(57)【要約】各電極への配線が容易な構造で基板上にｃＭＵＴ素子を積層するとともに、  （ａ）第１メンブレンは第２メンブレンよりも、１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｂ）第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層は第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層よりも、１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する、又は、（ｃ）第２メンブレンは第１メンブレンよりも、１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｄ）第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層は第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層よりも、１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する。
2014103334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上又は前記基板内部に配置された第１電極と、
前記第１電極上面に対し垂直方向に離間した状態で前記第１電極と対向して配された第１メンブレンと、
前記第１メンブレン上面と垂直方向に離間した状態で前記第１メンブレンと対向して配された第２メンブレンと、
前記基板と前記第１メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第１メンブレン支持部と、
前記第１メンブレンと前記第２メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第２メンブレン支持部と、
前記第１メンブレンに電気的に接続された第１配線部と、
前記第２メンブレンに電気的に接続された第２配線部と、
を備え、
（ａ）前記第１メンブレンは前記第２メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｂ）前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層は前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する、又は、
（ｃ）前記第２メンブレンは前記第１メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｄ）前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層は前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する
超音波振動子セル。
【請求項２】
前記（ｂ）の特徴を有するときに、前記第１メンブレン支持部は前記第２メンブレン支持部よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の断面積が大きい
請求項１に記載の超音波振動子セル。
【請求項３】
前記（ｄ）の特徴を有するときに、前記第２メンブレン支持部は前記第１メンブレン支持部よりも前記１メンブレン上面と平行な方向の断面積が大きい
請求項１に記載の超音波振動子セル。
【請求項４】
前記第１メンブレン支持部は前記第２メンブレン支持部と前記１メンブレン上面と平行な方向における最大幅が略等しい、
請求項２又は３の何れか１項に記載の超音波振動子セル。
【請求項５】
基板と、
前記基板上又は前記基板内部に配置された第１電極と、
前記第１電極上面に対し垂直方向に離間した状態で前記第１電極と対向して配された第１メンブレンと、
前記第１メンブレン上面と垂直方向に離間した状態で前記第１メンブレンと対向して配された第２メンブレンと、
前記基板と前記第１メンブレンとの間隙に配され当該間隙内の空隙層を囲繞する第１メンブレン支持部と、
前記第１メンブレンと前記第２メンブレンとの間隙に配され当該間隙内の空隙層を囲繞する第２メンブレン支持部と、
前記第１メンブレンと電気的に接続された第１配線部と、
前記第２メンブレンと電気的に接続された第２配線部と、
を備え、
前記第１メンブレンは、前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層に面した下層メンブレン部と、前記下層メンブレン部の上方に位置し前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層に面した上層メンブレン部と、前記下層メンブレン部と上層メンブレン部とを接続する接続部とが、積層された構造を有し、
前記上層メンブレン部と前記下層メンブレン部とは前記接続部により電気的に接続され、
前記接続部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積は、前記下層メンブレン部及び前記上層メンブレン部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積よりも小さい
超音波振動子セル。
【請求項６】
前記上層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と垂直方向の厚さが大きい
請求項５に記載の超音波振動子セル。
【請求項７】
前記下層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と垂直方向の厚さが大きい
請求項５〜６のいずれか１項に記載の超音波振動子セル。
【請求項８】
前記下層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と平行な方向の幅が小さい
請求項５〜７のいずれか１項に記載の超音波振動子セル。
【請求項９】
前記下層メンブレン部、前記上層メンブレン部、前記接続部の前記第１メンブレン上面と平行な方向における中心位置は一致している
請求項５〜８のいずれか１項に記載の超音波振動子セル。
【請求項１０】
前記第２配線部と電気的に接続されたサブメンブレンと、当該サブメンブレンを支持しかつ前記サブメンブレンと前記基板内部の配線とを電気的に接続するサブメンブレン支持部とを有する
請求項５〜９のいずれか１項に記載の超音波振動子セル。
【請求項１１】
前記第１メンブレン及び第２メンブレンは導電性を有する
請求項１又は５に記載の超音波振動子セル。
【請求項１２】
前記第１メンブレンは絶縁性材料からなる第１絶縁性メンブレンと、前記第１絶縁性メンブレンを挟むように配置された上下の電極層を備え、前記上下の電極層は電気的に接続されている請求項１又は５に記載の超音波振動子セル。
【請求項１３】
さらに、前記第２メンブレンは絶縁性材料からなる第２絶縁性メンブレンと、電極層を備えた
請求項１又は５に記載の超音波振動子セル。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波振動子セルを複数有し、
互いに隣接する前記超音波振動子セルの前記第２メンブレン又は前記第２配線部の少なくとも一方が連結されることにより前記複数の超音波振動子セルの前記第２配線部が電気的に接続されている
超音波振動子。
【請求項１５】
請求項１４に記載の超音波振動子を複数有し、
当該複数の超音波振動子は、前記第２メンブレン上面と平行な平面において２次元に配列されて振動子アレイを構成している
超音波プローブ。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波振動子セルを制御する方法であって、
前記第１電極及び前記第２配線部にバイアス電圧を印加し、
前記第１配線部にパルス電圧を印加して超音波を送信する
超音波振動子セルの制御方法。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波振動子セルを制御する方法であって、
前記第１配線部にバイアス電圧を印加し、
前記第１電極及び前記第２配線部にパルス電圧を印加して超音波を送信する
超音波振動子セルの制御方法。
【請求項１８】
前記第１電極にパルス電圧を印加するタイミングと前記第２配線部にパルス電圧を印加するタイミングが異なる
請求項１７に記載の超音波振動子セルの制御方法。
【請求項１９】
前記第１の電極に印加するパルス電圧のパルス幅と前記第３の電極に印加するパルス電圧のパルス幅とが異なる
請求項１８記載の超音波振動子セルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査に用いられる超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、被験体の内部に超音波を送出するとともに、被験体内部で反射した超音波信号を受信し、被験体内部の情報を取得する機能を持った超音波検診断装置本体の付属装置である。【０００３】
超音波プローブに用いられる超音波振動子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックを一列に配列して構成されるものが主流だが、近年では、３Ｄ／４Ｄ超音波イメージングが可能な安価で小型なプローブの実現を目的として振動子の２次元化が検討され、アレイ構造に適した手法としてｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子が広く研究されている（例えば、特許文献１）。このｃＭＵＴ素子は静電気力で振動膜（以後、メンブレン）を駆動させる静電容量型のＭＥＭＳで構成され、例えば、図２８に示すような構造をしている。図２８（ａ）は、ｃＭＵＴ素子の斜視図、（ｂ）はｃＭＵＴ素子の分解斜視図、（ｃ）はｃＭＵＴ素子の側断面図である。図２８に示すように、ｃＭＵＴ素子５０は、基板５１と、基板５１内部に配置された下層電極５２と、キャビティ（空洞部）５３を挟んで下層電極５２と対向するように配置された絶縁膜５５及びメンブレン５６と、メンブレン支持部５４を備えている。ここでキャビティ５３はメンブレン５６とメンブレン支持部５４と下層電極５２で囲まれた空間からなり、略真空となるように構成される。また、メンブレン５６は電極を兼ねており、下層電極５２及びメンブレン５６は夫々配線６０ａ、６０ｂに接続される。【０００４】
このような構成のｃＭＵＴ素子５０は、受信した超音波（音圧）によってメンブレン５６が振動し、この際に起きるメンブレン５６及び下層電極５２の間の静電容量変化に基づき、受信した超音波に係る電気信号を取得することができる。また、このｃＭＵＴ素子５０は、メンブレン５６及び下層電極５２の間にＤＣ及びＡＣ電圧を印加することによりメンブレン５６を振動させ、超音波を送信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１００４５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２２９３２８号公報
【特許文献３】特開２００９−１９４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなｃＭＵＴ素子は、配線が容易で多素子の２次元アレイに適しているというメリットを有する一方、送信出力が低いという課題を有していた。３Ｄ／４Ｄ超音波イメージングにおいて、被検体表面から浅い部位から深い部位まで広範囲に高画質な超音波画像を取得するためにｃＭＵＴ素子における送信出力をさらに増加させることが必要となる。【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、従来の圧電素子を用いた超音波プローブと同等の低供給電圧を維持しながら、ｃＭＵＴの出力感度を高め送信出力を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る超音波振動子セルは、基板と、前記基板上又は前記基板内部に配置された第１電極と、前記第１電極上面に対し垂直方向に離間した状態で前記第１電極と対向して配された第１メンブレンと、前記第１メンブレン上面と垂直方向に離間した状態で前記第１メンブレンと対向して配された第２メンブレンと、前記基板と前記第１メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第１メンブレン支持部と、前記第１メンブレンと前記第２メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第２メンブレン支持部と、前記第１メンブレンに電気的に接続された第１配線部と、前記第２メンブレンに電気的に接続された第２配線部とを備え、（ａ）前記第１メンブレンは前記第２メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｂ）前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層は前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する、又は、（ｃ）前記第２メンブレンは前記第１メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｄ）前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層は前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する。【０００９】
また、別の態様では、前記第１メンブレンは、前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層に面した下層メンブレン部と、前記下層メンブレン部の上方に位置し前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層に面した上層メンブレン部と、前記下層メンブレン部と上層メンブレン部とを接続する接続部とが、積層された構造を有し、前記上層メンブレン部と前記下層メンブレン部とは前記接続部により電気的に接続され、前記接続部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積は、前記下層メンブレン部及び前記上層メンブレン部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記した本発明の一態様に係る超音波プローブは、ｃＭＵＴを積層した超音波振動子セルを有する構造において上記構成を採ることにより、第１メンブレン上面の撓みを減少させ第２メンブレンより大きな変位を発生させることができる。そのため、単層の場合と比較してより大きな超音波送信出力を得ることができ、超音波プローブの送信出力特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る超音波プローブ１０２の全体構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係る超音波プローブ１０２の超音波振動子アレイ１１２の配列を示した上面図である。
【図３】（ａ）実施の形態１に係る超音波振動子１１の基本構造を示した上面図、（ｂ）は（ａ）図中Ａ−Ａ断面の断面図である。
【図４】実施の形態１に係る超音波プローブ１０２を用いた超音波診断装置１００超の機能ブロック図である。
【図５】（ａ）実施の形態１に係る超音波振動子セル１２の斜視図、（ｂ）超音波振動子セル１２の分解斜視図である。
【図６】実施の形態１に係る超音波振動子セル１２の動作を示す説明図であり、（ａ）は超音波振動子セル１２にバイアス電圧を印加していない状態の断面図（ｂ）は、バイアス電圧を印加した状態の断面図である。
【図７】実施の形態１に係る超音波振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【図８】実施の形態１に係る超音波振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【図９】超音波振動子セル１２における配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに印加される電圧とそのタイミングを示した図である。
【図１０】実施の形態１に係る超音波振動子１１の超音波送信特性と従来及び比較例の静電容量型超音波振動子の超音波送信特性とを比較した図である。
【図１１】従来の静電容量型超音波振動子構造を単純に積層させた比較例に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図１２】図１０に示した超音波送信特性を調べる際の条件を示したチャートである。
【図１３】実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図１４】実施の形態１の変形例１の超音波振動子１１の超音波送信特性と従来の静電容量型超音波振動子の超音波送信特性とを比較した図である。
【図１５】図１４に示した超音波送信特性を調べる際の条件を示したチャートである。
【図１６】実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図１７】実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図１８】（ａ）実施の形態２に係る超音波プローブ１０２に用いる超音波振動子の基本構造を示した上面図、（ｂ）（ａ）図中Ａ−Ａ断面の断面図である。
【図１９】（ａ）実施の形態２に係る超音波振動子セル１２にバイアス電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）はバイアス電圧を印加した状態の断面図である。
【図２０】実施の形態２に係る超音波振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【図２１】実施の形態２に係る超音波振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【図２２】実施の形態２に係る超音波振動子１１の超音波送信特性と従来の静電容量型超音波振動子の超音波送信特性とを比較した図である。
【図２３】実施の形態２の変形例１に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図２４】実施の形態２の変形例１に係る超音波振動子１１の超音波送信特性を示した図である。
【図２５】実施の形態２の変形例２に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図２６】実施の形態２に係る超音波振動子１１の超音波送信特性と実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の超音波送信特性とを比較した図である。
【図２７】実施の形態２の変形例３に係る超音波振動子セル１２の断面図である。
【図２８】（ａ）従来の静電容量型超音波素子セルの斜視図、（ｂ）従来の静電容量型超音波振動子セルの上面図、（ｃ）従来の静電容量型超音波振動子セルの断面図である。
【図２９】従来のコンベックス型プローブの形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
≪本発明を実施するための形態に到った経緯について≫
発明者らは、ｃＭＵＴ素子を用いた超音波振動子セルの超音波送受信感度をさらに向上するために各種の検討を行った。上述のとおり、従来のｃＭＵＴ素子は、配線が容易で多素子の２次元アレイに適しているというメリットを有する一方、送信出力が低いという課題を有しており、送受信感度を向上させるための様々な提案が今日までに成されている。
【００１３】
一例として、コラプスモード（ｃｏｌｌａｐｓｅ  ｍｏｄｅ）と呼ばれる新しい動作モードが提案されている。コラプスモードとは、下層電極にＤＣ電圧をかける際に、通常モードよりも大きい特定の電圧をかけることにより、メンブレンを下層電極のＤＣ静電力で吸引し、メンブレンが下層電極に接触した状態で作動させる作動モードをいう。このコラプスモードでは、通常のモードより感度、駆動能力が高いと言われており、例えば、特許文献１に示すような応用構造が提案されている。
【００１４】
しかしながら、コラプスモードを利用する場合は、一般的に、約１３０〜１５０Ｖの極めて高いＤＣ電圧をかけることが必要であり、このような電圧を提供できない場合には、このモードを作動させ維持して行くことができない。また、超音波診断に用いる場合、このような高電圧は人体に対して好ましくない影響を及ぼすおそれがある。これに対し、特許文献１の構成はメンブレンと基板が接触した状態で融着させることで、必要なＤＣ電圧を下げる工夫がされているが、コラプスモードの信頼性の課題に対しては対処できていない。すなわち、コラプスモードではメンブレンと基板が常時接触している領域の周辺では、メンブレンと基板が衝突を繰り返すことになり、薄膜の絶縁膜が破壊されてしまうという課題を依然有している。
【００１５】
また、素子を積層することにより出力向上を図る手法が検討されている。例えば、特許文献２に示すような圧電方式のｐＭＵＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）とｃＭＵＴを組み合わせた構成が提案されている。しかしながら、特許文献２に記載された構成では、ｐＭＵＴとｃＭＵＴをそれぞれ異なるパルス電圧で駆動する必要があり回路構成が複雑になる。また、製造プロセスが複雑になり、ばらつきが大きくなることが予想される。
【００１６】
さらに、素子を積層することにより出力向上を図る他の手法として、例えば、特許文献３に示すようなｃＭＵＴをピラミッド状に積層した構成が提案されている。しかしながら、特許文献３に記載された構成では、ピラミッド状に積層されているため、上層になるほど電極の総面積が小さくなり、超音波の送受信に使える有効な領域が小さくなるので効率的ではない。さらに、例えば２段の構成を考えると、上層のメンブレンが下層の複数のメンブレンをまたぐ形態となっているため、上層のキャビティを封止するためにメンブレン支持部の間に壁を設けると、壁を設けた部分では下層のメンブレンが機能しなくなるという課題を有している。
【００１７】
上述の素子を積層する構成では、キャビティを挟んだ両側の面がメンブレンとして機能し、バイアス電圧印加時に夫々逆向きに撓む（キャビティが縮む方向に撓む）ように構成されている。発明者らは送受信感度向上に向けた検討により、キャビティを挟んだ両側の面がメンブレンとしてバイアス電圧印加時に夫々逆向きに撓む構成では送信出力特性が向上しないという知見を得た。また、これに対し一方の側の撓みを抑え他方を大きく撓ませた方が大きな振動子セル全体としては高い送信出力特性が得られるという知見も得た。以下に示す実施の形態は、発明者ら検討に基づく上記知見をもとに従来ｃＭＵＴの課題を解決するもので、従来から使用される圧電素子を用いた超音波プローブと同等の供給電圧を維持しながら、ｃＭＵＴの構造的な改善によって送受信感度を高めることを目的とするものである。
【００１８】
以下、実施の形態に係る超音波振動子セルについて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
≪本発明を実施するための形態の概要≫
本実施の形態に係る超音波振動子セルは、基板と、前記基板上又は前記基板内部に配置された第１電極と、前記第１電極上面に対し垂直方向に離間した状態で前記第１電極と対向して配された第１メンブレンと、前記第１メンブレン上面と垂直方向に離間した状態で前記第１メンブレンと対向して配された第２メンブレンと、前記基板と前記第１メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第１メンブレン支持部と、前記第１メンブレンと前記第２メンブレンとの間隙に配され、当該間隙内の空間を囲繞する第２メンブレン支持部と、前記第１メンブレンに電気的に接続された第１配線部と、前記第２メンブレンに電気的に接続された第２配線部とを備え、（ａ）前記第１メンブレンは前記第２メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｂ）前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層は前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する、又は、（ｃ）前記第２メンブレンは前記第１メンブレンよりも、前記１メンブレン上面と垂直な方向の厚さが大きい、若しくは、（ｄ）前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層は前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の空間面積が小さい、の少なくとも一方の特徴を有する。
【００２０】
また、別の態様では、前記（ｂ）の特徴を有するときに、前記第１メンブレン支持部は前記第２メンブレン支持部よりも、前記１メンブレン上面と平行な方向の断面積が大きい構成であってもよい。
【００２１】
また、別の態様では、前記（ｄ）の特徴を有するときに、前記第２メンブレン支持部は前記第１メンブレン支持部よりも前記１メンブレン上面と平行な方向の断面積が大きい構成であってもよい。
【００２２】
また、別の態様では、前記第１メンブレン支持部は前記第２メンブレン支持部と前記１メンブレン上面と平行な方向における最大幅が略等しい構成であってもよい。
【００２３】
また、別の態様では、基板と、前記基板上又は前記基板内部に配置された第１電極と、前記第１電極上面に対し垂直方向に離間した状態で前記第１電極と対向して配された第１メンブレンと、前記第１メンブレン上面と垂直方向に離間した状態で前記第１メンブレンと対向して配された第２メンブレンと、前記基板と前記第１メンブレンとの間隙に配され当該間隙内の空隙層を囲繞する第１メンブレン支持部と、前記第１メンブレンと前記第２メンブレンとの間隙に配され当該間隙内の空隙層を囲繞する第２メンブレン支持部と、前記第１メンブレンと電気的に接続された第１配線部と、前記第２メンブレンと電気的に接続された第２配線部とを備え、前記第１メンブレンは、前記第１メンブレン支持部に囲繞された第１空隙層に面した下層メンブレン部と、前記下層メンブレン部の上方に位置し前記第２メンブレン支持部に囲繞された第２空隙層に面した上層メンブレン部と、前上層メンブレン部と、前記下層メンブレン部とを接続する接続部とが、積層された構造を有し、前記上層メンブレン部と前記下層メンブレン部とは前記接続部により電気的に接続され、前記接続部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積は、前記下層メンブレン部及び前記上層メンブレン部の前記第１メンブレン上面と平行な方向の断面積よりも小さい構成であってもよい。
【００２４】
また、別の態様では、前記上層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と垂直方向の厚さが大きい構成であってもよい。
【００２５】
また、別の態様では、前記下層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と垂直方向の厚さが大きい構成であってもよい。
【００２６】
また、別の態様では、前記下層メンブレン部は前記第２メンブレンよりも前記第１メンブレン上面と平行な方向の幅が小さい構成であってもよい。
【００２７】
また、別の態様では、前記下層メンブレン部、前記上層メンブレン部、前記接続部の前記第１メンブレン上面と平行な方向における中心位置は一致している構成であってもよい。
【００２８】
また、別の態様では、前記第２配線部と電気的に接続されたサブメンブレンと、当該サブメンブレンを支持しかつ前記サブメンブレンと前記基板内部の配線とを電気的に接続するサブメンブレン支持部とを有する構成であってもよい。
【００２９】
また、別の態様では、前記第１メンブレン及び第２メンブレンは導電性を有する構成であってもよい。
【００３０】
また、別の態様では、さらに、前記第１メンブレン上方に積層された絶縁性材料からなる第１絶縁性メンブレンを備えた構成であってもよい。
【００３１】
また、別の態様では、さらに、前記第２メンブレン上方に積層された絶縁性材料からなる第２絶縁性メンブレンを備えた構成であってもよい。
【００３２】
また、別の態様では、上記超音波振動子セルを複数有し、互いに隣接する前記超音波振動子セルの前記第２メンブレン又は前記第２配線部の少なくとも一方が連結されることにより前記複数の超音波振動子セルの前記第２配線部が電気的に接続されている超音波振動子であってもよい。
【００３３】
また、別の態様では、上記超音波振動子を複数有し、当該複数の超音波振動子は、前記第２メンブレン上面と平行な平面において２次元に配列されて振動子アレイを構成している超音波プローブであってもよい。
【００３４】
また、別の態様では、上記超音波振動子セルを制御する方法であって、前記第１電極及び前記第２配線部にバイアス電圧を印加し、前記第１配線部にパルス電圧を印加して超音波を送信する超音波振動子セルの制御方法であってもよい。
【００３５】
また、別の態様では、上記超音波振動子セルを制御する方法であって、前記第１配線部にバイアス電圧を印加し、前記第１電極及び前記第２配線部にパルス電圧を印加して超音波を送信する超音波振動子セルの制御方法であってもよい。
【００３６】
また、別の態様では、前記第１電極にパルス電圧を印加するタイミングと前記第２配線部にパルス電圧を印加するタイミングが異なる超音波振動子セルの制御方法であってもよい。
【００３７】
また、別の態様では、前記第１の電極に印加するパルス電圧のパルス幅と前記第３の電極に印加するパルス電圧のパルス幅とが異なる超音波振動子セルの制御方法であってもよい。
【００３８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３９】
≪実施の形態１≫
＜超音波プローブ１０２の構成＞
図１は、実施の形態１に係る超音波プローブ１０２の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、超音波プローブ１０２は、プローブケース１１１の内部に超音波を送受波する超音波振動子アレイ１１２（以後、「振動子アレイ１１２」とする）と、振動子アレイ１１２内の超音波振動子（エレメント）に対して独立に電気信号を入出力するための複数の信号線がプリントされたプリント基板１１４とを備えている。また、超音波プローブ１０２は、プローブケーブル１１５を介して超音波診断装置本体１０９に接続されている。
【００４０】
図２は、実施の形態１に係る超音波プローブ１０２の振動子アレイ１１２の配列を示した上面図である。図３（ａ）は、実施の形態１に係る超音波振動子１１の基本構造を示した上面図、（ｂ）は（ａ）図中Ａ−Ａ断面の断面図である。
【００４１】
図２に示すように、振動子アレイ１１２は複数の超音波振動子セル１２（以後、「振動子セル１２」とする）からなる超音波振動子１１（以後、「振動子１１」とする）を２次元的に配列して構成される。振動子１１は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて製造される静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）であり、被検体内に３次元的に超音波を送受信できるように構成されている。各振動子セル１２は電気的エネルギー及び振動による機械的エネルギーを相互変換させる。図２、３に示すように、実施の形態１では、一例として、振動子１１は４個の振動子セル１２から構成されている。また、各振動子セル１２の直径は、例えば、４０から８０μｍである。しかしながら、振動子１１を構成する振動子セル１２の個数、サイズは任意に設定可能であり上記には限られない。
【００４２】
同一の振動子１１に含まれる振動子セル１２は電気的に接続され、パルス状の電圧を印加することにより同位相で超音波を送信するように構成されている。また、振動子１１毎に所定の時間差を設けて駆動電圧を供給することにより、発生した超音波をフォーカス及び偏向することができる。この構成により、超音波プローブ１０２は３次元方向に超音波を送信してセクタ走査が行えるように構成されている。
【００４３】
＜超音波診断装置１００の構成＞
図４は、実施の形態１に係る超音波プローブ１０２を用いた超音波診断装置１００の機能ブロック図である。超音波診断装置１００は、超音波を被検体１０１に送信するとともに、被検体１０１の内部で反射した超音波信号を受信する超音波プローブ１０２と、超音波を送信するための駆動信号を発生して超音波プローブ１０２の超音波素子に供給するとともに、超音波プローブ１０２の超音波素子で検出した信号を増幅及びデジタル変換して出力する送受信部１０３と、送受信部１０３から出力された信号を用いてデジタルビームフォーミング等を行う信号処理部１０４と、信号処理部１０４で生成された３次元データに基づいて、３次元画像のレンダリング処理等を施す画像処理部１０５と、処理を施された画像データに基づいて画像を表示する画像表示部１０６と、所定のタイミングで駆動信号を発生するように送受信部１０３を制御する制御部１０７とを有している。
【００４４】
また、送受信部１０３、信号処理部１０４、画像処理部１０５、画像表示部１０６、制御部１０７は、超音波診断装置本体１０９に格納されており、超音波プローブ１０２との間は、複数の信号線のケーブルをひとまとめにして被覆したプローブケーブルで接続されている。なお、検出信号の増幅及びデジタル変換等、送受信部１０３の一部の機能は超音波プローブ１０２内で実現されていてもよい。
【００４５】
＜振動子セル１２の構成＞
図５（ａ）は、実施の形態１に係る振動子セル１２の斜視図、（ｂ）は、振動子セル１２の分解斜視図である。図６は、実施の形態１に係る振動子セル１２の動作を示す説明図であり、（ａ）は、振動子セル１２にバイアス電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）は、振動子セル１２にバイアス電圧を印加した状態の断面図である。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）に示すように、振動子セル１２はシリコンウエハー、ガラス、石英等の電気絶縁性を有する素材で構成された基板２１と、基板２１内部に配置された導電性を有する下層電極２２と、第１キャビティ２３（第１空隙層）を挟んで下層電極２２と対向するように配置された第１メンブレン２５と、第２キャビティ２７（第２空隙層）を挟んで第１メンブレン２５と対向するように配置された第２メンブレン２９と第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂを備えている。また、第１メンブレン２５の下方及び上方に各々絶縁膜２４及び２６、第２メンブレン２９の下方に絶縁膜２８を備えている。
【００４７】
ここで、第１メンブレン２５の基板１２と垂直な方向の厚みは第２メンブレン２９の厚みよりも厚くなるように構成されている。例えば、第１メンブレン２５の厚みを２から４μｍとし、第２メンブレン２９の厚みを１から２μｍとしてもよい。
【００４８】
下層電極２２は、例えば、導電性を有するアルミ、銀、銅、クロム等の金属を用いることができ、例えば、膜厚は約４μｍで構成することができる。第１メンブレン及び第２メンブレンは、導電性を有する材料からなり、例えば、アルミ、銀、銅、クロム等の金属、導電性樹脂等を用いることができる。第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９は電極を兼ねており、下層電極２２、第１メンブレン２５、第２メンブレン２９は夫々配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに接続されている。
【００４９】
第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂ、絶縁膜２４、２６、２８は、絶縁性を有する薄膜材料を用いることができ、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＳｉＮや、これらの混合物を用いてもよい。第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂの図６（ａ）における基板２１上面と平行な平面方向の厚みは、例えば、２から４μｍに構成することができる。ここで、１メンブレン支持部３１ａの図６（ａ）における平面方向の厚みは、第２メンブレン支持部３１ｂの厚みより大きい。例えば、第１メンブレン支持部３１ａを３から５μｍとし、第２メンブレン支持部３１ｂを２から３μｍに構成することができる。
【００５０】
第１キャビティ２３は、第１メンブレン２５とメンブレン支持部３１ａと基板２１とで囲まれた空間であり、第２キャビティ２７は第１メンブレン２５とメンブレン支持部３１ｂと第２メンブレン２９とで囲まれた空間である。第１キャビティ２３、第２キャビティ２７ともに、略真空となるように構成される。
【００５１】
第１キャビティ２３は、第２キャビティ２７よりも図６（ａ）における基板２１上面と平行な方向の幅が小さくなるように、即ちメンブレンの積層方向に垂直な断面積は、第１キャビティ２３が第２キャビティ２７よりも小さくなるように構成されている。第１キャビティ２３及び第２キャビティ２７の、図６（ａ）における基板２１上面と平行な方向の幅は、例えば、４０から８０μｍとすることができる。また、第１キャビティ２３及び第２キャビティ２７の高さは、例えば、２００から３００ｎｍとすることができる。
【００５２】
また、上述のとおり、第１キャビティ２３及び第２キャビティ２７と第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９の間には、それぞれ絶縁膜２４、２６、２８が配置されている。絶縁膜２４、２６、２８の厚みは、例えば２００から４００ｎｍとすることができる。
【００５３】
以下、メンブレンの積層方向に垂直なキャビティもしくはメンブレン支持部の断面積は、単にキャビティの断面積もしくはメンブレン支持部の断面積と表現する。
【００５４】
なお、第１メンブレン２５が電極を兼ねる代わりに、第１メンブレン２５上もしくは内部に電極を形成してもよい。同様に第２メンブレン２９が電極を兼ねる代わりに、第２メンブレン２９上もしくは内部に電極を形成してもよい。また、下層電極２２を基板２１内部に配置する代わりに、基板２１上に配置してもよい。例えば、第１メンブレン２５は絶縁性材料からなる第１絶縁性メンブレンと、第１絶縁性メンブレンを挟むように配置された上下の電極層とを有し、上下の電極層は電気的に接続されている構成としてもよい。また、第２メンブレン２９は絶縁性材料からなる第２絶縁性メンブレンと電極層とを有する構成としてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態における振動子セル１２は、一例として六角形状のものを挙げているが、これに限ったものではなくその他の形状であってもよい。
【００５６】
＜振動子セル１２の製造方法＞
次に、振動子セル１２の製造方法について説明する。図７、図８は、実施の形態１に係る振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【００５７】
第１ステップにおいて、半導体基板の上面に配線層１２０及び基板２１となる絶縁膜を形成し、その上面に配線層１２０と連結するように構成される下層電極２２をエッチングによりパターニングして形成する。さらにその上に薄い絶縁膜２１Ａを形成する（図７（ａ））。
【００５８】
次に、第２ステップにおいて、絶縁膜２１Ａの上面に第１キャビティ２３形成用の第１犠牲層１２１と絶縁膜２４とを形成する。そして、第１キャビティ２３を形成する部分に対応したマスクを２次元的に配列させ、マスクを施されていない部分をエッチング処理等で除去して下層電極２２に届く凹部１２１Ａを形成する（図７（ｂ））。
【００５９】
次に、第３ステップにおいて、凹部１２１Ａを充填するとともに絶縁膜２４を覆うように第１メンブレン２５と絶縁膜２６とを形成する。そして、第１メンブレン２５と絶縁膜２６とを貫通し第１犠牲層１２１に届く孔２５Ａを形成する（図７（ｃ））。セルとセルの間の孔はセル同士を分離する溝形状であってもよい。
【００６０】
次に、第４ステップにおいて、反応性のガス等を用いて孔からエッチングにより第１犠牲層１２１を除去して第１キャビティ２３を形成する（図７（ｄ）。
【００６１】
次に、第５ステップにおいて、第２ステップと同様に、絶縁膜２６の上面に第２キャビティ２７形成用の第３犠牲層１２３と絶縁膜２８を形成する。そして、第２キャビティ２７を形成する部分に対応したマスクを２次元的に配列させ、マスクを施されていない部分をエッチングにより第３の犠牲層１２３及び絶縁膜２８を部分的に除去して絶縁膜２６に届く凹部１２３Ａを形成する（図８（ａ））。このとき、凹部１２３Ａの横方向の開口幅は凹部１２１Ａの横方向の開口幅よりも小さく形成する。なお、第２メンブレン２９と第１メンブレン２５を絶縁するため、絶縁膜２６は除去しない。
【００６２】
次に、第６ステップにおいて、第３ステップと同様に、前工程で除去した凹部１２３Ａの部分を充填すると共に絶縁膜２８を覆う膜である第２メンブレン２９を形成する。このとき、第２メンブレン２９の膜厚を第１メンブレン２５の膜厚よりも薄く形成する。そして、第２メンブレン２９を貫通し、第３の犠牲層１２３に届く孔２９Ａを形成する（図８（ｂ））。セルとセルの間の孔は溝形状であってもよいが同一のエレメント内のセル同士は少なくとも一部がつながるように形成する。
【００６３】
最後に前工程で形成した孔２９Ａからエッチングにより第３の犠牲層１２３を除去して第２キャビティ２７を形成し、第２キャビティ２７の内部が真空状態を保つようにカバー層１２４を形成して封止して振動子セル１２を完成する（図８（ｃ））。
【００６４】
ところで、上記の製造方法において、第１キャビティ２３、及び、第２キャビティ２７は完全に封止され、ほぼ真空状態となるように構成されている。これらのキャビティは公知のＭＥＭＳ技術、例えば、ＳＭ法（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ法；犠牲層を除去し、キャビティを形成する方法）等を用いて形成することができる。
【００６５】
この時、第２メンブレン２９及び絶縁膜２８内部を通るように第２キャビティ２７から第１キャビティ２３まで間に犠牲層除去孔（図示は省略）を空けておくことで、一度の犠牲層エッチングで両方のキャビティを形成することができる。また、第２メンブレン２９上の犠牲層除去孔を塞げば両方のキャビティを封止できる。
【００６６】
＜振動子セル１２の動作について＞
次に、このように構成された実施の形態１の振動子セル１２の動作について説明する。図９は、図６（ａ）、（ｂ）の振動子セル１２における配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに印加される電圧とそのタイミングを示した図である。ここで、７１は、配線部３０ａ、３０ｃに対して印加する電圧、７２は配線部３０ｂに印加する電圧を示している。
【００６７】
まず、初期状態（ｔ＝ｔ０のタイミング）において、配線部３０ａ、３０ｃにはＤＣバイアス電圧（例えば、−１００Ｖ）を印加し、配線部３０ｂは０Ｖとしておく。
【００６８】
このような状態下では、図６（ｂ）に示すように、第１メンブレン２５と第２メンブレン２９の間に静電引力が働き、第２メンブレン２９が下側に撓む。また、下層電極２２と第１メンブレン２５の間にも静電引力が働き第１メンブレン２５が僅かに下側に撓む。
【００６９】
次にｔ＝ｔ１のタイミングで、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧を印加したまま、配線部３０ｂにバイアス電圧程度のパルス電圧を印加する。そうすると、下層電極２２、第１メンブレン２５、及び、第２メンブレン２９の間の電位差は瞬間的にほぼ０Ｖとなり、各電極間に発生していた静電気力が失われ、第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９の弾性力によって図６（ａ）に示すような状態に戻る。この反動作用によって、第２メンブレン２９の上方に超音波を発生させる。
【００７０】
パルス電圧を配線部３０ｂに印加した瞬間に、第１メンブレン２５では変位は小さいが大きな加速度が発生し、この加速度が第２メンブレン２９に伝わるとともに、第２メンブレン２９の弾性力との相乗効果で第２メンブレン２９に大きな変位を発生させるので、単層構造のものより大きな出力が得られる。
【００７１】
また、バイアス電圧を印加した状態で超音波（音圧）を受信すると、第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９が振動し、この際に起きる下層電極２２と第１メンブレン２５の間の静電容量変化、及び、第１メンブレン２５と第２メンブレン２９の間の静電容量変化に基づき、受信した超音波に係る電気信号を取得することができる。
【００７２】
なお、図６（ａ）、（ｂ）の説明においては、振動子セル１２の動作として説明したが、振動子セル１２によって構成された振動子１１、振動子１１によって構成された振動子アレイ１１２も同様の動作となる。
【００７３】
＜振動子セル１２の超音波送信特性について＞
次に、振動子セル１２の超音波送信特性について説明する。ここでは、実施の形態１における振動子、従来の単層構造の振動子、従来の単層構造のを単純に積層した比較例に係る振動子について、各々の超音波送信特性を有限要素法による構造解析シミュレーションを用いて解析その結果を比較する。
【００７４】
図１０は、実施の形態１に係る振動子１１の超音波送信特性と従来及び比較例の静電容量型振動子の超音波送信特性とを比較した図である。図１１は、従来の静電容量型振動子構造を単純に積層させた比較例に係る振動子セルの断面図である。図１２は、図１０に示した超音波送信特性を調べる際の条件を示したチャートである。
【００７５】
ここで、図１０において、超音波送信特性８３は実施の形態１における振動子１１の超音波送信特性のシミュレーション結果を表し、超音波送信特性８１は図２８に示した従来の単層構造を有する振動子の超音波送信特性のシミュレーション結果である。また、超音波送信特性８２は、メンブレン厚とキャビティ断面積を変えずに単純にメンブレンを積層した図１１に示した比較例に係る振動子の超音波送信特性のシミュレーション結果である。ここで、メンブレン厚及びキャビティの断面積は、図１２の表に示したとおりである。超音波送信特性として振動子セル１２から所定の距離離間した位置における音圧をシミュレーションで求めた。
【００７６】
図１０に示すように、従来例に係る超音波送信特性８１と比較例に係る超音波送信特性８２とを比較すると、単層構造の従来例に係る超音波送信特性８１の方が、メンブレン厚とキャビティの断面積を変えずに単純積層した比較例に係る超音波送信特性８２よりも高い超音波出力を示した。これに対し、実施の形態１に係る超音波送信特性８３では、従来例に係る超音波送信特性８１に比べて２倍（６ｄＢ改善）の出力が得られた。すなわち、実施の形態１に係る超音波送信特性８３では、メンブレン厚やキャビティの断面積（横幅）を変えて積層させることで超音波出力の改善が見られた。ここで、メンブレン支持部の断面積を変えることによりキャビティの断面積を変化させる構成としている。
【００７７】
実施の形態１や比較例に示した静電容量型振動子構造を積層させ振動子セルでは、パルス電圧を配線部３０ｂに印加した瞬間に、第１メンブレン２５では変位は小さいが大きな加速度が発生し、この加速度が第２メンブレン２９に伝わるとともに、第２メンブレン２９の弾性力との相乗効果で第２メンブレン２９に変位を発生させる。この際、実施の形態１では、メンブレン厚やキャビティの断面積（横幅）を変えて積層させたことで、第１メンブレン２５の周波数が第２メンブレン２９の周波数よりも高く構成されている。そのため、第１メンブレン２５と第２メンブレン２９との間で各メンブレンの変位時の位相を異ならせることができ、単層構造のものより大きな出力が得られる。
【００７８】
また、第２メンブレン２９が変位するときには、第１メンブレン２５は撓まない方が望ましい。実施の形態１では、第１メンブレン２５を第２メンブレン２９よりも厚く構成することで撓みを抑えることができると考えられる。実施の形態１に係る超音波送信特性８３では、メンブレン厚やキャビティの断面積（横幅）を変えて積層させることで、第１メンブレン２５の撓みを減少させることができる。このように、第１メンブレン２５を撓みにくくしたことで、第２メンブレン２９に大きな変位を発生させることができるので超音波出力の改善が見られたと考えられる。
【００７９】
なお、本シミュレーションでは簡単のため、メンブレン等の形状を正方形としているが、その他の形状でシミュレーションをさせても同様の傾向が得られると考えられる。
【００８０】
また、本実施の形態では、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧を印加し、配線部３０ｂにパルス電圧を印加する構成としたが、配線部３０ｂにバイアス電圧を印加し、配線部３０ａ、３０ｃにパルス電圧を印加することもできる。この場合、配線部３０ａ、３０ｃには夫々異なるパルス電圧を印加することができるため、第１メンブレン２５、及び第２メンブレン２９のそれぞれの共振周波数に合わせたパルス幅で電圧を印加することで効果的に動作させることができる。駆動周波数は超音波プローブの診断目的や診断する被検体の部位に応じて最適値が異なる。その目的に応じて振動子セルの共振周波数を設定し駆動することが好ましい。例えば、腹部など皮膚面から深い部位については約３Ｍｈｚが好ましく、頸動脈などの皮膚面から浅い部位については約１０ＭＨｚが好ましい。また、乳房に対しては約７ＭＨｚが好ましい。そのため、駆動周波数は３ＭＨｚから１０ＭＨｚを含む範囲から選択されることが好ましい。
【００８１】
また、第２メンブレン２９に電圧を印加するタイミングをわずかに遅らせると、被検体からの反力が低減し第２メンブレンを被検体側に大きく変形させられるので、さらに出力を向上させることができる。
【００８２】
また、実施の形態１では、配線部３０ａ、３０ｃに同じ電圧のバイアス電圧を印加する構成としたが、それぞれ異なるバイアス電圧を印加してもよい。例えば、配線部３０ａに−１００Ｖ、配線部３０ｃに−９０Ｖとして電圧のバランスを崩し、第１メンブレン２５を基板２１側により引き付けるように構成する。この場合、構成次第では第２メンブレン２９のストロークを第２キャビティ２７の間隔（縦幅）よりも大きくすることができ、送信出力を向上させることができる。
【００８３】
以上に説明したように本実施の形態１の振動子１１は、従来構造で課題であった送信出力を大幅に改善することができる。これにより、浅い部位から深い部位まで広範囲に超音波を送受信できる２次元アレイプローブが実現でき、広範囲で高画質な３Ｄ／４Ｄイメージングが可能な超音波診断が可能となる。
【００８４】
＜変形例１＞
図１３は、実施の形態１の変形例１に係る振動子セル１２の断面図である。実施の形態１では、第１メンブレン２５の厚みは第２メンブレン２９よりも厚くなるように構成し、第１キャビティ２３は第２キャビティ２７よりも断面積（図面上では横幅）が小さくなるように構成したが、変形例１では図１３に示すように、第２メンブレン２９の厚みを第１メンブレン２５よりも厚くなるように構成し、第２キャビティ２７は第１キャビティ２３よりも横幅が小さくなるように構成している。
【００８５】
図１４は、実施の形態１の変形例１の振動子１１の超音波送信特性と従来の静電容量型振動子の超音波送信特性とを比較した図である。図１４において、超音波送信特性８１は、図１０に示した従来の単層構造を有する振動子の超音波送信特性を、超音波送信特性８３は、実施の形態１に係る振動子の超音波送信特性を、超音波送信特性８４は変形例１に係る振動子の超音波送信特性のシミュレーション結果を示している。ここで、メンブレン厚及びキャビティの断面積は、図１５に示したとおりである。変形例１と実施の形態１とはメンブレン厚及びキャビティ断面積を逆にした条件の下でのシミュレーション結果である。
【００８６】
図１４に示すように、変形例１に係る超音波送信特性８４においては、実施の形態１に係る超音波送信特性８３及び従来例に係る超音波送信特性８１との比較において、約１２Ｍｈｚより高い周波数において高い音圧レベルを示す。実施の形態１及び変形例１におけるシミュレーション結果から、メンブレン厚あるいはキャビティの断面積を異ならせてメンブレンを積層させることが超音波送信特性の向上に効果的であることがわかる。
【００８７】
また、図１４に示すように、変形例１に係る超音波送信特性８４と実施の形態１に係る超音波送信特性８３との比較により、メンブレン厚あるいはキャビティの断面積は、メンブレンの共振周波数に影響していることがわかる。
【００８８】
＜変形例２＞
図１６は、実施の形態１の変形例２に係る振動子セル１２の断面図である。実施の形態１は静電容量型振動子の構造を２段積層した形態で説明したが、変形例２では、図１６に示すように３段に積層した構成としている。図１６に示すように、変形例２は、実施の形態１の構成に加えて、第２メンブレン２９と対向するように配置された第３メンブレン４４、第２メンブレン２９と第３メンブレン４４間に配置されている第３キャビティ４２を取り囲むメンブレン支持部３１ｃ、及び第３キャビティ４２と第２メンブレン２９及び第３メンブレン４４の間に挿入された絶縁膜４１及び４３を有する。
【００８９】
各層の電極あるいはメンブレンは配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに連結され、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧、配線部３０ｂ、配線部３０ｄにパルス電圧を印加することにより超音波が送信される。
【００９０】
ここで、第３メンブレン４４の厚みは第２メンブレン２９の厚みよりも薄く形成されている。また、第３キャビティ４２の横方向の幅は、第２キャビティ２７の横方向の幅よりも大きく構成されている。このように、メンブレン厚もしくはキャビティの断面積を変化させながらメンブレンを積層を増やすことで、実施の形態１及び変形例１に対してさらに超音波送信出力を向上させることができる。
【００９１】
＜変形例３＞
図１７は、実施の形態１の変形例３に係る振動子セル１２の断面図である。実施の形態１では静電容量型振動子を対称な構造で説明したが、変形例３に係る振動子セルでは、図１７に示すように、第１キャビティ２３と第２キャビティ２７の中心位置を横方向にずらした構成を有している。例えば、第１キャビティ２３の左右両側でのメンブレン支持部の幅と、第２キャビティ２７の左右両側でのメンブレン支持部の幅とを、第１キャビティ２３と第２キャビティ２７とで相互に異ならせて配置することにより、各キャビティの中心位置を横方向にずらすことができる。このように構成することで、振動子セルの垂直方向に対して傾いた方向に超音波を送信することができる。
【００９２】
従来の圧電素子を用いた超音波プローブにおいて、超音波を送信する範囲が大きい広い走査角を必要とする用途では、図２９に示すようなコンベックス型のプローブが用いられる。このようなコンベックス型のプローブでは、圧電素子４５を曲面上に配置することで広い走査角を実現している、これに対し、変形例３係る振動子セルを用いることにより、平面上に配置しても鉛直方向から傾いた方向に強い超音波を送信でき、広い走査角が必要な用途にも利用することができる。
【００９３】
≪実施の形態２≫
次に、実施の形態２に係る振動しセルについて、図面を用いて説明する。
【００９４】
＜振動子セル１２の構成＞
図１８（ａ）は、実施の形態２に係る超音波プローブ１０２に用いる振動子１１の基本構造を示した上面図、（ｂ）（ａ）図中Ａ−Ａ断面の断面図である。図１９（ａ）は、実施の形態２に係る振動子セル１２にバイアス電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）は、バイアス電圧を印加した状態の断面図である。
【００９５】
図１８（ａ）、（ｂ）、図１９（ａ）に示すように、振動子セル１２はシリコンウエハー、ガラス、石英等の電気絶縁性を有する素材で構成された基板２１と、基板２１内部に配置された導電性を有する下層電極２２と、第１キャビティ２３を挟んで下層電極２２と対向するように配置された第１メンブレン２５と、第２キャビティ２７を挟んで第１メンブレン２５と対向するように配置された第２メンブレン２９と第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂを備えている。また、第１メンブレン２５の下方及び上方に各々絶縁膜２４及び２６、第２メンブレン２９の下方に絶縁膜２８を備えている。
【００９６】
第１のメンブレン２５は、下層メンブレン部２５ａ、接続部２５ｂ、上層メンブレン部２５ｃから構成されている。接続部２５ｂは、図１９（ａ）における横方向の幅は、下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃの横方向の幅より小さく構成されている。そのため、下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃは、各々の変位の他方への影響を少なくすることができる。例えば、下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃの横方向の幅を４０から５０μｍとし、接続部２５ｂの横方向の幅を２０から４０μｍとしてもよい。また、下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃは、接続部２５ｂによって互いに電気的に接続されている。第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９は電極を兼ねており、後述する下層電極２２、第１メンブレン２５、第２メンブレン２９は夫々配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに接続されている。第１メンブレン２５の下層メンブレン部２５ａおよび上層メンブレン部２５ｃの厚み及び第２メンブレン２９の厚みは、１から４μｍの範囲に構成することができる。接続部２５ｂの厚みは、２から３μｍとすることができる。
【００９７】
下層電極２２は、例えば、導電性を有するアルミ、銀、銅、クロム等の金属を用いることができ、例えば、膜厚は約４μｍで構成することができる。第１メンブレン及び第２メンブレンは、導電性を有する材料からなり、例えば、アルミ、銀、銅、クロム等の金属、導電性樹脂等を用いることができる。
【００９８】
第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂ、絶縁膜２４、２６、２８は、絶縁性を有する薄膜材料を用いることができ、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＳｉＮや、これらの混合物を用いてもよい。第１メンブレン支持部３１ａ、第２メンブレン支持部３１ｂの図１９（ａ）における平面方向の厚みは、例えば、２から４μｍに構成することができる。また、第１メンブレン支持部３１ａと第２メンブレン支持部３１ｂの図１９（ａ）における平面方向の厚みは略同一である。
【００９９】
第１キャビティ２３（第１間隙）は、第１メンブレン２５とメンブレン支持部３１ａと基板２１とで囲まれた空間であり、第２キャビティ２７（第２間隙）は第１メンブレン２５とメンブレン支持部３１ｂと第２メンブレン２９とで囲まれた空間である。第１キャビティ２３、第２キャビティ２７ともに、略真空となるように構成される。
【０１００】
第１キャビティ２３は第２キャビティ２７よりも図面上の横方向の幅は略同一となるように、即ちメンブレンの積層方向に垂直な断面積は、第１キャビティ２３と第２キャビティ２７において略同一に構成されている。言い換えるとメンブレン支持部３１ａとメンブレン支持部３１ｂよりもメンブレンの積層方向に垂直な方向の断面積は同じである。第１キャビティ２３、第２キャビティ２７の図１９（ａ）における横方向の幅は、例えば、４０から８０μｍとすることができる。また、第１キャビティ２３及び第２キャビティ２７の高さは、例えば、２００から３００ｎｍとすることができる。
【０１０１】
また、第１キャビティ２３及び第２キャビティ２７と第１メンブレン２５及び第２メンブレン２９の間には、それぞれ絶縁膜２４、２６、２８が配置されている。絶縁膜２４、２６、２８の厚みは、例えば２００から４００ｎｍとすることができる。
【０１０２】
なお、第１メンブレン２５が電極を兼ねる代わりに、第１メンブレン２５上もしくは内部に電極を形成してもよい。同様に第２メンブレン２９が電極を兼ねる代わりに、第２メンブレン２９上もしくは内部に電極を形成してもよい。また、下層電極２２を基板２１内部に配置する代わりに、基板２１上に配置してもよい。また、第１メンブレン２５は絶縁性を有する第１絶縁性メンブレンと第１絶縁性メンブレンを挟むように配置された上下の電極層とを有する構成を採ることができる。この場合、第１絶縁性メンブレンと絶縁層２４および２６との間に電極層を挿入する構成となる。同様に、第２メンブレン２９は絶縁性を有する第２絶縁性メンブレンと電極層とを有すると構成を採ることができる。この場合も第２絶縁性メンブレンと絶縁層２８の間に電極層を挿入する構成となる。
【０１０３】
また、本実施の形態における振動子セル１２は、一例として六角形状のものを挙げているが、これに限ったものではなくその他の形状であってもよい。
＜振動子セル１２の製造方法＞
次に、振動子セル１２の製造方法について説明する。図２０、図２１は、実施の形態２に係る振動子セル１２の製造方法を示す概略図である。
【０１０４】
第１ステップにおいて、半導体基板の上面に配線層１２０及び基板２１となる絶縁膜を形成し、その上面に配線層１２０と連結するように構成される下層電極２２をエッチングによりパターニングして形成する。さらにその上に薄い絶縁膜２１Ａを形成する（図２０（ａ））。
【０１０５】
次に、第２ステップにおいて、絶縁膜２１Ａの上面に第１キャビティ２３形成用の第１犠牲層１２１と絶縁膜２４とを形成する。そして、第１キャビティ２３を形成する部分に対応したマスクを２次元的に配列させ、マスクを施されていない部分をエッチング処理等で除去して下層電極２２に届く凹部１２１Ａを形成する（図２０（ｂ））。
【０１０６】
次に、第３ステップにおいて、凹部１２１Ａを充填するとともに絶縁膜２４を覆うように下層メンブレン部２５ａを形成する。そして、下層メンブレン部２５ａを貫通し第１犠牲層１２１に届く孔２５Ｂを形成する（図２０（ｃ））。セルとセルの間の孔はセル同士を分離する溝形状であってもよい。
【０１０７】
次に、第４ステップにおいて、反応性のガス等を用いて孔からエッチングにより第１犠牲層１２１を除去して第１キャビティ２３を形成し、下層メンブレン部２５ａ上に新たにエッチング等でパターニングした第２犠牲層１２２を形成する（図２０（ｄ）。
【０１０８】
次に、第５ステップにおいて、パターニングされた第２犠牲層１２２の間を埋めるとともに第２犠牲層１２２を覆うように接続部２５ｂ及び上層メンブレン部２５ａを形成する。そして、上層メンブレン部２５ａを貫通し、第２犠牲層１２２に届く孔２５Ｄを形成する（図２１（ａ））。ここでも、セルとセルの間の孔はセル同士を分離する溝形状であってもよい。
【０１０９】
ここで、反応性のガス等を用いて第２犠牲層１２２を除去する。その後、第２ステップと同様に、絶縁膜２６の上面に第２キャビティ２７形成用の第３犠牲層１２３と絶縁膜２８を形成し、エッチングにより第３の犠牲層１２３及び絶縁膜２８を部分的に除去する。なお、第２メンブレン２９と上層メンブレン部２５ａを絶縁するため、絶縁膜２６は除去しない。
【０１１０】
次に、第６ステップにおいて、第３ステップと同様に、前工程で除去した部分を充填すると共に絶縁膜２８を覆う膜である第２メンブレン２９を形成する。そして、第２メンブレン２９を貫通し、第３犠牲層１２３に届く孔２９Ａを形成する（図２１（ｂ））。セルとセルの間の孔は溝形状であってもよいが同一のエレメント内のセル同士は少なくとも一部がつながるように形成する。
【０１１１】
最後に前工程で形成した孔２９Ａからエッチングにより第３犠牲層１２３を除去して第２キャビティ２７を形成し、第２キャビティ２７の内部が真空状態を保つようにカバー層１２４を形成して封止して振動子セル１２を完成する（図２１（ｃ））。
【０１１２】
ところで、上記の製造方法において、第１キャビティ２３、及び、第２キャビティ２７は完全に封止され、ほぼ真空状態となるように構成されている。これらのキャビティは公知のＭＥＭＳ技術、例えば、ＳＭ法（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ法；犠牲層を除去し、キャビティを形成する方法）等を用いて形成することができる。
【０１１３】
この時、第２メンブレン２９及び絶縁膜２８と、接続部２５ｂの内部を通るように第２キャビティ２７から第１キャビティ２３まで間に犠牲層除去孔（図示は省略）を空けておくことで、一度の犠牲層エッチングで両方のキャビティを形成することができる。また、第２メンブレン２９上の犠牲層除去孔を塞げば両方のキャビティを封止できる。従って、空隙３４もこのような形成方法を用いれば、ほぼ真空状態で封止することができる。
【０１１４】
＜振動子セル１２の動作について＞
次に、このように構成された実施の形態１の振動子セル１２の動作について説明する。
実施の形態１の振動子セル１２の配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに印加される電圧とそのタイミングは、図９に示した実施の形態１の例と同じである。図９において、７１は、配線部３０ａ、３０ｃに対して印加する電圧、７２は配線部３０ｂに印加する電圧を示している。
【０１１５】
まず、初期状態（ｔ＝ｔ０のタイミング）において、配線部３０ａ、３０ｃにはＤＣバイアス電圧（例えば、−１００Ｖ）を印加し、配線部３０ｂは０Ｖとしておく。
【０１１６】
このような状態下では、図１９（ｂ）に示すように、下層電極２２と第１メンブレン２５の間に静電引力が働き第１メンブレン２５の下層メンブレン部２５ａが下側に撓む。また、第１メンブレン２５の上層メンブレン部２５ｃと第２メンブレン２９の間にも静電引力が働き、第２メンブレン２９が下側に撓む。
【０１１７】
次にｔ＝ｔ１のタイミングで、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧を印加したまま、配線部３０ｂにバイアス電圧程度のパルス電圧を印加する。そうすると、下層電極２２、第１メンブレン２５、及び、第２メンブレン２９の間の電位差は瞬間的にほぼ０Ｖとなり、各電極間に発生していた静電気力が失われ、下層メンブレン部２５ａ及び第２メンブレン２９の弾性力によって図１９（ａ）に示すような状態に戻る。この反動作用によって、第２メンブレン２９の上方に超音波を発生させる。
【０１１８】
パルス電圧を配線部３０ｂに印加した瞬間に、下層メンブレン部２５ａでは大きな加速度が発生し、この加速度が接続部２５ｂ及び上層メンブレン部２５ｃを介して第２メンブレン２９に伝わるとともに、第２メンブレン２９の弾性力との相乗効果で第２メンブレン２９に大きな変位を発生させるので、単層構造のものより大きな出力が得られる。また、このとき、上層メンブレン部２５ｃが変形が発生しないことにより、第２メンブレン２９により大きな加速度を与えることができると考えられる。
【０１１９】
また、バイアス電圧を印加した状態で超音波（音圧）を受信すると、下層メンブレン部２５ａ及び第２メンブレン２９が振動し、この際に起きる下層電極２２と下層メンブレン部２５ａの間の静電容量変化、及び、上層メンブレン部２５ｃと第２メンブレン２９の間の静電容量変化に基づき、受信した超音波に係る電気信号を取得することができる。
【０１２０】
なお、図１９（ａ）、（ｂ）の説明においては、振動子セル１２の動作として説明したが、振動子セル１２によって構成された振動子１１、振動子１１によって構成された振動子アレイ１１２も同様の動作となる。
【０１２１】
＜振動子セル１２の超音波送信特性について＞
次に、振動子セル１２の超音波送信特性について説明する。ここでは、実施の形態２における振動子、従来の単層構造の振動子について各々の超音波送信特性を、有限要素法による構造解析シミュレーションを用いて解析その結果を比較する。図２２は、実施の形態２に係る振動子１１の超音波送信特性と従来の静電容量型振動子の超音波送信特性とを比較した図である。図２２において、超音波送信特性８１が従来例における超音波送信特性を示し、超音波送信特性８２が実施の形態２における超音波送信特性を示している。
【０１２２】
図２２に示すように、実施の形態２に係る超音波送信特性８２では、従来例に係る超音波送信特性８１に比べて３倍以上（１０ｄＢ以上改善）の出力が得られた。図２２に示した超音波送信特性シミュレーションでは、下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃの厚さを３ｕｍ、第２メンブレン２９の厚さを１ｕｍとしており、第１メンブレン２５の下層メンブレン部２５ａ及び上層メンブレン部２５ｃを第２メンブレン２９よりも厚くなるように構成している。このように構成することで、従来構造の２倍以上の出力が発生する結果が得られている。
【０１２３】
実施の形態２に係る静電容量型振動子構造を積層させ振動子セルでは、パルス電圧を配線部３０ｂに印加した瞬間に、下層メンブレン部２５ａでは変位は小さいが大きな加速度が発生し、この加速度が第２メンブレン２９に伝わるとともに、第２メンブレン２９の弾性力との相乗効果で第２メンブレン２９に変位を発生させる。このとき、上層メンブレン部２５ｃは撓まない方が望ましく、上層メンブレン部２５ｃの撓みを抑えることにより第２メンブレン２９に大きな変位を発生させることができると考えられる。超音波送信特性８３では、上層メンブレン部２５ｃと下層メンブレン部２５ａとが幅狭の接続部２５ｂによって接続されている構成することで、上層メンブレン部２５ｃは撓みを減少させることができ、その結果、第２メンブレン２９に大きな変位を発生させることができ超音波出力の改善が見られたと考えられる。
【０１２４】
なお、本シミュレーションでは簡単のため、メンブレン等の形状を正方形としているが、その他の形状でシミュレーションをさせても同様の傾向が得られると考えられる。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧を印加し、配線部３０ｂにパルス電圧を印加する構成としたが、配線部３０ｂにバイアス電圧を印加し、配線部３０ａ、３０ｃにパルス電圧を印加することもできる。この場合、配線部３０ａ、３０ｃには夫々異なるパルス電圧を印加することができるため、下層メンブレン部２５ａ、及び第２メンブレン２９のそれぞれの共振周波数に合わせたパルス幅で電圧を印加することで効果的に動作させることができる。駆動周波数は超音波プローブの診断目的や診断する被検体の部位に応じて最適値が異なる。その目的に応じて振動子セルの共振周波数を設定し駆動することが好ましい。超音波プローブでは、駆動周波数は３ＭＨｚから１０ＭＨｚを含む範囲から選択されることが好ましい。
【０１２６】
さらに、第２メンブレン２９に電圧を印加するタイミングをわずかに遅らせると、被検体からの反力が低減し第２メンブレンを被検体側に大きく変形させられるので、されに出力を向上させることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、配線部３０ａ、３０ｃに同じ電圧のバイアス電圧を印加する構成としたが、それぞれ異なるバイアス電圧を印加してもよい。  以上に説明したように本実施の形態１の振動子１１は、従来構造で課題であった送信出力を大幅に改善することができる。これにより、浅い部位から深い部位まで広範囲に超音波を送受信できる２次元アレイプローブが実現でき、広範囲で高画質な３Ｄ／４Ｄイメージングが可能な超音波診断が可能となる。
【０１２８】
＜変形例１＞
図２３は、実施の形態２の変形例１に係る振動子セル１２の断面図である。ここでは、下層メンブレン部２５ａの横方向の幅を第２メンブレン２９の横方向の幅より小さくしている。その他の構成については、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
【０１２９】
図２４は、実施の形態２の変形例１に係る振動子１１の超音波送信特性を示した図である。図２２のシミュレーション結果に、変形例１に係る振動子の超音波送信特性８４を重ねて示したものである。
【０１３０】
図２４において、超音波送信特性８１が従来例における超音波送信特性を、超音波送信特性８２が実施の形態２における超音波送信特性を、超音波送信特性８４が変形例１における超音波送信特性を示している。図２４に示すように、変形例１に係る超音波送信特性８４では、実施の形態２に係る超音波送信特性８２に比べて、ピーク付近における高い音圧レベルの出力が得られた。また、従来例の超音波送信特性８１に比べて２倍以上高い音圧レベルの出力が得られている。
【０１３１】
ここで、図２４に示した超音波送信特性シミュレーションでは、実施の形態２に係る超音波送信特性８２は、第１キャビティ２３の横方向の幅を２８ｕｍとして、変形例１に係る超音波送信特性８４は第１キャビティ２３の横方向の幅を２４ｕｍとしてシミュレーションした。すなわち、変形例１の振動子セル１２では下層メンブレン部２５ａの横方向の幅を第２メンブレン２９の横方向の幅より小さく構成している。このとき、下層メンブレン部２５ａ及び第２メンブレン２９の厚みはともに１ｕｍである。
【０１３２】
また、図２４に示すように、変形例１に係る超音波送信特性８４と実施の形態２に係る超音波送信特性８２との比較により、下層メンブレン部２５ａ及び第２メンブレン２９の横幅は、メンブレンの共振周波数に影響していることがわかる。
【０１３３】
なお、変形例１においては、下層メンブレン部２５ａと第２メンブレン２９の横幅を変化させてシミュレーションさせたが、横幅を変化させると共に図面奥方向の長さも変化させてもよい。また、下層メンブレン部２５ａと第２メンブレンの断面積を変化させてもよい。
【０１３４】
＜変形例２＞
図２５は、実施の形態２の変形例２に係る振動子セル１２の断面図である。実施の形態２では、第２メンブレン２９が電極を兼ねているため、同じエレメント内の隣接セル同士が第２メンブレン２９によって連結された構造としていた。これに対し、変形例２においては、図２５に示すように、第２メンブレン２９にバイアス電圧を印加する経路となるサブメンブレン３２を設け、第２メンブレン２９からサブメンブレン３２を介して引き出された配線は、基板２１内の配線によって隣接セルと連結するように構成している。サブメンブレン３２を設けた点を除いては、実施の形態２と同様であり説明を省略する。
【０１３５】
ここで、第２メンブレン２９にバイアス電圧を印加する経路となるサブメンブレン３２は、図２５に示すように、第１メンブレン２５に接続されている構成としてもよい。この場合には上層メンブレン部２５ｃとサブメンブレン３２が接続される部分との間に絶縁部３３を備えることでこの構成を採ることができる。
【０１３６】
図２６は、実施の形態１の変形例２に係る振動子１１の超音波送信特性と、変形例２からサブメンブレン３２を除いた比較例に係る振動子の超音波送信特性とを比較した図である。ここで、サブメンブレン３２は、第１メンブレン２５に配置されているとしてシミュレーションしている。図２５において、超音波送信特性８３が比較例に係る振動子１１の超音波送信特性を示し、超音波送信特性８５が変形例２に係る振動子１１の超音波送信特性を示している。
【０１３７】
図２５に示すように、比較例に係る超音波送信特性８３では２つのピークを有する周波数特性を示すが、変形例２に係る超音波送信特性８５では帯域の広い特性が得られる。サブメンブレン３２を設けたことにより、サブメンブレン３２が空隙３４を封止するためであると考えられる。これにより、比較例において生じていた横方向への余分な振動が抑制され帯域の広い特性が得られたと考えられる。
【０１３８】
＜変形例３＞
図２７は、実施の形態２の変形例３に係る振動子セル１２の断面図である。実施の形態２、変形例１、変形例２は静電容量型振動子の構造を２段積層した形態で説明したが、図２７に示すように、３段の構成であってもよい。
【０１３９】
図２７の構成において、追加部４６は、第１メンブレン２５、絶縁膜２６、第２キャビティ２７、絶縁膜２８と同じ構造であり、その上に第３メンブレン４４が形成されている。各層の電極あるいはメンブレンは配線部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに連結され、配線部３０ａ、３０ｃにバイアス電圧、配線部３０ｂ、配線部３０ｄにパルス電圧を印加することにより超音波が送信される。
【０１４０】
このように積層を増やすことでさらに送信出力を向上させることができる。
【０１４１】
≪その他の変形例≫
以上、各実施の形態に係る超音波プローブ、超音波振動子、超音波振動子セルについて説明した。本発明は、各実施の形態に限定されるものではない。例えば、各実施の形態における超音波診断装置に含まれる処理部の一部又は全部が、超音波プローブ１０２に含まれてもよい。
【０１４２】
また、各実施の形態に係る超音波診断装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【０１４３】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１４４】
また、各実施の形態に係る、超音波診断装置の機能の一部又は全てを、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。
【０１４５】
さらに、本発明は上記プログラムであってもよいし、上記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【０１４６】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【０１４７】
また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
【０１４８】
また、各実施の形態に係る超音波振動子セル、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
【０１４９】
さらに、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【０１５０】
≪まとめ≫
上記した本発明の一態様に係る超音波プローブは、ｃＭＵＴを積層した超音波振動子セルを有する構造において上記構成を採ることにより、第１メンブレン上面の撓みを減少して第２メンブレン２９により大きな変位を発生させることができる。これにより、単層の場合と比較してより大きな超音波送信出力を得ることができ、超音波プローブの送信出力特性を改善することができる。これにより、３Ｄ／４Ｄ超音波イメージングにおいて従来のｃＭＵＴと比較してノイズの少ない明瞭な超音波画像を得ることができる。
【０１５１】
≪補足≫
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【０１５２】
また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【０１５３】
さらに、超音波振動子セル、超音波振動子、超音波プローブ、超音波診断装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について当該技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。尚、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
以上、実施の形態によれば、深部まで高感度な２次元アレイプローブを実現できる。これにより、浅い部位から深い部位まで広範囲で高画質な３Ｄ／４Ｄイメージングを小型のプローブで実現できる。また、ノイズの少ない明瞭な超音波画像を得ることができる。あるいは、超音波振動子への印加電圧を低減すことができる。これにより機器の省電力化に貢献することができる。そのため、バッテリーの長寿命化により超音波診断装置のモバイル化に波及する技術となり、超音波振動子セル、超音波振動子、超音波プローブ、および超音波診断装置等に広く活用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１１    超音波振動子
１２    超音波振動子セル
２１    基板
２２    下層電極
２３    第１キャビティ
２４、２６、２８    絶縁膜
２５    第１メンブレン
２５ａ    下層メンブレン部
２５ｂ    接続部
２５ｃ    上層メンブレン部
２７    第２キャビティ
２９    第２メンブレン
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ    配線
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ    メンブレン支持部
３２    サブメンブレン
３３    絶縁部
４１、４３    絶縁膜
４２    第３キャビティ
４４    第３メンブレン
４５    圧電素子
４６    追加部
５０    従来の超音波振動子セル
５１    基板
５２    下層電極
５３    キャビティ
５４    メンブレン支持部
５５    絶縁膜
５６  メンブレン
６０ａ、６０ｂ    配線
１０２  超音波プローブ
１０９  診断装置本体
１００  超音波診断装置
１１２  超音波振動子アレイ
【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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【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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【国際調査報告】
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