[发明专利]超声波摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及收发超声波的换能器(transducer)，尤其涉及以硅为基材的隔膜(diaphragm)型超声波换能器。

背景技术

压电陶瓷类超声波换能器至今还占供使用的超声波换能器的大部分，但为了对其进行置换，以Proceedings of 1994 IEEE Ultrasonics Symposium1241-1244页记载的装置为代表的、基于半导体微加工技术来构筑微细隔膜型的换能器的研究开发从1990年代就开始了。

在为利用PZT的现有型压电换能器时，声阻抗作为材料固有的物理参数值来说是恒定的，与此相对，隔膜型的外观的声阻抗不仅反映材料还也反映结构。因此，存在与对象物一致的设计的自由度。

最近开发正在进行，即使在收发灵敏度方面，也可以达到与利用了PZT的现有型压电换能器相比足够大的水准。

在J.Acoust.Soc.Am.vol.7519841297-1298页中公开了利用半导体隔膜结构的驻极体(electret)型的换能器。其在隔膜侧的电极与空隙之间、或底座侧的电极与空隙之间的任一方设有蓄积了电荷的硅化合物层。作为构成该电荷蓄积型绝缘层的材质，如上述J.Acoust.Soc.Am.vol.75 19841297-1298页、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation vol.3No.41996 494-498页所示，可以采用硅氧化膜或硅氮化膜等的硅化合物或者这些的层叠结构。这些硅化合物的绝缘层可以通过以CVD(ChemicalVapor Deposition)为代表的气相生长法来形成，但通过控制结晶缺陷的量，不仅化合物层表面，就连化合物层中也有可能掺杂电荷。因此，通过预先在高电场下使其带电，从而用作无需DC偏置电压的电声转换元件。

然而，现实中绝缘膜的带电状态不稳定，在使用期间内带电后的电荷量偏移(drift)。因此，产生作为电声转换元件的最基本特性的电声转换效率偏移的问题。

即使能令转换效率的大小达到应满足的水平，但难以使其稳定的状况对于作为换能器的实用化而言也会成为大的障碍。转换效率偏移的影响除了设备的特性经时变化以外，尤其在由这种电声转换元件来构成阵列型转换器时是非常大的。其影响不仅仅是作为电声转换元件整体的灵敏度偏移，若构成阵列型转换器的各元件的电声转换特性均偏移，则作为电声转换器整体而言，产生进行发送及接收射束形成动作时的声音噪声等级显著上升的危险性。

发明内容

为了由该电荷蓄积型的隔膜型电声转换元件尤其构成阵列型转换器，并将其特性提升到供实用的水平，克服偏移的问题就成为继得到大的电声转换效率之后的重要课题。

在本发明中，设置电荷蓄积控制部，从而进行电声转换元件中的电荷蓄积量的控制。在电荷蓄积量的变化较小的时候，例如在控制部中通过将与变化量对应的修正系数和接收信号相乘，进行送波或受波灵敏度的修正，另外在电荷蓄积量的变化较大的时候，例如也可以由蓄积电荷注入部来进行电荷的再注入。通过由控制部控制以上的一系列动作，从而可以对经时变化、尤其是多个元件间的经时变化的差异所导致的灵敏度偏差进行修正。

根据本发明，与以往相比，可以抑制作为元件灵敏度偏离的主要原因V的元件特性偏移。再有，在本发明的一个侧面中，可以提供一种可抑制收发的超声波射束劣化、可防止图像的方位分辨率或动态范围降低的超声波摄像装置。

附图说明

图1是表示半导体隔膜型电声转换元件的结构的概念图。

图2是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示其剖面的图。

图3是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示电荷蓄积部的图。

图4是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示其剖面的图。

图5是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示电荷注入时的剖面的图。

图6是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示超声波接收时的剖面的图。

图7是表示本发明的另一实施方式的隔膜的阻抗的频率特性的图。

图8是包含电荷蓄积量监测部的超声波摄像装置的框图。

图9是表示本发明的效果的超声波射束的计算结果。

图10是电荷蓄积量监测的框图。

图11是针对以硅为基材的本发明的隔膜型电声转换元件的实施例而表示其剖面的图。

具体实施方式

以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。