(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓膜と、
前記可撓膜に設けられる圧電体と、
前記圧電体に設けられる第一電極と、
前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極と、を備え、
前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなり、
前記圧電体は、複数層により構成され、前記可撓膜上に設けられる第一圧電層と、前記第一圧電層よりも比誘電率が大きい第二圧電層を備え、
前記第一圧電層及び前記第二圧電層は、同一の構成材料により構成され、それぞれ構成する組成比が異なる、
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記圧電体は、ペロブスカイト型遷移金属酸化物により構成される
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電素子において、
前記圧電体は、ＰｂとＺｒとＴｉを含む
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記可撓膜は、前記圧電体に接する第一層を含み、当該第一層は、絶縁性を有する遷移金属酸化物により構成されている
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電素子において、
前記第一層は、ＺｒＯ２により構成されている
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記ギャップは、２μｍ以上、８μｍ以下である
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項７】
可撓膜と、
前記可撓膜に設けられる圧電体と、
前記圧電体に設けられる第一電極と、
前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極と、
前記第一電極及び前記第二電極と電気的に接続される端子部を有する配線基板と、を備え、
前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなり、
前記圧電体は、複数層により構成され、前記可撓膜上に設けられる第一圧電層と、前記第一圧電層よりも比誘電率が大きい第二圧電層を備え、
前記第一圧電層及び前記第二圧電層は、同一の構成材料により構成され、それぞれ構成する組成比が異なる、
ことを特徴とする圧電モジュール。
【請求項８】
可撓膜、前記可撓膜に設けられる圧電体、前記圧電体に設けられる第一電極、及び、前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極を備えた圧電素子と、
前記圧電素子を制御する制御部と、を備え、
前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなり、
前記圧電体は、複数層により構成され、前記可撓膜上に設けられる第一圧電層と、前記第一圧電層よりも比誘電率が大きい第二圧電層を備え、
前記第一圧電層及び前記第二圧電層は、同一の構成材料により構成され、それぞれ構成する組成比が異なる、
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電モジュール及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体の圧電効果に基づいて超音波を送受信可能に構成される超音波変換器が知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の超音波変換器は、基板と、当該基板上に設けられた圧電体と、圧電体の同じ面上に配置された第１の電極及び第２の電極と、を備える。圧電素子では、例えば超音波を受信する際に、可撓膜の歪に応じて圧電体が歪み、当該歪に応じて電極間に発生する電位差が、電気信号として出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
ところで、上述のように構成された圧電素子において、受信感度を向上させるために、圧電体の比誘電率を小さくすることが考えられる。すなわち、圧電体の比誘電率を小さくすることにより、電極間に発生する静電容量を小さくでき、電極間の電位差を大きくできるため、出力される電気信号を大きくすることができる。しかしながら、比誘電率を小さくすると、圧電体の圧電定数が小さくなるため、超音波の受信時に、圧電体の歪み量に応じて圧電体表面に生じる電荷量が小さくなり、電極間の電位差が小さくなる。したがって、比誘電率を小さくしても受信感度が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、受信感度を向上させることができる圧電素子、圧電モジュール及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一適用例に係る圧電素子は、可撓膜と、前記可撓膜に設けられる圧電体と、前記圧電体に設けられる第一電極と、前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極と、を備え、前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなることを特徴とする。
【０００７】
本適用例の圧電素子では、例えば超音波を受信した際の可撓膜の歪に応じて圧電体が歪み、当該歪に応じて第一電極及び第二電極間に発生する電位差が、電気信号として出力される。この圧電素子において、超音波の受信時及び送信時における圧電体の面内歪み量は、可撓膜及び圧電体の厚みに沿って可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなる。
そして、本適用例において、圧電体は、上記厚み方向に可撓膜から遠ざかり、圧電体の歪み量が大きくなるにしたがって、比誘電率すなわち圧電定数が大きくなる。一方、圧電体は、可撓膜に近づき、圧電体の歪み量が小さくなるにしたがって、比誘電率（圧電定数）が小さくなる。
すなわち、振動膜の歪みに応じた圧電体の歪み量が小さい領域において、他の領域よりも比誘電率を小さくして静電容量の低減を図るとともに、歪み量が大きい領域において、他の領域よりも圧電定数を大きくして出力の増大を図ることができる。したがって、本適用例によれば、圧電素子の受信感度を向上させることができる。
【０００８】
本適用例の圧電素子において、前記圧電体は、複数層により構成され、前記可撓膜上に設けられる第一圧電層と、前記第一圧電層よりも比誘電率が大きい第二圧電層を備えることが好ましい。
本適用例によれば、圧電体は、第一圧電層と、第二圧電層との二層の圧電層を備える。このような構成では、各圧電層の比誘電率、圧電定数、及び厚み寸法等を適宜設定することにより、より確実に受信感度を向上させることができる。また、所望の圧電特性及び厚み寸法等で各圧電層を形成することにより、所望の特性（圧電特性）を有する圧電体を形成することができ、より容易に圧電素子の受信感度を向上させることができる。
【０００９】
本適用例の圧電素子において、前記第一圧電層及び前記第二圧電層は、同一の構成材料により構成され、それぞれ構成する組成比が異なることが好ましい。
本適用例によれば、第一圧電層及び第二圧電層は、異なる組成比を有するものの、同一の構成材料により構成される。したがって、異なる材料を用いて形成する場合と比べて、製造コストの増大を抑制できる。また、製造時に、各圧電層について異なる材料を供給可能な装置を用いたり、材料を交換する作業を実施したりする必要がなく、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１０】
本適用例の圧電素子において、前記圧電体は、ペロブスカイト型遷移金属酸化物により構成されることが好ましい。
本適用例では、圧電体としてペロブスカイト型遷移金属酸化物を用いる。ペロブスカイト型遷移金属酸化物は圧電材料において圧電特性（ｅ定数）が高い。このため、可撓膜を変位させた際に圧電体から出力される電圧を大きくできる。
【００１１】
本適用例の圧電素子において、前記圧電体は、ＰｂとＺｒとＴｉを含むことが好ましい。
本適用例では、圧電体は、ＰｂとＺｒとＴｉを含む。このような圧電体としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が挙げられ、ペロブスカイト型遷移金属酸化物において特に圧電特性が高い。よって、可撓膜を変位させた際に圧電体から出力される電圧をより高くできる。
【００１２】
本適用例の圧電素子において、前記可撓膜は、前記圧電体に接する第一層を含み、当該第一層は、絶縁性を有する遷移金属酸化物により構成されていることが好ましい。
ここで、第一層は複数層により構成された可撓膜のうちの一層であってもよく、可撓膜が一層（遷移金属酸化物の第一層のみ）により構成されていてもよい。
本適用例では、可撓膜の圧電体に接する第一層が、絶縁性を有する遷移金属酸化物により構成されている。このような可撓膜上に圧電体を形成する場合、（１００）配向の圧電体を形成しやすく、圧電体における圧電特性を高めることができる。
【００１３】
本適用例の圧電素子において、前記第一層は、ＺｒＯ２により構成されていることが好ましい。
本適用例では、上記第一層が、ＺｒＯ２により構成されているため、圧電体の結晶配向を、（１００）配向により揃えやすくなり、圧電体における圧電特性をより高めることができる。
【００１４】
本適用例の圧電素子において、前記ギャップは、２μｍ以上、８μｍ以下であることが好ましい。
本適用例では、第一電極と第二電極との間が２μｍ以上８μｍ以下となる。第一電極と第二電極との間のギャップ寸法が２μｍ未満である場合、圧電体の歪み量に対する、圧電体から出力される電圧が小さくなる。この場合、例えば可撓膜の変位量を、圧電体からの出力電圧に基づいて検出する場合に、出力電圧が小さくなるので検出精度も低下する。一方、第一電極と第二電極との間のギャップ寸法が８μｍより大きい場合、圧電体を分極処理する際の印加電圧を高電圧にする必要がある。これに対して、本適用例では、上記範囲のギャップが設けられることで、圧電体の歪み量に対する圧電体から出力される電圧を大きくでき、かつ、分極処理時における印加電圧も実用的な範囲に留めることができる。
【００１５】
本発明の一適用例に係る圧電モジュールは、可撓膜と、前記可撓膜に設けられる圧電体と、前記圧電体に設けられる第一電極と、前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極と電気的に接続される端子部を有する配線基板と、を備え、前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなることを特徴とする。
【００１６】
本適用例の圧電モジュールは、上述した圧電素子と、圧電素子の第一電極及び第二電極に接続される端子部を有する配線基板とを備える。このため、上記適用例と同様、圧電素子の受信感度を向上させることができる。したがって、可撓膜の変位によって圧電体から出力される電圧を配線基板に設けられた受信回路で受信処理する場合に、圧電体から高い電圧信号が出力されるため、受信精度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る電子機器は、可撓膜、前記可撓膜に設けられる圧電体、前記圧電体に設けられる第一電極、及び、前記圧電体に設けられ、前記可撓膜の厚さ方向から見た平面視で、前記第一電極と所定のギャップを介して対向する第二電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御部と、を備え、前記圧電体の比誘電率は、前記可撓膜から遠ざかるにしたがって大きくなることを特徴とする。
【００１８】
本適用例の電子機器は、上述した圧電素子と、圧電素子を制御する制御部とを備える。このため、上記適用例と同様、圧電素子の受信感度を向上させることができる。したがって、可撓膜の変位によって圧電体から出力される電圧を検出することで、所定の処理を実施する電子機器では、圧電体から高い電圧信号が出力されるため、電圧の検出精度が高く、電子機器における処理精度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】第一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】第一実施形態における超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図４】第一実施形態の超音波デバイスにおける素子基板の送信領域の概略構成を示す平面図。
【図５】図４におけるＡ−Ａ線で切断した超音波センサーの断面図。
【図６】第一実施形態の超音波デバイスにおける素子基板の受信領域の概略構成を示す平面図。
【図７】第一実施形態における受信用トランスデューサーの概略構成を示す平面図。
【図８】図７におけるＢ−Ｂ線で切断した超音波センサーの概略構成を示す断面図。
【図９】第一実施形態の受信用トランスデューサーにおける超音波受信時の様子を模式的に示す斜視断面図。
【図１０】第一実施形態の受信用トランスデューサーの超音波受信時における膜厚方向の各位置と面内歪みとの関係を示すグラフ。
【図１１】第一実施形態の受信用トランスデューサーにおける第一圧電膜と受信感度との関係を示すグラフ。
【図１２】第一実施形態における受信用トランスデューサーの製造方法を示すフローチャート。
【図１３】第一実施形態における受信用トランスデューサーの製造方法における各工程の概略を模式的に示す図。
【図１４】第一実施形態における受信用トランスデューサーの製造方法における各工程の概略を模式的に示す図。
【図１５】第二実施形態における受信用トランスデューサーの概略構成を示す平面図。
【図１６】第二実施形態における受信用トランスデューサーの概略構成を示す断面図。
【図１７】第三実施形態における受信用トランスデューサーの概略構成を示す平面図。
【図１８】第三実施形態における受信用トランスデューサーの概略構成を示す断面図。
【図１９】受信用トランスデューサーの一変形例の概略構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の電子機器として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１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、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、本発明における電子機器に相当し、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を生体（例えば人体）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、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。
【００２１】
［超音波プローブ２の構成］
図３は、超音波プローブ２における超音波センサー２４の概略構成を示す平面図である。
超音波プローブ２は、筐体２１と、筐体２１内部に設けられた超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバ回路等が設けられた配線基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、配線基板２３とにより超音波センサー２４が構成され、当該超音波センサー２４は、本発明の圧電モジュールを構成する。
【００２２】
［筐体２１の構成］
筐体２１は、図１に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、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、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の配線基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
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。
【００２３】
［超音波デバイス２２の構成］
超音波デバイス２２は、図３に示すように、超音波を送信する送信アレイＴＲと、超音波を受信する受信アレイＲＲと、が形成されたアレイ領域Ａｒ１を有する。なお、図３では、送信アレイＴＲと受信アレイＲＲとが略同一アレイ面積を有しているが、これに限定されず、例えば、受信アレイＲＲが送信アレイＴＲよりも小さいサイズに構成されていてもよい。また、送信アレイＴＲ及び受信アレイＲＲの配置位置に関しても、図３の例に限られず、例えば、送信アレイＴＲ内の一部に、受信アレイＲＲが設けられる構成や、送信アレイＴＲと受信アレイＲＲとが例えばＸ方向（スキャン方向）に沿って交互に配列される構成などとしてもよい。
送信アレイＴＲは、超音波を送信する複数の送信用超音波トランスデューサー５１（以降、送信用トランスデューサー５１と略す）がアレイ状に配置され構成される。また、受信アレイＲＲは、超音波を受信する複数の受信用超音波トランスデューサー５２（以降、受信用トランスデューサー５２と略す）がアレイ状に配置され構成される。このように構成された超音波デバイス２２では、送信アレイＴＲから超音波を送信し、測定対象で反射された反射波を受信アレイＲＲで受信する。
なお、以下の説明では、後述する１次元アレイ構造を有する送信アレイＴＲのスキャン方向をＸ方向とし、スキャン方向に直交するスライス方向をＹ方向とする。
【００２４】
図４は、超音波デバイス２２の送信アレイＴＲにおける素子基板４１を、封止板４３とは反対側（作動面側）から見た平面図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ線で切断した超音波センサー２４の断面図である。図６は、受信アレイＲＲの構成を模式的に示す図である。図７は、素子基板４１の作動面側から見た受信用トランスデューサー５２を模式的に示す平面図である。また、図８は、図７のＢ−Ｂ線で切断した際の断面を模式的に示す断面図である。
超音波センサー２４を構成する超音波デバイス２２は、図５及び図８に示すように、素子基板４１と、封止板４３と、音響整合層４４と、音響レンズ４５（図１参照）と、により構成されている。本実施形態では、図５から図８に示すように、送信アレイＴＲ及び受信アレイＲＲにおいて、素子基板４１、封止板４３、音響整合層４４、及び音響レンズ４５は共通となる。
【００２５】
本実施形態では、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１は、送信領域Ａｒ１１と、受信領域Ａｒ１２とを含む。送信領域Ａｒ１１には、複数の送信用トランスデューサー５１（図４，５参照）がアレイ状に配置されることで送信アレイＴＲが構成される。また、受信領域Ａｒ１２には、複数の受信用トランスデューサー５２（図６，７，８参照）がアレイ状に配置されることで受信アレイＲＲが構成される。以下、これらの送信アレイＴＲ、及び受信アレイＲＲについて、より詳細に説明する。
【００２６】
（送信アレイＴＲの構成）
送信アレイＴＲは、図４に示すように、素子基板４１の送信領域Ａｒ１１にアレイ状に配置された複数の送信用トランスデューサー５１により構成される。
送信アレイＴＲでは、Ｙ方向（スライス方向）に並ぶ複数の送信用トランスデューサー５１により、１つの送信チャンネルとしての送信用トランスデューサー群５１Ａが構成される。また、送信アレイＴＲでは、複数の送信用トランスデューサー群５１Ａが、Ｘ方向（スキャン方向）に沿って設けられて１次元アレイを構成する。
【００２７】
（送信用トランスデューサー５１の構成）
送信用トランスデューサー５１は、図５に示すように、素子基板４１と、素子基板４１上に設けられた駆動素子４１３と、を含み構成される。
素子基板４１は、基板本体部４１１と、基板本体部４１１に積層された支持膜４１２と、を備えている。また、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１の外側には、端子領域Ａｒ２が設けられており、各送信用トランスデューサー５１に接続された電極線が引き出されている。
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１の送信領域Ａｒ１１内には、各送信用トランスデューサー５１に対応した開口部４１１Ａが設けられている。これらの開口部４１１Ａの開口サイズは、送信アレイＴＲから送信する超音波の周波数に基づいたサイズとなる。
支持膜４１２は、基板本体部４１１の一方の面に設けられ、開口部４１１Ａを閉塞する。支持膜４１２のうち、開口部４１１Ａを閉塞する領域は、後述する駆動素子４１３の駆動により、膜厚方向に振動される振動部４１２Ｃとなり、振動部４１２Ｃが振動されることで、超音波が出力（送信）される。つまり、上述する送信用トランスデューサー５１を構成する素子基板４１の一部とは、開口部４１１Ａを閉塞する支持膜４１２の振動部４１２Ｃであり、振動部４１２Ｃと駆動素子４１３により送信用トランスデューサー５１が構成される。
【００２８】
より具体的には、支持膜４１２は、二層により構成されており、基板本体部４１１の封止板４３とは反対側に設けられ、開口部４１１Ａを閉塞する支持層４１２Ａと、支持層４１２Ａの基板本体部４１１とは反対側に設けられ、駆動素子４１３が積層される表面層４１２Ｂとを備える。
支持層４１２Ａは、例えばＳｉＯ２等により構成されている。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、支持層４１２ＡをＳｉＯ２により構成する場合、例えば、基板本体部４１１の一面側を熱酸化処理することで、容易に支持層４１２Ａを形成することが可能となる。また、この支持層４１２Ａは、後述するように、エッチングにより基板本体部４１１に開口部４１１Ａ及び開口部４１１Ｂ（図８参照）を形成する際のエッチングストッパー膜として機能する。
【００２９】
表面層４１２Ｂは、本発明の第一層に相当し、遷移金属酸化物により構成されている。この表面層４１２Ｂは、駆動素子４１３を構成する下部電極４１４及び圧電膜４１５の一部と、図６，７，８に示すような受信素子４２１を構成する圧電膜４２２、第一電極４２５、及び第二電極４２６が、表面に積層される層である。したがって、表面層４１２Ｂとしては、これらの電極材料や圧電材料に対して高い密着性を有することが好ましい。また、詳細は後述するが、受信アレイＲＲでは、表面層４１２Ｂ上に、圧電膜４２２が積層配置される。したがって、表面層４１２Ｂとして、圧電膜４２２が積層された際に、圧電膜４２２の結晶配向性を（１００）配向に揃えやすい膜材を用いることが好ましい。このような表面層４１２Ｂとして、遷移金属酸化物を用いることが好ましく、特に、圧電材料の結晶配向性を揃えやすいＺｒＯ２により構成されることがより好ましい。なお、表面層４１２Ｂは、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３等の他の遷移金属酸化物の少なくとも１つを主成分として構成されてもよい。また、表面層４１２Ｂは、遷移金属酸化物以外にも、ＡｌＮ、ＴｉＮ、及びＳｉ２Ｎ４等を主成分として構成されてもよい。
表面層４１２Ｂの遷移金属酸化物は絶縁性を有していることが求められる。表面層４１２Ｂが絶縁性を有しているとき、第一電極４２５と第二電極４２６の間に形成された電極ギャップ直下の圧電体内に直接電気力線が走ることで、小さな静電容量のキャパシターを形成することができ、結果として高い受信感度を実現できる。もし表面層４１２Ｂが導電性を有していると、第一電極４２５の電極ギャップ端部から伸びた電気力線は表面層４１２Ｂに、まず入り、表面層４１２Ｂ内を走ったのちに、第二電極４２６のギャップ端部に戻ることになる。この場合はキャパシターとしての静電容量が大きくなり、高い受信感度を得ることができない。
【００３０】
駆動素子４１３は、各開口部４１１Ａを閉塞する支持膜４１２、すなわち振動部４１２Ｃ上に設けられ、下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６を備える。
このような駆動素子４１３は、下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、圧電膜４１５が、面内方向に伸縮する。圧電膜４１５の支持膜４１２側は下部電極４１４を介して支持膜４１２に接合されているので、圧電膜４１５の支持膜４１２側と、反対側とでは、伸縮量が異なり、この差によって圧電膜４１５が膜厚方向に変位して振動する。この圧電膜４１５の振動により、支持膜４１２の振動部４１２Ｃも振動して超音波が送出される。
【００３１】
また、本実施形態では、図４に示すように、上記のような送信用トランスデューサー５１が、素子基板４１の送信領域Ａｒ１１内に、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数設けられている。
ここで、下部電極４１４は、Ｙ方向に沿う直線状に形成され、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の送信用トランスデューサー５１に跨って設けられている。下部電極４１４で連結されたＹ方向（スライス方向）に並ぶ複数の送信用トランスデューサー５１により上述の送信用トランスデューサー群５１Ａが構成される。また、下部電極４１４は、端子領域Ａｒ２まで延出する。端子領域Ａｒ２において、下部電極４１４の端部に設けられた下部電極端子４１４Ｐは、配線基板２３に電気的に接続されている。
【００３２】
一方、上部電極４１６は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の送信用トランスデューサー５１に跨って設けられた上部電極本体部４１６Ａと、上部電極本体部４１６Ａの端部同士を連結する上部電極連結部４１６Ｂとを備えている。上部電極連結部４１６Ｂの端部は、端子領域Ａｒ２まで延出する。端子領域Ａｒ２において、上部電極連結部４１６Ｂの端部に設けられた上部電極端子４１６Ｐは、配線基板２３に電気的に接続されている。
【００３３】
（受信アレイＲＲの構成）
受信アレイＲＲは、図６に示すように、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１における受信領域Ａｒ１２にアレイ状に配置された複数の受信用トランスデューサー５２により構成される。本実施形態の受信アレイＲＲでは、複数の受信用トランスデューサー５２により１つの受信チャンネルとしての受信用トランスデューサー群５２Ａが構成され、当該受信用トランスデューサー群５２Ａが、Ｘ方向に複数設けられている。
【００３４】
受信用トランスデューサー群５２Ａは、図６に示すように、Ｙ方向に沿って設けられた一対の電極線５２１，５２２と、これら一対の電極線５２１，５２２の間で並列に接続された複数の受信用トランスデューサー５２と、を備える。
電極線５２１，５２２は、受信領域Ａｒ１２から端子領域Ａｒ２に亘って設けられ、端子領域Ａｒ２の端子５２１Ｐ，５２２Ｐにて配線基板２３に電気的に接続されている。
【００３５】
（受信用トランスデューサー５２の構成）
受信用トランスデューサー５２は、本発明の圧電素子であり、図６に示すように、素子基板４１の一部と、当該素子基板４１の支持膜４１２上に積層された受信素子４２１と、を備えている。
上述のように、本実施形態では、送信アレイＴＲと受信アレイＲＲとにおいて、素子基板４１は共通部材であり、基板本体部４１１及び支持膜４１２により構成されている。
基板本体部４１１の受信領域Ａｒ１２内には、図６，７，８に示すように、各受信用トランスデューサー５２に対応した開口部４１１Ｂが設けられている。これらの開口部４１１Ｂは、受信する超音波の周波数に応じた開口サイズを有する。例えば、送信アレイＴＲから測定対象に超音波を送信し、測定対象にて反射された２次高調波を受信アレイＲＲにて受信する場合、開口部４１１Ｂの開口サイズは、送信用トランスデューサー５１における開口部４１１Ａよりも小さい開口サイズとなる。
【００３６】
また、支持膜４１２は、送信用トランスデューサー５１と同様、開口部４１１Ｂを閉塞する。支持膜４１２のうち、開口部４１１Ｂを閉塞する領域は、超音波を受信した際に変位し可撓部４１２Ｄとなり、本発明における可撓膜を構成する。可撓部４１２Ｄが変形すると、可撓部４１２Ｄ上に設けられた受信素子４２１も変形し、受信素子４２１から電気信号が出力される。つまり、上述した受信用トランスデューサー５２を構成する素子基板４１の一部とは、開口部４１１Ｂを閉塞する支持膜４１２の可撓部４１２Ｄであり、可撓部４１２Ｄと受信素子４２１とを少なくとも含み受信用トランスデューサー５２が構成される。
【００３７】
受信素子４２１は、第一圧電膜４２３及び第二圧電膜４２４を含む圧電膜４２２と、第一電極４２５と、第二電極４２６と、を備える。この受信素子４２１は、圧電膜４２２の歪みによって、第一電極４２５と第二電極４２６との間に生じた電位差に応じた電気信号を出力する。
【００３８】
圧電膜４２２は、平面視において開口部４１１Ｂの内側で、かつ、支持膜４１２上に設けられ、Ｘ方向を長手方向とする矩形状の外形を有する。この圧電膜４２２は、支持膜４１２側から第一圧電膜４２３と第二圧電膜４２４とが順に積層され形成された積層体である。なお、第一圧電膜４２３は、本発明の第一圧電層に相当し、第二圧電膜４２４は、本発明の第二圧電層に相当する。
【００３９】
上述のように複数の圧電膜の積層体として構成される圧電膜４２２は、支持膜４１２側から支持膜４１２とは反対側に向かうにしたがって圧電膜の比誘電率が大きくなるように構成されている。すなわち、本実施形態では、支持膜４１２側の第一圧電膜４２３の比誘電率（ε１）よりも、第二圧電膜４２４の比誘電率（ε２）の方が大きい。なお、圧電体では、比誘電率が大きい程、圧電定数（圧電ｅ定数）が大きくなるため、第一圧電膜４２３の圧電定数（圧電ｅ定数：ｅ１）よりも、第二圧電膜４２４の圧電定数（圧電ｅ定数：ｅ２）の方が大きい。換言すると、第一圧電膜４２３は、第二圧電膜４２４よりも比誘電率及び圧電定数が小さい。このように圧電膜４２２を構成する第一圧電膜４２３と第二圧電膜４２４との比誘電率を設定することにより、受信素子４２１における受信感度を向上させることができるが、比誘電率と、受信感度との関係については後述する（図１１等参照）。
【００４０】
第一圧電膜４２３及び第二圧電膜４２４は、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、より具体的には、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて形成される。
これらのうち第二圧電膜４２４は、ＺｒとＴｉとの組成比が５２：４８となるように形成される。上記組成比となるように、ＰＺＴを成膜することにより、比誘電率が最大となることが知られており、第二圧電膜４２４の比誘電率εを大きくすることができる。
一方、第一圧電膜４２３は、ＺｒとＴｉとの組成比が第二圧電膜４２４とは異なるように形成される。これにより、第一圧電膜４２３の比誘電率を、第二圧電膜４２４よりも小さくすることができる。特に、ＺｒよりもＴｉを多くすることにより、誘電率をより小さくすることができる。
【００４１】
なお、第一圧電膜４２３及び第二圧電膜４２４において、分極モーメントの方向を調整することによっても、各圧電膜４２３，４２４の誘電率を調整することができる。すなわち、分極モーメントの方向が、Ｚ方向に向いている場合に誘電率が小さくなり、Ｘ方向を向いている場合に誘電率が大きくなる。この分極モーメントの方向は、配向性（結晶構造）によって調整することができ、例えば、製造時において各圧電膜４２３，４２４の配向方向を調整することにより、誘電率を調整することができる。また、各圧電膜４２３，４２４の膜応力を調整することにより、配向方向を調整することもできる。
【００４２】
このようなペロブスカイト型遷移金属酸化物（特にＰＺＴ）により構成された圧電膜４２２は、良好な圧電特性を有する、すなわち圧電定数（ｅ定数）が特に高く、圧電膜４２２が変形した際に出力される電気信号が大きくなる。また、圧電膜４２２は、支持膜４１２の表面層４１２Ｂ上に設けられている。この場合、圧電膜４２２における結晶配向性を、（１００）配向に容易に揃えることが可能となり、この点においても、圧電膜４２２の圧電特性を高めることが可能となる。
【００４３】
第一電極４２５及び第二電極４２６は、図８に示すように、少なくとも一部が、圧電膜４２２の+Ｚ側の表面４２２Ａ上に設けられている。
これらの第一電極４２５及び第二電極４２６は、例えば、Ｉｒ，Ｐｔ，ＩｒＯｘ，Ｔｉ，ＴｉＯｘ，ＳｒＲｕＯ３，ＬａＮｉＯ３等の導電性の電極材料により形成される。この際、支持膜４１２の表面層４１２Ｂが遷移金属酸化物であるＺｒＯ２により構成されていることで、電極材料を表面層４１２Ｂ上に好適に密着させることが可能となる。
【００４４】
第一電極４２５は、Ｚ方向に沿って見た平面視（以下、単に平面視とも称する）において、電極線５２１から開口部４１１Ｂの−Ｘ側の所定位置まで、Ｘ方向に沿って開口部４１１Ｂの内外に亘って支持膜４１２上に設けられている。
第二電極４２６は、平面視において、電極線５２２から開口部４１１Ｂの＋Ｘ側の所定位置まで、Ｘ方向に沿って開口部４１１Ｂの内外に亘って支持膜４１２上に設けられている。
これら第一電極４２５及び第二電極４２６は、平面視において、開口部４１１Ｂの中心点を通りＹ方向と平行な仮想線Ｌ（図７参照）に対して線対称な形状となる。
【００４５】
また、第一電極４２５の＋Ｘ側の端面である第一端面４２５Ａと、第二電極４２６の−Ｘ側の端面である第二端面４２６Ａとは、Ｙ方向に平行な平面である。第一端面４２５Ａ及び第二端面４２６Ａは、平面視において開口部４１１Ｂの内側にて所定のギャップＧ１を介して対向している。
【００４６】
［受信用トランスデューサー５２の特性］
上述の受信素子４２１を含む受信用トランスデューサー５２では、測定対象により反射された反射超音波が可撓部４１２Ｄで受信されると、可撓部４１２Ｄが振動する。この可撓部４１２Ｄの振動により受信素子４２１も振動し、圧電膜４２２が変形する。これにより、圧電膜４２２の変形（歪み）に応じて、圧電膜４２２の表面に電荷が生じ、第一電極４２５及び第二電極４２６間に電位差が発生する。この第一電極４２５及び第二電極４２６間の電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
【００４７】
ところで、一般に、圧電膜４２２の変形量（歪み量η）と、圧電体から出力される電圧Ｖとは比例する。また、第一電極４２５及び第二電極４２６の間の静電容量Ｃ、各電極４２５，４２６における電荷をＱとすると、下記式（１）が成立する。
【００４８】
［数１］
Ｖ＝Ｑ／Ｃ  ・・・（１）
【００４９】
ここで、電荷Ｑは、各電極４２５，４２６においてキャパシターとして機能する領域の面積Ｓ、単位面積当たりの電荷（電荷密度）ｑを用いて下記式（２）にて表される。また、静電容量Ｃは、電極４２５，４２６間の比誘電率（圧電体の比誘電率）ε、電極４２５，４２６間の距離ｄを用いて下記式（３）にて表される。さらに、圧電膜４２２の変位量（歪み量）をη、圧電定数（圧電ｅ定数）をｅとした場合に、電荷密度ｑと歪み量ηとは、下記（４）にて表される。これらの式（１）から式（４）より、以下の式（５）を導くことができる。なお、本実施形態では、上述のように、圧電膜４２２は、第一圧電膜４２３と第二圧電膜４２４とで、比誘電率が異なるものの、ここでは単純化し、圧電膜４２２の比誘電率が一定であるもの仮定している。
【００５０】
［数２］
Ｑ＝Ｓｑ  ・・・（２）
Ｃ＝Ｓε／ｄ  ・・・（３）
ｑ＝ｅη  ・・・（４）
Ｖ＝（ｄｅ／ε）×η  ・・・（５）
【００５１】
上記式（１）に示すように、可撓部４１２Ｄを変位させた際に受信素子４２１から出力される電圧Ｖは、静電容量Ｃが小さく、電荷Ｑが大きくなる程、大きい電圧値となり、超音波受信時の受信感度を向上させることが可能となる。より具体的には、式（２）〜（５）に示すように、電極４２５，４２６間の距離ｄを大きく、圧電ｅ定数を大きく、比誘電率εを小さくすることで、受信感度を向上させることが可能となる。
表面層４１２Ｂが絶縁性を有しているとき、第一電極４２５と第二電極４２６の間に形成された電極ギャップ直下の圧電体内に直接電気力線が走ることで、小さな静電容量を形成することができ、結果として高い受信感度を実現できる
【００５２】
（電極間の距離ｄ）
ここで、本実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６の距離ｄは、２μｍ以上８μｍ以下となる。通常、圧電膜４２２は４００ｎｍ程度の厚み寸法に構成されている。つまり、圧電膜４２２の厚み寸法が大きすぎると、可撓部４１２Ｄの振動を阻害することになり、良好な受信感度が得られない。また、厚み寸法を小さくしすぎると、例えばＰＺＴであればＰｂの抜けの影響が大きくなる等により、圧電膜４２２の圧電特性が劣化してしまう。以上から、圧電膜４２２としては、圧電特性の劣化が生じない程度に十分に薄く形成されていることが好ましく、４００ｎｍ程度の厚み寸法とされることが好ましい。
このような圧電膜４２２に対して、例えば、膜厚方向から一対の電極で挟み込む構成とすると、距離ｄが圧電膜４２２の膜厚となって、非常に小さい値となり、圧電膜４２２の歪みηに対する出力電圧Ｖが小さくなってしまう。すなわち、電極間の距離ｄが２μｍ未満となる構成では、圧電膜４２２から十分な出力電圧Ｖが得られないため、受信用トランスデューサー５２の受信感度が低下する。
これに対して、本実施形態では、上記のように、支持膜４１２上に第一電極４２５及び第二電極４２６を配置する構成となるため、電極４２５，４２６間の距離を大きくでき、２μｍ以上８μｍ以下とすることが可能となる。これにより、従来のように圧電膜４２２を膜厚方向から一対の電極で挟み込む構成に比べて、受信素子４２１から出力される電圧Ｖを大きくできる。
なお、電極４２５，４２６間の距離ｄを８μｍ以下とすることで、後述する分極回路２３５による分極処理の効率性を向上させることが可能となる。つまり、電極４２５，４２６間の距離ｄが８μｍを超えると、圧電膜４２２の分極処理を行う際に、電極４２５，４２６間に印加する分極電圧を高める必要が生じる。この場合、分極回路２３５に組み込まれる電源構成として、高価格の電源を用いる必要があり、装置コストが増大してしまう。これに対し、距離ｄを８μｍ以下とすることで、分極処理時の分極電圧を小さくでき、すなわち、分極回路２３５に組み込む電源として低コストの電源を用いればよいので、装置コストの低減を図れる。
【００５３】
（比誘電率εと圧電ｅ定数）
また、上記式（４）に示すように、圧電膜４２２の圧電ｅ定数を大きくすることにより、圧電膜４２２の歪みに応じて、当該圧電膜４２２の表面に生じる電荷の電荷密度ｑの値を大きくすることができる。しかしながら、各電極４２５，４２６とともにキャパシターを構成する圧電膜４２２の圧電ｅ定数を大きくすると、上述のように圧電膜４２２の比誘電率εが大きくなる。このため、上記式（５）に示すように、各電極４２５，４２６間に生じる電位差が小さくなり、受信用トランスデューサー５２の出力電圧Ｖが低減することとなる。一方で、圧電膜４２２の比誘電率εを小さくすると、圧電膜４２２の圧電ｅ定数が小さくなるため、やはり、受信用トランスデューサー５２の出力電圧Ｖが低減することとなる。
これに対して、本実施形態では、第一圧電膜４２３及び第二圧電膜４２４のうちの超音波受信時の面内歪が小さい第一圧電膜４２３の比誘電率ε１を小さくし、超音波受信時の面内歪が大きい第二圧電膜４２４の圧電ｅ定数を大きくする。これにより、第二圧電膜４２４の圧電ｅ定数が低減することによる、受信感度の低下を抑制しつつ、圧電膜４２２の比誘電率εを低減させることができ、受信用トランスデューサー５２の受信感度を向上させることができる。以下に、本実施形態の圧電膜４２２の構成により、受信感度が向上することについて示す。
ここでは、圧電体が比誘電率の異なる二層から形成されているとしたが、一層の圧電膜であっても、比誘電率が膜厚方向で変化していれば、同等の効果を有する。すなわち、超音波受信時の面内歪が大きい側（表面層４１２Ｂ側）の比誘電率を大きく、面内歪が小さい側（表面層４１２Ｂ側とは反対側）の比誘電率を小さくする場合である。
【００５４】
図９は、超音波を受信した際の受信用トランスデューサー５２を模式的に示す斜視断面図である。また、図１０は、図９に示す受信用トランスデューサー５２の圧電膜４２２の平面視における中心点での、膜厚方向（Ｚ方向）の各位置における面内歪みの一例を示すグラフである。また、図１１は、第二圧電膜４２４の比誘電率ε２を所定値とした場合における、第一圧電膜４２３の比誘電率ε１と受信感度（ｎＶ／Ｐａ）との関係を示すグラフである。
なお、図９乃至図１１では、受信用トランスデューサー５２に対して−Ｚ方向に１気圧の圧力を印加した場合を一例として示している。また、支持膜４１２のうち支持層４１２Ａは、１０７０ｎｍの厚み寸法とされ、表面層４１２Ｂは、４００ｎｍの厚み寸法とされ、圧電膜４２２は、４００ｎｍの厚み寸法とされている。また、図１１では、第一圧電膜４２３は、１２０ｎｍの厚み寸法とされている。また、第二圧電膜４２４の比誘電率ε２は、１５００とされている。可撓部４１２Ｄの横幅（キャビティ幅）は、共振周波数が８．０ＭＨｚになるように３６〜４０μｍ程度に調整されている。
【００５５】
図１０及び図１１は、圧電性を取り入れた有限要素法による計算で得られた結果である。用いたソフトはＣＯＭＳＯＬ（登録商標）である。図１０は、図９の上方（圧電膜４２２が存在する側）から１気圧印加したときの面内歪みである。また図１１は単位音圧あたりの圧電膜４２２の歪み量（歪み音圧比）を示している。
また、図１０において、Ｐ１は、圧電膜４２２における第一圧電膜４２３の−Ｚ側（支持膜４１２側）の端面の、Ｐ２は、圧電膜４２２の第二圧電膜４２４における＋Ｚ側（支持膜４１２とは反対側）の端面の値である。また、Ｐ０は、受信用トランスデューサー５２における面内歪みが０となる点（以下、中立点とも称する）である。
【００５６】
受信用トランスデューサー５２では、圧力が印加されると、図９に示すように、可撓部４１２Ｄが、−Ｚ側に向かって変形し、当該変形に応じて圧電膜４２２も変形する。このように圧電膜４２２が変形した場合に、圧電膜４２２における面内歪みを大きくすることにより、受信用トランスデューサー５２の出力電圧Ｖを大きくできる。このため、中立点Ｐ０が、圧電膜４２２の外部、本実施形態では支持膜４１２の内部に位置するように、受信用トランスデューサー５２が構成される（図１０参照）。なお、中立点の位置は、支持膜４１２及び圧電膜４２２の剛性、厚み寸法等により適宜設定することができる。
【００５７】
上述のように、中立点が支持膜４１２上にある場合、図１０に示すように、第一圧電膜４２３の−Ｚ側の端面での値Ｐ１は、第二圧電膜４２４における＋Ｚ側での値Ｐ２よりも面内歪みが小さくなる。すなわち、第一圧電膜４２３側では、第二圧電膜４２４側よりも面内歪みが小さくなる。このような構成において、図１１に示すように、第二圧電膜４２４の比誘電率ε２を所定値（１５００）とした場合、第一圧電膜４２３の比誘電率ε１を低減させることにより、受信感度（ｎＶ／Ｐａ）が増大する。
【００５８】
なお、本実施形態の圧電膜４２２は、圧電特性（圧電ｅ定数）が高いため、この点でも圧電膜４２２が変形した際の出力電圧Ｖを大きくでき、受信用トランスデューサー５２の受信感度を向上できる。
つまり、本実施形態では、圧電膜４２２は、ペロブスカイト型遷移金属酸化物のＰＺＴにより構成されているため、圧電特性を高くできる。また、圧電膜４２２が、電極４２５，４２６上、または、遷移金属酸化物（ＺｒＯ２）により構成された表面層４１２Ｂ上に形成されているため、圧電膜４２２の結晶配向性を好適に（１００）配向に揃えることができる。この点からも、圧電膜４２２の圧電特性をより高めることが可能となる。
【００５９】
［封止板４３、音響整合層４４、音響レンズ４５の構成］
封止板４３は、素子基板４１の強度を補強するために設けられ、例えば４２アロイ等の金属板や、半導体基板等により構成され、素子基板４１に接合されている。封止板４３の材質や厚みは、送信用トランスデューサー５１及び受信用トランスデューサー５２の周波数特性に影響を及ぼすため、送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００６０】
音響整合層４４は、図５に示すように、素子基板４１の封止板４３とは反対側の面に設けられている。具体的には、音響整合層４４は、素子基板４１と音響レンズ４５との間に充填され、かつ、基板本体部４１１の表面から所定の厚み寸法で形成される。
音響レンズ４５は、音響整合層４４上に設けられ、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂから外部に露出する。
これらの音響整合層４４や音響レンズ４５は、送信用トランスデューサー５１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受信用トランスデューサー５２に伝搬させる。このため、音響整合層４４及び音響レンズ４５は、素子基板４１の各トランスデューサー５１，５２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。
【００６１】
［配線基板２３の構成］
配線基板２３は、超音波デバイス２２が接合され、各トランスデューサー５１，５２を制御するためのドライバ回路等が設けられる。この配線基板２３は、図２に示すように、端子部２３１、選択回路２３２、送信回路２３３、受信回路２３４、分極回路２３５、及びコネクタ部２３６（図３参照）を備えている。
端子部２３１は、配線基板２３に超音波デバイス２２が接合された際に、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に引き出された各電極線（下部電極４１４、上部電極４１６、電極線５２１，５２２）が電気的に接続される。各電極線と端子部２３１とは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）２５（図３参照）により接続される。
【００６２】
なお、本実施形態では、各送信用トランスデューサー５１の共通電極である上部電極４１６が接続された端子部２３１は、例えばグラウンド回路等に接続され、上部電極４１６が、所定の共通電位（例えば０電位）に設定される。
また、本実施形態では、受信用トランスデューサー５２に接続される電極線５２１，５２２のうちの一方、例えば、電極線５２２が接続された端子部２３１は、例えばグランド回路等に接続され、第二電極４２６が、共通電位（例えば０電位）に設定される。
【００６３】
選択回路２３２は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波センサー２４と送信回路２３３とを接続する送信接続、及び超音波センサー２４と受信回路２３４とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路２３３は、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路２３２を介して超音波センサー２４に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
受信回路２３４は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、選択回路２３２を介して超音波センサー２４から入力された受信信号を制御装置１０に出力する。受信回路２３４は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター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。
【００６４】
分極回路２３５は、下部電極端子４１４Ｐ及び上部電極端子４１６Ｐの間に、第一分極電圧を印加して、駆動素子４１３の圧電膜４１５の分極処理を行う。
また、分極回路２３５は、端子５２１Ｐ及び端子５２２Ｐの間に、第二分極電圧を印加して、受信素子４２１の圧電膜４２２の分極処理を行う。
ここで、本実施形態では、受信用トランスデューサー５２の第一電極４２５及び第二電極４２６の間のギャップＧ１の寸法が大きく、圧電膜４２２の圧電特性を十分に高めるためには、第一分極電圧よりも大きい第二分極電圧が必要となる。この第二分極電圧は、各受信用トランスデューサー５２の第一電極４２５及び第二電極４２６の間に、１０ｋＶ／ｃｍ以上の電界が加わるように設定されている。
なお、本実施形態では、電極４２５，４２６間の距離ｄは、ｄ＝６μｍであり、第二分極電圧として３０Ｖが印加される。したがって、各受信用トランスデューサー５２の圧電膜４２２に５００ｋＶ／ｃｍの電界が印加されることになる。
【００６５】
コネクタ部２３６は、送信回路２３３、受信回路２３４に接続されている。また、コネクタ部２３６にはケーブル３が接続されており、上述したように、このケーブル３は、筐体２１の通過孔２１Ｃから引き出されて制御装置１０に接続されている。
【００６６】
［制御装置１０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、演算部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。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部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、送信回路２３３に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、受信回路２３４に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
【００６７】
［受信用トランスデューサー５２の製造方法］
次に、受信用トランスデューサー５２の製造方法を説明する。
図１２は、本実施形態の受信用トランスデューサー５２の製造方法を示すフローチャートである。図１３（Ａ）〜図１３（Ｅ）及び図１４（Ａ），（Ｂ）は、受信用トランスデューサー５２の製造方法における各工程を模式的に示す図である。
受信用トランスデューサー５２の製造では、まず、Ｓｉにより構成された基板本体部４１１の一面に対して、熱酸化処理を実施する（図１２のステップＳ１：基板熱酸化工程）。このステップＳ１により、図１３（Ａ）に示すように、基板本体部４１１の表面のＳｉが酸化処理されてＳｉＯ２となり、支持膜４１２の支持層４１２Ａが形成される。
【００６８】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、支持層４１２Ａ上に表面層４１２Ｂを形成して、支持膜４１２を形成する（図１２のステップＳ２：支持膜形成工程）。具体的には、ステップＳ１にて形成された支持層４１２Ａ上に、例えばスパッタリング等によってＺｒ層を形成し、当該Ｚｒ層に熱酸化処理を施すことで、ＺｒＯ２により構成された表面層４１２Ｂを形成する。
次に、表面層４１２Ｂの上に、溶液法でＢｉＦｅＴｉＯ３を１０ｎｍ積層することが有効である。ＢｉＦｅＴｉＯ３の焼成温度は６００〜７００℃である。
【００６９】
次に、図１３（Ｃ）〜図１３（Ｅ）に示すように、圧電膜４２２を形成する（図１２のステップＳ３：圧電膜形成工程）。
このステップＳ３では、まず、図１３（Ｃ）に示すように、表面層４１２Ｂ上に第一圧電膜４２３を形成する（図１２のステップＳ３１：第一圧電膜形成工程）。その後、図１３（Ｄ）に示すように、第一圧電膜４２３上に第二圧電膜４２４を形成する（図１２のステップＳ３２：第二圧電膜形成工程）。
このステップＳ３１及びＳ３２では、例えば溶液法によりＰＺＴを形成する。ここで、第二圧電膜４２４におけるＰＺＴの各成分の組成比としては、Ｚｒ：Ｔｉ＝５２：４８とすることが好ましい。このような組成とすることで、圧電膜４２２の圧電特性の更なる向上を図れる。また、この場合、第一圧電膜４２３は、第二圧電膜４２４と異なる組成比となるように形成される。
溶液法を用いたＰＺＴの形成では、第一圧電膜４２３を形成する場合は表面層４１２Ｂ上に、第二圧電膜４２４を形成する場合は第一圧電膜４２３上にＰＺＴ溶液を塗布する（塗布工程）。この後、塗布されたＰＺＴ溶液を焼成する（焼成工程）。焼成工程では、例えばプレベーク４００℃、ＲＴＡ焼成７００℃の条件にて実施する。この際、上述したように、ＺｒＯ２により構成された表面層４１２Ｂ上にＰＺＴが形成されることで、ＰＺＴの結晶配向性を（１００）配向に揃えやすくなる。なお、塗布工程及び焼成工程は、複数回繰り返して実施され、これにより、所望厚み寸法の圧電膜が形成される。
この後、形成された圧電膜を、エッチング処理（イオンミリング）によりパターニングし、図１３（Ｅ）に示すような圧電膜４２２を形成する（図１２のステップＳ３３：パターニング工程）。
【００７０】
そして、図１４（Ａ）に示すように、支持膜４１２及び圧電膜４２２上に第一電極４２５及び第二電極４２６を形成する（図１２のステップＳ４：電極形成工程）。第一電極４２５及び第二電極４２６は、例えば、スパッタリングにより電極材料を形成し、電極材料をエッチング処理等によりパターニングすることで形成される。電極材料としては、上述したように、例えばＩｒ，Ｐｔ，ＩｒＯｘ，Ｔｉ，ＴｉＯｘ，ＳｒＲｕＯ３，ＬａＮｉＯ３等を用いることができ、本実施形態ではＰｔを用いる。
【００７１】
この後、基板本体部４１１の支持膜４１２とは反対側の面に対してエッチング処理を行い、図１４（Ｂ）に示すように、基板本体部４１１に開口部４１１Ｂを形成する（図１２のステップＳ５：開口部形成工程）。このステップＳ５では、支持膜４１２のＳｉＯ２により構成された支持層４１２Ａをエッチングストッパーとして、Ｓｉにより構成された基板本体部４１１をエッチングする。
以上により、受信用トランスデューサー５２が形成される。
【００７２】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波測定装置１は、超音波プローブ２を備え、当該超音波プローブ２には、配線基板２３と超音波デバイス２２とにより構成された超音波センサー２４が設けられている。また、超音波デバイス２２は、超音波を受信する受信用トランスデューサー５２が複数設けられた受信アレイＲＲを備えている。そして、受信用トランスデューサー５２は、可撓部４１２Ｄと、可撓部４１２Ｄ上に設けられた圧電膜４２２と、少なくとも一部が圧電膜４２２上に設けられ、平面視においてギャップＧ１を介して対向する第一電極４２５及び第二電極４２６と、を備える。これらのうち、圧電膜４２２は、可撓部４１２Ｄ上に設けられた第一圧電膜４２３と、第一圧電膜４２３上に設けられた第二圧電膜４２４と、を備える。これら圧電膜４２３，４２４のうち、積層方向に可撓部４１２Ｄから遠く、超音波の受信時の面内歪みが大きい第二圧電膜４２４の方が、第一圧電膜４２３よりも比誘電率ε及び圧電ｅ定数が大きく、すなわち、面内歪みが小さい第一圧電膜４２３の方が、比誘電率ε及び圧電ｅ定数が小さい。
このような構成では、第二圧電膜４２４の圧電ｅ定数が低減することによる、受信感度の低下を抑制しつつ、圧電膜４２２の比誘電率εを低減させることができ、超音波受信時における受信用トランスデューサー５２からの出力電圧Ｖを増大させる、すなわち、受信用トランスデューサー５２の受信感度を向上させることができる。したがって、高精度な超音波測定を実施可能な超音波センサー２４及び超音波測定装置１を得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、上述のように、圧電膜４２２は、第一圧電膜４２３と、当該第一圧電膜４２３よりも比誘電率が大きい第二圧電膜４２４との二層の圧電層を備える。このような構成では、各圧電層の比誘電率、圧電定数、及び厚み寸法等を適宜設定することにより、より確実に受信感度を向上させることができる。また、所望の圧電特性及び厚み寸法等の各圧電膜４２３，４２４を形成することにより、所望の特性（圧電特性）を有する圧電膜４２２を形成することができ、より容易に受信用トランスデューサー５２の受信感度を向上させることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６は、少なくとも一部（各端面４２５Ａ，４２６Ａを含みＸＹ平面に平行な平板部分）が、圧電膜４２２の支持膜４１２とは反対側の面、すなわち、中立点Ｐ０から遠い面である第二圧電膜４２４上に設けられている。この第二圧電膜４２４は、第一圧電膜４２３と比べて、圧電ｅ定数が大きいうえ、超音波受信時における面内歪み量も大きいため、超音波受信時に生じる分極モーメントも大きくなる。したがって、本実施形態では、上述の構成により、例えば第一電極４２５及び第二電極４２６を第一圧電膜４２３の−Ｚ側の面等の、中立点Ｐ０により近い位置に設ける場合と比べて、第一電極４２５及び第二電極４２６の間に生じる電位差を大きくすることができ、受信感度を向上させることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、各圧電膜４２３，４２４は、異なる組成比を有するものの、同一の構成材料により構成される。したがって、異なる材料を用いて形成する場合と比べて、製造コストの増大を抑制できる。また、製造時に、各圧電膜４２３，４２４層について異なる材料を供給可能な装置を用いたり、材料を交換する作業を実施したりする必要がなく、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００７６】
本実施形態では、圧電膜４２２は、ペロブスカイト型遷移金属酸化物であるＰＺＴにより構成されている。ペロブスカイト型遷移金属酸化物は圧電材料において圧電特性が高く、ＰＺＴは、その中でも特に圧電特性が高い（圧電ｅ定数が高い）。このため、式（５）に示すように、可撓部４１２Ｄを変位させた際に圧電膜４２２から出力される電圧Ｖを大きくでき、受信用トランスデューサー５２における受信感度を向上できる。
【００７７】
本実施形態では、可撓部４１２Ｄを構成する支持膜４１２は、圧電膜４２２に接する表面層４１２Ｂを含み、この表面層４１２Ｂは、遷移金属酸化物であるＺｒＯ２により構成されている。遷移金属酸化物（特にＺｒＯ２）は、その表面にＰＺＴ等の圧電膜４２２を形成する際に、圧電膜４２２の結晶配向性を（１００）配向に揃えやすい。よって、このような表面層４１２Ｂを設けることで、圧電膜４２２の圧電特性をより高めることができ、受信用トランスデューサー５２における受信感度をさらに高めることができる。
【００７８】
本実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６の間のギャップＧ１は、２μｍ以上８μｍ以下の距離ｄとされている。ここで、ギャップＧ１の距離が２μｍ未満である場合、圧電膜４２２の歪み量ηに対する出力電圧Ｖが小さくなり、受信感度が低下する。また、ギャップＧ１の距離が８μｍより大きい場合、分極処理時において、分極電圧としてより大電圧を印加する必要が生じる。よって、分極回路２３５に用いられる電源構成が高価なものになり、装置コストが増大する。これに対して、上記のようなギャップＧ１を用いることで、圧電膜４２２の歪み量ηに対する出力電圧Ｖを十分に大きくでき、かつ、分極処理時における第二分極電圧も実用的な範囲に留めることができる。
【００７９】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、受信用トランスデューサー５２は、第一電極４２５及び第二電極４２６が対向して配置されていた。これに対して、第二実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６の間に、中間電極が配置される点で相違する。
【００８０】
図１５は、素子基板４１の作動面側から見た受信用トランスデューサー５３を模式的に示す平面図である。また、図１６は、図１５のＣ−Ｃ線で切断した際の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態の受信用トランスデューサー５３は、図１５及び図１６に示すように、受信素子４２１Ａは、第一電極４２５と、第二電極４２６と、圧電膜４２２と、中間電極４２７と、を備える。
【００８１】
中間電極４２７は、平面視において、Ｙ方向に沿って開口部４１１Ｂの内外に亘って支持膜４１２及び圧電膜４２２上に設けられる。この中間電極４２７は、平面視において圧電膜４２２と重なる中間電極本体部４２７Ａと、中間電極本体部４２７Ａの±Ｙ側の端部からＹ方向に沿って延出する中間引出部４２７Ｂと、を有する。
【００８２】
中間電極本体部４２７Ａは、平面視において、第一電極４２５と第二電極４２６との間で、かつ、各電極４２５，４２６から等距離となる位置に配置されている。中間電極４２７の−Ｘ側端面４２７Ｃ１は、第一電極４２５の第一端面４２５Ａと対向し、ギャップＧ２（第二ギャップ）を介して離間している。また、中間電極４２７の＋Ｘ側端面４２７Ｃ２は、第二電極４２６の第二端面４２６Ａと対向し、ギャップＧ３（第二ギャップ）を介して離間している。これらのギャップＧ２及びギャップＧ３のギャップ寸法（電極間の離間距離）は同一となる。
【００８３】
なお、中間電極４２７は、Ｙ方向に沿って、受信領域Ａｒ１２から端子領域Ａｒ２に亘って設けられる。すなわち、中間電極４２７は、Ｙ方向に沿って設けられた複数の受信用トランスデューサー５３において共通の電極となる。
【００８４】
このように構成された受信用トランスデューサー５３では、第一電極４２５及び第二電極４２６は、それぞれ電極線５２１及び電極線５２２を介して、配線基板２３の受信回路２３４に含まれる共通電位回路に接続され、共通電位（例えば０電位）に設定されている。すなわち、第一電極４２５及び第二電極４２６は、共通電極（ＣＯＭ電極）として機能する。
一方、中間電極４２７は、端子領域Ａｒ２において配線基板２３の受信回路２３４に接続されている。これにより、中間電極４２７と第一電極４２５との間の電位差、及び中間電極４２７と第二電極４２６との間の電位差に応じた信号が、配線基板２３の受信回路２３４において検出される。すなわち、中間電極４２７は、上記電位差に応じた信号を出力する信号電極（ＳＩＧ電極）として機能する。
なお、本実施形態では、中間電極４２７をＳＩＧ電極とし、第一電極４２５及び第二電極４２６をＣＯＭ電極とする例を示したが、これに限定されず、例えば、中間電極４２７をＣＯＭ電極とし、第一電極４２５及び第二電極４２６をＳＩＧ電極として機能させてもよい。この場合、第一電極４２５及び第二電極４２６から出力された電圧信号を加算して、超音波の受信信号として検出する。
【００８５】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６の間に中間電極４２７が配置され、第一電極４２５及び中間電極４２７の間と、第二電極４２６及び中間電極４２７の間とに静電容量が形成される。このような構成では、互いに対向する各電極間の対向面の面積を増大させることができ、受信用トランスデューサー５２における合成静電容量を増大させることができる。
ここで、受信用トランスデューサー５２が有する合成静電容量をＣ０とし、外部回路（例えば配線基板２３の受信回路２３４までの回路等）における浮遊容量をＣ１とすると、受信回路２３４において検出される出力電圧Ｖは、以下式（６）により示される。
【００８６】
［数３］
Ｖ＝Ｑ／（Ｃ０＋Ｃ１）
＝（Ｑ／Ｃ０）×｛Ｃ０／（Ｃ０＋Ｃ１）｝  ・・・（６）
【００８７】
式（６）に示されるように、受信回路２３４にて検出される出力電圧Ｖは、本来検出したい値（Ｑ／Ｃ０）とはならず、浮遊容量Ｃ１に基づいた誤差成分が含まれる。
これに対して、本実施形態では、上述のように、受信用トランスデューサー５２が有する合成静電容量Ｃ０を大きくできるため、式（６）におけるＣ０／（Ｃ０＋Ｃ１）の値を「１」に近付けることが可能となる。このため、外部回路の浮遊容量Ｃ１の影響を抑制でき、高い受信感度を得ることができる。
【００８８】
また、第一電極４２５及び中間電極４２７のギャップＧ２と、第二電極４２６及び中間電極４２７のギャップＧ３とが、同一寸法となる。すなわち、静電容量を形成する各電極対において電極間の距離が等しくなるように構成されている。このため、電極間の距離が最小となる電極対に電荷が集中することを抑制できる。したがって、各電極対をキャパシターとして機能させることができ、静電容量をより確実に増大させることができる。
【００８９】
［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。
上記第二実施形態では、第一電極４２５と、第二電極４２６との間に一つの中間電極４２７が配置されていた。これに対して、第三実施形態では、複数の中間電極が第一電極及び第二電極との間に配置される点で、上記第二実施形態と相違する。
【００９０】
図１７は、素子基板４１の作動面側から見た受信用トランスデューサー５４を模式的に示す平面図である。また、図１８は、図１７のＤ−Ｄ線で切断した際の断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態の受信用トランスデューサー５４の受信素子４２１Ｂは、図１７に示すように、第一電極４２５及び第二電極４２６と、圧電膜４２２との他に、第一中間電極４２８と、第二中間電極４２９と、を備える。
【００９１】
第一中間電極４２８は、本発明の中間電極であり、平面視において、Ｙ方向に沿って開口部４１１Ｂの内外に亘って支持膜４１２上に設けられる。第一中間電極４２８は、第三実施形態の受信用トランスデューサー５４が備える中間電極４２７と同様に構成され、第一中間電極本体部４２８Ａと、第一中間引出部４２８Ｂと、を有する。この第一中間電極４２８は、−Ｘ側の端面４２８Ｃ１が、第一電極４２５の第一端面４２５Ａと、ギャップＧ４（第二ギャップ）を介して離間して対向するように配置されている。
【００９２】
第二中間電極４２９は、本発明の中間電極に相当し、第一中間電極４２８と略同様に構成され、第一電極４２５、第二電極４２６、及び第一中間電極４２８と同一平面上に配置されている。この第二中間電極４２９は、平面視において、−Ｘ側の端面４２９Ｃ１が、第一中間電極４２８の＋Ｘ側の端面４２８Ｃ２と、ギャップＧ５（第二ギャップ）を介して離間している。また、第二中間電極４２９は、＋Ｘ側の端面４２９Ｃ２が、第二電極４２６の第二端面４２６Ａと、ギャップＧ６（第二ギャップ）を介して離間している。
そして、これらのギャップＧ４、ギャップＧ５、及びギャップＧ６のギャップ寸法（電極間の離間距離）は、同一寸法となる。
【００９３】
このように構成された受信用トランスデューサー５４は、Ｙ方向に沿い、圧電膜４２２の平面視における中心位置を通り、Ｙ方向に沿う仮想線Ｌに対して線対称となるように構成される。すなわち、第一電極４２５と、第一中間電極４２８と、第二中間電極４２９と、第二電極４２６とが、平面視において等間隔に配置される。また、第一中間電極４２８と第二中間電極４２９とは、平面視において、仮想線Ｌを挟み、圧電膜４２２の中心を挟む位置に配置される。つまり、可撓部４１２Ｄが振動した際の振幅が最大となる位置であり、圧電膜４２２の歪み量が最大となる位置に、電極が形成されていない。したがって、本実施形態では、圧電膜４２２の最も歪みが大きい位置において発生する電位差を第一中間電極４２８及び第二中間電極４２９により検出することが可能となる。
【００９４】
本実施形態では、第一電極４２５及び第二中間電極４２９はＣＯＭ電極として機能し、共通電位（例えば０電位）に設定されている。一方、第二電極４２６及び第一中間電極４２８はＳＩＧ電極として機能し、配線基板２３の受信回路２３４に電極間の電位差に応じた信号を出力する。
【００９５】
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、第二実施形態と同様の作用効果に加えて、更に、以下の作用効果を奏する。
すなわち、本実施形態では、圧電膜４２２の中心位置と重ならない位置に、中間電極４２８，４２９が設けられている。すなわち、圧電膜４２２の歪みが最大となる位置に電極が配置されておらず、圧電膜４２２からの出力電圧Ｖを大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。
【００９６】
［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。
上記各実施形態では、圧電膜４２２として、第一圧電膜４２３と第二圧電膜４２４との二層の圧電膜が積層された構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、三層以上の圧電膜が積層された構成としてもよい。この場合でも、各圧電膜の比誘電率は、可撓部４１２Ｄから遠ざかるにしたがって、大きくなるように設定されている。
また、圧電膜４２２として、可撓部４１２Ｄから遠ざかるにしたがって比誘電率が大きくなる一層の圧電膜を用いてもよい。一層の圧電膜であっても、比誘電率が膜厚方向で変化していれば、本発明と同等の効果を有する。この膜厚方向での比誘電率のコントロールは、下地層、この場合は表面層４１２Ｂからのエピタキシャル応力を用いて実現することができる。すなわち表面層４１２Ｂが圧電膜４２２に圧縮応力をかけるのであれば、圧電体の分極モーメントはＺ方向（膜面に垂直方向）に向き、その結果として、表面層４１２Ｂに近い圧電膜ほど比誘電率が低下することになる。特に、前記した圧電膜４２２への圧縮応力印加について有効な手段として、表面層４１２Ｂ層と圧電膜４２２の間に、ペロブスカイト型構造を有するＢｉＦｅＴｉＯ３を１０ｎｍ程度積層することが有効である。
【００９７】
上記各実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６が同一平面内に設けられる構成としたが、本発明はこれに限定されず、ない。例えば、第一電極４２５が、圧電膜４２２と可撓部４１２Ｄとの間や圧電膜４２２の内部に設けられ、第二電極４２６が、圧電膜４２２上に設けられる構成などとしてもよい。
また、第二実施形態及び第三実施形態では、第一実施形態の受信用トランスデューサー５２に対して、中間電極４２７，４２８，４２９を可撓部４１２Ｄ上に設ける構成を例示したが、これに限定されず、第一電極４２５や第二電極４２６と異なる平面に形成してもよい。例えば、中間電極４２７，４２８，４２９が、圧電膜４２２と可撓部４１２Ｄとの間や圧電膜４２２の内部に設けられる構成としてもよい。
【００９８】
上記各実施形態では、第一電極４２５の第一端面４２５Ａと、第二電極４２６の第二端面４２６Ａとが平行となる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第一端面４２５Ａ及び第二端面４２６Ａの一部のみが平行となる構成などとしてもよい。
【００９９】
第二実施形態では、第一電極４２５及び第二電極４２６の間に１つの中間電極４２７が設けられる構成を例示し、第三実施形態において、第一電極４２５及び第二電極４２６の間に２つの中間電極４２８，４２９が設けられる例を示したが、さらに、３つ以上の中間電極が設けられる構成としてもよい。
ただし、この場合、圧電膜４２２を分極処理する際の分極電圧も増大する。したがって、中間電極の数としては、第二実施形態や第三実施形態のように、１〜２個とすることが好ましい。
【０１００】
上記各実施形態では、圧電膜４２２として、ペロブスカイト型遷移金属酸化物であるＰＺＴを例示したが、これに限定されない。
圧電膜４２２を構成するペロブスカイト型遷移金属酸化物として、ＰＺＴの他、例えばＢｉＢａＦｅＴｉＯ３、ＫＮａＮｂＯ３、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム：(ＢａｘＳｒ１−ｘ)ＴｉＯ３）、ＳＢＴ（タンタル酸ビスマスストロンチウム：ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）等を用いてもよい。
【０１０１】
また、支持膜４１２が支持層４１２Ａと表面層４１２Ｂとの二層により構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、支持膜４１２が、遷移金属酸化物（ＺｒＯ２）である表面層４１２Ｂのみにより構成されていてもよく、三層以上の積層体により構成される構成としてもよい。
さらに、表面層４１２Ｂとして、ＺｒＯ２層により構成される例を示したがこれに限定されない、例えばＴｉＯ２等により構成されていてもよい。
【０１０２】
上記第一実施形態では、受信用トランスデューサー群５２Ａは、電極線５２１，５２２の間で、複数の受信用トランスデューサー５２が並列に接続される構成を示すが、これに限定されない。
図１９は、受信アレイＲＲの一変形例を模式的に示す平面図である。
図１９に示す例の受信用トランスデューサー群５２Ｂは、Ｙ方向に沿って設けられた一対の電極線５２１，５２２と、これら一対の電極線５２１，５２２の間で複数（図１９に示す例では３つ）の受信用トランスデューサー５２がＸ方向に沿って直列に接続された直列部ＳＣと、を有する。そして、直列部ＳＣは、Ｙ方向に沿って複数配置され、一対の電極線５２１，５２２の間で並列に接続されている。
このような構成では、直列部ＳＣに接続された各受信用トランスデューサー５２から出力される電圧信号が加算されて出力されるので、受信信号を大きくでき、受信感度の向上を図れる。
【０１０３】
上記実施形態において、第一電極４２５及び第二電極４２６が、２μｍ以上８μｍ以下の寸法のギャップＧ１を介して離間する例を示したが、これに限定されない。
例えばギャップＧ１の寸法としては、２μｍ未満としてもよい。ただし、この場合では、上述したように、電極間の距離ｄが小さく、圧電膜４２２からの出力電圧Ｖが低下することが考えられるが、分極処理における第二分極電圧を小さくできる。また、図１９に示すように、複数の受信用トランスデューサー５２により、直列部ＳＣを構成することで、受信信号の増大を図れる。
また、分極回路２３５として、分極処理に各受信用トランスデューサー５２に印加する第二分極電圧として、より大きい電圧を印加可能な電源構成を用いる場合では、ギャップＧ１の寸法を８μｍより大きくしてもよい。
【０１０４】
上記各実施形態では、受信用トランスデューサー５２，５３，５４は、平面視において、Ｙ方向に平行で、かつ、圧電膜４２２の中心位置を通る仮想線Ｌに対して略線対称に構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、平面視において、第一電極４２５と第二電極４２６とのギャップＧ１の中心位置が、上記仮想線Ｌと重ならないように構成されてもよい。
【０１０５】
上記各実施形態では、受信用トランスデューサー５２，５３，５４は、平面視において矩形状の圧電膜４２２を有し、矩形状の第一電極４２５及び第二電極４２６を備える構成としたが、これに限定されない。例えば、本発明の圧電体として、平面視において、各種多角形状、円状、及び楕円状等となる圧電膜を用いてもよい。具体的には、受信用トランスデューサーとして、平面視において円状の圧電膜と、圧電膜の中心位置に重なる円状の第一電極と、第一電極の周囲の少なくとも一部を囲む環状の第二電極と、を備える構成を採用してもよい。また、さらに、第一電極と第二電極との間に、環状の中間電極を備える構成としてもよい。
【０１０６】
上記各実施形態では、送信アレイＴＲ（送信用トランスデューサー５１）及び受信アレイＲＲ（受信用トランスデューサー５２，５３，５４）において、素子基板４１、封止板４３、音響整合層４４、及び音響レンズ４５を共通部材とする例を示したが、これに限定されない。
例えば、送信用素子基板に送信アレイＴＲを設け、受信用素子基板に受信アレイＲＲを設ける構成としてもよい。封止板４３、音響整合層４４、及び音響レンズ４５においても同様に、送信アレイＴＲと受信アレイＲＲとにおいて、それぞれ別部材としてもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、支持膜４１２（可撓部４１２Ｄ）の基板本体部４１１とは反対側に、音響整合層４４及び音響レンズ４５が設けられる構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、音響整合層４４及び音響レンズ４５が支持膜４１２（可撓部４１２Ｄ）の基板本体部４１１側に設けられ、開口部４１１Ａ，４１１Ｂ内に音響整合層４４が充填される構成としてもよい。この場合、封止板４３は、支持膜４１２の基板本体部４１１とは反対側に設けられ、平面視において、開口部４１１Ａ，４１１Ｂに対向する位置に凹溝を備える構成とする。このような構成では、送信用トランスデューサー５１や受信用トランスデューサー５２，５３，５４の各電極が、音響整合層４４側に露出せず、超音波デバイス２２における防水性を高めることができる。
【０１０８】
上記各実施形態では、生体内の器官を測定対象とする超音波測定機を例示したが、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機に、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機にも本発明を適用することができる。
【０１０９】
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】
【０１１０】
１…超音波測定装置（電子機器）、２…超音波プローブ、１０…制御装置、１３…記憶部、１４…演算部、２２…超音波デバイス、２３…配線基板、２４…超音波センサー（圧電モジュール）、４１…素子基板、４３…封止板、４４…音響整合層、４５…音響レンズ、５２，５３，５４…受信用トランスデューサー、５２Ａ，５２Ｂ…受信用トランスデューサー群、２３３…送信回路、２３４…受信回路、２３５…分極回路、４１１…基板本体部、４１１Ｂ…開口部、４１２…支持膜、４１２Ａ…支持層、４１２Ｂ…表面層、４１２Ｄ…可撓部（可撓膜）、４２１，４２１Ａ，４２１Ｂ…受信素子、４２２…圧電膜（圧電体）、４２３…第一圧電膜、４２４…第二圧電膜、４２５…第一電極、４２５Ａ…第一端面、４２６…第二電極、４２６Ａ…第二端面、４２７…中間電極、４２８…第一中間電極、４２９…第二中間電極、５２１，５２２…電極線、Ａｒ１２…受信領域、Ｇ１〜Ｇ６…ギャップ、ＲＲ…受信アレイ。
【図１】
0006679884.tif 000002
【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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