール。
【請求項７】
第一開口と第二開口とを有する基板と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備えた超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、
前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法が、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さい
ことを特徴とする超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波の送信処理及び受信処理を行う超音波トランスデューサーとして、一対の電極により挟まれた圧電体を備え、電極間に電圧を印加して圧電体自身を振動させて超音波を送信したり、超音波が入力された圧電体からの出力電圧を検出することで超音波を受信したりする、いわゆるバルク型の圧電体を用いた超音波トランスデューサーが知られている。しかしながら、このようなバルク型の圧電体では、圧電体の厚み寸法を厚く形成する必要があり、薄型化や小型化が困難となる。
【０００３】
これに対して、開口を有する支持体の前記開口を覆うように設けられた振動膜と、振動膜上に設けられ、一対の電極により挟まれた圧電膜とにより構成された、薄膜型の圧電膜を用いた超音波トランスデューサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような超音波トランスデューサーでは、電極間への電圧印加によって振動膜を振動させて超音波を送信し、振動膜の振動により圧電膜からの出力電圧により超音波の受信を検出する。このような薄膜型の圧電体により振動膜を振動させる超音波トランスデューサーでは、バルク型の超音波トランスデューサーに比べて、超音波の送受信方向に対する厚み寸法を大幅に縮小でき、超音波測定装置の薄型化及び小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７１８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、薄膜型の超音波トランスデューサーでは、振動膜の振動により超音波を送信させた後、反射された超音波により振動される振動膜により圧電膜が歪むことで超音波の受信を検出する。この場合、超音波を送信させる際には、振動膜を大きく変位させることで高出力の超音波を出力し、超音波を受信する際には、振動膜の振動が小さい場合でも高感度に振動を検出して超音波の受信を検出する必要がある。従って、それぞれの機能に応じた特性となるように、送信用の超音波トランスデューサーと受信用のトランスデューサーとを構成する必要がある。
また、特許文献１に記載のような超音波トランスデューサーでは、超音波を受信する際の受信感度を高めるためには、一対の電極の間の距離を大きくすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の超音波トランスデューサーでは、一対の電極の間の距離は、圧電膜の膜厚寸法となり、一対の電極の間の距離を大きくするには限界がある。つまり、圧電膜の膜厚寸法を大きくし過ぎると、圧電膜の剛性により振動膜の変位が阻害され、受信感度が低下してしまう。
以上のように、上記特許文献１に記載のような超音波トランスデューサーを送受兼用の超音波トランスデューサーとしたり、送信用と受信用とで同一構成の超音波トランスデューサーを用いたりすると、超音波の送受信効率が低下するとの課題がある。
【０００６】
本発明は、超音波の送受信効率が高い超音波デバイス、超音波モジュール、及び超音波測定装置を提供することを目的の１つとし、以下に当該目的を達成可能な適用例及び実施形態について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一適用例に係る超音波デバイスは、第一開口と第二開口とを有する基板と、前記基板上に設けられ、前記第一開口及び前記第二開口を閉塞する支持膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備え、前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法は、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
本適用例では、超音波デバイスは、送信用の超音波トランスデューサー（送信トランスデューサー）と、受信用の超音波トランスデューサー（受信トランスデューサー）と、を備える。送信トランスデューサーは、基板の第一開口を覆う支持膜（支持膜における第一開口と重なる領域である第一振動部）と、送信用圧電膜と、送信用圧電膜を膜厚方向から挟み込む一対の電極（送信用電極）と、を含む。受信トランスデューサーは、基板の第二開口を覆う支持膜（支持膜における第二開口と重なる領域である第二振動部）と、受信用圧電膜と、受信用圧電膜を膜厚方向に交差する交差方向から挟み込む一対の電極（受信用電極）と、を含む。そして、受信用圧電膜は、送信用圧電膜より膜厚が薄く形成されている。
【０００９】
振動膜上に配置した圧電膜を駆動させて超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーを用いて超音波を送信する場合、所定の駆動電圧を電極間に印加した際に、圧電膜の変位量を大きくする必要がある。この場合、変位量は、定性的には電極間の距離に反比例するため、電極間の距離を小さくする。一方、超音波トランスデューサーにより超音波を受信する場合では、僅かな振動膜の変位から大きい信号（検出信号）を得る必要がある。この場合、検出信号の信号値は、定性的には電極間の距離に比例するため、電極間の距離を大きくする。
ここで、本適用例では、送信トランスデューサーにおいて、一対の送信用電極が送信用圧電膜を膜厚方向から挟み込む構成となるので、送信用電極間の距離は、送信用圧電膜の膜厚寸法と同一となる。これにより、送信感度（所定電圧を印加した際の振動膜の変位量（撓み量））を十分に高めることができる。
また、受信トランスデューサーにおいて、一対の受信用電極が受信用圧電膜を交差方向から挟み込む構成となる。この場合、例えば、受信用圧電膜を膜厚方向から一対の受信用電極で挟み込む構成に比べて、一対の受信用電極間の距離を大きくできる。よって、受信感度を高くすることができる。
つまり、本適用例では、送信トランスデューサーと、受信トランスデューサーとがそれぞれ別体として設けられていることで、送信トランスデューサーにおいては、超音波の送信に適した特性とし、受信トランスデューサーにおいては、超音波の受信に適した特性とすることができる。また、受信用圧電膜の厚み方向と交差する交差方向に、受信用圧電膜を挟み込む電極を配置することで、受信用圧電膜の厚さ方向に電極を配置して受信用圧電膜を挟み込む構成とする場合に比べて、飛躍的に受信感度を高めることができる。
【００１０】
また、本願発明の発明者は、送信トランスデューサーに対して所定電圧を印加した際の第一振動部の歪み量（ｎｍ）と、受信トランスデューサーにおける受信感度（ｎＶ／Ｐａ）の積を、超音波デバイスにおける超音波の送受信の性能指数（ｎｍ・ｎＶ／Ｐａ）として定義し、当該性能指数が高くなるほど、超音波デバイスにおける送受信効率が高くなることを見出した。そして、本適用例では、上述のような構成の送信トランスデューサー及び受信トランスデューサーにおいて、受信用圧電膜の膜厚寸法が送信用圧電膜の膜厚寸法より小さくなる。この場合、例えば、送信用圧電膜の膜厚寸法が受信用圧電膜の膜厚寸法より小さくなる場合に比べて、性能指数が高くなる。つまり、上記のような送信トランスデューサー及び受信トランスデューサーを備えた超音波デバイスでは、受信用圧電膜の膜厚寸法を送信用圧電膜の膜厚寸法より小さくすることで、送受信効率を向上させることができる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記送信用圧電膜の膜厚寸法は、３００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下であり、前記受信用圧電膜の膜厚寸法は、８０ｎｍ以上であることが好ましい。
本適用例では、送信用圧電膜及び受信用圧電膜の絶縁破壊を抑制しつつ、高い送受信効率の超音波デバイスを得ることができる。
つまり、送信トランスデューサーでは、ＺｒＯ２等の振動膜上に、一対の送信用電極のうちの一方（下部送信用電極）、送信用圧電膜（ＰＺＴ）、一対の送信用電極のうちの他方（上部送信用電極）の順で成膜することで形成される。この際、送信用圧電膜（ＰＺＴ）の成膜焼成時にＰｂ原子が下部送信用電極側に拡散することがある。一般に、Ｐｂ原子の拡散は、下部送信用電極と振動膜（ＺｒＯ２）との界面で止まるが、Ｐｂ原子の拡散により、送信用圧電膜の全域に亘ってＰｂ欠陥が発生し、酸素欠陥が誘起される。この場合、例えば分極処理等において、分極電圧を印加した際に酸素欠陥をリークパスとして、電子のホッピング伝導が増大し、最終的に絶縁破壊が発生して耐電圧が低下してしまう。
ここで、送信用圧電膜の膜厚寸法を３００ｎｍよりも小さくすると、絶縁破壊の発生リスクが高まり、超音波デバイスの信頼性が低下してしまう。また、膜厚寸法が１８００ｎｍを超える場合では、送信用圧電膜の剛性の影響により振動膜が撓みにくくなり、送信感度が低下する。これに対して、送信用圧電膜の膜厚が上記範囲である場合、絶縁破壊の発生リスクを低減でき、かつ、送信感度の低下をも抑制できる。
【００１２】
一方、受信トランスデューサーでは、分極処理を行う際に、交差方向に配置された一対の受信用電極間に分極電圧が印加される。上述のように、受信用電極間の距離は、十分に大きい距離となるため、耐電圧も十分高くなる。従って、受信トランスデューサーの受信用圧電膜の膜厚は、送信用圧電膜より小さくしても絶縁破壊の発生リスクは小さい。しかしながら、受信用圧電膜の膜厚が８０ｎｍより小さくなると、成膜時のＰｂ原子が成膜雰囲気中に拡散し、これと同時に酸素欠陥も発生してしまい、分極処理時の絶縁破壊の発生リスクが高くなる。これに対して、本適用例のように、受信用圧電膜の膜厚を８０ｎｍ以上とすることで、分極処理時における絶縁破壊を抑制できる。
【００１３】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記支持膜は、前記第一開口を閉塞する第一振動部と、前記第二開口を閉塞する第二振動部と、を含み、前記第一振動部と、前記送信用圧電膜とを含んで、送信トランスデューサーが構成され、前記第二振動部と、前記受信用圧電膜とを含んで、受信トランスデューサーが構成され、前記送信トランスデューサーの固有周波数は、前記受信トランスデューサーの固有周波数と異なることが好ましい。
本適用例では、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数が異なっている。上述したように、本適用例では、送信トランスデューサーから超音波を送信し、対象物にて反射された超音波を受信トランスデューサーにて受信するが、この際、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数を一致させると、送信トランスデューサーから超音波を送信した際に、受信トランスデューサーが共振してしまう。この場合、受信トランスデューサーからノイズ成分を含んだ出力電圧が出力され、超音波の受信精度に影響が出る。これに対して、本適用例では、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数がそれぞれ異なっている。これにより、超音波を送信した際に、受信トランスデューサーの共振を抑制でき、出力電圧にノイズが含まれる不都合を抑制できる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記送信トランスデューサーの固有周波数と、前記受信トランスデューサーの固有周波数との差が０．２ＭＨｚ以上０．８ＭＨｚ以下であることが好ましい。
送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数の差が０．２ＭＨｚ未満である場合、上述したように、超音波の送信時に受信トランスデューサーが共振することで出力電圧にノイズが多く含まれ、受信トランスデューサーにおける受信精度が低下する。一方、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数の差が０．８ＭＨｚを超える場合、送信トランスデューサーにより送信される超音波の周波数と、受信トランスデューサーにて好適に受信可能な超音波の周波数との差が大きくなり、受信トランスデューサーにおける受信精度が低下する。
これに対して、本適用例では、上記のように、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとの固有周波数の差を０．２ＭＨｚ以上０．８ＭＨｚ以下とすることで、ノイズ成分を低減しつつ、送信トランスデューサーから送信される超音波の反射波を受信トランスデューサーにて高い受信感度で受信することができ、超音波デバイスにおける超音波の送受信効率の向上を図れる。
【００１５】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記受信トランスデューサーの固有周波数は、前記送信トランスデューサーの固有周波数よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、受信トランスデューサーの固有周波数が、送信トランスデューサーの固有周波数よりも小さくなる。つまり、送信トランスデューサーから超音波を送信して対象物により反射された超音波を受信トランスデューサーで受信する場合では、反射された超音波が送信された超音波に比べて大きく減衰する。従って、超音波測定においては、受信トランスデューサーにおける受信感度をより高める必要がある。本適用例では、受信トランスデューサーにおける固有周波数を小さくする、なお、第二開口の開口幅を大きくしてもよく、受信用圧電膜の膜厚寸法を小さくしてもよい。これにより、受信トランスデューサーにおける第二振動部が撓みやすくなり、受信感度を上げることができる。
【００１６】
一適用例に係る超音波モジュールは、第一開口と第二開口とを有する基板と、前記基板上に設けられ、前記第一開口及び前記第二開口を閉塞する支持膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備えた超音波デバイスと、前記超音波デバイスを収納する筐体と、を備え、前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法が、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さいことを特徴とする。
本適用例では、上述したように、超音波デバイスにおける送受信効率を向上させることができる。従って、このような超音波デバイスを収納した超音波モジュールにおいても同様の作用効果を奏することができ、超音波の送受信処理を行う際に送受信効率を向上できる。
【００１７】
一適用例に係る超音波測定装置は、第一開口と第二開口とを有する基板と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第一開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向において一対の電極に挟まれた送信用圧電膜と、前記支持膜上に設けられ、かつ前記基板の厚み方向から見た際に、前記第二開口と重なる位置に設けられ、前記基板の厚み方向と交差する交差方向において一対の電極に挟まれた受信用圧電膜と、を備えた超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備え、前記基板の厚み方向に対する前記受信用圧電膜の膜厚寸法が、前記送信用圧電膜の膜厚寸法よりも小さいことを特徴とする。
本適用例では、上述したように、超音波デバイスにおける送受信効率を向上させることができる。従って、このような超音波デバイスを制御部により制御することで、送受信効率の高い超音波の送受信処理により、精度の高い超音波測定を実施でき、例えば、超音波測定の測定結果に基づいて、対象物の内部断層画像を取得する場合では、精度の高い内部断層画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】本実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図４】本実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す平面図。
【図５】本実施形態の送信トランスデューサーの拡大平面図。
【図６】本実施形態の受信トランスデューサーの拡大平面図。
【図７】本実施形態の送信トランスデューサーの断面図。
【図８】本実施形態の受信トランスデューサーの断面図。
【図９】超音波トランスデューサーの開口の開口幅と、超音波トランスデューサーの固有周波数との関係を示す図。
【図１０】送信トランスデューサーにおける送信用圧電膜の膜厚寸法と、送信感度との関係を示す図。
【図１１】受信トランスデューサーにおける受信用圧電膜の膜厚寸法と、受信感度との関係を示す図。
【図１２】第一開口及び第二開口が３０μｍの時の、送信用圧電膜の膜厚寸法と、受信用圧電膜の膜厚寸法と、性能指数との関係を示す図。
【図１３】第一開口及び第二開口が３５μｍの時の、送信用圧電膜の膜厚寸法と、受信用圧電膜の膜厚寸法と、性能指数との関係を示す図。
【図１４】第一開口及び第二開口が４０μｍの時の、送信用圧電膜の膜厚寸法と、受信用圧電膜の膜厚寸法と、性能指数との関係を示す図。
【図１５】第一開口及び第二開口が４５μｍの時の、送信用圧電膜の膜厚寸法と、受信用圧電膜の膜厚寸法と、性能指数との関係を示す図。
【図１６】従来例における超音波トランスデューサーの性能指数を示す図。
【図１７】受信トランスデューサーの変形例を示す図。
【図１８】受信トランスデューサーの他の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態の超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波測定装置の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を対象物（例えば生体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、対象物（生体）内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
【００２０】
［超音波プローブの構成］
図３は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、超音波モジュールであり、筐体２１と、超音波センサー２２と、を備える。
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、超音波センサー２２を収納する。筐体２１の厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波センサー２２の一部（後述する音響レンズ７）が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には通過孔が設けられ、通過孔を介してケーブル３が筐体２１の内部に挿入される。このケーブル３は、図示を省略するが、筐体２１の内部にて超音波センサー２２（後述する回路基板６）に接続されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
【００２１】
［超音波センサーの構成］
超音波センサー２２は、図３に示すように、超音波デバイス４と、回路基板６と、音響レンズ７と、を備える。後述するが、回路基板６には、超音波デバイス４を制御するためのドライバー回路等が設けられており、超音波デバイス４は、例えばフレキシブル基板等の配線部材５を介して回路基板６に電気的に接続される。この超音波デバイス４の超音波送受信側の面に、音響レンズ７が設けられており、当該音響レンズ７は、筐体２１の一面側から外部に露出する。
【００２２】
［超音波デバイスの構成］
図４は、超音波デバイス４の一例を示す平面図である。
以下の説明では、後述するように一次アレイ構造を有する超音波デバイス４のスキャン方向をＸ方向とし、スキャン方向に交差（例えば本実施形態では直交）するスライス方向をＹ方向とする。
超音波デバイス４は、超音波送信部４２と、超音波受信部４３と、信号線ＳＬと、コモン電極線ＣＬと、第一信号端子ＳＡと、第二信号端子ＳＢと、コモン端子ＣＡと、を備えている。
これらのうち超音波送信部４２は、送信用の超音波トランスデューサーである複数の送信トランスデューサー４２１を有し、これら複数の送信トランスデューサー４２１が、Ｙ方向に沿って配置されて構成される。また、超音波受信部４３は、受信用の超音波トランスデューサーである複数の受信トランスデューサー４３１を有し、これら複数の受信トランスデューサー４３１が、Ｙ方向に沿って配置されて構成される。
【００２３】
なお、本実施形態の超音波デバイス４では、複数の超音波送信部４２及び超音波受信部４３が、Ｘ方向に交互に配置され、Ｘ方向に隣り合う１組の超音波送信部４２が、１つの送信チャネルとして機能する。また、各超音波受信部４３が、１つの受信チャネルとして機能する。
【００２４】
図５は、送信トランスデューサー４２１の拡大平面図、図６は、受信トランスデューサー４３１の拡大平面図である。また、図７は、図５のＡ−Ａ線で切断した送信トランスデューサー４２１の拡大断面図、図８は、図６のＢ−Ｂ線で切断した受信トランスデューサー４３１の拡大断面図である。
【００２５】
超音波デバイス４は、図７及び図８に示すように、素子基板４１１と、素子基板４１１上に設けられた支持膜４１２と、支持膜４１２上に設けられた送信圧電素子４１３と、支持膜４１２上に設けられた受信圧電素子４１４と、を備えている。
素子基板４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この素子基板４１１には、各送信トランスデューサー４２１の配置位置と重なる位置に設けられた第一開口４１１Ａ、及び各受信トランスデューサー４３１の配置位置と重なる位置に設けられた第二開口４１１Ｂ、が設けられている。これらの第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂは、素子基板４１１の背面４１Ａ側に設けられた支持膜４１２により閉塞されている。なお、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂの開口幅（開口面積）についての説明は後述する。
Ｓｉ基板の面方位は（１００）、（１１０）、（１１１）のいずれかであればよい。また素子基板４１１は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）などの複合基板から構成されていてもよい。さらに素子基板４１１は、アルミナ、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＮであってもよい。
【００２６】
支持膜４１２は、例えばＳｉＯ２の単層や、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、及びＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニウム）の積層体等より構成され、素子基板４１１の背面４１Ａ側全体を覆って設けられている。この支持膜４１２の厚み寸法は、素子基板４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。ＳｉＯ２のヤング率は７５ＧＰａ程度である。また、ＺｒＯ２のヤング率は２００ＧＰａ程度である。
ここで、図５及び図７に示すように、支持膜４１２のうち、素子基板４１１及び支持膜４１２の厚み方向から見た際に、第一開口４１１Ａ（送信トランスデューサー４２１）と重なる領域は第一振動部４１２Ａを構成する。また、図６及び図７に示すように、支持膜４１２のうち、素子基板４１１及び支持膜４１２の厚み方向から見た際に、第二開口４１１Ｂ（受信トランスデューサー４３１）と重なる領域は第二振動部４１２Ｂを構成する。つまり、第一振動部４１２Ａは、第一開口４１１Ａを囲う隔壁部４１１Ｃにより支持され、第二振動部４１２Ｂは、第二開口４１１Ｂを囲う隔壁部４１１Ｃにより支持されている。
【００２７】
送信圧電素子４１３は、第一開口４１１Ａを閉塞する第一振動部４１２Ａとともに、送信トランスデューサー４２１を構成する。
この送信圧電素子４１３は、図５及び図７に示すように、下部電極４１３Ａ、送信用圧電膜４１３Ｂ、及び上部電極４１３Ｃの積層体であり、第一振動部４１２Ａ上に設けられる。
下部電極４１３Ａは、素子基板４１１の厚み方向において送信用圧電膜４１３Ｂを挟む一対の電極の一方を構成し、上部電極４１３Ｃは、前記一対の電極の他方を構成する。
【００２８】
下部電極４１３Ａは、Ｙ方向に沿う直線状に形成されており、複数の送信トランスデューサー４２１に跨って設けられる。従って、Ｙ方向に並ぶ送信トランスデューサー４２１において、下部電極４１３Ａは同電位となる。この下部電極４１３Ａは、図４に示すように、例えば信号線ＳＬによって、支持膜４１２の±Ｙ側の外周部に配置された対応する第一信号端子ＳＡに接続され、第一信号端子ＳＡにおいて回路基板６に電気的に接続されている。
本実施形態では、Ｙ方向における超音波送信部４２の２つを１組として、１つの送信チャネルが構成される。よって、図４に示すように、隣り合う２つの超音波送信部４２は、同一の第一信号端子ＳＡに接続される。
【００２９】
送信用圧電膜４１３Ｂは、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電体の薄膜により形成され、第一振動部４１２Ａ上で下部電極４１３Ａを覆うように構成される。
上部電極４１３Ｃは、Ｘ方向に沿う直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ複数の送信トランスデューサー４２１に跨って設けられる。また、各上部電極４１３Ｃは、コモン電極線ＣＬによって接続されており、例えば支持膜４１２の外周部（例えば±Ｙ側）に設けられたコモン端子ＣＡに接続され（図４参照）、コモン端子ＣＡにおいて回路基板６に電気的に接続される。なお、このコモン電極線ＣＬは、受信トランスデューサー４３１の第二電極４１４Ｃにも接続される。つまり、本実施形態では、コモン電極線ＣＬに接続された上部電極４１３Ｃと第二電極４１４Ｃは互いに接続され、同一のコモン電圧が印加される。
【００３０】
受信圧電素子４１４は、第二開口４１１Ｂを閉塞する第二振動部４１２Ｂとともに、受信トランスデューサー４３１を構成する。
この受信圧電素子４１４は、図６及び図８に示すように、受信用圧電膜４１４Ａと、受信用圧電膜４１４Ａ上に設けられた第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃとを備えた積層体であり、第二振動部４１２Ｂ上に設けられる。
第一電極４１４Ｂは、素子基板４１１の厚み方向と交差する交差方向（本実施形態では、Ｚ方向に直交するＸ方向）において受信用圧電膜４１４Ａを挟み込む一対の電極のうちの一方を構成し、第二電極４１４Ｃは他方を構成する。
【００３１】
受信用圧電膜４１４Ａは、圧電体の薄膜により形成され、第二振動部４１２Ｂ上に配置される。受信用圧電膜４１４Ａとしては、ペロブスカイト型遷移金属酸化物により構成されていることが好ましく、より好ましくは、送信用圧電膜４１３Ｂと同様、ＰＺＴ等のＰｂとＺｒとＴｉとを含むペロブスカイト型遷移金属酸化物である。なお、受信用圧電膜４１４ＡはＰＺＴに限らず、ＢｉＦｅＭｎＯ３−ＢａＴｉＯ３、ＫＮａＮｂＯ３などのＰｂフリー材料であってもよい。送信用圧電膜４１３Ｂや受信用圧電膜４１４Ａに用いられるＰＺＴのヤング率は、薄膜において８０ＧＰａ程度である。このようなペロブスカイト型遷移金属酸化物（特にＰＺＴ）により構成された受信用圧電膜４１４Ａは、圧電特性（圧電ｅ定数）が特に高く、受信用圧電膜４１４Ａが変形した際に出力される電気信号が大きくなる。
本明細書のシミュレーションで用いた圧電体ＰＺＴの圧電定数ｅｉｊ、比誘電率εｉｊ、スティッフネスｃｉｊの値はＰＺＴ−５Ｈのデータを採用している。薄膜（スパッタリング等で形成された膜）のＰＺＴは、バルク（焼結体から切り出した比較的大きなサイズの固体）のＰＺＴとほぼ同等の物理定数を有することが知られている。
【００３２】
第一電極４１４Ｂは、受信用圧電膜４１４Ａの上面（−Ｚ側の端面）における−Ｘ側に配置され−Ｘ側に延設される。また、図４に示すように、１つの受信チャネルを構成する超音波受信部４３に含まれる第一電極４１４Ｂは、信号線ＳＬにより互いに結線される。そして、第一電極４１４Ｂに接続された信号線ＳＬは、素子基板４１１の支持膜４１２の±Ｙ側の外周部に配置された対応する第二信号端子ＳＢに接続され、第二信号端子ＳＢにおいて回路基板６に電気的に接続されている。
第二電極４１４Ｃは、受信用圧電膜４１４Ａの上面における＋Ｘ側に配置され＋Ｘ側に延設される。第二電極４１４Ｃの先端はＹ方向に延出してコモン電極線ＣＬに接続される。よって、第二電極４１４Ｃには、送信トランスデューサー４２１の上部電極４１３Ｃと同様に、コモン電圧が印加されることになる。
【００３３】
下部電極４１３Ａ、上部電極４１３Ｃ、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃは、導電性、材料の安定性、及びＰＺＴへの薄膜応力の観点から、Ｔｉ、Ｉｒ、ＴｉＯ２、ＩｒＯ２、Ｐｔのうちの１つ若しくは複数の材料を複合させて用いることが好ましい。これらの各電極４１３Ａ，４１３Ｃ，４１４Ｂ，４１４Ｃのヤング率は２００ＧＰａ程度である。
【００３４】
このような構成の超音波デバイス４では、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、第一振動部４１２Ａが振動され、送信トランスデューサー４２１から超音波を送信される。また、生体により反射された超音波により第二振動部４１２Ｂが振動されると、受信用圧電膜４１４Ａを挟む第一電極４１４Ｂから受信用圧電膜４１４Ａの歪み量に応じた出力電圧が出力され、超音波の受信が検出される。
【００３５】
また、図示は省略するが、支持膜４１２の素子基板４１１とは反対側には、補強板が配置されている。この補強板は、例えば、素子基板４１１の隔壁部４１１Ｃ上に位置する支持膜４１２に対して、樹脂層等により接合され、素子基板４１１及び支持膜４１２を補強する。
さらに、素子基板４１１の第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂには、シリコーン等により構成された音響整合層が充填され、この音響整合層上に音響レンズ７が設けられる。
【００３６】
［送信トランスデューサー及び受信トランスデューサーの寸法］
次に、上述したような送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１の寸法について、以下に説明する。
なお、以下の説明において、図９〜図１７は、有限要素法に基づき、COMSOL Multiphysics（登録商標：ＣＯＭＳＯＬ社）を用いて計算された結果である。COMSOL Multiphysicsでは、構造計算と圧電計算がマルチフィジックスとして連成させて計算されている。
図９は、超音波トランスデューサーの開口（第一開口４１１Ａや第二開口４１１Ｂ）の開口幅と、超音波トランスデューサーの固有周波数（送受信可能な超音波の周波数）との関係を示す図である。
一般に、生体への超音波測定を行う場合の超音波の周波数は、２．５〜１０ＭＨｚ程度である。超音波トランスデューサー（送信トランスデューサー４２１や受信トランスデューサー４３１）において、上記２．５〜１０ＭＨｚの超音波を送受信する場合、図９に示すように、当該周波数に対応した開口幅（短軸方向の幅寸法）は、３０μｍ〜４５μｍ程度となる。従って、以下の説明において、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂの開口幅を、３０μｍ〜４５μｍの範囲で変化させた場合の、送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１の各特性について説明する。
【００３７】
図１０は、送信トランスデューサー４２１における送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法と、送信感度との関係を示す図である。なお、ここで述べる送信感度とは、所定の駆動電圧（例えば２５Ｖ）を下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃ間に印加した際の送信用圧電膜４１３Ｂの歪み量（開口方向、つまり支持膜４１２の厚み方向への撓み量（ｎｍ））を示している。
図１０は有限要素法によるシミュレーション結果である。送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法をｔＡ、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃ間に印加する駆動電圧をＶ１、電極間の誘電率（送信用圧電膜の誘電率）をε、送信用圧電膜４１３Ｂの圧電定数をｅとすると、駆動電圧Ｖ１を印加した際の送信用圧電膜４１３Ｂの歪み量η（送信感度）は、定性的にはη＝ε（Ｖ１／ｔＡ）ｅで表すことができる。駆動電圧Ｖ１を印加した際の送信用圧電膜４１３Ｂの、物理的により正確な歪み量η（送信感度）は、有限要素法によるマルチフィジックスのシミュレーションによって図１０として得られる。
従って、膜厚寸法ｔＡが増大する程、送信感度が低下する。ここで、膜厚寸法ｔＡが３００ｎｍ未満である場合は、例えば、分極処理時の分極電圧や駆動電圧の印加により絶縁破壊が起こる可能性があるため好ましくない。
つまり、送信トランスデューサー４２１では、支持膜４１２（例えばＺｒＯ２）上に、例えばＰｔとＩｒ酸化物の積層構造からなる下部電極４１３Ａを成膜し、その上層にＰＺＴによる送信用圧電膜４１３Ｂを成膜する。ここで、ＰＺＴの成膜焼成時には７００℃前後の温度が加えられる。このとき、ＰＺＴのＰｂ原子が下部電極４１３Ａ側に拡散してしまう現象が生じる。Ｐｂ原子の拡散は、下部電極４１３Ａと支持膜４１２（ＺｒＯ２）との界面で止まるが、ＰＺＴ内（送信用圧電膜４１３Ｂ）の全域にわたってＰｂ欠陥が生じてしまう。このＰｂ欠陥は、酸素欠陥を誘起し、例えば、送信用圧電膜４１３Ｂに分極電圧を印加して分極処理する際に、酸素欠陥をリークパスとして、電子のホッピング伝導が増大してしまい、最終的に絶縁破壊が生じて耐電圧が低下するおそれがある。このような絶縁破壊を抑制するために、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡは、３００ｎｍ以上とすることが好ましい。また、実際に送信用圧電膜４１３Ｂを形成する場合、製造時のばらつきを考慮する必要がある。従って、製造マージンを考慮して耐圧性を確保するためには、図１０に示すように、膜厚寸法ｔＡを５００ｎｍ以上とすることがより好ましい。
【００３８】
一方、膜厚寸法が１８００ｎｍを超える場合では、送信用圧電膜４１３Ｂの剛性の影響により第一振動部４１２Ａが撓みにくくなる（送信感度が低下する）。特に、超音波測定装置１では、送信トランスデューサー４２１から送信した超音波が、生体内で減衰され、減衰された反射超音波が受信トランスデューサー４３１にて受信される。この場合、送信トランスデューサー４２１の送信感度として、第一振動部４１２Ａの撓み量を少なくとも約１２０ｎｍ以上確保することが好ましい。第一開口４１１Ａの開口幅が、送信感度が最も低くなる３０μｍとなる場合において、上記条件を満たすために、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法としては、１８００ｎｍ以下とすることが好ましい。
つまり、本実施形態では、送信用圧電膜４１３Ｂは、膜厚寸法ｔＡが３００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下の範囲、より好ましくは、５００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下の範囲で形成されることが好ましい。
【００３９】
図１１は、有限要素法を用いたマルチフィジックスのシミュレーションによって得られた受信感度を示す図である。図１１では、受信トランスデューサー４３１における受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法と、受信感度（ｎＶ／Ｐａ）との関係が示されている。
受信用圧電膜４１４Ａの歪み量をη、電極間のギャップＧ１（図６参照）の距離をｇ、電極間の誘電率（受信用圧電膜の誘電率）をε、受信用圧電膜４１４Ａの圧電定数をｅとすると、受信トランスデューサー４３１において第一電極４１４Ｂから出力される出力電圧Ｖ２は、定性的にはＶ２＝ηｇｅ／εとなる。すなわち、受信感度は、受信用圧電膜４１４Ａの剛性を考慮しない場合は、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢによらず一定となることが明らかである。
しかしながら、膜厚寸法ｔＢを大きくすると、第二振動部４１２Ｂの剛性も大きくなり撓みにくくなる。よって、受信トランスデューサー４３１の受信感度は、図１１に示すように、膜厚寸法ｔＢの増大に伴って受信感度が低下していく。
【００４０】
ところで、受信トランスデューサー４３１では、減衰された反射超音波を受信するため、少なくとも５０００（ｎＶ／Ｐａ）以上の受信感度が得られればよい。図１１に示すように、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢが５００ｎｍ以下である場合は、上記の条件を満たすことができ、好適な受信効率の受信トランスデューサー４３１が得られる。
また、膜厚寸法ｔＢが５００ｎｍを超える場合では、受信用圧電膜４１４Ａの剛性の影響により第二振動部４１２Ｂが撓みにくくなり、受信感度が低下する。
【００４１】
また、受信トランスデューサー４３１における分極処理では、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃ間に分極電圧を印加する。ここで、本実施形態では、受信用圧電膜４１４Ａは、薄膜により形成されているので、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃ間のギャップＧ１は、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢに比べて十分大きく、例えば５μｍとなる。また、受信用圧電膜４１４Ａは、支持膜４１２上にＰＺＴが形成されるため、送信圧電素子４１３のように、Ｐｂ原子を吸収する電極層が介在しない。よって、ＰＺＴからのＰｂ原子の拡散が抑制され、Ｐｂ拡散やこれによる酸素欠陥が抑制される。すなわち、受信用圧電膜４１４Ａの耐電圧は、送信用圧電膜４１３Ｂに比べて高くなる。
しかしながら、受信用圧電膜４１４Ａにおいても、膜厚寸法ｔＢが８０ｎｍ未満となると、受信用圧電膜４１４Ａの成膜時におけるＰｂ原子の成膜雰囲気中への拡散及びこれに伴う酸素欠陥が発生しやすくなる。これを抑制するために、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢは、８０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、製造マージンを考慮した耐圧性を確保するために、１５０ｎｍ以上とすることがより好ましい。
すなわち、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢは、８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましく、１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００４２】
ところで、超音波デバイス４では、送信トランスデューサー４２１による超音波の送信処理と、受信トランスデューサー４３１による超音波の受信処理を行う。このため、いずれか一方の特性のみが適切であっても、他方が適切でない場合、送受信効率が低下する。
ここで、本願発明の発明者は、送信トランスデューサー４２１における送信感度、受信トランスデューサー４３１における受信感度との積を、超音波デバイスにおける送受信処理の性能指数と定義し、高精度な送受信処理を実施するためには、性能指数が７５００００以上となる必要があることを見出した。
【００４３】
図１２は、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂが３０μｍの時の、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢと、性能指数との関係を示す図である。図１３は、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂが３５μｍの時の、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢと、性能指数との関係を示す図である。図１４は、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂが４０μｍの時の、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢと、性能指数との関係を示す図である。図１５は、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂが４５μｍの時の、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢと、性能指数との関係を示す図である。なお、図１２から図１５に示す等高線のうち、性能指数を２５００００毎に区切った等高線であり、左に向かうに従って数値が大きくなる。また、太線の等高線は性能指数７５００００を示す。
また、図１６は、従来例における超音波トランスデューサーの性能指数を示す図である。従来例として、送信トランスデューサー４２１と同一構成（支持膜上に下部電極、圧電膜、上部電極を積層）の超音波トランスデューサーを用いて、超音波の送受信を行う（送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢとが同値）例を示している。
【００４４】
ここで、図１６に示す従来例のように、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡと、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢとが同値である場合、性能指数７５００００を達成することができない。
一方、本実施形態では、図１２から図１５に示すように、性能指数は、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂの開口幅が大きくなるに従って大きくなる。また、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂの開口幅が３０μｍの場合（性能指数が最も低くなる場合）においても、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡが３００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下であり、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢが８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下となる範囲で、性能指数は７５００００を超える超音波デバイス４が得られる。
【００４５】
また、図１２から図１５において、ｔＡ＝ｔＢとなるライン（一点鎖線Ｌ１）に対して直交するライン（一点鎖線Ｌ２）を引いた際に、各等高線の傾きの絶対値が一点鎖線Ｌ２の傾きの絶対値よりも大きい。つまり、各等交線は縦軸に平行となる方向に傾いている。これは、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢを小さくすると、性能指数が高くなる傾向が強いことを意味する。すなわち、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢを送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡよりも小さくする（ｔＡ＜ｔＢ）ことで、性能指数がより高まる傾向にあることを示す。
【００４６】
ところで、図９に示すように、超音波トランスデューサーの固有周波数を所定値に設定する場合、当該超音波トランスデューサーを構成する圧電膜（送信用圧電膜４１３Ｂや受信用圧電膜４１４Ａ）の膜厚寸法にも依存し、膜厚寸法が増大する程、固有周波数が高く、膜厚寸法が減少する程、固有周波数が低くなる。
ここで、超音波デバイス４において、所定の周波数の超音波の送受信処理を実施するためには、送信トランスデューサー４２１の固有周波数と、受信トランスデューサー４３１の固有周波数とを略揃える必要がある。また、上述したように、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡは、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢよりも小さい方が高性能な超音波デバイス４を構成する上で有利である。よって、本実施形態では、送信トランスデューサー４２１と重なる第一開口４１１Ａの開口幅ＬＡは、受信トランスデューサー４３１と重なる第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢよりも小さく形成されている。
例えば、８ＭＨｚの超音波の送受信処理を行う際に、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡが６５０ｎｍであり、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢが３００ｎｍである場合、第一開口４１１Ａの開口幅ＬＡは約３２．８μｍとなり、第二開口の開口幅ＬＢは約３３．４μｍとなる。
【００４７】
しかしながら、送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１の固有周波数を同じ値とすると、送信トランスデューサー４２１から超音波を送信した際に、受信トランスデューサー４３１が共振し、当該共振に起因する出力電圧が受信トランスデューサー４３１から出力され、ノイズ成分となる。
従って、本実施形態では、送信トランスデューサー４２１の固有周波数は、受信トランスデューサー４３１の固有周波数とは異なる値に設定されている。具体的には、受信トランスデューサー４３１の固有周波数は、送信トランスデューサー４２１の固有周波数に比べて、０．２ＭＨｚ以上０．８ＭＨｚ以下の範囲で小さく設定されることが好ましく、より好ましくは、受信トランスデューサー４３１の固有周波数よりも０．５ＭＨｚ小さく設定される。
例えば、８ＭＨｚの超音波の送受信処理において、送信トランスデューサー４２１の固有周波数を８ＭＨｚに設定する場合には、受信トランスデューサー４３１の固有周波数は、７．５ＭＨｚに設定される。従って、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡが６５０ｎｍであり、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢが３００ｎｍである場合、第一開口４１１Ａの開口幅ＬＡは約３２．８μｍとなり、第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢは約３４．０μｍとなる。
この場合、受信トランスデューサー４３１に対応する第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢが大きくなり、第二振動部４１２Ｂが振動しやすくなるので、受信感度も向上する。
【００４８】
本実施形態の超音波デバイス４では、生体における測定部位（深度）に応じた超音波の周波数に合わせて送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡを設定し、当該送信トランスデューサー４２１の固有周波数よりも例えば０．５ＭＨｚ小さい周波数を受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢとして設定する。そして、上記設定された固有周波数ｆＡを満たす送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡ、及び第一開口４１１Ａの開口幅ＬＡの組合せと、固有周波数ｆＢを満たす受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢ、及び第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢの組合せとのうち、超音波の送受信処理における性能指数７５００００を超える組合せ、より好ましくは、性能指数が最大となる組み合わせを求める。このように求められた送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡ、第一開口４１１Ａの開口幅ＬＡ、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢ、及び第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢとなるように、送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１が形成される。
これにより、所望の超音波周波数に対して送受信効率が最適となる超音波デバイス４が構成されている。
【００４９】
［音響レンズの構成］
図３に戻り、超音波センサー２２を構成する音響レンズ７について説明する。
音響レンズ７は、超音波デバイス４から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波デバイス４に伝搬させる。この音響レンズ７は、超音波デバイス４が超音波を送受信する面に沿って配置される。なお、図示を省略するが、超音波デバイス４と音響レンズ７との間には、音響整合層が設けられる。これら、音響レンズ７及び音響整合層は、例えばシリコーン等により構成され、素子基板４１１の超音波トランスデューサー（送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１）の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００５０】
［回路基板の構成］
次に、図２に戻り、回路基板６について説明する。
回路基板６は、複数の駆動信号端子（図示省略）と、複数の受信信号端子（図示略）と、複数のコモン信号端子（図示省略）とを備え、配線部材５によって超音波デバイス４が接続される。具体的には、複数の駆動信号端子のそれぞれは、送信トランスデューサー４２１の下部電極４１３Ａに接続された対応する第一信号端子ＳＡに接続され、複数の受信信号端子のそれぞれは、受信トランスデューサー４３１の第一電極４１４Ｂに接続された対応する第二信号端子ＳＢに接続され、複数のコモン信号端子のそれぞれは、コモン端子ＣＡに接続されている。
また、この回路基板６は、超音波デバイス４を駆動させるためのドライバー回路等が設けられている。具体的には、回路基板６は、図２に示すように、送信回路６１、受信回路６２、分極電圧出力部６３、送信選択回路６４、及び受信選択回路６５等を含んで構成されている。
【００５１】
送信回路６１は、制御装置１０の制御により送信トランスデューサー４２１を駆動させるためのパルス波形の駆動電圧を送信選択回路６４に出力する。
受信回路６２は、受信トランスデューサー４３１から出力された出力電圧（受信信号）を制御装置１０に出力する。受信回路６２は、例えば増幅回路、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター、整相加算回路等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅、各受信チャネル毎の整相加算処理等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
【００５２】
分極電圧出力部６３は、送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａの分極処理を行うための分極電圧を出力する。
送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１の送受信効率を維持するためには、超音波の送受信処理を実施する前（又は一定周期毎）に、送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａの双方に対して、２００ｋＶ／ｃｍ以上の電界をかけて、分極方向を初期化する必要がある。２００ｋＶ／ｃｍ未満の電界では、各圧電膜の分極方向の初期化が不十分となり、送受信効率の低下を招く。
また、上述したように、受信用圧電膜４１４Ａは、送信用圧電膜４１３Ｂに比べて耐電圧が高く、絶縁破壊が起こりにくい。また、受信圧電素子４１４では、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃ間の距離が例えば５μｍであり、適正な分極処理を行うための分極電圧（受信分極電圧ＶＢ）は高くなる。一方、送信圧電素子４１３では、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃ間の距離は、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡとなるので、絶縁破壊を発生させずに適正な分極処理を実施するための分極電圧（送信分極電圧ＶＡ）は、受信分極電圧ＶＢに比べて十分小さくなる。すなわち、本実施形態では、分極電圧出力部６３は、ＶＡ＜ＶＢとなる送信分極電圧ＶＡ及び受信分極電圧ＶＢをそれぞれ送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａに対して印加する。
【００５３】
送信選択回路６４は、制御装置１０の制御に基づいて、各超音波送信部４２（第一信号端子ＳＡ）と送信回路６１とを接続する超音波送信接続と、各超音波送信部４２（第一信号端子ＳＡ）と分極電圧出力部６３とを接続する送信分極接続と、に切り替える。
受信選択回路６５は、制御装置１０の制御に基づいて、各超音波受信部４３（第二信号端子ＳＢ）と受信回路６２とを接続する超音波受信接続と、各超音波受信部４３（第二信号端子ＳＢ）と分極電圧出力部６３とを接続する受信分極接続と、に切り替える。
【００５４】
［制御装置の構成］
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、制御部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定装置１を操作するためのＵＩ（User Interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
【００５５】
制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、後述する各処理を実施する処理回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、制御部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送受信制御部１４１、信号処理部１４２、及び分極制御部１４３等として機能する。
【００５６】
送受信制御部１４１は、例えば操作部１１から超音波測定を実施する旨の操作信号が入力された際に、送信選択回路６４を超音波送信接続に切り替え、受信選択回路６５を超音波受信接続に切り替える。そして、送受信制御部１４１は、送信回路６１から駆動電圧を出力させ、各送信トランスデューサー４２１から超音波を送信させる。また、送受信制御部１４１は、受信回路６２から出力された受信信号を取得する。
信号処理部１４２は、受信回路６２から取得した受信信号に基づいて、所定の処理を実施する。例えば、信号処理部１４２は、受信信号に基づいて、生体の内部断層画像を生成して、表示部１２に出力したり、血流や血圧の測定処理を実施したりする。
【００５７】
分極制御部１４３は、例えば所定のタイミングで送信選択回路６４を送信分極接続に切り替え、受信選択回路６５を受信分極接続に切り替える。このタイミングとしては、例えば、超音波測定装置１の電源がオフ状態からオン状態に切り替わった際や、送受信制御部１４１による測定処理を実施する直前、あるいは一定周期毎等が例示できる。
【００５８】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波デバイス４は、送信トランスデューサー４２１と、受信トランスデューサー４３１とを備える。送信トランスデューサー４２１は、素子基板４１１の第一開口４１１Ａを覆う支持膜４１２（第一振動部４１２Ａ）と、第一振動部４１２Ａ上に設けられた送信圧電素子４１３により構成されている。送信圧電素子４１３は、厚み方向において下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃにより挟まれた送信用圧電膜４１３Ｂを備える。また、受信トランスデューサー４３１は、素子基板４１１の第二開口４１１Ｂを覆う支持膜４１２（第二振動部４１２Ｂ）と、第二振動部４１２Ｂ上に設けられた受信圧電素子４１４により構成されている。受信圧電素子４１４は、第二振動部４１２Ｂ上に設けられた受信用圧電膜４１４Ａを、厚み方向に交差する交差方向（本実施形態では、厚み方向に直交するＸ方向）から第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃにより挟み込むことで構成されている。そして、本実施形態では、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢは、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡより小さく形成されている。
【００５９】
送信トランスデューサー４２１を用いて超音波を送信する場合、所定の駆動電圧を電極間に印加した際に、圧電膜の変位量を大きくする必要があり、この変位量は、定性的には電極間の距離に反比例する。本実施形態では、下部電極４１３Ａ及び上部電極４１３Ｃの電極間の距離は、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡとなるので、送信感度を十分に高めることができる。
また、受信トランスデューサー４３１において超音波を受信する場合、僅かな第二振動部４１２Ｂの変位から大きい信号を得る必要があり、信号値は定性的には電極間の距離に比例する。本実施形態では、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃの電極間の距離は、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢよりも十分大きい値となるので、受信感度を十分に高めることができる。
よって、１つの超音波トランスデューサーにより超音波の送受信を行う場合や、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとにおいて同じ膜厚寸法の圧電膜を用いる場合等に比べて、送信トランスデューサー４２１における超音波の送信効率を高く、受信トランスデューサー４３１における超音波の受信効率を高くすることができる。
これに加え、図１２から図１５において性能指数の等高線が縦軸に対して平行に近づくような形状となる。すなわち、ｔＢを小さくする方がｔＡを小さくする場合に比べて、性能指数がより高くなることを示している。これにより、ｔＢ＜ｔＡとすることで、性能指数を効果的に高めることができ、すなわち、超音波デバイス４における送受信効率を飛躍的に向上できる。
【００６０】
また、本実施形態では、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法ｔＡは、３００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下であり、より好ましくは、５００ｎｍ以上１８００ｎｍである。また、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法ｔＢは、８０ｎｍ以上である。
このような構成では、送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａの絶縁破壊を抑制しつつ、高い送受信効率の超音波デバイス４を得ることができる。
【００６１】
本実施形態では、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡは、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢよりも、０．２ＭＨｚ〜０．８ＭＨｚ（より好ましくは０．５ＭＨｚ）大きく設定されている。
送信トランスデューサー４２１と受信トランスデューサー４３１との固有周波数を一致させると、送信トランスデューサー４２１から超音波を送信した際に、受信トランスデューサー４３１が共振し、ノイズ成分を含んだ出力電圧が出力され、超音波の受信精度に影響が出る。これに対して、本実施形態では、送信トランスデューサー４２１と受信トランスデューサー４３１との固有周波数がそれぞれ異なるため、上記のような共振によるノイズを低減でき、受信精度を向上できる。
【００６２】
ここで、ｆＡ−ｆＢ＜０．２ＭＨｚとなる場合では、超音波の送信時に受信トランスデューサー４３１の共振を十分に抑制できず受信精度が低下する。また、ｆＡ−ｆＢ＞０．８ＭＨｚとなる場合、送信トランスデューサー４２１により送信される超音波の周波数と、受信トランスデューサー４３１にて好適に受信可能な超音波の周波数との差が大きくなるので、受信トランスデューサーにおける受信精度が低下する。これに対して、上記のような範囲とすることで、受信トランスデューサー４３１から出力される出力電圧へのノイズ成分の混入を抑制しつつ、送信トランスデューサー４２１から送信される超音波の反射波を、受信トランスデューサー４３１にて高い受信感度で受信することができ、超音波デバイス４における超音波の送受信効率の向上を図れる。
【００６３】
また、本実施形態では、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢを、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡよりも小さくしている。この場合、受信トランスデューサー４３１における第二開口４１１Ｂの開口幅ＬＢを大きくすることになるので、第二振動部４１２Ｂが撓みやすくなり、受信トランスデューサー４３１における受信感度の向上を図れる。
【００６４】
本実施形態では、回路基板６には、分極電圧出力部６３が設けられ、この分極電圧出力部６３は、例えば超音波デバイス４における超音波の送受信処理を実施する前に、送信用圧電膜４１３Ｂに対して送信分極電圧ＶＡを印加して分極処理を行い、受信用圧電膜４１４Ａに対して送信分極電圧ＶＡよりも大きい受信分極電圧ＶＢを印加して分極処理を行う。送信用圧電膜４１３Ｂに対して、受信分極電圧ＶＢを印加すると、電圧が大きすぎることで送信用圧電膜４１３Ｂに絶縁破壊が発生するおそれがあり、受信用圧電膜４１４Ａに対して、送信分極電圧ＶＡを印加すると、十分な分極処理ができず受信感度が低下することが考えられる。これに対して、本実施形態では、送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａのそれぞれに対して最適な分極電圧を印加することができ、送信トランスデューサー４２１及び受信トランスデューサー４３１における送受信効率を高く維持することができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、超音波デバイス４における送受信効率が高くなるので、超音波プローブ２を用いた生体への超音波測定を実施する場合においても、好適に超音波の送受信処理を行うことができる。また、制御装置１０は、当該超音波デバイス４により得られた超音波測定の結果に基づいて、高精度な測定処理（例えば内部断層画像の生成や、血圧や血流の測定等）を行うことができる。
【００６６】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００６７】
上記実施形態において、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢを、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡよりも小さくするために、第二開口４１１Ｂの開口幅を大きくする例を示した。これに対して、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法を小さくしてもよく、第二開口４１１Ｂの開口幅を大きくしつつ、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法を小さくしてもよい。上述したように、受信用圧電膜４１４Ａは送信用圧電膜４１３Ｂに比べて耐電圧が大きく絶縁破壊が発生しにくい。よって、上記のように、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法を小さくした場合でも、これによる絶縁破壊の発生リスクが大きく上昇することがなく、高い送受信効率を実現することができる。
【００６８】
さらに、上記実施形態や変形例では、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢを、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡよりも小さくことで共振による受信感度の低下抑制を図ったが、これに限定されない。例えば、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡを、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢよりも小さくしてもよい。本実施形態の受信トランスデューサー４３１は、受信用圧電膜を厚み方向から２つの電極で挟み込む従来の構成に比べて、高い受信感度を実現できる。従って、本実施形態では、第二開口４１１Ｂの開口幅を大きくしたり、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法を小さくしたりすることで、送信感度を向上させてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施形態や変形例では、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢや、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡを目標とする固有周波数（例えば８ＭＨｚ）に対して低減させる例であるが、目標とする固有周波数よりも高い固有周波数設計としてもよい。
【００７０】
また、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡと、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢとの差を０．２ＭＨｚ以上０．８ＭＨｚ以下としたが、これに限定されない。例えば、測定対象からの高調波を受信トランスデューサー４３１で受信する、いわゆるハーモニック処理を実施する場合等では、受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢを高調波の周波数（ｆＡの整数倍）に合わせてもよい。
【００７１】
さらには、送信トランスデューサー４２１の固有周波数ｆＡ及び受信トランスデューサー４３１の固有周波数ｆＢを異なる値とする例を示したが、これに限定されず、同一の固有周波数としてもよい。
例えば、上記実施形態では、Ｘ方向に沿って超音波送信部４２と超音波受信部４３とを交互に配置したが、素子基板４１上に、超音波送信部４２のみが設けられる送信領域と、超音波受信部４３のみが設けられる受信領域とをそれぞれ独立して設けてもよい。この場合、送信領域と受信領域との間に例えば振動を吸収する制振部材を設ける。また、超音波送信部４２のみが設けられる送信基板と、超音波受信部４３のみが設けられる受信基板とをそれぞれ別体としてもよい。このような構成とすることで、送信領域（送信基板）から受信領域（受信基板）への振動伝達が抑制され、共振によるノイズを低減することができる。
【００７２】
上記実施形態において、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂが、素子基板４１１の厚み方向から見た際に矩形状となる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、円形状であってもよく、その他の多角形状等であってもよい。
【００７３】
上記実施形態において、受信トランスデューサー４３１は、支持膜４１２上の受信用圧電膜４１４Ａの上面（支持膜４１２とは反対側）に、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃを設ける例を示したが、これに限定されない。
図１７及び図１８は、受信トランスデューサーの他の例を示す断面図である。
図１７にように、受信トランスデューサー４３１としては、支持膜４１２上に第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃを設け、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃ上に受信用圧電膜４１４Ａを積層する構成としてもよい。つまり、受信用圧電膜４１４Ａと支持膜４１２との間に第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃが設けられる構成としてもよい。
また、図１８に示すように、受信トランスデューサー４３１としては、受信圧電膜４１４１Ａの内部に第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃが埋め込まれる構成としてもよい。
これらの構成では、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃの間に空気層が介在しないため、絶縁破壊の発生をより効果的に抑制できる。
また、上記実施形態や図１７及び図１８の例では、厚み方向（Ｚ方向）に対して直交するＸ方向に第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃを配置する例であるが、Ｙ方向に沿って第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃが配置されてもよく、Ｘ方向及びＹ方向に傾斜する方向に第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃが配置されてもよい。
また、Ｚ方向に直交する方向に限られない。第一電極４１４Ｂの支持膜４１２からの距離と、第二電極４１４Ｃの支持膜４１２からの距離とが異なっていてもよい。例えば、第一電極４１４Ｂ及び第二電極４１４Ｃのいずれか一方が支持膜４１２と受信用圧電膜４１４Ａとの境界位置に設けられ、他方が受信用圧電膜４１４Ａ内に埋め込まれる構成としてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、超音波デバイス４は、素子基板４１１の支持膜４１２とは反対側に補強板が設けられ、第一開口４１１Ａ側とは反対側に超音波を送信し、第二開口４１１Ｂとは反対側からの超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、素子基板４１１の支持膜４１２側に樹脂等を介して補強板が接合される構成としてもよい。この場合、送信トランスデューサー４２１は、第一開口４１１Ａ側に超音波を送信し、受信トランスデューサー４３１は、第二開口４１１Ｂ側から入射した超音波を受信する。
【００７５】
上記各実施形態では、生体の一部を測定対象とする超音波測定装置を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う超音波測定装置に、本発明を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する超音波測定装置にも本発明を適用することができる。特に、本発明では、受信トランスデューサー４３１の受信感度が極めて高くなるため、測定対象での超音波減衰が大きい場合でも高い感度で超音波を受信することができる。よって、測定対象に応じた超音波周波数に応じた、第一開口４１１Ａ及び第二開口４１１Ｂの開口幅や送信用圧電膜４１３Ｂ及び受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法を有する超音波デバイス４により、測定対象によらず高い送受信効率で超音波測定を行うことができる。また、測定対象に対する超音波の周波数によって、第一開口４１１Ａや第二開口４１１Ｂをより大きく形成する場合では、送信用圧電膜の膜厚寸法を１８００ｎｍ以上としてもよい。
【００７６】
上記実施形態では、送信用圧電膜４１３Ｂの膜厚寸法を３００ｎｍ以上とし、受信用圧電膜４１４Ａの膜厚寸法を８０ｎｍ以上とすることが好ましいとしたが、これに限定されない。すなわち、送信用圧電膜４１３Ｂや受信用圧電膜４１４Ａとして、ＰＺＴ以外の圧電素材を用いる場合、それぞれの素材の耐圧性に応じて最小膜厚寸法を規定することができる。
【００７７】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、４…超音波デバイス、１０…制御装置、２２…超音波センサー、４１…素子基板、４２…超音波送信部、４３…超音波受信部、６３…分極電圧出力部、１４３…分極制御部、４１１…素子基板、４１１Ａ…第一開口、４１１Ｂ…第二開口、４１１Ｃ…隔壁部、４１２…支持膜、４１２Ａ…第一振動部、４１２Ｂ…第二振動部、４１３…送信圧電素子、４１３Ａ…下部電極、４１３Ｂ…送信用圧電膜、４１３Ｃ…上部電極、４１４…受信圧電素子、４１４Ａ…受信用圧電膜、４１４Ｂ…第一電極、４１４Ｃ…第二電極、４２１…送信トランスデューサー、４３１…受信トランスデューサー、Ｇ１…ギャップ、ＬＡ…第一開口の開口幅、ＬＢ…第二開口の開口幅、ＳＬ…信号線、ｆＡ…固有周波数、ｆＢ…固有周波数、ｔＡ…膜厚寸法、ｔＢ…膜厚寸法。
【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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【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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