本發(fā)明涉及超聲波器件、超聲波模塊以及超聲波測量裝置。

背景技術(shù)：

目前，公開有具有振子的超聲波探頭，該振子基于壓電體的壓電效果，收發(fā)超聲波(例如專利文獻(xiàn)1)。

專利文獻(xiàn)1中記載的超聲波探頭具備振子以及配置在振子上的聲透鏡。從振子側(cè)依次層疊衰減系數(shù)不同的兩層的聲透鏡層，從而構(gòu)成該聲透鏡。另外，各聲透鏡層的厚度尺寸被設(shè)為在與聲透鏡的厚度方向交叉的平面方向上的超聲波的透過量在整個聲透鏡上相等。

具體地，將兩層聲透鏡層中的衰減系數(shù)較小的聲透鏡層的厚度尺寸設(shè)為聲透鏡越厚其厚度尺寸越大，聲透鏡越薄其厚度尺寸越小。從而實現(xiàn)聲透鏡平面方向中的超聲波的透過量的均勻化。并且，通過利用衰減系數(shù)更加小的聲透鏡層，與單層的聲透鏡相比，可以增加聲透鏡的超聲波透過率，進(jìn)而提高了超聲波探頭中的超聲波收發(fā)效率。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特公平7-121158號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

其中，當(dāng)利用如上所述由多層構(gòu)成的聲透鏡時，從振子發(fā)送的超聲波有時被各聲透鏡層的交界面反射。這時，聲透鏡層的交界面與聲透鏡的凸面(或者凹面)對應(yīng)地彎曲，所以超聲波被反射到與交界面的彎曲對應(yīng)的方向后，重新到達(dá)振子。被該交界面反射的超聲波(以下也稱為界面反射波)重新到達(dá)振子的時間根據(jù)界面反射波的反射位置的不同而不同。

即、振子在檢測在生物體內(nèi)反射的測量對象的超聲波時，除了該測量對象的超聲波之外，有時還檢測出界面反射波。這時，作為測量結(jié)果，除了與測量對象的超聲波對應(yīng)的峰值之外，還檢測出與界面反射波對應(yīng)的多個峰值，出現(xiàn)所謂的拖尾現(xiàn)象，降低距離分辨率。

如上所述，在現(xiàn)有的構(gòu)成中，在實現(xiàn)提高超聲波收發(fā)效率的同時，也有可能由于上述的拖尾現(xiàn)象的影響而降低距離分辨率。

本發(fā)明的目的在于提供能夠提高收發(fā)效率以及距離分辨率的下面的方式或應(yīng)用例的超聲波器件、超聲波模塊以及超聲波測量裝置。

解決問題的手段

根據(jù)本應(yīng)用例的超聲波器件的特征在于，具備：超聲波收發(fā)部，具有平面狀的超聲波收發(fā)面；以及，聲透鏡，設(shè)置在所述超聲波收發(fā)面上，所述聲透鏡具有位于與所述超聲波收發(fā)面相反一側(cè)的第一聲透鏡層以及位于所述超聲波收發(fā)面一側(cè)的第二聲透鏡層，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的衰減系數(shù)不同，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的交界面與所述超聲波收發(fā)面平行。

其中，在本應(yīng)用例中，超聲波收發(fā)面上設(shè)有聲透鏡是指，從超聲波收發(fā)面的法線方向觀察時，至少與該超聲波收發(fā)面重疊的位置上配置有聲透鏡。包括例如，超聲波收發(fā)面與聲透鏡之間配置有聲匹配層等其他部件。

在本應(yīng)用例中，聲透鏡具有衰減系數(shù)彼此不同的第一聲透鏡層和第二聲透鏡層，第一聲透鏡層和第二聲透鏡層的交界面與平面狀的超聲波收發(fā)面平行。在這樣的構(gòu)成中，即使在交界面產(chǎn)生了界面反射波，也可以抑制如上述的交界面彎曲的構(gòu)成那樣、超聲波收發(fā)部在不同的時機(jī)檢測到界面反射波，即、可以抑制發(fā)生拖尾現(xiàn)象。因此，通過利用該超聲波器件執(zhí)行超聲波測量，能夠提高距離分辨率。

此外，通過將第一聲透鏡層和第二聲透鏡層中的一個衰減系數(shù)設(shè)為較小的值，從而能夠增加聲透鏡中的超聲波透過率，進(jìn)而可以提高超聲波的收發(fā)效率。

優(yōu)選地，在本應(yīng)用例的超聲波器件中，所述超聲波收發(fā)部具備振動膜以及設(shè)置在振動膜上的壓電元件，所述第二聲透鏡層的衰減系數(shù)小于所述第一聲透鏡層的衰減系數(shù)。

在本應(yīng)用例中，超聲波收發(fā)部具備振動膜和壓電元件，通過驅(qū)動壓電元件來使振動膜振動從而發(fā)送超聲波，并且由壓電元件檢測通過超聲波導(dǎo)致振動的振動膜的振動，從而接收超聲波。如上所述構(gòu)成的超聲波收發(fā)部與例如以塊狀壓電體來代替振動膜使其振動從而發(fā)送超聲波、檢測超聲波導(dǎo)致的該壓電體的振動這樣而構(gòu)成的超聲波收發(fā)部相比，如上所述構(gòu)成的超聲波收發(fā)部的聲波阻抗更小。在本應(yīng)用例中，各聲透鏡層中配置在超聲波收發(fā)部側(cè)的第二聲透鏡層的衰減系數(shù)設(shè)為比第一聲透鏡層小，從而即使在利用聲波阻抗相對小的超聲波收發(fā)部時，也能夠高效率地傳播超聲波。

優(yōu)選地，在本應(yīng)用例的超聲波器件中，在當(dāng)從所述超聲波收發(fā)面的法線方向觀察時與所述超聲波收發(fā)部重疊的位置，沿所述法線方向的所述第二聲透鏡層的厚度尺寸大于所述第一聲透鏡層的厚度尺寸。

在本應(yīng)用例中，在從法線方向觀察時與超聲波收發(fā)部重疊的位置、即、傳播超聲波的位置，衰減系數(shù)小于第一聲透鏡層的第二聲透鏡層的厚度尺寸比第一聲透鏡層更大。從而，在傳播超聲波的位置，能夠進(jìn)一步增加超聲波的透過率。

優(yōu)選地，在本應(yīng)用例的超聲波器件中，當(dāng)將所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的交界面與所述超聲波收發(fā)面在所述超聲波收發(fā)面的法線方向上的距離為l，將從所述超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波的波長設(shè)為λ，n設(shè)為正整數(shù)時，滿足

l＝(λ/2)×n。

其中，在第一聲透鏡層以及第二聲透鏡層的交界面產(chǎn)生的界面反射波被超聲波收發(fā)面反射后，有時透過交界面。這時，在生物體內(nèi)被反射的反射波中，通過界面反射波產(chǎn)生的超聲波比不是通過界面反射波產(chǎn)生的反射波(即、作為測量對象的反射波)晚些被檢測到，從而測量結(jié)果中有時出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。

相對于此，在本應(yīng)用例中，通過上述構(gòu)成，能夠抑制出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，能夠提高距離分辨率。具體地，如上所述，超聲波收發(fā)部的聲波阻抗較小，所以界面反射波在被超聲波收發(fā)面反射時，其相位反轉(zhuǎn)。因此，通過上述交界面和超聲波收發(fā)面的距離l滿足上述數(shù)學(xué)式，從而在超聲波收發(fā)面反射之后入射交界面的界面反射波與從超聲波收發(fā)部發(fā)送并透過交界面的超聲波變成反相位關(guān)系。因此，能夠消除界面反射波，可以抑制因該界面反射波發(fā)生拖尾現(xiàn)象，提高距離分辨率。

優(yōu)選地，在本應(yīng)用例的超聲波器件中，所述第一聲透鏡層在所述超聲波收發(fā)面一側(cè)具有凹部，所述第二聲透鏡層配置于所述凹部。

在本應(yīng)用例中，第一聲透鏡層的凹部配置第二聲透鏡層。在這樣的構(gòu)成中，例如，在形成第一聲透鏡層之后，將第二聲透鏡層形成在凹部內(nèi)，從而可以形成聲透鏡。因此，通過在第一聲透鏡層形成對應(yīng)于第二聲透鏡的配置位置以及形狀的凹部，從而能夠簡單地形成第二聲透鏡層。此外，也可以容易提高第一聲透鏡層和第二聲透鏡層的緊密性。

根據(jù)上述一應(yīng)用例的超聲波模塊的特征在于，具備：超聲波器件，具備具有平面狀的超聲波收發(fā)面的超聲波收發(fā)部以及設(shè)置在所述超聲波收發(fā)面上的聲透鏡；以及，電路基板，所述超聲波器件設(shè)置在所述電路基板上，所述聲透鏡具有位于與所述超聲波收發(fā)面相反一側(cè)的第一聲透鏡層以及位于所述超聲波收發(fā)面一側(cè)的第二聲透鏡層，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的衰減系數(shù)不同，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的交界面與所述超聲波收發(fā)面平行。

在本應(yīng)用例中，聲透鏡具有衰減系數(shù)彼此不同的第一聲透鏡層和第二聲透鏡層，第一聲透鏡層和第二聲透鏡層的交界面與平面狀的超聲波收發(fā)面平行。

在這樣的構(gòu)成中，與涉及上述超聲波器件的應(yīng)用例相同地，上述交界面與平面狀的超聲波收發(fā)面平行，所以與交界面彎曲的構(gòu)成相比，能夠抑制因為在彎曲的交界面產(chǎn)生的界面反射波而發(fā)生拖尾現(xiàn)象。因此，能夠提高利用該超聲波模塊實施超聲波測量時的距離分辨率。

此外，第一聲透鏡層和第二聲透鏡層中的一個的衰減系數(shù)設(shè)為較小的值，從而能夠增加聲透鏡中的超聲波透過率，進(jìn)而可以提高超聲波的收發(fā)效率。

根據(jù)上述的一應(yīng)用例的超聲波測量裝置的特征在于，具備：超聲波器件，具備具有平面狀的超聲波收發(fā)面的超聲波收發(fā)部以及設(shè)置在所述超聲波收發(fā)面上的聲透鏡；以及，控制部，控制所述超聲波器件，所述聲透鏡具有位于與所述超聲波收發(fā)面相反一側(cè)的第一聲透鏡層以及位于所述超聲波收發(fā)面一側(cè)的第二聲透鏡層，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的衰減系數(shù)不同，所述第一聲透鏡層和所述第二聲透鏡層的交界面與所述超聲波收發(fā)面平行。

在本應(yīng)用例中，聲透鏡具有衰減系數(shù)彼此不同的第一聲透鏡層和第二聲透鏡層，第一聲透鏡層和第二聲透鏡層的交界面與平面狀的超聲波收發(fā)面平行。

在這樣的構(gòu)成中，與涉及上述超聲波器件的應(yīng)用例相同地，上述交界面與平面狀的超聲波收發(fā)面平行，所以與交界面彎曲的構(gòu)成相比，能夠抑制因為在彎曲的交界面產(chǎn)生的界面反射波而發(fā)生拖尾現(xiàn)象。因此，能夠提高利用超聲波測量裝置實施超聲波測量時的距離分辨率。

并且，第一聲透鏡層和第二聲透鏡層中的一個的衰減系數(shù)設(shè)為較小的值，從而能夠增加聲透鏡中的超聲波透過率，進(jìn)而可以提高超聲波的收發(fā)效率。

附圖說明

圖1是示出一實施方式的超聲波裝置的概略構(gòu)成的圖。

圖2是示出上述實施方式中的超聲波傳感器的概略構(gòu)成的平面圖。

圖3是從密封板側(cè)觀察上述實施方式中的超聲波器件的元件基板的平面圖。

圖4是通過圖3的a-a線切割超聲波器件時的截面圖。

圖5是示出比較例中的超聲波器件的概略構(gòu)成的截面圖。

圖6的(a)是示出上述比較例的超聲波器件的測量結(jié)果例子的圖，(b)是示出通過上述實施方式的超聲波器件的測量結(jié)果例子的圖。

圖7是示出上述實施方式中的超聲波器件的概略構(gòu)成的截面圖。

具體實施方式

下面，基于附圖說明一實施方式的超聲波裝置。

[超聲波測量裝置的構(gòu)成]

圖1是示出本實施方式的超聲波測量裝置1的概略構(gòu)成的立體圖。

本實施方式的超聲波測量裝置1相當(dāng)于電子設(shè)備，如圖1所示，具備超聲波探頭2以及通過電纜3與超聲波探頭2電連接的控制裝置10。

該超聲波測量裝置1將超聲波探頭2抵接于生物體(例如人體)的表面，從超聲波探頭2向生物體內(nèi)發(fā)送超聲波。此外，通過超聲波探頭2接收被生物體內(nèi)的器官反射的超聲波，基于該接收信號，例如獲得生物體內(nèi)的內(nèi)部層析圖像，或者測量生物體內(nèi)的器官狀態(tài)(例如血液循環(huán)等)。

[控制裝置的構(gòu)成]

如圖1示出，控制裝置10具備例如操作部11以及顯示部12。此外，控制裝置10具備由存儲器等構(gòu)成的存儲部、由cpu(centralprocessingunit：中央處理單元)等構(gòu)成的運(yùn)算部，這一點在圖中省略示出。另外，控制裝置10通過運(yùn)算部讀取并執(zhí)行存儲在存儲部中的各種程序，從而例如輸出用于控制超聲波探頭2的驅(qū)動的命令，或者基于從超聲波探頭2輸入的接收信號，形成生物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像并顯示在顯示部12，或者測量血液循環(huán)等生物體信息后顯示在顯示部12。即、控制裝置10相當(dāng)于控制部。作為這樣的控制裝置10，可以利用例如，平板電腦終端或智能手機(jī)、個人計算機(jī)等終端裝置，還可以利用用于操作超聲波探頭2的專用終端裝置。

[超聲波探頭的構(gòu)成]

圖2是示出超聲波探頭2中的超聲波傳感器24的概略構(gòu)成的平面圖。

超聲波探頭2具備殼體21(參照圖1)、設(shè)置在殼體21內(nèi)部的超聲波器件22以及設(shè)有用于控制超聲波器件22的驅(qū)動電路等的布線基板23。另外，由超聲波器件22和布線基板23構(gòu)成超聲波傳感器24(相當(dāng)于超聲波模塊)。

[殼體的構(gòu)成]

如圖1所示，殼體21形成為例如俯視時為矩形形狀的箱子形狀，與厚度方向正交的一面(傳感器面21a)設(shè)有傳感器窗口21b，露出超聲波器件22的一部分。此外，殼體21的一部分(圖1示出的例子中是側(cè)面)設(shè)有電纜3的通過孔21c，電纜3從通過孔21c插入到殼體21內(nèi)部，并連接于布線基板23的連接器部231(參照圖2)。此外，電纜3與通過孔21c之間的縫隙中填充有例如樹脂材料等，從而確保防水性。

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

[布線基板的構(gòu)成]

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

此外，布線基板23上設(shè)有用于驅(qū)動超聲波器件22的驅(qū)動電路等。具體地，布線基板上設(shè)有用于從超聲波器件22發(fā)送超聲波的發(fā)送電路、在超聲波器件22接收到超聲波時處理接收信號的接收電路等。另外，通過電纜3等，該布線基板上連接有控制裝置10，基于來自控制裝置10的命令，驅(qū)動超聲波器件22。

[超聲波器件的構(gòu)成]

圖3是從密封板42側(cè)觀察超聲波器件22中的元件基板41的平面圖。圖4是通過圖3中的a-a線切割超聲波器件22的截面圖。

如圖4所示，超聲波器件22由元件基板41、密封板42、聲匹配層43以及聲透鏡5構(gòu)成。

(元件基板的構(gòu)成)

如圖4所示，元件基板41具備基板主體部411、設(shè)置在基板主體部411的密封板42側(cè)的振動膜412以及層疊在振動膜412上的壓電元件413。其中，在后面的說明中，將元件基板41的與密封板42相對的面稱為背面41a。此外，將振動膜412的與密封板42相反側(cè)的面稱為超聲波收發(fā)面412a。此外，在從基板厚度方向觀察元件基板41的俯視圖中，元件基板41的中間區(qū)域成為陣列區(qū)域ar1，該陣列區(qū)域ar1中矩陣狀配置有多個超聲波換能器45。

基板主體部411是例如si等半導(dǎo)體基板?；逯黧w部411中的陣列區(qū)域ar1內(nèi)設(shè)有與每個超聲波換能器45對應(yīng)的開口部411a。此外，各開口部411a通過設(shè)置在基板主體部411的背面41a側(cè)的振動膜412閉塞。

振動膜412由例如sio2或sio2以及zro2的層疊體等構(gòu)成，設(shè)置成覆蓋基板主體部411的整個背面41a側(cè)。該振動膜412的厚度尺寸形成為相對于基板主體部411充分小的厚度尺寸。在以si構(gòu)成基板主體部411，以sio2構(gòu)成振動膜412的情況下，通過例如對于基板主體部411的背面41a側(cè)進(jìn)行氧化處理，可以簡單地形成期望的厚度尺寸的振動膜412。此外，這種情況下，以sio2的振動膜412作為蝕刻終止層對基板主體部411進(jìn)行蝕刻處理，可以簡單地形成所述開口部411a。

此外，如圖4所示，閉塞各開口部411a的振動膜412上(背面41a側(cè))分別設(shè)有壓電元件413，該壓電元件413是下部電極414、壓電膜415以及上部電極416的層疊體。其中，由閉塞開口部411a的振動膜412以及壓電元件413構(gòu)成一個超聲波換能器45。

在這樣的超聲波換能器45中，通過下部電極414以及上部電極416之間施加預(yù)定頻率的矩形波電壓，從而使開口部411a的開口區(qū)域內(nèi)的振動膜412振動，可以從超聲波收發(fā)面412a側(cè)發(fā)出超聲波。此外，通過被對象物反射并且從超聲波收發(fā)面412a側(cè)入射的超聲波使振動膜412振動時，壓電膜415的上下產(chǎn)生電位差。因此，通過檢測下部電極414以及上部電極416之間產(chǎn)生的所述電位差，從而可以檢測接收到的超聲波。

此外，在本實施方式中，如圖3所示，在元件基板41的預(yù)定的陣列區(qū)域ar1內(nèi)，沿x方向(層(slice)方向)以及與x方向交叉(在本實施方式中是正交)的y方向(掃描方向)配置有多個如上所述的超聲波換能器45，從而構(gòu)成超聲波換能器陣列46。需要說明的是，超聲波換能器陣列46相當(dāng)于超聲波收發(fā)部。

其中，下部電極414形成為沿x方向的直線形狀。即、下部電極414由跨沿x方向排列的多個超聲波換能器45設(shè)置且位于壓電膜415與振動膜412之間的下部電極主體414a、連結(jié)相鄰的下部電極主體414a的下部電極線414b、被拉出到陣列區(qū)域ar1外的端子區(qū)域ar2的下部端子電極線414c構(gòu)成。因此，在x方向排列的超聲波換能器45中，下部電極414的電位相同。

另外，下部端子電極線414c延伸到陣列區(qū)域ar1外的端子區(qū)域ar2，在端子區(qū)域ar2內(nèi)構(gòu)成第一電極極板414p。該第一電極極板414p連接于設(shè)置在布線基板上的端子部。

另一方面，如圖3所示，上部電極416具有跨沿y方向排列的多個超聲波換能器45設(shè)置的元件電極部416a以及連結(jié)多個元件電極部416a的端部之間的公共電極部416b。元件電極部416a具有層疊在壓電膜415上的上部電極主體416c、連結(jié)相鄰的上部電極主體416c的上部電極線416d以及從配置在y方向兩端部的超聲波換能器45沿y方向向外側(cè)延伸的上部端子電極416e。

公共電極部416b分別設(shè)置在陣列區(qū)域ar1的+y側(cè)端部以及-y側(cè)端部。+y側(cè)的公共電極部416b用于實現(xiàn)從沿y方向設(shè)置的多個超聲波換能器45中設(shè)在+y側(cè)端部的超聲波換能器45向+y側(cè)延伸的上部端子電極416e之間的連接。-y側(cè)端部的公共電極部416b用于實現(xiàn)向-y側(cè)延伸的上部端子電極416e之間的連接。因此，在陣列區(qū)域ar1內(nèi)的各超聲波換能器45中，上部電極416的電位相同。此外，這些一對公共電極部416b沿x方向設(shè)置，其端部從陣列區(qū)域ar1被拉出到端子區(qū)域ar2。另外，在端子區(qū)域ar2中，公共電極部416b構(gòu)成連接于布線基板的端子部的第二電極極板416p。

在如上所述的超聲波換能器陣列46中，通過下部電極414連結(jié)的x方向排列的超聲波換能器45構(gòu)成一個超聲波換能器群45a，由該超聲波換能器群45a構(gòu)成在y方向排列多個的一維陣列結(jié)構(gòu)。

(密封板的構(gòu)成)

密封板42形成為從厚度方向觀察時的平面形狀與例如元件基板41的形狀相同，由si等半導(dǎo)體基板或者絕緣體基板構(gòu)成。需要說明的是，密封板42的材質(zhì)和厚度對超聲波換能器45的頻率特性帶來影響，所以優(yōu)選地，根據(jù)在超聲波換能器45收發(fā)的超聲波的中心頻率來設(shè)定。

另外，該密封板42在與元件基板41的陣列區(qū)域ar1相對的陣列相對區(qū)域形成有與元件基板41的開口部411a對應(yīng)的多個凹槽421。從而，在振動膜412中的、通過超聲波換能器45進(jìn)行振動的區(qū)域(開口部411a內(nèi))，在與元件基板41之間形成預(yù)定尺寸的間隙421a，不妨礙振動膜412的振動。此外，可以抑制來自一個超聲波換能器45的背面波入射到其他相鄰的超聲波換能器45的問題(串音)。

此外，振動膜412振動時，除了開口部411a側(cè)(超聲波收發(fā)面412a側(cè))之外，密封板42側(cè)(背面41a側(cè))也發(fā)出作為背面波的超聲波。該背面波被密封板42反射后再次經(jīng)由間隙421a朝振動膜412側(cè)發(fā)出。這時，如果反射背面波與從振動膜412向超聲波收發(fā)面412a側(cè)發(fā)出的超聲波的相位錯開，則將衰減超聲波。因此，在本實施方式中，各凹槽421的槽深度被設(shè)為間隙421a中的聲學(xué)距離是超聲波波長λ的四分之一(λ/4)的奇數(shù)倍。換言之，鑒于從超聲波換能器45發(fā)射的超聲波的波長λ來設(shè)定元件基板41和密封板42的各部的厚度尺寸。

此外，可以形成為密封板42在與元件基板41的端子區(qū)域ar2相對的位置，與設(shè)置在端子區(qū)域ar2的各電極極板414p、416p對應(yīng)地設(shè)置開口部(未圖示)的構(gòu)成等。這時，通過在該開口部設(shè)置在厚度方向貫通密封板42的貫通電極(tsv：through-siliconvia)，從而經(jīng)由該貫通電極，各電極極板414p、416p連接于布線基板中的端子部。此外，還可以形成為在開口部插入fpc(flexibleprintedcircuits：柔性印制電路)或電纜線、電線等，連接各電極極板414p、416p和布線基板的構(gòu)成等。

(聲匹配層的構(gòu)成)

如圖4所示，聲匹配層43設(shè)置在超聲波收發(fā)面412a側(cè)。具體地，聲匹配層43填充在元件基板41的開口部411a內(nèi)，而且從超聲波收發(fā)面412a形成有預(yù)定的厚度尺寸。需要說明的是，這些聲匹配層43與后述的聲透鏡5一起將從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波高效率地傳播到作為測量對象的生物體，并且，將在生物體內(nèi)反射的超聲波高效率地傳播到超聲波換能器45。因此，聲匹配層43被設(shè)為元件基板41的超聲波換能器45的聲波阻抗與生物體的聲波阻抗的中間的聲波阻抗。作為具有這樣的聲波阻抗的材料，可以例舉例如硅酮等樹脂材料。

(聲透鏡的構(gòu)成)

聲透鏡5設(shè)置在聲匹配層43上，具備第一聲透鏡層51以及配置在第一聲透鏡層51的超聲波收發(fā)面412a側(cè)(-z側(cè))的第二聲透鏡層52。如圖1所示，該聲透鏡5從殼體21的傳感器窗口21b露在外部。另外，聲透鏡5通過將第一聲透鏡層51緊貼在生物體表面，通過聲匹配層43，使從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波在生物體內(nèi)高效率地收斂，此外，將在生物體內(nèi)反射的超聲波高效率地傳播到超聲波換能器45。

如圖4所示，第一聲透鏡層51具備平板部511以及比平板部511更加朝與超聲波收發(fā)面412a相反側(cè)突出的突出部512。

在從超聲波收發(fā)面412a的法線方向觀察的俯視圖中，平板部511是位于陣列區(qū)域ar1的外側(cè)且配置在聲匹配層43上的板狀部分。

突出部512具有朝與超聲波收發(fā)面412a相反側(cè)(生物體側(cè))突出的圓柱面512a以及朝超聲波收發(fā)面412a側(cè)開口的凹部512b，并且從傳感器窗口21b突出。

圓柱面512a是在沿x方向(層(slice)方向)的截面圖中的形狀是圓弧狀、沿y方向(掃描方向)的截面圖中的形狀是直線狀的平面。該圓柱面512a的曲率根據(jù)從一個超聲波換能器群45a發(fā)送的超聲波的焦點位置決定。此外，突出部512的x方向的尺寸、即形成圓柱面512a的區(qū)域的x方向的尺寸至少大于陣列區(qū)域ar1。從而，能夠?qū)呐渲迷陉嚵袇^(qū)域ar1的各超聲波換能器群45a發(fā)送的超聲波高效率地收斂在焦點位置。

凹部512b形成在從超聲波收發(fā)面412a的法線方向觀察的俯視圖中覆蓋陣列區(qū)域ar1的位置，開口尺寸大于陣列區(qū)域ar1。凹部512b具有與超聲波收發(fā)面412a大致平行的平面狀的底面。如后述，該凹部512b的底面是配置在凹部512b的第二聲透鏡層52和第一聲透鏡層51的交界面5a。

上述的第一聲透鏡層51由具有元件基板41的超聲波換能器45的聲波阻抗與生物體的聲波阻抗的中間的聲波阻抗的材料形成。此外，優(yōu)選地，第一聲透鏡層51由反彈硬度(shore硬度：肖氏硬度)比第二聲透鏡層52大的材料形成。從而，能夠抑制第一聲透鏡層51因為接觸到生物體而磨損。

作為該第一聲透鏡層51的形成材料，可以例舉例如混煉型硅橡膠?；鞜捫凸柘鹉z包含例如含乙烯基的二甲聚硅氧烷結(jié)構(gòu)的硅橡膠、硅石以及硫化劑。具體地，硅石以相對于硅橡膠的質(zhì)量比在40質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下且重量平均粒徑在15μm～30μm的硅石粒子的方式混入硅橡膠。作為硫化劑，可以采用例如2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧化)己烷(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane)。

第二聲透鏡層52配置在第一聲透鏡層51的凹部512b內(nèi)。即、第二聲透鏡層52配置在從超聲波收發(fā)面412a的法線方向(與z方向平行的方向)觀察的俯視圖中與陣列區(qū)域ar1重疊的位置，外形尺寸大于陣列區(qū)域ar1。從而，可以將從配置在陣列區(qū)域ar1的超聲波換能器45發(fā)送的超聲波通過第二聲透鏡層52傳播到第一聲透鏡層51。

此外，第二聲透鏡層52的與超聲波收發(fā)面412a相反側(cè)的面是第一聲透鏡層51和第二聲透鏡層52的交界面5a，與超聲波收發(fā)面412a大致平行。需要說明的是，第二聲透鏡層52的超聲波收發(fā)面412a側(cè)的面與第一聲透鏡層51的平板部511的陣列區(qū)域ar1側(cè)的面是同一平面。

此外，第二聲透鏡層52的厚度d2比第一聲透鏡層51的厚度d1更大。需要說明的是，第一聲透鏡層51的厚度d1設(shè)為突出部512中的最大厚度(參照圖7)。從而，與第一聲透鏡層51的厚度d1比第二聲透鏡層52的厚度d2更大的構(gòu)成相比，可以進(jìn)一步抑制超聲波的衰減。

該第二聲透鏡層52由衰減系數(shù)比第一聲透鏡層51更小的材料形成，而且由具有超聲波換能器45與生物體的中間的聲波阻抗的材料形成。作為形成第二聲透鏡層52的材料，可以采用例如不包含硅石等填料的rtv硅橡膠。從而，能夠使得聲透鏡5中配置在傳播超聲波的位置上的第二聲透鏡層52的衰減系數(shù)小于第一聲透鏡層51的衰減系數(shù)，能夠抑制超聲波的衰減。

在如上所述構(gòu)成的聲透鏡5中，將從超聲波換能器45發(fā)送的超聲波的波長設(shè)為λ，n表示1以上的整數(shù)時，超聲波收發(fā)面412a與交界面5a之間的距離l滿足下面的數(shù)學(xué)式(1)。其中，距離l是聲匹配層43的厚度d(參照圖7)和第二聲透鏡層的厚度d2的和。即、在本實施方式中，聲匹配層43的厚度d和第二聲透鏡層的厚度d2的各值被設(shè)為使距離l滿足下面的數(shù)學(xué)式(1)。另外，在后面說明當(dāng)距離l滿足下面的數(shù)學(xué)式(1)時的作用效果。

[數(shù)學(xué)式1]

l＝(λ/2)×n……(1)

可以利用以金屬等形成的模具，通過壓縮成形等方法形成上述的聲透鏡5。例如，首先，在形成第一聲透鏡層51外形的第一模具內(nèi)填充第一聲透鏡層51的形成材料的流體，并進(jìn)行固化。在如上所述形成的第一聲透鏡層51的凹部512b內(nèi)部填充第二聲透鏡層52的形成材料的流體。之后，在覆蓋凹部512b的位置配置用于將第二聲透鏡層52的陣列區(qū)域側(cè)的面形成為平面的模具，并使第二聲透鏡層52的形成材料固化。如上所述，在第一聲透鏡層51形成凹部512b之后，將第二聲透鏡層52形成在凹部512b內(nèi)，從而能夠提高第一聲透鏡層51和第二聲透鏡層52的緊密性。

[通過超聲波器件22實現(xiàn)的拖尾現(xiàn)象的抑制]

在本實施方式的超聲波器件22中，交界面5a與超聲波收發(fā)面412a大致平行，從而如后述，可以抑制拖尾現(xiàn)象發(fā)生(第一作用)。

并且，在超聲波器件22中，交界面5a與超聲波收發(fā)面412a的距離l滿足上述數(shù)學(xué)式(1)，也可以抑制拖尾現(xiàn)象發(fā)生(第二作用)。

下面，說明通過超聲波器件22實現(xiàn)的上述第一作用以及第二作用。

(第一作用)

圖5是示出比較例中的聲透鏡7的截面的概略構(gòu)成的圖。

并且，圖6是示出超聲波器件進(jìn)行超聲波測量的測量結(jié)果例子的圖，(a)示出了上述比較例的超聲波器件的測量結(jié)果，(b)示出了本實施方式的超聲波器件22的測量結(jié)果。

其中，圖5示出的聲透鏡7具備第一聲透鏡層71以及第二聲透鏡層72，與本實施方式的聲透鏡5的區(qū)別在于，第一聲透鏡層71與第二聲透鏡層72的交界面7a彎曲。需要說明的是，在圖5中示出了交界面7a沿著第一聲透鏡層71的彎曲面71a彎曲的聲透鏡7例子。下面，通過與具備聲透鏡7的超聲波器件的對比來說明第一作用。

在具備圖5示出的比較例的聲透鏡7的超聲波器件中，從超聲波換能器群45a的各超聲波換能器45向z方向發(fā)送的超聲波在傳播到聲透鏡7的第二聲透鏡層72之后，入射到第一聲透鏡層71與第二聲透鏡層72的交界面7a。如圖5所示，有時入射到該交界面7a的超聲波中的一部分被反射。另外，通過超聲波換能器45來接收到被交界面7a反射的超聲波(以下也稱為界面反射波)時，如圖6的(a)所示，檢測到與生物體內(nèi)的反射波的峰值p1不同的多個峰值p2，發(fā)生所謂的拖尾現(xiàn)象。

即、如圖5所示，聲透鏡7的交界面7a是彎曲的，未與超聲波收發(fā)面412a平行，所以界面反射波向與z方向交叉的方向傳播。另外，如果入射到超聲波的交界面7a的入射位置在x方向上不同，則界面反射波的傳播方向(超聲波的反射方向)也不同。而且，超聲波收發(fā)面412a與交界面7a的距離l在x方向上不同，所以從超聲波換能器45發(fā)送之后，變成界面反射波并再次到達(dá)超聲波換能器45的超聲波的傳播距離根據(jù)入射到交界面7a的入射位置的不同而不同。因此，界面反射波到達(dá)超聲波換能器45的時間因x方向上的入射到交界面7a的入射位置的不同而不同。

如圖6的(a)所示，通過超聲波換能器45接收該界面反射波，從而檢測到多個峰值p2，即發(fā)生拖尾現(xiàn)象。一旦發(fā)生這樣的拖尾現(xiàn)象，則降低生物體內(nèi)產(chǎn)生的反射波的反射位置的檢測精度(距離分辨率)。

相對于此，在具備本實施方式的聲透鏡5的超聲波器件22中，聲透鏡5的交界面5a與超聲波收發(fā)面412a大致平行。因此，即使在交界面5a產(chǎn)生了界面反射波，該界面反射波的傳播方向也與z方向大致平行。此外，超聲波收發(fā)面412a與交界面5a的距離也設(shè)為大致一定。因此，如圖6的(b)所示，能夠抑制檢測到由到達(dá)超聲波換能器45的時間不同的界面反射波引起的多個峰值p2，即可以抑制拖尾現(xiàn)象的發(fā)生。因此，能夠提高超聲波器件22的距離分辨率。

(第二作用)

圖7是用于說明通過本實施方式的超聲波器件22實現(xiàn)的抑制拖尾作用的圖，概略示出了超聲波器件22的截面。另外，在圖7中，簡化示出超聲波器件22的構(gòu)成。

在本實施方式的超聲波器件22中，從超聲波收發(fā)面412a到交界面5a的距離l滿足上述數(shù)學(xué)式(1)，從而可以抑制界面反射波被超聲波收發(fā)面412a反射之后在生物體內(nèi)被反射、并且通過超聲波換能器45接收而發(fā)生的拖尾現(xiàn)象。

即、從超聲波換能器45沿法線方向發(fā)送，并且入射到交界面5a的超聲波s0中，除了透過交界面5a的超聲波(第一波)s1之外，還存在被交界面5a反射而產(chǎn)生界面反射波(第二波)s2的超聲波。這些超聲波中的第二波s2被超聲波收發(fā)面412a反射之后，有可能再次在聲透鏡5中傳播并發(fā)射到生物體內(nèi)。在實施超聲波測量時，檢測第一波s1在生物體內(nèi)反射的反射波，但是，在如上述情況下，檢測到在第一波s1之后在生物體內(nèi)被反射的第二波s2的反射波，從而發(fā)生拖尾現(xiàn)象。

相對于此，在本實施方式中，從超聲波收發(fā)面412a起到交界面5a的距離l滿足上述數(shù)學(xué)式(1)，從而能夠抑制第二波s2帶來的拖尾現(xiàn)象的發(fā)生。

具體地，第二波s2在被超聲波收發(fā)面412a反射時，其相位被反轉(zhuǎn)。另外，如上所述，距離l滿足上述數(shù)學(xué)式(1)，從而第二波s2的相位在再次入射到交界面5a時變?yōu)榕c第一波s1相反的相位。從而，在交界面5a能夠消除至少一部分第二波s2。因此，能夠抑制第二波s2帶來的拖尾現(xiàn)象的發(fā)生，能夠提高超聲波器件22的距離分辨率。

[本實施方式的作用效果]

聲透鏡5具有衰減系數(shù)彼此不同的第一聲透鏡層51和第二聲透鏡層52，第一聲透鏡層51和第二聲透鏡層52的交界面5a與平面狀的超聲波收發(fā)面412a大致平行。從而，如上所述，即使在交界面5a產(chǎn)生了界面反射波，也能夠抑制如交界面彎曲的構(gòu)成(參照圖5)那樣而發(fā)生的拖尾現(xiàn)象，其中，如交界面彎曲的構(gòu)成(參照圖5)那樣，在彎曲的交界面產(chǎn)生的界面反射波在不同的時機(jī)通過超聲波換能器陣列46被檢測到從而發(fā)生拖尾現(xiàn)象。因此，通過利用該超聲波器件22實施超聲波測量，能夠提高距離分辨率。

另外，通過設(shè)置衰減系數(shù)比第一聲透鏡層51更小的第二聲透鏡層52，從而能夠增加聲透鏡5中的超聲波透過率，進(jìn)而可以提高超聲波的收發(fā)效率。

因此，在本實施方式的超聲波器件22中，可以同時提高超聲波的收發(fā)效率和距離分辨率。

另外，第二聲透鏡層52的厚度尺寸d2比第一聲透鏡層51的厚度尺寸d1更大。從而，能夠進(jìn)一步增加超聲波的透過率。

另外，在本實施方式中，在從超聲波收發(fā)面412a的法線方向觀察的俯視圖中，第二聲透鏡層52的外形尺寸比陣列區(qū)域ar1更大。從而，能夠向生物體高效率地傳播從超聲波換能器陣列46發(fā)送的超聲波。

另外，超聲波換能器陣列46具備多個超聲波換能器45，超聲波換能器45包括振動膜412以及形成在振動膜412上的壓電元件413。與例如不具備振動膜412而使塊狀的壓電體進(jìn)行振動從而發(fā)送超聲波、檢測通過超聲波引起的該壓電體的振動這樣而構(gòu)成的超聲波換能器或生物體相比，該超聲波換能器45的聲波阻抗更小。在本實施方式中，各聲透鏡層中配置在超聲波換能器陣列46側(cè)的第二聲透鏡層52的衰減系數(shù)比第一聲透鏡層51的衰減系數(shù)更小，從而即使在使用聲波阻抗較小的超聲波換能器陣列46時，也能夠高效率地傳播超聲波。

另外，在本實施方式中，超聲波器件22構(gòu)成為第一聲透鏡層51以及第二聲透鏡層52的交界面5a與超聲波收發(fā)面412a的距離l滿足上述數(shù)學(xué)式(1)。在這樣的構(gòu)成中，如上所述，即使在交界面5a產(chǎn)生界面反射波，界面反射波在被超聲波收發(fā)面412a反射之后再次入射到交界面5a時，能夠消除該界面反射波的至少一部分。因此，再次入射到交界面5a之后，能夠抑制發(fā)射到生物體內(nèi)的界面反射波的發(fā)生，能夠抑制因該界面反射波而發(fā)生拖尾現(xiàn)象。

第一聲透鏡層51的凹部512b配置有第二聲透鏡層52。在這樣的構(gòu)成中，例如，在形成第一聲透鏡層51之后，將第二聲透鏡層52形成在凹部512b內(nèi)，從而能夠形成聲透鏡5。因此，通過在第一聲透鏡層51形成對應(yīng)于第二聲透鏡層52的配置位置以及形狀的凹部512b，從而能夠簡單地形成第二聲透鏡層52。另外，可以容易提高第一聲透鏡層51與第二聲透鏡層52的緊密性。

[變形例]

需要說明的是，上述的各實施方式并不限定于各實施方式中記載的構(gòu)成，可以進(jìn)行變形、改良以及各實施方式的適當(dāng)組合等。

例如，在上述實施方式中，示出了第二聲透鏡層52的厚度尺寸d2比第一聲透鏡層51的厚度尺寸d1更大的構(gòu)成例子，但是，本發(fā)明并不限定于此。即、第一聲透鏡層51的厚度尺寸d1可以比第二聲透鏡層52的厚度尺寸d2更大，還可以與第二聲透鏡層52的厚度尺寸d2相同。在這種情況下，通過配置衰減系數(shù)比第一聲透鏡層51更小的第二聲透鏡層52，能夠提高超聲波的透過率。

在上述實施方式中，示出了第二聲透鏡層52配置在第一聲透鏡層51的凹部512b內(nèi)的構(gòu)成例子，但是，本發(fā)明并不限定于此。例如，還可以是第一聲透鏡層51不具備凹部512b，在超聲波收發(fā)面412a側(cè)具有平整面，沿第一聲透鏡層51的超聲波收發(fā)面412a側(cè)的平整面配置第二聲透鏡層52。

另外，在上述實施方式中，在形成聲透鏡5之后，將聲透鏡5配置在聲匹配層43上，但是，還可以將第二聲透鏡層52和聲匹配層43一體形成。即、可以在超聲波器件22的超聲波收發(fā)面412a側(cè)配置聲匹配層43以及第二聲透鏡層52的形成材料之后，在該形成材料上配置第一聲透鏡層51。這時，例如，在元件基板41的外周部等+z側(cè)的表面配置或形成第一聲透鏡層51的定位用部件，從而可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二聲透鏡層52的厚度尺寸和相對于超聲波收發(fā)面412a的第一聲透鏡層51的姿勢(平行程度)。

在上述實施方式中，聲透鏡5具有第一聲透鏡層51和第二聲透鏡層52，但是，本發(fā)明并不限定于此，還可以形成為具備三層以上的聲透鏡層的構(gòu)成。在具備三層以上的聲透鏡層時，也通過將各透鏡層的交界面形成為與超聲波收發(fā)面412a平行的平面，從而如上所述，可以抑制拖尾現(xiàn)象的發(fā)生。

如圖4所示，在上述實施方式中示出了在元件基板41的工作面41b側(cè)設(shè)有開口部411a，背面41a側(cè)設(shè)有壓電元件413，朝工作面41b側(cè)(開口部411a側(cè))發(fā)送超聲波的構(gòu)成例子，但是，并不限定于此。

還可以是例如在元件基板41的背面41a側(cè)設(shè)置開口部411a，工作面41b側(cè)設(shè)置壓電元件413，向工作面41b側(cè)(壓電元件413側(cè))發(fā)送超聲波的構(gòu)成等。另外，還可以是在元件基板41的工作面41b側(cè)設(shè)置開口部411a，該開口部411a的槽底面(振動膜412)的工作面41b側(cè)設(shè)置壓電元件413的構(gòu)成。還可以是在元件基板41的背面41a側(cè)設(shè)置開口部411a，該開口部411a的槽底面(振動膜412)的背面41a側(cè)設(shè)置壓電元件413的構(gòu)成。

另外，作為壓電元件413，示出了由在厚度方向?qū)盈B有下部電極414、壓電膜415、上部電極416的層疊體構(gòu)成的例子，但是，并不限定于此。還可以是例如在與壓電膜415的厚度方向正交的一面，彼此相對地配置一對電極的構(gòu)成等。此外，可以以在沿壓電膜的厚度方向的側(cè)面夾住壓電膜的方式配置電極。

并且，在上述實施方式中，作為超聲波換能器45，示出了由振動膜412以及在該振動膜412上層疊下部電極414、壓電膜415以及上部電極416而構(gòu)成的壓電元件413的構(gòu)成的例子，但是，本發(fā)明并不限定于此。即、作為超聲波換能器，還可以采用具有塊狀壓電體的壓電元件，以此代替振動膜，使塊狀壓電體振動從而發(fā)送超聲波，檢測超聲波引起的該壓電體的振動。這時，超聲波收發(fā)面是壓電體的生物體側(cè)的面。

另外，通常，如上所述構(gòu)成的超聲波換能器的聲波阻抗比生物體更大。因此，將構(gòu)成聲透鏡的多個聲透鏡層的聲波阻抗設(shè)為從超聲波換能器側(cè)朝向生物體側(cè)逐漸變小，從而能夠高效率地接收或發(fā)送超聲波。

在上述實施方式中，示出了將生物體作為測量對象的超聲波測量裝置的例子，但是，本發(fā)明并不限定于此。例如，本發(fā)明還可以用于以各種結(jié)構(gòu)體為測量對象、檢測該結(jié)構(gòu)體的缺陷或檢測該結(jié)構(gòu)體的老化的電子設(shè)備中。另外，例如，本發(fā)明還可以用于以半導(dǎo)體封裝或晶片等作為檢測對象、檢測該檢測對象的缺陷的電子設(shè)備中。

除此之外，實施本發(fā)明時的具體結(jié)構(gòu)可以在實現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)通過適當(dāng)?shù)亟M合上述各實施方式以及變形例來構(gòu)成，并且還可以適當(dāng)?shù)刈兏鼮槠渌Y(jié)構(gòu)等。

將2016年3月9日提交的日本專利申請第2016-045885號的全部公開內(nèi)容通過引用方式并入本文。