JP5391241B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus - Google Patents
Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5391241B2 JP5391241B2 JP2011162766A JP2011162766A JP5391241B2 JP 5391241 B2 JP5391241 B2 JP 5391241B2 JP 2011162766 A JP2011162766 A JP 2011162766A JP 2011162766 A JP2011162766 A JP 2011162766A JP 5391241 B2 JP5391241 B2 JP 5391241B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- frequency
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
本発明は、超音波探触子および超音波撮像装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic imaging apparatus.
超音波を送受信するトランスデューサの主流は、ＰＺＴ（lead zirconate titanate; チタン酸ジルコン酸鉛）に代表されるセラミックス系の圧電素子の圧電効果および逆圧電効果を利用して、超音波の送信および受信を行うタイプのトランスデューサである。この圧電セラミックス系超音波トランスデューサは現在も、実用に供されてい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、半導体マイクロ加工技術によるマイクロメートルオーダの構造を有する微細なダイヤフラム型の超音波トランスデューサの研究開発が１９９０年代より始まった（非特許文献１参照）。 The mainstream of transducers that transmit and receive ultrasonic waves is to transmit and receive ultrasonic waves using the piezoelectric and inverse piezoelectric effects of ceramic-based piezoelectric elements such as PZT (lead zirconate titanate). The type of transducer to perform. These piezoelectric ceramic ultrasonic transducers still occupy most of ultrasonic transducers in practical use, but in order to replace them, a fine diaphragm type having a micrometer order structure by semiconductor micromachining technology. Research and development of ultrasonic transducers began in the 1990s (see Non-Patent Document 1).
そのトランスデューサ（超音波トランスデューサ１００ｐ）の典型的な構造は、図４０の断面摸式図に示したように、空隙４を挟んで基板１と平坦な外側ダイヤフラム層５ｂの双方に設けられた下部電極２（基板側の電極。単に電極２ともいう。）および上部電極３（外側ダイヤフラム層５ｂ側の電極。単に電極３ともいう。）がコンデンサを形成するものである。
なお、説明の便宜上、超音波トランスデューサ１００ｐが超音波を受信する方向（図４０の下方向）をｚ方向とし、図４０の右手方向をｘ方向とし、さらに、図４０の紙面に対しての垂直下方向をｙ方向とする。
A typical structure of the transducer (ultrasonic transducer 100p) is a lower electrode provided on both the substrate 1 and the flat outer diaphragm layer 5b with the gap 4 interposed therebetween, as shown in the schematic sectional view of FIG. 2 (electrode on the substrate side; simply referred to as electrode 2) and upper electrode 3 (electrode on the outer diaphragm layer 5b side; simply referred to as electrode 3) form a capacitor.
For convenience of explanation, the direction in which the ultrasonic transducer 100p receives ultrasonic waves (the lower direction in FIG. 40) is the z direction, the right hand direction in FIG. 40 is the x direction, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Let the downward direction be the y direction.
図４０に示したように、この電極２，３間に電圧を印加すれば、両電極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、外側ダイヤフラム層５ｂが変位する。このとき、外側ダイヤフラム層５ｂ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・音響（超音波）変換の原理である。一方、ＤＣバイアス電圧を印加して電極２，３上に一定の電荷を誘起しておき、外側ダイヤフラム層５ｂの接している媒体から強制的に振動を加え、外側ダイヤフラム層５ｂに変位を与えると、変位に対応する電圧が両電極２，３間に付加的に生ずる。この受信における音響（超音波）・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。 As shown in FIG. 40, when a voltage is applied between the electrodes 2 and 3, charges having opposite signs are induced on both electrodes and attract each other, so that the outer diaphragm layer 5b is displaced. At this time, if the outside of the outer diaphragm layer 5b is in contact with water or a living body, sound waves are radiated into these media. This is the principle of electrical / acoustic (ultrasonic) conversion in transmission. On the other hand, when a DC bias voltage is applied to induce a constant charge on the electrodes 2 and 3, and a vibration is forcibly applied from the medium in contact with the outer diaphragm layer 5b, and the outer diaphragm layer 5b is displaced. A voltage corresponding to the displacement is additionally generated between the electrodes 2 and 3. The principle of acoustic (ultrasonic) / electrical conversion in reception is the same as that of a DC bias condenser microphone used as a microphone in the audible sound range.
また、超音波ビームの形成においては、上記トランスデューサを多数並べ、図４３のようにアレイ化して使用する。図４３では、複数個の六角形の超音波トランスデューサ１００を超音波トランスデューサ間の結線１３で電気的に結合し、図示した破線２０で区画される一つのチャンネルを形成している。超音波トランスデューサを用いて超音波パルスの送受信を行い、エコー信号から対象物の断層像を画像化する場合において、超音波トランスデューサの電気・機械変換効率の周波数特性が平坦であるほど、時間軸上のパルス幅が狭くなり高分解能となる。また、超音波トランスデューサから対象までの距離に応じて異なる周波数を選択できるなど、装置の制御方法の自由度が広がる利点がある。このため、図４４に示すように、径の異なるダイヤフラムを有する超音波トランスデューサ１００を超音波トランスデューサ間の結線で繋いで１つの素子１４として同時に駆動して、広帯域化を図る方法が特許文献１に開示されている。 In forming an ultrasonic beam, a large number of the transducers are arranged and used as an array as shown in FIG. In FIG. 43, a plurality of hexagonal ultrasonic transducers 100 are electrically coupled by connection 13 between the ultrasonic transducers to form a single channel partitioned by the illustrated broken line 20. When transmitting and receiving ultrasonic pulses using an ultrasonic transducer and imaging a tomographic image of an object from an echo signal, the flatter the frequency characteristics of the electromechanical conversion efficiency of the ultrasonic transducer, the longer the time axis. The pulse width becomes narrower and the resolution becomes higher. In addition, there is an advantage that the degree of freedom of the control method of the apparatus is widened such that different frequencies can be selected according to the distance from the ultrasonic transducer to the target. For this reason, as shown in FIG. 44, Patent Document 1 discloses a method of widening the bandwidth by simultaneously driving ultrasonic transducers 100 having diaphragms having different diameters by connecting the ultrasonic transducers as one element 14. It is disclosed.
また、特許文献２では、膜の中央部分を補強層（stiffing layer）によって補強した容量性超音波トランスデューサが提案されている。
さらに、特許文献３では、膜の厚さ寸法内に、絶縁層部分と上部電極とを配置したものを、キャビティの上方に配置した音響トランスデューサが提案されている。
Patent Document 2 proposes a capacitive ultrasonic transducer in which a central portion of a film is reinforced by a stiffing layer.
Further, Patent Document 3 proposes an acoustic transducer in which an insulating layer portion and an upper electrode are arranged in the thickness dimension of a film and arranged above a cavity.
しかし、特許文献１の技術において、図４４に示すように、大きさが異なる多角形や、円形のダイヤフラムを敷き詰めて超音波探触子を構成した場合には、超音波トランスデューサ間に必ず隙間が生じる。この隙間によって、以下の二つの理由により、超音波探触子の性能を劣化させてしまうという問題が生じてしまう。まず、有効な素子面積が減少することによって、実効的な送受波の感度が低下する。また、ダイヤフラムが形成されていない素子部分が超音波探触子の送受波口径中に露出していると、その部分から基板内に入った音が残響音の原因となり、診断画像上の虚像の原因となる。残響音に関しては、ダイヤフラムから、ダイヤフラムが形成されていない部分を通って、伝播した超音波が隣接する超音波トランスデューサの端で反射され、再び元のダイヤフラムに戻ってくることも、その原因となりうる。 However, in the technology of Patent Document 1, as shown in FIG. 44, when an ultrasonic probe is configured by spreading polygons having different sizes or circular diaphragms, there is always a gap between the ultrasonic transducers. Arise. This gap causes a problem that the performance of the ultrasonic probe is deteriorated for the following two reasons. First, as the effective element area decreases, the effective transmission / reception sensitivity decreases. In addition, if the element part where the diaphragm is not formed is exposed in the transmission / reception aperture of the ultrasonic probe, the sound that enters the substrate from that part causes reverberation sound, and the virtual image on the diagnostic image Cause. Regarding reverberant sound, it can be caused by the fact that the transmitted ultrasonic wave is reflected from the end of the adjacent ultrasonic transducer through the part where the diaphragm is not formed and returns to the original diaphragm again. .
また、一般に、トランスデューサアレイにおいては、個々の超音波トランスデューサの大きさは、超音波の回折などを考慮した配置間隔から上限が決まり、所要の放射効率を得られる放射インピーダンスを確保する観点から下限が決まる。したがって、設計に当たっては、これらの超音波トランスデューサの大きさは、通常、狭い範囲から選ばれることとなる。 In general, in the transducer array, the upper limit of the size of each ultrasonic transducer is determined from the arrangement interval in consideration of the diffraction of the ultrasonic wave, and the lower limit from the viewpoint of securing the radiation impedance for obtaining the required radiation efficiency. Determined. Therefore, in designing, the size of these ultrasonic transducers is usually selected from a narrow range.
さらに、前記従来の静電型トランスデューサ（非特許文献１記載）では、半導体製造技術を利用しているので、製造工程において、ダイヤフラムの平面形状に応じたマスクを使用する。そして、ダイヤフラムの周波数特性を変更する一方法に、その大きさ（平面形状）を変える方法がある。しかし、これを行うには、新たにマスクを設計および製造する必要がある。このため、手間と費用がかかり、製造効率が低下する問題点があった。 Furthermore, since the conventional electrostatic transducer (described in Non-Patent Document 1) uses semiconductor manufacturing technology, a mask corresponding to the planar shape of the diaphragm is used in the manufacturing process. One method of changing the frequency characteristics of the diaphragm is to change its size (planar shape). However, to do this, it is necessary to design and manufacture a new mask. For this reason, there is a problem that it takes time and cost, and the production efficiency is lowered.
また、ダイヤフラムの周波数特性を変更する他の方法に、ダイヤフラムの厚さを変える方法がある。しかし、前記したように、ダイヤフラムの大きさは狭い範囲に制限されるため、所望の中心周波数を得るためのダイヤフラムの厚さは、ほぼ一意に決まってしまう。そして、ダイヤフラムの大きさおよび厚さから、この超音波トランスデューサの感度および比帯域幅が決まってしまう。このため、所望の周波数特性、すなわち、中心周波数および比帯域幅の組み合わせが実現できない問題点があった。 As another method for changing the frequency characteristics of the diaphragm, there is a method for changing the thickness of the diaphragm. However, as described above, since the size of the diaphragm is limited to a narrow range, the thickness of the diaphragm for obtaining a desired center frequency is almost uniquely determined. The sensitivity and specific bandwidth of the ultrasonic transducer are determined from the size and thickness of the diaphragm. For this reason, there has been a problem that a desired frequency characteristic, that is, a combination of the center frequency and the specific bandwidth cannot be realized.
さらに、前記従来の容量性超音波トランスデューサ（特許文献２参照）では、ダイヤフラムを補強層（stiffing layer）で補強しているが、補強層を設けることにより所望の中心周波数を得たとしても、比帯域幅は自動的に決まってしまい、所望の周波数特性が実現できない問題点があった。 Further, in the conventional capacitive ultrasonic transducer (see Patent Document 2), the diaphragm is reinforced by a stiffing layer, but even if a desired center frequency is obtained by providing the reinforcing layer, the ratio is The bandwidth is automatically determined, and there is a problem that a desired frequency characteristic cannot be realized.
さらに、前記従来の音響トランスデューサ（特許文献３記載）では、上側電極をダイヤフラム内に設けているため、感度の向上を図ることができるとしても、同様に所望の周波数特性を得るための手段は提供されていない問題点があった。
また、一枚の平坦なダイヤフラムでは、励起される振動モードと、振動モードごとの振動周波数が決まってしまい、同様に所望の周波数特性が得られない問題点があった。
Further, in the conventional acoustic transducer (described in Patent Document 3), since the upper electrode is provided in the diaphragm, a means for obtaining a desired frequency characteristic is provided even if the sensitivity can be improved. There was a problem that was not.
In addition, with a single flat diaphragm, the vibration mode to be excited and the vibration frequency for each vibration mode are determined, and similarly, there is a problem that a desired frequency characteristic cannot be obtained.
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で超音波送受信の性能を向上させることができる超音波探触子および超音波撮像装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention, the has been made in view of the problems, it aims to provide a can be that the ultrasonic probe and an ultrasonic imaging apparatus to improve the performance of the ultrasonic wave transmission and reception in a simple structure And
本発明に係る超音波探触子は、その内部または表面に第１の電極を有する基板と、その内部または表面に第２の電極を有するダイヤフラムとを、空隙を介して配置し、
前記ダイヤフラムまたは前記第２の電極の表面または内部に、梁をそれぞれ具備した複数の超音波トランスデューサを結線により接続させて平面状または曲面状に複数配列した超音波トランスデューサアレイを具備し、前記梁は、前記ダイヤフラムの形状に合わせて形成されている。
その他の手段については、後記する実施の形態で説明する。
An ultrasonic probe according to the present invention includes a substrate having a first electrode inside or on a surface thereof, and a diaphragm having a second electrode inside or on the surface, with a gap interposed therebetween,
A plurality of ultrasonic transducer arrays each having a beam are connected to each other on the surface or inside of the diaphragm or the second electrode by connection, and an ultrasonic transducer array is arranged in a planar shape or a curved shape. , Formed in accordance with the shape of the diaphragm.
Other means will be described in an embodiment described later.
本発明によれば、簡単な構造で超音波送受信の性能を向上させることができる超音波探触子および超音波撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic imaging apparatus that can improve the performance of the ultrasonic wave transmission and reception in a simple structure.
次に、本発明による各実施形態について、図１〜図４２、図４４〜図４６を参照しながら、詳細に説明する。
なお、以下では、電気と超音波の変換器を超音波トランスデューサ、複数の超音波トランスデューサをアレイ状に集めたものをトランスデューサアレイ、複数のトランスデューサアレイを有して被検体に超音波を送受信するものを超音波探触子と呼ぶ。また、超音波探触子、画像作成部（超音波探触子によって得られた信号から画像を作成する手段）、表示部（画像を表示する手段）、制御部などを備えた超音波による撮像装置を、超音波撮像装置と呼ぶ。
Next, each embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 42 and FIGS. 44 to 46.
In the following, an electrical / ultrasonic transducer is an ultrasonic transducer, a plurality of ultrasonic transducers are collected in an array, a transducer array, and a plurality of transducer arrays are used to transmit and receive ultrasonic waves to a subject. Is called an ultrasonic probe. In addition, imaging by ultrasonic waves provided with an ultrasonic probe, an image creation unit (means for creating an image from a signal obtained by the ultrasonic probe), a display unit (means for displaying an image), a control unit, etc. The apparatus is called an ultrasonic imaging apparatus.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の超音波トランスデューサを用いた超音波撮像装置の構成例を示す図である。この図１を用いて、超音波撮像装置の動作を説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an ultrasonic imaging apparatus using the ultrasonic transducer according to the first embodiment. The operation of the ultrasonic imaging apparatus will be described with reference to FIG.
送信遅延・重み選択部２０３は、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の制御に基づき、送波ビームフォーマ２０４に与えるための各チャンネルの送信遅延時間、重み関数の値を選択する。これらの値に基づいて、送波ビームフォーマ２０４は送受波を切り替えるための複数のスイッチ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。 The transmission delay / weight selection unit 203 selects the transmission delay time of each channel and the value of the weight function to be given to the transmission beamformer 204 based on the control of the transmission / reception sequence control unit 201 programmed in advance. Based on these values, the transmission beamformer 204 gives a transmission pulse to the electric / acoustic conversion element 101 via a plurality of switches 205 for switching between transmission and reception. At this time, a bias voltage is also applied to the electric / acoustic conversion element 101 by the bias voltage control unit 202. As a result, ultrasonic waves are applied from the electric / acoustic conversion element 101 to a subject (not shown). It is transmitted.
そして、被検体内の散乱によって反射した超音波の一部は、再び電気・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、受信モードを起動するように制御する。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取得する場合には、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。 A part of the ultrasonic wave reflected by scattering in the subject is received again by the electric / acoustic transducer 101. The transmission / reception sequence control unit 201 controls the reception beamformer 206 to activate the reception mode after a predetermined time has elapsed from the transmission timing. The predetermined time is, for example, the time for sound to reciprocate through 1 mm when an image is acquired from a place deeper than the depth of 1 mm of the subject. The reason why the reception mode is not entered immediately after the transmission is that the amplitude of the received voltage is usually extremely small, from 1/100 to 1/1000 of the amplitude of the transmitted voltage. The receiving beam former 206 continuously controls the delay time and the weight function according to the arrival time of the reflected ultrasonic wave, which is called dynamic focus. The data after dynamic focus is converted into an image signal by an image creating means, for example, a filter 207, an envelope signal detector 208, and a scan converter 209, and then displayed on the display unit 210 as an ultrasonic tomographic image.
超音波トランスデューサを様々な用途で実用化する際に重要となる基本的特性の一つは、中心周波数と比帯域幅で表される周波数特性である。中心周波数ｆｃは、電気・機械変換効率（感度）が最も良い周波数のことである。また、比帯域幅ｆｈは、例えば３ｄＢ幅といった場合には、中心周波数での感度から３ｄＢ落ちた二つの周波数の間隔を中心周波数で割ったものとして定義される。比帯域幅は広いほど、一つの超音波トランスデューサを様々な周波数帯に用いることができ、あるいは時間幅の短い超音波パルスを形成できるため、超音波ビームを用いた撮像の場合には高い距離分解能が得られるなどの有益な特性が得られる。ダイヤフラム型の超音波トランスデューサにおける中心周波数ｆｃは、ダイヤフラムの共振周波数とほぼ等しい値となるので、ダイヤフラムの剛性をＤ、質量をｍとすると、次式（１）で表わされ、比帯域幅ｆｈは次式（２）で表わされる。 One of the basic characteristics that is important when the ultrasonic transducer is put into practical use in various applications is a frequency characteristic represented by a center frequency and a specific bandwidth. Center frequency f c, the electrical-mechanical conversion efficiency (sensitivity) is that the best frequency. In addition, the specific bandwidth f h is defined as, for example, a width of 3 dB, which is obtained by dividing an interval between two frequencies that are 3 dB lower than the sensitivity at the center frequency by the center frequency. As the specific bandwidth is wider, one ultrasonic transducer can be used in various frequency bands, or an ultrasonic pulse with a short time width can be formed. Therefore, in the case of imaging using an ultrasonic beam, higher distance resolution is possible. It is possible to obtain useful characteristics such as. The center frequency f c of the diaphragm type ultrasonic transducer, since substantially equal to the resonance frequency of the diaphragm, the stiffness of the diaphragm D, mass is m, is expressed by the following equation (1), the relative bandwidth f h is expressed by the following equation (2).
振動ダイヤフラムの剛性および質量は、材料が固体の場合、振動ダイヤフラムの形状とその寸法、および振動ダイヤフラムの厚さによって決定される。したがって、原理的には適切な振動ダイヤフラムの形状と厚さを決定することによって、望みの周波数特性が得られることになる。しかし中心周波数、感度の最大値、比帯域幅と三つのパラメータを最適化するのに、Ｄとｍの二つの設計自由度だけでは不足することになる。 The stiffness and mass of the vibrating diaphragm is determined by the shape and dimensions of the vibrating diaphragm and the thickness of the vibrating diaphragm when the material is solid. Therefore, in principle, a desired frequency characteristic can be obtained by determining an appropriate shape and thickness of the vibration diaphragm. However, in order to optimize the center frequency, the maximum value of sensitivity, the specific bandwidth, and the three parameters, only two design freedoms of D and m are insufficient.
通常の２次元断層像を撮像する超音波撮像装置用の超音波探触子は、断層面に垂直な方向（短軸方向）は音響レンズによる固定フォーカスで、断層面に沿った方向（長軸方向）に振動子をアレイ化して並べ、電子フォーカスで断層面内の所望の位置に超音波ビームをフォーカスするように構成されている。そして、良好な超音波ビームを形成するには、ビームの中心周波数での波長の半分程度の幅で超音波トランスデューサをアレイ化することが理想的であり、例えば中心周波数が５ＭＨｚでは、０．１５ｍｍ程度の幅でアレイ化される。短軸方向では、超音波トランスデューサの幅が広いほど焦点でのビーム幅は狭くなり、空間分解能の高い断層像を得ることができるが、短軸の固定フォーカスの焦域があまり狭いと、長軸の電子フォーカスでフォーカス域を制御するのが難しくなる。また患者の肋骨の隙間など、患部に押し当てて操作する場合の使い勝手の観点からも、短軸幅は７〜８ｍｍ程度が望ましい。 An ultrasonic probe for an ultrasonic imaging apparatus that captures a normal two-dimensional tomographic image has a fixed focus by an acoustic lens in a direction perpendicular to the tomographic plane (short axis direction) and a direction along the tomographic plane (long axis). The transducers are arranged in an array in the direction), and the ultrasonic beam is focused to a desired position in the tomographic plane by electronic focusing. In order to form a good ultrasonic beam, it is ideal to array ultrasonic transducers with a width that is about half the wavelength at the center frequency of the beam. For example, when the center frequency is 5 MHz, 0.15 mm. It is arrayed with a width of about. In the short axis direction, the wider the ultrasonic transducer width, the narrower the beam width at the focal point, and a tomographic image with a high spatial resolution can be obtained, but if the focal area of the short axis fixed focus is too narrow, the long axis It becomes difficult to control the focus area with the electronic focus. Further, from the viewpoint of usability when operating by pressing against an affected part such as a gap of a patient's rib, the short axis width is preferably about 7 to 8 mm.
つまり、電気的な１つの素子の大きさは７〜８ｍｍ×０．１５ｍｍ程度であるので、例えばダイヤフラムの直径が５０μｍ程度の場合には、１５０×３＝４５０個のダイヤフラムが電気的な１素子の中に並べられた状態で使うことになる。この数百個のダイフラムそれぞれの形状、材質を変えると、電気的な１素子全体での比帯域幅をより自由に設計できるようになる。原理的には形状、材質に関して自由度があるが、実際の半導体プロセスでは、基板の上に順に層構造を作製していくので、隣接する超音波トランスデューサ毎に材質を変えることは現実的でなく、ダイヤフラムの厚さを変えることも難しい。結果として、ダイヤフラムの直径を変えることによって所望の比帯域幅を設計するのが最も現実的な方法である。 That is, since the size of one electrical element is about 7 to 8 mm × 0.15 mm, for example, when the diameter of the diaphragm is about 50 μm, 150 × 3 = 450 diaphragms are one electrical element. It will be used in the state of being arranged in. By changing the shape and material of each of these hundreds of diaphragms, the specific bandwidth of the entire electrical element can be designed more freely. In principle, there is a degree of freedom in terms of shape and material, but in an actual semiconductor process, the layer structure is fabricated on the substrate in order, so changing the material for each adjacent ultrasonic transducer is not practical. It is also difficult to change the thickness of the diaphragm. As a result, it is most practical to design the desired specific bandwidth by changing the diameter of the diaphragm.
米国特許第５，８７０，３５１号明細書（特許文献１）には、図４４に示すように、電気的に結合された一つの素子の中にダイヤフラムの径が異なる六角形を多数並べた例が示されている。しかし、直径が異なる円や多角形で領域を敷き詰めた場合には、充填効率が下がってしまうという問題がある。これは、（ダイヤフラムの面積）／（素子全体の面積）の比率が低下して感度が低下するという問題以上に、素子のパルス特性に大きな影響を与える。このパルス特性の劣化について、図４５を用いて説明する。図４５に示すように、大きさの異なる六角形のダイヤフラムを複数配置した場合には、着目しているダイヤフラムから、ダイヤフラムの形成されていない部分を通り、着目したダイヤフラムの周囲のダイヤフラムの端面で反射され再び着目ダイヤフラムに超音波が戻ってくる経路（図中の矢印）の長さが、単一の大きさの六角形ダイヤフラムを敷き詰めて形成されたアレイの場合に比べ、長くなる。 In U.S. Pat. No. 5,870,351 (Patent Document 1), as shown in FIG. 44, a large number of hexagons having different diaphragm diameters are arranged in one electrically coupled element. It is shown. However, when the area is spread with circles or polygons having different diameters, there is a problem that the filling efficiency is lowered. This has a greater influence on the pulse characteristics of the element than the problem that the ratio of (diaphragm area) / (area of the entire element) decreases and sensitivity decreases. The deterioration of the pulse characteristics will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 45, when a plurality of hexagonal diaphragms having different sizes are arranged, the diaphragms from the target diaphragm pass through the part where the diaphragms are not formed, and the diaphragm end faces around the target diaphragm. The length of the path (arrow in the figure) where the ultrasonic waves are reflected and returned to the target diaphragm again becomes longer than that of an array formed by laying a single hexagonal diaphragm.
図２は、着目するダイヤフラムと隣接ダイヤフラムとの間の距離を変えたときの、超音波受波パルス特性を有限要素法によってシミュレーションした結果を示すグラフである。ここでは、ダイヤフラムの幅は６０μｍ、長さは無限の二次元モデルの例を扱っている。ダイヤフラムの材料は窒化シリコン（ＳｉＮ）で、厚みは１．２μｍである。アレイの前面から到達する超音波は、中心周波数１０ＭＨｚの正弦波で、サイクル数は１周期分である。横軸は時間であり、アレイの前面から到達する超音波パルスがダイヤフラム表面に到達した時間を原点にとっている。縦軸は、ダイヤフラム中心部分の垂直方向への速度である。４つのグラフは、隣接ダイヤフラム間の距離が、それぞれ５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍの場合を示している。 FIG. 2 is a graph showing the result of simulating the ultrasonic wave reception pulse characteristic by the finite element method when the distance between the focused diaphragm and the adjacent diaphragm is changed. Here, an example of a two-dimensional model having a diaphragm width of 60 μm and an infinite length is used. The material of the diaphragm is silicon nitride (SiN), and the thickness is 1.2 μm. The ultrasonic wave that arrives from the front surface of the array is a sine wave with a center frequency of 10 MHz, and the number of cycles is one period. The horizontal axis is time, and the origin is the time when the ultrasonic pulse arriving from the front surface of the array reaches the diaphragm surface. The vertical axis represents the speed in the vertical direction of the central portion of the diaphragm. The four graphs show cases where the distances between adjacent diaphragms are 5 μm, 20 μm, 40 μm, and 60 μm, respectively.
図２から、隣接ダイヤフラム間の距離を広げるに従い、パルス幅が広がっていることがわかる。隣接ダイヤフラム間の距離が５μｍのときは、ほぼ外部から到達した超音波波形と同様なダイヤフラムの変形となっており、ダイヤフラム中心部分は１周期分の正弦波の振動をしたあと（約０．１マイクロ秒後）、振動振幅が急速に小さくなり、パルス幅は狭く、超音波からダイヤフラムの変形へ変換する伝達関数の周波数特性はほぼ平坦である。一方、隣接ダイヤフラム間の距離が広がるに従い、パルス波形が伸びている。隣接ダイヤフラム間距離が６０μｍでは、隣接ダイヤフラム間距離が５μｍの場合に比べ、パルス幅がほぼ１．５倍に伸び、このような条件のアレイを用いた場合には空間分解能が劣化することを示している。 FIG. 2 shows that the pulse width increases as the distance between adjacent diaphragms increases. When the distance between adjacent diaphragms is 5 μm, the diaphragm deformation is almost the same as the ultrasonic waveform arrived from the outside, and the diaphragm center part vibrates a sine wave for one cycle (about 0.1 After microseconds), the vibration amplitude decreases rapidly, the pulse width is narrow, and the frequency characteristic of the transfer function that converts ultrasonic waves into diaphragm deformation is almost flat. On the other hand, the pulse waveform expands as the distance between adjacent diaphragms increases. When the distance between adjacent diaphragms is 60 μm, the pulse width is increased by about 1.5 times compared to the case where the distance between adjacent diaphragms is 5 μm, and it is shown that the spatial resolution deteriorates when using an array under such conditions. ing.
図３は、隣接ダイヤフラム間距離が２０μｍ、４０μｍ、６０μｍの場合の受波パルス波形から、隣接ダイヤフラム間距離が５μｍの場合の受波パルス波形を差し引いた波形を示すグラフである。隣接ダイヤフラムからの反射波の影響がほぼ無い条件である、隣接ダイヤフラム間距離が５μｍの受波波形と比べることで、隣接ダイヤフラムからの反射波を抽出することができる。この隣接ダイヤフラムからの反射波が、隣接ダイヤフラム間距離に応じて大きくなっていることが顕著に示されている。 FIG. 3 is a graph showing a waveform obtained by subtracting the received pulse waveform when the distance between adjacent diaphragms is 5 μm from the received pulse waveform when the distance between adjacent diaphragms is 20 μm, 40 μm, and 60 μm. A reflected wave from the adjacent diaphragm can be extracted by comparing with a received waveform in which the distance between adjacent diaphragms is 5 μm, which is a condition in which there is almost no influence of the reflected wave from the adjacent diaphragm. It is remarkably shown that the reflected wave from the adjacent diaphragm is increased according to the distance between the adjacent diaphragms.
この反射波の絶対値の積分値を縦軸にとり、隣接ダイヤフラム間距離を横軸にとったグラフが図４である。縦軸は、元の受波波形の絶対値の積分値で規格化してある。縦軸の値が、反射波の影響がほぼ無視できる０．１以下になるのは、隣接ダイヤフラム間距離が１０μｍ以下であることが示されている。これは、シリコン内を伝播する音速が８０００ｍ／ｓであることを考えると、１０ＭＨｚでの超音波の波長が８００μｍであるから、波長の１／８０以下という条件であることがわかる。 FIG. 4 is a graph in which the integrated value of the absolute value of the reflected wave is plotted on the vertical axis and the distance between adjacent diaphragms is plotted on the horizontal axis. The vertical axis is normalized by the integral value of the absolute value of the original received waveform. The value on the vertical axis is 0.1 or less where the influence of the reflected wave is almost negligible, indicating that the distance between adjacent diaphragms is 10 μm or less. Considering that the speed of sound propagating in the silicon is 8000 m / s, it can be seen that the condition is 1/80 or less of the wavelength because the wavelength of the ultrasonic wave at 10 MHz is 800 μm.
複数のダイヤフラム型の超音波トランスデューサを電気的に結合して構成される１つの素子としての超音波トランスデューサの領域にダイヤフラムが形成されていない領域が存在すると、以下に示す過程によってもパルス特性が劣化する。図４６はダイヤフラムの隙間から基板に入った超音波がノイズを生成するメカニズムの説明図であり、（ａ）はダイヤフラムとその周辺の断面模式図、（ｂ）は受波電圧信号の時間変化を表す図である。 If there is a region where no diaphragm is formed in the region of the ultrasonic transducer as a single element configured by electrically coupling a plurality of diaphragm type ultrasonic transducers, the pulse characteristics will also deteriorate due to the following process. To do. 46A and 46B are explanatory views of the mechanism by which ultrasonic waves entering the substrate through the gap between the diaphragms generate noise. FIG. 46A is a schematic cross-sectional view of the diaphragm and its surroundings, and FIG. 46B shows the time variation of the received voltage signal. FIG.
図４６（ａ）に示すように、ダイヤフラムの上の方からくる超音波パルスを受信する場合を考えると、まずダイヤフラムに直接入射した超音波パルスＡは、図４６（ｂ）の横軸時間、縦軸受波電圧信号のグラフ上のＡで示されるように電気信号に変換される。一方、ダイヤフラム間の隙間の領域に到達した超音波パルスＢは、図４６（ａ）の経路ａ，ｂ，ｃに示すように、基板内で多重反射を繰り返しながら、ダイヤフラムのリム部を通ってダイヤフラムに到達する。この経路ａ，ｂ，ｃを通った超音波パルスも、ダイヤフラムを変形させて電気信号に変換され、図４６（ｂ）に示す波形Ｂ，Ｂ’，Ｂ”として、電気信号上に現れる。 As shown in FIG. 46 (a), when an ultrasonic pulse coming from the upper side of the diaphragm is received, the ultrasonic pulse A directly incident on the diaphragm first has a horizontal axis time in FIG. 46 (b), As indicated by A on the graph of the longitudinal bearing wave voltage signal, it is converted into an electrical signal. On the other hand, the ultrasonic pulse B that has reached the area of the gap between the diaphragms passes through the rim portion of the diaphragm while repeating multiple reflections within the substrate, as shown by paths a, b, and c in FIG. Reach the diaphragm. The ultrasonic pulses that have passed through the paths a, b, and c are also transformed into electric signals by deforming the diaphragm, and appear on the electric signals as waveforms B, B ′, and B ″ shown in FIG.
超音波撮像装置においては、血管の内部構造を観察する場合など、血管外の組織部と血管の内腔のように、互いに反射率強度が４０ｄＢから６０ｄＢも異なるような部位を観察するために、輝度の圧縮を行って広いダイナミックレンジで画像化している。そのため、ＢやＢ’などのエコーが微弱なものであっても、血管周辺の組織からの反射信号Ａに、時間が遅れたＢやＢ’のエコーが伴うと、これが血管内部の像として観察され、血管内のプラーク（かたまり）なのか、Ｂなどの虚像なのか区別できなくなってしまう。通常の超音波撮像装置の画像のダイナミックレンジから判断すると、反射信号Ｂの振幅は反射信号Ａの振幅に比べて、１０００分の１、すなわち−６０ｄＢ程度まで小さく抑える必要がある。前述のように、ダイヤフラムの隙間の長さを波長の１／８０程度まで短くすれば、隙間を介しての音の伝播効率が低下して、Ｂの様な残響音の影響が問題とならなくなってくる。この経路ａでウエハ内に入る超音波の大きさを十分に小さくしておけば、経路ｂの多重反射の反射率を十分に小さくできなくても、Ｂの残響音を小さくできるので、結果として、経路ｂの多重反射の反射率に大きな影響を与えるウエハと背面材料の接着剤の厚みや材質に関する選定の自由度が増え、製造工程の取り得る自由度が向上する。 In the ultrasonic imaging apparatus, when observing the internal structure of a blood vessel, in order to observe a part having a reflectance intensity different from 40 dB to 60 dB, such as a tissue part outside the blood vessel and a lumen of the blood vessel, Brightness is compressed and imaged with a wide dynamic range. Therefore, even if echoes such as B and B ′ are weak, if the reflected signal A from the tissue around the blood vessel is accompanied by an echo of B or B ′ delayed in time, this is observed as an image inside the blood vessel. This makes it impossible to distinguish between plaques in blood vessels and virtual images such as B. Judging from the dynamic range of the image of a normal ultrasonic imaging apparatus, the amplitude of the reflected signal B needs to be reduced to 1/1000, that is, about −60 dB, compared with the amplitude of the reflected signal A. As described above, if the length of the gap of the diaphragm is shortened to about 1/80 of the wavelength, the sound propagation efficiency through the gap is lowered, and the influence of reverberant sound such as B does not become a problem. Come. If the size of the ultrasonic wave entering the wafer through the path a is sufficiently small, the reverberation sound of B can be reduced even if the reflectance of the multiple reflection of the path b cannot be sufficiently reduced. The degree of freedom in selecting the thickness and material of the adhesive between the wafer and the back material, which greatly affects the reflectance of the multiple reflection in the path b, is increased, and the degree of freedom that the manufacturing process can take is improved.
本実施形態では、このダイヤフラムの隙間の面積を最小化しつつ、互いに異なる共振周波数を持たせて比帯域幅を拡大するのに適したダイヤフラムの形状および構造を採用する。 In the present embodiment, a diaphragm shape and structure suitable for expanding the specific bandwidth by giving different resonance frequencies while minimizing the area of the gap of the diaphragm is adopted.
図５は、本実施形態の超音波探触子の一例を示す図であり、超音波探触子を構成する半導体ダイヤフラム型トランスデューサアレイの一部を示す上面図である。図６は、図５に示したアレイ中の一つのダイヤフラム型の超音波トランスデューサを切断し、斜め上方から観察した様子を示す断面模式図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the ultrasonic probe of the present embodiment, and is a top view showing a part of a semiconductor diaphragm type transducer array constituting the ultrasonic probe. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which one diaphragm type ultrasonic transducer in the array shown in FIG. 5 is cut and observed obliquely from above.
個々のダイヤフラム型の超音波トランスデューサは、図６に示すように、基板１上に形成した下部電極２（第１の電極）の上に、内部に空隙４を有する内側ダイヤフラム層５ａを形成し、その上に上部電極３（第２の電極）、外側ダイヤフラム層５ｂを順に形成し、さらに外側ダイヤフラム層５ｂの上にダイヤフラムの対向する頂点間を結ぶ梁７を形成したものである。下部電極２と上部電極３とは、内部に空隙４を有する内側ダイヤフラム層５ａを介して対向し、コンデンサを構成する。六角形の形状をした各ダイヤフラムの中心部には、ダイヤフラムの形状と相似形の膜が梁７と連続するように形成されている。
なお、内側ダイヤフラム層５ａと外側ダイヤフラム層５ｂの両方あるいは片方を、単にダイヤフラムと表記することもある。また、他の構成についても、符号を省略することがある。
As shown in FIG. 6, each diaphragm type ultrasonic transducer is formed with an inner diaphragm layer 5 a having a gap 4 inside on a lower electrode 2 (first electrode) formed on a substrate 1. An upper electrode 3 (second electrode) and an outer diaphragm layer 5b are sequentially formed thereon, and a beam 7 connecting the opposing vertices of the diaphragm is formed on the outer diaphragm layer 5b. The lower electrode 2 and the upper electrode 3 are opposed to each other via an inner diaphragm layer 5a having a gap 4 inside, and constitute a capacitor. A film similar to the shape of the diaphragm is formed so as to be continuous with the beam 7 at the center of each diaphragm having a hexagonal shape.
Note that both or one of the inner diaphragm layer 5a and the outer diaphragm layer 5b may be simply referred to as a diaphragm. Also, reference numerals may be omitted for other configurations.
図７に示すように、梁７のみを形成すると、ダイヤフラムの中央付近の梁７が交差する部分において、鋭角な部分が生じ、半導体のエッチングプロセスなどによって、鋭角部分を削るときにバラつきが生じる可能性がある。ここで中央に相似形部分を形成すると、鋭角な部分を作らないですむという利点がある。また、ダイヤフラム型の超音波トランスデューサにおいては、大きなＤＣバイアスを印加した方が、蓄積される電荷が多いため、送受波の感度を向上することができるが、このときに過度なＤＣバイアスを印加すると、ダイヤフラムの一部が空隙４の反対側面に接触してしまう。このような接触は、ダイヤフラムへの電荷注入の原因となり、素子の電気音響変換特性にドリフトをもたらすことになる。梁７を形成した場合、梁７の隙間の部分で、かつダイヤフラムの中心近傍の部分から接触することになる。接触なく印加できるＤＣバイアスの上限を大きくするには、凹凸なく変形したほうが有利であるので、梁７の交点部近傍にはダイヤフラムの相似形の膜を形成するのが有利である。このとき、相似形部の大きさがあまり大きいと、梁７の隙間が全て埋まってしまい、梁７を形成した意味が無くなるので、相似形部の直径はダイヤフラム全体の直径に対して５０％から８０％程度であることが望ましい。 As shown in FIG. 7, when only the beam 7 is formed, an acute angle portion is generated at the portion where the beam 7 near the center of the diaphragm intersects, and variation may occur when the acute angle portion is cut by a semiconductor etching process or the like. There is sex. Here, when a similar portion is formed at the center, there is an advantage that it is not necessary to form a sharp portion. In addition, in a diaphragm type ultrasonic transducer, it is possible to improve the sensitivity of transmitting and receiving waves because a larger amount of charge is accumulated when a large DC bias is applied. However, if an excessive DC bias is applied at this time, A part of the diaphragm comes into contact with the opposite side surface of the gap 4. Such contact causes charge injection into the diaphragm and causes drift in the electroacoustic conversion characteristics of the device. When the beam 7 is formed, it comes into contact with a gap portion of the beam 7 and a portion near the center of the diaphragm. In order to increase the upper limit of the DC bias that can be applied without contact, it is more advantageous to deform without unevenness. Therefore, it is advantageous to form a film similar to a diaphragm in the vicinity of the intersection of the beams 7. At this time, if the size of the similar shape portion is too large, all the gaps of the beam 7 are filled, and the meaning of forming the beam 7 is lost. Therefore, the diameter of the similar shape portion is from 50% to the diameter of the entire diaphragm. It is desirable to be about 80%.
ここで、梁７とは、幅が長さに比べ小さく、ダイヤフラムの一部のみを覆う形状の構造体である。梁７は、以下に示すような硬さの条件を備えることで、ダイヤフラム型の超音波トランスデューサ全体の共振周波数に影響を与える。すなわち、空隙４の上方壁部を構成するダイヤフラム部の材料の硬さに比べ梁７の硬さを十分に大きくする、もしくはダイヤフラム部の厚みに比べ梁７の厚みを十分に大きくすることで、ダイヤフラム型の超音波トランスデューサ全体の共振周波数は、梁７の形状と材質によって制御することができる。例えば、幅Ｗ、長さｌ、厚さｔの単純な直方体形状の梁７を考えると、厚み方向の共振周波数ｆｂは次式（３）で与えられる。ここで、Ｅはヤング率、Ｉは断面モーメント、ｍは質量である。 Here, the beam 7 is a structural body having a width smaller than the length and covering only a part of the diaphragm. The beam 7 has the following hardness conditions, thereby affecting the resonance frequency of the entire diaphragm type ultrasonic transducer. That is, by sufficiently increasing the hardness of the beam 7 compared to the hardness of the material of the diaphragm portion constituting the upper wall portion of the gap 4, or by sufficiently increasing the thickness of the beam 7 compared to the thickness of the diaphragm portion, The resonance frequency of the entire diaphragm type ultrasonic transducer can be controlled by the shape and material of the beam 7. For example, the width W, length l, given the beam 7 of a simple rectangular shape having a thickness of t, the resonant frequency f b in the thickness direction is given by the following equation (3). Here, E is Young's modulus, I is the moment of section, and m is mass.
断面形状が長方形の梁７では、断面モーメントＩはＷｔ3／３であるため、式（３）は式（４）のようになる。なお、式（４）は比例式なので、係数を省略している。 In the cross-sectional shape rectangular beam 7, because cross-sectional moment of inertia I is Wt 3/3, Equation (3) becomes Equation (4). Since equation (4) is a proportional equation, the coefficient is omitted.
したがって、梁７の材質が同じで、厚みｔと長さｌが一定の場合、共振周波数ｆｂは幅Ｗの平方根に比例することになる。 Accordingly, the material of the beam 7 is the same, if the thickness t and length l is constant, the resonance frequency f b is proportional to the square root of the width W.
梁７が、周辺部で幅Ｗの直方体状であり、ダイヤフラムの中心部ではダイヤフラムと相似形の、図５や図６に示すような形状の場合には、近似的にダイヤフラム中心部を質量Ｍの錘とみなすと、式（３）は式（５）のようになり、前記とほぼ同じように取り扱うことが可能となる。 In the case where the beam 7 has a rectangular parallelepiped shape with a width W at the peripheral portion and is similar to the diaphragm at the center of the diaphragm, and has a shape as shown in FIGS. 5 and 6, the center of the diaphragm is approximated by the mass M. (3) can be handled in the same manner as described above.
このように、ダイヤフラムの共振周波数を梁７の幅Ｗの大きさで制御できるようになると、ダイヤフラムの径は一定で、ダイヤフラムの表面あるいは裏面に設けた梁７の幅Ｗが異なる超音波トランスデューサを図５に示すように敷き詰めることで、ダイヤフラム間の隙間がなく、共振周波数が異なる複数のダイヤフラム型の超音波トランスデューサで、１つの超音波トランスデューサを構成することが可能になる。図５では、１つの素子として機能する超音波トランスデューサの境界線を破線２０によって示している。このとき、下部電極２は１つの超音波トランスデューサを構成する複数のダイヤフラム型の超音波トランスデューサに共通であり、１つの超音波トランスデューサを構成する複数のダイヤフラム型の超音波トランスデューサの上部電極同士は結線１３によって電気的に相互に接続されている。 Thus, when the resonance frequency of the diaphragm can be controlled by the size of the width W of the beam 7, ultrasonic transducers having different diameters of the diaphragm and different widths W of the beams 7 provided on the front surface or the back surface of the diaphragm can be obtained. By spreading as shown in FIG. 5, it is possible to configure one ultrasonic transducer with a plurality of diaphragm type ultrasonic transducers having no gap between the diaphragms and different resonance frequencies. In FIG. 5, the boundary line of the ultrasonic transducer functioning as one element is indicated by a broken line 20. At this time, the lower electrode 2 is common to a plurality of diaphragm type ultrasonic transducers constituting one ultrasonic transducer, and the upper electrodes of the plurality of diaphragm type ultrasonic transducers constituting one ultrasonic transducer are connected to each other. 13 are electrically connected to each other.
以下に、図６に示したダイヤフラム型の超音波トランスデューサを構成する材料と寸法の例について説明する。基板１はシリコンからなり、シリコン基板の上に、厚み５００ｎｍ程度の金属もしくはポリシリコンなどからなる下部電極２が形成されている。下部電極２の上には、酸化シリコンなどの絶縁膜が５０ｎｍ程度の厚みで形成され、その上に厚み方向の寸法が２００ｎｍ程度の空隙４が形成され、空隙４の上壁を構成する絶縁膜（第１のダイヤフラム）５が１００ｎｍ程度形成され、その上にアルミニウムなどの金属で形成される上部電極３が厚み４００ｎｍ程度形成され、この上に空隙４の全面を覆う窒化シリコンからなる外側ダイヤフラム層５ｂが厚み２００ｎｍ程度形成され、その上に梁７を構成する窒化シリコンの膜が厚み１０００ｎｍ程度形成されている。 Hereinafter, examples of materials and dimensions constituting the diaphragm type ultrasonic transducer shown in FIG. 6 will be described. The substrate 1 is made of silicon, and a lower electrode 2 made of metal or polysilicon having a thickness of about 500 nm is formed on the silicon substrate. An insulating film such as silicon oxide is formed on the lower electrode 2 with a thickness of about 50 nm, and a gap 4 with a dimension in the thickness direction of about 200 nm is formed thereon, and an insulating film constituting the upper wall of the gap 4 (First diaphragm) 5 is formed with a thickness of about 100 nm, and an upper electrode 3 made of a metal such as aluminum is formed thereon with a thickness of about 400 nm, and an outer diaphragm layer made of silicon nitride covering the entire surface of the gap 4 is formed thereon. 5b is formed with a thickness of about 200 nm, and a silicon nitride film constituting the beam 7 is formed thereon with a thickness of about 1000 nm.
ただし、これらの材質や寸法は単なる一例であり、上記に説明した通りでなくても構わない。例えば、梁７を窒化シリコンで構成し、ダイヤフラムの直径を６０μｍ、膜の厚みおよび梁７の厚みをそれぞれ２μｍと４μｍとすると、Ｗ1が０．５μｍのとき中心周波数が７．８ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が１２０％（−６ｄＢ比帯域が３〜１２．５ＭＨｚ）、Ｗ2が４μｍのとき中心周波数が１０ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が１００％（−６ｄＢ比帯域が５〜１５ＭＨｚ）、Ｗ3が２０μｍのとき中心周波数が１１．５ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が９６％（−６ｄＢ比帯域が６〜１７ＭＨｚ）となる。梁の幅Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3を有する超音波トランスデューサの数をそれぞれ最適にすることにより（Ｗ1とＷ3の数をＷ2の数より多くした方が、より平坦な周波数特性が得られる）、−６ｄＢ帯域が３〜１７ＭＨｚすなわち、−６ｄＢ比帯域幅が１４０％となる。従来公知のダイヤフラム構造では−６ｄＢ比帯域幅は１００〜１２０％程度であるので、−６ｄＢ比帯域幅が４０〜２０ポイント改善することになる。 However, these materials and dimensions are merely examples, and may not be as described above. For example, if the beam 7 is made of silicon nitride, the diameter of the diaphragm is 60 μm, the thickness of the film and the thickness of the beam 7 are 2 μm and 4 μm, respectively, the center frequency is 7.8 MHz and −6 dB when W 1 is 0.5 μm. When the specific bandwidth is 120% (−6 dB relative bandwidth is 3 to 12.5 MHz), W 2 is 4 μm, the center frequency is 10 MHz, the −6 dB relative bandwidth is 100% (−6 dB relative bandwidth is 5 to 15 MHz), W When 3 is 20 μm, the center frequency is 11.5 MHz and the −6 dB ratio bandwidth is 96% (the −6 dB ratio band is 6 to 17 MHz). Write by optimizing the number of ultrasonic transducer having a width W 1, W 2, W 3 of the beam respectively the number of (W 1 and W 3 was greater than the number of W 2 is, more flat frequency characteristics Obtained), the -6 dB band is 3 to 17 MHz, that is, the -6 dB ratio bandwidth is 140%. In the conventionally known diaphragm structure, the -6 dB ratio bandwidth is about 100 to 120%, so the -6 dB ratio bandwidth is improved by 40 to 20 points.
図５に示した例では、多角形の形状をしたダイヤフラムの中心部にダイヤフラムの形状と相似形の膜を梁７と連続するように形成しているが、もちろん図７に示すように、中心部にダイヤフラムの形状と相似形の膜を形成しない梁７としても、同じ効果を期待できる。一方、図８に示すように、ダイヤフラム中心部に硬い領域１５を設け、その硬い領域１５の大きさを変えることで、全体のダイヤフラムの大きさを保ったまま、個々のダイヤフラムの共振周波数を異なるように設定することも可能である。しかし、ダイヤフラムの共振周波数は、質量と、構造と材質で決まるバネの寄与に分解して考えることができるが、バネの強さに対しては、ダイヤフラムの厚みが厚い場合には、ダイヤフラムのリム部での材質、形状の寄与が支配的であるため、図８のような形状では、個々のダイヤフラムで周波数を異なるように設定するのは困難である。よって、図８に示したようにダイヤフラムの中心に大きさの異なる硬い領域１５を形成する構造よりは、図５や図７に示したように、多角形の形状をしたダイヤフラムの表面又は裏面にダイヤフラムの対向する頂点間を結ぶ幅の異なる梁７を形成した構造の方が好ましい。 In the example shown in FIG. 5, a film similar to the shape of the diaphragm is formed at the center of the diaphragm having a polygonal shape so as to be continuous with the beam 7. Of course, as shown in FIG. The same effect can be expected even when the beam 7 does not form a film having a shape similar to the shape of the diaphragm. On the other hand, as shown in FIG. 8, by providing a hard region 15 at the center of the diaphragm and changing the size of the hard region 15, the resonance frequency of each diaphragm is different while maintaining the size of the entire diaphragm. It is also possible to set as follows. However, the resonance frequency of the diaphragm can be considered in terms of the mass and the contribution of the spring, which is determined by the structure and material. However, when the diaphragm is thick, the rim of the diaphragm Since the contribution of the material and shape at the portion is dominant, it is difficult to set the frequency to be different for each diaphragm in the shape as shown in FIG. Therefore, rather than the structure in which the hard region 15 having a different size is formed at the center of the diaphragm as shown in FIG. 8, the surface of the diaphragm having the polygonal shape is formed on the front surface or the back surface as shown in FIGS. A structure in which beams 7 having different widths connecting the opposite vertices of the diaphragm are formed is preferable.
次に、本発明による超音波探触子の広帯域特性を活用する方法に関して説明する。図９（ａ）は、比帯域幅が６０％程度の従来の探触子を使った場合の、観察部位毎の周波数の選択の仕方を説明する図である。一般的に周波数が高い方が、波長が短くなるので、空間分解能が向上する。しかし、超音波の伝播に伴う減衰は、周波数にほぼ比例して大きくなるので、被検体の深部を観察する場合には、減衰のためほとんど信号が返ってこなくなってしまう。このように、減衰による信号対雑音比の劣化と空間分解能とはトレードオフの関係にあるので、所望の信号対雑音比を満足する範囲でなるべく高い周波数を選択する。したがって、観察対象となる深さによって、ほぼ自動的に最適な周波数が決まり、体表から１５〜２０ｃｍくらいの深いところ（肝臓など）を観察するには２ＭＨｚ程度の周波数、甲状腺など体表から数センチのところを観察するには１０ＭＨｚ程度の周波数、血管内プローブのような場合にはさらに高周波が選択される。 Next, a method for utilizing the broadband characteristics of the ultrasonic probe according to the present invention will be described. FIG. 9A is a diagram for explaining how to select a frequency for each observation site when a conventional probe having a specific bandwidth of about 60% is used. In general, the higher the frequency, the shorter the wavelength, so that the spatial resolution is improved. However, the attenuation associated with the propagation of the ultrasonic wave increases substantially in proportion to the frequency, so that when observing the deep part of the subject, almost no signal is returned due to the attenuation. Thus, since the signal-to-noise ratio deterioration due to attenuation and the spatial resolution are in a trade-off relationship, a frequency as high as possible is selected within a range that satisfies a desired signal-to-noise ratio. Therefore, the optimum frequency is determined almost automatically depending on the depth to be observed, and a frequency of about 2 MHz, a number from the body surface such as the thyroid gland for observing a deep place (liver, etc.) about 15 to 20 cm from the body surface. A frequency of about 10 MHz is selected to observe the centimeter, and a higher frequency is selected in the case of an intravascular probe.
従来は、このような２ＭＨｚから１５ＭＨｚ程度までの広い周波数をカバーするような超音波探触子が無かったので、それぞれの対象部位毎に探触子を最適化して、所定の中心周波数を設定したプローブを使っていた。そのため、素子の幅も一定であればよく、波長の半分から７５％程度になるような、固定素子幅の素子にアレイ化していた。しかし本発明によれば、図９（ｂ）に示すように、一つの探触子で、人体を対象にする場合に必要な周波数域をほぼカバーすることが可能となる。図９（ｂ）におけるｆ１，ｆ２，ｆ３は、各モードにおける駆動周波数である。 Conventionally, since there was no ultrasonic probe that covers such a wide frequency range from 2 MHz to 15 MHz, the probe was optimized for each target region and a predetermined center frequency was set. I was using a probe. For this reason, it is sufficient that the width of the element is constant, and the elements are arrayed in an element having a fixed element width such that the wavelength is about half to 75%. However, according to the present invention, as shown in FIG. 9B, a single probe can substantially cover the frequency range required when the human body is targeted. In FIG. 9B, f 1 , f 2 , and f 3 are drive frequencies in each mode.
ここで、一つの探触子で、対象部位の体表からの深さによって駆動周波数を切り替えて、中心周波数を大きく異なるように動作させるために、素子幅が切り替わるように構成する必要がある。素子幅の切り替えは、対象部位の選択時に決定され、一つの撮像面内では一定の場合や、対象部位が比較的大きく、一つの画面内でも対象部位を設定する場所の変化に応じて切り替わる必要がある場合や、対象部位が体表の近傍から深い部分に広がっており、超音波を受信しながらフォーカス位置の移動に伴って素子幅も切り替えていく必要がある場合もある。例えば、受信しながら素子幅を切り替える場合に関して装置図を用いて説明する。図１の送波ビームフォーマ２０４から広帯域の超音波パルスをスイッチ２０５および副素子束ね切替用のスイッチ１７を介して、副素子１６から構成される超音波探触子に印加し、ここには図示しない被検体に超音波パルスを送波する。 Here, in order to switch the driving frequency according to the depth from the body surface of the target part and to operate so that the center frequency is greatly different, it is necessary to configure the probe so that the element width is switched. The switching of the element width is determined at the time of selection of the target part, and it is necessary to switch according to the change of the place where the target part is set even within one screen when the target part is constant or the target part is relatively large In some cases, the target part extends from the vicinity of the body surface to a deep part, and it is necessary to switch the element width as the focus position moves while receiving ultrasonic waves. For example, a case where the element width is switched while receiving will be described with reference to an apparatus diagram. A broadband ultrasonic pulse is applied from the transmission beamformer 204 of FIG. 1 to the ultrasonic probe composed of the sub-element 16 via the switch 205 and the sub-element bundle switching switch 17. An ultrasonic pulse is transmitted to a subject that does not.
送波ビームフォーマ２０４においては、ビームを絞って空間分解能を上げることよりも、広く超音波パルスを送波し、信号対雑音比を向上することが重要なので、１チャンネル内の副素子数は少なくして、全口径を狭くする。被検体内で散乱された超音波は浅いところから順に戻ってくるので、生体内での伝播距離が短い超音波から順に戻ってくる。この被検体から戻ってくる超音波を従来技術においては、スイッチ２０５を介して受波ビームフォーマ２０６で受け、各チャンネル間での遅延時間、重み係数を調整し、包絡線検波、スキャンコンバータを介して断層像が表示される。一方、本発明では、副素子１６とスイッチ２０５の間の副素子束ねスイッチ１７において、浅い部分からの超音波の受波時では送波した帯域の上端の帯域に対応した束ね数で束ね、深い部分からの超音波の受波時では送波した帯域の下端の帯域に対応した束ね数で束ねる。浅い部分からの超音波の受信から深い部分からの超音波の受信まで時間的には連続しているので、副素子数の切替も時間的に連続的に行う必要がある。 In the transmission beamformer 204, it is more important to improve the signal-to-noise ratio by transmitting ultrasonic pulses more widely than narrowing the beam to increase the spatial resolution, so the number of subelements in one channel is small. And reduce the total aperture. Since the ultrasonic waves scattered in the subject return in order from a shallow place, the ultrasonic waves having a short propagation distance in the living body return in order. In the prior art, the ultrasonic wave returning from the subject is received by the receiving beam former 206 via the switch 205, the delay time between each channel and the weighting factor are adjusted, and the envelope detection and the scan converter are used. A tomogram is displayed. On the other hand, in the present invention, in the sub-element bundling switch 17 between the sub-element 16 and the switch 205, when receiving an ultrasonic wave from a shallow portion, the sub-element bundling switch 17 is bundled with a bundling number corresponding to the upper band of the transmitted band. When receiving the ultrasonic wave from the part, it is bundled with the number of bundles corresponding to the band at the lower end of the transmitted band. Since it is continuous in time from the reception of the ultrasonic wave from the shallow part to the reception of the ultrasonic wave from the deep part, it is necessary to continuously switch the number of sub-elements.
図５の例では、六角形のダイヤフラムを縦横に繋いで電気的な１素子の超音波トランスデューサとしているが、上記のモードを実現するために、図１０のように、複数の超音波トランスデューサを短軸方向にのみ結線１３によって超音波トランスデューサ間の結線を行い、この電気的に結線された超音波トランスデューサを副素子として、長軸方向（アレイ方向）に束ねる副素子の数を変えることで、モードによって素子幅を切り替えることができる。ここでモードとは、対象部位の深さによって自動的に決まる撮像条件のことである。撮像条件としては、駆動周波数、受信での周波数フィルタのカットオフ値、送波正弦波の波数、時間軸重み関数、口径重み関数などである。 In the example of FIG. 5, a hexagonal diaphragm is connected vertically and horizontally to form an electrical single element ultrasonic transducer. However, in order to realize the above mode, a plurality of ultrasonic transducers are short-circuited as shown in FIG. By connecting the ultrasonic transducers by the connection 13 only in the axial direction, and changing the number of sub-elements bundled in the major axis direction (array direction) using this electrically connected ultrasonic transducer as the sub-element, the mode is changed. The element width can be switched by. Here, the mode is an imaging condition that is automatically determined by the depth of the target part. Imaging conditions include a drive frequency, a cutoff value of a frequency filter at reception, a wave number of a transmitted sine wave, a time axis weighting function, an aperture weighting function, and the like.
超音波トランスデューサの操作者が対象部位を選択もしくは入力すると、通常は撮像の深さの範囲が決まり、介在物の減衰の程度が推定可能なため、最適な周波数などの諸条件が決定される。場合によっては、肝臓や心臓など、比較的大きな臓器を観察する場合などは、対象部位が決まっても、対象部位が近傍から遠方まで広く広がっていることが多いので、一つの対象部位でも複数のモードを持ち、反射エコーの生成する深度によって、自動的にモードを切り替えながら使う場合もある。副素子は、上部電極同士を導電体によって恒久的に接続されたダイヤフラム型の超音波トランスデューサの集まりで構成される。副素子はまた、ビームフォーミングをするための１素子を構成するとき、切替可能なスイッチによって束ねられる単位超音波トランスデューサとなる。図１０において、破線２０は、電気的に結線された超音波トランスデューサ副素子間の境界線を示す。図１０には、アレイ化方向に対して垂直な方向に電気的に接続された４つの副素子１６ａ〜１６ｄが示されている。 When the operator of the ultrasonic transducer selects or inputs a target region, usually the range of the imaging depth is determined, and the degree of attenuation of the inclusion can be estimated, so that various conditions such as the optimum frequency are determined. In some cases, when observing relatively large organs such as the liver and heart, even if the target site is determined, the target site often spreads widely from near to far. There are cases where the mode is used and the mode is automatically switched depending on the depth at which the reflected echo is generated. The sub-element is composed of a collection of diaphragm-type ultrasonic transducers whose upper electrodes are permanently connected by a conductor. The sub-element also becomes a unit ultrasonic transducer that is bundled by a switch that can be switched when constituting one element for beam forming. In FIG. 10, a broken line 20 indicates a boundary line between the ultrasonic transducer sub-elements electrically connected. FIG. 10 shows four subelements 16a to 16d that are electrically connected in a direction perpendicular to the arraying direction.
例えば、１個のダイヤフラム型の超音波トランスデューサを構成するダイヤフラムの直径が５０μｍであるとき、もちろんダイヤフラム一つの幅より狭い範囲では調整できないが、２ＭＨｚでの波長の７５％となる０．５５ｍｍの素子幅は直径５０μｍのダイヤフラム１１列で実現でき、２０ＭＨｚでの波長の７５％となる５５μｍの素子幅は直径５０μｍのダイヤフラム１列で実現できるので、２ＭＨｚから２０ＭＨｚの範囲で、モードごとに最適な素子ピッチを実現できる。すなわち、この場合には、超音波探触子を２ＭＨｚで駆動するときには、隣接する副素子を１１個ずつ束ねたものを１素子として同時に駆動することで素子幅０．５５ｍｍを実現することができ、超音波探触子を２０ＭＨｚで駆動するときには、個々の副素子を独立して駆動することにより素子幅５５μｍを実現することができる。 For example, when the diameter of the diaphragm composing one diaphragm type ultrasonic transducer is 50 μm, of course, it cannot be adjusted in a range narrower than the width of one diaphragm, but it is a 0.55 mm element which is 75% of the wavelength at 2 MHz. The width can be realized with 11 rows of diaphragms with a diameter of 50 μm, and the device width of 55 μm, which is 75% of the wavelength at 20 MHz, can be realized with one row of diaphragms with a diameter of 50 μm. Therefore, the optimum device for each mode in the range of 2 MHz to 20 MHz The pitch can be realized. That is, in this case, when the ultrasonic probe is driven at 2 MHz, an element width of 0.55 mm can be realized by simultaneously driving a bundle of 11 adjacent subelements as one element. When the ultrasonic probe is driven at 20 MHz, the element width of 55 μm can be realized by driving each sub-element independently.
図１１は、この副素子を束ねる数の切替え方、およびそれによる効果を具体的に説明した図である。図１１（ａ）は、最も近い距離Ｆｎに送波もしくは受波の焦点をあわせた状態を示している。このときは、各素子は、幅Ｗｓの１つの副素子を１素子として構成されているので、チャンネル数Ｎのシステムの場合、全口径幅Ｗｎは、Ｗｎ＝Ｗｓ×Ｎとなる。一方、図１１（ｂ）は、より深い距離Ｆｆに焦点を合わせた状態を示している。このとき、幅Ｗｃの素子は、副素子を２個束ねて構成されているので、全口径幅ＷｆはＷｆ＝Ｗｃ×Ｎ＝２×Ｗｓ×Ｎとなる。さらに深い焦点に対しては、副素子を束ねる数を増やしていくことで、全口径幅を広げていくことが可能となる。このように、超音波探触子の焦点を変えても、Ｆ値、すなわち焦点距離／口径幅をほぼ一定に保つことができるので、素子幅およびチャンネル数が一定の場合に比べ、近傍においてはＦ値が小さくなり過ぎることによるグレーティングローブ（不要放射）の生成を抑えることが可能となり、遠方においては、Ｆ値が大きくなることによるフォーカスのボケを抑えることができる。 FIG. 11 is a diagram for specifically explaining how to switch the number of sub-elements bundled and the effect thereof. FIG. 11A shows a state in which the focus of transmission or reception is adjusted to the nearest distance Fn. At this time, each element is configured with one sub-element having a width Ws as one element. Therefore, in the case of a system with N channels, the total aperture width Wn is Wn = Ws × N. On the other hand, FIG. 11B shows a state in which the focus is set to a deeper distance Ff. At this time, since the element having the width Wc is formed by bundling two subelements, the total aperture width Wf is Wf = Wc × N = 2 × Ws × N. For deeper focal points, the total aperture width can be expanded by increasing the number of sub-elements bundled. As described above, even if the focal point of the ultrasonic probe is changed, the F value, that is, the focal length / diameter width can be kept substantially constant. Generation of grating lobes (unnecessary radiation) due to the F value becoming too small can be suppressed, and blurring due to an increase in the F value can be suppressed far away.
この副素子の束ねスイッチは、超音波撮像装置内に搭載することも可能であるが、図１２に示すように、超音波撮像装置に接続するコネクタ１９と超音波トランスデューサを結ぶケーブル１８よりも、副素子１６側に副素子の束ねスイッチ１７を設けることによって、ケーブル１８の本数を必要最小限に抑えることができる。その結果、操作者が超音波トランスデューサを手に持って操作するときの負担を極力低減することが可能となる。 The sub-element bundling switch can be mounted in the ultrasonic imaging apparatus. However, as shown in FIG. 12, the connector 19 connected to the ultrasonic imaging apparatus and the cable 18 connecting the ultrasonic transducer, By providing the sub-element bundling switch 17 on the sub-element 16 side, the number of cables 18 can be minimized. As a result, it is possible to reduce as much as possible the burden when the operator operates the ultrasonic transducer with his / her hand.
次に、六角形以外の形状のダイヤフラムを用いるダイヤフラム型トランスデューサアレイの例について説明する。ダイヤフラムの隙間の面積を最小にしつつ、共振周波数が異なるダイヤフラムで超音波探触子の送受波面を埋めることは、長方形のダイヤフラムを用いることによっても実現可能である。このとき、長方形ダイヤフラムの長辺と短辺の比が１対１に近いと、夫々の辺の長さに対応したモード間での結合振動のため、共振モードが複雑になり、見かけは広帯域でも、周波数特性を絶対値と位相の両方で見た場合に位相が一定ではなく、結果として周波数成分毎に異なる遅延を持ち、時間軸上でのパルス特性が劣化してしまうことがある。しかし、長辺と短辺の長さが大きく異なる（例えば１：８以上など）ようにしておけば、長方形のダイヤフラムは短辺に沿って変形する樋型に振動し、ほとんど短辺の長さで共振周波数が定まるようになる。 Next, an example of a diaphragm type transducer array using a diaphragm having a shape other than a hexagon will be described. Filling the transmission / reception surface of the ultrasonic probe with diaphragms having different resonance frequencies while minimizing the area of the gap between the diaphragms can also be realized by using a rectangular diaphragm. At this time, if the ratio of the long side to the short side of the rectangular diaphragm is close to 1: 1, the resonance mode becomes complicated due to coupling vibration between modes corresponding to the lengths of the respective sides, and the appearance is wide. When the frequency characteristic is viewed both in terms of absolute value and phase, the phase is not constant, and as a result, the frequency characteristic may have a different delay, and the pulse characteristic on the time axis may be deteriorated. However, if the lengths of the long side and the short side are greatly different (for example, 1: 8 or more), the rectangular diaphragm vibrates in a saddle shape that deforms along the short side, and the length of the short side is almost the same. The resonance frequency comes to be determined.
図１３（ａ）は、長方形のダイヤフラムを有するダイヤフラム型の超音波トランスデューサを用いた超音波探触子の例を示す平面摸式図である。また、図１４にアレイ化方向の断面図を示す。図１４に示すように空洞部分の幅が異なるように構成することで、異なる共振周波数をもつ複数のダイヤフラムを電気的に結線された１素子中に備えることが可能となる。この超音波探触子は、それぞれが個々のダイヤフラム型の超音波トランスデューサの構成要素であるところの複数のダイヤフラムを、その長辺の方向が電気的に結線された１つの素子１４の長辺の方向と一致するように、すなわちトランスデューサアレイのアレイ化方向と直交する方向になるように配置している。個々のダイヤフラムの下方には、そのダイヤフラムとほぼ同形状の上部電極および空隙が設けられており、空隙の下方に設けられた共通の下部電極と上部電極とによってコンデンサが構成される。 FIG. 13A is a schematic plan view showing an example of an ultrasonic probe using a diaphragm type ultrasonic transducer having a rectangular diaphragm. FIG. 14 shows a cross-sectional view in the arraying direction. As shown in FIG. 14, it is possible to provide a plurality of diaphragms having different resonance frequencies in one electrically connected element by configuring the cavity portions to have different widths. In this ultrasonic probe, a plurality of diaphragms, each of which is a constituent element of an individual diaphragm type ultrasonic transducer, are connected to the long side of one element 14 whose long side direction is electrically connected. It arrange | positions so that it may correspond with a direction, ie, a direction orthogonal to the arraying direction of a transducer array. Below each diaphragm, an upper electrode and an air gap having substantially the same shape as the diaphragm are provided, and a capacitor is constituted by the common lower electrode and upper electrode provided below the air gap.
また、長方形のダイヤフラムを備える個々の超音波トランスデューサは、そのダイヤフラムの短辺の長さによって決まる共振周波数を有する。電気的に結線された１つの素子１４の短辺を複数に分割するような、ダイヤフラムの短辺の長さの組み合わせを選ぶことで、隙間なく配置された、中心周波数が異なる複数のダイヤフラムが、電気的に同時に駆動される一つの超音波トランスデューサが得られる。例えば、Ｗ0を５００μｍ、窒化シリコンで構成された膜の厚みを３μｍとすると、Ｗ1が６０μｍのとき中心周波数が７．８ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が１２０％（−６ｄＢ比帯域が３〜１２．５ＭＨｚ）、Ｗ2が５０μｍのとき中心周波数が１０ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が１００％（−６ｄＢ比帯域が５〜１５ＭＨｚ）、Ｗ3が４０μｍのとき中心周波数が１１．５ＭＨｚで−６ｄＢ比帯域幅が１００％（−６ｄＢ比帯域が６〜１７ＭＨｚ）となる。短辺の長さＷ1，Ｗ2，Ｗ3を有する超音波トランスデューサの数をそれぞれ最適にすることにより（Ｗ1とＷ3の数をＷ2の数より多くした方が、より平坦な周波数特性が得られる）、−６ｄＢ帯域が１〜１５ＭＨｚすなわち、−６ｄＢ比帯域幅が１４０％となる。従来公知のダイヤフラム構造では−６ｄＢ比帯域幅は１００〜１２０％程度であるので、−６ｄＢ比帯域幅が２０〜４０ポイント改善することになる。 In addition, each ultrasonic transducer having a rectangular diaphragm has a resonance frequency determined by the length of the short side of the diaphragm. By selecting a combination of the short side lengths of the diaphragms such that the short side of one element 14 that is electrically connected is divided into a plurality of diaphragms, a plurality of diaphragms arranged without gaps and having different center frequencies are obtained. One ultrasonic transducer is obtained which is electrically driven simultaneously. For example, if W 0 is 500 μm and the thickness of the film made of silicon nitride is 3 μm, the center frequency is 7.8 MHz and the −6 dB ratio bandwidth is 120% (the −6 dB ratio band is 3 to 3) when W 1 is 60 μm. 12.5 MHz), when W 2 is 50 μm, the center frequency is 10 MHz and −6 dB ratio bandwidth is 100% (−6 dB ratio band is 5 to 15 MHz), and when W 3 is 40 μm, the center frequency is 11.5 MHz and −6 dB. The specific bandwidth is 100% (the -6 dB specific band is 6 to 17 MHz). The length W 1 of the short side, W 2, W Write 3 by optimizing respective number of ultrasonic transducers having a number of (W 1 and W 3 was greater than the number of W 2 is a more flat frequency Characteristics are obtained), the −6 dB band is 1 to 15 MHz, that is, the −6 dB relative bandwidth is 140%. In the conventionally known diaphragm structure, since the -6 dB ratio bandwidth is about 100 to 120%, the -6 dB ratio bandwidth is improved by 20 to 40 points.
図１３（ｂ）は、長方形のダイヤフラムを有するダイヤフラム型トランスデューサアレイを用いた超音波探触子の他の例を示す平面摸式図である。この超音波探触子は、それぞれが個々の超音波トランスデューサの構成要素であるところの複数のダイヤフラムを、その長辺の方向が電気的な１つの素子１４の短辺と同じ向き、すなわちトランスデューサアレイのアレイ化方向と同じ方向になるように配置している。個々のダイヤフラムの下方には、そのダイヤフラムとほぼ同形状の上部電極および空隙が設けられており、空隙の下方に設けられた共通の下部電極と上部電極とによってコンデンサが構成される。このようなダイヤフラムの配置によっても、中心周波数が異なる複数のダイヤフラムで超音波探触子の表面を隙間無く充填することが可能となる。これらの、異なる中心周波数のダイヤフラムを並べるときに、規則性がなるべく出ないように配列する方が、不要なグレーティングビームを発生しないので好ましい。なお、図１３（ｂ）においても、図１３（ａ）と同じようにＷ1，Ｗ2，Ｗ3に対して共振周波数が決定されるので、選択の仕方、および効果に関しても図１３（ａ）の場合と同様である。 FIG. 13B is a schematic plan view showing another example of an ultrasonic probe using a diaphragm type transducer array having a rectangular diaphragm. In this ultrasonic probe, a plurality of diaphragms, each of which is a component of an individual ultrasonic transducer, are arranged in the same direction as the short side of one electrical element 14 in the long side direction, that is, a transducer array. Are arranged in the same direction as the arraying direction. Below each diaphragm, an upper electrode and an air gap having substantially the same shape as the diaphragm are provided, and a capacitor is constituted by the common lower electrode and upper electrode provided below the air gap. Even with such an arrangement of diaphragms, it is possible to fill the surface of the ultrasonic probe without gaps with a plurality of diaphragms having different center frequencies. When arranging these diaphragms having different center frequencies, it is preferable to arrange them so that regularity is not produced as much as possible because unnecessary grating beams are not generated. In FIG. 13B, the resonance frequency is determined for W 1 , W 2 , and W 3 in the same manner as in FIG. 13A, so the selection method and effects are also shown in FIG. ).
本実施形態においても、図１５に示すように、アレイの長軸方向の素子幅をモードによって自由に変えられるように設定することは、本発明の超音波探触子が有する広帯域特性を十分に使いこなすという観点から有益である。なお、図１５においては、複数の超音波トランスデューサをアレイ化方向と垂直な方向にのみ結線して多数の副素子を構成しておき、副素子の束ね方を変更することによってアレイの長軸方向の素子幅を変更するものであるが、図１３（ａ）あるいは図１３（ｂ）に示すように結線された複数のダイヤフラム型の超音波トランスデューサからなる素子１４を１つの副素子とし、副素子の束ね方を束ねスイッチによって変更することによって、アレイの長軸方向の素子幅をモードに応じて変更するようにしてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 15, be configured to be freely changed by the mode of the long axis direction of the element width of the array is sufficiently wide band characteristic of the ultrasonic feeler element of the present invention It is useful from the viewpoint of mastering. In FIG. 15, a plurality of ultrasonic transducers are connected only in a direction perpendicular to the arraying direction to form a large number of subelements, and by changing how the subelements are bundled, the major axis direction of the array However, the element 14 composed of a plurality of diaphragm type ultrasonic transducers connected as shown in FIG. 13 (a) or 13 (b) is used as one sub-element. The element width in the long axis direction of the array may be changed according to the mode by changing the way of bundling with a bundling switch.
（第２実施形態）
図１６は、第２実施形態の超音波トランスデューサを示す平面模式図である。図１７（ａ）は、その断面模式図である。図１６、図１７（ａ）に示すように、幅の異なる複数の梁７ａ〜７ｅを外側ダイヤフラム層５ｂの表面に設けることによって、広帯域な超音波トランスデューサ１００ｑを実現できる。本実施形態の超音波トランスデューサ１００ｑは、１つの電気信号によって駆動される素子、すなわち電気的な１素子を１つのダイヤフラムで構成するが、１つのダイヤフラム上に中心周波数の異なる梁７を複数並べてダイヤフラム全体としての帯域幅を広げたものである。
(Second Embodiment)
FIG. 16 is a schematic plan view illustrating the ultrasonic transducer according to the second embodiment. FIG. 17A is a schematic sectional view thereof. As shown in FIGS. 16 and 17A, by providing a plurality of beams 7a to 7e having different widths on the surface of the outer diaphragm layer 5b, a broadband ultrasonic transducer 100q can be realized. The ultrasonic transducer 100q according to the present embodiment includes an element driven by one electric signal, that is, one electric element formed by one diaphragm, and a plurality of beams 7 having different center frequencies are arranged on one diaphragm. It broadens the overall bandwidth.
図１６の例では、１つの超音波トランスデューサを構成する長方形の外側ダイヤフラム層５ｂ上に、ダイヤフラムの短辺方向を横切るように矩形の梁７ａ〜７ｅを複数形成した。梁７ａの短辺の幅はＷ1、梁７ｂの短辺の幅はＷ2、梁７ｃの短辺の幅はＷ3、梁７ｄの短辺の幅はＷ4、梁７ｅの短辺の幅はＷ5であり、幅Ｗ1〜Ｗ5は互いに異なる。図１６のダイヤフラムと梁７の関係は梁７の交差点部の寄与が大きくない場合には、図５におけるＷ1，Ｗ2，Ｗ3と共振周波数の関係と同じである。なお、図１７（ｂ）に示すように、幅の異なる梁を外側ダイヤフラム層５ｂの内部に埋め込むようにして設けてもよい。 In the example of FIG. 16, a plurality of rectangular beams 7a to 7e are formed on the rectangular outer diaphragm layer 5b constituting one ultrasonic transducer so as to cross the short side direction of the diaphragm. The width of the short side of the beam 7a W 1, the width of the short side W 2 of the beam 7b, the width of the short side W 3 of the beam 7c, the width of the short side of the beam 7d W 4, the short side of the beam 7e The width is W 5 , and the widths W 1 to W 5 are different from each other. The relationship between the diaphragm and the beam 7 in FIG. 16 is the same as the relationship between W 1 , W 2 , W 3 and the resonance frequency in FIG. 5 when the contribution of the intersection of the beam 7 is not large. As shown in FIG. 17B, beams having different widths may be embedded in the outer diaphragm layer 5b.
図１６に示した超音波トランスデューサ１００ｑの場合も、やはり前記のように、各々の中心周波数をもつ梁７ごとの並べ方に、なるべく周期性がないように配置して、グレーティングローブ（不要放射）が形成されないように注意する必要がある。 Also in the case of the ultrasonic transducer 100q shown in FIG. 16, the grating lobes (unwanted radiation) are arranged in the arrangement of the beams 7 having the respective center frequencies so as to have as little periodicity as possible. Care must be taken not to form.
上記各実施形態においては、２次元断層像を撮像するための１次元アレイの例で説明を行ったが、２次元アレイや、１．５次元アレイにおいても、電気的な１素子を構成するダイヤフラムの数は減るものの、複数のダイヤフラムで電気的な１素子を構成することに変わりはないので、本発明の特徴である、隙間を最小限に抑えた、中心周波数が異なる複数のダイヤフラムで構成される電気的な素子を配置したトランスデューサアレイを実現することができる。なお、１．５次元アレイとは、超音波ビーム位置もしくは方向を走査する方向（長軸）、すなわち撮像面に直交する方向（短軸）に関してもアレイ化することにより、短軸側のフォーカスも可変にすることができる構成をもったアレイのことである。 In each of the above embodiments, the description has been given with the example of a one-dimensional array for capturing a two-dimensional tomographic image. However, a diaphragm that constitutes one electrical element also in a two-dimensional array or a 1.5-dimensional array. However, it is not different from constructing one electrical element with a plurality of diaphragms. Therefore, it is a feature of the present invention, and is composed of a plurality of diaphragms with different center frequencies with a minimum gap. A transducer array in which electrical elements are arranged can be realized. Note that the 1.5-dimensional array is an array in the scanning direction (long axis) of the ultrasonic beam position or direction, that is, the direction orthogonal to the imaging surface (short axis), so that focusing on the short axis side is also possible. An array having a configuration that can be made variable.
（第３実施形態）
続いて、図１８から図２７の各図を参照し、本発明による第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態や第２実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する点に関しては適宜説明を省略する。
図１８は、第３実施形態の超音波トランスデューサ１００を示す垂直断面図であり、図１９は、この超音波トランスデューサ１００を示す平面図である。
(Third embodiment)
Subsequently, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably about the overlapping point.
FIG. 18 is a vertical sectional view showing the ultrasonic transducer 100 according to the third embodiment, and FIG. 19 is a plan view showing the ultrasonic transducer 100.
なお、図４０の場合と同様に、説明の便宜上、超音波トランスデューサ１００が超音波を受信する方向、すなわち、図１８の下方、および、図１９の紙面に対しての垂直下方向を、ｚ方向とする。また、図１８および図１９の右手方向をｘ方向とし、図１８の紙面に対しての垂直下方向および図１９の上方向を、ｙ方向とする。 As in the case of FIG. 40, for convenience of explanation, the direction in which the ultrasonic transducer 100 receives ultrasonic waves, that is, the lower direction in FIG. 18 and the lower direction perpendicular to the paper surface in FIG. And Further, the right-hand direction in FIGS. 18 and 19 is defined as the x direction, and the downward direction perpendicular to the plane of FIG. 18 and the upward direction in FIG. 19 are defined as the y direction.
図１８および図１９に示すように、この超音波トランスデューサ１００は、静電型のダイヤフラム型トランスデューサであって、シリコン（Ｓｉ）単結晶などの絶縁体または半導体からなる平板状の基板１と、アルミニウム（Ａｌ）などの導電体からなり基板１の上面に薄膜状に形成された基板１側の電極２と、この電極２の上面に薄板状に形成されたダイヤフラム５と、このダイヤフラム５の上面に形成された１つまたは複数の梁７と、を具備している。なお、説明の便宜上、この超音波トランスデューサ１００において、ダイヤフラム５が備えられ超音波を送受する面を上面、基板１側の面を下面とする。 As shown in FIG. 18 and FIG. 19, this ultrasonic transducer 100 is an electrostatic diaphragm type transducer, which is a flat substrate 1 made of an insulator or semiconductor such as a silicon (Si) single crystal, and aluminum. An electrode 2 on the substrate 1 side made of a conductor such as (Al) and formed in a thin film on the upper surface of the substrate 1, a diaphragm 5 formed in a thin plate shape on the upper surface of the electrode 2, and an upper surface of the diaphragm 5 One or a plurality of beams 7 formed. For convenience of explanation, in this ultrasonic transducer 100, the surface on which the diaphragm 5 is provided and transmits / receives ultrasonic waves is the upper surface, and the surface on the substrate 1 side is the lower surface.
ダイヤフラム５は、内部に空隙４を有し、この空隙４の上面をカバーする部分が、振動により超音波を発生するための振動部分５ｃとなっている。ダイヤフラム５は、ダイヤフラム５の振動部分５ｃと基板１側の電極２との間隔を示す空隙４を含み、この振動部分５ｃが過剰に変位しても基板１側の電極２とダイヤフラム５側の電極３（後記）とが導通しないように絶縁する内側ダイヤフラム層５ａと、この内側ダイヤフラム層５ａの上面を覆うように形成された外側ダイヤフラム層５ｂと、電極２と同様の材質からなり内側ダイヤフラム層５ａと外側ダイヤフラム層５ｂとの間に薄膜状に形成されたダイヤフラム５側の電極３と、を具備している。 The diaphragm 5 has a gap 4 inside, and a portion covering the upper surface of the gap 4 is a vibrating portion 5c for generating an ultrasonic wave by vibration. The diaphragm 5 includes an air gap 4 indicating a distance between the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 and the electrode 2 on the substrate 1 side, and the electrode 2 on the substrate 1 side and the electrode on the diaphragm 5 side even if the vibrating portion 5c is displaced excessively. 3 (described later), an inner diaphragm layer 5a that is insulated so as not to conduct, an outer diaphragm layer 5b that is formed so as to cover the upper surface of the inner diaphragm layer 5a, and an inner diaphragm layer 5a that is made of the same material as the electrode 2 And the electrode 3 on the diaphragm 5 side formed in a thin film shape between the outer diaphragm layer 5b and the outer diaphragm layer 5b.
ダイヤフラム５および梁７の材質は、例えば、米国特許第６，３５９，３６７号明細書に記載されたものである。例示すれば、シリコン、サファイア、あらゆる形式のガラス材料、ポリマ（ポリイミドなど）、多結晶シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、金属薄膜（アルミニウム合金、銅合金、またはタングステンなど）、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ）、埋め込み（implantable）ドープ剤または拡散ドープ剤、ならびに酸化シリコンおよび窒化シリコンなどからなる成長フィルムなどである。 The material of the diaphragm 5 and the beam 7 is described in, for example, US Pat. No. 6,359,367. Examples include silicon, sapphire, all types of glass materials, polymers (such as polyimide), polycrystalline silicon, silicon nitride, silicon oxynitride, metal thin films (such as aluminum alloy, copper alloy, or tungsten), spin-on-glass (SOG), implantable dopants or diffusion dopants, and growth films made of silicon oxide and silicon nitride.
定常時において、ダイヤフラム５の振動部分５ｃと基板１との間隔、すなわち空隙４の厚さ（ｚ方向の寸法）は、主に、内側ダイヤフラム層５ａおよび外側ダイヤフラム層５ｂの両方またはいずれかの上下方向（ｚ方向）の剛性によって維持されている。さらに、この剛性は、梁７によって所定方向に強化されている。 At regular times, the distance between the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 and the substrate 1, that is, the thickness of the gap 4 (dimension in the z direction) is mainly the upper or lower of either or both of the inner diaphragm layer 5a and the outer diaphragm layer 5b. It is maintained by the rigidity in the direction (z direction). Further, this rigidity is reinforced by the beam 7 in a predetermined direction.
すなわち、本実施形態の超音波トランスデューサ１００の大きな特徴は、ダイヤフラム５に梁７が配設され、ダイヤフラム５の剛性が調節されていることである。超音波トランスデューサ１００は、ダイヤフラム５の厚さ（ｚ方向の長さ）と梁７の厚さ（ｚ方向の長さ）との組み合わせを適切に設定することにより、所望の共振周波数ｆｂと比帯域幅ｆｈとの組み合わせを実現できる。 That is, a major feature of the ultrasonic transducer 100 of this embodiment is that the beam 7 is disposed on the diaphragm 5 and the rigidity of the diaphragm 5 is adjusted. The ultrasonic transducer 100 can be set to a desired resonance frequency f b by appropriately setting the combination of the thickness of the diaphragm 5 (length in the z direction) and the thickness of the beam 7 (length in the z direction). A combination with the bandwidth f h can be realized.
ダイヤフラム５および梁７の平面形状（ｘ方向およびｙ方向の寸法）を変えるには、製造工程において異なるマスク（図示せず）を要するが、これらの厚さ（ｚ方向の寸法）を変えるには、ダイヤフラムの材料となる物質が所望の厚さにまで堆積する時間を調節するなど、単に製造工程の制御を変更すればよく、同一の製造設備で製造を行える利点がある。 Changing the planar shape (dimensions in the x and y directions) of the diaphragm 5 and the beam 7 requires different masks (not shown) in the manufacturing process, but changing their thickness (dimension in the z direction). There is an advantage that the manufacturing can be performed with the same manufacturing equipment by simply changing the control of the manufacturing process, such as adjusting the time for depositing the material to be the diaphragm material to a desired thickness.
この超音波トランスデューサ１００は、電気素子として概観すると、誘電体として機能する空隙４を挟んで、各々極板となる基板１側の電極２およびダイヤフラム５側の電極３を配置した可変容量コンデンサとして動作する。具体的には、ダイヤフラム５に力を加えると変位するため、電極２と電極３との間隔が変わり、このコンデンサの静電容量が変化する。また、電極２と電極３とに電位差を与えると各々異なる電荷が貯まって相互に力が作用し、ダイヤフラム５が変位する。すなわち、この超音波トランスデューサ１００は、入力された高周波電気信号を超音波信号に変換して水や生体などの媒体へ放射し、媒体から入力された超音波信号を高周波電気信号に変換して出力する機能を有する電気音響変換素子である。 When viewed as an electrical element, the ultrasonic transducer 100 operates as a variable capacitor in which an electrode 2 on the substrate 1 side and an electrode 3 on the diaphragm 5 side, each serving as an electrode plate, are arranged with a gap 4 functioning as a dielectric interposed therebetween. To do. Specifically, when a force is applied to the diaphragm 5, it is displaced, so the distance between the electrode 2 and the electrode 3 changes, and the capacitance of this capacitor changes. Further, when a potential difference is applied between the electrode 2 and the electrode 3, different electric charges are accumulated and forces act on each other, and the diaphragm 5 is displaced. That is, the ultrasonic transducer 100 converts an input high-frequency electric signal into an ultrasonic signal and radiates it to a medium such as water or a living body, and converts the ultrasonic signal input from the medium into a high-frequency electric signal and outputs it. This is an electroacoustic transducer having a function of
図２０は、トランスデューサアレイ１０００を示す斜視図である。
このトランスデューサアレイ１０００は、超音波探触子（図示せず）の超音波送受信面をなすものであって、基板１に、前記した超音波トランスデューサ１００を多数形成し、所定個数ごとに結線１３によって接続したものである。超音波トランスデューサ１００の個数は、図示したものに限られず、半導体製造技術に応じてさらに多数の超音波トランスデューサ１００を、より大型の基板１に集積してもよい。個々の、または、所定個数ごとにまとめられた超音波トランスデューサ１００は、送受スイッチを介して、この超音波探触子を具備した超音波撮像装置の送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマに接続され（いずれも図示せず）、フェーズドアレイとして動作し、超音波の送受信のために利用される。なお、図示した超音波トランスデューサ１００の配列は一例であって、蜂の巣(honeycomb)状のほか、碁盤目（grid）状など、他の配列形態でもよい。また、配列面は、平面状または曲面状のいずれでもよく、その面形状も、円形状または多角形状などとすることができる。あるいは、超音波トランスデューサ１００を、直線状または曲線状に並べてもよい。
FIG. 20 is a perspective view showing the transducer array 1000.
The transducer array 1000 forms an ultrasonic transmission / reception surface of an ultrasonic probe (not shown). A large number of the ultrasonic transducers 100 are formed on the substrate 1, and a predetermined number of the ultrasonic transducers 100 are connected by wires 13. Connected. The number of ultrasonic transducers 100 is not limited to that shown in the figure, and a larger number of ultrasonic transducers 100 may be integrated on a larger substrate 1 in accordance with semiconductor manufacturing technology. The ultrasonic transducers 100 individually or grouped for each predetermined number are connected to a transmission beamformer and a reception beamformer of an ultrasonic imaging apparatus including the ultrasonic probe via a transmission / reception switch (whichever (Not shown), which operates as a phased array and is used for transmission / reception of ultrasonic waves. The illustrated arrangement of the ultrasonic transducers 100 is merely an example, and other arrangement forms such as a grid shape may be used in addition to a honeycomb shape. Further, the arrangement surface may be flat or curved, and the surface shape may be circular or polygonal. Alternatively, the ultrasonic transducers 100 may be arranged in a linear shape or a curved shape.
この超音波探触子は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１００の群を短冊状に配列してアレイ型に形成したり、複数の超音波トランスデューサ１００を扇状に配列してコンベックス型に形成したりしたトランスデューサアレイ１０００を具備する。また、この超音波探触子において、超音波トランスデューサ１００の媒体（被検体）側には、超音波ビームを収束させる音響レンズと、超音波トランスデューサ１００と媒体（被検体）との音響インピーダンスを整合する音響整合層が配置されており、また、その背面側（媒体側に対して逆側）には、超音波の伝播を吸収するバッキング材が設けられている。 For example, the ultrasonic probe is formed in an array type by arranging a group of a plurality of ultrasonic transducers 100 in a strip shape, or formed in a convex type by arranging a plurality of ultrasonic transducers 100 in a fan shape. The transducer array 1000 is provided. In this ultrasonic probe, the acoustic lens for converging the ultrasonic beam and the acoustic impedance of the ultrasonic transducer 100 and the medium (subject) are matched on the medium (subject) side of the ultrasonic transducer 100. An acoustic matching layer is disposed, and a backing material that absorbs the propagation of ultrasonic waves is provided on the back side (the side opposite to the medium side).
図２１は、超音波トランスデューサ１００の周波数−感度特性例を示すグラフである。
このグラフでは、横軸に周波数ｆをとり、縦軸に電気・機械変換効率を示す感度Ｇ（利得; Gain）をとって示す。感度Ｇが最も高くなる周波数ｆをピーク周波数ｆpとし、感度Ｇが、最も高い値から−３[dB]までの範囲となる周波数帯幅ｆｗとする。周波数帯幅ｆｗの中心となる周波数を中心周波数ｆｃとし、周波数帯幅ｆｗを中心周波数ｆｃで除した値（つまり、周波数帯幅ｆｗを、中心周波数ｆｃで規格化した値）を比帯域幅ｆｈ（図示せず）とする。
FIG. 21 is a graph showing an example of frequency-sensitivity characteristics of the ultrasonic transducer 100.
In this graph, the horizontal axis indicates the frequency f, and the vertical axis indicates the sensitivity G (gain) indicating the electromechanical conversion efficiency. Sensitivity G is the highest becomes frequency f and the peak frequency f p, sensitivity G is a frequency bandwidth f w which is a range from the highest value to -3 [dB]. The frequency at which the center of the frequency bandwidth f w is the center frequency f c, divided by the center frequency f c the frequency bandwidth f w (that is, the frequency bandwidth f w, normalized with the center frequency f c value ) Is a specific bandwidth f h (not shown).
超音波トランスデューサ１００の重要な基本的特性のひとつに、感度Ｇが挙げられる。感度Ｇは、電気エネルギーと、音波などの機械エネルギーとを相互に変換する効率を意味する。したがって、送信効率を高め、また、微弱な音波信号を検出する観点から、超音波トランスデューサ１００の感度Ｇは高い方が望ましい。 One of the important basic characteristics of the ultrasonic transducer 100 is sensitivity G. Sensitivity G means the efficiency of mutually converting electrical energy and mechanical energy such as sound waves. Therefore, it is desirable that the sensitivity G of the ultrasonic transducer 100 is high from the viewpoint of improving transmission efficiency and detecting a weak sound wave signal.
また、超音波トランスデューサ１００の重要な基本的特性のもうひとつに、比帯域幅ｆｈが挙げられる。比帯域幅ｆｈが大きいほど、使用可能な周波数範囲が広くなり、ひとつの超音波トランスデューサ１００をさまざまな目的に共用できる利点がある。さらに、比帯域幅ｆｈが大きいほど、パルス幅の狭い（すなわち、占有周波数帯幅の広い）超音波パルスを形成でき、超音波撮像などにおいて高い距離分解能を得られる利点がある。 Also, another important fundamental characteristics of the ultrasonic transducer 100, and a fractional bandwidth f h. The larger the specific bandwidth f h, the wider the usable frequency range, and there is an advantage that one ultrasonic transducer 100 can be shared for various purposes. Further, as the specific bandwidth f h is increased, an ultrasonic pulse having a narrow pulse width (that is, a wide occupied frequency bandwidth) can be formed, and there is an advantage that high distance resolution can be obtained in ultrasonic imaging or the like.
しかし、エネルギー保存の法則から導かれるとおり、感度Ｇの高さと、比帯域幅ｆｈの広さとは、相反関係にある。したがって、超音波トランスデューサ１００を設計するに当たって重要なことは、この限界内で、所望の中心周波数ｆｃと比帯域幅ｆｈとの組み合わせを選べることである。 However, as derived from the energy conservation law, and the height of the sensitive G, The size of the fractional bandwidth f h, a contradictory relationship. Therefore, it is important in designing the ultrasonic transducer 100 is within this limit is to choose the combination of the desired center frequency f c and fractional bandwidth f h.
超音波トランスデューサ１００は、ダイヤフラム型であるので、中心周波数ｆｃと、共振周波数ｆｂとは、ほぼ等しい。共振周波数ｆｂは、ダイヤフラム５の剛性をＤ、質量をｍとすると、前記した式（１）の関係にある。また、比帯域幅ｆｈは、前記した式（２）の関係にある。 Ultrasonic transducer 100 are the diaphragm type, and the center frequency f c, the resonance frequency f b, approximately equal. The resonance frequency f b is the stiffness of the diaphragm 5 D, mass is m, is in the relationship of formula (1). Further, the specific bandwidth f h is in the relationship of the above-described formula (2).
ダイヤフラム５の剛性Ｄおよび質量ｍは、その材質が既定であるとき、その平面形状および厚さにより定まる。したがって、ダイヤフラム５の平面形状および厚さの両方を適切に設定できれば、所望の周波数特性（中心周波数ｆｃ（≒共振周波数ｆｂ）と比帯域幅ｆｈとの組み合わせ）が得られることになる。 The rigidity D and mass m of the diaphragm 5 are determined by its planar shape and thickness when the material is predetermined. Therefore, if both the planar shape and the thickness of the diaphragm 5 can be set appropriately, desired frequency characteristics (a combination of the center frequency f c (≈resonance frequency f b ) and the specific bandwidth f h ) can be obtained. .
図２２は、梁７の屈曲状態を示す模式図である。
この梁７は、力を加えない状態では、幅がｗ、長さがｖ、厚さがｔの直方体状である。この梁７の厚さ方向（ダイヤフラム５の振動方向；ｚ方向）の剛性Ｄは、この梁７の質量をｍ、ヤング率をＥとすると、次式（６）の関係にある。
FIG. 22 is a schematic diagram showing a bent state of the beam 7.
The beam 7 has a rectangular parallelepiped shape having a width w, a length v, and a thickness t in a state where no force is applied. The rigidity D of the beam 7 in the thickness direction (vibration direction of the diaphragm 5; z direction) is expressed by the following equation (6), where m is the mass of the beam 7 and E is the Young's modulus.
一方、梁７の質量ｍは、その密度をρとすると、次式（７）で求めることができる。 On the other hand, the mass m of the beam 7 can be obtained by the following equation (7), where the density is ρ.
この梁７の厚さｔ方向（ｚ方向；ダイヤフラム５の振動方向）の共振周波数ｆｂは、次式（８）の関係にある。 The thickness t direction of the beam 7; resonance frequency f b of (z-direction vibration direction of the diaphragm 5) are in the following relationship (8).
したがって、梁７の共振周波数ｆｂは、厚さｔに比例することになる。 Therefore, the resonance frequency f b of the beam 7 is proportional to the thickness t.
また、比帯域幅ｆｈは減衰定数ζに比例し、減衰定数ζは、次式（９）の関係にある。 Further, the specific bandwidth f h is proportional to the attenuation constant ζ, and the attenuation constant ζ is in the relationship of the following equation (9).
ここで、式（８）を式（９）に代入すると、次式（１０）が得られる。 Here, when Expression (8) is substituted into Expression (9), the following Expression (10) is obtained.
この式（１０）から、減衰定数ζは、共振周波数ｆｂが一定である場合、梁７の質量ｍに反比例することがわかる。つまり、梁７の幅ｗおよび長さｖが既定であれば、比帯域幅ｆｈは、厚さｔに反比例することがわかる。 From this equation (10), it can be seen that the damping constant ζ is inversely proportional to the mass m of the beam 7 when the resonance frequency f b is constant. That is, if the width w and the length v of the beam 7 are predetermined, it can be seen that the specific bandwidth f h is inversely proportional to the thickness t.
直方体状の梁７は、その平面形状（幅ｗおよび長さｖ）が既定であるとき、所望の共振周波数ｆｂを実現するためには、その厚さtは、ひとつの値に決まる。また、梁７の材質と各寸法が決まると、質量ｍも決まるため、比帯域幅ｆｈも一意に決まる。また、例えば、ダイヤフラム５の振動部分５ｃ（梁７を除いた平板状の部分）など、均質な直方体とみなせるものについても、この梁７と同様のことがいえる。 Rectangular beam 7, when the planar shape (the width w and length v) is the default, in order to achieve a desired resonant frequency f b, the thickness t is determined to a single value. Further, when the material and each dimension of the beam 7 are determined, the mass m is also determined, so that the specific bandwidth f h is also uniquely determined. The same applies to the beam 7 that can be regarded as a homogeneous rectangular parallelepiped, such as the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 (a flat plate portion excluding the beam 7).
図２３は、本発明による振動体６ａと、比較例の振動体６ｂとを模式的に示す斜視図である。
図２３（ａ）に示すように、本発明による振動体６ａは、第３実施形態のダイヤフラム５の振動部分５ｃを模したものであって、平板状のベース２０ａと、このベース２０ａに配設された１本の梁７ｄとを具備している。ベース２０ａの厚さはｔ１であり、梁７ｄの厚さはｔ２である。また、図２３（ｂ）に示すように、比較例の振動体６ｂは、前記した振動体６ａから梁７ｄを取り除いた形状を有するものであり、平板状のベース２０ｂからなる。ベース２０ｂの厚さはｔ０である。
FIG. 23 is a perspective view schematically showing a vibrating body 6a according to the present invention and a vibrating body 6b of a comparative example.
As shown in FIG. 23 (a), the vibrating body 6a according to the present invention imitates the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 of the third embodiment, and is provided with a flat plate-like base 20a and the base 20a. And a single beam 7d. The thickness of the base 20a is t 1, the thickness of the beam 7d is t 2. Further, as shown in FIG. 23B, the vibrating body 6b of the comparative example has a shape obtained by removing the beam 7d from the above-described vibrating body 6a, and includes a flat base 20b. The thickness of the base 20b is t 0.
振動体６ａのベース２０ａおよび梁７ｄ、ならびに、振動体６ｂのベース２０ｂの長さ（ｙ方向の寸法）は、いずれもｖである。また、ベース２０ａおよびベース２０ｂの幅（ｘ方向の寸法）は、いずれもｗ１であり、梁７ｄの幅（ｘ方向の寸法）は、ｗ２である。さらに、ベース２０ａ、ベース２０ｂ、および梁７ｄは、いずれも同じ材質である。 The length (dimension in the y direction) of the base 20a and the beam 7d of the vibrating body 6a and the base 20b of the vibrating body 6b are all v. The width of the base 20a and base 20b (x-direction dimension) are both w 1, the width of the beam 7d (x-direction dimension) is w 2. Furthermore, the base 20a, the base 20b, and the beam 7d are all the same material.
図２４は、本発明による振動体６ａの梁７ｄの幅ｗ２を、ベース２０ａの幅ｗ１の２０パーセントとしたときの共振周波数ｆｂおよび比帯域幅ｆｈの計算結果を示すグラフである。
横軸方向は、梁の比厚さｔ２／ｔ０、すなわち、振動体６ａの梁７ｄの厚さｔ２を、振動体６ｂのベース２０ｂの厚さｔ０で規格化した値の大きさを示す。また、縦軸方向は、比厚さｔ１／ｔ０、すなわち、振動体６ａのベース２０ａの厚さｔ１を、同様に、振動体６ｂのベース２０ｂの厚さｔ０で規格化した値の大きさを示す。
Figure 24 is a width w 2 of the beam 7d of the vibrator 6a according to the invention, is a graph showing the calculation results of the resonance frequency f b and the fractional bandwidth f h when the 20% of the width w 1 of the base 20a .
In the horizontal axis direction, the specific thickness t 2 / t 0 of the beam, that is, the value obtained by normalizing the thickness t 2 of the beam 7d of the vibrating body 6a with the thickness t 0 of the base 20b of the vibrating body 6b. Indicates. The vertical axis indicates the specific thickness t 1 / t 0 , that is, the value obtained by normalizing the thickness t 1 of the base 20a of the vibrating body 6a by the thickness t 0 of the base 20b of the vibrating body 6b. Indicates the size.
このグラフの実線は、本発明による振動体６ａの共振周波数ｆｂを、比較例の振動体６ｂの共振周波数ｆｂで規格化した値を示す。このグラフにおいて、各実線に付された数字は、この共振周波数ｆｂを規格化した値を示し、同一の実線上の任意の位置で、この共振周波数ｆｂを規格化した値が同じ値であることを意味する。 The solid line of the graph, the resonant frequency f b of the vibrator 6a according to the invention, showing the value normalized by the resonance frequency f b of the vibrator 6b of the comparative example. In this graph, the numbers attached to each solid line, the resonance frequency f b shows the normalized value, at any location on the same solid, the value obtained by normalizing the resonance frequency f b is the same value It means that there is.
また、このグラフの破線は、同様に、本発明の振動体６ａの比帯域幅ｆｈを、比較例の振動体６ｂの比帯域幅ｆｈで規格化した値を示す。このグラフにおいて、各破線に付された数字は、この比帯域幅ｆｈを規格化した値を示し、同一の破線上の任意の位置で、この比帯域幅ｆｈを規格化した値が同じ値であることを意味する。 Similarly, the broken line in this graph indicates a value obtained by normalizing the specific bandwidth f h of the vibrating body 6a of the present invention with the specific bandwidth f h of the vibrating body 6b of the comparative example. In this graph, the numbers given to each dashed line, this fractional bandwidth f h represents normalized values, at any position on the same dashed line, the value obtained by normalizing the fractional bandwidth f h is the same Means value.
例えば、本発明による振動体６ａに梁７ｄを備えない場合（梁７ｄの厚さｔ２を０としたといってもよい）、この振動体６ａは、厚さｔ０の比較例のベース２０ｂと等価である。すなわち、この振動体６ａのベース２０ａの比厚さｔ１／ｔ０の値を１.０とし、その梁７ｄの比厚さｔ２／ｔ０の値を０.０とする。このとき、共振周波数ｆｂを一定とし、比帯域幅ｆｈを変えるには、共振周波数ｆｂを規格化した値が１.０となるように（グラフ上では、「１.０」が付された実線上をたどって）、比厚さｔ１／ｔ０と比厚さｔ２／ｔ０との組み合わせを選び、ベース２０ａの厚さｔ１および梁７ｄの厚さｔ２を求めればよい。 For example, if the vibrator 6a according to the present invention without a beam 7d (the thickness t 2 of the beam 7d may be said to have a 0), the oscillating body 6a is a comparative example having a thickness of t 0 based 20b Is equivalent to That is, the specific thickness t 1 / t 0 of the base 20a of the vibrating body 6a is set to 1.0, and the specific thickness t 2 / t 0 of the beam 7d is set to 0.0. At this time, in order to keep the resonance frequency f b constant and change the specific bandwidth f h , the normalized value of the resonance frequency f b is 1.0 (in the graph, “1.0” is added). If the combination of the specific thickness t 1 / t 0 and the specific thickness t 2 / t 0 is selected, and the thickness t 1 of the base 20a and the thickness t 2 of the beam 7d are obtained, Good.
また例えば、本発明の振動体６ａの共振周波数ｆｂを、比較例の振動体６ｂの２倍にし、所望の比帯域幅ｆｈを得るには、共振周波数ｆｂを規格化した値が２.０となるように（グラフ上では、「２.０」が付された実線上をたどって）、所望の比帯域幅ｆｈの規格化値を得ることができる比厚さｔ１／ｔ０と比厚さｔ２／ｔ０との組み合わせを選び（グラフ上では、前記した実線と所望の比帯域幅ｆｈの規格化値が付された破線との交点を探し）、ベース２０ａの厚さｔ１および梁７ｄの厚さｔ２を求めればよい。 Further, for example, the resonance frequency f b of the vibrator 6a of the present invention, to double the oscillating body 6b of the comparative example, to obtain a desired fractional bandwidth f h, a value obtained by normalizing the resonance frequency f b is 2 0.0 (following the solid line marked with “2.0” on the graph), the specific thickness t 1 / t at which the normalized value of the desired specific bandwidth f h can be obtained. The combination of 0 and the specific thickness t 2 / t 0 is selected (on the graph, the intersection of the solid line and the broken line with the normalized value of the desired specific bandwidth f h is searched), and the base 20a thickness t 1 and the beam 7d the thickness t 2 may be determined.
このように、振動体６ａが、ベース２０ａに梁７ｄを配設した構造を有するため、各素子（ベース２０ａおよび梁７ｄ）の平面形状を変えなくても、これらの各素子の厚さ（ｚ方向の寸法）を適切に設定することにより、所望の周波数特性（共振周波数ｆｂと比帯域幅ｆｈとの組み合わせ）を実現できる。 Thus, since the vibrating body 6a has a structure in which the beam 7d is arranged on the base 20a, the thickness (z) of each element (z) can be changed without changing the planar shape of each element (base 20a and beam 7d). by appropriately setting the dimension of), we can achieve the desired frequency characteristic (a combination of the resonance frequency f b and the fractional bandwidth f h).
図２５は、本発明による振動体６ａの梁７ｄの幅ｗ２をベース２０ａの幅ｗ１の８０パーセントとしたときの共振周波数ｆｂおよび比帯域幅ｆｈの計算結果を示すグラフである。
図２４と図２５とを比較すると、振動体６ａの梁７ｄの幅ｗ２の、ベース２０ａの幅ｗ１に対する比率が異なる場合、梁７ｄの厚さｔ２およびベース２０ａの厚さｔ１を同様に変化させたとき、周波数特性の変化が異なることがわかる。
Figure 25 is a graph showing the calculation result of the resonance frequency f b and the fractional bandwidth f h when the width w 2 of the beam 7d of the vibrator 6a according to the invention was 80% of the width w 1 of the base 20a.
Comparing Figure 24 and Figure 25, the width w 2 of the beam 7d vibrating body 6a, if the ratio of the width w 1 of the base 20a are different, the beam 7d of thickness t 2 and the base 20a of the thickness t 1 It can be seen that when the frequency is changed in the same manner, the frequency characteristic changes differently.
すなわち、ベース２０ａの幅ｗ１を一定とし、梁７ｄの幅ｗ２を大きくした場合、梁７ｄの平面形状と、ベース２０ａの平面形状とが近似することとなる。このため、共振周波数ｆｂを一定としたとき、ベース２０ａの厚さｔ１と梁７ｄの厚さｔ２との組み合わせを選択することによって、比帯域幅ｆｈを調節できる範囲が狭くなる。
したがって、梁７ｄの厚さｔ２を変えることにより、効果的に周波数特性を変化させるには、製造技術上許容される範囲内で、梁７ｄの幅ｗ２を、ベース２０ａの幅ｗ１に対して、なるべく小さくすればよい。なお、ベース２０ａおよび梁７ｄが同じ材質である場合について説明したが、異なる材質を用いて、同様の結果を得ることもできる。
That is, the width w 1 of the base 20a is constant, when increasing the width w 2 of the beam 7d, and the planar shape of the beam 7d, and the planar shape of the base 20a so that the approximated. Therefore, when a constant resonant frequency f b, by selecting a combination of the thickness t 2 of the thickness t 1 and the beam 7d of the base 20a, the range which can adjust the fractional bandwidth f h becomes narrower.
Therefore, by changing the thickness t 2 of the beam 7d, the changes the effective frequency characteristic, in a range that is acceptable manufacturing techniques, the width w 2 of the beam 7d, the width w 1 of the base 20a On the other hand, it should be as small as possible. In addition, although the case where the base 20a and the beam 7d are the same material was demonstrated, the same result can also be obtained using a different material.
図２６は、変形例の梁７ｂを模式的に示す斜視図である。
この梁７ｂは、幅ｗ２を有する梁部材７ｂａと、これと異なる幅ｗ２２を有する梁部材７ｂｂとを、長軸方向を一致させて厚さ方向（ｚ方向）に接合した構成を有する。この梁７ｂでは、梁部材７ｂａの厚さｔ２１と、梁部材７ｂｂの厚さｔ２２とを、独立に選ぶことができる。このため、梁部材７ｂａおよび梁部材７ｂｂの平面形状を変えずに、梁７ｂ全体の厚さ方向の剛性Ｄと質量ｍとの比を一定となるような、梁部材７ｂａの厚さｔ２１と梁部材７ｂｂの厚さｔ２２との組み合わせが無数に得られる。つまり、この梁７ｂを用いれば、共振周波数ｆｂを一定としつつ、梁部材７ｂａの厚さｔ２１と梁部材７ｂｂの厚さｔ２２との組み合わせを変えて、比帯域幅ｆｈを連続的に変えることができる。
FIG. 26 is a perspective view schematically showing a beam 7b according to a modification.
The beam 7b has a beam member 7ba having a width w 2, and a beam member 7bb having different widths w 22 This configuration joined to match the long axis direction thickness direction (z-direction). In the beam 7b, the thickness t 21 of the beam member 7ba, beam members 7bb a thickness t 22, can be independently selected. For this reason, the thickness t 21 of the beam member 7ba is such that the ratio of the stiffness D in the thickness direction of the entire beam 7b to the mass m is constant without changing the planar shape of the beam member 7ba and the beam member 7bb. the combination of the thickness t 22 of the beam member 7bb are countless obtained. In other words, by using this beam 7b, while a constant resonant frequency f b, by changing the combination of the thickness t 22 of the thickness t 21 and the beam member 7bb beam members 7ba, continuously fractional bandwidth f h Can be changed to
図２７は、別の変形例の梁７ｃ１，７ｃ２，７ｃ３の形状を示す斜視図である。
例えば、図２７（ａ）に示すように、三角形状の断面形状を有する梁７ｃ１を用いてもよい。また、図２７（ｂ）に示すように、台形状の断面形状を有する梁７ｃ２を用いてもよい。さらに、図２７（ｃ）に示すように、幅が長軸方向に沿って変化する梁７ｃ３を用いることもできる。
FIG. 27 is a perspective view showing the shapes of beams 7c1, 7c2, and 7c3 according to another modification.
For example, as shown in FIG. 27A, a beam 7c1 having a triangular cross-sectional shape may be used. Further, as shown in FIG. 27B, a beam 7c2 having a trapezoidal cross-sectional shape may be used. Furthermore, as shown in FIG. 27C, a beam 7c3 whose width changes along the long axis direction can be used.
このように、梁は、直方体形状、すなわち、短軸方向および長軸方向の断面形状が矩形であるもののほか、製造工程において、厚さ（ダイヤフラム５の振動方向；ｚ方向の寸法）を制御できる形状であれば、他の形状のものを用いてもよい。例えば、梁は、台形など他の四角形や三角形などの多角形状、あるいは、円形状または楕円形状などの断面形状を有するものでもよく、所定方向に沿って断面形状が変化する形状を有するものでもよい。 As described above, the beam has a rectangular parallelepiped shape, that is, the cross-sectional shape in the short axis direction and the long axis direction is rectangular, and the thickness (vibration direction of the diaphragm 5; dimension in the z direction) can be controlled in the manufacturing process. Any other shape may be used as long as it has a shape. For example, the beam may have another quadrangle such as a trapezoid or a polygon such as a triangle, or a cross-sectional shape such as a circle or an ellipse, or a shape whose cross-sectional shape changes along a predetermined direction. .
次に、図２８から図３９の各図を参照して、本発明による他の実施形態について説明する。これらの各実施形態における構成および動作は、以降に説明を行うほかは、原則として第３実施形態と同様としてよい。後記する第４実施形態から第１４実施形態の超音波トランスデューサ１００ｂ〜１００ｌも、前記した超音波探触子において、同様に使用できる。 Next, another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In principle, the configuration and operation of each of these embodiments may be the same as those of the third embodiment, except as described below. The ultrasonic transducers 100b to 100l of the fourth embodiment to the fourteenth embodiment to be described later can be similarly used in the above-described ultrasonic probe.
（第４実施形態）
図２８は、第４実施形態の超音波トランスデューサ１００ｂを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｂは、梁７を、ダイヤフラム５（内側ダイヤフラム層５ａ）内の空隙４内に具備した構成を有する。すなわち、本実施形態において、梁７は、ダイヤフラム５表面の電極３近傍であって、基板１側の電極２に対面する側に配設されている。
この超音波トランスデューサ１００ｂによれば、第３実施形態と同様な効果が得られ、また、ダイヤフラム５の表面を平坦にできる。
(Fourth embodiment)
FIG. 28 is a vertical sectional view showing an ultrasonic transducer 100b according to the fourth embodiment.
This ultrasonic transducer 100b has a configuration in which the beam 7 is provided in the gap 4 in the diaphragm 5 (inner diaphragm layer 5a). That is, in this embodiment, the beam 7 is disposed in the vicinity of the electrode 3 on the surface of the diaphragm 5 and on the side facing the electrode 2 on the substrate 1 side.
According to the ultrasonic transducer 100b, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, and the surface of the diaphragm 5 can be flattened.
（第５実施形態）
図２９は、第５実施形態の超音波トランスデューサ１００ｃを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｃは、ダイヤフラム５（より具体的には、外側ダイヤフラム層５ｂ）の基材内部に、梁７を埋設した構成を有する。この梁７は、ダイヤフラム５より剛性（ヤング率）の高い材質、または、ダイヤフラム５より剛性の低い材質からなる。あるいは、梁７を、空洞により構成し、空洞内を真空とするか、空気または他のガスを充填してもよい。
この超音波トランスデューサ１００ｃによれば、ダイヤフラム５の外形や厚さを変えずに、その剛性を変化させる方向および大きさを所望に調節できる。また、電極２と電極３との間隔を狭めて、電気音響変換効率を高めることができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 29 is a vertical sectional view showing an ultrasonic transducer 100c according to the fifth embodiment.
The ultrasonic transducer 100c has a configuration in which a beam 7 is embedded in the base material of the diaphragm 5 (more specifically, the outer diaphragm layer 5b). The beam 7 is made of a material having higher rigidity (Young's modulus) than the diaphragm 5 or a material having lower rigidity than the diaphragm 5. Alternatively, the beam 7 may be constituted by a cavity and the inside of the cavity may be evacuated or filled with air or other gas.
According to the ultrasonic transducer 100c, the direction and size of changing the rigidity of the diaphragm 5 can be adjusted as desired without changing the outer shape and thickness of the diaphragm 5. In addition, it is possible to increase the electroacoustic conversion efficiency by reducing the distance between the electrode 2 and the electrode 3.
なお、梁７は、内側ダイヤフラム層５ａまたは外側ダイヤフラム層５ｂ内部に直接に形成してもよいし、内側ダイヤフラム層５ａまたは外側ダイヤフラム層５ｂの表面に溝を設け、内側ダイヤフラム層５ａと外側ダイヤフラム層５ｂとを接合することによりこの溝を封止して形成してもよい。 The beam 7 may be formed directly inside the inner diaphragm layer 5a or the outer diaphragm layer 5b, or a groove is provided on the surface of the inner diaphragm layer 5a or the outer diaphragm layer 5b so that the inner diaphragm layer 5a and the outer diaphragm layer are formed. You may seal and form this groove | channel by joining 5b.
（第６実施形態）
図３０は、第６実施形態の超音波トランスデューサ１００ｄを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｄは、前記したダイヤフラム側の電極３および梁７の代わりに、梁７ｚを具備した構成を有する。この梁７ｚは、例えば、前記したダイヤフラム５側の電極３と同様の材質または他の導電性の材質からなり、前記したダイヤフラム５側の電極３と同様の形状の電極層部７ｚｂと、図のｙ方向に細長い形状を有しダイヤフラム５のｙ方向の剛性を付加する梁部７ｚａと、を具備している。あるいは、梁部７ｚａは、一方向に限らず、例えば格子状に配設してもよい。
(Sixth embodiment)
FIG. 30 is a vertical sectional view showing the ultrasonic transducer 100d of the sixth embodiment.
The ultrasonic transducer 100d has a configuration including a beam 7z instead of the diaphragm-side electrode 3 and the beam 7. The beam 7z is made of, for example, the same material as the electrode 3 on the diaphragm 5 side or another conductive material, and has the electrode layer portion 7zb having the same shape as the electrode 3 on the diaphragm 5 side, and a beam portion 7za which has a shape elongated in the y direction and adds rigidity of the diaphragm 5 in the y direction. Or the beam part 7za may be arrange | positioned not only in one direction but in a grid | lattice form, for example.
この超音波トランスデューサ１００ｄによれば、梁部７ｚａおよび電極層部７ｚｂを一体に形成できるので、製造工程の簡略化を図ることができ、また、構造の堅固化を図ることができる。 According to the ultrasonic transducer 100d, since the beam portion 7za and the electrode layer portion 7zb can be formed integrally, the manufacturing process can be simplified and the structure can be solidified.
また、この超音波トランスデューサ１００ｄは、電極を兼ねた梁７ｚと、内側ダイヤフラム層５ａまたは外側ダイヤフラム層５ｂのいずれかによって、ダイヤフラム５の剛性の大部分を担保する構造としてもよい。これにより、内側ダイヤフラム層５ａまたは外側ダイヤフラム層５ｂのいずれかは、剛性を担保する必要がなくなり、薄型化または省略化できる。梁７ｚが剛性の大部分を担保すれば、内側ダイヤフラム層５ａは原理的に必要ではなくなる。これにより、電極２と電極３との距離を狭め、電気音響変換効率の向上を図ることができる。 The ultrasonic transducer 100d may have a structure in which most of the rigidity of the diaphragm 5 is secured by the beam 7z that also serves as an electrode, and either the inner diaphragm layer 5a or the outer diaphragm layer 5b. Thereby, either the inner diaphragm layer 5a or the outer diaphragm layer 5b does not need to ensure rigidity, and can be thinned or omitted. If the beam 7z ensures most of the rigidity, the inner diaphragm layer 5a is not necessary in principle. Thereby, the distance of the electrode 2 and the electrode 3 can be narrowed, and the improvement of electroacoustic conversion efficiency can be aimed at.
あるいは、梁７ｚを外部の物体（図示せず）から保護または絶縁する観点からは、外側ダイヤフラム層５ｂは、保護または絶縁に充分な厚さを有すればよい。外側ダイヤフラム層５ｂを薄型化することにより、製造工程の簡略化を図ることができ、また、梁７ｚおよび基板１側の電極２からなる電気音響変換部と、被測定媒体（図示せず）との距離が短くなるので、感度の向上を図ることができる。 Alternatively, from the viewpoint of protecting or insulating the beam 7z from an external object (not shown), the outer diaphragm layer 5b only needs to have a sufficient thickness for protection or insulation. By thinning the outer diaphragm layer 5b, the manufacturing process can be simplified, and an electroacoustic transducer comprising the beam 7z and the electrode 2 on the substrate 1 side, a medium to be measured (not shown), Therefore, the sensitivity can be improved.
（第７実施形態）
図３１は、第７実施形態の超音波トランスデューサ１００ｅを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｅは、第３実施形態の梁７の代わりに、ダイヤフラム５が自身を基板１側の電極２上に保持している箇所（断面において、柱状に現れる箇所）近傍に、ダイヤフラム５の材質よりも剛性の低い材質または空洞からなる梁７ｎを設けた構成を有する。換言すれば、この箇所は、空隙４の周縁部の上方に位置する、ダイヤフラム５内部の環状部分であって、ダイヤフラム５の振動部分５ｃを囲む部分である。
(Seventh embodiment)
FIG. 31 is a vertical sectional view showing an ultrasonic transducer 100e according to the seventh embodiment.
In this ultrasonic transducer 100e, instead of the beam 7 of the third embodiment, the diaphragm 5 is located near the place where the diaphragm 5 holds itself on the electrode 2 on the substrate 1 side (the place where the diaphragm 5 appears in a columnar shape). The material is provided with a beam 7n made of a material having a lower rigidity than the material or a cavity. In other words, this location is an annular portion inside the diaphragm 5 that is located above the peripheral edge of the gap 4 and is a portion that surrounds the vibrating portion 5 c of the diaphragm 5.
この超音波トランスデューサ１００ｅによれば、梁７ｎによって、ダイヤフラム５の振動部分５ｃの周縁部の剛性が低下し、相対的に振動部分５ｃ全体の剛性が向上することとなる。 According to this ultrasonic transducer 100e, the rigidity of the peripheral portion of the vibration part 5c of the diaphragm 5 is lowered by the beam 7n, and the rigidity of the entire vibration part 5c is relatively improved.
図３２は、第７実施形態の超音波トランスデューサ１００ｅの動作を模式的に示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｅは、基板１表面の電極２上に、ダイヤフラム５ｎ（実線で示す）を支柱５ｄで保持した構造と解釈できる。なお、比較のため、梁７ｎを設けない場合のダイヤフラム５ｍ（点線で示す）を図示する。
FIG. 32 is a vertical sectional view schematically showing the operation of the ultrasonic transducer 100e of the seventh embodiment.
This ultrasonic transducer 100e can be interpreted as a structure in which a diaphragm 5n (shown by a solid line) is held by a column 5d on the electrode 2 on the surface of the substrate 1. For comparison, a diaphragm 5m (indicated by a dotted line) when the beam 7n is not provided is shown.
この超音波トランスデューサ１００ｅでは、超音波の送受信に伴いダイヤフラム５が振動するとき、梁７ｎ付近は大きく変形するが、ダイヤフラム５（ダイヤフラム５ｍとして示す）の振動部分５ｃ全体は良好な平面性を保って均等に変位する。したがって、ダイヤフラム５の最大変位量を変えなくても平均変位量を大きくでき、また、空隙４の厚さ（ｚ方向の長さ）を小さくし、電極２と電極３との距離を縮めることができる。これらにより、電気音響変換効率の向上を図ることができ、高感度化および高出力化を実現できる。 In the ultrasonic transducer 100e, when the diaphragm 5 vibrates in response to transmission / reception of ultrasonic waves, the vicinity of the beam 7n is greatly deformed, but the entire vibrating portion 5c of the diaphragm 5 (shown as the diaphragm 5m) maintains good flatness. Displace evenly. Therefore, the average displacement can be increased without changing the maximum displacement of the diaphragm 5, the thickness of the gap 4 (length in the z direction) can be reduced, and the distance between the electrode 2 and the electrode 3 can be shortened. it can. As a result, the electroacoustic conversion efficiency can be improved, and high sensitivity and high output can be realized.
この梁７ｎを設けたダイヤフラム５ｎを、梁７ｎを設けないダイヤフラム５ｍと比較すると、たわみが小さくなり、その中央部が基板１表面の電極２に接触しにくいことがわかる。 When the diaphragm 5n provided with the beam 7n is compared with the diaphragm 5m not provided with the beam 7n, it can be seen that the deflection becomes smaller and the central portion thereof is less likely to contact the electrode 2 on the surface of the substrate 1.
（第８実施形態）
図３３は、第８実施形態の外側ダイヤフラム層５ｐを示す平面図である。
第８実施形態の超音波トランスデューサ１００ｆ（図示せず）は、前記した外側ダイヤフラム層５ｂの代わりに、外側ダイヤフラム層５ｐを具備した構成である。
この外側ダイヤフラム層５ｐは、平面形の周縁部に、多数の穴（または空洞）状の梁７ｐを多数設けた構成を有する。この多数の梁７ｐは、前記した梁７ｎと同様に、外側ダイヤフラム層５ｐの周縁部の剛性を低下させ、これに囲まれた平板状部分の剛性を相対的に向上させる。
したがって、この第８実施形態の超音波トランスデューサ１００ｆによれば、前記した第７実施形態の超音波トランスデューサ１００ｅと同様の効果を得られる。
(Eighth embodiment)
FIG. 33 is a plan view showing the outer diaphragm layer 5p of the eighth embodiment.
An ultrasonic transducer 100f (not shown) according to the eighth embodiment has a configuration including an outer diaphragm layer 5p instead of the outer diaphragm layer 5b.
The outer diaphragm layer 5p has a configuration in which a large number of hole (or hollow) beams 7p are provided on the peripheral edge of the planar shape. The large number of beams 7p reduce the rigidity of the peripheral portion of the outer diaphragm layer 5p and relatively improve the rigidity of the flat plate portion surrounded by the same, as in the case of the above-described beam 7n.
Therefore, according to the ultrasonic transducer 100f of the eighth embodiment, the same effects as those of the ultrasonic transducer 100e of the seventh embodiment described above can be obtained.
（第９実施形態）
図３４は、第９実施形態の超音波トランスデューサ１００ｇを示す平面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｇは、円形状のダイヤフラム５ｇと、このダイヤフラム５ｇの上面に配設された放射状の梁７ｇｒと、同様に配設された環状の梁７ｇｃとを含んでいる。また、ダイヤフラム５ｇは、楕円形状でもよい。
(Ninth embodiment)
FIG. 34 is a plan view showing an ultrasonic transducer 100g according to the ninth embodiment.
The ultrasonic transducer 100g includes a circular diaphragm 5g, a radial beam 7gr disposed on the upper surface of the diaphragm 5g, and an annular beam 7gc disposed in the same manner. Further, the diaphragm 5g may be elliptical.
（第１０実施形態）
図３５は、第１０実施形態の超音波トランスデューサ１００ｈを示す平面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｈは、六角形状のダイヤフラム５ｈと、このダイヤフラム５ｈの上面に配設された放射状の梁７ｈｒと、同様にダイヤフラム５ｈの内縁に沿って配設された環状の梁７ｈｃとを含んでいる。六角形状は一例であって、三角形状、五角形状、七角形状など、ダイヤフラム５ｈは、他の多角形状でもよい。
(10th Embodiment)
FIG. 35 is a plan view showing an ultrasonic transducer 100h according to the tenth embodiment.
The ultrasonic transducer 100h includes a hexagonal diaphragm 5h, a radial beam 7hr disposed on the upper surface of the diaphragm 5h, and an annular beam 7hc disposed along the inner edge of the diaphragm 5h. It is out. The hexagonal shape is an example, and the diaphragm 5h such as a triangular shape, a pentagonal shape, and a heptagonal shape may be other polygonal shapes.
前記した第９実施形態の放射状の梁７ｇｒは、４本（中心から８方向）配設し、この第１０実施形態の放射状の梁７ｈｒは、３本（中心から６方向）配設した場合を例示的に図示したが、ダイヤフラム５ｇ，５ｈの形状や所望の周波数特性などによって、適切な本数を配設するとよい。また、第９実施形態の環状の梁７ｇｃ、および、第１０実施形態の素子形状の梁７ｈｒは、それぞれ１つ配設した場合を例示的に図示したが、ダイヤフラム５ｇ，５ｈの形状や所望の周波数特性などによって、例えば同心状に、適切な本数を配設するとよい。 Four radial beams 7gr of the ninth embodiment are arranged (8 directions from the center), and three radial beams 7hr of the tenth embodiment are arranged (6 directions from the center). Although illustrated as an example, an appropriate number may be provided depending on the shape of the diaphragms 5g and 5h, a desired frequency characteristic, and the like. In addition, the annular beam 7gc of the ninth embodiment and the element-shaped beam 7hr of the tenth embodiment are exemplarily illustrated, but the shapes of the diaphragms 5g and 5h and the desired shape Depending on the frequency characteristics and the like, for example, an appropriate number may be arranged concentrically.
（第１１実施形態）
図３６は、第１１実施形態の超音波トランスデューサ１００ｉを示す平面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｉは、ｙ方向に細長い複数の梁７を、不均等な間隔で配設した構成を有する。
第１１実施形態の超音波トランスデューサ１００ｉによれば、これら複数の梁７を配設する間隔を適切に設定することにより、ダイヤフラム５の振動部分５ｃの剛性の分布が部分的に調整され、所望の振動モードを抑制または励起できる。
(Eleventh embodiment)
FIG. 36 is a plan view showing an ultrasonic transducer 100i according to the eleventh embodiment.
This ultrasonic transducer 100i has a configuration in which a plurality of beams 7 elongated in the y direction are arranged at unequal intervals.
According to the ultrasonic transducer 100i of the eleventh embodiment, the distribution of the rigidity of the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 is partially adjusted by appropriately setting the intervals at which the plurality of beams 7 are arranged, so that a desired distribution is obtained. Vibration mode can be suppressed or excited.
（第１２実施形態）
図３７は、梁７同士の長軸方向が異なるように配設した第１２実施形態の超音波トランスデューサ１００ｊを示す平面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｊは、ｘ方向に細長く、ダイヤフラム５の振動部分５ｃのｘ方向よりも長軸方向が短い梁７ｘと、ｙ方向に細長く、ダイヤフラム５の振動部分５ｃのｙ方向よりも長軸方向が短い梁７ｙと、を外側ダイヤフラム層５ｂに配設した構成を有する。
このように、長軸方向が異なる梁７ｘおよび梁７ｙを、同一のダイヤフラム５上の異なる箇所に混在させて配設してもよい。また、梁７ｘおよび梁７ｙは、目的に応じて、振動部分５ｃの平面方向の寸法に渡る長さを有さなくてもよい。また、梁７ｘ，７ｙの寸法は、各々異なっていてもよい。
第１２実施形態の超音波トランスデューサ１００ｊによれば、梁７ｙおよび梁７ｘの配設位置、配設間隔、および配設本数などを適切に設定することにより、振動部分５ｃの部分ごとに、所望の振動モードを抑制または励起できる。
(Twelfth embodiment)
FIG. 37 is a plan view showing an ultrasonic transducer 100j of the twelfth embodiment arranged such that the major axes of the beams 7 are different from each other.
This ultrasonic transducer 100j is elongate in the x direction and has a beam 7x whose longitudinal direction is shorter than the x direction of the vibration part 5c of the diaphragm 5, and is elongated in the y direction and is longer than the y direction of the vibration part 5c of the diaphragm 5. A beam 7y having a short direction is arranged on the outer diaphragm layer 5b.
In this way, the beams 7x and 7y having different major axis directions may be mixed and disposed at different locations on the same diaphragm 5. Moreover, the beam 7x and the beam 7y do not need to have the length over the dimension of the vibration part 5c in the plane direction according to the purpose. The dimensions of the beams 7x and 7y may be different from each other.
According to the ultrasonic transducer 100j of the twelfth embodiment, by appropriately setting the arrangement position, the arrangement interval, the arrangement number, and the like of the beams 7y and 7x, a desired value is obtained for each portion of the vibration portion 5c. Vibration mode can be suppressed or excited.
（第１３実施形態）
図３８は、第１３実施形態の超音波トランスデューサ１００ｋを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｋは、ｙ方向に細長く、長軸を横切る断面形状が各々異なる梁７ｉ，７ｊ，７ｋを、ダイヤフラム５上に混在させて配設した構成を有する。
(13th Embodiment)
FIG. 38 is a vertical sectional view showing the ultrasonic transducer 100k according to the thirteenth embodiment.
The ultrasonic transducer 100k has a configuration in which beams 7i, 7j, and 7k that are elongated in the y direction and have different cross-sectional shapes across the major axis are arranged on the diaphragm 5 in a mixed manner.
この例では、ダイヤフラム５上において、最も断面形状が大きい梁７ｉが中央近傍に配設され、この梁７ｉより断面形状が小さい梁７ｊがその外側に配設され、この梁７ｊより断面形状が小さい梁７ｋがさらにその外側に配設されている。このため、ダイヤフラム５の中央近傍の剛性は大きく強化され、ダイヤフラム５の周縁部に向かっては、より小さくその剛性が強化される。この配設方法は一例であって、梁７ｉ，７ｊ，７ｋの配設順序を変えてもよい。 In this example, on the diaphragm 5, a beam 7i having the largest cross-sectional shape is disposed near the center, a beam 7j having a smaller cross-sectional shape than the beam 7i is disposed on the outer side, and the cross-sectional shape is smaller than that of the beam 7j. A beam 7k is further disposed outside the beam 7k. For this reason, the rigidity in the vicinity of the center of the diaphragm 5 is greatly increased, and the rigidity is further decreased toward the peripheral edge of the diaphragm 5. This arrangement method is an example, and the arrangement order of the beams 7i, 7j, 7k may be changed.
第１３実施形態の超音波トランスデューサ１００ｋによれば、ダイヤフラム５の剛性の分布を調節することができるので、所望の振動モードと、振動モードごとの共振周波数ｆｂを得ることができる。 According to the ultrasonic transducer 100k of the thirteenth embodiment, it is possible to adjust the distribution of the rigidity of the diaphragm 5, it is possible to obtain a desired vibration mode, the resonance frequency f b for each vibration mode.
（第１４実施形態）
図３９は、梁７の長軸方向が相互に交差するように配設した第１４実施形態の超音波トランスデューサ１００ｌを示す平面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｌは、外側ダイヤフラム層５ｂの上面に、ｘ方向（図の横方向）に細長い梁７ｑと、ｙ方向（図の縦方向）に細長い梁７ｒとを具備した構成を有する。
(14th Embodiment)
FIG. 39 is a plan view showing an ultrasonic transducer 100l according to a fourteenth embodiment arranged so that the major axis directions of the beams 7 intersect each other.
The ultrasonic transducer 100l has a configuration in which a beam 7q elongated in the x direction (lateral direction in the figure) and a beam 7r elongated in the y direction (longitudinal direction in the figure) are formed on the upper surface of the outer diaphragm layer 5b.
この超音波トランスデューサ１００ｌでは、横長の梁７ｑによって、ダイヤフラム５のｘ方向（図の横方向）の剛性を変えることができ、また、縦長の梁７ｒによって、ダイヤフラム５のｙ方向（図の縦方向）の剛性を変えることができる。このため、ダイヤフラム５の振動部分５ｃの平面形状や大きさが既定であっても、ｘ方向の振動モードの共振周波数ｆｂｘと、ｙ方向の振動モードの共振周波数ｆｂｙとを、独立して、任意に設定できる。 In this ultrasonic transducer 100l, the rigidity of the diaphragm 5 in the x direction (the horizontal direction in the figure) can be changed by the horizontally long beam 7q, and the y direction (the vertical direction in the figure) of the diaphragm 5 can be changed by the vertically long beam 7r. ) Can be changed. For this reason, even if the planar shape and size of the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 are predetermined, the resonance frequency f bx of the vibration mode in the x direction and the resonance frequency f by of the vibration mode in the y direction are independently determined. Can be set arbitrarily.
この超音波トランスデューサ１００ｌでは、ダイヤフラム５の振動部分５ｃの平面形状は、概略正方形状である。しかし、この振動部分５ｃは、ｘ方向に細長い１本の梁７ｑ、および、ｙ方向に細長い３本の梁７ｒによって、剛性が強化されている。ここで、梁７ｑおよび梁７ｒの剛性がそれぞれ同等とすると、ダイヤフラム５の振動部分５ｃは、概略正方形状であるにも拘わらず、ｘ方向の剛性は小さく、ｙ方向の剛性は大きい。 In this ultrasonic transducer 100l, the planar shape of the vibrating portion 5c of the diaphragm 5 is substantially square. However, the vibration portion 5c is reinforced by one beam 7q elongated in the x direction and three beams 7r elongated in the y direction. Here, assuming that the beams 7q and 7r have the same rigidity, the vibration portion 5c of the diaphragm 5 has a substantially square shape, but the rigidity in the x direction is small and the rigidity in the y direction is large.
このように、梁７ｑおよび梁７ｒの剛性（短軸方向の断面積や材質）、配設方向、配設本数などを変えることにより、所望の振動モードと、振動モードごとに所望の共振周波数ｆｂとを設定できる。なお、梁７ｑと梁７ｒとは、結合していてもよいし、ｚ方向（図の紙面と垂直方向）に層をなして交差していてもよい。 In this way, by changing the rigidity (cross-sectional area or material in the minor axis direction), the arrangement direction, the number of arrangements, and the like of the beam 7q and the beam 7r, the desired vibration mode and the desired resonance frequency f for each vibration mode. b can be set. Note that the beam 7q and the beam 7r may be coupled to each other or may intersect with each other by forming a layer in the z direction (a direction perpendicular to the drawing sheet).
各実施形態の超音波トランスデューサ１００，１００ｂ〜１００ｌによれば、例えば、次の効果が得られる。
（１）ダイヤフラム（５など）に梁（７など）を配設したため、ダイヤフラム（５など）の厚さと梁（７など）の厚さとを独立して変えることができ、振動部分５ｃの剛性と質量のバランスを自由に設定して、所望の中心周波数ｆｃを実現しつつ感度Ｇと比帯域幅ｆｈとを制御できる。
According to the ultrasonic transducers 100 and 100b to 100l of the embodiments, for example, the following effects can be obtained.
(1) Since the beam (7, etc.) is disposed on the diaphragm (5, etc.), the thickness of the diaphragm (5, etc.) and the thickness of the beam (7, etc.) can be changed independently. the mass balance was set freely, can be controlled and sensitivity G and fractional bandwidth f h while realizing the desired center frequency f c.
（２）ダイヤフラム（５など）および梁（７など）の厚さを調節することにより、ダイヤフラム（５など）および梁（７など）の平面形状（縦横の寸法）を変えることなく、ダイヤフラム（５など）の周波数特性（共振周波数ｆｂおよび比帯域幅ｆｈ）を変更できる。 (2) By adjusting the thickness of the diaphragm (5, etc.) and the beam (7, etc.), the diaphragm (5, etc.) without changing the planar shape (vertical and horizontal dimensions) of the diaphragm (5, etc.) and the beam (7, etc.) Etc.) can be changed (resonance frequency f b and specific bandwidth f h ).
（３）ダイヤフラム（５など）および梁（７など）の平面形状（ｘ方向およびｙ方向の寸法）を変えずに、周波数特性を変更できるので、製造工程の制御を変更すれば、同一のマスク（図示せず）を用いて同一の製造設備で製造を行えるため、手間および費用を低減できる。 (3) Since the frequency characteristics can be changed without changing the planar shape (dimensions in the x and y directions) of the diaphragm (such as 5) and the beam (such as 7), the same mask can be obtained by changing the control of the manufacturing process. Since it can manufacture with the same manufacturing equipment using (not shown), effort and expense can be reduced.
（比較例）
次に、図４０および図４１を参照して、比較例について説明する。
図４０は、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐを示す垂直断面図である。
この超音波トランスデューサ１００ｐは、梁７を有しないほかは、第３実施形態の超音波トランスデューサ１００（図１８参照）と同様の構成である。
(Comparative example)
Next, a comparative example will be described with reference to FIGS. 40 and 41.
FIG. 40 is a vertical sectional view showing an ultrasonic transducer 100p of a comparative example.
The ultrasonic transducer 100p has the same configuration as the ultrasonic transducer 100 (see FIG. 18) of the third embodiment except that the beam 7 is not provided.
図４１は、縦横比が１：２の矩形の平面形状を有するダイヤフラム５の周波数−感度特性を示すグラフである。
このグラフには、０.８ＭＨｚ付近にノッチ（感度Ｇが急峻に低下する箇所）が現れている。このため、ダイヤフラム５の周波数−感度特性が、平坦な値とならない問題点がある。このノッチは、縦の振動モードと横の振動モードとの結合により発生する。したがって、縦横の剛性を変えれば、一方の振動モードを抑圧し、ノッチを抑制できることがわかる。
FIG. 41 is a graph showing the frequency-sensitivity characteristics of the diaphragm 5 having a rectangular planar shape with an aspect ratio of 1: 2.
In this graph, a notch (a portion where the sensitivity G sharply decreases) appears in the vicinity of 0.8 MHz. For this reason, there exists a problem that the frequency-sensitivity characteristic of the diaphragm 5 does not become a flat value. This notch is generated by the combination of the vertical vibration mode and the horizontal vibration mode. Therefore, it can be seen that if the vertical and horizontal rigidity is changed, one vibration mode can be suppressed and the notch can be suppressed.
例えば、縦横比を１：２とせず、縦横比を極端に大きくするか極端に小さくすれば（つまり、ダイヤフラム５の平面形状を極端に細長くすれば）、縦横いずれかの振動モードの影響を実質的に排除し、ノッチを抑制して、広帯域に渡って平坦な周波数特性が得られるはずである。しかし、ノッチを抑制できる程度に縦横比が極端に大きいかまたは小さいダイヤフラム５は、非常に製造が困難であり、また、実用性に乏しい問題点がある。 For example, if the aspect ratio is not set to 1: 2 and the aspect ratio is extremely increased or decreased extremely (that is, if the planar shape of the diaphragm 5 is extremely elongated), the influence of any vibration mode is substantially increased. Therefore, the notch is suppressed, and a flat frequency characteristic should be obtained over a wide band. However, the diaphragm 5 whose aspect ratio is extremely large or small enough to suppress the notch is very difficult to manufacture and has a problem of poor practicality.
本発明による第３実施形態の超音波トランスデューサ１００（図１８参照）および比較例の超音波トランスデューサ１００ｐの設計例を後記のとおり作成した。そして、計算機に詳細な設計値を与え、水中での特性について高精度の数値シミュレーションを行わせ、前記した計算結果（図２４参照）と比較した。 Design examples of the ultrasonic transducer 100 (see FIG. 18) of the third embodiment according to the present invention and the ultrasonic transducer 100p of the comparative example were created as described below. Then, a detailed design value was given to the computer, a highly accurate numerical simulation was performed on the characteristics in water, and the result was compared with the above calculation result (see FIG. 24).
これらの超音波トランスデューサ１００および１００ｐでは、いずれも、基板１の材質はシリコン（Ｓｉ）とし、ダイヤフラム５の材質は窒化シリコンとし、電極２および電極３の材質はアルミニウムとした。また、ダイヤフラム５の縦方向（図１９の上下方向；ｙ方向）の寸法は４０μｍとし、同一板面上でこれと直角な方向（図１９の左右方向；ｘ方向）の長さは４００μｍ程度とした。これは、縦／横比を十分小さくし、不要な振動モードが励起しないように配慮したためである。また、基板１側の電極２と基板１と合わせた厚さは充分に大きいので、実質的に変位は無視できる。なお、超音波トランスデューサ１００の梁７の材質は、ダイヤフラム５と同じとした。 In both of these ultrasonic transducers 100 and 100p, the substrate 1 is made of silicon (Si), the diaphragm 5 is made of silicon nitride, and the electrodes 2 and 3 are made of aluminum. The dimension of the diaphragm 5 in the vertical direction (vertical direction in FIG. 19; y direction) is 40 μm, and the length in the direction perpendicular to this on the same plate surface (left and right direction in FIG. 19; x direction) is about 400 μm. did. This is because the aspect ratio is sufficiently small so that unnecessary vibration modes are not excited. Moreover, since the combined thickness of the electrode 2 on the substrate 1 side and the substrate 1 is sufficiently large, the displacement can be substantially ignored. The material of the beam 7 of the ultrasonic transducer 100 was the same as that of the diaphragm 5.
第３実施形態の超音波トランスデューサ１００では、梁７の幅ｗを梁７同士の配設間隔（ピッチ）の２０パーセントとした。ダイヤフラム５の共振周波数ｆｂを、比較例のダイヤフラム５の共振周波数ｆｂと同じとし、比帯域幅ｆｈを１.５倍にするため、計算結果（図２３参照）から、超音波トランスデューサ１００のダイヤフラム５の厚さを、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐのダイヤフラム５の厚さの０.５４倍とし、梁７の厚さを、このダイヤフラム５の０.６６倍とした。なお、電極２、空隙４および電極３の厚さは、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐのものと同じとした。 In the ultrasonic transducer 100 of the third embodiment, the width w of the beam 7 is set to 20 percent of the arrangement interval (pitch) between the beams 7. The resonance frequency f b of the diaphragm 5, the same city as the resonance frequency f b of the diaphragm 5 of the comparative example, since the fractional bandwidth f h in 1.5 times, the calculation result (refer to FIG. 23), the ultrasonic transducer 100 The thickness of the diaphragm 5 is 0.54 times the thickness of the diaphragm 5 of the ultrasonic transducer 100p of the comparative example, and the thickness of the beam 7 is 0.66 times that of the diaphragm 5. The thicknesses of the electrode 2, the gap 4 and the electrode 3 were the same as those of the ultrasonic transducer 100p of the comparative example.
比較例の超音波トランスデューサ１００ｐでは、基板１側の電極２上に空隙４を３００nmの厚さとし、内側ダイヤフラム層５ａを２００nmの厚さで形成した。そして、ダイヤフラム５側の電極３を４００nmの厚さで形成し、さらに外側ダイヤフラム層５ｂを２０００nmの厚さで作成した。 In the ultrasonic transducer 100p of the comparative example, the gap 4 was formed with a thickness of 300 nm on the electrode 2 on the substrate 1 side, and the inner diaphragm layer 5a was formed with a thickness of 200 nm. Then, the electrode 3 on the diaphragm 5 side was formed with a thickness of 400 nm, and the outer diaphragm layer 5b was formed with a thickness of 2000 nm.
図４２は、第３実施形態の超音波トランスデューサ１００および比較例の超音波トランスデューサ１００ｐの水中における周波数特性を示したグラフである。
横軸方向に周波数ｆの高さを示し、縦軸方向に感度（利得）の高さを対数目盛で示す。このグラフにおいて、曲線３１は第３実施形態の超音波トランスデューサ１００の測定値を示し、曲線３０は比較例の超音波トランスデューサ１００ｐの測定値を示す。
FIG. 42 is a graph showing frequency characteristics in water of the ultrasonic transducer 100 of the third embodiment and the ultrasonic transducer 100p of the comparative example.
The horizontal axis indicates the height of the frequency f, and the vertical axis indicates the height of sensitivity (gain) on a logarithmic scale. In this graph, the curve 31 shows the measurement value of the ultrasonic transducer 100 of the third embodiment, and the curve 30 shows the measurement value of the ultrasonic transducer 100p of the comparative example.
第３実施形態の超音波トランスデューサ１００では、中心周波数ｆｃは、１５.４ＭＨｚであり、比帯域幅ｆｈは１５７％であった。
また、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐでは、中心周波数ｆｃは、１４.８ＭＨｚであり、比帯域幅ｆｈは、１２０％であった。
したがって、第３実施形態の超音波トランスデューサ１００は、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐと比較すると、中心周波数ｆｃはほぼ同じ値を保ち、比帯域幅ｆｈは、より大きい値を示していることがわかる。この結果は、前記した計算結果の傾向と一致する。
In the ultrasonic transducer 100 of the third embodiment, the center frequency f c is 15.4MHz, the fractional bandwidth f h was 157%.
Further, the ultrasonic transducer 100p of the comparative example, the center frequency f c is 14.8MHz, the fractional bandwidth f h was 120%.
Therefore, when compared with the ultrasonic transducer 100p of the comparative example, the ultrasonic transducer 100 of the third embodiment maintains the substantially same value of the center frequency f c and the specific bandwidth f h shows a larger value. I understand. This result agrees with the tendency of the calculation result described above.
しかし、計算結果（図２４参照）によれば、本発明による超音波トランスデューサ１００の比帯域幅ｆｈは、比較例の超音波トランスデューサ１００ｐの比帯域幅ｆｈの１.５倍程度となるべきところであるが、数値シミュレーション結果（図４２参照）によれば、１.３倍程度となっている。これは、この計算結果（図２４参照）が、各要素が均質であることを前提としているのに対し、この数値シミュレーション（図４２参照）では、実際の素子構造をより忠実に模しており、ダイヤフラム５には電極３などが含まれ、均質ではないからである。 However, according to the calculation result (see FIG. 24), the specific bandwidth f h of the ultrasonic transducer 100 according to the present invention should be about 1.5 times the specific bandwidth f h of the ultrasonic transducer 100p of the comparative example. However, according to the numerical simulation result (see FIG. 42), it is about 1.3 times. This is based on the premise that each element is homogeneous in this calculation result (see FIG. 24), whereas in this numerical simulation (see FIG. 42), the actual device structure is more faithfully modeled. This is because the diaphragm 5 includes the electrode 3 and the like and is not homogeneous.
このような若干の差異は、実用上、たいてい問題とならない。しかし、さらに正確な計算結果を求めるには、電極３など他の要素の影響を加味してさらに高精度な計算を行うか、試作を行って試作品の実測値と計算値との違いを定量的に把握しておき、計算値を補正すればよい。 Such slight differences are usually not a problem in practice. However, in order to obtain a more accurate calculation result, the effect of other elements such as the electrode 3 is taken into account, or more accurate calculation is performed, or a trial production is performed to quantify the difference between the measured value and the calculated value of the prototype. It is sufficient to correct the calculated value by grasping it.
１ 基板
２，３ 電極
４ 空隙
５ ダイヤフラム
７ 梁
１３ 結線
１４ 素子
１７ スイッチ
１００ 超音波トランスデューサ
１０００ トランスデューサアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2, 3 Electrode 4 Gap 5 Diaphragm 7 Beam 13 Connection 14 Element 17 Switch 100 Ultrasonic transducer 1000 Transducer array
Claims (9)
前記ダイヤフラムまたは前記第２の電極の表面または内部に、梁をそれぞれ具備した複数の超音波トランスデューサを結線により接続させて平面状または曲面状に複数配列した超音波トランスデューサアレイを具備し、前記梁は、前記ダイヤフラムの形状に合わせて形成されていることを特徴とする超音波探触子。 A substrate having a first electrode in its interior or surface and a diaphragm having a second electrode in its interior or surface are disposed via a gap,
A plurality of ultrasonic transducer arrays each having a beam are connected to each other on the surface or inside of the diaphragm or the second electrode by connection, and an ultrasonic transducer array is arranged in a planar shape or a curved shape. The ultrasonic probe is formed in accordance with the shape of the diaphragm.
同じ平面形状の多角形のダイヤフラムとされ、かつ、同じ梁構造とされることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波探触子。 With the plurality of ultrasonic transducers connected together by the connection as a unit, the diaphragm and the beam of the ultrasonic transducers belonging to the same unit are:
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6, wherein the ultrasonic probe has a polygonal diaphragm having the same planar shape and has the same beam structure.
前記複数の超音波トランスデューサは、下部電極と、上部電極と、該上部電極と共に振動するダイヤフラムと、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた空隙とを有し、当該ダイヤフラムはその表面又は内部に梁を有し、該梁は前記ダイヤフラムの形状に合わせて形成されていることを特徴とする超音波探触子。 An ultrasonic probe having a substrate and a plurality of ultrasonic transducers provided on the substrate,
The plurality of ultrasonic transducers include a lower electrode, an upper electrode, a diaphragm that vibrates together with the upper electrode, and a gap provided between the lower electrode and the upper electrode, and the diaphragm Alternatively, the ultrasonic probe having a beam inside, the beam being formed in accordance with the shape of the diaphragm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011162766A JP5391241B2 (en) | 2005-10-18 | 2011-07-26 | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005303701 | 2005-10-18 | ||
| JP2005303701 | 2005-10-18 | ||
| JP2011162766A JP5391241B2 (en) | 2005-10-18 | 2011-07-26 | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007540890A Division JP4909279B2 (en) | 2005-10-18 | 2006-08-02 | Ultrasonic probe |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012023735A JP2012023735A (en) | 2012-02-02 |
| JP2012023735A5 JP2012023735A5 (en) | 2012-11-08 |
| JP5391241B2 true JP5391241B2 (en) | 2014-01-15 |
Family
ID=39921225
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007540890A Active JP4909279B2 (en) | 2005-10-18 | 2006-08-02 | Ultrasonic probe |
| JP2011162766A Active JP5391241B2 (en) | 2005-10-18 | 2011-07-26 | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007540890A Active JP4909279B2 (en) | 2005-10-18 | 2006-08-02 | Ultrasonic probe |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP4909279B2 (en) |
| CN (1) | CN101238754A (en) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011013713A1 (en) * | 2009-07-28 | 2011-02-03 | 株式会社 東芝 | Ultrasonograph and urtrasonic processing device |
| JP5342005B2 (en) | 2009-09-17 | 2013-11-13 | 株式会社日立メディコ | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus |
| JP5538822B2 (en) * | 2009-11-06 | 2014-07-02 | キヤノン株式会社 | Ultrasonic detection device and ultrasonic diagnostic device |
| JP5542454B2 (en) * | 2010-01-14 | 2014-07-09 | 株式会社東芝 | Ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic image processing apparatus, and ultrasonic image processing program |
| WO2012050172A1 (en) * | 2010-10-15 | 2012-04-19 | 株式会社日立メディコ | Ultrasonic transducer and ultrasonic diagnostic equipment using the same |
| JP5301585B2 (en) * | 2011-02-23 | 2013-09-25 | 富士フイルム株式会社 | Ultrasonic treatment device |
| CN102291657B (en) * | 2011-05-31 | 2014-04-16 | 张家港市玉同电子科技有限公司 | Bicrystal piezoelectric ceramic loudspeaker |
| JP5896665B2 (en) * | 2011-09-20 | 2016-03-30 | キヤノン株式会社 | Method for manufacturing electromechanical transducer |
| JP5852461B2 (en) | 2012-02-14 | 2016-02-03 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same |
| JP5943677B2 (en) * | 2012-03-31 | 2016-07-05 | キヤノン株式会社 | Probe and subject information acquisition apparatus using the probe |
| JP6071285B2 (en) * | 2012-07-06 | 2017-02-01 | キヤノン株式会社 | Capacitive transducer |
| JP6071286B2 (en) * | 2012-07-06 | 2017-02-01 | キヤノン株式会社 | Capacitive transducer and manufacturing method thereof |
| JP5987572B2 (en) * | 2012-09-11 | 2016-09-07 | オムロン株式会社 | Acoustic transducer |
| JP6189033B2 (en) | 2012-12-14 | 2017-08-30 | 株式会社日立製作所 | Ultrasonic probe manufacturing method, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus |
| JP6212870B2 (en) * | 2013-01-28 | 2017-10-18 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device, ultrasonic probe, electronic device and ultrasonic imaging apparatus |
| CN105209902B (en) * | 2013-05-28 | 2019-05-31 | 陶氏环球技术有限责任公司 | Method and system in situ measurement corrosion |
| JP6243668B2 (en) * | 2013-09-08 | 2017-12-06 | キヤノン株式会社 | Capacitive transducer and manufacturing method thereof |
| KR102126033B1 (en) * | 2013-10-23 | 2020-06-23 | 삼성전자주식회사 | Ultrasonic transducer and ultrasonic diagnostic equipment including the same |
| JP6331396B2 (en) * | 2014-01-06 | 2018-05-30 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device, ultrasonic probe, electronic apparatus, and manufacturing method of ultrasonic device |
| WO2016046887A1 (en) | 2014-09-22 | 2016-03-31 | オリンパス株式会社 | Ultrasonic vibrator and ultrasonic treatment tool |
| JP2016097033A (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | キヤノン株式会社 | Capacitance type transducer and subject information acquisition device |
| JP5997796B2 (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-28 | 株式会社日立製作所 | Ultrasonic transducer unit |
| JP6617504B2 (en) * | 2015-10-02 | 2019-12-11 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric element, probe and ultrasonic measuring device |
| US10006888B2 (en) * | 2016-04-21 | 2018-06-26 | The Boeing Company | MEMS transducers in a phased array coupled to a flexible substrate using carbon nanotubes for conformal ultrasound scanning |
| JP6606034B2 (en) * | 2016-08-24 | 2019-11-13 | 株式会社日立製作所 | Capacitive detection type ultrasonic transducer and ultrasonic imaging apparatus including the same |
| JP7081143B2 (en) * | 2017-12-27 | 2022-06-07 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic device and ultrasonic measurement method |
| JP6397600B1 (en) * | 2018-05-23 | 2018-09-26 | 株式会社日立パワーソリューションズ | POSITION CONTROL DEVICE, POSITION CONTROL METHOD, AND ULTRASONIC VIDEO SYSTEM |
| CN113016196B (en) * | 2018-12-10 | 2022-09-09 | 株式会社村田制作所 | Piezoelectric transducer |
| CN111711891B (en) * | 2020-06-24 | 2022-06-07 | 歌尔股份有限公司 | Dome, loudspeaker monomer and sound generating mechanism |
| JP7488710B2 (en) * | 2020-07-21 | 2024-05-22 | 富士フイルムヘルスケア株式会社 | Ultrasound Imaging Device |
| CN112213397B (en) * | 2020-09-29 | 2024-01-30 | 成都英萨传感技术研究有限公司 | Sound collector for enhancing ultrasonic detection distance |
| CN113347531A (en) * | 2021-06-10 | 2021-09-03 | 常州元晶电子科技有限公司 | Audio frequency directional system with novel ultrasonic transducer array arrangement mode |
| CN118321130A (en) * | 2023-01-12 | 2024-07-12 | 天津大学 | Ultrasonic transducer and electronic device |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5357022A (en) * | 1976-11-02 | 1978-05-24 | Kenzou Inoue | Movable coil acoustic transducer vibrator plate |
| JPS5710179A (en) * | 1980-05-10 | 1982-01-19 | Osamu Furuta | Music sheet transferring scale table |
| JPS5710179U (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-19 | ||
| JPS5765096A (en) * | 1980-10-08 | 1982-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Vibration diaphragm for speaker |
| JPS61103988A (en) * | 1984-10-26 | 1986-05-22 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Hydrogenation of high-boiling fraction in coal tar |
| JPS61103988U (en) * | 1984-12-11 | 1986-07-02 | ||
| JPH0728478B2 (en) * | 1984-12-28 | 1995-03-29 | 幅 秀幸 | Speaker |
| JPH01319395A (en) * | 1988-06-21 | 1989-12-25 | Pioneer Electron Corp | Diaphragm for speaker |
| JP4034696B2 (en) * | 2002-06-24 | 2008-01-16 | 松下電器産業株式会社 | Speaker diaphragm |
| JP4122867B2 (en) * | 2002-07-05 | 2008-07-23 | 松下電器産業株式会社 | Speaker |
| JP4370120B2 (en) * | 2003-05-26 | 2009-11-25 | オリンパス株式会社 | Ultrasound endoscope and ultrasound endoscope apparatus |
-
2006
- 2006-08-02 JP JP2007540890A patent/JP4909279B2/en active Active
- 2006-08-02 CN CNA2006800289284A patent/CN101238754A/en active Pending
-
2011
- 2011-07-26 JP JP2011162766A patent/JP5391241B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012023735A (en) | 2012-02-02 |
| JPWO2007046180A1 (en) | 2009-04-23 |
| JP4909279B2 (en) | 2012-04-04 |
| CN101238754A (en) | 2008-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5391241B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus | |
| CN104646260B (en) | Ultrasonic probe | |
| JP4740770B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus | |
| JP7216550B2 (en) | Broadband ultrasonic transducer | |
| JP5575554B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
| JP3862793B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same | |
| US20080045838A1 (en) | Ultrasonic transducer array, ultrasonic probe, ultrasonic endoscope and ultrasonic diagnostic apparatus | |
| JP5643191B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic imaging apparatus | |
| US20080009741A1 (en) | Ultrasonic transducer array, ultrasonic probe, ultrasonic endoscope and ultrasonic diagnostic apparatus | |
| WO2006046471A1 (en) | Capacitive micromachined ultrasonic transducer and intracorporeal ultrasound diagnostic system using same | |
| JPH09173335A (en) | Multifocus ultrasonic lens | |
| JP2004089311A (en) | Ultrasonic transmission/reception device | |
| JP2018531727A (en) | Ultrasound system for providing volumetric ultrasound images with variable frequency, including interference analyzer | |
| US10682671B2 (en) | Ultrasonic imaging apparatus, ultrasonic probe apparatus, signal processing apparatus and method of controlling ultrasonic imaging apparatus | |
| JP6849483B2 (en) | Ultrasonic transducer and ultrasonic probe | |
| US10849598B2 (en) | Ultrasonic measurement apparatus, ultrasonic imaging apparatus, and ultrasonic measurement method | |
| KR101296244B1 (en) | Backing element of ultrasonic probe, backing of ultrasonic probe and manufacturing method thereof | |
| JP5776542B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic inspection device | |
| KR19990045153A (en) | Ultrasonic probe manufacturing method, ultrasonic probe and ultrasonic imaging device | |
| JP2018519085A (en) | Ultrasonic system and ultrasonic pulse transmission method | |
| JP2006334075A (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment | |
| JP6135184B2 (en) | Ultrasonic transducer device, head unit, probe, and ultrasonic imaging apparatus | |
| JP2019187868A (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus | |
| JP6402590B2 (en) | Ultrasonic measuring device, ultrasonic imaging device, and ultrasonic measuring method | |
| Chen et al. | A CMUT-based finger-mounted 3D ultrasound probe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130409 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131008 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131011 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5391241 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |