(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する、電荷蓄積層を有した複数のダイヤフラム型の電気音響変換素子を有する超音波探触子と、
前記超音波探触子により受信された信号から画像を作成する画像作成手段と、
前記画像を表示する表示手段と、
前記電荷蓄積層の電荷蓄積量を制御する電荷蓄積制御部とを備え、
前記電気音響変換素子は、ソース電極とドレイン電極とを有し、
前記電荷蓄積制御部は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の抵抗値を測定することで、前記電荷蓄積層の電荷蓄積量をモニタする電荷蓄積モニタリング部と、
前記電荷蓄積層に電荷を注入する蓄積電荷注入部と、
前記電荷蓄積モニタリング部によりモニタされた前記電荷蓄積量に基づき、前記蓄積電荷注入部が注入する電荷の量を制御する制御部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記電気音響変換素子のインピーダンスの位相成分の周波数特性を評価することによって前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記電気音響変換素子のインピーダンスの絶対値成分の周波数特性を評価することによって前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記電気音響変換素子は上部電極および下部電極を有し、
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記上部電極および前記下部電極間の電流の積分値をモニタすることで前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数の電気音響変換素子間の電荷蓄積量の差が所定の範囲内に収まるように、前記蓄積電荷注入部を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記電荷蓄積制御部は前記電荷蓄積層の電荷蓄積量に応じて前記超音波探触子の受信感度の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
電荷蓄積層を有した複数のダイヤフラム型の電気音響変換素子を有する超音波探触子と、
前記超音波探触子に接続された送受信切り替えスイッチと、
前記送受信切り替えスイッチに対して送波信号を送る送波ビームフォーマと、
前記送受信切り替えスイッチを介して、前記超音波探触子中の電気音響変換素子のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部と、
前記送受信切り替えスイッチからの受信信号を処理する受波ビームフォーマと、
前記受波ビームフォーマからの整相信号を処理する包絡線信号検出器と、
前記包絡線信号検出器の出力を用いてビデオ信号を出力するスキャンコンバータと、
前記スキャンコンバータの出力を画像として表示する表示部と、
前記切り替えスイッチを介して前記電荷蓄積層の電荷蓄積量を制御する電荷蓄積制御部とを備え、
前記電気音響変換素子は、ソース電極とドレイン電極とを有し、
前記電荷蓄積制御部は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の抵抗値を測定することで、前記電荷蓄積層の電荷蓄積量をモニタする電荷蓄積モニタリング部と、
前記電荷蓄積層に電荷を注入する蓄積電荷注入部と、
前記電荷蓄積モニタリング部によりモニタされた前記電荷蓄積量に基づき、前記蓄積電荷注入部が注入する電荷の量を制御する制御部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記電気音響変換素子のインピーダンスの位相成分の周波数特性を評価することによって前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記電気音響変換素子のインピーダンスの絶対値成分の周波数特性を評価することによって前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記電気音響変換素子は上部電極および下部電極を有し、
前記電荷蓄積モニタリング部は、前記上部電極および前記下部電極間の電流の積分値をモニタすることで、前記電荷蓄積量をモニタすることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記複数の電気音響変換素子間の電荷蓄積量の差が所定の範囲内に収まるように、前記蓄積電荷注入部を制御することを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記電荷蓄積制御部は前記電荷蓄積層の電荷蓄積量に応じて前記超音波探触子の受信感度の補正を行うことを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記超音波探触子は、上部電極と下部電極と前記上部電極および前記下部電極の間に設置されるシリコン化合物層とを具備し、前記電荷蓄積層は前記シリコン化合物層の内部に設置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記超音波探触子は、上部電極と下部電極と前記上部電極および前記下部電極の間に設置されるシリコン化合物層とを具備し、前記電荷蓄積層は前記シリコン化合物層の内部に設置されることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波を送受信するトランスデューサに係り、特にシリコンを基材とするダイヤフラム型超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックス系超音波トランスデューサは、現在も、実用に供する超音波トランスデューサの大半を占めているが、これを置き換えるべく、Proceedings of 1994 IEEE Ultrasonics Symposium  1241-1244頁に記載されているものに代表されるような、半導体マイクロ加工技術により微細なダイヤフラム型のトランスデューサを構築する研究開発が、1990年代より始まった。【０００３】
ＰＺＴを用いた従来型圧電トランスデューサの場合は、音響インピーダンスは材料固有の物性値として一定であるのに対し、ダイヤフラム構造のみかけの音響インピーダンスは、材料だけでなく構造も反映している。そのため、対象物に合わせた設計の自由度がある。【０００４】
最近では、開発が進み、送受信感度の上でも、ＰＺＴを用いた従来型圧電トランスデューサと比較するに足る水準にまで達している。【０００５】
J. Acoust. Soc. Am. vol. 75 1984 1297-1298頁には、半導体ダイヤフラム構造を用いたエレクトレット型のトランスデューサが開示されている。これは、ダイヤフラム側の電極と空隙の間か、基盤側の電極と空隙の間のどちらか少なくとも一方に、電荷を蓄積したシリコン化合物層を設けている。この電荷蓄積型絶縁層を構成する材質として、前記J. Acoust. Soc. Am. vol. 75 1984 1297-1298頁や、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation vol.3 No.4 1996 494-498頁に示されているように、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などのシリコン化合物もしくは、これらの積層構造が用いられている。これらシリコン化合物の絶縁層は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）に代表される気相成長により形成されるが、結晶欠陥の量を制御することにより、化合物層の表面だけでなく、化合物層中にも電荷をトラップすることが可能である。そのため、あらかじめ高電界下で帯電させておくことで、ＤＣバイアス電圧の必要のない電気音響変換素子として利用されている。【０００６】
ところが、現実には、絶縁膜の帯電状態が不安定で、使用している間に、帯電した電荷量がドリフトしていく。そのため、電気音響変換素子として最も基本的な特性である電気音響変換効率が、ドリフトしてしまうという問題を生じている。【０００７】
変換効率の大きさが満足すべきレベルにあったとしても、それが安定させづらいことは、トランスデューサとしての実用化に大きな障害となる。変換効率のドリフトの影響は、デバイスの特性が経時変化するということに加えて、特に、このような電気音響変換素子によりアレイ型変換器を構成するときに重大である。その影響は、電気音響変換器全体としての感度がドリフトするだけにとどまらず、アレイ型変換器を構成する各素子の電気音響変換特性がバラバラにドリフトすると、電気音響変換器全体として送信および受信ビーム形成動作をさせたときの音響ノイズレベルが、著しく上昇してしまう危険性を生む。【０００８】
従って、この電荷蓄積型のダイヤフラム型電気音響変換素子により、特にアレイ型変換器を構成し、その特性を実用に供するレベルにまで引き上げるためには、ドリフトの問題を克服することが、大きな電気音響変換効率を得ることに次ぐ重要な課題である。
【発明の開示】
【０００９】
本発明では、電荷蓄積制御部を設け、電気音響変換素子中の電荷蓄積量の制御を行う。電荷蓄積量の変化が小さいときは、例えば、制御部において、変化量に応じた補正係数を受信信号に乗ずることにより、送波もしくは受波感度の補正を行ない、また、電荷蓄積量の変化が大きいときは、例えば、蓄積電荷注入部により電荷の再注入を行うこともできる。以上の一連の動作を制御部にて制御することで、経時変化、特に、複数の素子間での経時変化の違いによる感度バラツキを補正する。
【００１０】
本発明によれば、従来に比べ素子感度のばらつきの主因である素子特性のドリフトを抑圧することができる。また、本発明の一側面において、送受信の超音波ビームの劣化を抑え、画像の方位分解能や、ダイナミックレンジの低下を防止することが出来る超音波撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】半導体ダイヤフラム型電気音響変換素子の構造の概念を示す図。
【図２】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例についてその断面を示す図。
【図３】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例について電荷蓄積部を示す図。
【図４】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例についてその断面を示す図。
【図５】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例について電荷注入時の断面を示す図。
【図６】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例について超音波送受信時の断面を示す図。
【図７】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例について特に蓄積電荷量モニタリング部を含む形態における断面を示す図。
【図８】電荷蓄積量モニタリング部を含む超音波撮像装置のブロック図。
【図９】本発明の効果を示す超音波ビームの計算結果。
【図１０】電荷蓄積量モニタリングのブロック図。
【図１１】シリコンを基材とする本発明のダイヤフラム型電気音響変換素子の実施例についてその断面を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
ダイヤフラム型電気音響変換素子を用いた超音波トランスデューサの典型的な基本構造は、図１に示すように、空隙４を挟んで基板１とダイヤフラム５にそれぞれ設けた下部電極２および上部電極３がコンデンサを形成するものである。この電極２および３間に電圧を印加すれば、両電極２および３上に反対符号の電荷が誘起され、互いに引力を及ぼしあうので、ダイヤフラム５が変位する。このとき、ダイヤフラム５の外側が水や生体に接していれば、これらの媒体中に音波を放射する。これが送信における電気機械変換の原理である。一方、ＤＣバイアス電圧を印加して電極２および３上に一定の電荷を誘起させておいて、ダイヤフラム５の接している媒体から強制的に振動を加え、ダイヤフラム５に変位を与えると、変位に対応する電圧が付加的に生ずる。後者の受信における機械・電気変換の原理は、可聴音域のマイクロフォンとして用いられているＤＣバイアス型コンデンサマイクロフォンの原理と同じである。シリコンのように機械的に硬い材料で構成されていても、背面に空隙をもつダイヤフラム構造になっているために、生体や水など機械的に柔らかい材料と良好な音響インピーダンス整合をとることができることが特長である。【００１３】
図２は、シリコン（Si）を基材とする本発明の例示的実施形態としての電気音響変換素子を示す断面図である。各層は、下の方から順に、下部電極（図１の符号２参照）を兼ねるｎ型シリコン（Si）基板１、第１のシリコン化合物層６、空隙層４、第２のシリコン化合物層５、アルミニウムよりなる上部電極３、第１のシリコン化合物層６である。この例におけるそれぞれの層の厚さは、空隙の下部に位置する第１のシリコン化合物層６が30 nm、空隙層４が100 nm、第２のシリコン化合物層５が200 nm、上部電極層３が200 nm、上部電極の上部に位置する第１のシリコン化合物層６が1500 nmであり、ダイヤフラム下部に位置する空隙層４の内径は50 μｍである。第１のシリコン化合物層６は、一般的な窒化シリコンSi3N4よりなり、ダイヤフラムの機械的強度は、主に、上部電極層３の上部に位置するこの層６が担う構造になっている。第２のシリコン化合物層５中には、厚みが50nmの電荷蓄積層８が埋め込まれている。この電荷蓄積層８と電極の間のリーク電流を抑えるため、電荷蓄積層８を取り囲む第２のシリコン化合物にはSiO２などが用いられる。電荷蓄積層８は図４に示すように、下部電極１と空隙層４の間の層を第２のシリコン化合物層７として、第１のシリコン化合物層６の中に埋め込む構成もとり得る。この場合、電荷蓄積層８を埋め込むため、先の図２の例では30nmであった、第１のシリコン化合物層６を厚み200nmとして、材質を第２のシリコン化合物に変更するとともに、200nmあった第２のシリコン化合物層５を50nm程度（作製可能な範囲でなるべく薄く）にして、材質を第１のシリコン化合物に変更する以外は、電荷蓄積層８が空隙層４の上下いずれにあっても本発明の目的を実施するにはなんら差異がない。【００１４】
電荷蓄積層８の具体的な構造の例を図３に示す。図３の例では、第２のシリコン化合物層５の中に、欠陥を多く含む窒化シリコンSi3N4層１３が形成されている。欠陥を多く含む窒化シリコンSi3N4層１３を用いた場合には一つの浮遊ゲートを電荷蓄積層８に用いた場合に比べて、一度のリークで全電荷が失われるというリスクは小さいものの、均等に分布するように電荷を注入するのが難しいという点で不利である。これは、電荷が貯まる場所が、空間的にランダムであるため、素子毎にばらつくという問題に加えて、後で述べるように、Fowler-Nordheim型のトンネル電流などによって、電荷を注入しようとした際に、膜の中心部分と、端の部分で、空隙の厚みが異なるため、電界強度が異なり、膜の中心部分でのみ電荷の注入が行われるからでもある。【００１５】
次に電荷注入の方法を説明する。図４に示す上下電極間（上部電極３および下部電極としての基板１の間）に電圧を印加する前の状態から、ＤＣバイアス（１００Ｖ程度）を印加すると、図５に示すように、ダイヤフラムの中心部が一番大きく変形し、コラプス電圧と呼ばれる値を超えると、ダイヤフラムの中心部が第２のシリコン化合物層７の表面に接触する。その状態で更に電圧を加えていくと、接触する部分の長さが、電圧の上昇に伴い増えていく。接触する前には上下電極間の距離は約350nmあったのが、接触後には250nmまで減少するので、結果として電界強度は1.4倍上昇する。そのため、接触している部分では、電荷蓄積層８と下部電極（基板１）との間の電界強度が大きくなり、この電荷蓄積層８と下部電極間のトンネル障壁層のバンド構造が変形し、Fowler−Nordheim（FN）型のトンネル電流が流れ、電荷蓄積層８に電荷が貯まる。この状態で、ＤＣバイアスを低下させると、図６に示すように、再び上部膜と下部の層が離れ、上下電極間の電圧が下がった効果に加え、電極間の距離が離れた効果もあり、電界強度は小さくなり、FNトンネルは起きなくなる。そのため、一度電荷蓄積層８に局在した電荷は比較的長い寿命で、電荷蓄積層８に留まることが可能となり、以後ＤＣバイアスを加えずにＡＣパルスを加えるだけで、ＡＣパルスの振幅と、蓄積した電荷量に比例した振幅で、ダイヤフラムが振動し、超音波の送信が可能となる。また、外から超音波が来た場合には、ＤＣバイアスを加えなくても、蓄積した電荷量と、ダイヤフラムの変形による静電容量の変化に比例した電流が上下の電極間に流れるので、超音波のセンサとしての利用が可能となる。電荷の注入方法としては、ＦＮトンネルを用いる以外にホットエレクトロンを用いる方法もあるが、専用のトランジスタを内部に組み込む必要がある。【００１６】
次に、蓄積電荷の経時変化に関して検討する。超音波の送信は、なるべく信号対雑音比が良好な状態で行いたいので、先の説明では図６の状態で、超音波トランスデューサとして用いると説明したが、実際は、ＡＣパルスもコラプス電圧に近くなるまで、大きいところで用いるケースが多い。その場合、瞬時的には図５に示す、空隙層４の厚みが０になる状態を経験することになる。共振周波数が１０MHzの場合には、１周期の１０分の１程度の時間、すなわち１０ns程度の間は接触している。これが超音波の送信毎に繰り返されるので、電荷注入と逆の過程で蓄積された電荷が上下いずれかの電極に戻る。【００１７】
トランスデューサ内部に蓄積電荷モニタリング機構として、例えば、基板中にソース電極とドレイン電極を設けることができる。このソース・ドレイン間の電子伝導チャネルの抵抗は、電荷蓄積層８に蓄えられた電荷量に比例する。すなわち、電荷蓄積層８がゲートになった、電界効果型トランジスタと同じ構造をしているからである。よって、定期的にソース電極とドレイン電極の抵抗を測定することで、電荷蓄積層８に残る電荷量を推定することが可能となる。この理由は以下の通りである。電荷蓄積層８がゲートになった電界効果型トランジスタと同じ構造をしているので、ソース・ドレイン間の電流Isdは、ゲート電圧Vｇ（この場合は電荷蓄積層８の蓄積電荷Q）に対してIsd  ∝  Q  （=Vg）と、ほぼ比例する。よって、定期的にソース電極とドレイン電極の抵抗を測定することで、電荷蓄積層８に残る電荷量を推定することが可能となる。ソース電極とドレイン電極を配置した実施形態については、図１１を参照しつつ後述する。この電荷蓄積量の変化に応じて、変化が小さいときは、変化分を補正係数として、受信信号補正するのに用い、変化分が大きい場合は再注入するといった判断の材料に用いることが可能となる。勿論、モニタリングをせずとも、定期的に再注入を繰り返すという使い方も考えうるが、トンネルの経路となる絶縁層は、過度に電流を流すことを繰り返すと、絶縁層の性状の劣化に繋がる。そのため、再注入は必要最小限に抑えることが望ましい。電荷蓄積量のモニタリング方式として、電界効果型トランジスタ類似構造を用いる例を説明したが、別の実施の形態としては、図７に示すようにダイヤフラムのインピーダンスの周波数特性を評価することによっても可能である。ダイヤフラムの電気機械変換効率が大きいと、インピーダンスの絶対値の極小点と極大点の距離は広がる。インピーダンスの絶対値の極小点と極大点での周波数の差Δｆをモニタすることで、ダイヤフラムの電気機械変換効率すなわち蓄積電荷をモニタすることが出来る。またインピーダンスの位相を使ってモニタリングすることも出来る。ダイヤフラムの電気機械変換効率が高いすなわち、蓄積電荷が大きいときは、共振周波数（ｆｃ）近傍では、電気から機械エネルギーに変換される割合が大きいため、電気回路的には、ダイヤフラムはインダクタンスとして振る舞い、共振周波数（ｆｃ）以外では、機械エネルギーへの変換効率は大きく下がり、ほとんどコンデンサとして振舞う。そのため、インピーダンスの位相成分は、図中に実線で示すように共振周波数（ｆｃ）以外では、−９０°、共振周波数（ｆｃ）近傍では＋９０°となる。電荷蓄積量が減ってくると、＋９０°のピークが図７の点線に示すように小さくなってくるため、蓄積電荷の変化として検出可能となる。【００１８】
それ以外にも上下電極間の電流をモニタリングして、その積分値でもって判断するという方法などが考えることが可能であり、いずれの方法を用いても、本発明の目的を達成することが出来る。【００１９】
超音波診断装置においては、常に超音波の送受信を行っているわけではない。例えば甲状腺や頚部動脈の観察に用いるような高周波リニア探触子の例、深さ１０ｃｍ、横方向に５ｃｍの視野を、横方向の走査線密度が３本/mmの場合を例に説明する。生体の音速は大よそ1500m/sであるため、１０ｃｍの深さのところまで、音を打ってから帰ってくるまでに、往復（20cm）／（1500m/s）は約0.13msになる。一枚の画像を得るには視野幅５cm／走査線間隔：0.3mmで、166回送受波を繰り返して、１フレームを作製している。この結果、１フレームには22ms要する。一素子の蓄積電荷量モニタリングと再注入には、msオーダーであっても、これを約200個の素子全てに行うと、１０フレーム程度の時間を要することになる。そのため、毎フレームモニタリングするのは現実的とはいえず、患者毎にキャリブレーションを行うという方法や、一人の患者でも、探触子を差し替えたりする場合は、そのつどキャリブレーションするという方法が選択出来る。【００２０】
以下、図８を用いて、上で説明した電気音響変換素子と、電気音響変換素子に蓄積した電荷量を制御する電荷蓄積制御部を備えた本発明に係る超音波診断装置について説明を行う。予めプログラミングされた送受信シークエンス制御部２０１の制御に基づいて送信遅延・重み選択部２０３において、送波ビームフォーマ２０４に与える各ｃｈ毎の送信遅延時間、重み関数の値が選択される。これらの値に基づいて、送波ビームフォーマ２０４は切り替えスイッチ２０５を介して、電気音響変換素子１０１に送波パルスを与える。このとき、電気音響変換素子１０１にはバイアス電圧制御部２０２によって、バイアス電圧も印加されており、その結果、電気音響変換素子１０１から、ここには図示しない被検体に対して超音波が送波される。被検体内の散乱体によって、反射した超音波の一部は、電気音響変換素子１０１で受信される。送受信シークエンス制御部２０１では、送波を行うタイミングから所定の時間が経過した後に、今度は受波ビームフォーマ２０６を制御し、受信モードを起動する。前記の所定の時間とは、例えば、被検体の深さ１ｍｍより深いところから画像を所得する場合には、１ｍｍを音が往復する時間のことである。送波直後に受信モードに入らないのは、通常、送信する電圧の振幅に対して、受信する電圧の振幅は100分の１から１０００分の１と極めて小さい値を受信する必要があるからである。受波ビームフォーマ２０６では、いわゆるダイナミックフォーカスと呼ばれる、反射超音波の到達時間に応じて、連続的に遅延時間と重み関数の制御を行う。ダイナミックフォーカス後のデータは、画像作成手段、例えば、フィルタ２０７、包絡線信号検出器２０８、スキャンコンバータ２０９、で画像信号に変換されたあと、表示部２１０に超音波断層像として、表示される。本発明の特徴は、電荷蓄積モニタ２１１（電荷蓄積制御部）によって、電気音響変換素子１０１内の電荷蓄積層８における、電荷蓄積量をモニタすることにある。電荷蓄積量のモニタは、既に説明したように、常時行う必要はなく、プローブを差し替えたときや、同じプローブでも、撮像モードを切り替えたときなど、数１００ｍｓを要する電荷蓄積モニタと電荷再注入過程があっても、問題とならないときに行うのが望ましい。電荷蓄積モニタ２１１は、図１０に示すように、蓄積電荷モニタリング部１０２、蓄積電荷注入部１０３、制御部１０４を有する。各ｃｈの蓄積電荷の変化を既に説明した電気音響変換素子１０１の１ｃｈ毎のインピーダンスの位相の変化から推定し、例えば、各素子の感度バラツキとして許容される２から３ｄB以上、電気音響変換素子１０１の感度の変化が大きいときは、蓄積電荷注入部１０３によって、電荷の再注入を行い、再び電荷蓄積モニタ２１１によって、蓄積電荷を調べ、所望の感度バラツキの範囲内に収まっていることが確認されるまで、このプロセスを繰り返すことができる。【００２１】
なお、電荷蓄積量のモニタには、図１１に示すように、電荷蓄積モニタ用の電極１４、１５を設けることにより、より高精度に行うことも可能である。これは、電荷蓄積層８が電界効果型トランジスタのゲート電極に相当し、モニタ用の電極１４、１５が同じく、電界効果型トランジスタのソースとドレイン電極に相当するように構成することで実現出来る。電界効果型トランジスタにおいて、ソースとドレイン間（電極１４、１５間）の抵抗は、ゲート電圧によって、決定されるように、図１１の構成によれば、１４、１５間の抵抗をモニタすることで、電荷蓄積層８内の蓄積電荷を調べることが可能となる。つまり、本発明では、シリコンまたはシリコン化合物を基材とする基板と、前記基板上または基板中に形成された第１の電極と、前記基板上に設けられたシリコンまたはシリコン化合物を基材とする薄膜と、前記薄膜上または薄膜中に形成された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた空隙層と、前記第１の電極と前記第２の電極により与えられる電荷を蓄積する、前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層に蓄積された電荷量を測定するためのソース電極とドレイン電極とを有することを特徴とする電気音響変換素子を一例として用いることができる。【００２２】
本発明の効果を図９により説明する。図９は超音波のビームパターンであり、横軸が、方位方向、縦軸が受信感度をｄBで表示しており、感度最大の値で規格化されている。超音波ビームは、中心での鋭さが画像の方位方向の分解能を決定しており、まず方位方向０ｍｍでのメインビームが鋭いことが重要である。そして、ビームの中心以外でのノイズレベルが画像のダイナミックレンジを決めるため、ビームの中心以外でのノイズレベルも重要な評価因子となる。画像のダイナミックレンジが狭いと、反射輝度の大きい散乱体の周囲の、反射輝度の小さい構造物は全て、反射輝度の大きい散乱体の周囲のノイズレベルに埋もれて、画像内に現れなくなってしまうからである。図９の実線と点線は、素子の感度バラツキが、それぞれ、１ｄB（実線）と６ｄB（点線）を示している。すなわち、電荷蓄積量をモニタすると、常に図９の実線のような良好なビームパターンがえられるが、電荷蓄積量の変化をモニタしないと、図９の点線のようなビームパターンとなり、画像のダイナミックレンジが大きく劣化してしまう。
【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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