JP7327122B2

JP7327122B2 - 超音波デバイス

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Publication number: JP7327122B2
Application number: JP2019216434A
Authority: JP
Inventors: 力小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: CN112887881A; JP2021087164A; CN112887881B; US20210162463A1

Description

本発明は、超音波デバイスに関する。

従来、超音波を送受信する超音波デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１の超音波デバイスは、受信部材と、受信部材に固定される複数の受信素子とを備えている。受信部材は、複数の受信領域を有し、これらの受信領域間には、遮蔽部（凹溝）が形成されている。これにより、隣り合う受信領域間でのクロストークを抑制している。また、受信領域毎に、それぞれ独立した受信素子が配置されている。

特開２００８－９９１０３号公報

しかしながら、特許文献１の超音波デバイスでは、受信部材の凹溝の形成位置で強度が弱くなる、との課題がある。また、隣り合う受信領域の間に凹溝を設け、かつ各受信領域に対してそれぞれ独立した受信素子を配置する構成であるので、構成も複雑化するとの課題もある。

第一態様の超音波デバイスは、複数の開口部、及び隣り合う前記開口部の間に配置される壁部を備えた基板と、前記開口部を閉塞する振動板と、前記基板及び前記振動板の積層方向から見た際に、前記開口部と重なる位置で、前記振動板に設けられた振動素子と、を備え、複数の前記開口部は、第一開口部と、前記第一開口部に第一壁部を介して隣り合う第二開口部と、前記第一開口部に第二壁部を介して隣り合う第三開口部と、を含み、前記振動板において前記第一開口部を閉塞する第一振動部と、当該第一振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第一超音波送信部を構成し、前記振動板において前記第二開口部を閉塞する第二振動部と、当該第二振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、前記振動板において前記第三開口部を閉塞する第三振動部と、当該第三振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第二超音波送信部を構成し、前記第一壁部の前記第一開口部から前記第二開口部までの幅は、前記第二壁部の前記第一開口部から前記第三開口部までの幅よりも大きい。

第二態様の超音波デバイスは、振動板と、前記振動板に接合され、前記振動板を複数の振動部に分割する突出部を備えた保護部材と、前記振動板の各前記振動部に配置される振動素子と、を備え、複数の前記振動部は、第四振動部と、前記第四振動部に第一突出部を介して隣り合う第五振動部と、前記第四振動部に第二突出部を介して隣り合う第六振動部を含み、前記第四振動部と、当該第四振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第三超音波送信部を構成し、前記第五振動部と、当該第五振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、前記第六振動部と、当該第六振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第四超音波送信部を構成し、前記第一突出部の前記第四振動部から前記第五振動部までの幅は、前記第二突出部の前記第四振動部から前記第六振動部までの幅よりも大きい。

一実施形態に係る超音波装置の概略構成を示す図。図１のＡ－Ａ線で超音波デバイスを切断した場合の断面図。図１のＢ－Ｂ線で超音波デバイスを切断した場合の断面図。本実施形態の壁部の壁幅とクロストーク比率との関係を示す図。本実施形態の壁部の壁幅とクロストーク比率との関係を、壁部の壁長を５０μｍ、７０μｍ、及び９０μｍとした場合のそれぞれについて示した図。本実施形態の突出部壁幅とクロストーク比率との関係を示す図。本実施形態の突出部壁幅とクロストーク比率との関係を、突出部壁長を５０μｍ、７０μｍ、及び９０μｍとした場合のそれぞれについて示した図。

以下、本開示の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波装置１００の概略構成を示す図である。
この超音波装置１００は、図１に示すように、超音波デバイス１０と、制御部６０とを備えて構成されている。
このような超音波装置１００は、超音波デバイス１０から図示略の対象物に対して超音波を送信し、対象物で反射された超音波を受信することで距離センサーや厚み検出センサーとして利用することができる。例えば、超音波装置１００を、距離センサーとして用いる場合、制御部６０は、超音波デバイス１０からの超音波の送信タイミングと、対象物で反射された超音波を超音波デバイス１０で受信した受信タイミングまでの時間を測定する。これにより、制御部６０は、測定された時間と、既知の音速とに基づいて、超音波デバイス１０から対象物の距離を算出する。また、超音波装置１００を厚み検出センサーとして用いる場合、制御部６０は、超音波デバイス１０から対象物に超音波を送信し、対象物で反射されて超音波デバイス１０で受信された超音波の音圧を測定する。これにより、制御部６０は、音圧に基づいて、対象物の厚みや対象物の重なりを検出することができる。
以下、このような超音波装置１００の各構成について説明する。

［超音波デバイス１０の構成］
図２は、図１のＡ－Ａ線で超音波デバイス１０を切断した場合の断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線で超音波デバイス１０を切断した場合の断面図である。
超音波デバイス１０は、図１に示すように、超音波を送信する送信チャンネルＣＨ_Ｏと、超音波を受信する受信チャンネルＣＨ_Ｉとを備えている。本実施形態では、受信チャンネルＣＨ_Ｉの周囲に、８つの送信チャンネルＣＨ_Ｏが配置されている。各チャンネルは、それぞれ個別に駆動される素子群である。例えば、１つの送信チャンネルＣＨ_Ｏには、２次元アレイ構造に配置された複数の超音波送信部１１が含まれている。これらの超音波送信部１１の信号線が互いに結線されることで、１つの送信チャンネルＣＨ_Ｏに含まれる超音波送信部１１が同時に駆動可能となる。つまり、本実施形態の超音波デバイスでは、８つの送信チャンネルＣＨ_Ｏをそれぞれ独立して駆動することが可能となる。
受信チャンネルＣＨ_Ｉに関しても同様であり、受信チャンネルＣＨ_Ｉ内に、２次元アレイ構造に配置された複数の超音波受信部１２が含まれている。

この超音波デバイス１０は、図２及び図３に示すように、基板２０と、基板２０上に積層される振動板３０と、振動板３０に配置される圧電素子４０（振動素子）と、基板２０、振動板３０、及び圧電素子４０を覆う保護部材５０と、を含んで構成されている。ここで、保護部材５０から振動板３０、及び基板２０に向かう積層方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向とする。

基板２０は、図２及び図３に示すように、振動板３０を支持する部材であり、Ｓｉ等の半導体基板で構成される。この基板２０には、Ｚ方向に沿って貫通する、複数の開口部２１が設けられている。この開口部２１は、図３に示すように、Ｘ方向に長手に形成されており、図２に示すように、Ｙ方向に沿って複数設けられている。つまり、基板２０において、Ｙ方向に隣り合う開口部２１の間には、壁部２２が設けられている。
なお、各壁部２２の壁幅及び壁長についての説明は後述する。

振動板３０は、例えばＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の積層体等より構成されている。振動板３０は、基板２０により支持され、開口部２１の－Ｚ側を閉塞する。

保護部材５０は、振動板３０の基板２０とは反対側の面に接合され、基板２０及び振動板３０を補強する部材である。この保護部材５０は、基板状のベース部５１と、ベース部５１から振動板３０に向かって突出する突出部５２とを備える。
突出部５２は、図２に示すように、Ｙ方向に長手に形成されており、図３に示すように、Ｘ方向に沿って複数設けられている。この突出部５２の突出先端は、例えば、シリコーン等の接合部材により、振動板３０に接合されている。つまり、ベース部５１と突出部５２とにより凹部５３が形成されている。
なお、図３では、ベース部５１と突出部５２とが一体構成となる例を示すが、ベース部５１と突出部５２とが別部材であり、ベース部５１に対して突出部５２が接合される構成としてよい。

このような構成では、振動板３０のうち、Ｚ方向から見た際に、開口部２１と重なる領域が複数の突出部５２によって、複数の領域に区分される。つまり、振動板３０は、開口部２１の縁（壁部２２の縁）と、突出部５２の縁とに囲われる領域により、振動部３１が構成されている。
上記のように、本実施形態では、Ｘ方向に長手の開口部２１がＹ方向に沿って複数設けられ、Ｙ方向に長手の突出部５２がＸ方向に沿って複数設けられている。このため、これらの振動部３１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って並び、２次元アレイ構造に配置されている。つまり、各送信チャンネルＣＨ_Ｏ及び受信チャンネルＣＨ_Ｉは、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向に並ぶ２次元アレイ構造に配置された振動部３１を有する。また、１つの送信チャンネルＣＨ_ＯでＸ方向に沿って配置される振動部３１と、この送信チャンネルＣＨ_Ｏと隣り合う他の送信チャンネルＣＨ_ＯでＸ方向に沿って配置される振動部３１は、Ｘ方向に沿って並んでいる。同様に、１つの送信チャンネルＣＨ_ＯでＸ方向に沿って配置される振動部３１と、この送信チャンネルＣＨ_Ｏと隣り合う他の受信チャンネルＣＨ_ＩでＸ方向に沿って配置される振動部３１とは、Ｘ方向に沿って並んでいる。Ｙ方向においても同様である。

圧電素子４０は、振動板３０の各振動部３１に対してそれぞれ設けられている。この圧電素子４０は、振動部３１を振動させる振動素子である。圧電素子４０の詳細な構成の図示は省略するが、例えば、振動板３０に、下部電極、圧電膜、及び上部電極を順に積層することで構成されている。また、各下部電極、各上部電極には、信号線が接続されている。これらの信号線は、振動板３０に設けられた端子部を介して制御部６０に電気的に接続されており、制御部６０からの制御により、各送信チャンネルＣＨ_Ｏ及び受信チャンネルＣＨ_Ｉが駆動される。

ここで、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内の１つの振動部３１と、当該振動部３１上に配置される圧電素子４０とにより、１つの超音波送信部１１が構成される。また、受信チャンネルＣＨ_Ｉ内の１つの振動部３１と、当該振動部３１上に配置される圧電素子４０とにより、１つの超音波受信部１２が構成される。

同一の送信チャンネルＣＨ_Ｏ内に配置される複数の超音波送信部１１の下部電極は信号線によって互いに結線されている。同様に、同一の送信チャンネルＣＨ_Ｏ内に配置される複数の超音波送信部１１の上部電極は信号線によって互いに結線されている。これにより、例えば、下部電極に接続される信号線にバイアス信号を入力し、上部電極に接続される信号線に駆動信号を入力することで、１つの送信チャンネルＣＨ_Ｏに含まれる各超音波送信部１１を同時に駆動させることが可能となる。つまり、各超音波送信部１１の圧電素子４０で下部電極及び上部電極との間に電圧が印加されることで、圧電膜が伸縮し、振動部３１が開口部２１の開口幅等に応じた発振周波数で振動する。これにより、送信チャンネルＣＨ_Ｏから＋Ｚ側に向かって超音波が送信される。
また、受信チャンネルＣＨ_Ｉ内に配置される複数の超音波受信部１２の下部電極は信号線によって互いに結線され、受信チャンネルＣＨ_Ｉ内に配置される複数の超音波受信部１２の上部電極は信号線によって互いに結線されている。これにより、受信チャンネルＣＨ_Ｉで超音波を受信した際に、各超音波受信部１２の振動部３１が振動し、圧電膜の下部電極側と上部電極側との間で電位差が発生する。よって、受信チャンネルＣＨ_Ｉから当該電位差に応じた信号電圧の受信信号が出力され、制御部６０は、超音波の受信を検出できる。

［制御部６０の構成］
制御部６０は、例えば、超音波デバイス１０を駆動させる駆動回路及び、超音波装置１００の全体の動作を制御する制御回路を備える。
駆動回路は、例えば、超音波デバイス１０の送信チャンネルＣＨ_Ｏに出力する駆動信号（電圧信号）を出力する送信回路、受信チャンネルＣＨ_Ｉから入力された受信信号を信号処理する受信回路を備えている。
制御回路は、例えばマイコン等により構成され、駆動回路に超音波の送受信処理を実施させる旨の指令信号を出力する。また、制御回路は、駆動回路の受信回路から入力される受信信号に基づいた各種処理を実施する。例えば、超音波装置１００を距離センサーとして用いる場合、制御回路は、超音波の送信タイミングから受信信号の受信タイミングまでの時間に基づいて、超音波デバイス１０から対象物までの距離を演算する。

［超音波デバイス１０における壁部２２の壁幅及び壁長］
次に、図２に基づいて、上述した超音波デバイス１０の壁部２２の壁幅及び壁長について説明する。
なお、以降の説明にあたり、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で隣り合う開口部２１の間の壁部２２、つまり、隣り合う超音波送信部１１の間に位置する壁部２２を、送信間壁部２２_Ｏと称する。受信チャンネルＣＨ_Ｉ内で隣り合う開口部２１の間の壁部２２、つまり、隣り合う超音波受信部１２の間に位置する壁部２２を、受信間壁部２２_Ｉと称する。受信チャンネルＣＨ_Ｉと隣り合う送信チャンネルＣＨ_Ｏで、最も受信チャンネルＣＨ_Ｉの近傍に配置された開口部２１と、当該開口部２１に隣り合う受信チャンネルＣＨ_Ｉの開口部２１との間に配置された壁部２２、つまり、隣り合う超音波送信部１１と超音波受信部１２との間の壁部２２を、送受信間壁部２２_ＩＯと称する。受信チャンネルＣＨ_Ｉと隣り合う送信チャンネルＣＨ_Ｏで、最も受信チャンネルＣＨ_Ｉの近傍に配置された超音波送信部１１を最外超音波送信部１１Ａと称する。
また、壁部２２の壁幅とは、壁部２２を挟み込む２つの開口部２１の配置方向に沿った壁部２２の寸法、つまり、壁部２２を挟み込む２つの開口部２１の距離である。また、壁部２２の壁長とは、壁部２２の振動板３０側の端部から、振動板３０とは反対側の端部までの長さであり、つまり、壁部２２のＺ方向の寸法であり、基板２０の厚みである。
さらに、本実施形態では、突出部５２の振動板３０に接合される部分の幅は、壁部２２の幅よりも小さい。突出部５２の振動板３０に接合される部分の幅とは、突出部５２を挟み込む２つの振動部３１の配置方向に沿った突出部５２の寸法である。

図２に示す例では、Ｙ方向に沿って複数の開口部２１が並び、そのうち、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で受信チャンネルＣＨ_Ｉに最も近接する開口部２１が本開示の第一開口部２１１であり、第一開口部にＸ方向に隣り合う受信チャンネルＣＨ_Ｉの開口部２１が本開示の第二開口部２１２であり、第一開口部と第二開口部との間の送受信間壁部２２_ＩＯが本開示の第一壁部である。また、第一開口部２１１に隣り合う送信チャンネルＣＨ_Ｏの開口部２１が本開示の第三開口部２１３であり、第一開口部２１１と第三開口部２１３との間の送信間壁部２２_Ｏが本開示の第二壁部である。さらに、Ｚ方向から見た平面視で第一開口部２１１と重なる位置に設けられる各振動部３１が本開示の第一振動部３１１であり、これらの第一振動部３１１を含む最外超音波送信部１１Ａが本開示の第一超音波送信部１１１である。Ｚ方向から見た平面視で第二開口部２１２と重なる位置に設けられる各振動部３１が本開示の第二振動部３１２である。Ｚ方向から見た平面視で第三開口部２１３と重なる位置に設けられる各振動部３１が本開示の第三振動部３１３であり、第三振動部３１３を含む超音波送信部１１が本開示の第二超音波送信部１１２である。

そして、本実施形態では、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯは、送信間壁部２２_Ｏの壁幅とは異なる寸法となっている。このように、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏと、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯとが異なる場合、送信チャンネルＣＨ_Ｏの各超音波送信部１１を駆動させた場合に、当該送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で発生するクロストークが、送受信間壁部２２_ＩＯで反射される。このため、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークの影響を抑制することができる。

また、最外超音波送信部１１Ａは、送信チャンネルＣＨ_Ｏで、受信チャンネルＣＨ_Ｉに最も近接する超音波送信部１１であり、受信チャンネルＣＨ_Ｉに対して最もクロストークの影響を与える超音波送信部１１となる。この最外超音波送信部１１Ａは、送受信間壁部２２_ＩＯと、送信間壁部２２_Ｏとにより囲われることで構成される。この場合、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯと、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏにより、最外超音波送信部１１Ａから他の超音波送信部１１や超音波受信部１２へのクロストーク成分が変化する。つまり、最外超音波送信部１１Ａから超音波送信部１１へのクロストーク成分が増大すれば、その分、最外超音波送信部１１Ａから超音波受信部１２へのクロストーク成分が減少する。

図４は、超音波送信部１１を囲う壁部２２の壁幅とクロストーク比率との関係を示す図である。なお、図４では、壁長を９０μｍで固定し、壁幅を変化させた際のクロストーク比率を示している。また、図４は、超音波送信部１１を囲う壁部２２の壁長を５０μｍ、７０μｍ、及び９０μｍとした場合のそれぞれについて、壁部２２の壁幅とクロストーク比率との関係を示した図である。また、ここで述べるクロストーク比率とは、壁幅を１００μｍ、壁長を９０μｍとした場合のクロストークの振幅を基準値「１」とし、壁幅を１０μｍから１００μｍの範囲で変化させた際のクロストークの振幅を示したものである。
図３に示すように、クロストーク比率は、壁幅が大きくなるに従って低下する。この際、壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、壁幅が４０μｍ未満となる場合に、クロストーク比率の変化は急峻となる。一方、壁幅が４０μｍよりも大きくなると、クロストーク比率は小さくなるが、その変化率は小さく、図４のように緩やかに変化する。

また、図５は、壁部２２の壁幅の軸を対数軸とした片対数グラフであり、壁長が９０μｍの場合に、クロストーク比率は、壁幅の変化に対して略直線的に変化する。これは、クロストーク比率に対する壁長の影響の閾値が９０μｍであることを示している。つまり、壁長が９０μｍ以上である場合のクロストーク比率は、壁長が９０μｍの場合と略同一となる。なお、図５では、見易さを考慮して、壁長が９０μｍ以上である場合の、壁幅に対するクロストーク比率の表示を省略している。
図５に示すように、壁長を９０μｍ以下とすることで、クロストーク比率を低減することができる。一方、クロストーク比率が低減するのは、壁幅が４０μｍ以上となる場合であり、壁幅が４０μｍ未満の場合では、壁長を９０μｍ以下にしても、クロストーク比率の差は非常に小さい。

図４から分かるように、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯを、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏよりも大きくすれば、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストーク比率は、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で隣り合う超音波送信部１１へのクロストーク比率よりも小さくなる。つまり、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークが低減される。
また、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯは、４０μｍ以上であることが好ましい。これにより、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークをより効果的に低減することができる。一方、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯが９０μｍを超えると、超音波デバイス１０の平面サイズの大型化を招いたり、送信チャンネルＣＨ_Ｏから送信した超音波の送信角度によっては、対象物で反射された超音波を受信チャンネルＣＨ_Ｉで受信した際の受信感度が低下したりするおそれがある。したがって、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯは、４０μｍ以上、９０μｍ以下とすることがより好ましい。
さらには、図５に示すように、送受信間壁部２２_ＩＯの壁長は、９０μｍ以下とすることが好ましい。一方、壁長を３０μｍ未満とすると、送信間壁部２２_Ｏの機械的強度が低下する。したがって、送信間壁部２２_Ｏの壁長は、３０μｍ以上９０μｍ以下とすることがより好ましい。

これに対して、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏは、４０μｍ未満とすることが好ましい。これにより、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で隣り合う超音波送信部１１へのクロストーク成分を増大できる。よって、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークをより効果的に低減することができる。一方、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏを３０μｍ未満とすると、送信間壁部２２_Ｏの機械的強度が低下する。したがって、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏは、３０μｍ以上４０μｍ未満とすることがより好ましい。
また、送信間壁部２２_Ｏ及び送受信間壁部２２_ＩＯは、製造上、平行平板である基板２０に対して、エッチング等によって開口部２１を形成することで形成することが好ましい。このため、送信間壁部２２_Ｏの壁長は、送受信間壁部２２_ＩＯの壁長と同じ寸法となる。ここで、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏを４０μｍ未満とする場合、図５に示すように、壁長によるクロストーク比率の影響は極めて小さい。したがって、送信間壁部２２_Ｏの壁長が小さい場合でも、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストーク成分が増大することがない。

なお、受信間壁部２２_Ｉの壁幅Ｗ_Ｉは、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏと同じ寸法とすることが好ましい。さらに、隣り合う送信チャンネルＣＨ_Ｏの間の壁部２２では、壁幅Ｗ_ＩＯと同じ寸法とすることが好ましい。この場合、Ｘ方向に並ぶ３つのチャンネルで、開口部２１を共通にできる。

［超音波デバイス１０における突出部５２の突出部壁幅及び突出部壁長］
上述したように、本実施形態では、振動部３１の±Ｙ側の縁は、開口部２１を構成する壁部２２の縁により規定される。一方、振動部３１の±Ｘ側の縁は、保護部材５０の突出部５２の縁により規定される。
以降の説明にあたり、超音波送信部１１間に配置される突出部５２を送信間突出部５２_Ｏ、超音波受信部１２間に配置される突出部５２を受信間突出部５２_Ｉ、最外超音波送信部１１Ａと超音波受信部１２との間に配置される突出部５２を送受信間突出部５２_ＩＯと称する。
また、突出部壁幅とは、突出部５２を挟み込んで配置される振動部３１の配置方向に沿った突出部５２の寸法、つまり、突出部５２を挟み込む２つの振動部３１の距離である。さらに、突出部５２のベース部５１から振動板３０までの突出寸法、つまり、凹部５３の溝深さを、突出部壁長と称する。

図３に示す例では、複数の振動部３１が突出部５２を挟んでＸ方向に並び、そのうち、送信チャンネルＣＨ_Ｏで受信チャンネルＣＨ_Ｉに最も近接する振動部３１が本開示の第四振動部３１４であり、第四振動部３１４にＸ方向に隣り合う受信チャンネルＣＨ_Ｉの振動部３１が本開示の第五振動部３１５であり、第四振動部３１４と第五振動部３１５との間の送受信間突出部５２_ＩＯが本開示の第一突出部である。また、第四振動部３１４に隣り合う送信チャンネルＣＨ_Ｏの他の振動部３１が本開示の第六振動部３１６であり、第四振動部３１４と第六振動部３１６との間の送信間突出部５２_Ｏが本開示の第二突出部である。さらに、第四振動部３１４を含む最外超音波送信部１１Ａが本開示の第三超音波送信部１１３である。第五振動部３１５と、第五振動部３１５に配置される圧電素子４０とにより、１つの超音波受信部１２が構成される。第六振動部３１６を含む超音波送信部１１が本開示の第四超音波送信部１１４である。

そして、本実施形態では、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯは、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏとは異なる寸法となっている。このように、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏと、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯとが異なる場合、送信チャンネルＣＨ_Ｏの各超音波送信部１１を駆動させた場合に、当該送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で発生するクロストークが、送受信間突出部５２_ＩＯで反射される。このため、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークの影響を抑制することができる。

図６は、突出部壁幅とクロストーク比率との関係を示す図である。なお、図６において、突出部壁長は９０μｍで固定している。また、図７は、突出部５２の突出部壁長を５０μｍ、７０μｍ、及び９０μｍとした場合のそれぞれについて、突出部壁幅とクロストーク比率との関係を示す図である。また、本実施形態で述べるクロストーク比率とは、突出部壁幅を１００μｍ、突出部壁長を９０μｍとした場合のクロストークの振幅を基準値「１」として、突出部壁幅を１０μｍから１００μｍの範囲で変化させた際のクロストークの振幅を示したものである。
図６に示すように、突出部壁幅とクロストーク比率との関係は、壁幅とクロストーク比率との関係と同様であり、クロストーク比率は、突出部壁幅が大きくなるに従って低下する。より具体的には、突出部壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、突出部壁幅が４０μｍ未満となる場合に、クロストーク比率の変化は急峻となる。一方、突出部壁幅が４０μｍ以上の場合、クルストーク比率の変化は、突出部壁幅の変化に対してなだらかである。

また、図７に示すように、突出部５２の突出部壁幅の軸を対数軸とした片対数グラフでは、図５の壁幅とクロストーク比率との関係と同様であり、突出部壁長が９０μｍの場合に、クロストーク比率は、壁幅の変化に対して略直線的に変化する。これは、クロストーク比率に対する突出部壁長の影響の閾値が９０μｍであることを示している。つまり、突出部壁長が９０μｍ以上である場合のクロストーク比率は、突出部壁長が９０μｍの場合と略同一となる。
図７に示すように、突出部壁長を９０μｍ以下とすることで、さらにクロストーク比率を低減することができる。一方、クロストーク比率が低減するのは、突出部壁幅が４０μｍ以上となる場合であり、突出部壁幅が４０μｍ未満の場合では、突出部壁長を９０μｍ以下としても、クロストーク比率の差は非常に小さい。

図６から分かるように、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯを、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きくすれば、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストーク比率は、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で隣り合う超音波送信部１１へのクロストーク比率よりも小さくなる。つまり、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークが低減される。
また、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯは、４０μｍ以上であることが好ましい。これにより、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークをより効果的に低減することができる。一方、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯが９０μｍを超えると、超音波デバイス１０Ａの平面サイズの大型化を招いたり、送信チャンネルＣＨ_Ｏから送信した超音波の送信角度によっては、対象物で反射された超音波を受信チャンネルＣＨ_Ｉで受信した際の受信感度が低下したりするおそれがある。したがって、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯは、４０μｍ以上、９０μｍ以下とすることがより好ましい。
さらには、図７に示すように、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁長は、９０μｍ以下とすることが好ましい。一方、突出部壁長を２０μｍ未満とすると、保護部材５０が、振動部３１とともに振動する圧電素子４０に接触するおそれがある。したがって、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁長は、２０μｍ以上９０μｍ以下とすることがより好ましい。

これに対して、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏは、４０μｍ未満とすることが好ましい。これにより、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏ内で隣り合う超音波送信部１１へのクロストーク成分を増大できる。よって、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉの超音波受信部１２へのクロストークをより効果的に低減することができる。一方、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏを３０μｍ未満とすると、送信間突出部５２_Ｏの機械的強度が低下し、かつ、振動板３０と突出部５２との接合強度も低くなる。したがって、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏは、３０μｍ以上４０μｍ未満とすることがより好ましい。
また、保護部材５０は、製造上、平行平板に対して凹部５３を形成するか、平行平板のベース部５１に対して突出部５２を接合することが好ましい。この場合、送信間突出部５２_Ｏ及び送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁長は、同一寸法となる。送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏを４０μｍ未満とする場合では、図７に示すように、突出部壁長によるクロストーク比率の影響は極めて小さい。したがって、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁長が小さい場合でも、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストーク成分が増大することがない。

なお、受信間突出部５２_Ｉの突出部壁幅Ｕ_Ｉは、突出部壁幅Ｕ_ＩＯ及び突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも小さくしてもよい。図１に示すように、受信チャンネルＣＨ_Ｉの±Ｘ側、±Ｙ側を囲うように、８つの送信チャンネルＣＨ_Ｏを配置する場合、各送信チャンネルＣＨ_Ｏ間の距離は、突出部壁幅Ｕ_Ｏとなる。この場合、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯが突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きくなるため、受信間突出部５２_Ｉの突出部壁幅Ｕ_Ｉは、その分、突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも小さくする。これにより、超音波デバイス１０Ａにおいて、各超音波送信部１１及び各超音波受信部１２の配置を最適化することができる。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１００の超音波デバイス１０は、複数の開口部２１、及び隣り合う開口部２１の間に配置される壁部２２を備えた基板２０と、開口部２１を閉塞する振動板３０と、Ｚ方向から見た平面視で、開口部２１と重なる位置で、振動板３０に設けられた圧電素子４０（振動素子）と、を備えている。複数の開口部２１は、第一開口部２１１と、第一開口部２１１に送受信間壁部２２_ＩＯ（第一壁部）を介して隣り合う第二開口部２１２と、第一開口部２１１に送信間壁部２２_Ｏ（第二壁部）を介して隣り合う第三開口部２１３と、を含む。振動板３０の第一開口部２１１を閉塞する第一振動部３１１と、第一振動部３１１に配置される圧電素子４０とは、超音波を送信する第一超音波送信部１１１（最外超音波送信部１１Ａ）を構成する。振動板３０の第二開口部２１２を閉塞する第二振動部３１２と、第二振動部３１２に配置される圧電素子４０とは、超音波を受信する超音波受信部１２を構成する。振動板３０の第三開口部２１３を閉塞する第三振動部３１３と、第三振動部３１３に配置される圧電素子４０とは、超音波を送信する第二超音波送信部１１２を構成する。そして、本実施形態では、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯは、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏよりも大きい。

このような本実施形態では、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏと、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯとが異なることで、***振の原理により、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストークが、送受信間壁部２２_ＩＯで反射される。また、壁幅Ｗ_ＩＯが、壁幅Ｗ_Ｏよりも大きいので、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストーク成分が、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏへのクロストーク成分よりも少なくなる。これにより、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークを抑制することができる。また、本実施形態では、基板２０に凹溝等を設ける必要がないので、基板２０の強度低下がなく、かつ、超音波デバイス１０の構成も複雑化しない。すなわち、本実施形態では、簡素な構成で、基板２０の強度低下を抑えつつ、クロストークを抑制することができる。

本実施形態の超音波デバイス１０では、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯは、４０μｍ以上であり、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏは、４０μｍ未満である。
図３に示すように、壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、壁幅が４０μｍ以上となる場合に、クロストーク比率は安定して１０以下の低い値が維持される。一方、壁幅が４０μｍ未満となる場合、壁幅が小さくなる程、クロストーク比率は高くなり、かつ、クロストークの変化が急峻となる。したがって、壁幅Ｗ_ＩＯを４０μｍ以上とすることで、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストーク成分が低減し、壁幅Ｗ_Ｏを４０μｍ未満とすることで、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏの他の超音波送信部１１に向かうクロストーク成分が増大する。これにより、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストークをさらに低減させることができる。

本実施形態の超音波デバイス１０では、送信間壁部２２_Ｏ、送受信間壁部２２_ＩＯ、及び受信間壁部２２_Ｉを含む壁部２２の壁長は、９０μｍ以下である。
送受信間壁部２２_ＩＯの壁長を９０μｍ以下とすることで、クロストーク比率を低減することができ、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内の超音波送信部１１から受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークをさらに抑制できる。また、壁部２２の壁幅が４０μｍ未満である場合、壁長の違いによるクロストーク比率の変化は極めて小さい。したがって、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏを４０μｍ未満とすることで、超音波送信部１１間でのクロストーク成分が減少することはない。つまり、最外超音波送信部１１Ａから、受信チャンネルＣＨＩに向かうクロストーク成分が減少され、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内の他の超音波送信部１１に向かうクロストーク成分が増大されることで、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークをより低減できる。

本実施形態の超音波デバイス１０は、振動板３０と、振動板３０に接合され、振動板３０を複数の振動部３１に分割する突出部５２を備えた保護部材５０と、各振動部３１に配置される圧電素子４０（振動素子）と、を備えている。複数の振動部３１は、第四振動部３１４と、第四振動部３１４に送受信間突出部５２_ＩＯ（第一突出部）を介して隣り合う第五振動部３１５と、第四振動部３１４に送信間突出部５２_Ｏ（第二突出部）を介して隣り合う第六振動部３１６を含む。第四振動部３１４と、第四振動部３１４に配置される圧電素子４０は、最外超音波送信部１１Ａである第三超音波送信部１１３を構成する。第五振動部３１５と、第五振動部３１５に配置される圧電素子４０は、超音波受信部１２を構成する。第六振動部３１６と、第六振動部３１６に配置される圧電素子４０は、第四超音波送信部１１４を構成する。そして、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯは、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きい。

このような本実施形態では、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏと、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯとが異なることで、***振の原理により、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストークが、送受信間突出部５２_ＩＯで反射される。また、突出部壁幅Ｕ_ＩＯが、突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きいので、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストーク成分が、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏ内へのクロストーク成分よりも少なくなる。これにより、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークを抑制することができる。また、本実施形態では、基板２０に凹溝等を設ける必要がないので、基板２０の強度低下がなく、かつ、超音波デバイス１０Ａの構成も複雑化しない。よって、簡素な構成で、基板２０の強度低下を抑えつつ、クロストークを抑制することができる。

本実施形態の超音波デバイス１０では、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯは、４０μｍ以上であり、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏは、４０μｍ未満である。
図６に示すように、壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、突出部壁幅が４０μｍ以上となる場合に、クロストーク比率は安定して１０以下の低い値が維持される。一方、突出部壁幅が４０μｍ未満となる場合、壁幅が低くなる程、クロストーク比率は急峻に大きくなる。したがって、突出部壁幅Ｕ_ＩＯを４０μｍ以上とすることで、最外超音波送信部１１Ａから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストーク成分を低減でき、突出部壁幅Ｕ_Ｏを４０μｍ未満とすることで、最外超音波送信部１１Ａから送信チャンネルＣＨ_Ｏの他の超音波送信部１１に向かうクロストーク成分を増大させることができる。これにより、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉに向かうクロストークをさらに低減させることができる。

本実施形態の超音波デバイス１０では、送信間突出部５２_Ｏ、送受信間突出部５２_ＩＯ、及び受信間突出部５２_Ｉを含む突出部５２の壁長は、９０μｍ以下である。
送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁長を９０μｍ以下とすることで、クロストーク比率を低減することができ、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内の超音波送信部１１から受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークをさらに抑制できる。また、突出部５２の突出部壁幅が４０μｍ未満である場合、突出部壁長の違いによるクロストーク比率の変化は極めて小さい。したがって、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏを４０μｍ未満とすることで、超音波送信部１１間でのクロストーク成分が減少することはない。つまり、最外超音波送信部１１Ａから、受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストーク成分が減少され、送信チャンネルＣＨ_Ｏ内の他の超音波送信部１１へのクロストーク成分が増大されることで、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークをより低減できる。

［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。

［変形例１］
例えば、上記実施形態では、振動部３１は、振動板３０のうち、Ｘ方向に長手の開口部２１の縁と、Ｙ方向に長手の突出部５２の縁とで囲われる領域とした。これに対して、基板は、各振動部３１に対応した複数の開口部を備える構成とし、当該開口部がＸ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造に配置される構成としてもよい。この場合、開口部の縁（壁部の縁）のみにより、振動部３１の外形が規定される。
このような構成とする場合、Ｙ方向のみならず、Ｘ方向においても、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯが、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏよりも大きくなるように、各開口部を形成すればよい。この場合、保護部材５０に突出部５２が設けられていなくてもよい。

また、保護部材５０は、各振動部３１に対向する複数の凹部を備える構成とし、突出部の縁のみにより、各振動部３１の外形が規定される構成としてもよい。この場合、凹部がＸ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造に配置される構成とする。
このような構成とする場合、Ｘ方向のみならず、Ｙ方向においても、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯが、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きくなるように、各突出部を形成すればよい。この場合、基板２０が設けられていなくてもよい。

さらには、基板に、各振動部３１に対応した複数の開口部が設けられ、かつ、保護部材に、各振動部３１に対応した複数の凹部が設けられる構成としてもよい。この場合、突出部５２の突出部壁幅を、壁部２２の壁幅と同じ寸法としてもよい。
すなわち、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯと、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯとを同一寸法とし、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏと、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏとを同一寸法とし、壁幅Ｗ_ＩＯ及び突出部壁幅Ｕ_ＩＯが、壁幅Ｗ_Ｏ及び突出部壁幅Ｕ_Ｏよりも大きくなるように構成する。この場合、壁部２２の壁長、及び突出部５２の突出部壁長も、同一寸法とすることが好ましい。

［変形例２］
上記実施形態では、壁部２２の壁長を９０μｍ以下とし、突出部５２の突出部壁長を９０μｍ以下とする例を示したが、これに限定されない。
例えば、壁部２２の壁長を９０μｍより大きくしてもよく、突出部５２の突出部壁長を９０μｍより大きくしてもよい。
この場合、超音波デバイス１０の製造誤差によって、壁部２２の壁長や、突出部５２の突出部壁長の値が多少変動したとしても、クロストーク比率が変動しない。したがって、製造誤差によって、送信チャンネルＣＨ_Ｏから受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストークの影響が変動することがなく、ロバストな設計で、安定した送受信性能の超音波デバイス１０を提供できる。

また、壁部２２や突出部５２の位置によって、壁長や突出部壁長を異ならせてもよい。
例えば、送受信間壁部２２_ＩＯは、送信間壁部２２_Ｏに比べて、壁長が小さくてもよい。同様に、送受信間突出部５２_ＩＯは、送信間突出部５２_Ｏに比べて、突出部壁長が小さくてもよい。

［変形例３］
上記実施形態では、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯを４０μｍ以上９０μｍ以下とし、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏを３０μｍ以上４０μｍ未満とする例を示した。また、送受信間突出部５２_ＩＯの突出部壁幅Ｕ_ＩＯを４０μｍ以上９０μｍ以下とし、送信間突出部５２_Ｏの突出部壁幅Ｕ_Ｏを３０μｍ以上４０μｍ未満とする例を示した。これに対して、壁幅Ｗ_ＩＯ、壁幅Ｗ_Ｏ、突出部壁幅Ｕ_ＩＯ、突出部壁幅Ｕ_Ｏは、上記に限定されない。
例えば、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯが、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏよりも大きければ、壁幅Ｗ_ＩＯが４０μｍ未満であってもよい。また、送受信間壁部２２_ＩＯの壁幅Ｗ_ＩＯが、送信間壁部２２_Ｏの壁幅Ｗ_Ｏよりも大きければ、壁幅Ｗ_Ｏが４０μｍ以上であってもよい。ただし、図４に示すように、壁幅に対するクロストーク比率は、壁幅が４０μｍ以上となる場合、その変化率は小さくなる。したがって、壁幅Ｗ_Ｏ及び壁幅Ｗ_ＩＯを４０μｍ以上とする場合では、例えば壁長を小さくして、受信チャンネルＣＨ_Ｉへのクロストーク成分を減少させることが好ましい。
また、例えば、送信チャンネルＣＨ_Ｏから送信する超音波の送信方向を制御可能な構成とする場合等では、壁幅Ｗ_ＩＯが９０μｍ以上であってもよい。さらに、基板２０の素材を変更する等によって、送信間壁部２２_Ｏの強度が十分に高い場合では、壁幅Ｗ_Ｏを３０μｍ未満としてもよい。
なお、突出部５２の突出部壁幅Ｕ_ＩＯ、及び突出部壁幅Ｕ_Ｏについても、同様である。

［変形例４］
上記実施形態では、振動素子として、圧電素子４０を例示したが、これに限定されない。
例えば、振動素子して、振動部に設けられる第一電極と、第一電極に対してギャップを介して固定される第二電極とを備える構成としてもよい。この場合、第一電極と第二電極との間に、周期駆動電圧を印加することで、第一電極と第二電極との間に作用する静電引力が周期的に変化して振動部が振動し、送信チャンネルから振動部の振動に応じた超音波を送信することができる。また、受信チャンネルで超音波が受信されると振動部が振動するので、第一電極及び第二電極の間の静電容量の変化を検出することで、超音波の受信を検出することができる。

［発明のまとめ］
本発明に係る第一態様の超音波デバイスは、複数の開口部、及び隣り合う前記開口部の間に配置される壁部を備えた基板と、前記開口部を閉塞する振動板と、前記基板及び前記振動板の積層方向から見た際に、前記開口部と重なる位置で、前記振動板に設けられた振動素子と、を備え、複数の前記開口部は、第一開口部と、前記第一開口部に第一壁部を介して隣り合う第二開口部と、前記第一開口部に第二壁部を介して隣り合う第三開口部と、を含み、前記振動板において前記第一開口部を閉塞する第一振動部と、当該第一振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第一超音波送信部を構成し、前記振動板において前記第二開口部を閉塞する第二振動部と、当該第二振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、前記振動板において前記第三開口部を閉塞する第三振動部と、当該第三振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第二超音波送信部を構成し、前記第一壁部の前記第一開口部から前記第二開口部までの幅は、前記第二壁部の前記第一開口部から前記第三開口部までの幅よりも大きい。

本態様では、第一壁部の壁幅と、第二壁部の壁幅とが異なることで、***振の原理により、第一超音波送信部から超音波受信部に向かうクロストーク成分が、第一壁部で反射される。また、第一壁部の壁幅が、第二壁部の壁幅よりも大きいので、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストーク成分が、第一超音波送信部から第二超音波送信部へのクロストーク成分よりも少なくなる。これにより、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストークを抑制することができる。また、本態様では、基板に凹溝等を設ける必要がないので、基板の強度低下がなく、かつ、超音波デバイスの構成も複雑化しない。すなわち、本態様では、簡素な構成で、基板の強度低下を抑えつつ、クロストークを抑制することができる。

第一態様の超音波デバイスにおいて、前記第一壁部の前記第一開口部から前記第二開口部までの幅は、４０μｍ以上であり、前記第二壁部の前記第一開口部から前記第三開口部までの幅は、４０μｍ未満であることが好ましい。

超音波送信部から超音波を送信する場合、超音波送信部を囲う壁部の壁幅と、当該超音波送信部から他の超音波送信部や超音波受信部へのクロストークの振幅との関係は、壁幅が大きくなるに従って、クロストークの振幅が低下する。この際、壁部の壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、壁幅が４０μｍ以上となる場合、壁幅が増大するに従ってクロストークの振幅は減少するが、その減少量は小さい。一方、壁幅が４０μｍ未満となる場合、壁幅が低くなる程、クロストークの振幅は高くなり、かつ、その変化は急峻となる。したがって、第一壁部の壁幅を４０μｍ以上とすることで、第一超音波送信部から超音波受信部に向かうクロストーク成分を低減でき、第二壁部の壁幅を４０μｍ未満とすることで、第一超音波送信部から第二超音波送信部に向かうクロストーク成分を増大させることができる。これにより、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストークをさらに低減できる。

第一態様の超音波デバイスにおいて、前記壁部の、前記振動板から前記振動板とは反対側の端面までの寸法は、９０μｍ以下であることが好ましい。

本態様では、壁部の振動板側の端面から、壁部の振動板とは反対側の端面までの寸法である壁長が９０μｍ以下である。壁幅が４０μｍ以上となる場合、壁長を９０μｍ以下とすることで、壁長が小さくなるほど、クロストークが低減される。したがって、第一壁部の壁長を９０μｍ以下とすることで、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストークを低減できる。
また、壁幅が４０μｍ未満である場合では、壁長の違いによるクロストーク比率の変化は極めて小さい。よって、第二壁部の壁幅を４０μｍ未満とすれば、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストーク成分が減少され、第一超音波送信部から第二超音波送信部へのクロストーク成分が増大される。よって、第一超音波送信部から超音波受信部へのクロストークをより低減できる。

本発明に係る第二態様の超音波デバイスは、振動板と、前記振動板に接合され、前記振動板を複数の振動部に分割する突出部を備えた保護部材と、前記振動板の各前記振動部に配置される振動素子と、を備え、複数の前記振動部は、第四振動部と、前記第四振動部に第一突出部を介して隣り合う第五振動部と、前記第四振動部に第二突出部を介して隣り合う第六振動部を含み、前記第四振動部と、当該第四振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第三超音波送信部を構成し、前記第五振動部と、当該第五振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、前記第六振動部と、当該第六振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第四超音波送信部を構成し、前記第一突出部の前記第四振動部から前記第五振動部までの幅は、前記第二突出部の前記第四振動部から前記第六振動部までの幅よりも大きい。

本態様では、第一突出部の第四振動部から第五振動部までの幅（突出部壁幅）と、第二突出部の突出部壁幅とが異なることで、***振の原理により、第三超音波送信部から超音波受信部に向かうクロストーク成分が、第一壁部で反射される。また、第一突出部の突出部壁幅が、第二壁部の突出部壁幅よりも大きいので、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストーク成分が、第三超音波送信部から第四超音波送信部へのクロストーク成分よりも少なくなる。これにより、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストークを抑制することができる。また、本態様では、基板に凹溝等を設ける必要がないので、基板の強度低下がなく、かつ、超音波デバイスの構成も複雑化しない。すなわち、本態様では、第一態様と同様に、簡素な構成で、基板の強度低下を抑えつつ、クロストークを抑制することができる。

第二態様の超音波デバイスにおいて、前記第一突出部の前記第四振動部から前記第五振動部までの幅は、４０μｍ以上であり、前記第二突出部の前記第四振動部から前記第六振動部までの幅は、４０μｍ未満であることが好ましい。

超音波送信部から超音波を送信する場合、超音波送信部を囲う突出部の突出部壁幅と、当該超音波送信部から他の超音波送信部や超音波受信部へのクロストークの振幅との関係は、突出部壁幅が大きくなるに従って、クロストークの振幅が低下する。この際、突出部壁幅が４０μｍとなる点を変化点として、突出部壁幅が４０μｍ以上となる場合、突出部壁幅が増大するに従ってクロストークの振幅は減少するが、その減少量は小さい。一方、突出部壁幅が４０μｍ未満となる場合、突出部壁幅が低くなる程、クロストークの振幅は高くなり、かつ、その変化は急峻となる。したがって、第一突出部の突出部壁幅を４０μｍ以上とすることで、第三超音波送信部から超音波受信部に向かうクロストーク成分を低減でき、第二突出部の突出部壁幅を４０μｍ未満とすることで、第三超音波送信部から第四超音波送信部に向かうクロストーク成分を増大させることができる。これにより、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストークをさらに低減できる。

第二態様の超音波デバイスにおいて、前記保護部材は、前記振動板に対向するベース部を備え、前記突出部は、前記ベース部から前記振動板に向かって突出して設けられており、前記突出部の、前記振動板から前記ベース部までの寸法は、９０μｍ以下であることが好ましい。

本態様では、突出部の振動板からベース部までの寸法である突出部壁長が９０μｍ以下である。突出部壁幅が４０μｍ以上となる場合、突出部壁長を９０μｍ以下とすることで、壁長が小さくなるほど、クロストークが低減される。したがって、第一突出部の突出部壁長を９０μｍ以下とすることで、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストークを低減できる。
また、突出部壁幅が４０μｍ未満である場合では、突出部壁長の違いによるクロストーク比率の変化は極めて小さい。よって、第二突出部の突出部壁幅を４０μｍ未満とすれば、突出部壁長によらず、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストーク成分が減少され、第三超音波送信部から第四超音波送信部へのクロストーク成分が増大される。以上により、第三超音波送信部から超音波受信部へのクロストークをより低減できる。

１０，１０Ａ…超音波デバイス、１１…超音波送信部、１１Ａ…最外超音波送信部、１２…超音波受信部、２０…基板、２１…開口部、２２…壁部、２２_Ｉ…受信間壁部、２２_ＩＯ…送受信間壁部、２２_Ｏ…送信間壁部、３０…振動板、３１…振動部、４０…圧電素子、５０…保護部材、５１…ベース部、５２…突出部、５２_Ｉ…受信間突出部、５２_ＩＯ…送受信間突出部、５２_Ｏ…送信間突出部、５３…凹部、１１１…第一超音波送信部、１１２…第二超音波送信部、１１３…第三超音波送信部、１１４…第四超音波送信部、２１１…第一開口部、２１２…第二開口部、２１３…第三開口部、３１１…第一振動部、３１２…第二振動部、３１３…第三振動部、３１４…第四振動部、３１５…第五振動部、３１６…第六振動部、ＣＨ_Ｉ…受信チャンネル、ＣＨ_Ｏ…送信チャンネル、Ｕ_Ｉ…受信間突出部の突出部壁幅、Ｕ_ＩＯ…送受信間突出部の突出部壁幅、Ｕ_Ｏ…送信間突出部の突出部壁幅、Ｗ_Ｉ…受信間壁部の壁幅、Ｗ_ＩＯ…送受信間壁部の壁幅、Ｗ_Ｏ…送信間壁部の壁幅。

Claims

複数の開口部、及び隣り合う前記開口部の間に配置される壁部を備えた基板と、
前記開口部を閉塞する振動板と、
前記基板及び前記振動板の積層方向から見た際に、前記開口部と重なる位置で、前記振動板に設けられた振動素子と、を備え、
複数の前記開口部は、第一開口部と、前記第一開口部に第一壁部を介して隣り合う第二開口部と、前記第一開口部に第二壁部を介して隣り合う第三開口部と、を含み、
前記振動板において前記第一開口部を閉塞する第一振動部と、当該第一振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第一超音波送信部を構成し、
前記振動板において前記第二開口部を閉塞する第二振動部と、当該第二振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、
前記振動板において前記第三開口部を閉塞する第三振動部と、当該第三振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第二超音波送信部を構成し、
前記第一壁部の前記第一開口部から前記第二開口部までの幅は、前記第二壁部の前記第一開口部から前記第三開口部までの幅よりも大きい
ことを特徴とする超音波デバイス。
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第一壁部の前記第一開口部から前記第二開口部までの幅は、４０μｍ以上であり、
前記第二壁部の前記第一開口部から前記第三開口部までの幅は、４０μｍ未満である
ことを特徴とする超音波デバイス。
請求項１または請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記壁部の、前記振動板から前記振動板とは反対側の端面までの寸法は、９０μｍ以下である
ことを特徴とする超音波デバイス。
振動板と、
前記振動板に接合され、前記振動板を複数の振動部に分割する突出部を備えた保護部材と、
前記振動板の各前記振動部に配置される振動素子と、を備え、
複数の前記振動部は、第四振動部と、前記第四振動部に第一突出部を介して隣り合う第五振動部と、前記第四振動部に第二突出部を介して隣り合う第六振動部を含み、
前記第四振動部と、当該第四振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第三超音波送信部を構成し、
前記第五振動部と、当該第五振動部に配置される前記振動素子は、超音波を受信する超音波受信部を構成し、
前記第六振動部と、当該第六振動部に配置される前記振動素子は、超音波を送信する第四超音波送信部を構成し、
前記第一突出部の前記第四振動部から前記第五振動部までの幅は、前記第二突出部の前記第四振動部から前記第六振動部までの幅よりも大きい
ことを特徴とする超音波デバイス。
請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第一突出部の前記第四振動部から前記第五振動部までの幅は、４０μｍ以上であり、
前記第二突出部の前記第四振動部から前記第六振動部までの幅は、４０μｍ未満である
ことを特徴とする超音波デバイス。
請求項４または請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記保護部材は、前記振動板に対向するベース部を備え、
前記突出部は、前記ベース部から前記振動板に向かって突出して設けられており、
前記突出部の、前記振動板から前記ベース部までの寸法は、９０μｍ以下である
ことを特徴とする超音波デバイス。