超声波摄像装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种超声波摄像装置，其控制静电电容式微机械超声波换能器发送的超声波的波形，从而提高发送声压。对于发送超声波，使正负非对称波形根据电压值变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种静电电容式微机械超声波换能器以及超声波摄像装置，特别涉及 一种使用了静电电容式微机械超声波换能器的超声波探测器的驱动方法。
技术介绍
超声波探测器中目前使用的超声波换能器大多数利用例如PZT (锆钛酸铅)等 的压电陶瓷类的压电效应以及逆压电效应来进行超声波的发送以及接收。代替这些压电 型换能器开发了如下的静电电容式微机械超声波换能器(Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer :cMUT，以下简记为cMUT)，该cMUT为了实现更加有效的并且宽频 带的换能器阵列，采用由标准的硅处理技术进行的硅表面或体积的微细加工技术来制造。cMUT在通常微米等级微细的领域中，由硅类等的半导体工艺中使用的材料制作由 支柱固定住周围的振动膜(diaphragm)，在振动膜与底部基板内部或者表面设有电极，通过 对两电极施加适当的电压从而作为电声转换器进行动作。[专利文献1]国际公开小册子第01/097562号由于cMUT原理上对于驱动电压表现出非线性响应，因此在以往的探测器上实现 用于得到所希望的响应的驱动电压波形的控制较困难。由于换能器的灵敏度是发送与接收双方的灵敏度相乘，因此理想的是具有较大的 发送功率以及能够将非常微弱的声压转换为电的高接收灵敏度。cMUT在上下电极间设有空 隙用于使振动膜振动，对于转换为较大发送功率，留取大的空隙从而以较大的振幅使振动 膜振动即可。但是，若留取大的空隙，则存在相应需要的电压上升相反接收灵敏度下降这种 的交换。因此，在受限的空隙中更有效地使振动膜振动这对于灵敏度提高是非常重要的。对于振动膜在受限的空隙内进行较大的振动，使振动膜在空隙间的两端(从未施 加电压时的振动膜的位置到底部面之间)移动即可。但是，由于cMUT在其动作原理上以非 线性进行响应，因此输入驱动电压波形难以原样转换为振动膜的响应。因此，需要考虑了 cMUT的非线性的驱动电压的控制。
技术实现思路
作为对cMUT的非线性响应的控制方法存在预先使输入波形发生变形的方法(例 如专利文献1)。但是，存在如下的问题，即以提高发送功率为目的要进行怎样的输入，或 者在波数为多列的情况等的波形的振幅在时间上变化的情况下，如何实现所希望的波形并 且有效地在空隙中使其振动。因此，本专利技术的目的是提供一种通过控制cMUT中进行驱动的 电压波形、使振动膜在受限的空隙间有效地进行振动从而兼顾波形的调整与发送功率的提 高的方法。在驱动cMUT的电压波形的振幅中，根据电压或者时间改变正负的振幅比。若将施加于电极间的电压设为V(t) = Vdc+Vac(t) (Vdc 直流偏置电压、Va。⑴交流 偏置电压、t 时间)，将电极间的空隙设为d(t)，则施加于静电电容式换能器的振动膜的静电力与(V(t)/d(t))2成比例。此时，在时间上变动地相关联的力在Vd。固定时，由(V(t)/ d (t))2 = (Vdc2+2VdcVac (t) +Vac (t)2) /d (t)2 得到第 2 项以后为(2VdcVac (t) +Vac (t)2) /d (t)2。 相对于Vd。，Vac(t)在某种程度上较小时，与Va。(t)成比例并且与d(t)2成反比例。因而，若 Vac(t)增加V(t)变大，则由于振动膜移动从而电极间距离d(t)变小，因此施加于电极间的 静电力并不单纯地与Va。(t)成比例，而与d(t)2成反比例从而进一步增大。另一方面，越是 Vac(t)减少从而V(t)变小，则与Va。(t)成比例的量越变小。因而，若输入正负对称波形，则 由于在电极间距离缩短方向与展宽方向施加于膜的力变化，因此即使假定能够施加使振动 膜变位至底部电极面附近，在反方向振动时也不能充分使其移动，有可能剩余可以振动的 空隙。因此，本专利技术中使施加于电极间的交流电流在电极间的振动膜振动方向非对称， 并且根据所输入的电压在时间上改变其非对称性，从而得到所希望的波形并且谋求发送功率的提高。作为本专利技术的一例，其具有单元阵列与电压控制部，单元阵列具有多个单元，单元 具有第1电极、覆盖第1电极的第1部件、与第1电极对置设置的第2电极、覆盖第2电极 的第2部件、以及与第1部件和第2部件连接的壁部件，电压控制部控制在第1电极与第2 电极之间施加的电压，电压控制部具有直流电压施加部，其在第1电极与第2电极之间施 加直流电压；交流电压施加部，其在第1电极与第2电极之间施加交流电压；以及波形控制 部，其基于交流电压与直流电压的电压值进行控制，使交流电压的振幅比经时变化。(专利技术效果)本专利技术可以进行波形调整并且有效地辐射发送声压，能够提高静电电容式超声波 换能器的发送功率，并提高作为探测器的灵敏度。附图说明图1是表示超声波换能器的垂直剖面图。图2是表示超声波换能器阵列的立体图以及探测器的图。图3是表示超声波摄像装置的系统结构例的图。图4是表示根据驱动波形(波数1)的cMUT的响应的图。图5是表示根据多列并且在时间上振幅变动的驱动波形的cMUT的响应的图。图6是表示发送灵敏度频带的图。图7是表示正负对称波形的输入电压、振动膜的变位、发送声压波形的图。图8是表示正负非对称波形(正负振幅比b/a = 2、3，可变)的输入电压、振动膜 的变位、发送声压波形的图。图9是表示根据对称波形输入与正负振幅比可变输入的发送声压的频谱的图。图10是表示相对于驱动电压的发送功率的图。图11是表示重叠了高斯包络的波形的图。图12是重叠了高斯包络的波形的能谱。符号说明1-基板2_固定电极43-可动电极4-绝缘膜5-绝缘膜6-振动膜层7-空隙层8-支持壁13-接线20-直流电源21-D/A 转换器22-A/D 转换器23-限压器31-收发切换开关32-电源33-发送放大器34-接收放大器35-发送波束形成器36-接收波束形成器37-控制部38-信号处理部39-扫描转换器41-正负对称输入波形42-正负对称波形输入时的发送波形43-正负非对称输入波形44-正负非对称输入时的发送波形50-正侧包络波形51-负侧包络波形52-载波波形53-正侧包络波形54-负侧包络波形55-载波波形60-显示部61-发送增益70-正负对称波形驱动电压71-正负对称波形输入时的振动膜变位72-正负对称波形输入时的发送波形80-正负非对称波形驱动电压正负振幅比2固定81-正负非对称波形驱动电压正负振幅比3固定82-正负非对称波形输入时的振动膜变位正负振幅比2固定83-正负非对称波形输入时的振动膜变位正负振幅比3固定84-正负非对称波形输入时的发送波形正负振幅比2固定85-正负非对称波形输入时的发送波形正负振幅比3固定90-正负非对称波形驱动电压正负振幅比可变(最大为2)91-正负非对称波形驱动电压正负振幅比可变(最大为3)92-正负非对称波形输入时的振动膜变位正负振幅比可变(最大为93-正负非对称波形输入时的振动膜变位正负振幅比可变(最大为94-正负非对称波形输入时的发送波形正负振幅比可变(最大为2)95-正负非对称波形输入时的发送波形正负振幅比可变(最大为3)100-超声波换能器110-载波波形111-高斯包络210-声透镜220-声音匹配层230-衬垫材料240-导电性膜1000-超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波摄像装置，其特征在于，具有单元阵列与电压控制部，所述单元阵列具有多个单元，所述单元具有：第１电极；第１部件，其覆盖所述第１电极；第２电极，其与所述第１电极对置而设置；第２部件，其覆盖所述第２电极；以及壁部件，其连接所述第１部件与所述第２部件，所述电压控制部控制在所述第１电极与所述第２电极之间施加的电压，所述控制部具有：直流电压施加部，其在所述第１电极与所述第２电极之间施加直流电压；交流电压施加部，其在所述第１电极与所述第２电极之间施加交流电压；以及波形控制部，其基于所述交流电压与所述直流电压的电压值进行控制，使所述交流电压的振幅比随时间变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-16 2007-297425一种超声波摄像装置，其特征在于，具有单元阵列与电压控制部，所述单元阵列具有多个单元，所述单元具有第1电极；第1部件，其覆盖所述第1电极；第2电极，其与所述第1电极对置而设置；第2部件，其覆盖所述第2电极；以及壁部件，其连接所述第1部件与所述第2部件，所述电压控制部控制在所述第1电极与所述第2电极之间施加的电压，所述控制部具有直流电压施加部，其在所述第1电极与所述第2电极之间施加直流电压；交流电压施加部，其在所述第1电极与所述第2电极之间施加交流电压；以及波形控制部，其基于所述交流电压与所述直流电压的电压值进行控制，使所述交流电压的振幅比随时间变化。2.超声波摄像装置，其特征在于，所述波形控制部进行控制，使所述交流电压的波形中的比所述直流电压的值高的区域 的振幅与低的区域的振幅之比随时间变化。3.根据权利要求1所述的超声波摄像装置，其特征在于，所述波形控制部使所述交流电压的波形中的比所述直流电压的值高的区域的振幅与 低的区域的振幅之间的关系为...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中宏树，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，株式会社日立医药，
类型：发明
国别省市：JP[日本]