(57)【要約】【課題】良好な送受信特性を有し、支持膜の開口対応部位の破損を防止することができる超音波トランスデューサー、超音波プローブおよび超音波検査装置を提供すること。【解決手段】超音波プローブ１０は、開口２１を有する基板２と、前記基板２上に設けられ、前記開口２１を閉塞する支持膜５と、前記支持膜５上に設けられ、かつ、平面視で前記開口２１と重なる領域である開口対応部位上に設けられた圧電素子とを備え、前記支持膜５の前記開口対応部位の中心部の厚さは、前記支持膜５の前記開口対応部位の外縁部の厚さよりも薄い。また、前記支持膜５の前記開口対応部位は、前記支持膜５の前記開口対応部位の中心部側から外縁部側に向かって厚さが漸増する部位を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する基板と、
前記基板上に設けられ、前記開口を閉塞する支持膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ、平面視で前記開口と重なる領域である開口対応部位上に設けられた圧電素子とを備え、
前記支持膜の前記開口対応部位の中心部の厚さは、前記支持膜の前記開口対応部位の外縁部の厚さよりも薄いことを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項２】
前記支持膜の前記開口対応部位は、前記支持膜の前記開口対応部位の前記中心部から前記外縁部に向かって厚さが漸増する部位を有する請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項３】
開口を有する基板と、
前記基板上に設けられ、前記開口を閉塞する支持膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ、平面視で前記開口と重なる領域である開口対応部位上に設けられた圧電素子とを備え、
前記支持膜の前記開口対応部位の前記開口側の面は、湾曲した凹面を有することを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項４】
前記支持膜の前記開口対応部位は、その外縁部に、厚さが一定である厚さ一定部を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項５】
前記厚さ一定部は、前記支持膜の前記開口対応部位の１周に亘って設けられている請求項４に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項６】
前記圧電素子は、前記支持膜上の前記厚さ一定部よりも前記中心部側に設けられている請求項４または５に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項７】
前記支持膜の前記開口対応部位の外縁の厚さをＤ１、前記開口対応部位の重心位置の厚さをＤ２としたとき、Ｄ２／Ｄ１は、０．１以上０．９以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項８】
筐体と、
前記筐体に収納され、請求項１ないし７のいずれかに記載の超音波トランスデューサーとを有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項９】
筐体と、前記筐体に収納され、請求項１ないし７のいずれかに記載の超音波トランスデューサーとを有する超音波プローブと、
前記超音波プローブから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサー、超音波プローブおよび超音波検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の超音波素子を行列状に配置してなる超音波トランスデューサーが知られている。
この超音波トランスデューサーは、複数の開口を有する基板と、その基板上に設けられ、前記各開口を閉塞する支持膜と、その支持膜の前記各開口に対応する部位上に設けられた圧電素子とを備えている。支持膜のうち、平面視で支持膜の開口と一致している部位である開口対応部位により、ダイアフラムが構成される。そして、ダイアフラムとそのダイアフラム上に設けられた圧電素子とで、超音波素子が構成される。
また、超音波トランスデューサーの支持膜の厚さ、すなわち平面視で支持膜の開口と一致している開口対応部位の厚さは、一定に設定されている（例えば、特許文献１参照）。なお、超音波トランスデューサーにおいて、超音波の送信の際は、ダイアフラムが大きく撓み、超音波の受信の際は、ダイアフラムが小さく撓む。
【０００３】
しかしながら、従来の超音波トランスデューサーでは、特に、超音波の送信の際、ダイアフラムを大きく撓むので、これにより、ダイアフラムの外縁部付近において、応力が集中し、割れや欠け等の破損が生じてしまうという問題がある。
一方、ダイアフラムの強度を向上させるために、ダイアフラムの厚さを厚くすると、ダイアフラムが撓み難くなる。これにより、特に、超音波素子で超音波を受信したとき、ダイアフラムの撓み量がさらに小さくなり、これにより、圧電素子に生じる応力が非常に小さくなってしまい、その圧電素子から出力される受信信号のレベルが低下してしまうという問題がある。すなわち、超音波の送受信特性、特に、受信の際の感度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、良好な送受信特性を有し、支持膜の開口対応部位の破損を防止することができる超音波トランスデューサー、超音波プローブおよび超音波検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の超音波トランスデューサーは、開口を有する基板と、
前記基板上に設けられ、前記開口を閉塞する支持膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ、平面視で前記開口と重なる領域である開口対応部位上に設けられた圧電素子とを備え、
前記支持膜の前記開口対応部位の中心部の厚さは、前記支持膜の前記開口対応部位の外縁部の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【０００７】
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部の強度が高くなり、かつ、開口対応部位、特に、開口対応部位の中心部側が撓み易くなり、これによって、良好な送受信特性を有しつつ、開口対応部位の割れや欠け等の破損を防止することができる。
すなわち、超音波の送受信において、特に、送信の際、支持膜の開口対応部位が大きく撓んでも、その開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損を防止することができる。また、支持膜の開口対応部位の中心部が局所的に撓み易くなるので、超音波の送受信において、特に、その開口対応部位の撓み量が小さい受信の際、圧電素子の撓み量を大きくすることができ、これにより、圧電素子に大きな応力が生じ、その圧電素子から出力される受信信号のレベルを向上させることができる。すなわち、超音波の受信の際の感度を向上させることができる。
【０００８】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記支持膜の前記開口対応部位は、前記支持膜の前記開口対応部位の前記中心部から前記外縁部に向かって厚さが漸増する部位を有することが好ましい。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部側から中心部側に向かってその開口対応部位が撓み易くなるので、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
【０００９】
本発明の超音波トランスデューサーは、開口を有する基板と、
前記基板上に設けられ、前記開口を閉塞する支持膜と、
前記支持膜上に設けられ、かつ、平面視で前記開口と重なる領域である開口対応部位上に設けられた圧電素子とを備え、
前記支持膜の前記開口対応部位の前記開口側の面は、湾曲した凹面を有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部の強度が高くなり、かつ、開口対応部位、特に、開口対応部位の中心部側が撓み易くなり、これによって、良好な送受信特性を有しつつ、開口対応部位の割れや欠け等の破損を防止することができる。
すなわち、超音波の送受信において、特に、送信の際、支持膜の開口対応部位が大きく撓んでも、その開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損を防止することができる。また、支持膜の開口対応部位の中心部が局所的に撓み易くなるので、超音波の送受信において、特に、その開口対応部位の撓み量が小さい受信の際、圧電素子の撓み量を大きくすることができ、これにより、圧電素子に大きな応力が生じ、その圧電素子から出力される受信信号のレベルを向上させることができる。すなわち、超音波の受信の際の感度を向上させることができる。
【００１１】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記支持膜の前記開口対応部位は、その外縁部に、厚さが一定である厚さ一定部を有することが好ましい。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記厚さ一定部は、前記支持膜の前記開口対応部位の１周に亘って設けられていることが好ましい。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができる。
【００１２】
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記圧電素子は、前記支持膜上の前記厚さ一定部よりも前記中心部側に設けられていることが好ましい。
これにより、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記支持膜の前記開口対応部位の外縁の厚さをＤ１、前記開口対応部位の重心位置の厚さをＤ２としたとき、Ｄ２／Ｄ１は、０．１以上０．９以下であることが好ましい。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができ、また、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
【００１３】
本発明の超音波プローブは、筐体と、
前記筐体に収納され、本発明の超音波トランスデューサーとを有することを特徴とする。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部の強度が高くなり、かつ、開口対応部位、特に、開口対応部位の中心部側が撓み易くなり、これによって、良好な送受信特性を有しつつ、開口対応部位の割れや欠け等の破損を防止することができる。
すなわち、超音波の送受信において、特に、送信の際、支持膜の開口対応部位が大きく撓んでも、その開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損を防止することができる。また、支持膜の開口対応部位の中心部が局所的に撓み易くなるので、超音波の送受信において、特に、その開口対応部位の撓み量が小さい受信の際、圧電素子の撓み量を大きくすることができ、これにより、圧電素子に大きな応力が生じ、その圧電素子から出力される受信信号のレベルを向上させることができる。すなわち、超音波の受信の際の感度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の超音波検査装置は、筐体と、前記筐体に収納され、本発明の超音波トランスデューサーとを有する超音波プローブと、
前記超音波プローブから送信される信号に基づいて信号処理を行う信号処理部を有する装置本体とを備えることを特徴とする。
これにより、支持膜の開口対応部位の外縁部の強度が高くなり、かつ、開口対応部位、特に、開口対応部位の中心部側が撓み易くなり、これによって、良好な送受信特性を有しつつ、開口対応部位の割れや欠け等の破損を防止することができる。
すなわち、超音波の送受信において、特に、送信の際、支持膜の開口対応部位が大きく撓んでも、その開口対応部位の外縁部付近における割れや欠け等の破損を防止することができる。また、支持膜の開口対応部位の中心部が局所的に撓み易くなるので、超音波の送受信において、特に、その開口対応部位の撓み量が小さい受信の際、圧電素子の撓み量を大きくすることができ、これにより、圧電素子に大きな応力が生じ、その圧電素子から出力される受信信号のレベルを向上させることができる。すなわち、超音波の受信の際の感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の超音波プローブの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーを示す平面図である。
【図３】図２に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図５】図４に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す断面図である。
【図６】図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の超音波検査装置の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の超音波トランスデューサー、超音波プローブおよび超音波検査装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜超音波トランスデューサー、超音波プローブの実施形態＞
図１は、本発明の超音波プローブの実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーを示す平面図、図３は、図２に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す平面図、図４は、図３中のＡ−Ａ線での断面図、図５は、図４に示す超音波トランスデューサーの一部を拡大して示す断面図、図６〜図８は、図１に示す超音波プローブの超音波トランスデューサーの製造方法を説明するための断面図である。
なお、以下では、図３〜図７中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明を行う。
【００１７】
また、図２では、音響整合部、上部電極、下部電極、上部電極用導線、下部電極用導線の一部等の図示を省略し、超音波トランスデューサーを模式的に示している。また、図３では、音響整合部の図示を省略している。また、図６〜図８では、圧電素子を模式的に示している。
また、各図に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸を想定する。Ｘ軸方向が方位方向に対応し、Ｙ軸方向がスライス方向に対応している。
【００１８】
図１に示すように、超音波プローブ１０は、筐体２００と、筐体２００に収納された超音波トランスデューサー１とを有している。超音波トランスデューサー１は、筐体２００の先端部に設置されている。この超音波プローブ１０は、例えば、後述する超音波検査装置１００等、各種の超音波検査装置の超音波プローブとして用いることができる。
また、本実施形態では、超音波トランスデューサー１の表面、すなわち後述する音響整合部６の表面は、外部に露出している。この音響整合部６は、超音波プローブ１０および超音波トランスデューサー１の保護層として機能する。音響整合部６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、シリコーンゴム等、音響インピーダンスが生体とほぼ同等の素材が用いられる。なお、音響整合部６の表面が外部に露出しないように構成してもよい。
【００１９】
検査の際は、超音波プローブ１０は、その音響整合部６の表面を検査対象である生体に当接させて使用する。この場合、超音波トランスデューサー１から音響整合部６に向かって超音波が送出されると、超音波は、音響整合部６を通過して生体内部に伝搬し、生体内の所定の部位で反射した超音波は、音響整合部６を通過して超音波トランスデューサー１に入力される。
また、超音波プローブ１０は、ケーブル２１０を介して、後述する超音波検査装置１００の装置本体３００（図９参照）と電気的に接続される。
【００２０】
図２〜図５に示すように、超音波トランスデューサー１は、基板２と、基板２上に設けられ、超音波の送受信を行う複数（図示の構成では１２個）の超音波素子（超音波振動子）８と、基板２の超音波素子８側に設けられ、各超音波素子８を覆う音響整合部６とを備えている。
基板２の形状は、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で四角形をなしている。なお、基板２の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
また、基板２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体形成素材が用いられる。これにより、エッチング等により容易に加工することができる。
【００２１】
超音波素子８は、ダイアフラム５１と、圧電体（圧電素子）７とにより構成されており、各超音波素子８は、基板２上に行列状に配置されている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って複数（図示の構成では４つ）の超音波素子８が並設され、かつＹ軸方向に沿って複数（図示の構成では３つ）の超音波素子８が並設されている。
圧電体７の形状は、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で円形をなしている。なお、圧電体７の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、四角形（正方形、長方形）、五角形、六角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。なお、圧電体７およびその配線については後で述べる。
【００２２】
また、基板２の各超音波素子８に対応する部位には、それぞれ、その超音波素子８のダイアフラム５１を形成するための開口２１が形成されている。
開口２１の形状は、特に限定されないが、図示の構成では、平面視で円形をなしている。なお、開口２１の平面視での他の形状としては、それぞれ、例えば、四角形（正方形、長方形）、五角形、六角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
【００２３】
そして、基板２上には、支持膜５が形成されており、各開口２１は支持膜５により閉塞されている。この支持膜５のうち、開口２１を閉塞する部位（領域）、すなわち、平面視で支持膜５の開口２１と一致している部位（重なっている部位）である開口対応部位により、ダイアフラム５１が構成される。なお、ダイアフラム５１上には、圧電体７が設けられている。
【００２４】
支持膜５の構成材料としては、特に限定されないが、支持膜５は、例えば、ＳｉＯ２膜とＺｒＯ２層との積層体（２層構造）、ＳｉＯ２膜等により構成される。ここで、ＳｉＯ２層は、基板２がＳｉ基板である場合、基板２の表面を熱酸化処理することで形成することができる。また、ＺｒＯ２層は、ＳｉＯ２層上に、例えばスパッタリング等の手法により形成することができる。ここで、ＺｒＯ２層は、後述する圧電体７の圧電膜７２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層は、圧電膜７２の歪みに対する撓み効率を向上させる等の効果も有している。
【００２５】
図５に示すように、圧電体７は、ダイアフラム５１（支持膜５）上に形成された下部電極７１と、下部電極７１上に形成された圧電膜７２と、圧電膜７２上に形成された上部電極７３とを有している。
また、下部電極７１には、例えば図３に示すように、支持膜５上でＹ軸方向に沿って延出する下部電極用導線７１ａが接続されている。この下部電極用導線７１ａは、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の共通の導線となる。すなわち、下部電極用導線７１ａは、図３、図４に示すように、Ｙ軸方向に隣り合う超音波素子８の下部電極７１に接続されている。これにより、Ｙ軸方向に並ぶ各超音波素子８の集合体を独立して駆動することができる。
【００２６】
また、上部電極７３には、例えば図３に示すように、支持膜５上のＸ軸方向に沿って延出する上部電極用導線７３ａが接続されている。この上部電極用導線７３ａは、Ｘ軸方向に並ぶ各超音波素子８の共通の導線となる。すなわち、上部電極用導線７３ａは、図３に示すように、Ｘ軸方向に隣り合う超音波素子８の上部電極７３に接続されており、その端部において、例えばＧＮＤに接続されている。これにより、各超音波素子８の上部電極７３がアースされることになる。
なお、前記とは逆に、下部電極用導線７１ａをＧＮＤに接続してもよい。
【００２７】
これらの下部電極７１、上部電極７３、下部電極用導線７１ａ、上部電極用導線７３ａの構成材料としては、それぞれ、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、各種の金属材料等を用いることができる。また、下部電極７１、上部電極７３、下部電極用導線７１ａ、上部電極用導線７３ａは、それぞれ、単層であってもよく、また、複数の層を積層してなる積層体であってもよい。具体例としては、例えば、下部電極７１および下部電極用導線７１ａとして、それぞれ、Ｔｉ/Ｉｒ/Ｐｔ/Ｔｉ積層膜を用い、上部電極７３および上部電極用導線７３ａとして、それぞれ、Ｉｒ膜を用いることができる。
【００２８】
圧電膜７２は、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電膜７２としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮（伸縮）することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、ＰＺＴの他、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）等を用いてもよい。
【００２９】
このような超音波素子８では、例えば、装置本体３００（図９参照）により、ケーブル２１０を介して、下部電極７１と上部電極７３との間に電圧を印加することで、圧電膜７２が面内方向に伸縮する。このとき、圧電膜７２の一方の面は、下部電極７１を介して支持膜５に接合され、他方の面には、上部電極７３が形成されている。ここで、上部電極７３上には他の層が形成されないため、圧電膜７２の支持膜５側が伸縮しにくく、上部電極７３側が伸縮し易くなる。このため、圧電膜７２に電圧を印加すると、開口２１側に凸となる撓みが生じ、ダイアフラム５１を撓ませる。したがって、圧電膜７２に交流電圧を印加することで、ダイアフラム５１が膜厚方向に対して振動し、このダイアフラム５１の振動により超音波が送信（発信）される。
この超音波の送信の際は、圧電膜７２に超音波素子８の共振周波数と等しいか、またはその共振周波数に近い周波数の交流電圧を印加し、超音波素子８を共振駆動する。これにより、ダイアフラム５１が大きく撓み、高出力の超音波を送信することができる。
【００３０】
また、超音波素子８で超音波を受信する場合、超音波がダイアフラム５１に入力されると、ダイアフラム５１が膜厚方向に振動する。超音波素子８では、このダイアフラム５１の振動により、圧電膜７２の下部電極７１側の面と上部電極７３側の面とで電位差が発生し、上部電極７３および下部電極７１から圧電膜７２の変位量に応じた受信信号（検出信号）（電流）が出力される。この信号は、ケーブル２１０を介して装置本体３００（図９参照）に送信され、装置本体３００において、その信号に基づいて所定の信号処理等がなされる。これにより、装置本体３００において、超音波画像（電子画像）が形成され、表示される。
また、このような超音波プローブ１０では、Ｘ軸方向に沿って並設された各超音波素子８から超音波を発信させるタイミングを遅延させてずらすことで、所望の方向に超音波の平面波を送信することが可能となる。
【００３１】
さて、図５に示すように、この超音波トランスデューサー１では、平面視で支持膜５の開口２１と一致している開口対応部位、すなわち、ダイアフラム５１の中心部の厚さは、ダイアフラム５１の外縁部の厚さよりも薄く設定されている。この場合、平面視で、支持膜５の開口対応部位の外周端から、開口対応部位の内側、すなわち、重心に向って所定の幅を有する環状の領域Ｘを開口対応部位の外縁部とし、その領域Ｘ（外縁部）を除き、かつ、開口対応部位の重心位置を含む所定の面積の領域Ｙを開口対応部位の中心部とする。
【００３２】
本実施形態では、ダイアフラム５１は、その外縁部に、厚さが一定である厚さ一定部５１１を有している。この厚さ一定部５１１は、ダイアフラム５１の１周に亘って設けられている。すなわち、厚さ一定部５１１は、平面視で環状をなしている。また、ダイアフラム５１は、厚さ一定部５１１に連続し、ダイアフラム５１の重心（中心部）から外縁部に向かって厚さが漸増する厚さ漸増部５１２を有している。すなわち、ダイアフラム５１の下面側には、お椀型に湾曲した湾曲面（湾曲した凹面）を有する凹部５２が形成されている。
これにより、ダイアフラム５１の外縁部、すなわち厚さ一定部５１１の強度が高くなり、かつ、ダイアフラム５１の厚さ漸増部５１２、特に、厚さ漸増部５１２の中心部側が撓み易くなり、これによって、良好な送受信特性を有しつつ、ダイアフラム５１の割れや欠け等の破損を防止することができる。
【００３３】
すなわち、超音波の送受信において、特に、送信の際、超音波素子８の共振駆動によりダイアフラム５１が大きく撓んでも、そのダイアフラム５１の外縁部付近における割れや欠け等の破損を防止することができる。また、ダイアフラム５１の中心部が局所的に撓み易くなるので、超音波の送受信において、特に、そのダイアフラム５１の撓み量が小さい受信の際、圧電体７の撓み量を大きくすることができ、これにより、圧電体７に大きな応力が生じ、その圧電体７から出力される受信信号のレベルを向上させることができる。すなわち、超音波の受信の際の感度を向上させることができる。
また、圧電体７は、ダイアフラム５１上の厚さ一定部５１１よりも中心部側に配置されている。これにより、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
【００３４】
ここで、ダイアフラム５１（支持膜５）の寸法は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜決定されるものであるが、ダイアフラム５１の厚さ一定部５１１（外縁）の厚さをＤ１、ダイアフラム５１の平面視での重心位置（中心）の厚さをＤ２、としたとき、Ｄ２／Ｄ１は、０．１以上０．９以下であることが好ましい。これにより、ダイアフラム５１の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができ、また、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
【００３５】
また、ダイアフラム５１の厚さ一定部５１１（外縁）の厚さＤ１は、０．４μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、ダイアフラム５１の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができる。
また、ダイアフラム５１の重心位置の厚さＤ２は、０．１５μｍ以上１．３５μｍ以下であることが好ましい。これにより、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
【００３６】
また、平面視で、ダイアフラム５１の厚さ一定部５１１の面積をＳ１、厚さ漸増部５１２の面積をＳ２としたとき、Ｓ１／Ｓ２は、０．０２以上０．２５以下であることが好ましい。これにより、ダイアフラム５１の外縁部付近における割れや欠け等の破損をより確実に防止することができ、また、超音波の受信の際の感度をより確実に向上させることができる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム５１は、厚さ一定部５１１を有しているが、その厚さ一定部５１１を省略してもよい。
【００３７】
次に、超音波トランスデューサー１の製造方法における基板２および支持膜５の加工方法、すなわち基板２の各開口２１および支持膜５（各ダイアフラム５１）の各凹部５２の形成方法の１例を説明する。なお、ここでは、１例として、基板２をＳｉで構成し、支持膜５をＳｉＯ２で構成する場合を例に挙げて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、各開口２１が未形成の基板２上に、各凹部５２が未形成の支持膜５が設けられ、その支持膜５上に、各圧電体７が設けられた構造体を製造する。なお、この構造体の製造方法としては、例えば、従来公知の方法等を用いることができるので、その説明は省略する。
【００３８】
次に、基板２および支持膜５の各圧電体７に対応する各部位に、それぞれ、加工を施し、基板２に各開口２１を形成するとともに、支持膜５に各凹部５２を形成して各ダイアフラム５１を形成する。なお、各開口２１の形成方法は同様であり、また、各凹部５２の形成方法は同様であるので、以下では、代表的に、１つの開口２１の形成方法および１つの凹部５２の形成方法について説明する。
【００３９】
まず、図６（ｂ）に示すように、基板２の開口２１を形成する部位を除いて、その基板２の上面に、レジスト膜９１を形成する。
次に、図６（ｃ）〜図６（ｄ）、図７（ａ）〜図７（ｃ）、図８に示すように、基板２に対して、レジスト膜９１をマスクとして、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に複数回繰り返すボッシュプロセス（サイクルエッチング）により、開口２１を形成する。また、このボッシュプロセスには、誘導結合型（ＩＣＰ）反応性イオンエッチング装置を用いる。すなわち、エッチング処理においては、誘導結合型反応性イオンエッチング装を用いて、基板２に対して、誘導結合型反応性イオンエッチングを行い、その後、誘導結合型反応性イオンエッチング装を用いて、基板２に対して、保護膜９２を形成する。
なお、図６および図７には、エッチング処理を３回、保護膜９２の形成を２回まで行った場合が図示されているが、エッチング処理、保護膜９２の形成の回数は、それぞれ、その回数に限定されるものではなく、実際の回数は、もっと多くなる。
【００４０】
ここで、前記エッチング処理では、処理ガスとして、例えば、ＳＦ６とＯ２との混合ガスを用いる。
また、エッチング処理の際の処理ガスの流量は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることが好ましく、２００ｓｃｃｍ以上７００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることがより好ましい。
【００４１】
また、エッチング処理の処理時間は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１秒以上２０秒以下の範囲内に設定されることが好ましい。
また、エッチング処理の際の誘導結合プラズマのコイルパワーは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、３００Ｗ以上３０００Ｗ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【００４２】
また、前記保護膜９２を形成する際は、処理ガスとして、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用いる。
また、保護膜９２を形成する際の処理ガスの流量は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、５０ｓｃｃｍ以上６００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【００４３】
また、保護膜９２を形成している時間は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、０．５秒以上１０秒以下の範囲内に設定されることが好ましい。
また、保護膜９２を形成する際の誘導結合プラズマのコイルパワーは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１００Ｗ以上２５００Ｗ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
なお、基板２をＳｉで構成することにより、その基板２の上面および下面に対して垂直な開口２１が形成される。
【００４４】
次に、図８に示すように、支持膜５に対して、レジスト膜９１をマスクとして、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に複数回繰り返すボッシュプロセスにより、凹部５２を形成する。また、このボッシュプロセスには、誘導結合型（ＩＣＰ）反応性イオンエッチング装置を用いる。すなわち、エッチング処理においては、誘導結合型反応性イオンエッチング装を用いて、支持膜５に対して、誘導結合型反応性イオンエッチングを行い、その後、誘導結合型反応性イオンエッチング装を用いて、支持膜５に対して、図示しない保護膜を形成する。
【００４５】
ここで、前記エッチング処理では、処理ガスとして、例えば、ＳＦ６とＯ２との混合ガスを用いる。
また、エッチング処理の際の処理ガスの流量は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることが好ましく、２００ｓｃｃｍ以上７００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることがより好ましい。
【００４６】
また、エッチング処理の処理時間は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１秒以上２０秒以下の範囲内に設定されることが好ましい。
また、エッチング処理の際の誘導結合プラズマのコイルパワーは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、３００Ｗ以上３０００Ｗ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【００４７】
また、前記保護膜を形成する際は、処理ガスとして、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用いる。
また、保護膜を形成する際の処理ガスの流量は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、５０ｓｃｃｍ以上６００ｓｃｃｍ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
また、保護膜を形成している時間は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、０．５秒以上１０秒以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【００４８】
また、保護膜を形成する際の誘導結合プラズマのコイルパワーは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、１００Ｗ以上２５００Ｗ以下の範囲内に設定されることが好ましい。
なお、支持膜５をＳｉＯ２で構成することにより、お椀型に湾曲した湾曲面を有する凹部５２が形成される。
【００４９】
次に、レジスト膜９１を除去する。
以上のようにして、超音波トランスデューサー１が製造される。
なお、凹部５２の湾曲の度合い等の凹部５２の形状については、例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比等を調整することにより、適宜設定することができる。
また、厚さ一定部５１１を形成するか否かや、厚さ一定部５１１を形成する場合のその厚さ一定部５１１の寸法等については、例えば、エッチング処理における処理ガスの流量、エッチング処理の処理時間、エッチング処理における誘導結合プラズマのコイルパワー、保護膜を形成する際の処理ガスの流量、保護膜を形成している時間、保護膜を形成する際の誘導結合プラズマのコイルパワー等を調整することにより、適宜設定することができる。
以上説明したような超音波プローブ１０は、超音波検査装置に好適に適用することができる。
【００５０】
次に、支持膜５に厚さ一定部５１１を形成する場合の各処理の条件の一例と、支持膜５に厚さ一定部５１１を形成しない場合の各処理の条件の一例とを示す。なお、これらの条件は、それぞれ、基板２の厚さを２００μｍとし、基板２の構成材料としてＳｉを用い、支持膜５の構成材料として、ＳｉＯ２を用いた場合のものである。
【００５１】
（１）支持膜５に厚さ一定部５１１を形成する場合
まず、基板２に対してのエッチング処理では、処理ガスとしてＳＦ６とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を４５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを２５００Ｗとする。
また、基板２に対して保護膜９２を形成する際は、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを１５００Ｗとする。
そして、エッチング処理の処理時間を１０秒、保護膜９２を形成している時間を６秒とし、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に、合計で３６分行う。
【００５２】
次に、支持膜５に対してのエッチング処理では、処理ガスとしてＳＦ６とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を４５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを２５００Ｗとする。
また、支持膜５に対して保護膜９２を形成する際は、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを１５００Ｗとする。
そして、エッチング処理の処理時間を１０秒、保護膜９２を形成している時間を６秒とし、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に、合計で１４分２４秒行う。以上で、処理を終了する。
【００５３】
（２）支持膜５に厚さ一定部５１１を形成しない場合
まず、基板２に対してのエッチング処理では、処理ガスとしてＳＦ６とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を４５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを２５００Ｗとする。
また、基板２に対して保護膜９２を形成する際は、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを１５００Ｗとする。
そして、エッチング処理の処理時間を１０秒、保護膜９２を形成している時間を６秒とし、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に、合計で３６分行う。
【００５４】
次に、支持膜５に対してのエッチング処理では、処理ガスとしてＳＦ６とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を４５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを２０００Ｗとする。
また、支持膜５に対して保護膜９２を形成する際は、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスを用い、処理ガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、コイルパワーを１５００Ｗとする。
そして、エッチング処理の処理時間を５秒、保護膜９２を形成している時間を３秒とし、エッチング処理と、保護膜９２の形成とを交互に、合計で２０分行う。以上で、処理を終了する。
【００５５】
＜超音波検査装置の実施形態＞
図９は、本発明の超音波検査装置の実施形態を示すブロック図である。
図９に示すように、超音波検査装置１００は、前述した超音波プローブ１０と、超音波プローブ１０とケーブル２１０を介して電気的に接続される装置本体３００とを備えている。
【００５６】
装置本体３００は、制御部（制御手段）３１０と、駆動信号発生部３２０と、検出信号処理部３３０と、画像信号処理部３４０と、画像表示部（表示手段）３５０とを備えている。なお、検出信号処理部３３０および画像信号処理部３４０により、信号処理部が構成される。
制御部３１０は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、駆動信号発生部３２０、画像信号処理部３４０等、装置本体３００全体の制御を行う。また、画像表示部３５０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ等のディスプレイ装置で構成されている。
【００５７】
次に、超音波検査装置１００の動作について説明する。
検査の際は、超音波プローブ１０の音響整合部６の表面を検査対象である生体に当接し、超音波検査装置１００を作動させる。
まず、制御部３１０が駆動信号発生部３２０に送信命令を出力すると、駆動信号発生部３２０は、各超音波素子８に対して、それぞれ、所定のタイミングで、その超音波素子８を駆動する駆動信号を送信する。これにより、各超音波素子８が、それぞれ、所定のタイミングで駆動する。これによって、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサー１から超音波が発信される。
【００５８】
発信された超音波は、生体内部に伝搬し、生体内の所定の部位で反射した超音波は、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサー１に入力される。
そして、超音波トランスデューサー１からは、入力した超音波に応じた検出信号が出力される。この検出信号は、ケーブル２１０を介して装置本体３００の検出信号処理部３３０に送信され、検出信号処理部３３０において、所定の信号処理が施され、検出信号処理部３３０に含まれている図示しないＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換される。
【００５９】
検出信号処理部３３０から出力されたディジタル信号は、画像信号処理部３４０に入力され、フレームタイミング信号に同期して、画像信号処理部３４０に含まれている図示しない１次記憶部に面データとして順次記憶される。画像信号処理部３４０は、各面データに基づいて、２次元または３次元の画像データを再構成するととともに、画像データに対して、例えば、補間、レスポンス強調処理、階調処理等の画像処理を施す。画像処理が施された画像データは、画像信号処理部３４０に含まれている図示しない２次記憶部に記憶される。
そして、画像処理が施された画像データは、画像信号処理部３４０の２次記憶部から読みだされ、画像表示部３５０に入力される。画像表示部３５０は、画像データに基づいて画像を表示する。医師等の医療従事者は、前記画像表示部３５０に表示された画像を見て、診断等を行う。
【００６０】
以上、本発明の超音波トランスデューサー、超音波プローブおよび超音波検査装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
なお、前記実施形態では、超音波素子の数、すなわち、圧電素子および支持膜の開口対応部位の数は、それぞれ、複数であるが、本発明では、これに限らず、単数であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…超音波トランスデューサー  ２…基板  ２１…開口  ５…支持膜  ５１…ダイアフラム  ５１１…厚さ一定部  ５１２…厚さ漸増部  ５２…凹部  ６…音響整合部  ７…圧電体  ７１…下部電極  ７１ａ…下部電極用導線  ７２…圧電膜  ７３…上部電極  ７３ａ…上部電極用導線  ８…超音波素子  ９１…レジスト膜  ９２…保護膜  １０…超音波プローブ  １００…超音波検査装置  ２００…筐体  ２１０…ケーブル  ３００…装置本体  ３１０…制御部  ３２０…駆動信号発生部  ３３０…検出信号処理部  ３４０…画像信号処理部  ３５０…画像表示部  Ｘ、Ｙ…領域
【図１】
2013243512.tif 000003
【図２】
2013243512.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013243512.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013243512.tif 000008
【図７】
2013243512.tif 000009
【図８】
2013243512.tif 000010
【図９】
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