關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的交叉引用

于2016年3月9日提交的日本專利申請(qǐng)no.2016-045884的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。

本發(fā)明涉及超聲波器件、超聲波模塊及超聲波測(cè)定裝置。

背景技術(shù)：

目前，已知具備振動(dòng)膜和作為使振動(dòng)膜振動(dòng)的振子而設(shè)置于振動(dòng)膜上的壓電元件的壓電器件(例如專利文獻(xiàn)1)。該壓電器件通過驅(qū)動(dòng)壓電元件而使振動(dòng)膜振動(dòng)來發(fā)送超聲波，并通過使用壓電元件檢測(cè)超聲波引起的振動(dòng)膜的振動(dòng)來接收超聲波。

專利文獻(xiàn)1所記載的壓電器件還具備設(shè)于振動(dòng)膜上的聲匹配層和設(shè)于聲匹配層上的、具有接近作為測(cè)定對(duì)象的生物體的聲阻抗的聲透鏡。該壓電器件在將聲透鏡抵接于生物體等測(cè)定對(duì)象的狀態(tài)下發(fā)送和接收超聲波。例如，通過壓電元件的驅(qū)動(dòng)而發(fā)送的超聲波在聲匹配層和聲透鏡內(nèi)傳播后，從聲透鏡的表面輸出至生物體內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2015-195351號(hào)公報(bào)

在此，如上所述，在層疊聲匹配層和聲透鏡的構(gòu)成中，存在從振子發(fā)送的超聲波的一部分(以下，也稱為“第一波”)從聲透鏡輸出至測(cè)定對(duì)象，另一部分在聲匹配層與聲透鏡的界面反射的情況。在這種情況下，擔(dān)心在界面上反射的界面反射波在振子中反射至聲透鏡一側(cè)，從聲透鏡輸出至生物體，從而距離分辨率(distanceresolution)下降。

即，界面反射波比第一波延遲對(duì)應(yīng)于聲匹配層的厚度的時(shí)間地射出至測(cè)定對(duì)象。因而，在測(cè)定對(duì)象上反射的第一波和在測(cè)定對(duì)象上反射的界面反射波在不同的時(shí)機(jī)被檢測(cè)到。在這種情況下，存在用壓電器件接收到超聲波時(shí)所輸出的接收信號(hào)產(chǎn)生所謂的拖尾(tailing)，即除檢測(cè)對(duì)應(yīng)于第一波的峰值外，還檢測(cè)對(duì)應(yīng)于界面反射波的峰值，導(dǎo)致距離分辨率下降的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供能夠提高距離分辨率的作為以下方式或應(yīng)用例的超聲波器件、超聲波模塊及超聲波測(cè)定裝置。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波器件，其特征在于，具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層由包括第一層和第二層的偶數(shù)層構(gòu)成，所述第二層的聲阻抗小于所述第一層和所述聲透鏡的聲阻抗，在所述聲匹配層中，從所述振動(dòng)膜朝所述聲透鏡依次配置所述第一層和所述第二層，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述第一層和所述第二層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，聲匹配層從振動(dòng)膜一側(cè)起依次配置有第一層和第二層，并由偶數(shù)層構(gòu)成。在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，這些第一層和第二層中各層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。另外，第二層的聲阻抗小于第一層和聲透鏡的聲阻抗。即，在本應(yīng)用例中，聲匹配層由偶數(shù)層構(gòu)成，各層相對(duì)于相鄰層的聲阻抗的關(guān)系是從振動(dòng)膜朝著聲透鏡由大變小。

在這樣的構(gòu)成中，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面、聲匹配層間的界面上產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波如上述那樣遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

也就是說，如果從聲阻抗大的第一介質(zhì)(媒質(zhì))朝聲阻抗小的第二介質(zhì)傳播的超聲波在第一介質(zhì)與第二介質(zhì)的界面處反射，則超聲波的相位反轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)來自聲匹配層(第一層)的超聲波在與超聲波換能器(振動(dòng)膜)的界面反射時(shí)以及當(dāng)來自第一層的超聲波在與第二層的界面反射時(shí)，超聲波的相位反轉(zhuǎn)。這時(shí)，在本應(yīng)用例中，由于各聲匹配層的厚度為λ/4的奇數(shù)倍，因此如上述那樣相位反轉(zhuǎn)的超聲波和相位未反轉(zhuǎn)的超聲波相互抵消(cancelout)。因而，能夠抑制位于超聲波換能器和聲透鏡之間的各界面上的界面反射波從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，所述聲匹配層具有一層所述第一層和一層所述第二層。

在本應(yīng)用例中，聲匹配層由雙層構(gòu)成。在這樣的構(gòu)成中，例如與聲匹配層由四層以上構(gòu)成的情況相比，能夠使聲匹配層整體的厚度變薄，能夠抑制從聲透鏡射出的超聲波的衰減。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波器件，其特征在于，具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層的聲阻抗小于所述聲透鏡的聲阻抗，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。另外，聲匹配層的聲阻抗小于聲透鏡的聲阻抗。

在這樣的構(gòu)成中，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面處產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。即，與上述應(yīng)用例同樣，能夠使界面反射波的相位成為與上述第一波相反的相位，能夠用第一波抵消界面反射波。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，還具備：中間層，配置于所述聲匹配層和所述聲透鏡之間，所述中間層由包括第一中間層和第二中間層的偶數(shù)層構(gòu)成，所述第一中間層的聲阻抗大于所述聲匹配層的聲阻抗，所述第二中間層的聲阻抗小于所述第一中間層和所述聲透鏡的聲阻抗，在所述中間層中，從所述振動(dòng)膜朝所述聲透鏡依次配置所述第一中間層和所述第二中間層，所述第一中間層和所述第二中間層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，中間層配置于聲匹配層和聲透鏡之間。該中間層從聲匹配層一側(cè)起依次配置有第一中間層和第二中間層，并由偶數(shù)層構(gòu)成。另外，第一中間層的聲阻抗大于聲匹配層的聲阻抗，第二中間層的聲阻抗小于第一中間層和聲透鏡的聲阻抗。另外，在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，第一中間層和第二中間層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。

在這樣的構(gòu)成中，與上述應(yīng)用例同樣，即使在聲匹配層與中間層的界面、第一中間層與第二中間層的界面、中間層與聲透鏡的界面處產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波遲于上述第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，所述中間層具有一層所述第一中間層和一層所述第二中間層。

在本應(yīng)用例中，中間層由雙層構(gòu)成。在這樣的構(gòu)成中，例如與中間層由四層以上構(gòu)成的情況相比，能夠使中間層整體的厚度變薄，能夠抑制第一波衰減。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，所述振動(dòng)膜具有平面狀的所述第一面，所述聲匹配層的所述振動(dòng)膜一側(cè)的面和所述聲透鏡一側(cè)的面以及所述聲透鏡的所述聲匹配層一側(cè)的面平行于所述第一面。

在本應(yīng)用例中，振動(dòng)膜具有平面狀的第一面，各界面是平面狀且平行于第一面。由此，例如與界面并非平面狀的情況相比，無論各界面的面方向上的界面反射波的反射位置如何，都能更可靠地抵消該界面反射波，能夠提高距離分辨率。即，在界面非平面狀且不平行的情況下，界面反射波向與反射位置相應(yīng)的方向反射，傳播距離根據(jù)反射位置而變化。由此，擔(dān)心再次入射至界面時(shí)的界面反射波的相位未成為與第一波相反的相位，界面反射波未被抵消。在本應(yīng)用例中，由于界面反射波向界面的法線方向反射，而與反射位置無關(guān)，因此能夠抑制上述不良情況的出現(xiàn)，能夠利用第一波更可靠地抵消界面反射波。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，所述超聲波換能器具備壓電元件，所述壓電元件設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面相反側(cè)的第二面一側(cè)。

在本應(yīng)用例中，超聲波換能器在振動(dòng)膜的設(shè)有聲匹配層的第一面相反一側(cè)的第二面上設(shè)置有壓電元件。通過驅(qū)動(dòng)該壓電元件，能夠使振動(dòng)膜振動(dòng)而從第一面一側(cè)發(fā)送超聲波。

在這樣的構(gòu)成中，由于聲匹配層與超聲波換能器的界面由平面狀的第一面形成，因此能夠提高聲匹配層與超聲波換能器的界面的平坦性。因而，能夠使界面間的距離更均勻，能夠更可靠地抵消界面反射波。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，優(yōu)選地，所述超聲波換能器具有支撐所述振動(dòng)膜的基板，所述基板具有開口部，所述開口部由所述振動(dòng)膜堵塞，并在與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)開口，所述聲匹配層的至少一部分配置于所述開口部?jī)?nèi)。

在本應(yīng)用例中，超聲波換能器具有基板，基板具有由振動(dòng)膜堵塞的開口部，并堵塞該振動(dòng)膜。另外，與振動(dòng)膜相鄰的聲匹配層的至少一部分配置于開口部?jī)?nèi)。在這樣的構(gòu)成中，例如通過在聲匹配層由單層形成的情況下將整個(gè)聲匹配層配置于開口部?jī)?nèi)，在聲匹配層由多層形成的情況下將振動(dòng)膜一側(cè)的一層配置于開口部?jī)?nèi)，從而能夠并且容易地根據(jù)開口部的厚度調(diào)整聲匹配層的厚度。

在本應(yīng)用例的超聲波器件中，其特征在于，所述超聲波器件還具備：調(diào)整部件，配置于所述基板的所述聲透鏡一側(cè)，用于調(diào)整所述聲匹配層的厚度。

在本應(yīng)用例中，具備調(diào)整聲匹配層的厚度的調(diào)整部件。在這樣的構(gòu)成中，例如通過調(diào)整調(diào)整部件的厚度，能夠容易地調(diào)整聲匹配層的厚度。另外，容易使聲匹配層的厚度為合適的值。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波模塊，其特征在于，具備超聲波器件和供所述超聲波器件設(shè)置的電路基板，所述超聲波器件具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，所述超聲波換能器從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層由包括第一層和第二層的偶數(shù)層構(gòu)成，所述第二層的聲阻抗小于所述第一層和所述聲透鏡的聲阻抗，在所述聲匹配層中，從所述振動(dòng)膜朝所述聲透鏡依次配置所述第一層和所述第二層，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述第一層和所述第二層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，聲匹配層從振動(dòng)膜一側(cè)起依次配置有第一層和第二層，并由偶數(shù)層構(gòu)成。在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，這些第一層和第二層中各層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。另外，第二層的聲阻抗小于第一層和聲透鏡的聲阻抗。

在這樣的構(gòu)成中，與上述超聲波器件所涉及的應(yīng)用例同樣，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面、聲匹配層間的界面上產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波如上述那樣遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波模塊，其特征在于，具備超聲波器件和供所述超聲波器件設(shè)置的電路基板，所述超聲波器件具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，所述超聲波換能器從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層的聲阻抗小于所述聲透鏡的聲阻抗，并且，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。另外，聲匹配層的聲阻抗小于聲透鏡的聲阻抗。在這樣的構(gòu)成中，與上述超聲波器件所涉及的應(yīng)用例同樣，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面上產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波測(cè)定裝置，其特征在于，具備：超聲波器件和控制所述超聲波器件的控制部，所述超聲波器件具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，所述超聲波換能器從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層由包括第一層和第二層的偶數(shù)層構(gòu)成，所述第二層的聲阻抗小于所述第一層和所述聲透鏡的聲阻抗，在所述聲匹配層中，從所述振動(dòng)膜朝所述聲透鏡依次配置所述第一層和所述第二層，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述第一層和所述第二層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，聲匹配層從振動(dòng)膜一側(cè)起依次配置有第一層和第二層，并由偶數(shù)層構(gòu)成。在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，這些第一層和第二層中各層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。另外，第二層的聲阻抗小于第一層和聲透鏡的聲阻抗。

在這樣的構(gòu)成中，與上述超聲波器件所涉及的應(yīng)用例同樣，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面、聲匹配層間的界面上產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波如上述那樣遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

一應(yīng)用例所涉及的超聲波測(cè)定裝置，其特征在于，具備：超聲波器件和控制所述超聲波器件的控制部，所述超聲波器件具備：超聲波換能器，具有振動(dòng)膜，所述超聲波換能器從所述振動(dòng)膜的第一面一側(cè)發(fā)送超聲波；聲匹配層，設(shè)置于所述振動(dòng)膜的所述第一面一側(cè)；以及聲透鏡，設(shè)置于所述聲匹配層的與所述振動(dòng)膜相反的一側(cè)，所述聲匹配層的聲阻抗小于所述聲透鏡的聲阻抗，并且，在將所述超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，所述聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。

在本應(yīng)用例中，在將從超聲波換能器發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，聲匹配層具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。另外，聲匹配層的聲阻抗小于聲透鏡的聲阻抗。

在這樣的構(gòu)成中，與上述超聲波器件所涉及的應(yīng)用例同樣，即使在聲匹配層與聲透鏡的界面上產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制該界面反射波遲于第一波地從聲透鏡射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

附圖說明

圖1是示出第一實(shí)施方式的超聲波裝置的簡(jiǎn)要構(gòu)成的圖。

圖2是示出第一實(shí)施方式中的超聲波傳感器的簡(jiǎn)要構(gòu)成的平面圖。

圖3是從密封板一側(cè)觀察第一實(shí)施方式中的超聲波器件的元件基板的平面圖。

圖4是沿圖3的a-a線截?cái)喑暡ㄆ骷r(shí)的截面圖。

圖5是示出第一實(shí)施方式中的超聲波器件的簡(jiǎn)要構(gòu)成的截面圖。

圖6是示出由從第一實(shí)施方式的超聲波器件和比較例的超聲波器件發(fā)送的超聲波引起的聲壓變動(dòng)的圖。

圖7是示出由從第一實(shí)施方式的超聲波器件和比較例的超聲波器件發(fā)送的超聲波引起的聲壓變動(dòng)的圖。

圖8是示出第一實(shí)施方式的超聲波器件的一例制造方法的流程圖。

圖9是示出第一實(shí)施方式的超聲波器件的制造工序的圖。

圖10是示出第一實(shí)施方式的超聲波器件的制造工序的圖。

圖11是示出第一實(shí)施方式的超聲波器件的制造工序的圖。

圖12是示出第二實(shí)施方式的超聲波器件的簡(jiǎn)要構(gòu)成的截面圖。

圖13是示出由從第二實(shí)施方式的超聲波器件和比較例的超聲波器件發(fā)送的超聲波引起的聲壓變動(dòng)的圖。

圖14是示出第三實(shí)施方式的超聲波器件的簡(jiǎn)要構(gòu)成的截面圖。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施方式

下面，基于附圖，說明第一實(shí)施方式的超聲波裝置。

超聲波測(cè)定裝置的構(gòu)成

圖1是示出本實(shí)施方式的超聲波測(cè)定裝置1的簡(jiǎn)要構(gòu)成的立體圖。

本實(shí)施方式的超聲波測(cè)定裝置1相當(dāng)于電子設(shè)備，如圖1所示，其具備超聲波探測(cè)器2和經(jīng)由電纜3而電連接于超聲波探測(cè)器2的控制裝置10。

該超聲波測(cè)定裝置1的超聲波探測(cè)器2抵接于生物體(例如人體)的表面，并從超聲波探測(cè)器2向生物體內(nèi)送出超聲波。另外，利用超聲波探測(cè)器2接收由生物體內(nèi)的器官反射的超聲波，并基于該接收信號(hào)，例如獲取生物體內(nèi)的內(nèi)部斷層圖像、或者測(cè)定生物體內(nèi)的器官的狀態(tài)(例如血流等)。

控制裝置的構(gòu)成

如圖1所示，控制裝置10例如具備操作部11和顯示部12。另外，雖省略圖示，但控制裝置10具備由存儲(chǔ)器等構(gòu)成的存儲(chǔ)部和由cpu(中央處理單元：centralprocessingunit)等構(gòu)成的運(yùn)算部。另外，控制裝置10通過運(yùn)算部讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的各種程序，從而例如輸出用于控制超聲波探測(cè)器2的驅(qū)動(dòng)的指令，或者基于從超聲波探測(cè)器2輸入的接收信號(hào)，形成生物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像并將其顯示于顯示部12，抑或測(cè)定血流等生物體信息并將其顯示于顯示部12。即，控制裝置10相當(dāng)于控制部。作為這樣的控制裝置10，例如可以使用平板終端、智能手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等終端裝置，也可以使用用于操作超聲波探測(cè)器2的專用終端裝置。

超聲波探測(cè)器的構(gòu)成

圖2是示出超聲波探測(cè)器2中的超聲波傳感器24的簡(jiǎn)要構(gòu)成的平面圖。

超聲波探測(cè)器2具備：殼體21(參見圖1)；設(shè)置于殼體21內(nèi)部的超聲波器件22；以及設(shè)有用于控制超聲波器件22的驅(qū)動(dòng)電路等的配線基板23。需要說明的是，由超聲波器件22和配線基板23構(gòu)成超聲波傳感器24(相當(dāng)于超聲波模塊)。

殼體的構(gòu)成

如圖1所示，殼體21例如在俯視觀察時(shí)形成為矩形形狀的箱狀，在正交于厚度方向的一面(傳感器面21a)上設(shè)置有傳感器窗21b，超聲波器件22局部露出。另外，在殼體21的局部(在圖1所示的例子中為側(cè)面)設(shè)置有電纜3的通過孔21c，電纜3從通過孔21c插入殼體21的內(nèi)部，連接于配線基板23的連接器部231(參見圖2)。另外，通過向電纜3與通過孔21c之間的縫隙填充例如樹脂材料等，從而確保了防水性。

需要說明的是，在本實(shí)施方式中，示出了利用電纜3連接超聲波探測(cè)器2和控制裝置10的構(gòu)成例，并不限定于此，例如，超聲波探測(cè)器2和控制裝置10也可以通過無線通信進(jìn)行連接，還可以在超聲波探測(cè)器2內(nèi)設(shè)置控制裝置10的各種構(gòu)成。

配線基板的構(gòu)成

配線基板23相當(dāng)于電路基板，具有與超聲波器件22所具備的電極墊414p、416p(參見圖3)電連接的端子部。

另外，配線基板23設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)超聲波器件22的驅(qū)動(dòng)電路等。具體而言，配線基板設(shè)置有用于從超聲波器件22發(fā)送超聲波的發(fā)送電路、處理由超聲波器件22接收到超聲波時(shí)的接收信號(hào)的接收電路等。另外，在該配線基板上，通過電纜3等而連接有控制裝置10，基于來自控制裝置10的指令來驅(qū)動(dòng)超聲波器件22。

超聲波器件的構(gòu)成

圖3是從密封板42一側(cè)觀察超聲波器件22中的元件基板41時(shí)的平面圖。圖4是沿圖3中的a-a線截?cái)嗟某暡ㄆ骷?2的截面圖。

如圖4所示，超聲波器件22由元件基板41、密封板42、聲匹配層43及聲透鏡44構(gòu)成。

元件基板的構(gòu)成

如圖4所示，元件基板41具備基板主體部411、設(shè)置于基板主體部411的密封板42一側(cè)的振動(dòng)膜412、設(shè)置于振動(dòng)膜412的壓電元件413、以及用于調(diào)整下文所述的聲匹配層43的第二層432的厚度的調(diào)整部件417。這里，在以后的說明中，將元件基板41的與密封板42相對(duì)的面稱為背面41a。另外，將振動(dòng)膜412的與密封板42相反一側(cè)的面(第一面)稱為超聲波收發(fā)面412a，將密封板42一側(cè)的面(第二面)稱為工作面412b。另外，在從基板厚度方向觀察元件基板41的俯視觀察時(shí)，元件基板41的中央?yún)^(qū)域?yàn)殛嚵袇^(qū)域ar1，在該陣列區(qū)域ar1內(nèi)，多個(gè)超聲波換能器45呈矩陣狀配置。

基板主體部411是支撐振動(dòng)膜412的基板，由例如si等的半導(dǎo)體基板構(gòu)成。在基板主體部411的陣列區(qū)域ar1內(nèi)設(shè)置有對(duì)應(yīng)于各個(gè)超聲波換能器45的開口部411a。另外，各開口部411a由設(shè)置于基板主體部411的背面41a一側(cè)的振動(dòng)膜412堵塞。需要說明的是，在開口部411a的內(nèi)部填充有聲匹配層43的第一層431，開口部411a的深度尺寸與第一層431的厚度尺寸一致，對(duì)此將于下文說明。因此，可以根據(jù)開口部411a的深度尺寸調(diào)整第一層431的厚度尺寸。

振動(dòng)膜412由例如sio2、sio2和zro2的層疊體等構(gòu)成，其以覆蓋基板主體部411的整個(gè)背面41a側(cè)的方式設(shè)置。該振動(dòng)膜412的厚度尺寸是相對(duì)于基板主體部411足夠小的厚度尺寸。在用si構(gòu)成基板主體部411、用sio2構(gòu)成振動(dòng)膜412的情況下，例如通過對(duì)基板主體部411的背面41a一側(cè)進(jìn)行氧化處理，能夠容易地形成期望的厚度尺寸的振動(dòng)膜412。另外，在這種情況下，通過將sio2的振動(dòng)膜412作為蝕刻終止層而對(duì)基板主體部411進(jìn)行蝕刻處理，能夠容易地形成上述開口部411a。

另外，如圖4所示，在堵塞各開口部411a的振動(dòng)膜412上(背面41a一側(cè))設(shè)置有各自為下部電極414、壓電膜415及上部電極416的層疊體的壓電元件413。在此，由堵塞開口部411a的振動(dòng)膜412和壓電元件413構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器45。

在這樣的超聲波換能器45中，通過向下部電極414和上部電極416之間施加規(guī)定頻率的矩形波電壓，能夠使開口部411a的開口區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)膜412振動(dòng)而從超聲波收發(fā)面412a一側(cè)送出超聲波。另外，如果振動(dòng)膜412因從目標(biāo)物反射并從超聲波收發(fā)面412a一側(cè)入射的超聲波而產(chǎn)生振動(dòng)，則壓電膜415的上下之間產(chǎn)生電位差。因此，通過檢測(cè)下部電極414和上部電極416之間產(chǎn)生的上述電位差，能夠檢測(cè)接收到的超聲波。

另外，在本實(shí)施方式中，如圖3所示，多個(gè)上述那樣的超聲波換能器45沿x方向(切片方向)和交叉(在本實(shí)施方式中為正交)于x方向的y方向(掃描方向)配置于元件基板41的陣列區(qū)域ar1內(nèi)，從而構(gòu)成超聲波換能器陣列46。需要說明的是，超聲波換能器陣列46相當(dāng)于超聲波收發(fā)部。

在此，下部電極414形成為沿x方向的直線狀。即，下部電極414跨沿x方向排列的多個(gè)超聲波換能器45而設(shè)置，具有位于壓電膜415和振動(dòng)膜412之間的下部電極主體414a；連結(jié)相鄰的下部電極主體414a的下部電極線414b；以及向陣列區(qū)域ar1外的端子區(qū)域ar2引出的下部端子電極線414c。因此，在沿x方向排列的超聲波換能器45中，下部電極414成為同電位。

另外，下部端子電極線414c延伸至陣列區(qū)域ar1外的端子區(qū)域ar2，在端子區(qū)域ar2中構(gòu)成第一電極墊414p。該第一電極墊414p連接至設(shè)置于配線基板的端子部。

另一方面，如圖3所示，上部電極416具有：跨沿y方向排列的多個(gè)超聲波換能器45而設(shè)置的元件電極部416a；以及連結(jié)多個(gè)元件電極部416a的端部彼此的公共電極部416b。元件電極部416a具有：層疊于壓電膜415上的上部電極主體416c；連結(jié)相鄰的上部電極主體416c的上部電極線416d；以及從配置于y方向的兩端部的超聲波換能器45沿y方向延伸至外側(cè)的上部端子電極416e。

公共電極部416b分別設(shè)置于陣列區(qū)域ar1的+y側(cè)端部和-y側(cè)端部。+y側(cè)的公共電極部416b連接從沿y方向設(shè)置的多個(gè)超聲波換能器45中的設(shè)置于+y側(cè)端部的超聲波換能器45向+y側(cè)延伸出的上部端子電極416e彼此。-y側(cè)端部的公共電極部416b連接向-y側(cè)延伸出的上部端子電極416e彼此。因此，在陣列區(qū)域ar1內(nèi)的各超聲波換能器45中，上部電極416成為同電位。另外，該一對(duì)公共電極部416b沿x方向設(shè)置，其端部從陣列區(qū)域ar1引出至端子區(qū)域ar2。另外，公共電極部416b在端子區(qū)域ar2中構(gòu)成連接于配線基板的端子部的第二電極墊416p。

在上述那樣的超聲波換能器陣列46中，通過由下部電極414連結(jié)的沿x方向排列的超聲波換能器45構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器組45a，從而構(gòu)成該超聲波換能器組45a沿y方向排列多個(gè)而成的一維陣列結(jié)構(gòu)。

調(diào)整部件417是調(diào)整下文所述的聲匹配層43的第二層432的厚度的部件，其以包圍形成有開口部411a的陣列區(qū)域ar1的方式配置于基板主體部411的+z側(cè)。在由該調(diào)整部件417包圍的區(qū)域內(nèi)填充有第二層432，調(diào)整部件417的厚度尺寸與第二層432的厚度尺寸一致。因此，可以根據(jù)調(diào)整部件417的厚度調(diào)整第二層432的厚度。

密封板的構(gòu)成

從厚度方向觀察密封板42時(shí)，其平面形狀形成為例如與元件基板41相同的形狀，由si等的半導(dǎo)體基板、絕緣體基板構(gòu)成。需要說明的是，由于密封板42的材質(zhì)、厚度影響超聲波換能器45的頻率特性，因此優(yōu)選地，根據(jù)由超聲波換能器45收發(fā)的超聲波的中心頻率進(jìn)行設(shè)定。

另外，該密封板42在與元件基板41的陣列區(qū)域ar1相對(duì)的陣列對(duì)置區(qū)域內(nèi)形成有與元件基板41的開口部411a對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹槽421。由此，在振動(dòng)膜412中的通過超聲波換能器45而振動(dòng)的區(qū)域(開口部411a內(nèi))中，與元件基板41之間設(shè)有規(guī)定尺寸的間隙421a，由此，不會(huì)阻礙振動(dòng)膜412的振動(dòng)。并且，能夠抑制來自一個(gè)超聲波換能器45的背面波射入其它相鄰的超聲波換能器45的不良情況(串?dāng)_)。

另外，當(dāng)振動(dòng)膜412振動(dòng)時(shí)，除了向開口部411a一側(cè)(超聲波收發(fā)面412a一側(cè))發(fā)出作為背面波(backwave)的超聲波以外，還向密封板42一側(cè)(背面41a一側(cè))發(fā)出作為背面波的超聲波。該背面波被密封板42反射，并再次經(jīng)由間隙421a而向振動(dòng)膜412側(cè)發(fā)出。此時(shí)，如果反射背面波與從振動(dòng)膜412向超聲波收發(fā)面412a一側(cè)發(fā)出的超聲波的相位錯(cuò)開，則超聲波會(huì)發(fā)生衰減。因此，本實(shí)施方式中，以間隙421a中的聲程(聲學(xué)距離(音響的な距離))為超聲波波長(zhǎng)λ的四分之一(λ/4)的奇數(shù)倍的方式設(shè)定各凹槽421的槽深。換句話說，考慮從超聲波換能器45發(fā)出的超聲波的波長(zhǎng)λ來設(shè)定元件基板41、密封板42的各部的厚度尺寸。

另外，密封板42也可以采用在與元件基板41的端子區(qū)域ar2相對(duì)的位置，與設(shè)置于端子區(qū)域ar2的各電極墊414p、416p相對(duì)應(yīng)地設(shè)有開口部(省略圖示)的構(gòu)成等。在這種情況下，通過在該開口部?jī)?nèi)設(shè)置沿厚度方向貫通密封板42的貫通電極(tsv；through-silliconvia：穿透硅通孔)，從而各電極墊414p、416p經(jīng)由該貫通電極連接至配線基板上的端子部。另外，也可以采用將fpc(flexibleprintedcircuits：柔性印刷電路)、電纜線、電線(wire)等插入開口部?jī)?nèi)來連接各電極墊414p、416p和配線基板的構(gòu)成等。

聲透鏡的構(gòu)成

聲透鏡44設(shè)置于將在下文詳細(xì)說明的聲匹配層43上(+z側(cè))。如圖1所示，該聲透鏡44從殼體21的傳感器窗21b露出至外部。另外，聲透鏡44的聲阻抗z3設(shè)定為與生物體的聲阻抗接近的聲阻抗。聲透鏡44通過緊貼于生物體表面，使從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波經(jīng)由聲匹配層43在生物體內(nèi)高效匯聚，另外，使在生物體內(nèi)反射的超聲波高效傳播至超聲波換能器45。需要說明的是，在本實(shí)施方式中，聲阻抗z3例如為1.5mrayls。

作為這樣的聲透鏡44的形成材料，例如可例示混煉型硅橡膠?；鞜捫凸柘鹉z含有例如包含乙烯基的二甲基聚硅氧烷結(jié)構(gòu)的硅橡膠、二氧化硅及硫化劑。具體而言，二氧化硅作為相對(duì)于硅橡膠的質(zhì)量比為40質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下、重均粒徑為15μm～30μm的二氧化硅粒子而混入硅橡膠中。作為硫化劑，可使用例如2,5-二甲基-2,5-二叔丁基過氧化己烷。

聲匹配層的構(gòu)成

如圖4所示，聲匹配層43設(shè)置于振動(dòng)膜412的超聲波收發(fā)面412a一側(cè)，具有振動(dòng)膜412上的第一層431和設(shè)置于第一層431上的第二層432。聲匹配層43與聲透鏡44一起使從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波高效傳播至作為測(cè)定對(duì)象的生物體，另外，使在生物體內(nèi)反射的超聲波高效傳播至超聲波換能器45。因而，聲匹配層43設(shè)定為與生物體的聲阻抗接近的聲阻抗。作為具有這樣的聲阻抗的材料，可使用例如rtv硅橡膠等有機(jī)硅樹脂材料。

第一層431填充在元件基板41的開口部411a內(nèi)，并設(shè)置于振動(dòng)膜412上(+z側(cè))。即，第一層431具有與開口部411a的深度尺寸相應(yīng)的厚度尺寸l1。該第一層431的與振動(dòng)膜412相反一側(cè)的面、即與第二層432之間的界面(以下，也稱為“第一界面f1”)大致平行于超聲波收發(fā)面412a。需要說明的是，聲匹配層43的振動(dòng)膜412一側(cè)的面43a是接觸超聲波收發(fā)面412a的面，其平行于超聲波收發(fā)面412a。另外，第一層431的聲阻抗z1大于第二層432的聲阻抗z2。在本實(shí)施方式中，聲阻抗z1例如為1.5mrayls，聲阻抗z2例如為1mrayls。另外，優(yōu)選地，聲阻抗z1與聲阻抗z2之差設(shè)定為在第一層和第二層之間適度產(chǎn)生超聲波反射的值，優(yōu)選為0.1mrayls至1mrayls左右，更優(yōu)選為0.3mrayls至0.7mrayls左右。

第二層432設(shè)置于第一層431上(+z側(cè))，具有與第一層431相同的厚度尺寸l1。需要說明的是，第二層432的厚度通過將上述調(diào)整部件417的厚度尺寸設(shè)為l1來調(diào)整。第二層432的第一層431一側(cè)的面(即第一界面f1)和聲透鏡44一側(cè)的界面(以下，也稱為“第二界面f2”)大致平行于超聲波收發(fā)面412a。

另外，第二層432的聲阻抗z2小于第一層431的聲阻抗z1和聲透鏡44的聲阻抗z3。需要說明的是，聲阻抗的值可以用介質(zhì)的密度與介質(zhì)中的聲速的積來得到。例如，通過使用密度小于第一層431的材料來形成第二層432，能夠使第二層432的聲阻抗z2小于第一層431的聲阻抗z1。需要說明的是，在本實(shí)施方式中，聲阻抗z1例如為1.5mrayls。

這些第一層431和第二層432的厚度尺寸l1即為超聲波收發(fā)面412a與第一界面f1之間的距離，在將從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ、將1以上的整數(shù)設(shè)為n時(shí)，第一界面f1與第二界面f2之間的距離滿足下述式(1)。即，以使尺寸l1為λ/4的奇數(shù)倍的方式形成第一層431和第二層432。需要說明的是，將于下文說明l1滿足下述式(1)所帶來的作用效果。

l1＝(λ/4)×(2n-1)……(1)

通過聲匹配層抑制拖尾

在此，超聲波器件22通過接收從超聲波換能器45發(fā)送并在聲匹配層43和聲透鏡44內(nèi)傳播而射出至生物體內(nèi)的超聲波(以下，也稱為“第一波”)的反射波來實(shí)施超聲波測(cè)定。在實(shí)施該超聲波測(cè)定時(shí)，對(duì)于在超聲波收發(fā)面412a上層疊有聲匹配層43和聲透鏡44的構(gòu)成，擔(dān)心由在聲匹配層43與聲透鏡44的界面上產(chǎn)生的界面反射波所引起的超聲波(以下，也稱為“第二波”)晚于第一波射出至生物體內(nèi)，從而從超聲波器件22射出的超聲波產(chǎn)生拖尾。若產(chǎn)生該拖尾，則擔(dān)心超聲波的脈沖寬度增大，距離分辨率下降。

針對(duì)于此，在本實(shí)施方式的超聲波器件22中，如在下文詳細(xì)說明的那樣，聲匹配層43的第一層431和第二層432的厚度尺寸(超聲波收發(fā)面412a與第一界面f1之間的距離以及第一界面f1與第二界面f2之間的距離)l1滿足上述式(1)。另外，第二層432的聲阻抗z2小于第一層431的聲阻抗z1且小于聲透鏡44的聲阻抗z3。通過這樣的構(gòu)成，能夠抑制上述第二波射出至生物體內(nèi)，能夠提高距離分辨率。

圖5是用于說明本實(shí)施方式的超聲波器件22中的由界面反射波引起的拖尾的抑制作用的圖，示意性示出了超聲波器件22的主要部分(聲匹配層43和聲透鏡44)的截面。需要說明的是，在圖5中，簡(jiǎn)化了超聲波器件22的構(gòu)成進(jìn)行圖示。

如圖5所示，從超聲波換能器45沿法線方向發(fā)送的、透過第一界面f1和第二界面f2的超聲波u0從聲透鏡44射出至測(cè)定對(duì)象內(nèi)。通過利用超聲波換能器45檢測(cè)該超聲波u0的反射波來進(jìn)行超聲波測(cè)定。

在此，如圖5所示，存在射入第一界面f1的超聲波u0的一部分在第一界面f1處反射，從而產(chǎn)生界面反射波u1的情況。該界面反射波u1在經(jīng)超聲波收發(fā)面412a反射而再次到達(dá)第一界面f1時(shí)，相對(duì)于超聲波u0相位相反。因而，界面反射波u1的至少一部分被超聲波u0抵消。

詳細(xì)而言，如果從聲阻抗小于第二層423的第一層431一側(cè)入射至第一界面f1的超聲波在第一界面f1處反射，則超聲波的相位反轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)在第一層431內(nèi)傳播并在超聲波收發(fā)面412a處反射時(shí)，超聲波的相位也發(fā)生反轉(zhuǎn)。因而，通過將第一層431的厚度(超聲波收發(fā)面412a與第一界面f1之間的距離)設(shè)為λ/4的奇數(shù)倍，能夠使再次入射至第一界面f1時(shí)的界面反射波u1的相位成為相對(duì)于超聲波u0相反的相位。根據(jù)上述情況，在第一界面f1處反射并在超聲波收發(fā)面412a處反射后再次入射至第一界面f1的界面反射波u2的至少一部分被超聲波u0抵消。

另外，存在入射至第二界面f2的超聲波u0的一部分在第二界面f2處反射，由此產(chǎn)生界面反射波u2，進(jìn)而該界面反射波u2的一部分在第一界面f1處反射而產(chǎn)生界面反射波u21的情況。該界面反射波u21在經(jīng)第一界面f1反射而再次到達(dá)第二界面f2時(shí)，相對(duì)于超聲波u0相位相反。因而，界面反射波u21的至少一部分被超聲波u0抵消。

詳細(xì)而言，通過將第二層432的厚度(第一界面f1與第二界面f2之間的距離)設(shè)為λ/4的奇數(shù)倍，能夠使再次入射至第二界面f2時(shí)的界面反射波u21的相位成為相對(duì)于超聲波u0相反的相位。因此，在第二界面f2上，界面反射波u21的至少一部分被超聲波u0抵消。

另外，界面反射波u2中透過了第一界面f1的界面反射波u22透過第一層431后，在經(jīng)超聲波收發(fā)面412a反射而再次到達(dá)第二界面f2時(shí)，相對(duì)于超聲波u0相位相反。界面反射波u22的至少一部分被超聲波u0抵消。即，界面反射波u22在超聲波收發(fā)面412a反射時(shí)，其相位反轉(zhuǎn)。因此，通過將第一層431和第二層432的厚度設(shè)為λ/4的奇數(shù)倍(即，通過將第二界面f2與超聲波收發(fā)面412a之間的距離設(shè)為λ/4的偶數(shù)倍，換言之設(shè)為λ/2的整數(shù)倍)，能夠使再次入射至第二界面f2時(shí)的界面反射波u22的相位成為與超聲波u0相反的相位。因此，在第二界面f2上，界面反射波u22的至少一部分被超聲波u0抵消。

如上所述，通過抵消在第一界面f1、第二界面f2上產(chǎn)生的界面反射波的至少一部分，能夠抑制該界面反射波射出至生物體內(nèi)，能夠提高距離分辨率。

另外，在本實(shí)施方式中，由于聲匹配層43的振動(dòng)膜412一側(cè)的面43a及第一界面f1、第二界面f2大致平行于超聲波收發(fā)面412a，因此界面反射波能夠沿超聲波收發(fā)面412a及第一界面f1、第二界面f2的法線方向(z方向)傳播。因而，能夠使界面反射波的傳播距離為上述距離，能夠更可靠地抵消界面反射波。

圖6和圖7是示出從超聲波器件發(fā)送的超聲波的一例時(shí)間變化的圖。在此，用實(shí)線表示從本實(shí)施方式的超聲波器件22射出的超聲波的時(shí)間變化。另一方面，點(diǎn)劃線表示從比較例的超聲波器件發(fā)送的超聲波的一例時(shí)間變化，比較例的超聲波器件具備厚度非λ/2的整數(shù)倍的單層的聲匹配層。需要說明的是，在圖6和圖7中，將第一層431和聲透鏡44的聲阻抗的值設(shè)為1.5mrayls，將第二層432的聲阻抗的值設(shè)為1mrayls。

在圖6和圖7所示的例子中，向超聲波換能器45施加例如具有5mhz的沖擊波(burstwave)的波形的驅(qū)動(dòng)電壓，以驅(qū)動(dòng)超聲波換能器45。如圖6所示，當(dāng)超聲波器件22的q值為2時(shí)，在點(diǎn)劃線所示的比較例中，約3.00×10^-7sec以后檢測(cè)到聲壓的變動(dòng)，產(chǎn)生了所謂的“拖尾”。與此相對(duì)，在實(shí)線所示的本實(shí)施方式的超聲波器件22中，發(fā)現(xiàn)聲壓變化被抑制，拖尾得到抑制。

另外，如圖7所示，即使在超聲波器件22的q值為4的情況下，與比較例相比，通過使用本實(shí)施方式的超聲波器件22，拖尾部分的聲壓變化得以抑制。

另外，如圖5所示，超聲波u0在通過第一界面f1時(shí)，從聲阻抗高的第一層431傳播至聲阻抗低的第二層432，其聲壓變小，而在通過第二界面f2時(shí)，相反地，從聲阻抗低的第二層432傳播至聲透鏡44，其聲壓變大。因此，與聲匹配層為單層構(gòu)成的比較例的超聲波器件相比，具備雙層構(gòu)成的聲匹配層43的超聲波器件22既能夠抑制拖尾，也能夠抑制聲壓下降。

需要說明的是，如圖6和圖7所示，對(duì)于比較例，通過減小超聲波器件的q值，也能夠抑制拖尾部分的聲壓變化。但是，超聲波u0的輸出也會(huì)變小。與此相對(duì)，通過使用本實(shí)施方式的超聲波器件22，即使不減小q值，也能夠抑制拖尾部分的聲壓變化。因此，根據(jù)超聲波器件22，能夠抑制超聲波u0的輸出下降，并能抑制拖尾的影響，能夠進(jìn)行高精度的超聲波測(cè)定。

超聲波器件的制造方法

接著，對(duì)上述那樣的超聲波器件22的制造方法進(jìn)行說明。

圖8是示出本實(shí)施方式的超聲波傳感器24的制造中的各工序的流程圖。圖9至圖11是簡(jiǎn)要示出各工序中的超聲波傳感器24的圖。

為了制造超聲波傳感器24，如圖8所示，實(shí)施器件主體形成工序s1、第一層形成工序s2、第二層形成工序s2及聲透鏡配置工序s4。

在器件主體形成工序s1中，形成包括元件基板41和密封板42的器件主體40(參見圖9)。

在該步驟s1中，在基板主體部411上形成振動(dòng)膜412后，在振動(dòng)膜412上形成壓電元件413，并在基板主體部411上形成開口部411a。這時(shí)，將開口部411a形成為其深度與第一層431的厚度相同。然后，形成密封板42，并接合器件主體40和密封板42。

接著，實(shí)施第一層形成工序s2。在步驟s2中，如圖10所示，在器件主體40的開口部411a內(nèi)形成聲匹配層43的第一層431。具體而言，在開口部411a的內(nèi)部填充第一層431的形成材料。需要說明的是，以使開口部411a和第一層431的+z側(cè)的面為同一平面的方式，除去從開口部411a溢出的多余的形成材料。

接著，實(shí)施第二層形成工序s3。在步驟s3中，如圖11所示，在基板主體部411上配置調(diào)整部件417。該調(diào)整部件417的厚度形成為與第二層432的厚度相同。然后，在被調(diào)整部件417包圍的區(qū)域內(nèi)填充第二層432的形成材料。需要說明的是，以使調(diào)整部件417和第二層432的+z側(cè)的面為同一平面的方式，除去溢出的多余的形成材料。

接著，實(shí)施聲透鏡配置工序s4，在第二層432的+z側(cè)配置聲透鏡44。這樣，便形成了超聲波器件22。

需要說明的是，上述的超聲波器件22的形成方法中，在接合了元件基板41和密封板42后再形成聲匹配層43并配置聲透鏡44，但不限定于此。即，也可以是，在接合于密封板42之前的元件基板41上形成聲匹配層43并配置聲透鏡44。

另外，在元件基板41上配置了調(diào)整部件417后形成第二層432，但不限定于此，也可以是，在不設(shè)置調(diào)整部件417的情況下形成第二層432。另外，也可以是，不在元件基板41側(cè)形成第二層432，而是在聲透鏡44側(cè)形成第二層432。在這種情況下，例如也可以是，在聲透鏡44上設(shè)置凹部，并在該凹部的內(nèi)部形成第二層432，將形成有第二層432的聲透鏡44接合于形成有第一層431的元件基板41。

第一實(shí)施方式的作用效果

本實(shí)施方式的超聲波器件22具備設(shè)置于振動(dòng)膜412的超聲波收發(fā)面412a的聲匹配層43和設(shè)置于聲匹配層43的聲透鏡44。該聲匹配層43具備超聲波收發(fā)面412a一側(cè)的第一層431和聲透鏡44一側(cè)的第二層432，在將超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，各層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。另外，第二層432的聲阻抗小于第一層431和聲透鏡44的聲阻抗。在這樣構(gòu)成的超聲波器件22中，即使在聲匹配層43和聲透鏡44各自的第一界面f1、第二界面f2處產(chǎn)生了界面反射波(參見圖5的界面反射波u1、u2)，如上所述，在界面反射波再次入射至界面時(shí)，也能夠使界面反射波的相位成為與從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波u0的相位相反的相位。因此，通過抵消界面反射波的至少一部分，能夠抑制該界面反射波遲于超聲波u0地從聲透鏡44射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

另外，在本實(shí)施方式中，聲匹配層43由雙層構(gòu)成。在此，即使采用聲匹配層43為偶數(shù)層且第一層431和第二層432交替配置的構(gòu)成，同樣能夠抑制由界面反射波引起的拖尾的發(fā)生。另一方面，若聲匹配層43變厚，則還存在超聲波的衰減增大，超聲波的發(fā)送輸出甚至接收靈敏度下降的擔(dān)憂。雖然也可以通過使各層變薄來使聲匹配層43整體變薄，但使各層變薄是有限的。針對(duì)于此，通過用雙層構(gòu)成聲匹配層43，能夠?qū)崿F(xiàn)聲匹配層43的薄型化，薄型化也變得容易。

另外，振動(dòng)膜412具有平面狀的超聲波收發(fā)面412a，第一界面f1、第二界面f2平行于超聲波收發(fā)面412a。這里，在第一界面f1、第二界面f2并非平面狀、且不平行于超聲波收發(fā)面412a的情況下，界面反射波沿與反射位置相應(yīng)的方向反射。因而，傳播距離會(huì)根據(jù)界面反射波的反射位置發(fā)生變化，擔(dān)心再次入射至界面時(shí)的界面反射波的相位未成為與超聲波u0相反的相位。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，由于界面反射波沿為第一界面f1、第二界面f2的法線方向的z方向反射，而與反射位置無關(guān)，因此能夠抑制上述不良情況的發(fā)生，能夠更可靠地抵消界面反射波。

另外，在本實(shí)施方式中，壓電元件413設(shè)置于振動(dòng)膜412的工作面412b一側(cè)，從超聲波收發(fā)面412a一側(cè)發(fā)送超聲波。在這樣的構(gòu)成中，例如與壓電元件413形成于超聲波收發(fā)面412a一側(cè)的構(gòu)成相比，能夠提高作為聲匹配層43與超聲波換能器45的界面的超聲波收發(fā)面412a的平坦性。因此，能夠使超聲波收發(fā)面412a與第一界面f1、第二界面f2之間的距離更均勻，能夠更可靠地抵消界面反射波。

在本實(shí)施方式中，聲匹配層43中的第一層431填充在形成于基板主體部411的開口部411a內(nèi)。在這樣的構(gòu)成中，能夠形成對(duì)應(yīng)于開口部411a的深度的第一層431。另外，通過適當(dāng)調(diào)整開口部411a的厚度，能夠?qū)⒌谝粚?31的厚度調(diào)整為適當(dāng)?shù)闹?，容易形成具有期望厚度的第一?31。

另外，在本實(shí)施方式中，具備調(diào)整聲匹配層43中的第二層432的厚度的調(diào)整部件417。該調(diào)整部件417是配置于基板主體部411的+z側(cè)的框狀的部件。通過在由該調(diào)整部件417包圍的凹部?jī)?nèi)形成第二層432，能夠形成對(duì)應(yīng)于調(diào)整部件417的厚度的第二層432。因此，通過調(diào)整調(diào)整部件417的厚度，能夠?qū)⒌诙?32的厚度調(diào)整為適當(dāng)?shù)闹担菀仔纬删哂衅谕穸鹊牡诙?32。

第二實(shí)施方式

接著，說明超聲波器件的第二實(shí)施方式。

在上述第一實(shí)施方式中，例示了超聲波器件22具備由第一層431和第二層432組成的聲匹配層43的構(gòu)成。與此相對(duì)，第二實(shí)施方式的超聲波器件與上述第一實(shí)施方式的區(qū)別點(diǎn)在于：具備單層的聲匹配層47來代替上述聲匹配層43。

圖12是示意性示出第二實(shí)施方式的超聲波器件25的截面的截面圖。

如圖12所示，超聲波器件25包括元件基板41、密封板42、聲匹配層47及聲透鏡44。

對(duì)于本實(shí)施方式的元件基板41，除了在將由超聲波換能器45發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)開口部411a的深度尺寸是λ/2的整數(shù)倍這一點(diǎn)之外，其余均與第一實(shí)施方式大致相同地構(gòu)成。

聲匹配層47與第一實(shí)施方式的第二層432同樣，由聲阻抗小于聲透鏡44的材料形成。該聲匹配層47填充于開口部411a內(nèi)。在該聲匹配層47的+z側(cè)配置有聲透鏡44。

在將從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ、將1以上的整數(shù)設(shè)為n時(shí)，聲匹配層47的厚度尺寸l2、即聲匹配層47和聲透鏡44的界面f3與超聲波收發(fā)面412a之間的距離l2滿足下述式(2)。即，以使尺寸l2為λ/2的整數(shù)倍的方式形成聲匹配層47。需要說明的是，在本實(shí)施方式中，也可以根據(jù)開口部411a的深度調(diào)整聲匹配層47的厚度。

l2＝(λ/2)×n……(2)

通過聲匹配層抑制拖尾

在本實(shí)施方式中，也能夠抑制由在界面f3上產(chǎn)生的界面反射波引起的拖尾的發(fā)生，能夠提高距離分辨率。即，在界面f3處產(chǎn)生的、沿-z方向傳播的界面反射波在經(jīng)超聲波收發(fā)面412a反射時(shí)，其相位反轉(zhuǎn)。因而，通過將聲匹配層47的厚度(超聲波收發(fā)面412a與界面f3之間的距離)設(shè)為λ/2的整數(shù)倍，能夠使再次入射至界面f3時(shí)的界面反射波的相位相對(duì)于從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波u0(參見圖5)為相反的相位。根據(jù)上述，在經(jīng)界面f3反射并在超聲波收發(fā)面412a上反射后再次入射至界面f3的界面反射波的至少一部分被超聲波u0抵消。因此，能夠抑制界面反射波遲于超聲波u0地射出至生物體內(nèi)，能夠提高距離分辨率。

圖13是示出從超聲波器件25發(fā)送的超聲波的一例時(shí)間變化的圖。在圖13中，與圖6同樣，用實(shí)線表示從本實(shí)施方式的超聲波器件25射出的超聲波的時(shí)間變化。另一方面，點(diǎn)劃線表示從比較例的超聲波器件發(fā)送的超聲波的一例時(shí)間變化，比較例的超聲波器件具備厚度非λ/2的整數(shù)倍的單層的聲匹配層。另外，在圖13中，將聲透鏡44的聲阻抗的值設(shè)為1.5mrayls，將聲匹配層47的聲阻抗的值設(shè)為1mrayls，將超聲波器件25的q值設(shè)為2。另外，例示了向超聲波換能器45施加例如具有5mhz的沖擊波的波形的驅(qū)動(dòng)電壓的情況。

如圖13所示，可以看出，相對(duì)于點(diǎn)劃線所示的比較例，在實(shí)線所示的本實(shí)施方式的超聲波器件25中，約3.00×10^-7sec以后的聲壓變化被抑制，拖尾得到抑制。

第二實(shí)施方式的作用效果

在本實(shí)施方式的超聲波器件25中，聲匹配層47由單層構(gòu)成，在將超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，其具有λ/2的整數(shù)倍的厚度。另外，聲匹配層47的聲阻抗小于聲透鏡44的聲阻抗。在這樣構(gòu)成的超聲波器件25中，即使在聲匹配層47與聲透鏡44的界面f3處產(chǎn)生了界面反射波，如上所述，在界面反射波再次入射至界面時(shí)，也能夠使界面反射波的相位成為與從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波u0的相位相反的相位。因此，通過抵消界面反射波的至少一部分，能夠抑制該界面反射波遲于超聲波u0地從聲透鏡44射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

第三實(shí)施方式

接著，說明超聲波器件的第三實(shí)施方式。

在上述第二實(shí)施方式中，例示了在聲匹配層47上配置聲透鏡44的超聲波器件25的構(gòu)成。與此相對(duì)，第三實(shí)施方式的超聲波器件與上述第二實(shí)施方式的區(qū)別點(diǎn)在于：在聲匹配層47和聲透鏡44之間具備中間層48。

圖14是示意性示出第三實(shí)施方式的超聲波器件26的截面的截面圖。

如圖14所示，超聲波器件26包括元件基板41、密封板42、聲匹配層47、中間層48及聲透鏡44。在第三實(shí)施方式中，除了中間層48具備第一中間層481和第二中間層482這一點(diǎn)、以及具備調(diào)整第一中間層481的厚度的第一調(diào)整部件418和調(diào)整第二中間層482的厚度的第二調(diào)整部件419這一點(diǎn)之外，其余均與第二實(shí)施方式大致相同地構(gòu)成。

第一調(diào)整部件418與第一實(shí)施方式的調(diào)整部件417同樣地構(gòu)成，設(shè)置于基板主體部411的+z側(cè)。在由該第一調(diào)整部件418包圍的凹部?jī)?nèi)填充有中間層48的第一中間層481。因此，可以通過適當(dāng)調(diào)整第一調(diào)整部件418的厚度來調(diào)整第一中間層481的厚度。

第二調(diào)整部件419設(shè)置于第一調(diào)整部件418的+z側(cè)。在由該第二調(diào)整部件419包圍的凹部?jī)?nèi)填充有第二中間層482。因此，可以通過適當(dāng)調(diào)整第二調(diào)整部件419的厚度來調(diào)整第二中間層482的厚度。

在第二調(diào)整部件419和第二中間層482的+z側(cè)配置有聲透鏡44。

如圖14所示，中間層48具有設(shè)置于聲匹配層47上的第一中間層481和設(shè)置于第一中間層481上的第二中間層482。其中，第一中間層481對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方式的第一層431，另外，第二中間層482對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方式的第二層432。即，第一中間層481的聲阻抗大于第二中間層482的聲阻抗且大于聲匹配層47的聲阻抗。另外，第二中間層482的聲阻抗小于聲透鏡44的聲阻抗。

另外，聲匹配層47與第一中間層481的界面(以下，也稱為“第一界面f4”)、第一中間層481與第二中間層482的界面(以下，也稱為“第二界面f5”)、以及第二中間層482與聲透鏡44的界面(以下，也稱為“第三界面f6”)大致平行于超聲波收發(fā)面412a。

進(jìn)而，在將從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ、將1以上的整數(shù)設(shè)為n時(shí)，第一中間層481和第二中間層482的厚度尺寸l3(即第一界面f4與第二界面f5之間的距離以及第二界面f5與第三界面f6之間的距離)滿足下述式(3)。

l3＝(λ/4)×(2n-1)……(3)

這樣構(gòu)成的中間層48發(fā)揮與第一實(shí)施方式的聲匹配層43相同的作用。即，本實(shí)施方式的第一界面f4、第二界面f5和第三界面f6分別相當(dāng)于第一實(shí)施方式的超聲波收發(fā)面412a、第一界面f1和第二界面f2。

另外，本實(shí)施方式的第一界面f4相當(dāng)于第二實(shí)施方式的界面f3。

因此，在上述那樣構(gòu)成的超聲波器件26中，與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式同樣，即使在第一界面f4、第二界面f5、第三界面f6處產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制由該界面反射波引起的拖尾的發(fā)生，能夠提高距離分辨率。

第三實(shí)施方式的作用效果

本實(shí)施方式的超聲波器件26具備設(shè)置于振動(dòng)膜412的超聲波收發(fā)面412a的聲匹配層47、設(shè)置于聲匹配層47的中間層48、以及設(shè)置于中間層48的聲透鏡44。該中間層48具備聲匹配層47一側(cè)的第一中間層481和聲透鏡44一側(cè)的第二中間層482，在將超聲波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，各層具有λ/4的奇數(shù)倍的厚度。另外，第二中間層482的聲阻抗小于第一中間層481和聲透鏡44的聲阻抗。在這樣構(gòu)成的超聲波器件26中，即使在聲匹配層47、中間層48及聲透鏡44各自的第一界面f4、第二界面f5和第三界面f6處產(chǎn)生了界面反射波，如上所述，在界面反射波再次入射至界面時(shí)，也能夠使界面反射波的相位成為與從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波u0的相位相反的相位。因此，通過抵消界面反射波的至少一部分，能夠抑制該界面反射波遲于超聲波u0地從聲透鏡44射出至測(cè)定對(duì)象，能夠提高距離分辨率。

另外，在本實(shí)施方式中，中間層48由兩層構(gòu)成。在此，即使采用中間層48為四層以上的偶數(shù)層且第一中間層481和第二中間層482交替配置的構(gòu)成，同樣也能夠抑制由界面反射波引起的拖尾的發(fā)生。另一方面，若中間層48變厚，則超聲波的衰減增大，還存在超聲波的發(fā)送輸出甚至接收靈敏度下降的擔(dān)憂。雖然也可以通過使各層變薄來使中間層48整體變薄，但使各層變薄也是有限的。針對(duì)于此，通過用兩層構(gòu)成中間層48，能夠?qū)崿F(xiàn)中間層48的薄型化，薄型化也變得容易。

變形例

需要說明的是，上述各實(shí)施方式并不限定于在各實(shí)施方式的說明中所描述的構(gòu)成，也可以進(jìn)行變形、改良以及對(duì)各實(shí)施方式適當(dāng)組合等。

例如，在上述第一實(shí)施方式中，例示了聲匹配層43為雙層構(gòu)成的情況，但不限定于此，也可以由四層以上的偶數(shù)層構(gòu)成。在這種情況下，采用第一層431和第二層432交替配置的構(gòu)成即可。

另外，在上述第三實(shí)施方式中，例示了中間層48為雙層構(gòu)成的情況，但不限定于此，也可以由四層以上的偶數(shù)層構(gòu)成。在這種情況下，采用第一中間層481和第二中間層482交替配置的構(gòu)成即可。

在上述第一實(shí)施方式中，例示了第一層431和第二層432為相同厚度的構(gòu)成，但不限定于此，也可以是，第一層431和第二層432為不同厚度。另外，同樣，在上述第三實(shí)施方式中，例示了第一中間層481和第二中間層482為相同厚度的構(gòu)成，但不限定于此，也可以是，第一中間層481和第二中間層482為不同厚度。

在上述第一實(shí)施方式中，例示了在元件基板41上設(shè)置調(diào)整第二層432的厚度的調(diào)整部件417的構(gòu)成，但既可以將該調(diào)整部件417一體形成于元件基板41，也可以采用不設(shè)置調(diào)整部件417的構(gòu)成。例如，也可以是，在聲透鏡44上設(shè)置作為調(diào)整第二層432的厚度的調(diào)整部的凹部。在這種情況下，也能夠通過調(diào)整聲透鏡44的凹部的深度來調(diào)整第二層432的厚度。

另外，也可以采用不設(shè)置調(diào)整部件417的構(gòu)成。例如，既可以在第一層431上形成第二層432后調(diào)整其厚度，也可以將形成為適當(dāng)厚度的第二層432配置于第一層431上。

另外，對(duì)于上述第三實(shí)施方式也同樣，例示了在元件基板41上設(shè)置第一調(diào)整部件418、第二調(diào)整部件419的構(gòu)成，但不限定于此，既可以將第一調(diào)整部件418、第二調(diào)整部件419一體形成于元件基板41，也可以采用不設(shè)置第一調(diào)整部件418、第二調(diào)整部件419的構(gòu)成。

在上述第一實(shí)施方式中，例示了第一層431的厚度與開口部411a的深度相同的構(gòu)成，并根據(jù)開口部411a的深度調(diào)整第一層431的厚度，但不限定于此。例如，也可以是開口部411a的深度與第一層431的厚度不同的構(gòu)成。另外，對(duì)于上述第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式也同樣，也可以采用聲匹配層47的厚度不同于開口部411a的構(gòu)成。

在上述各實(shí)施方式中，如圖4所示，例示了形成有開口部411a的基板主體部411設(shè)置于振動(dòng)膜412的超聲波收發(fā)面412a一側(cè)，壓電元件413設(shè)置于振動(dòng)膜412的工作面412b一側(cè)，從超聲波收發(fā)面412a一側(cè)發(fā)送和接收超聲波的構(gòu)成，但不限定于此。

例如，也可以采用在振動(dòng)膜412的超聲波收發(fā)面412a一側(cè)設(shè)置基板主體部411并在超聲波收發(fā)面412a一側(cè)設(shè)置壓電元件413的構(gòu)成。另外，也可以采用在振動(dòng)膜412的工作面412b一側(cè)設(shè)置基板主體部411并在超聲波收發(fā)面412a一側(cè)設(shè)置壓電元件413的構(gòu)成。另外，也可以采用在振動(dòng)膜412的工作面412b一側(cè)設(shè)置基板主體部411并在工作面412b一側(cè)的開口部411a內(nèi)設(shè)置壓電元件413的構(gòu)成。

在上述各實(shí)施方式中，作為超聲波換能器45所具備的壓電元件413，例示了由下部電極414、壓電膜415、上部電極416沿厚度方向?qū)盈B的層疊體構(gòu)成的例子，但不限定于此。例如，也可以采用在壓電膜415的正交于厚度方向的一面?zhèn)壬蠈⒁粚?duì)電極配置成彼此相對(duì)的構(gòu)成等。另外，也可以是，在壓電膜的沿著厚度方向的側(cè)面以夾著壓電膜的方式配置電極。

另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了超聲波換能器45進(jìn)行發(fā)送和接收的構(gòu)成，但也可以是超聲波換能器45僅進(jìn)行發(fā)送的構(gòu)成。

在上述實(shí)施方式中，例示了以生物體作為測(cè)定對(duì)象的超聲波測(cè)定裝置，但本發(fā)明并不限定于此。例如，可以將本發(fā)明應(yīng)用于以各種結(jié)構(gòu)物作為測(cè)定對(duì)象的、用于對(duì)該結(jié)構(gòu)物進(jìn)行缺陷檢測(cè)、老化檢查的電子設(shè)備。另外，例如，還可以將本發(fā)明應(yīng)用于以半導(dǎo)體封裝、晶片等作為測(cè)定對(duì)象的、用于檢測(cè)該測(cè)定對(duì)象的缺陷的電子設(shè)備。

此外，本發(fā)明實(shí)施時(shí)的具體結(jié)構(gòu)在能夠達(dá)成本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，可以通過適當(dāng)組合上述各實(shí)施方式及變形例而構(gòu)成，另外也可以適當(dāng)變更為其它結(jié)構(gòu)等。