(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子であって、
超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、
前記第１の電極が形成されている基板と、
前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、
前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して前記超音波を発生させるメンブレンと、
前記メンブレンと接している圧電膜と、
前記圧電膜と導通している第３の電極と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記圧電膜は、前記メンブレンの面上に積層配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記圧電膜は、前記メンブレンを支持する支持部である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記圧電膜の一方の面側に前記第３の電極が形成され、他方の面側に前記第２の電極が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記圧電膜は、鉛を成分に含まない圧電性材質である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記圧電性材質は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、及びチタン酸バリウムストロンチウムのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記超音波振動子は、さらに、
前記メンブレンを支持する支持部であって、該メンブレンを自由振動させたときに得られる基本振動の節に沿って該メンブレンに設けられた該支持部
を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記第３の電極の一端は、前記メンブレンの外縁部まで配設され、該第３の電極の他端は少なくとも該メンブレンの中心まで配設されている
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記圧電膜は、前記メンブレンの面上に積層配置されている第１の圧電膜と、前記メンブレンを支持する支持部として形成される第２の圧電膜とであり、
前記第１の圧電膜の一方の面側に前記第３の電極が形成され、該第１の圧電膜の他方の面側に前記第２の電極が形成され、
前記超音波振動子は、さらに、
前記第２の圧電膜に接続され、前記制御信号が入力される第４の電極
を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、
前記第１の電極が形成されている基板と、
前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、
前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、
前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、
前記第１の圧電膜とに接続され、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、
からなる超音波振動子を有するマイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子装置であって、
伝送ケーブルから伝達された交流低電圧信号を昇圧し、直流電圧信号に変換する変換手段と、
前記変換手段と前記第１の電極の間の電気的な接続を切り替える第１の切り替え手段と、
前記第１の電極へ入力された前記直流電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記超音波振動子を駆動させて超音波を送信させる自励発振手段と、
前記超音波振動子より受信された前記超音波に基づく受信信号に対して所定の信号処理を行う受信信号処理手段と、
前記変換手段と前記受信信号処理手段の間の電気的な接続を切り替える第２の切り替え手段と、
を備えることを特徴とする超音波振動子装置。
【請求項１１】
前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、超音波送信時に、それぞれ、オン状態、オフ状態になり、超音波受信時に、それぞれ、オフ状態、オン状態になる
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波振動子装置。
【請求項１２】
前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、一対の電子スイッチである
ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波振動子装置。
【請求項１３】
前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、前記基板の表面又は内部に一体的に構成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子装置。
【請求項１４】
前記超音波振動子は、さらに、
第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、
該圧電性支持部を駆動させる前記直流電圧信号が入力される第４の電極と
を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波振動子装置。
【請求項１５】
前記自励発振手段は、
前記帰還信号を増幅する増幅素子と、前記超音波振動子とを少なくとも含む正帰還回路であり、
前記第１の電極と前記第２の電極間に前記直流電圧信号を印加することにより起振する前記メンブレンの変位に対応して、前記第１の圧電膜から発生する電圧信号を帰還信号として前記増幅素子に入力する
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波振動子装置。
【請求項１６】
前記自励発振手段は、さらに、
前記増幅素子の前段に、前記帰還信号の位相を調整する位相調整素子を含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の超音波振動子装置。
【請求項１７】
前記自励発振手段は、さらに、
高次の振動モードに対応する高周波を除去する高周波除去フィルタ手段
を有することを特徴とする請求項１５に記載の超音波振動子装置。
【請求項１８】
前記受信信号処理手段は、
電荷信号である前記受信信号を検出するチャージアンプ手段と、
高インピーダンスの前記受信信号を低インピーダンスに変換するインピーダンス変換手段と、
前記受信信号の電圧を増幅する電圧増幅手段と、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波振動子装置。
【請求項１９】
前記超音波振動子装置は、
前記超音波振動子と、前記自励発振手段と、前記受信信号処理手段と、前記第１の切り替え手段と、前記第２の切り替え手段とが前記基板に集積されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波振動子装置。
【請求項２０】
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の超音波振動子を実装した体腔内挿入型超音波診断装置。
【請求項２１】
前記体腔内超音波診断装置は、超音波内視鏡である
ことを特徴とする請求項２０に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２２】
前記超音波振動子は、内視鏡の篏子孔に挿入するミニチュア超音波プローブとして用いられる
ことを特徴とする請求項２０に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２３】
前記超音波振動子は、血管内超音波プローブとして用いられる
ことを特徴とする請求項２０に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２４】
前記超音波振動子は、超音波カプセル内視鏡として用いられる
ことを特徴とする請求項２０に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２５】
請求項１０〜１９のうちいずれか１項に記載の超音波振動子装置を実装した体腔内挿入型超音波診断装置。
【請求項２６】
前記体腔内超音波診断装置は、超音波内視鏡である
ことを特徴とする請求項２５に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２７】
前記超音波振動子装置は、内視鏡の篏子孔に挿入するミニチュア超音波プローブとして用いられる
ことを特徴とする請求項２５に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２８】
前記超音波振動子装置は、血管内超音波プローブとして用いられる
ことを特徴とする請求項２５に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項２９】
前記超音波振動子装置は、超音波カプセル内視鏡として用いられる
ことを特徴とする請求項２５に記載の体腔内超音波診断装置。
【請求項３０】
超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜と接続しており、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、を備えた、マイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子の制御方法であって、
前記メンブレンの面上に積層配置された前記圧電膜は、前記第１の電極に入力された前記制御信号に対応して変位する該メンブレンの該変位を検出する
ことを特徴とする超音波振動子の制御方法。
【請求項３１】
前記超音波振動子は、さらに、
第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、
該圧電性支持部を駆動させる前記制御信号が入力される第４の電極と、
を有し、
前記第１及び第２の電極間に印加された電圧に基づいて振動する前記メンブレンの変位と、前記第４の電極に印加された電圧による前記圧電性支持部の変位とによって、超音波を送信する
ことを特徴とする請求項３０に記載の超音波振動子の制御方法。
【請求項３２】
超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜に接続され、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、からなる超音波振動子と、
伝送ケーブルから伝送される交流低電圧信号を昇圧し、直流電圧信号に変換する変換手段と、前記変換手段と前記第１の電極の間の電気的な接続を切り替える第１の切り替え手段と、前記第１の電極へ入力された前記直流電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記超音波振動子を駆動させて超音波を送信させる自励発振手段と、前記超音波振動子より受信された前記超音波に基づく受信信号に対して所定の信号処理を行う受信信号処理手段と、前記変換手段と前記受信信号処理手段の間の電気的な接続を切り替える第２の切り替え手段と、を含む、マイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子装置の制御方法であって、
超音波送信時には、前記第１の切り替え手段をオン、前記第２の切り替え手段をオフにし、
前記変換手段により前記メンブレンの振動を制御する交流電圧信号を昇圧して直流電圧信号に変換し、
前記第１の切り替え手段を介して前記直流電圧信号を前記自励発振手段に供給し、
前記自励発振手段に基づいて、前記超音波振動から超音波が送信される
ことを特徴とする超音波振動子装置の制御方法。
【請求項３３】
前記超音波振動子装置の制御方法は、さらに、
超音波受信時には、前記第１の切り替え手段をオフ、前記第２の切り替え手段をオンにし、
前記超音波振動子により超音波を受信して、該受信した超音波を電気信号に変換して、
前記電気信号に変換された受信信号を前記受信信号処理手段に伝送し、
前記受信信号処理手段により該受信信号の電圧を増幅し、インピーダンス変換する
ことを特徴とする請求項３２に記載の超音波振動子装置の制御方法。
【請求項３４】
前記超音波振動子は、さらに、
第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、
該圧電性支持部を駆動させる前記制御信号が入力される第４の電極と、
を有し、
前記第１及び第２の電極間に印加された電圧に基づいて振動する前記メンブレンの変位と、前記第４の電極に印加された電圧による前記圧電性支持部の変位とを同相で重ね合わせて、超音波を送信させる
ことを特徴とする請求項３２に記載の超音波振動子装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＵＴ（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：マイクロマシンプロセスを用いた超音波トランスデューサ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の１つに超音波内視鏡スコープがある。
【０００３】
超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波プローブが取り付けてあり、この超音波プローブは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。
【０００４】
従来、超音波プローブでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子としてセラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した超音波トランスデューサ（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（以下、ｃＭＵＴと称する））が注目を集めている。これは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  、超小型電気・機械システム）と総称される素子の１つである。
【０００５】
また、近年、医療用に構成したカプセル部を体腔内に送り込んで、体腔内の画像を得るカプセル型の内視鏡が実用化されつつある（例えば、特許文献８。）。この超音波診断医用カプセルでは、超音波プローブで診断が困難な部位の超音波診断が可能になる。
【０００６】
従来のＭＵＴは、各振動子セルのメンブレンが面方向に連続した構造を持っているので、その連続した構造が各セルのメンブレンの変形に対する抑圧となったり、隣接した振動子セルへと横波振動として漏洩したりして、その分振動振幅を低減させる要因を持っていた。
【０００７】
また、メンブレンを外周で支持しているので、メンブレンの屈曲振動がメンブレン支持部の方へ縦波として漏洩するので、機械的共振先鋭度Ｑが低下し、メンブレンの大きな振動振幅が得られない構造となっている。これにより、超音波診断画像のＳ／Ｎが低下し、超音波診断画像を劣化させる。また、従来のＭＵＴ、特にｃＭＵＴ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は送受信ともにＤＣバイアスが必要となっていて、極力ＤＣバイアス電圧を使わない駆動制御方法が重要となっている。
【０００８】
なお、本発明に関連する技術として、以下の特許文献１〜特許文献８がある。
【特許文献１】特開平７−２７４２８７号公報
【特許文献２】特開平８−２７４５７３号公報
【特許文献３】特開２００４−２７４７５６号公報
【特許文献４】米国特許第６２６２９４６号公報
【特許文献５】米国特許第６３２８６９６号公報
【特許文献６】米国特許第６３２８６９７号公報
【特許文献７】特表２００４−５０３３１３号公報
【特許文献８】特開２００４−３５０７０５号公報
【非特許文献１】伊藤毅、「音響工学原論（上巻）」、第１２版、株式会社コロナ社、昭和５５年１２月１０日、Ｐ１４９−Ｐ１５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、同一の超音波振動子セルにｃＭＵＴとｐＭＵＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）とを組み合わせた構造を有するＭＵＴはなかった。
【００１０】
ｃＭＵＴとｐＭＵＴとを組み合わせることにより、ｃＭＵＴの静電力とｐＭＵＴの圧電効果による起電圧との相乗効果により、送信する超音波の出力を向上させて、かつ、超音波受信の感度を向上させることができる。
【００１１】
そこで、本発明では、ｃＭＵＴとｐＭＵＴとを組み合わせた超音波振動子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかるマイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子は、超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して前記超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンと接している圧電膜と、前記圧電膜と導通している第３の電極と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電膜は、前記メンブレンの面上に積層配置されていることを特徴とする。
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電膜は、前記メンブレンを支持する支持部であることを特徴とする。
【００１４】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電膜の一方の面側に前記第３の電極が形成され、他方の面側に前記第２の電極が形成されていることを特徴とする。
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電膜は、鉛を成分に含まない圧電性材質であることを特徴とする。
【００１５】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電性材質は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、及びチタン酸バリウムストロンチウムのうちのいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記超音波振動子は、さらに、前記メンブレンを支持する支持部であって、該メンブレンを自由振動させたときに得られる基本振動の節に沿って該メンブレンに設けられた該支持部を備えることを特徴とする。
【００１７】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記第３の電極の一端は、前記メンブレンの外縁部まで配設され、該第３の電極の他端は少なくとも該メンブレンの中心まで配設されていることを特徴とする。
【００１８】
前記本発明にかかる超音波振動子において、前記圧電膜は、前記メンブレンの面上に積層配置されている第１の圧電膜と、前記メンブレンを支持する支持部として形成される第２の圧電膜とであり、前記第１の圧電膜の一方の面側に前記第３の電極が形成され、該第１の圧電膜の他方の面側に前記第２の電極が形成され、前記超音波振動子は、さらに、前記第２の圧電膜に接続され、前記制御信号が入力される第４の電極を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかる超音波振動子装置は、超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜とに接続され、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、からなる超音波振動子を有するマイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子装置であって、伝送ケーブルから伝達された交流低電圧信号を昇圧し、直流電圧信号に変換する変換手段と、前記変換手段と前記第１の電極の間の電気的な接続を切り替える第１の切り替え手段と、前記第１の電極へ入力された前記直流電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記超音波振動子を駆動させて超音波を送信させる自励発振手段と、前記超音波振動子より受信された前記超音波に基づく受信信号に対して所定の信号処理を行う受信信号処理手段と、前記変換手段と前記受信信号処理手段の間の電気的な接続を切り替える第２の切り替え手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、超音波送信時に、それぞれ、オン状態、オフ状態になり、超音波受信時に、それぞれ、オフ状態、オン状態になることを特徴とする。
【００２１】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、一対の電子スイッチであることを特徴とする。
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記第１の切り替え手段と前記第２の切り替え手段は、前記基板の表面又は内部に一体的に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記超音波振動子は、さらに、第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、該圧電性支持部を駆動させる前記直流電圧信号が入力される第４の電極とを有することを特徴とする。
【００２３】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記自励発振手段は、前記帰還信号を増幅する増幅素子と、前記超音波振動子とを少なくとも含む正帰還回路であり、前記第１の電極と前記第２の電極間に前記直流電圧信号を印加することにより起振する前記メンブレンの変位に対応して、前記第１の圧電膜から発生する電圧信号を帰還信号として前記増幅素子に入力することを特徴とする。
【００２４】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記自励発振手段は、さらに、前記増幅素子の前段に、前記帰還信号の位相を調整する位相調整素子を含むことを特徴とする。
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記自励発振手段は、さらに、高次の振動モードに対応する高周波を除去する高周波除去フィルタ手段を有することを特徴とする。
【００２５】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記受信信号処理手段は、電荷信号である前記受信信号を検出するチャージアンプ手段と、高インピーダンスの前記受信信号を低インピーダンスに変換するインピーダンス変換手段と、前記受信信号の電圧を増幅する電圧増幅手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
前記本発明にかかる超音波振動子装置において、前記超音波振動子装置は、前記超音波振動子と、前記自励発振手段と、前記前記受信信号処理手段と、前記第１の切り替え手段と、前記第２の切り替え手段とが前記基板に集積されていることを特徴とする。
【００２７】
前記超音波振動子は体腔内超音波診断装置に実装されることを特徴とする。
前記体腔内超音波診断装置は、超音波内視鏡であることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、内視鏡の篏子孔に挿入するミニチュア超音波プローブとして用いられることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、血管内超音波プローブとして用いられることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、超音波カプセル内視鏡として用いられることを特徴とする。
【００２８】
前記超音波振動子装置は体腔内超音波診断装置に実装されることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置は、超音波内視鏡であることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、内視鏡の篏子孔に挿入するミニチュア超音波プローブとして用いられることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、血管内超音波プローブとして用いられることを特徴とする。前記体腔内超音波診断装置において、前記超音波振動子は、超音波カプセル内視鏡として用いられることを特徴とする。
【００２９】
本発明にかかる超音波振動子の制御方法は、超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜と接続しており、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、を備えた、マイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子の制御方法であって、前記メンブレンの面上に積層配置された前記圧電膜は、前記第１の電極に入力された前記制御信号に対応して変位する該メンブレンの該変位を検出することを特徴とする。
【００３０】
前記超音波振動子の制御方法において、前記超音波振動子は、さらに、第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、該圧電性支持部を駆動させる前記制御信号が入力される第４の電極と、を有し、前記第１及び第２の電極間に印加された電圧に基づいて振動する前記メンブレンの変位と、前記第４の電極に印加された電圧による前記圧電性支持部の変位とによって、超音波を送信することを特徴とする。
【００３１】
本発明にかかる超音波振動子装置の制御方法は、超音波を送信させるための制御信号が入力される第１の電極と、前記第１の電極が形成されている基板と、前記第１の電極と所定の空間を隔てて対向している接地電極である第２の電極と、前記第２の電極が形成され、前記第１及び第２の電極間に電圧が印加されることにより振動して超音波を発生させるメンブレンと、前記メンブレンの面上に形成された前記第２の電極の上に形成している第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜に接続され、該圧電膜を介して前記第２の電極と対向している第３の電極と、からなる超音波振動子と、伝送ケーブルから伝送される交流低電圧信号を昇圧し、直流電圧信号に変換する変換手段と、前記変換手段と前記第１の電極の間の電気的な接続を切り替える第１の切り替え手段と、前記第１の電極へ入力された前記直流電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記超音波振動子を駆動させて超音波を送信させる自励発振手段と、前記超音波振動子より受信された前記超音波に基づく受信信号に対して所定の信号処理を行う受信信号処理手段と、前記変換手段と前記受信信号処理手段の間の電気的な接続を切り替える第２の切り替え手段と、を含む、マイクロマシンプロセスを用いて製造される超音波振動子装置の制御方法であって、超音波送信時には、前記第１の切り替え手段をオン、前記第２の切り替え手段をオフにし、前記変換手段により前記メンブレンの振動を制御する交流電圧信号を昇圧して直流電圧信号に変換し、前記第１の切り替え手段を介して前記直流電圧信号を前記自励発振手段に供給し、前記自励発振手段に基づいて、前記超音波振動から超音波が送信されることを特徴とする。
【００３２】
前記超音波振動子装置の制御方法は、さらに、超音波受信時には、前記第１の切り替え手段をオフ、前記第２の切り替え手段をオンにし、前記超音波振動子により超音波を受信して、該受信した超音波を電気信号に変換して、前記電気信号に変換された受信信号を前記受信信号処理手段に伝送し、前記受信信号処理手段により該受信信号の電圧を増幅し、インピーダンス変換することを特徴とする。
【００３３】
前記超音波振動子装置の制御方法において、前記超音波振動子は、さらに、第２の圧電膜で構成された前記メンブレンを支持する圧電性支持部と、該圧電性支持部を駆動させる前記制御信号が入力される第４の電極と、を有し、前記第１及び第２の電極間に印加された電圧に基づいて振動する前記メンブレンの変位と、前記第４の電極に印加された電圧による前記圧電性支持部の変位とを同相で重ね合わせて、超音波を送信させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ｃＭＵＴの静電力とｐＭＵＴの圧電効果による起電圧との相乗効果により、送信する超音波の出力を向上させて、かつ、超音波受信の感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係る超音波振動子は、基板と、その上に形成した第一の電極と、メンブレンを支持する支持部と、第二の電極を積層配置し、前記両電極に交流電圧信号を印加することにより振動し、その前方へ超音波を放射するメンブレンとからなる超音波振動子セルを多数配列したものである。
【００３６】
そして、この超音波振動子は、該メンブレンに近接した位置に、圧電膜と、この圧電膜の両面に信号制御用の電極を積層配置させたものである。
このように構成することにより、ｃＭＵＴの静電力とｐＭＵＴの圧電効果による起電圧とを利用して、送信する超音波の出力を向上させて、かつ、超音波受信の感度を向上させることができる。以下に本発明にかかる各実施形態について説明する。
【００３７】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子において、電極間に励起する静電引力と、圧電膜による発生力とによって、超音波を送信するＭＵＴについて説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。図１のＭＵＴは、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子である。同図においてＭＵＴは、複数のＭＵＴエレメント２から構成される。ＭＵＴエレメント２は、駆動制御信号を入出力する最小単位である。ＭＵＴエレメント２は、複数のＭＵＴセル１から構成されている。
【００３９】
ＭＵＴエレメント２は、半導体基板３、支持部４、メンブレン５、キャビティ（空洞部）６、下部電極７、共通接地電極８、圧電膜９、上部電極１０、絶縁膜１１、拡散層１２、基板貫通孔１３，１９、下部電極接続基板貫通孔配線１４、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５、接地電極パッド１６、下部電極接続電極パッド１７、圧電素子上部電極接続電極パッド１８から構成されている。
【００４０】
ＭＵＴエレメント２は、半導体基板（Ｓｉ基板）３の表面が酸化膜（ＳｉＯ2）（絶縁膜１１）で被覆されている。各セル１では、各セル１の両端にある支持部４によりメンブレン５を支持している。支持部４は、ＳｉＮまたはＳｉＯ2により形成されている。メンブレン５は、ＳｉＮにより形成されている。
【００４１】
支持部４間における半導体基板３の上部表面には、下部電極７が配設されている。同図では、キャビティ６は、メンブレン５と支持部４と下部電極７とで囲まれた空間のことをいう。
【００４２】
半導体基板３には、基板貫通孔１３が貫通している。基板貫通孔１３の側壁は、下部電極接続基板貫通孔配線１４が形成されている。下部電極接続基板貫通孔配線１４は、下部電極７と半導体基板３の下面に設けられた下部電極接続電極パッド１７と導通している。つまり、下部電極接続電極パッド１７は、下部電極７についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【００４３】
メンブレン５の上面には、共通接地電極８が配設され、その上に圧電膜９が形成されている。共通接地電極８は、半導体基板３の上面側に設けられた拡散層１２と接続されている。また、半導体基板３の下面側にも拡散層１２が設けられている。
【００４４】
拡散層１２を設けることにより、半導体基板３の上面側と下面側間の拡散層１２間の「接触抵抗」が限りなく小さくすることができる。すなわち、半導体基板３の上面側と下面側間の拡散層１２で導通することになる。半導体基板３の下面側の拡散層１２は、接地電極パッド１６と導通している。よって、接地電極パッド１６は、共通接地電極８についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【００４５】
圧電膜９は、材質中に鉛成分を含まないものである。圧電膜９は、例えば、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、またはチタン酸バリウムストロンチウム等から構成されている。
【００４６】
圧電膜９の上面には、上部電極１０が形成されている。半導体基板３には、基板貫通孔１９が貫通している。基板貫通孔１９の側壁は、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５が形成されている。圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５は、半導体基板３の下面に設けられた圧電素子上部電極接続電極パッド１８と導通している。上部電極１０は、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５と導通している。つまり、圧電素子上部電極接続電極パッド１８は、上部電極１０についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【００４７】
図１のＭＵＴは、圧電膜９の両面に形成する信号制御用の電極の一方の接地電極８が、メンブレンの上部である電極と共用する構造を有している。すなわち、図１のＭＵＴは、概してｃＭＵＴとｐＭＵＴ（メンブレン上に形成された圧電素子）とを組み合わせた構造となっている。
【００４８】
次に、図１のＭＵＴの動作を図２及び図３を用いて説明する。
図２は、本実施形態におけるＭＵＴを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の構成概要を示す。体腔内挿入型超音波診断装置２１は、挿入部２３と、観測装置２２とから構成される。
【００４９】
挿入部２３は、体腔内に挿入されるために細長の管状形状をしている。挿入部２３は、先端側から順に、超音波プローブ２４、湾曲部及び可撓管部２５から構成される。超音波プローブ２４には、図１のＭＵＴが設けられており、超音波信号の送受信を行う。湾曲部は、超音波プローブ２４の後端に位置する湾曲自在な部分である。可撓管部は、その湾曲部の後端に位置して細径かつ長尺で可撓性を有する。湾曲部及び可撓管部２５の内部には、同軸ケーブルが内蔵されている。
【００５０】
観測装置２２は、超音波プローブ２４内に設けられたスイッチ（ＳＷ）のＯＮ／ＯＦＦを行う制御信号を発生させたり、低電圧ＡＣを出力したり、超音波プローブ２４からの信号を信号処理して画像信号に変換する機能等を持つものである。
【００５１】
図３は、本実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。超音波プローブ２４は、ＭＵＴ３１、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３８，４３、抵抗３９，４２，４４、スイッチ（ＳＷ）４０，４１、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５から構成される。
【００５２】
ＭＵＴ３１は、図１のＭＵＴに相当するものであり、ｃＭＵＴ３２と、ｐＭＵＴ３３との組み合わせに相当する構造をしている。ｃＭＵＴ３２とｐＭＵＴ３３とは、共通の接地電極３５を有している。
【００５３】
ｃＭＵＴ３２は、下部電極３４と共通接地電極３５から構成される。ｃＭＵＴ３２は、図１で言えば、下部電極７とキャビティ６と共通接地電極８により構成されるものに相当する。
【００５４】
ｐＭＵＴ３３は、上部電極３６と圧電膜４６と共通接地電極３５から構成される。ｐＭＵＴ３３は、図１で言えば、上部電極１０と圧電膜９と共通接地電極８により構成されるものに相当する。
【００５５】
不図示のスイッチ制御信号発生器は、ＳＷ４０，４１をＯＮ／ＯＦＦする制御信号を発生させる。すなわち、スイッチ制御信号発生器は、ＳＷ４０，４１をＯＮ／ＯＦＦするタイミング及びＯＮ／ＯＦしている時間を決める信号を発生させる。ＳＷ４０，４１は、時間的に反転関係にある一対の電子スイッチである。
【００５６】
また、同図において、ＭＵＴ３１とＦＥＴ３８と帰還信号伝送線３７とにより自励発振回路が構成されている。
次に、本実施形態における体腔内挿入型超音波診断装置１の超音波ビーム送信時と超音波ビーム受信時の動作についてそれぞれ説明する。
【００５７】
超音波ビーム送信時には、観測装置２２からの制御信号を受信したスイッチ制御信号発生器（不図示）は、ＳＷ制御信号Ｓ3によりスイッチＳＷ４０をＯＮ、ＳＷ制御信号Ｓ4によりスイッチＳＷ４１をＯＦＦにするように制御する。
【００５８】
挿入部２３内部の同軸ケーブルを介して観測装置２２からＡＣ信号（交流電圧信号）Ｓ1が送信され、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５へ入力される。ＡＣ−ＤＣコンバータ４５は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換し、さらに昇圧してＤＣ電圧信号（直流高電圧信号）Ｓ2を出力する。
【００５９】
ＤＣ電圧Ｓ2は、ＳＷ４０及び抵抗３９を介してｃＭＵＴ３２の下部電極３４に印加する。これによって、下部電極３４と共通接地電極３５間に生じる静電力により、メンブレン５が変位する。
【００６０】
メンブレン５の変位に伴って、メンブレン５の上面に設けられた圧電膜４６も変位する。これによって、その圧電膜４６の変位に起因する圧電効果により電圧信号が発生する。その発生した電圧信号は、帰還信号伝送線３７を通って、帰還信号Ｓ5としてＦＥＴ３８のゲート（Ｇ）に入力される。
【００６１】
ＦＥＴ３８のゲート（Ｇ）に帰還信号Ｓ5が入力されると、ＦＥＴ３８のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）が導通するため、ｃＭＵＴ３２の下部電極３４に印加していた電圧は０Ｖとなる。そうすると、ｃＭＵＴ３２のメンブレン５に加えられていた力が無くなる。そうすると、ｐＭＵＴ３３側の圧電膜４６への負荷もなくなるので、ｐＭＵＴ３３の圧電効果による電圧信号が発生せず、上部電極３６から帰還信号Ｓ5が出力されない。そうすると、ＦＥＴ３８のゲート電圧＝０になり、ドレイン−ソース間が導通しなくなり、再び、ＤＣ電圧信号Ｓ2がｃＭＵＴ３２の下部電極３４へ印加する。超音波送信の間、この現象が繰り返される。
【００６２】
このように、メンブレン５の面上に積層配置された圧電膜９は、メンブレン５の変形に応じて圧電効果による電圧を発生させる。すなわち、圧電膜９は、メンブレン５の変形を検出することができる。
【００６３】
このようにして、超音波送信時の間、自励発振回路は、帰還信号を正帰還させることにより自励発振回路の共振周波数が得られる。よって、ＭＵＴの振動が共振周波数で安定する。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極３６の上方向に超音波が放射される。
【００６４】
次に、超音波ビーム受信時には、観測装置２２からの制御信号を受信したスイッチ制御信号発生器（不図示）は、ＳＷ制御信号Ｓ3によりスイッチＳＷ４０をＯＦＦ、ＳＷ制御信号Ｓ4によりスイッチＳＷ４１をＯＮにするように制御する。
【００６５】
ＭＵＴ３１が超音波ビームを受信すると、その超音波ビームの振動はｐＭＵＴ３３の圧電膜４６に伝達されて、圧電効果により、電気信号（パルスエコー信号Ｓ6）に変換される。パルスエコー信号Ｓ6は、ＦＥＴ４３のゲート（Ｇ）に入力される。これによって、パルスエコー信号Ｓ6は増幅されて、ＦＥＴ４３のソース（Ｓ）側より出力され、パルスエコー信号Ｓ7として同軸ケーブルを介して観測装置２２へ出力される。
【００６６】
ここで、ＦＥＴ４３は、パルスエコー信号を増幅させる機能、インピーダンス変換を行う機能（高インピーダンス→低インピーダンスへ変換する）、及びＭＵＴ３１の電極表面の電荷の検出を行う機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、ＭＵＴ３１のメンブレン表面より放射された超音波が体腔内で反射され、ＭＵＴ３１がその反射波を受信すると、その反射波の受信強度に応じてメンブレンが振動し、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出したり、また、ｐＭＵＴ３３の圧電効果により発生する電荷を検出したりする機能をいう。
【００６７】
なお、上記では、超音波ビーム受信時には、圧電膜の圧電効果により得られる電圧信号をパルスエコー信号としていたが、さらに、従来と同様にｃＭＵＴの上部電極（図３では、共通接地電極３５）に得られる電荷を取得し、圧電膜より得られる電圧と合わせて検出することにより、受信感度を向上させることができる。
【００６８】
また、ＭＵＴ３１と、帰還信号伝送線３７とＦＥＴ３８との間での正帰還ループにおいては、ＦＥＴ３８とＭＵＴ３１とでそれぞれπずつ（計２π）位相がずれる。このとき、周囲の状況によっては正確に２πずれずに、誤差が生じる場合もある。その場合、その誤差を補正するために、例えば抵抗等の位相調整素子を帰還信号伝送線３７上に追加して位相を調整してもよい。
【００６９】
また、ＭＵＴ３１は、Ｓｉ基板上にマイクロマシンプロセスを用いて製造させることができるので、ＦＥＴ３８，４３、抵抗３９，４２，４４、ＳＷ４０，４１、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５を、ＭＵＴが形成されたＳｉ基板上または内部に形成することができる。そのため、更にコンパクト化が可能となる。
【００７０】
図４は、本実施形態におけるスイッチ（ＳＷ）動作及び超音波送信駆動電圧信号のタイミングチャートを示す。図３を参照しながら、図４について説明する。図４で示すように、ＳＷ４０，ＳＷ４１の切り替えに伴い、超音波送信期間（Ｔ1，Ｔ3，・・・）とエコー信号受信期間（Ｔ2，Ｔ4，・・・）が繰り返される。
【００７１】
タイミングＴ1のとき、ＳＷ制御信号Ｓ3（Ｓ3＝ＯＮ）によりＳＷ４０がＯＮ、ＳＷ制御信号Ｓ4（Ｓ4＝ＯＦＦ）によりＳＷ４１がＯＦＦ状態になる。図３で説明したように、ＭＵＴ３１より超音波信号が出力される。波形５０は、ＭＵＴ３１より送信された超音波の信号波形を示す。図４の下方には、波形５０の拡大図を示す。符号５１で示す波形は、送信された超音波の振幅波形のピーク値を結んだエンベローブ波形を示している。
【００７２】
次に、タイミングＴ2のとき、ＳＷ制御信号Ｓ3（Ｓ3＝ＯＦＦ）によりＳＷ４０がＯＦＦ、ＳＷ制御信号Ｓ4（Ｓ4＝ＯＮ）によりＳＷ４１がＯＮ状態になる。図３で説明したように、ＭＵＴ３１より超音波信号を受信し、圧電膜４６によりその超音波信号を電気信号に変換する。符号５２は、受信されたエコー信号の波形を示す。
【００７３】
なお、同図では、送信超音波信号波形５０とエコー信号波形５２との振幅のスケールは、説明の都合上、同程度に表示されているが、実際は、送信超音波信号波形５０に比べてエコー信号波形５２の振幅のスケールは、かなり小さい。
【００７４】
本実施形態によれば、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子は、第１の電極（下部電極３４）と第２の電極（共通接地電極３５）に交流電圧信号を印加することによって超音波を送信する第１の期間（超音波送信期間）と、超音波受信によって第３の電極（上部電極３６）と第２の電極（共通接地電極３５）との間に発生する電圧を受信信号処理回路へ伝送する第２の期間（エコー信号受信期間）を有する。
【００７５】
また、第１の期間と第２の期間の切り替えは、時間的に反転関係にある一対の電子スイッチＳＷ４０，４１により制御されている。この一対の電子スイッチはマイクロマシンプロセスを用いることにより基板３の表面又は内部に一体的に構成することができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、前記受信信号処理回路がチャージアンプ機能と、電圧増幅機能と、インピーダンス変換機能とを有する。
また、メンブレンの面上に積層させた圧電膜により、メンブレンの変形を検出することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、超音波の出力は、自励発振に起因して向上する。自励発振は振動系が最も効率よく振動する周波数に、帰還信号と位相反転増幅素子（ＦＥＴ３８）とで自律的に設定される。
【００７８】
また、本実施形態によれば、第１の電極と第２の電極に過度信号を印加することによってメンブレンを起振させ、その起振信号を前記圧電膜が検出し、その検出信号を増幅素子に帰還信号として伝達し、該増幅素子と該圧電素子と位相調整素子とで正帰還ループを構成し、自励発振させた超音波振動をメンブレンに発生させ、超音波を送信する第１の期間と、超音波受信によって第３の電極と第２の電極との間に発生する電圧を受信信号処理回路へ伝送する第２の期間を有する様に制御することができる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、増幅素子（ＦＥＴ）、位相調整素子、受信信号処理回路（ＦＥＴ等）、及び一対の電子スイッチをシリコン基板に集積した構造としてもよい。
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、第１の実施形態のＭＵＴに、振動ロスを低減する手段をさらに有しているＭＵＴについて説明する。なお、以下の説明で、上記の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しているので、その詳細は、上記の実施形態を参照されたい。
【００８０】
図５は、本実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。図５のＭＵＴは、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子である。図５のＭＵＴは、図１のＭＵＴのセル間のメンブレンを分離している。この隣接セル間の隙間を隣接セル間隔絶部６０という。
【００８１】
さらに、隣接セル間隔絶部６０の底部６１に隣接セル上部電極ブリッジ配線６５を配設して、隣接するセルの上部電極１０同士をビア配線６４を介して導通させている。また、各セルの下部電極７は、隣接セル下部電極ブリッジ配線６２によりビア配線６３を介して導通している。
【００８２】
本実施形態におけるＭＵＴは、メンブレン５が自由振動した場合に得られる基本振動の節に沿って、支持部４が形成されている。例えば、ＭＵＴを上面から見た場合にメンブレン５の形状が円形である場合、メンブレン５の円の半径をａ（ａ：任意の整数）で表すと、支持部４は、メンブレン５の円の中心から０．６７８ａの位置に沿って設ける（非特許文献１）。
【００８３】
非特許文献１によれば、円形の板の縁が自由な状態にあるものは、振動にあたって同心円形の節線と等間隔に配置する直径節線を生ずる。特に、対称形姿態の場合はＰＯＩＳＳＯＮが１８２９年に解いており、その最低次振動は０．６７８ａ（ａ：円板の半径）の所に節線を生じ、次の姿態は０．３９２ａと０．８４２ａの所に節線を生じる。
【００８４】
このように、各セルのメンブレンが隣接するセルのメンブレンと繋がっていないため、面方向（隣接するメンブレン方向）への振動の散逸が解消される。かつ、基本振動による変位が生じない節の位置でメンブレンを支持しているため、その振動が半導体基板に縦波として漏洩することを防止できる。
【００８５】
なお、このＭＵＴは、第１の実施形態と同様に、図３の回路を適用することができる。したがって、第１の実施形態と同様に、圧電膜９を用いることにより、メンブレン５の変形を検出し、その検出信号を帰還信号として正帰還ループ内で自励発振を発生させることができる。
【００８６】
本実施形態によれば、各セルのメンブレンは、隣接するセルのメンブレンから独立しているので、面方向への振動の散逸を防止することができる。
また、本発明によれば、本来振動しないメンブレンの節の部分でメンブレンを支持するので、メンブレンの振動が支持部を介して漏洩することがなくなる（すなわち、メンブレンの振動ロスがなくなる）ために、高い共振先鋭度Ｑ、すなわちメンブレンの高振動効率（ＨｉｇｈＱ）が得られることとなる。その結果、超音波送信効率が向上する。ここで、共振先鋭度Ｑについて説明する。
【００８７】
「共振先鋭度Ｑ」のＱは“Ｑｕａｕｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ（品質係数）”を表している。そして、振動がロスせず、特定の領域で効率よく持続的に振動が起っている状態（時間軸）をＨｉｇｈＱ振動状態という。この時間軸振動特性を周波数特性に変換した時（フーリエ変換による場合が多い）、特定の周波数（共振周波数）で狭帯域ピーク特性（即ち先鋭度の大きな周波数特性）を示す。即ち振動のロスを小さくすると、それに伴いＱが高くなる。この共振周波数での振動振幅は非共振周波数での振動振幅のＱ倍になり、メンブレンの振動ロスを低減し、Ｑを大きくすることが振動振幅を大きくし、その結果、大きな超音波送信音圧が得られる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、メンブレンの振動が支持部を介して漏洩することがないので、従来生じていた、支持部を通して漏れた振動は縦波となって、シリコン基板の裏面で反射し、その反射波が隣接セルの支持部を通って隣接セルのメンブレン振動に変換されるというクロストーク現象を改善することができる。
【００８９】
本実施形態によれば、自励発振回路を用いることにより、共振周波数でＭＵＴの振動を安定させることができる。また、ＭＵＴは、Ｓｉ基板上にマイクロマシンプロセスを用いて製造させることができるので、ＦＥＴ３８，４３、抵抗３９，４２，４４、ＳＷ４０，４１、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５を、ＭＵＴが形成されたＳｉ基板上または内部に形成することができる。そのため、更にコンパクト化が可能となる。
【００９０】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、高周波成分を除去するフィルタリング機能を有するＭＵＴについて説明する。なお、以下の説明で、上記の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しているので、その詳細は、上記の実施形態を参照されたい。
【００９１】
図６は、本実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。同図は、図３の回路にコンデンサ７０を追加したものである。コンデンサ７０の一方の端子は帰還信号伝送線３７と接続され、他方の端子は接地されている。コンデンサ７０により、帰還信号Ｓ5の高周波成分を除去することができる。
【００９２】
ここで、除去する高周波成分は、高次（３次、５次、・・・等）の振動モードに対応する高周波である。このような高周波は、コンデンサ７０の静電容量を調節することにより、除去することが可能である。その高周波の除去の結果、基本周波数成分のみとして基本振動のみを発生させることができる。
【００９３】
本実施形態によれば、高次の振動を発生させる高周波成分を除去して、基本周波数成分のみとして基本振動のみを発生させることができる。これにより、余分な振動が発生しないため、振動効率が向上する。なお、本実施形態は、第１及び第２の実施形態の両方に適用することができる。
【００９４】
＜第４の実施形態＞
本実施形態では、複数の振動モードのうち基本振動モードでのみ振動するＭＵＴについて説明する。具体的には、本実施形態では、基本振動のみ発生させて、高次の振動モードそのものを発生させないＭＵＴについて説明する。なお、以下の説明で、上記の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しているので、その詳細は、上記の実施形態を参照されたい。
【００９５】
図７は、本実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。図７のＭＵＴは、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子である。同図においてＭＵＴは、半導体基板３、支持部４、メンブレン５、キャビティ６、下部電極７、共通接地電極８、圧電膜９、上部電極１０、絶縁膜１１、拡散層１２、基板貫通孔１３，１９、下部電極接続基板貫通孔配線１４、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５、接地電極パッド１６、下部電極接続電極パッド１７、圧電素子上部電極接続電極パッド１８、ビア配線６４，６６、隣接セル上部電極ブリッジ配線６５、絶縁膜８２から構成されている。
【００９６】
ＭＵＴエレメント２は、半導体基板（Ｓｉ基板）３の表面が酸化膜（ＳｉＯ2）（絶縁膜１１）で被覆されている。各セル１では、各セル１の両端にある支持部４によりメンブレン５を支持している。支持部４は、ＳｉＮまたはＳｉＯ2により形成されている。メンブレン５は、ＳｉＮにより形成されている。
【００９７】
支持部４間における半導体基板３の表面には下部電極７が配設されている。下部電極７の上には、絶縁膜８２が形成されている。キャビティ６は、図７において、メンブレン５と支持部４と絶縁膜８２とで囲まれた空間のことをいう。
【００９８】
半導体基板３には、基板貫通孔１３が貫通している。基板貫通孔１３の側壁は、下部電極接続基板貫通孔配線１４が形成されている。下部電極接続基板貫通孔配線１４は、下部電極７と半導体基板３の下面に設けられた下部電極接続電極パッド１７と導通している。つまり、下部電極接続電極パッド１７は、下部電極７についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【００９９】
メンブレン５の上面には、共通接地電極８が配設され、その上に圧電膜９が形成されている。共通接地電極８は、半導体基板３の上面側に設けられた拡散層１２とビア配線６６を介して導通している。また、半導体基板３の下面側にも拡散層１２が設けられている。半導体基板３の上面側と下面側間の拡散層１２で導通することになる。半導体基板３の下面側の拡散層１２は、接地電極パッド１６と導通している。よって、接地電極パッド１６は、共通接地電極８についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【０１００】
圧電膜９は、材質中に鉛成分を含まないものである。圧電膜９は、例えば、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、またはチタン酸バリウムストロンチウム等から構成されている。
【０１０１】
圧電膜９の上面には、上部電極１０が形成されている。各セルの上部電極１０にはビア配線６４が配設されており、これらは、隣接セル上部電極ブリッジ配線６５により導通している。
【０１０２】
半導体基板３には、基板貫通孔１９が貫通している。基板貫通孔１９の側壁は、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５が形成されている。圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５は、半導体基板３の下面に設けられた圧電素子上部電極接続電極パッド１８と導通している。上部電極１０は、圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５と導通している。つまり、圧電素子上部電極接続電極パッド１８は、上部電極１０についての半導体基板３の下面側の端子となる。
【０１０３】
本実施形態における各セルのメンブレン５は、隣接セル間隔絶部６０により、隣接するセルのメンブレン５から分離されて、独立している。また、本実施形態におけるＭＵＴは、第２の実施形態と同様に、メンブレン５が自由振動した場合に得られる基本振動の節に沿って、支持部４が形成されている。
【０１０４】
絶縁膜８２は、例えば、ＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸バリウムストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を用いることができる。
【０１０５】
図８は、図７のＭＵＴの上面図を示す。図８に示すように、本実施形態のＭＵＴは、上部電極１０をメンブレン５の全面に形成するのではなく、その一部（十字状）に形成させている。
【０１０６】
本実施形態で除去する高周波は、基本周波数の奇数倍（３倍、５倍、・・・等）の周波数のみである。ここで、円板の振動は、基本波だけでなく、奇数倍の周波数でも共振する。その振動の節も基本波の場合と異なっている。圧電膜が屈曲振動すると、基本波の場合、全面で同方向に凸、または凹となるので電極上に発生する圧電電荷の極性は同じある（図９（ａ）参照）。しかし、圧電高次振動は、３次であれば節の内側と外側で凸面の向きが反対となり、発生する電荷は逆となる（図９（ｂ）参照）。
【０１０７】
この両極性の電荷を同じ電極で受けると、電極内でこれらの異極性の電荷はキャンセルし、同時に、この圧電高次振動も制動される。もし、圧電高次振動を含んだ帰還信号を用いると、周波数跳び現象（周囲の状況によって基本振動から高次の圧電振動に遷移する現象）を起こすなど、振動が不安定になり、振動効率の低下や誤動作につながる。
【０１０８】
なお、図８では、上部電極１０の一端をメンブレン５の端部まで伸ばしていないが、これに限定されず、メンブレン５の外縁部まで伸ばしてもよい。また、上部電極１０は、より極端な場合、半径分の長さでもよい（上部電極１０の一端は、メンブレンの外縁部まで延びている必要があり、他端は少なくともメンブレンの中心を通る必要がある。）。また、２ラインによる十字状に限定されず、１ラインでもよいし、３本以上でもよい。また、形状も線形状に限定されず、円形等のその他の形状でもよい。
【０１０９】
なお、図３の回路について図８のＭＵＴを使用してもよい。しかしながら、この場合、図３の回路のうち左半分（エコー信号受信用の機構部分）には適さない。図３の回路の左半分（エコー信号受信用の機構部分）のも適用する場合には、圧電膜９の上部電極１０は十字電極より圧電膜の直径に近い円形電極の方がよい。なぜなら、超音波エコー信号からの圧電変換信号（電荷信号）を大きく取れるので有利となるからである。
【０１１０】
第３の実施形態では、回路的な制御により高周波成分を除去したが、本実施形態では、基本振動のみ発生させて、高次の振動が元々発生しないので、高周波成分そのものが発生することはない。
【０１１１】
＜第５の実施形態＞
本実施形態では、支持部に圧電素子を用いたＭＵＴについて説明する。なお、以下の説明で、上記の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しているので、その詳細は、上記の実施形態を参照されたい。
【０１１２】
図１０は、本実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。図１０のＭＵＴは、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子である。ＭＵＴは、半導体基板３、圧電性支持部９１、メンブレン５、キャビティ６、下部電極７、上部電極１０、絶縁膜１１、絶縁膜８２、圧電性支持部駆動用電極９０から構成されている。なお、同図では、拡散層、基板貫通孔、下部電極接続基板貫通孔配線等は省略している。
【０１１３】
ＭＵＴエレメントは、半導体基板（Ｓｉ基板）３の表面が酸化膜（ＳｉＯ2）（絶縁膜１１）で被覆されている。各セルでは、各セルの両端にある圧電性支持部９１により上部電極１０が配設されたメンブレン５を支持している。メンブレン５は、ＳｉＮにより形成されている。
【０１１４】
圧電性支持部９１間における半導体基板３の表面には下部電極７が電極９０と対向しないように配設され、その上に絶縁膜８２が形成されている。絶縁膜８２の上面に、圧電性支持部駆動用電極９０が形成されている。
【０１１５】
圧電性支持部駆動用電極９０の上面には、圧電性支持部９１が形成されている。圧電性支持部９１は、上部電極１０と接している。キャビティ６は、図１０において、上部電極１０と圧電性支持部９１と絶縁膜８２とで囲まれた空間のことをいう。
【０１１６】
本実施形態における各セルのメンブレン５は、隣接セル間隔絶部６０により、隣接するセルのメンブレン５から分離されて、独立している。また、本実施形態におけるＭＵＴは、第２の実施形態と同様に、メンブレン５が自由振動した場合に得られる基本振動の節に沿って、圧電性支持部９１が形成されている。
【０１１７】
絶縁膜８２は、例えば、ＳｒＴｉＯ3、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3、チタン酸バリウムストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンＴｉＯ2等の高誘電率を有する材料を用いることができる。
【０１１８】
図１１は、本実施形態におけるＭＵＴの動作原理図を示す。図１１のＭＵＴは、図１０のＭＵＴを簡略化して表している。図１１では、圧電性支持部９１がメンブレン５の振動と同期して伸縮することによりメンブレン振動による圧力波を加勢し、より大きな送信超音波を得る動作を示している。
【０１１９】
図１１（ａ）では、静電駆動させるための下部電極７への印加電圧（静電駆動印加電圧）が０Ｖで、圧電駆動させるための圧電性支持部駆動用電極９０への印加電圧（圧電駆動印加電圧）が０Ｖである。したがって、メンブレン５の変位も、圧電性支持部９１の変位も起こっていない。
【０１２０】
図１１（ｂ）では、圧電駆動印加電圧＝０Ｖとし、下部電極７のみに電圧を印加して静電駆動をさせた状態を示す。この場合、静電駆動によりメンブレン５の変位のみ起こっている。符号５−１はメンブレン最大屈曲変位状態を表している。その変位量は符号１０３で表す。このメンブレン５の屈曲変位により、矢印１０１で示す方向に超音波が伝播する。符号１０２は、超音波圧縮波を表している。このとき、圧電素子９１は変位しない。符号１０５は、変位のない状態の圧電素子９１の高さを示している。
【０１２１】
図１１（ｃ）では、下部電極７及び圧電性支持部駆動用電極９０に最大電圧を印加した状態を示す。そうすると、静電駆動及び圧電駆動がともに最大になる。すなわち、メンブレン５の変位が最大となり、圧電性支持部９１の変位も最大となる。符号１０７は、最大の変位状態での圧電性支持部の高さを示している。また、符号１０６で示す超音波圧縮波は、メンブレンの屈曲変位（５−１）と圧電素子の伸張変位（１０７）とが重畳して、超音波圧縮波１０２よりもさらに圧縮されている。
【０１２２】
また、超音波受信時には、メンブレン全体で超音波を受信することになるので、そのメンブレンを支持する圧電性支持部９１にも圧力が加わる。それによって、支持部の圧電効果により電圧が得られる。よって、圧電性支持部９１は、受信超音波の検出にも利用することができる。
【０１２３】
ただし、超音波送信時において、圧電性支持部９１に振動が加わらないため、メンブレンの変位に基づく検出信号が発生しない。よって、帰還信号が得られないために、自励発振回路は自励発振しないので、図３の回路は適用することができない。しかしながら、圧電性支持部９１の位置をメンブレンの端部に位置するようにすれば、図３の回路を用いて帰還信号を利用したり、受信時にパルス信号の尾曳き部と相殺するような振動波形を印加することにより、尾曳き部のダンピングを行い、短いパルス波に変換できる。
【０１２４】
本実施形態によれば、支持部に圧電素子を用いることにより、メンブレンの振動による変位に加えて、圧電素子の励起に基づくメンブレン自体の上下の変位により、出力超音波の出力レベルを向上させることができる。
【０１２５】
＜第６の実施形態＞
本実施形態では、ｃＭＵＴとｐＭＵＴとからなるＭＵＴのメンブレンの支持部として圧電素子を用いたＭＵＴについて説明する。このＭＵＴは、本実施形態は、第１の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせたＭＵＴに相当する。なお、以下の説明で、上記の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しているので、その詳細は、上記の実施形態を参照されたい。
【０１２６】
図１２は、本実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。図１２のＭＵＴは、マイクロマシンプロセスを用いた超音波振動子である。図１２のＭＵＴは、図１のＭＵＴの支持部４を図１０のように圧電素子にしたもの（圧電性支持部９１）である。この圧電性支持部９１を機能させるために、基板３に貫通孔１１２を設け、その壁面に貫通孔配線１１４を形成している。貫通孔配線１１４を介して、圧電性支持部９１と支持部駆動用電極パッド１１３は、導通している。
【０１２７】
圧電性支持部駆動用電極９０は、圧電性支持部９１の上面側の電極としての電極９０１と、下部電極７とは対向しないように配置される配線部９０２とからなる。すなわち、配線部９０２は、下部電極７による電界の干渉を回避するために、キャビティ及び下部電極７の上方に配線しないようにしている。
【０１２８】
圧電性支持部９１の上面側には電極９０１が形成され、下面側には不図示の接地電極（圧電性支持部用接地電極）が形成されている。圧電性支持部駆動用電極９０の上面にメンブレン５が形成されている。
【０１２９】
圧電性支持部駆動用電極９０は、基板３の背面側の電極パッド１１３に貫通孔１１２に配した貫通配線１１４を介して導通しているので、下部電極７への印加電圧とは独立して圧電性支持部駆動用電極９０に駆動電圧を印加できる。なお、これに限定されず、圧電性支持部駆動用電極９０を共通接地電極８と同電位になるように接続し、メンブレン５の屈曲振動と圧電性支持部９１の厚み振動が同期する様に駆動できる構造でも良い。
【０１３０】
なお、図１２では、圧電性支持部駆動用電極９０と圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線１５とは交錯しない様に配置している。また、下部電極７、圧電性支持部駆動用電極９０のキャビティ側の表面両側または一方には図示していない絶縁膜を形成し、両電極間短絡が起こらないようにしている。
【０１３１】
図１３は、本実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。図１３の回路は、図３のＭＵＴ３１を、図１２のＭＵＴに置き換えたものである。
ＭＵＴ１２１は、図１２のＭＵＴを模式的に表したものである。ＭＵＴ１２１は、ｃＭＵＴ１２２とｐＭＵＴ１２３と支持部圧電振動子１２８から構成される。接地電極１２５は、ｃＭＵＴ１２２とｐＭＵＴ１２３についての共通の接地電極である。
【０１３２】
ｃＭＵＴ１２２は、下部電極１２４と共通接地電極１２５から構成される。ｃＭＵＴ１２２は、図１２で言えば、下部電極７とキャビティ６と共通接地電極８により構成されるものに相当する。
【０１３３】
ｐＭＵＴ１２３は、上部電極１２６と圧電膜１３０と共通接地電極１２５から構成される。ｐＭＵＴ１２３は、図１２で言えば、上部電極１０と圧電膜９と共通接地電極８により構成されるものに相当する。
【０１３４】
支持部圧電振動子１２８は、圧電性支持部駆動用電極１２９と圧電膜１３１と圧電性支持部用接地電極１３２から構成される。支持部圧電振動子１２８は、図１２で言えば、圧電性支持部駆動用電極９０と圧電性支持部９１と圧電性支持部用接地電極（不図示）により構成されるものに相当する。
【０１３５】
また、同図において、ＭＵＴ１２１とＦＥＴ３８と帰還信号伝送線３７とにより自励発振回路が構成されている。
次に、本実施形態における体腔内挿入型超音波診断装置１の超音波ビーム送信時と超音波ビーム受信時の動作についてそれぞれ説明する。
【０１３６】
超音波ビーム送信時には、スイッチ制御信号発生器（不図示）は、ＳＷ制御信号Ｓ3によりスイッチＳＷ４０をＯＮ、ＳＷ制御信号Ｓ4によりスイッチＳＷ４１をＯＦＦにするように制御する。
【０１３７】
挿入部２３内部の同軸ケーブルを介して観測装置２２からＡＣ信号（交流電圧信号）Ｓ1が送信され、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５へ入力される。ＡＣ−ＤＣコンバータ４５は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換し、さらに昇圧してＤＣ電圧信号（直流高電圧信号）Ｓ2を出力する。
【０１３８】
ＤＣ電圧Ｓ2は、ＳＷ４０及び抵抗３９を介して、ｃＭＵＴ１２２の下部電極１２４と、支持部圧電振動子１２８の圧電性支持部駆動用電極１２９に印加する。そうすると、下部電極１２４と共通接地電極１２５間に生じる静電力により、メンブレン５が変位する（図１１（ｂ）参照）。また、圧電性支持部駆動用電極１２９と圧電性支持部用接地電極１３２間に印加される電圧により生じる圧電膜１３１の圧電効果により、圧電膜１３１が変位する（図１１（ｃ）参照）。すなわち、第５の実施形態と同様に、メンブレン５の屈曲変位と圧電膜の伸張変位とが重畳する。
【０１３９】
メンブレン５の変位に伴って、メンブレン５の上面に設けられた圧電膜１３０も変位する。そうすると、その圧電膜１３０の変位に起因する圧電効果により電圧信号Ｓ5が発生する。その発生した電圧信号Ｓ5は、帰還信号伝送線３７を通って、帰還信号Ｓ5としてＦＥＴ３８のゲート（Ｇ）に入力される。
【０１４０】
ＦＥＴ３８のゲート（Ｇ）に帰還信号Ｓ5が入力されると、ＦＥＴ３８のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）が導通するため、ｃＭＵＴ１２２の下部電極１２４に印加していた電圧は０Ｖとなる。そうすると、ｃＭＵＴ１２２のメンブレン５に加えられていた力が無くなる。そうすると、ｐＭＵＴ１２３側の圧電膜４６への負荷もなくなるので、ｐＭＵＴ１２３の圧電効果による電圧信号が発生せず、上部電極１２６から帰還信号Ｓ5が出力されない。そうすると、ＦＥＴ３８のゲート電圧＝０になり、ドレイン−ソース間が導通しなくなり、再び、ＤＣ電圧信号Ｓ2がｃＭＵＴ１２２の下部電極１２４へ印加する。超音波送信の間、この現象が繰り返される。
【０１４１】
このようにして、超音波送信時の間、自励発振回路は、帰還信号を正帰還させることにより自励発振回路の共振周波数が得られる。よって、ＭＵＴの振動が共振周波数で安定する。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極３６の上方向に超音波が放射される。
【０１４２】
次に、超音波ビーム受信時には、観測装置２２からの制御信号を受信したスイッチ制御信号発生器（不図示）は、ＳＷ制御信号Ｓ3によりスイッチＳＷ４０をＯＦＦ、ＳＷ制御信号Ｓ4によりスイッチＳＷ４１をＯＮにするように制御する。
【０１４３】
ＭＵＴ１２１が超音波ビームを受信すると、その超音波ビームの振動はｐＭＵＴ１２３の圧電膜１３０に伝達されて、圧電効果により、電気信号（パルスエコー信号Ｓ6）に変換される。パルスエコー信号Ｓ6は、ＦＥＴ４３のゲート（Ｇ）に入力される。そうすると、パルスエコー信号Ｓ6は増幅されて、ＦＥＴ４３のソース（Ｓ）側より出力され、パルスエコー信号Ｓ7として同軸ケーブルを介して観測装置２２へ出力される。
【０１４４】
なお、上記では、超音波ビーム受信時には、圧電膜の圧電効果により得られる電圧信号をパルスエコー信号としていたが、さらに、従来と同様にｃＭＵＴの上部電極（図３では、共通接地電極３５）に得られる電荷を取得し、圧電膜より得られる電圧と合わせて検出することにより、受信感度を向上させることができる。
【０１４５】
図１４は、本実施形態におけるスイッチ（ＳＷ）動作及び超音波送信駆動電圧信号のタイミングチャートを示す。図１３を参照しながら、図１４について説明する。図１４で示すように、超音波送信期間（Ｔ1，Ｔ3，・・・）とエコー信号受信期間（Ｔ2，Ｔ4，・・・）が繰り返される。
【０１４６】
タイミングＴ1のとき、ＳＷ制御信号Ｓ3（Ｓ3＝ＯＮ）によりＳＷ４０がＯＮ、ＳＷ制御信号Ｓ4（Ｓ4＝ＯＦＦ）によりＳＷ４１がＯＦＦ状態になる。図１３で説明したように、ＭＵＴ１２１より超音波信号が出力される。波形１４０は、ＭＵＴ１２１より送信された超音波の信号波形を示す。図１４の下方には、波形１４０の拡大図を示す。符号１４１で示す波形は、送信された超音波の振幅波形のピーク値を結んだエンベローブ波形を示している。
【０１４７】
次に、タイミングＴ2のとき、ＳＷ制御信号Ｓ3（Ｓ3＝ＯＦＦ）によりＳＷ４０がＯＦＦ、ＳＷ制御信号Ｓ4（Ｓ4＝ＯＮ）によりＳＷ４１がＯＮ状態になる。図１３で説明したように、ＭＵＴ１２１より超音波信号を受信し、圧電膜によりその超音波信号を電気信号に変換する。符号１４２は、受信されたエコー信号の波形を示す。
【０１４８】
なお、同図では、送信超音波信号波形１４０とエコー信号波形１４２との振幅のスケールは、説明の都合上、同程度に表示されているが、実際は、送信超音波信号波形１４０に比べてエコー信号波形１４２の振幅のスケールは、かなり小さい。
【０１４９】
本実施形態によれば、第1の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせた効果を得ることができる。すなわち、超音波送信時の間、自励発振回路は、帰還信号を正帰還させることにより自励発振回路の共振周波数が得られる。よって、ＭＵＴの振動が共振周波数で安定する。さらに、メンブレンの振動による変位に加えて、圧電素子の励起に基づくメンブレン自体の上下の変位により、出力超音波の出力レベルを向上させることができる。
【０１５０】
なお、本実施形態では、ｃＭＵＴの下部電極に印加する電圧と圧電性支持部との駆動用電極に印加する電圧を同じにしたが、異なる電圧を印加するようにしてもよい。
以上より、本発明によれば、超音波送信時では、ｃＭＵＴの静電効果とｐＭＵＴの圧電効果の相乗効果により、超音波の出力レベルが向上する。また、超音波受信時では、ｐＭＵＴの圧電効果、または、ｐＭＵＴの圧電効果とｃＭＵＴの静電効果とにより、受信感度が向上する。
【０１５１】
また、本発明にかかるＭＵＴは、Ｓｉ基板上にマイクロマシンプロセスを用いて製造させることができるので、ＦＥＴ３８，４３、抵抗３９，４２，４４、ＳＷ４０，４１、ＡＣ−ＤＣコンバータ４５を、当該ＭＵＴが形成されたＳｉ基板上または内部に形成することができる。そのため、更にコンパクト化が可能となる。
【０１５２】
また、本発明にかかる超音波振動子は、超音波内視鏡、ミニチュア超音波プローブ、血管内超音波プローブ、または超音波カプセル内視鏡として、体腔内超音波診断装置に搭載することができる。
【０１５３】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に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内で種々の構成または形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】第１の実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。
【図２】第１の実施形態におけるＭＵＴを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の構成概要を示す。
【図３】第１の実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。
【図４】第１の実施形態におけるスイッチ（ＳＷ）動作及び超音波送信駆動電圧信号のタイミングチャートを示す。
【図５】第２の実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。
【図６】第３の実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。
【図７】第４の実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。
【図８】図７のＭＵＴの上面図を示す。
【図９】第４の実施形態におけるＭＵＴの原理を説明するための図である。
【図１０】第５の実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。
【図１１】第５の実施形態におけるＭＵＴの動作原理図を示す。
【図１２】第６の実施形態におけるＭＵＴの断面図を示す。
【図１３】第６の実施形態における超音波プローブ２４内の回路構成を示す。
【図１４】第６の実施形態におけるスイッチ（ＳＷ）動作及び超音波送信駆動電圧信号のタイミングチャートを示す。
【符号の説明】
【０１５５】
１      ＭＵＴセル
２      ＭＵＴエレメント
３      半導体基板
４      支持部
５      メンブレン
６      キャビティ
７      下部電極
８      共通接地電極
９      圧電膜
１０    上部電極
１１    絶縁膜
１２    拡散層
１３    基板貫通孔
１４    下部電極接続基板貫通孔配線
１５    圧電素子上部電極接続基板貫通孔配線
１６    接地電極パッド
１７    下部電極接続電極パッド
１８    圧電素子上部電極接続電極パッド
１９    基板貫通孔
２１    体腔内挿入型超音波診断装置
２２    観測装
２３    挿入部
２４    超音波プローブ
２５    湾曲部及び可撓管部
３１    ＭＵＴ
３２    ｃＭＵＴ
３３    ｐＭＵＴ
３４    下部電極
３５    共通接地電極
３６    上部電極３６
３８，４３  ＦＥＴ
３９，４２，４４  抵抗
ＳＷ    ４０，４１
４５    ＡＣ−ＤＣコンバータ
４６    圧電膜
６０    隣接セル間隔絶部
６１    隣接セル間隔絶部底部
６２    隣接セル下部電極ブリッジ配線
６３，６４  ビア配線
６５    隣接セル上部電極ブリッジ配線
７０    コンデンサ
８２    絶縁膜
９０    圧電性支持部駆動用電極
９０１  電極
９０２  配線部
９１    圧電性支持部
１１２  貫通孔
１１３  支持部駆動用電極パッド
１１４  貫通孔配線
１２１  ＭＵＴ
１２２  ｃＭＵＴ
１２３  ｐＭＵＴ
１２４  下部電極
１２５  共通接地電極
１２６  上部電極
１２８  支持部圧電振動子
１２９  圧電性支持部駆動用電極
１３０，１３１  圧電膜
１３２  圧電性支持部用接地電極
【図２】
0004839099.tif 000002
【図３】
0004839099.tif 000003
【図４】
0004839099.tif 000004
【図６】
0004839099.tif 000005
【図９】
0004839099.tif 000006
【図１３】
0004839099.tif 000007
【図１４】
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【図１】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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