(57)【要約】【課題】超音波変換素子などに用いられる静電容量型トランスデューサの特性ばらつきで生じる送信音圧のばらつきを低減させられる静電容量型トランスデューサの駆動方法、駆動装置などを提供する。【解決手段】間隙８を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極１０を含む振動膜１１が振動可能に支持された構造のセル２を有する素子３を複数個備えた静電容量型トランスデューサ１の駆動方法である。複数の素子３のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群内の各素子のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧より小さい電圧を受信バイアス電圧として前記素子群に印加する。前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアス電圧より小さい電圧を送信バイアス電圧として印加する。【選択図】図１
2015100472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを有する素子を複数個備えた静電容量型トランスデューサの駆動方法であって、
前記複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群内の各素子のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧より小さい電圧を受信バイアス電圧として前記素子群に印加し、
前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアス電圧より小さい電圧を送信バイアス電圧として印加する、
ことを特徴とする静電容量型トランスデューサの駆動方法。
【請求項２】
前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記送信バイアス電圧に送信駆動電圧が重畳された電圧を前記素子群に印加し、
前記送信駆動電圧の振幅の絶対値は前記最小のプルイン電圧と前記送信バイアス電圧の差より小さい、
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の駆動方法。
【請求項３】
前記送信バイアス電圧は、前記最小のプルイン電圧の１/２以下に設定す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の駆動方法。
【請求項４】
送信駆動電圧の振幅の絶対値を前記送信バイアス電圧より小さくすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの駆動方法。
【請求項５】
間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを有する素子を複数個備えた静電容量型トランスデューサの駆動装置であって、
前記一対の電極間に印加する電圧を制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、
前記複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群内の各素子のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧より小さい電圧を受信バイアス電圧として前記素子群に印加し、
前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアス電圧より小さい電圧を送信バイアス電圧として印加する、
ことを特徴とする静電容量型トランスデューサの駆動装置。
【請求項６】
前記素子群が音響波を送信するモードの送信バイアス電圧と、前記素子群が音響波を受信するモードの受信バイアス電圧と、を切り替えるスイッチ部を有し、
前記スイッチ部は、送信駆動時には前記電圧制御部から前記素子群に前記送信バイアス電圧が印加されるように切り替え、受信駆動時には前記電圧制御部から前記素子群に前記受信バイアス電圧が印加されるように切り替える、
ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量型トランスデューサの駆動装置。
【請求項７】
前記電圧制御部は、
前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記送信バイアス電圧に送信駆動電圧が重畳された電圧を印加し、
前記送信駆動電圧の振幅の絶対値を前記最小のプルイン電圧と前記送信バイアス電圧の差より小さく設定する、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の静電容量型トランスデューサの駆動装置。
【請求項８】
前記送信バイアス電圧は、前記最小のプルイン電圧の１/２以下に設定することを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの駆動装置。
【請求項９】
送信駆動電圧の振幅の絶対値を前記送信バイアス電圧より小さくすることを特徴とする請求項５から８の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの駆動装置。
【請求項１０】
請求項５から９の何れか１項に記載の駆動装置により駆動される静電容量型トランスデューサと、前記静電容量型トランスデューサが出力する電気信号を用いて被検体の情報を取得する処理部と、を有し、
前記静電容量型トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、前記電気信号を出力することを特徴とする被検体情報取得装置。
【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の駆動方法、駆動装置などに関する。
【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などの音響波（以下、超音波で代表することがある）を送信、受信する事ができ、特に、液中において優れた広帯域特性を容易に得る事が出来る。尚、本明細書において、音響波とは、音波、超音波と呼ばれるものを含む。
【０００３】
超音波診断装置は、被検体に静電容量型トランスデューサから超音波を送信し、被検体からの反射信号を静電容量型トランスデューサで受信し、受信した信号に基づいて超音波画像を撮像する装置である。特許文献１では、静電容量型トランスデューサのコラプス状態による感度低下の抑制について提案がされている。また特許文献２では、送信した超音波の音圧の増大と反射信号の受信効率の向上について、静電容量型トランスデューサの駆動方法に関する提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００９／０７５２８０号
【特許文献２】特開２００６−１２２３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電容量型トランスデューサは、間隙を隔てて設けられた一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを有する素子（エレメント）が複数個集まって構成される。素子は、製造時の膜厚ばらつきなどにより、それぞれの素子の特性にばらつきを有する事がある。複数の素子に同一のバイアス電圧を印加して複数の素子に同一の送信駆動電圧を印加することで音響波を送信すると、一つの静電容量型トランスデューサ内の素子から送信される音響波の強度にばらつきが生じる事がある。送信した音響波の強度がばらつくと、被検体からの反射波がばらつくため、受信した信号に基づいた超音波画像に歪みが生じたり、分解能が低下したりする事がある。
【０００６】
特許文献１に記載の技術のように、高いバイアス電圧を印加した状態で送受信を行うと、静電容量型トランスデューサの非線形な音響波の強度特性により、送信される音響波の強度ばらつきが大きくなる事がある。また、特許文献２の技術では、送受信時のバイアス電圧を段階的に切り替える事で、反射した音響波の受信感度を調節しているが、複数の素子の特性のばらつきを考慮した駆動がされているとは言えない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の静電容量型トランスデューサの駆動方法は、間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを有する素子を複数個備えたトランスデューサの駆動方法であって、次の特徴を有する。すなわち、前記複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群のプルイン電圧のうちの最小電圧より小さい電圧を受信バイアスとして前記素子群に印加する。また、前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアスより小さい電圧を送信バイアスとして印加する。
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の静電容量型トランスデューサの駆動装置は、間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを有する素子を複数個備えたトランスデューサの駆動装置であって、次の特徴を有する。すなわち、前記一対の電極間に印加する電圧を制御する電圧制御部を備える。前記電圧制御部は、前記複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群のプルイン電圧のうちの最小電圧より小さい電圧を受信バイアスとして前記素子群に印加する。そして、前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアスより小さい電圧を送信バイアスとして印加する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、受信のバイアス電圧を前記素子群の最小のプルイン電圧より小さくすることで、前記素子群の素子を受信駆動の際にプルインしない状態で駆動することが可能となる。また、送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧より小さくすることで、送信と受信のバイアス電圧を同一にして駆動したときの音圧よりも大きい音圧を送信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の静電容量型トランスデューサの一例を説明する上面図とＡ−Ｂ断面図。
【図２】送信駆動電圧と音響波の強度（送信音圧）特性の一例と送信駆動電圧の時間波形の一例を示す図。
【図３】素子の上面の音圧の時間波形の一例を示す図。
【図４】静電容量型トランスデューサを駆動する駆動装置と送受信回路を説明する図。
【図５】超音波プローブの斜視図。
【図６】本発明の静電容量型トランスデューサの製造方法の一例を説明する断面図。
【図７】実施例１の静電容量型トランスデューサを説明する上面図。
【図８】実施例１を説明する送信駆動電圧の時間波形の一例と送信駆動電圧と音響波の強度（送信音圧）特性の一例を示す図。
【図９】実施例１を説明する送信駆動電圧の時間波形の一例と送信駆動電圧と音響波の強度（送信音圧）特性の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群内の各素子のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧より小さい電圧を受信バイアスとして前記素子群に印加する。そして、前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアスより小さい電圧を送信バイアスとして印加する。
【００１２】
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は、本発明の静電容量型トランスデューサの一例の示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本実施形態では、静電容量型トランスデューサ１が、間隙を隔てて形成された一対のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセル２を有する素子３（エレメント）を複数個備える。図１（ａ）では、３つの素子３のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。また、各素子３は、セル２が４４個から構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、セル２の配列は格子状の配置でも千鳥配置でもどのような配列でも構わない。さらに、素子３の大まかな外形は図１（ａ）に記載のような長方形でも、正方形や六角形などでも構わない。
【００１３】
図１（ｂ）に示す様に、セル２は、基板４、基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上の第二の絶縁膜７を有する。さらに、第二の電極１０とメンブレン９とを含む振動膜１１と、振動膜１１を支持する振動膜支持部１２と、間隙（キャビティ）８を有している。基板４がガラス基板などの絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５はなくてもよい。間隙８を上面からみた形状は円形であり、振動する部分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、セル２の第一の電極６と第二の電極１０との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段１３と、第二の電極１０に送信駆動電圧を印加する電圧印加手段１４を有している。
【００１４】
振動膜１１のメンブレン９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事が出来るので、窒化シリコン膜の残留応力により振動膜の大きな変形を防止することができて望ましい。振動膜１１のメンブレン９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９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。
【００１５】
本実施形態の静電容量型トランスデューサでは、第一の電圧印加手段１３が第一の電極６にバイアス電圧を印加する事が出来る。なお、第二の電極１０はグランド電位に固定された状態とする。本発明においてグランド電位とは、必ずしも０Ｖに限らず、送受信回路が有する基準電位を示す。第一の電極６にバイアス電圧が印加されると、第一の電極６と第二の電極１０との間に電位差が生じる。この電位差により、振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜１１は変位する。この状態で音響波が振動膜１１に到達すると、振動膜１１が振動する事で第一の電極６と第二の電極１０の間の静電容量が変化して第二の電極１０に電流が流れる。この電流は音響波の強度に対応する電気信号であり、この電流が、第二の電極１０につながっている第二の電極パッド４１を介して出力される。また、第一の電圧印加手段１３が第一の電極６にバイアス電圧を印加した状態で、第二の電圧印加手段１４が第二の電極１０に送信駆動電圧を印加する（つまりバイアス電圧に送信駆動電圧を重畳する）ことにより、音響波が送信される。送信駆動電圧は、所望の音響波を送信できる波形であればどのような波形でも良い。単極パルスや双極パルス、バースト波や連続波など、所望の波形を用いればよい。
【００１６】
ここで、「プルイン」について説明する。例えば１つのセルに注目した場合、第一の電極６へ印加する電圧が増大すると、振動膜１１の復元力と静電引力が釣り合い、振動膜１１が間隙８の下面の絶縁膜７に接触するに至る。このように、振動膜１１が下側に接触することをプルインと呼び、このプルインする際の電圧をプルイン電圧という。バイアス電圧が高いほど、第一の電極６と第二の電極１０との距離は近づくため、受信した音響波を電気信号に変換する、あるいは電気信号を音響波に変換する変換効率は高くなる。しかし、プルイン電圧以上のバイアス電圧が電極間に印加され、振動膜が間隙下面に接触すると、セルが有する周波数特性が大きく変化して、検出できる音響波の受信感度も大きく変化する。また、送信できる音響波の強度や周波数特性も大きく変化する。つまり、素子単位で考えた場合、駆動対象の素子群内に、プルイン電圧以上の電圧が印加された素子３と、されない素子３とが混在する場合、受信感度などのばらつきが大きくなる。
【００１７】
本実施形態では、複数の素子のうち少なくとも一部の素子群が音響波を受信するモードでは、前記素子群内の各素子のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧よりも小さい電圧を、受信バイアス電圧として前記素子群に印加する。なお、１つの素子に着目した場合、本明細書では、「素子がプルインする」とは、その素子内の全セルがプルインすることを示すものとする。つまり、その素子内の全セルがプルインする電圧をその素子のプルイン電圧とする。素子が複数ある場合、素子毎にプルイン電圧は異なる可能性がある。よって、本実施形態では、素子毎のプルイン電圧のうち最小となるプルイン電圧よりも、受信バイアス電圧を小さくする。これにより、素子群内の全素子が受信駆動の際にプルインしない状態で駆動するため、素子毎の受信感度のばらつきを小さくできて好ましい。また、前記素子群が音響波を送信するモードでは、前記素子群に前記受信バイアス電圧より小さい電圧を送信バイアス電圧として印加する。さらに、送信駆動の際は、送信駆動対象の素子群に対して送信駆動電圧が送信バイアス電圧に重畳される。送信駆動対象の素子は時系列に切り替えることにより、超音波のリニア電子スキャンを行うことができる。なお本実施形態では、送信バイアス電圧と送信駆動電圧の和を、前記最小のプルイン電圧より小さくする事が好ましい。なお、送信駆動電圧は、例えば図２（ｂ）に示す波形の振幅の最大値の事であり、バイアス電圧を増加させる方向の振幅を示す。静電容量型トランスデューサ１を構成する素子で、プルイン電圧以上の電圧が印加された素子３と、されない素子３とが混在する場合、送信音圧のばらつきが大きくなる。本実施形態では、上記の如く、素子群において、送信駆動の際にプルインしない状態で駆動する事で素子毎の送信音圧のばらつきを小さくできて好ましい。
【００１８】
本実施形態の静電容量型トランスデューサは、半導体微細加工プロセスにより製造する事が出来る。絶縁膜７やメンブレン９の厚さ、間隙８の高さは、製造時の成膜ばらつきなどによりばらつくことがある。製造時のばらつきにより、第一の電極６と第二の電極１０の間の距離がばらつくことになる。また、振動膜１１を構成するメンブレン９と第二の電極１０の厚さもばらつくため、振動膜１１のばね定数もばらつくことになる。第一の電極６と第二の電極１０の間の距離がばらついたり、振動膜１１のばね定数がばらついたりすると、セル２のプルイン電圧がばらつく為、複数のセル２から構成される素子３のプルイン電圧がばらつく。該製造ばらつきにより生じるプルイン電圧のばらつきを有する素子３を複数個含む静電容量型トランスデューサ１で、素子群に同一のバイアス電圧を印加する場合、該素子群の全ての素子３がプルインしない状態で駆動する。このことで、受信感度のばらつきを小さくする事が出来る。また、バイアス電圧と送信電圧との和について、その素子群の全ての素子３がプルインしない状態にして、駆動を行う事で、送信音圧のばらつきを小さくする事が出来る。音響波の受信感度を高くして鮮明な超音波画像を取得するためには、上記条件の範囲で受信バイアス電圧をできるだけ高くする事が好ましい。
【００１９】
受信のバイアス電圧と送信のバイアス電圧を同一にして駆動する場合は、送信のバイアス電圧も高くなるため、送信駆動電圧が制限される。それ故に、送信できる音響波の強度も制限される。例えば最小のプルイン電圧が１００Ｖであり、受信のバイアス電圧を８０Ｖにした場合、送信のバイアス電圧も８０Ｖとしたとき、送信駆動電圧（すなわち、その絶対値の振幅）は２０Ｖ未満となる。これと異なって、本実施形態のように送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧より小さくすると、図２（ａ）に示すように、静電容量型トランスデューサが送信できる音響波の強度を向上する事が出来る。これについて、以下に詳細に述べる。
【００２０】
図２（ａ）は送信駆動電圧と音響波の強度（送信音圧）特性の一例である。横軸はプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率であり、縦軸は送信音圧の強度比である。系列はプルイン電圧に対する送信のバイアス電圧の比率である。縦軸の送信音圧の強度比は、系列Vdc０.５（プルイン電圧に対する送信バイアス電圧の比率Vdcが０.５の系列（×で示す））で送信駆動電圧/プルイン電圧が０.４９の時の送信音圧を１として規格化した値である。各系列の曲線は、プロットした点を最小二乗法で近似した２次の近似曲線である。縦軸の送信音圧は、静電容量型トランスデューサの第一の電極６にバイアス電圧を印加し第二の電極１０に送信駆動電圧を印加して音響波を送信した時に、素子３の直上の音響波の時間波形を取得し、取得した時間波形の片側振幅の最大値の事である。
【００２１】
図２（ｂ）に送信駆動電圧の時間波形を示し、図３に素子３の表面の音圧の時間波形を示す。図２（ｂ）、図３ともに横軸は時間（μsec）である。図２（ｂ）の縦軸は最大値で規格化した電圧比であり、送信駆動電圧は矩形の双極パルス波である。矩形のパルス幅は５０nsecである。図３の縦軸は最大値で規格化した音圧比である。送信駆動電圧は、図２（ｂ）のような矩形の双極パルス波に限らず、片側の単極のパルス波でも、バースト波でも良く、所望の周波数特性と送信音圧が得られる波形であれば良い。図２（ａ）は、送信のバイアス電圧と送信駆動電圧の和が上記最小のプルイン電圧の９９％以下までの組み合わせで計算した結果を示している。例えばプルイン電圧に対する送信のバイアス電圧の比率Vdcを０.８とし（◆で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.１９とすると、送信音圧の強度比は０.７となる。さらに送信駆動電圧を増加して送信音圧の強度を高くしようとすると、送信駆動電圧を増加する分だけ、送信のバイアス電圧を下げる必要がある。例えばプルイン電圧に対する送信のバイアス電圧の比率を０.７とし（■で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.２９とすると、送信音圧の強度比は０.８６となる。最も強度の高い送信音圧を得るためには、例えばプルイン電圧に対する送信のバイアス電圧の比率を０.５とし（×で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.４９で駆動すれば、送信音圧の強度比は１となる。送信のバイアス電圧と送信駆動電圧の和が最小のプルイン電圧の９９％以下で駆動する場合において、最大の送信音圧を得るためには、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.５未満の範囲内で増加して駆動する事で、さらに大きな送信音圧の強度を得る事が出来る。
【００２２】
例えば、プルイン電圧に対する受信のバイアス電圧の比率を０.８とし、送信のバイアス電圧と受信のバイアス電圧を同一にして送信駆動をする（◆で示す）。この場合、最大の送信駆動電圧の比率は０.１９となり、この条件で得られる送信音圧の強度比は最大で０.７までしか達しない。一方、本実施形態のように、プルイン電圧に対して受信のバイアス電圧の比率を０.８とし、送信のバイアス電圧の比率を０.５とする（すなわち受信のバイアス電圧より小さくする）。すると、×で示す線のように最大の送信駆動電圧の比率は０.４９となり、得られる送信音圧の強度比は１.０となる。送信のバイアス電圧の比率を０.７とすると（この場合も受信のバイアス電圧より小さくする）、■で示す線のように最大の送信駆動電圧の比率は０.２９となり、得られる送信音圧の強度比は０.８６である。送信と受信のバイアス電圧を同一にして駆動した時の送信音圧よりも大きな送信音圧が得られる。
【００２３】
つまり、受信のバイアス電圧よりも送信のバイアス電圧を小さくし、送信駆動電圧をプルイン電圧と送信のバイアス電圧の差より小さくする事で、送信と受信のバイアス電圧を同一にして駆動した時の音圧と同等以上の音圧を送信する事が出来る。上記では、プルイン電圧に対する受信のバイアス電圧の比率を０.８として説明したが、１より小さい０.８以外の値でも構わない。
【００２４】
また、送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧より小さい範囲で駆動する場合において、同じ送信音圧の強度を得るには送信のバイアス電圧は低い方が好ましい。例えば、送信音圧の強度比として０.６を得る場合、送信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の０.８とし（◆で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.１６５とする事で０.６の強度比が得られる。同様にして、送信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の０.５とし（×で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.３４５とする事で０.６の強度比が得られる。しかし、同じ強度比が得られる点の接線の傾きを比較すると、送信のバイアス電圧が低い方が接線の傾きが小さい。傾きが小さい方が、印加する電圧がばらついた場合に生じる送信音圧の強度比のばらつきが小さい事を示しており、傾きが小さい駆動条件で駆動する事が好ましい。
【００２５】
印加する電圧がばらつくとは、第一の電極６に印加したバイアス電圧の実効的な電界強度がばらつく事を意味する。つまり、静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３毎にプルイン電圧が異なる場合を考える。この場合、第一の電極６は素子３で共通である為、第一の電極６に共通のバイアス電圧を印加すると、素子３毎に実効的に印加されるバイアス電圧が異なる。さらに、共通の送信駆動電圧を第二の電極１０に印加すると、素子３毎に実効的に印加される送信駆動電圧が異なる。送信のバイアス電圧が高い程、実効的に印加されるバイアス電圧と送信駆動電圧の違いによる送信音圧の強度ばらつきへの影響が大きいことから、本実施形態のように送信音圧の強度ばらつきが小さくなる駆動条件で駆動する事が好ましい。図２（ａ）から明らかなように、送信のバイアス電圧は、最小のプルイン電圧の１/２以下である領域で駆動することが好ましい。
【００２６】
送信駆動電圧を送信のバイアス電圧より小さくする事で振動膜１１を正常に振動させる事が出来る。静電容量型トランスデューサは、送信のバイアス電圧以上に、送信駆動電圧の振幅を大きくすると、振動膜１１が正常に振動しないことがある。振動膜１１の正常な振動とは、バイアス電圧を印加しない初期の状態での振動膜１１の位置を、バイアス電圧を印加した時に振動膜１１の位置が変化する方向と逆側に超えないで振動する事を意味する。送信駆動電圧が送信のバイアス電圧以上となると、素子３が有する周波数特性が大きく変化する。したがって送信音圧の強度ばらつきが大きくなり、送信音圧の強度比も所望のものが得られなくなる為、送信駆動電圧を送信のバイアス電圧より小さくすることが好ましい。
【００２７】
例えば、送信音圧の強度比０.２を得る場合、送信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の０.３倍とし（図２（ａ）において、●で示す）、送信駆動電圧/プルイン電圧を０.２４とする事が好ましい。送信のバイアス電圧と送信駆動電圧の組み合わせは、所望の送信音圧の強度比が得られ、振動膜１１が正常に振動し、所望の送信音圧の強度が得られる点を含む近似曲線の傾きが小さい条件に設定する事が好ましい。
【００２８】
次に、図４（ａ）に駆動装置の一例を示す。超音波診断装置などの装置は、システム制御部１６、バイアス電圧制御部１７、送信駆動電圧制御部１８、送受信回路１９、超音波プローブ２０、画像処理部２１、表示部２２などで構成される。駆動装置は、バイアス電圧制御部１７、送信駆動電圧制御部１８などを備える。超音波プローブ２０は、被検体へ音響波を送信し、被検体から反射した音響波を受信する静電容量型トランスデューサ１を含む送受信プローブである。送受信回路１９は、外部から供給されたバイアス電圧や駆動電圧を超音波プローブ２０に供給したり、超音波プローブ２０が受信した音響波を処理して画像処理部２１へ出力したりする回路である。バイアス電圧制御部１７は、超音波プローブ２０へバイアス電圧を供給する為に送受信回路１９へバイアス電圧を供給している。バイアス電圧制御部１７は、図示しない電源とスイッチから構成され、システム制御部１６から指示されたタイミングで、送信のバイアス電圧と受信のバイアス電圧をスイッチで切り替えて送受信回路１９へ供給する。送信駆動電圧制御部１８は、超音波プローブ２０へ送信駆動電圧を供給する為に送受信回路１９へ送信駆動電圧を供給する。システム制御部１６から指示されたタイミングで、所望の周波数特性と送信音圧の強度が得られる波形を、送受信回路１９へ供給する。画像処理部２１は、送受信回路１９から出力された信号を用いて画像変換（例えばＢモード画像、Ｍモード画像など）を行い、表示部２２へ出力する。表示部２２は、画像処理部２１から出力される画像信号を表示する表示装置である。画像表示部２２は、駆動装置などとは別体の構成にすることもできる。システム制御部１６は、バイアス電圧制御部１７、送信駆動電圧１８、画像処理部２１などを制御する回路である。
【００２９】
図４（ｂ）に送受信回路の一例を示す。送受信回路２６は、送信部２３と受信プリアンプ２４とスイッチ部２５から構成される。送信駆動時には、図４（ａ）のシステム制御部１６から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部１７から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ２０に印加する。同様にシステム制御部１６から指示された送信駆動電圧に従い、送信駆動電圧制御部１８から印加された電圧を送信部２３を介して超音波プローブ２０に印加する。送信駆動電圧が印加されると、スイッチ部２５は開いた状態となり、受信プリアンプ２４には信号が流れないようになる。送信駆動電圧が印加されない状態では、スイッチ部２５は閉じた状態であり、受信の状態となる。スイッチ部２５は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信プリアンプ２４が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。超音波プローブ２０から音響波が送信され、被検体で反射された音響波が超音波プローブ２０に戻ってくると、超音波プローブ２０は音響波を受信する。受信駆動時には、図４（ａ）のシステム制御部１６から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部１７から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ２０に印加する。スイッチ部２５は閉じた状態であるため、受信信号は受信プリアンプ２４で増幅され、画像処理部２１に送られる。
【００３０】
図５に被検体情報取得装置である超音波プローブの一例を示す。図５は超音波プローブの斜視図である。超音波プローブ２７は、静電容量型トランスデューサ１と音響マッチング層２８と音響レンズ２９と回路基板３０から構成される。図８の静電容量型トランスデューサ１は図１の静電容量型トランスデューサ１と同様な構成であり、図５に示すように素子３が１次元アレイの如くＸ方向に多数個並んでいる。図５では１次元アレイだが、素子３を２次元アレイ状に並べてもよいし、コンベックス型など他の形状としてもよい。静電容量型トランスデューサ１は、回路基板３０に実装され、電気的に接続される。回路基板３０は、図４（ａ）に示した送受信回路１９と一体となった基板でも良いし、回路基板３０を介して図４（ａ）のような送受信回路１９と接続させてもよい。静電容量型トランスデューサ１が音響波を送信する表面側には、被検体と音響インピーダンスの整合を取る為に、音響マッチング層２８を設けている。音響マッチング層２８は、被検体への漏電を防止する為の保護膜として設けてもよい。音響マッチング層２８を介して音響レンズ２９が配置されている。音響レンズ２９は、被検体と音響マッチング層２８との間で、音響インピーダンスの整合が取れる物を用いるのが好ましい。図５のようなＹ方向に曲率を持つ音響レンズ２９を設けると、Ｙ方向に広がる音響波を音響レンズの焦点位置で絞る事が出来る。Ｘ方向に広がる音響波はそのままでは絞る事が出来ない為、素子３（素子群）毎に音響波を送信するタイミングをずらしてビームフォーミングで送信駆動する事で、焦点位置で音響波を絞る事が出来る。音響レンズ２９の形状は、所望の音響波の分布特性が得られる形状にするのが好ましい。また、用いる被検体の種類に応じて、音響マッチング層２８や音響レンズ２９の種類や形状を選択すれば良いし、設けなくてもよい。超音波プローブ２７へのバイアス電圧と送信駆動電圧の供給や、被検体から反射した音響波を受信して得られる被検体の情報を含む受信信号は、図示しないケーブルを介して送受信回路１９または画像処理部２１へ伝送される。
【００３１】
図６を用いて本実施形態の静電容量型トランスデューサの製造方法の一例を示す。図６は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。図６（ａ）に示すように、基板３１上に第一の絶縁膜３２を形成する。基板３１はシリコン基板であり、第一の絶縁膜３２は第一の電極との絶縁を形成するためのものである。基板３１がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜３２は形成しなくともよい。また、基板３１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、各セル間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板３１は、表面粗さの小さな基板が望ましい。さらに、第一の電極３３を形成する。第一の電極３３は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、アルミニウム等である。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、各セル間、各素子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。
【００３２】
次に、第二の絶縁膜３４を形成する。第二の絶縁膜３４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ある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、後述のメンブレンが絶縁体であるため、第二の絶縁膜３４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、第二の絶縁膜３４を形成しなくともよい。基板と同様に、第二の絶縁膜３４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、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等である。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、犠牲層３５を形成する。犠牲層３５は、表面粗さが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ある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ある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する。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、各セル間の感度、帯域ばらつきとなる。絶縁膜、メンブレンが窒化シリコン膜、ある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あるいはエッチングガスを用いる事が出来る犠牲層材料が望ましい。例えば、アモルファスシリコン、ポリイミド、クロム等である。特に、クロムのエッチング液は、窒化シリコン膜ある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あるいはシリコン酸化膜の場合、望ましい。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、メンブレン３６を形成する。メンブレン３６は、低い引張り応力が望ましい。例えば、５００ＭＰａ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、５００ＭＰａ以下の低い引張り応力にする事が出来る。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ある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３６は、低い引張り応力が望ましい。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。
【００３５】
次に、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３５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事が出来る。犠牲層除去工程あるいは封止工程は、第二の電極を形成後に行うこともできる。
【００３６】
次に、図６（ｄ）に示すように、第二の電極３７を形成する。第二の電極３７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。犠牲層除去工程ある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。図６（ｄ）では、第二の電極３７は、電気的に分離されているが、電気的に繋がっていても良い。図６（ｅ）は、第一の電極３３と第二の電極３７に、それぞれ、電圧印加手段１３と電圧印加手段１４が接続された状態を示す。なお、図６（ｅ）では犠牲層３５が示されているが、これは最終的には除去されてここに間隙が形成される。
【００３７】
なお、本実施形態において、静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３の最小のプルイン電圧は、実際に音響波を送受信するための素子３のプルイン電圧を測定してもよいし、静電容量型トランスデューサの周囲に配置した、プルイン電圧測定用素子（ＴＥＧ）のプルイン電圧を測定してもよい。ただし、音響波を送受信するための素子でプルイン電圧を測定すると、素子の絶縁膜が帯電して特性のばらつきが生じてしまう為、ＴＥＧのプルイン電圧を測定するのが好ましい。プルイン電圧の測定は、バイアス電圧を変化させたときの容量を測定する事で測定する事が出来る。バイアス電圧を増加させていくと、容量も増加していき、或る電圧で容量が変化しなくなる。この電圧がプルイン電圧である。また、バイアス電圧を変化させたときの共振周波数の変化を測定する事でも、プルイン電圧を測定する事が出来る。バイアス電圧を増加させていくと、共振周波数が低下していき、或る電圧で共振周波数が高い周波数へシフトする。この電圧がプルイン電圧である。プルイン電圧は所望の精度が得られる方法で測定すればよく、測定の手法は問わない。
【００３８】
また、上記に示した製造工程において、成膜した各膜の膜厚や誘電率、セルの直径を測定する事で、プルイン電圧を計算で推定することも可能である。プルイン電圧の計算は、有限要素法などで静電容量と振動膜変位の関係を計算して静電容量を変位の多項式近似とし、その一次および二次偏導関数を解く事で計算する事が出来る。膜厚は光干渉法や触針式表面形状測定装置などを用いて測定する事が出来る。誘電率は、上下の電極間に膜を成膜して電極間の容量を測定し、容量と電極面積、上下電極間距離、真空の誘電率から求める事が出来る。セルの直径は、顕微鏡などを用いて光学的に測定をする事が出来る。膜厚を測定する為の膜厚測定素子は、音響波を送受信するための素子の特性を計算で予測する為に、該素子の近傍に配置する事が好ましい。シリコン基板などを用いた半導体微細加工プロセスに用いる成膜装置の成膜ばらつきを把握する為に、必要な数だけ所望の位置に設ければよい。
【００３９】
素子３の最小のプルイン電圧は、上記に示した測定と計算を併用する事で、予測する事が出来る。例えば、静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３が５０個、１次元アレイ状に配置されている場合について述べる。膜厚測定素子を素子３毎に設け、製造工程で各膜の膜厚と誘電率、セルの直径を測定する。測定したデータを元に、有限要素法で各素子３のプルイン電圧を計算する。また、１次元アレイの両端に配置されている素子３のプルイン電圧を測定する。両端の素子３の測定値と計算値のずれを、残りの素子の計算値の補正において考慮する事で、精度よくプルイン電圧を予測する事が出来る。測定する素子の数は、１つでも良いし、複数個測定をして計算値とのずれの平均値を補正係数として計算値を補正してもよい。また、静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３の近傍にＴＥＧを複数個設けて、ＴＥＧのプルイン電圧を測定した値を測定値として用いてもよく、ＴＥＧを素子３と同じ個数設けて素子３のプルイン電圧を測定してもよい。上記のような方法で素子群のなかの各素子３のプルイン電圧のうちの最小のプルイン電圧を知る事が出来るが、他の手法でプルイン電圧を予測したり測定したりしても構わない。こうした最小のプルイン電圧は、例えば、製造時に取得して、それに基づき駆動装置の素子の受信バイアス電圧、送信バイアス電圧などを設定する。
【００４０】
本実施形態の静電容量型トランスデューサは、図１（ａ）の第二の電極パッド４１に電気的に接続された図示しない引き出し配線を用いる事で、第二の電極３７から電気信号を引き出す事が出来る。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３３に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極３７を有する振動膜３８が変形するため、第二の電極３７と第一の電極３３との間の間隙の距離が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、引き出し配線に電流が流れる。この電流を図４（ｂ）に示した送受信回路２６で電流−電圧変換を行い、電圧として超音波を受信する事が出来る。また、第一の電極３３に直流電圧を印加し、送信駆動電圧を第二の電極３７に印加し、静電気力によって、振動膜３８を振動させる事が出来る。これによって、超音波を送信する事が出来る。
【００４１】
上記のように製造された静電容量型トランスデューサを本実施形態の駆動方法によって駆動する事で、次の効果が奏される。すなわち、送信と受信のバイアス電圧を同一にして駆動した時に生じる、１つの静電容量型トランスデューサ内の駆動対象の素子から送信される音響波の強度ばらつきを低減する事が出来る。これにより、被検体からの反射波のばらつきが低減して、受信した信号に基づいた超音波画像の歪みが減少し、分解能が向上する。
【００４２】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例について図７と図８を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の拡大模式図である。図８（ａ）は、本実施例で静電容量型トランスデューサの素子に印加する送信駆動電圧の時間波形である。
【００４３】
図７（ａ）に示した静電容量型トランスデューサ１の外形寸法は、Ｙ方向が７．５ｍｍ、Ｘ方向が４４ｍｍである。素子３の外形は、Ｘ方向が０．２ｍｍ、Ｙ方向が４ｍｍであり、１９６個の１次元アレイ状に配置されている。図７（ａ）の一部を拡大した模式図が図７（ｂ）であり、図７（ｂ）のＡ−Ｂ断面図が図６（ｄ）である。素子３を構成するセル２は円形の形状であり、間隙８の直径は３１μｍである。セル２は図７（ｂ）のように最密に配置されており、１つの素子３を構成するセル２は、隣接したセルと３４μｍの間隔で配置されている。つまり隣接しているセル２同士の間隙８の最短距離は３μｍである。図７（ｂ）ではセル数は省略しているが、実際には１つの素子３には７０２個のセル２を配置させている。
【００４４】
セル２は、３００μｍ厚さのシリコン基板４、シリコン基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上の第二の絶縁膜７を有する。また、第二の電極１０とメンブレン９とを含む振動膜１１、振動膜１１を支持する振動膜支持部１２、間隙８を有している。間隙８の高さは２４０ｎｍである。さらに、第一の電極と第二の電極との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段１３と、第二の電極に送信駆動電圧を印加する電圧印加手段１４を有している。第一の絶縁膜５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。第二の絶縁膜７は、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６は厚さが５０ｎｍのチタンであり、第二の電極１０は厚さが１００ｎｍのアルミニウムである。メンブレン９はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、４５０ＭＰａ以下の引張り応力で形成し、厚みは１４００ｎｍである。
【００４５】
上記のような静電容量型トランスデューサの周囲に、プルイン電圧測定用素子（ＴＥＧ）を配置する。静電容量型トランスデューサの両端の素子と中央の素子に近接して配置されたＴＥＧのプルイン電圧は、左端から順に２０３Ｖ、２０７Ｖ、２１６Ｖである。また、上記に示した製造工程において成膜した各膜の膜厚を測定する為に、左端の素子３を第１の素子とし、右端の素子３を第１９６番目の素子とした場合、第１の素子の近傍から第１９６番目の素子の近傍まで、８ｍｍの間隔で５か所に膜厚測定素子を配置する。間隙８の直径は、膜厚測定素子を近傍に配置した素子内の１０か所を測定する。各素子１０か所の平均を間隙８の直径とする。間隙８の直径に差はなく、３１μｍである。間隙８の直径の測定結果と各膜の膜厚測定結果を元に、有限要素法でプルイン電圧を計算すると、第１の素子の近傍の膜厚測定素子から順に、２２６Ｖ、２２４Ｖ、２３０Ｖ、２３６Ｖ、２４０Ｖとなる。計算値と測定値のずれは約１０％であり、膜厚測定結果から計算したプルイン電圧の傾向を元に最小のプルイン電圧を予測する。すると、膜厚測定結果から計算したプルイン電圧が２２４Ｖである素子が最小のプルイン電圧をもつ素子であり、その素子の実際のプルイン電圧は約２０１Ｖである事が予測できる。本実施例の静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３のプルイン電圧は、２０１Ｖから２１６Ｖまでばらついていると予測できる。膜厚測定結果から計算したプルイン電圧の最小値２２４Ｖに計算値と測定値のズレ−１０％を考慮すると２０１Ｖである（２０１.６Ｖなので小数点以下を切り下げ）。また、膜厚測定結果から計算したプルイン電圧の最大値２４０Ｖに計算値と測定値のズレ−１０％を考慮すると２１６Ｖである。
【００４６】
次に、静電容量型トランスデューサ１に２５μｍの厚さの音響マッチング層を形成する。本実施例では、音響インピーダンスが１．０８２ＭＲａｙｌｓ、減衰係数が１．４７×Ｆ１．４４dB/cm/MHz（Ｆは周波数）のシリコーン接着剤を用いる。さらに音響マッチング層の上に音響インピーダンスが１．２２ＭＲａｙｌｓ、減衰係数が３．１×Ｆ１．４dB/cm/MHz、平均厚さが５３０μｍの音響レンズを形成する。
【００４７】
次に、作製した静電容量型トランスデューサを用いて、送信駆動を行う。まず、比較例として受信のバイアス電圧と送信のバイアス電圧が同じ場合について述べる。受信のバイアス電圧と送信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の８０％として、第一の電極６に１６０Ｖのバイアス電圧を印加する。送信駆動電圧は、最小のプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率を０．０５、０．１、０．１９として、第二の電極１０に印加する。送信駆動電圧の時間波形を図８（ａ）に示す。図８（ａ）の横軸は時間（μｓ）を示し、縦軸は送信駆動電圧（Ｖ）を示す。系列は、最小のプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率０．０５〜０．１９を示す。送信駆動電圧の波形は、図８（ａ）のようなパルス幅４５nsの双極波であり、波形のプラス側とマイナス側の振幅の絶対値が、送信駆動電圧である。その時の送信音圧の特性を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）中の曲線は、各条件で送信した時のプロットの２次の多項式近似曲線である。図８（ｂ）の横軸は、最小のプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率である。縦軸は送信駆動電圧を印加した時に静電容量型トランスデューサ１を構成する素子３の１エレメントが送信する送信音圧であり、音響マッチング層と音響レンズを通過した後の送信音圧を示している。図８（ｂ）は、プルイン電圧が２０１Ｖである、最小のプルイン電圧を有する素子と、プルイン電圧が２１６Ｖである、最大のプルイン電圧を有する素子の送信音圧を示している。プルイン電圧が最大の素子の方が第一の電極と第二の電極間に実効的にかかる電位差が小さくなる為、変換効率が低くなり送信音圧が小さくなっている。
【００４８】
送信駆動電圧を、最小のプルイン電圧の１４％とすると、最小のプルイン電圧を有する素子は３４０ｋＰａの音響波を送信し、最大のプルイン電圧を有する素子は２６０ｋＰａの音響波を送信する。この時の送信音圧の差は８０ｋＰａであり、送信音圧の平均値３００ｋＰａに対して±１３％送信音圧がばらつく。送信音圧がばらつく為、被検体から反射される音響波の強度もばらつく。静電容量型トランスデューサからばらついた音響波を送信し、被検体から反射された音響波を受信する時には、受信のバイアス電圧を第一の電極６に印加する。本比較例では送信のバイアス電圧と受信のバイアス電圧が同じである為、１６０Ｖの電圧を印加する。送信のバイアス電圧を印加した時と同様に、素子毎に第一の電極と第二の電極間に実効的にかかる電位差が異なる為、受信感度もばらつき、同じ音響波を受信したときには±１３％ばらつく。送信と受信を行う場合、最終的に得られる受信信号は、±２６％ばらつく。一般的に、送信と受信を行う超音波プローブのばらつきは、最終的に得られる受信信号として±２５％以下である事が好ましいため、送信のバイアス電圧と受信のバイアス電圧が同じ場合、ばらつきを小さくする事が難しい。
【００４９】
次に本実施例として、上記で作製した静電容量型トランスデューサを用いて、送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧よりも小さくした場合の送信駆動について述べる。本実施例では、受信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の８０％とし、送信のバイアス電圧を最小のプルイン電圧の５０％として駆動する。第一の電極６に１００Ｖの送信のバイアス電圧を印加する。送信駆動電圧は、最小のプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率を０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．４９として、第二の電極１０に印加する。
【００５０】
送信駆動電圧の時間波形を図９（ａ）に示す。図９（ａ）の横軸は時間（μｓ）を示し、縦軸は送信駆動電圧（V）を示す。系列は、最小のプルイン電圧に対する送信駆動電圧の比率０．２〜０．４９を示す。送信駆動電圧の波形は、図８（ａ）と同様なパルス幅４５nsの双極波であり、波形のプラス側とマイナス側の振幅の絶対値が、送信駆動電圧である。その時の送信音圧の特性を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）中の曲線は、各条件で送信した時のプロットの２次の多項式近似曲線である。図９（ｂ）の縦軸と横軸は、図８（ｂ）と同様である。図９（ｂ）の系列も、図８（ｂ）と同様である。
【００５１】
比較例と同様な送信音圧３４０ｋＰａを得るために、送信駆動電圧は最小のプルイン電圧の３０％として第二の電極１０に６０Ｖ印加する。最小のプルイン電圧を有する素子は３４０ｋＰａの音響波を送信し、最大のプルイン電圧を有する素子は２８０ｋＰａの音響波を送信する。この時の送信音圧の差は６０ｋＰａであり、送信音圧の平均値に対して±２２．７％送信音圧がばらつく。比較例のように、受信のバイアス電圧と送信のバイアス電圧を同じ電圧とした場合と比較すると、本実施例のように送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧よりも小さくする事で、送信音圧のばらつきを低減する事が出来る。また、受信動作を行う際には、比較例と同様に受信のバイアス電圧を、最小のプルイン電圧の８０％として第一の電極６に１６０Ｖを印加する。比較例と同様に、同じ音響波を受信したときの受信感度のばらつきは±１３％の為、本実施例のように音圧を送信し、被検体から反射した音響波を受信する時の最終的に得られる受信信号のばらつきは、±１９．７％となる。このように、送信のバイアス電圧を受信のバイアス電圧よりも小さく駆動する事で、送信と受信を行う超音波プローブのばらつきを低減する事が出来る。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・静電容量型トランスデューサ、２・・セル、３・・素子（エレメント）、６・・第一の電極、８・・間隙（キャビティ）、１０・・第二の電極、１１・・振動膜
【図１】
2015100472.tif 000003
【図２】
2015100472.tif 000004
【図３】
2015100472.tif 000005
【図４】
2015100472.tif 000006
【図５】
2015100472.tif 000007
【図６】
2015100472.tif 000008
【図７】
2015100472.tif 000009
【図８】
2015100472.tif 000010
【図９】
2015100472.tif 000011