專利名稱：：超聲波換能器、超聲波探頭以及超聲波攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及隔膜型的超聲波換能器、超聲波探頭以及超聲波攝像裝置。技術(shù)背景發(fā)送接收超聲波的超聲波換能器的主流是利用以PZT(leadzirconatetitanate;鋯鈦酸鉛)為代表的陶瓷系的壓電元件的壓電效果以及逆壓電效果進(jìn)行超聲波的發(fā)送以及接收型的超聲波換能器。該壓電陶瓷系超聲波換能器現(xiàn)在也占實(shí)際使用的超聲波換能器的一大半，但為了置換之，1990年開始進(jìn)行具有利用半導(dǎo)體微型加工技術(shù)的微米等級(jí)的構(gòu)造的微細(xì)的隔膜型的超聲波換能器的研究(參照非專利文獻(xiàn)O。該換能器(超聲波換能器100p)的典型的構(gòu)造如圖40的剖面示意圖所示，為夾著空隙4設(shè)于基板1和平坦的外側(cè)隔膜層5b這兩者上的下部電極2(基板側(cè)的電極，也簡稱電極2)以及上部電極3(外側(cè)隔膜層5b側(cè)的電極，也簡稱電極3)形成電容器的構(gòu)造。另外，為了便于說明，設(shè)超聲波換能器100p接收超聲波的方向(圖40中下方)為z方向，設(shè)圖40中右手方向?yàn)閤方向，另外，設(shè)相對(duì)圖40的紙面的垂直下方向?yàn)閥方向。如圖40所示，若在該電極2、3間施加電壓，則在兩電極上感應(yīng)相反符號(hào)的電荷，相互作用引力，因此，外側(cè)隔膜層5b發(fā)生位移。此時(shí)，若外側(cè)隔膜層5b的外側(cè)與水及生物體接觸，則在這些介質(zhì)中放射聲波。這就是發(fā)送的電，聲(超聲波)轉(zhuǎn)換的原理。另一方面，施加DC偏置電壓，則在電極2、3上感應(yīng)一定的電荷，從外側(cè)隔膜層5b所接觸的介質(zhì)強(qiáng)制性地施加振動(dòng)，當(dāng)給予外側(cè)隔膜層5b位移時(shí)，對(duì)應(yīng)于位移的電壓在兩電極2、3間附加地生成。該接收的聲(超聲波)，電轉(zhuǎn)換的原理與作為可聽聲域的麥克風(fēng)使用的DC偏置型電容器麥克風(fēng)的原理相同。另外，在超聲波波束的形成方面，將上述換能器排列多個(gè)，并如圖43所示那樣陣列化使用。圖43中，通過超聲波換能器間的接線13將多個(gè)六邊形的超聲波換能器100電連接，形成圖示的虛線20劃分的一個(gè)信道。在利用超聲波換能器進(jìn)行超聲波脈沖的發(fā)送接收并根據(jù)回波信號(hào)將對(duì)象物的斷層像圖像化的情況下，超聲波換能器的電，機(jī)械變換效率的頻率特性越平坦，時(shí)間軸上的脈沖寬度越窄而越成為高分辨率。另外，'其優(yōu)點(diǎn)是，能夠根據(jù)從超聲波換能器到對(duì)象的距離選擇不同的頻率等，從而擴(kuò)大裝置的控制方法的自由度。因此，如圖44所示，專利文獻(xiàn)l中公開了一種方法，該方法將具有直徑不同的隔膜的超聲波換能器100用超聲波換能器間的接線連結(jié)而作為一個(gè)元件14同時(shí)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)寬帶域。另外，專利文獻(xiàn)2中提案有一種電容性超聲波換能器，其通過增強(qiáng)層(stiffinglayer)增強(qiáng)膜的中央部分。專利文獻(xiàn)3中還提案有一種聲響超聲波換能器，其在腔的上方配置有在膜的厚度尺寸內(nèi)配置了絕緣層部分和上部電極的部分。非專利文獻(xiàn)"Asurfacemicromachinedelectrostaticultrasonicairtransducer(表面被精細(xì)加工的靜電型超聲波空氣換能器)"，Proceedingsof1994IEEEUltrasonicsSymposium,pp.1241—1244專利文獻(xiàn)l:美國專利第5，870，351號(hào)說明書'專利文獻(xiàn)2:美國專利第6，426，582號(hào)說明書專利文獻(xiàn)3:美國專利第6，271，620號(hào)說明書但是，專利文獻(xiàn)l的技術(shù)中，如圖44所示，在全面鋪設(shè)大小不同的多邊形及圓形的隔膜而構(gòu)成超聲波探頭的情況下，在超聲波換能器間一定會(huì)產(chǎn)生間隙。該間隙因以下二個(gè)理由而產(chǎn)生致使超聲波探頭的性能惡化的問題。首先，由于有效的元件面積減少從而使實(shí)效的發(fā)送接收波的靈敏度下降。另外，當(dāng)沒有形成隔膜的元件部分從超聲波探頭的發(fā)送接收波口徑中露出時(shí)，從該部分進(jìn)入基板內(nèi)的聲音成為產(chǎn)生殘余聲音的原因，且成為診斷圖像上虛像產(chǎn)生的原因。殘余聲音從隔膜通過沒有形成隔膜的部分由與傳播來的超聲波鄰接的超聲波換能器的一端反射，并再次返回到原來的隔膜，這也成為原因。另外，通常，在換能器陣列中，各超聲波換能器的大小從考慮到超聲波的衍射的配置間隔決定其上限，從確保得到所需要的放射效率的放射阻抗的觀點(diǎn)來規(guī)定下限。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，這些超聲波換能器的大小通常從窄的范圍選擇。此外，上述目前的靜電型換能器(非專利文獻(xiàn)l記載)中，由于利用半導(dǎo)體制造技術(shù)，因此在制造工藝中使用與隔膜的平面形狀對(duì)應(yīng)的掩模。而且，變更隔膜的頻率特性的一方法有改變其大小(平面形狀)的方法。但是，為實(shí)施該方法而需要設(shè)計(jì)以及制造新的掩模。因此，存在時(shí)間和費(fèi)用增加、制造效率下降的問題。另外，改變隔膜的頻率特性的其他的方法有改變隔膜的厚度的方法。但是，如上所述，由于隔膜的大小被限制在窄的范圍內(nèi)，所以用于得到所希望的中心頻率的隔膜的厚度被大致一意地決定。而且，該超聲波換能器的靈敏度以及比帶寬，取決于隔膜的大小以及厚度。因此，存在不能實(shí)現(xiàn)所希望的頻率特性即中心頻率以及比帶寬的組合的問題。另外，上述目前的電容性超聲波換能器(參照專利文獻(xiàn)2)中，利用增強(qiáng)層(stiffinglayer)增強(qiáng)隔膜，但是，存在如下問題即使通過設(shè)置增強(qiáng)層得到了所希望的中心頻率，比帶寬也不能自動(dòng)地確定，從而不能實(shí)現(xiàn)所希望的頻率特性。此外，上述目前的聲音超聲波換能器(專利文獻(xiàn)3記載)中，由于在隔膜內(nèi)設(shè)有上側(cè)電極，故存在即使能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度的提高，同樣也不能提供用于得到所希望的頻率特性的裝置的問題。另外，在一片平坦的隔膜中，被激勵(lì)起的振動(dòng)模式和每個(gè)振動(dòng)模式的振動(dòng)頻率被確定了，同樣存在不能夠得到所望的頻率特性的問題。
發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明是鑒于上述問題而提出，其目的在于，提供一種可利用簡單的構(gòu)造來提高超聲波發(fā)送接收性能的超聲波換能器、超聲波探頭以及超聲波攝像裝置。本發(fā)明提供一種超聲波換能器，其隔著空隙而配置基板和隔膜而形成，所述基板在其內(nèi)部或表面具有第一電極，所述隔膜在其內(nèi)部或表面具有第二電極。并且，在所述隔膜或所述第二電極的表面或內(nèi)部具備至少一根梁。有關(guān)其他的裝置，由后述的實(shí)施方式進(jìn)行說明。根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠利用簡單的構(gòu)造來提高超聲波發(fā)送接收性能的超聲波換能器、超聲波探頭以及超聲波攝像裝置。圖1是表示第一實(shí)施方式的超聲波攝像裝置的構(gòu)成例的圖。圖2是說明隔膜間的距離與脈沖波形的關(guān)系的圖。圖3是說明隔膜間的距離與反射波形的關(guān)系的圖。圖4是說明隔膜間的距離與反射波形的強(qiáng)度的圖。圖5是表示第一實(shí)施方式的超聲波探頭的上表面圖。圖6是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體隔膜型的超聲波換能器的構(gòu)造的圖。圖7是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體隔膜型的超聲波換能器的上表面圖。圖8是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體隔膜型的超聲波換能器的上表面圖。圖9是寬帶域化后的頻率帶域的利用發(fā)生后的說明圖。圖10是用于通過模式切換一個(gè)電元件的寬度來使用的超聲波換能器的圖。圖11是根據(jù)到焦點(diǎn)的距離切換副元件的聚束方法的效果的說明圖。圖12是副元件聚束切換開關(guān)和周圍部分的說明圖。圖13是第一實(shí)施方式的換能器陣列的上面圖。圖14是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體隔膜型的超聲波換能器的剖面示意圖。圖15是切換一個(gè)電元件的寬度而使用的換能器陣列的上表面圖。圖16是第二實(shí)施方式的超聲波換能器的上表面圖。圖17是第二實(shí)施方式的超聲波換能器的剖面示意圖。圖18是表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖19是表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖20是表示換能器陣列的立體圖。圖21是表示超聲波換能器的頻率一靈敏度特性例的曲線圖。圖22是表示梁的彎曲狀態(tài)的示意圖。圖23是示意性地表示振動(dòng)體和比較例的振動(dòng)體的立體圖。圖24是表示將振動(dòng)體的梁的寬度做成基體寬度的20%時(shí)的共振頻率以及比帶寬的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。圖25是表示將振動(dòng)體的梁的寬度做成基體寬度的80%時(shí)的共振頻率以及比帶寬的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。圖26是示意性地表示變形例的梁的立體圖。圖27是表示另一個(gè)變形例的梁的形狀的立體圖。圖28是表示第四實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖29是表示第五實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖30是表示第六實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖31是表示第七實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖32是示意性地表示第七實(shí)施方式的超聲波換能器的動(dòng)作的垂直剖面圖。圖33是表示第八實(shí)施方式的外側(cè)隔膜層的俯視圖。圖34是表示第九實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖35是表示第十實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖36是表示第十一實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖37是表示第十二實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖38是表示第十三實(shí)施方式的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖39是表示第十四實(shí)施方式的超聲波換能器的俯視圖。圖40是表示比較例(現(xiàn)有例)的超聲波換能器的垂直剖面圖。圖41是表示具有縱橫比為1:2的矩形的平面形狀的隔膜的頻率一靈敏度特性的曲線圖。圖42是表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器100以及比較例的超聲波換能器100p的在水中的頻率特性的曲線圖。圖43是換能器陣列的上表面圖。圖44是將直徑不同的隔膜排列的超聲波換能器的說明圖。圖45是說明在隔膜間反射的超聲波的路徑的圖。圖46是從隔膜的間隙進(jìn)入基板的超聲波而引起的噪音生成的說明圖。圖中1基板，2、3電極，4空瞎:，5隔膜，7梁，B接線，14元件，17開關(guān)，100超聲波換能器，1000換能器陣列。具體實(shí)施方式下面，參照?qǐng)D1圖42、圖44圖46，對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，以下，將電和超聲波的轉(zhuǎn)換器稱作超聲波換能器；將陣列狀匯集的多個(gè)超聲波換能器的陣列稱作換能器陣列；將具有多個(gè)換能器陣列、且向被檢測體發(fā)送接收超聲波的部分稱作超聲波探頭。另外，將具備超聲波探頭、圖像制作部(根據(jù)由超聲波探頭得到的信號(hào)制作圖像的裝置)、顯示部(顯示圖像的裝置)、控制部等的基于超聲波的攝像裝置稱作超聲波攝像裝置。(第1實(shí)施方式)圖1是表示采用了第一實(shí)施方式的超聲波換能器的超聲波攝像裝置的構(gòu)成例的圖。使用該圖l對(duì)超聲波攝像裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。發(fā)送延遲*加權(quán)選擇部203，基于預(yù)先編程的發(fā)送接收程序控制部201的控制，選擇用于給予波束成型器204的各信道的發(fā)送延遲時(shí)間、加權(quán)函數(shù)的值?；谶@些值，發(fā)送波束成型器204通過用于切換發(fā)送接收波的多個(gè)開關(guān)205，將發(fā)送波脈沖給予電，聲轉(zhuǎn)換元件IOI。此時(shí)，通過偏置電壓控制部202也對(duì)電聲轉(zhuǎn)換元件101施加偏置電壓，其結(jié)果是，由電，聲轉(zhuǎn)換元件101對(duì)在此未圖示的被檢測體發(fā)送超聲波。而且，由于被檢測體內(nèi)的散射而反射的超聲波的一部分，再次由電，聲轉(zhuǎn)換元件101接收。在發(fā)送接收程序控制部201，在從進(jìn)行發(fā)送波的定時(shí)經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間后，本次，控制接收波束成型器使得起動(dòng)接收模式。所謂所述的規(guī)定時(shí)間，例如，為在從比被檢測體的深度lmm還深的地方取得圖像的情況下，聲音在lmm內(nèi)往復(fù)的時(shí)間。之所以發(fā)送波之后不進(jìn)入接收模式，是因?yàn)橐话阆鄬?duì)于發(fā)送的電壓的振幅，接收的電壓的振幅極其小至從100分之一到IOOO分之一的緣故。在接收波束成型器206中，根據(jù)被稱作所謂的動(dòng)聚焦的、反射超聲波的到達(dá)時(shí)間，連續(xù)地進(jìn)行延遲時(shí)間和加權(quán)函數(shù)的控制。動(dòng)聚焦后的數(shù)據(jù)由圖像制作裝置例如濾波器207、包絡(luò)線信號(hào)檢測器208、掃描變換器209轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)后，作為超聲波斷層像在顯示部210進(jìn)行顯示。在各種用途實(shí)際使用超聲波換能器時(shí)作為重要的基本的特性之一是用中心頻率和比帶寬(比帯域幅)表示的頻率特性。中心頻率fe為電'機(jī)械變換效率(靈敏度)最好的頻率。另外，比帶寬fh例如在為3dB寬度的情況下，作為將從中心頻率的靈敏度降到3bB的二個(gè)頻率的間隔除以中心頻率后的參數(shù)而被定義。比帶寬越寬越能夠?qū)⒁粋€(gè)超聲波換能器用于各種的頻率帶，或能夠形成時(shí)間寬度短的超聲波脈沖，因此，在使用超聲波波束攝像的情況下，能夠得到具有高的距離分辨率等的有益的特性。隔膜型的超聲波換能器的中心頻率fe為大致與隔膜的共振頻率相等的值，因此，當(dāng)設(shè)隔膜的剛性為D、質(zhì)量為m時(shí)，用下式(1)表示，比帶寬fh用下式(2)表示。[數(shù)學(xué)式l]振動(dòng)隔膜的剛性以及質(zhì)量在材料為固體的情況下，由振動(dòng)隔膜的形狀及其尺寸，以及振動(dòng)隔膜的厚度決定。因此，從原理上說，通過決定適宜的振動(dòng)隔膜的形狀和厚度，從而得到希望的頻率特性。但是，為了使中心頻率、靈敏度的最大值、比帶寬這三個(gè)參數(shù)最適合，僅由D和m這二個(gè)設(shè)計(jì)自由度是不夠的。拍攝通常的二維斷層像的超聲波攝像裝置用的超聲波探頭構(gòu)成如下與斷面層垂直的方向(短軸方向)為聲透鏡的固定焦點(diǎn)，在沿?cái)鄬用娴姆较?長軸方向)陣列化而排列振蕩器，利用電子焦點(diǎn)在斷層面內(nèi)所希望的位置將超聲波波束聚焦。而且，為了形成良好的超聲波波束，理想的是，在波束的中心頻率下的波長的一半程度的寬度將超聲波換能器陣列化例如，中心頻率為5MHz，以0.15mm程度的寬度陣列化。在短軸方向，超聲波換能器的寬度越寬，在焦點(diǎn)的波束寬度越窄，越是能夠得到空間分辨率高的斷層像，但是，當(dāng)短軸的固定焦點(diǎn)的焦域太窄時(shí)，由長軸的電子焦點(diǎn)難以控制焦點(diǎn)域。另外，從對(duì)患者的肋骨的間隙等患部進(jìn)行按壓而操作的情況下的使用方法的觀點(diǎn)出發(fā)，也希望短軸寬度為78mm程度。艮口，由于一個(gè)電元件的大小為78mmX0.15mm程度，所以，例如在隔膜的直徑為50um程度的情況下，150X3=450個(gè)隔膜以排列在一個(gè)電元件中的狀態(tài)下使用。當(dāng)該數(shù)百個(gè)隔膜各自的形狀、材質(zhì)改變時(shí)，能夠更自由地…(2)設(shè)計(jì)一個(gè)電元件整體的比帶寬。從原理上說，形狀、材質(zhì)具有自由度，但是，在實(shí)際的半導(dǎo)體工藝中，是在基板上依次制作層構(gòu)造，因此，對(duì)鄰接的每個(gè)超聲波換能器改變材質(zhì)是不現(xiàn)實(shí)的，且隔膜的厚度也難于改變。其結(jié)果是，最現(xiàn)實(shí)的方法是通過改變隔膜的直徑來設(shè)計(jì)所希望的比帶寬。美國特許第5870351號(hào)說明書(專利文獻(xiàn)l)中公開了如下一例，如圖44所示，在電耦合的一個(gè)元件中排列有多個(gè)隔膜直徑不同的六邊形。但是，在由直徑不同的圓及多邊形全面鋪設(shè)區(qū)域的情況下，存在充填效率下降的問題。這除了(隔膜的面積)/(元件整體的面積)的比率下降而使靈敏度下降的問題之外，還對(duì)元件的脈沖特性造成大的影響。關(guān)于該脈沖特性的劣化，參照?qǐng)D45進(jìn)行說明。如圖45所示，在配置多個(gè)大小不同的六邊形的隔膜的情況下，超聲波從目標(biāo)隔膜通過沒有形成隔膜的部分，由目標(biāo)隔膜周圍的隔膜的端面反射并再次返回目標(biāo)隔膜的路徑(圖中的箭頭)的長度，與全面鋪設(shè)單一大小的六邊形隔膜而形成的陣列的情況相比，變長。圖2是表示改變目標(biāo)隔膜和鄰接的隔膜之間的距離時(shí)的、通過有限元法模擬超聲波脈沖特性的結(jié)果的曲線圖。在此，舉例隔膜的寬度為60^m、長度為無限二維模型的例子。隔膜的材料為氮化硅(SiN)、厚度1.2um。從陣列前面到達(dá)的超聲波為中心頻率lOMHz的正弦波，循環(huán)數(shù)為一周期量。橫軸為時(shí)間，從陣列的前面到達(dá)的超聲波脈沖以到達(dá)隔膜表面的時(shí)間為原點(diǎn)?？v軸為向隔膜中心部分的垂直方向的速度。四條曲線表示鄰接隔膜間的距離分別為5um、20um、40um、60um的情況。從圖2可知，隨著擴(kuò)大鄰接隔膜間的距離，脈沖寬度加大。鄰接隔膜間的距離為5wm時(shí)，隔膜的變形大致與從外部到達(dá)的超聲波波形相同，隔膜中心部分進(jìn)行一周期量的正弦波的振動(dòng)后(約0.1微秒后)，振動(dòng)振幅急劇減小，脈沖寬度變窄，從超聲波向隔膜的變形轉(zhuǎn)換的傳遞函數(shù)的頻率特性幾乎平坦。另一方面，隨著鄰接隔膜間的距離加大，脈沖波形伸長。鄰接隔膜間距離為60um時(shí)，與鄰接隔膜間距離為5txm的情況比，脈沖寬度大致伸長1.5倍，在利用該條件的陣列的情況下，顯示空間分辨率惡化。圖3是表示從鄰接隔膜間距離為20um、40iim、60um的情況的接收波脈沖波形除去鄰接隔膜間距離為5Pm的情況的接收波波形的波形曲線。與來自鄰接隔膜的反射波幾乎沒有影響的條件、即鄰接隔膜間距離5um的接收波波形相比，能夠提取來自鄰接隔膜的反射波。顯著地表現(xiàn)出來自該鄰接隔膜的反射波隨鄰接隔膜間距離而加大。圖4是設(shè)該反射波的絕對(duì)值的積分值為縱軸，設(shè)鄰接隔膜間距離為橫軸的曲線?？v軸通過原接收波波形的絕對(duì)值的積分值而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化?？v軸的值為幾乎可以忽略反射波的影響的O.l以下是表示鄰接隔膜間距離為10um以下?？芍@是如下那樣的條件即若考慮在硅內(nèi)傳播的聲速為8000m/s，則由于lOMHz的超聲波的波長為800um因此是波長的1/80以下的條件。當(dāng)在作為電耦合多個(gè)隔膜型的超聲波換能器而構(gòu)成的一個(gè)元件的超聲波換能器的區(qū)域，存在有未形成隔膜的區(qū)域時(shí)，因以下所示的過程也會(huì)造成脈沖特性惡化。圖46是從隔膜的間隙進(jìn)入基板的超聲波生成噪聲的機(jī)構(gòu)的說明圖，(a)是隔膜及其周邊的剖面示意圖，(b)是表示接收波電壓信號(hào)隨的時(shí)間變化的圖。如圖46(a)所示，當(dāng)考慮接收從隔膜的上方來的超聲波脈沖的情況時(shí)，首先，直接入射到隔膜的超聲波脈沖A，如圖46(b)的橫軸時(shí)間、縱軸接收波電壓信號(hào)的曲線上的A所示那樣，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。另一方面，到達(dá)隔膜間的間隙區(qū)域的超聲波脈沖B，如圖46(a)的路徑a、b、c所示，在基板內(nèi)重復(fù)多重反射，同時(shí)通過隔膜的邊緣部到達(dá)隔膜。通過該路徑a、b、c后的超聲波脈沖也使隔膜變形而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，作為圖46(b)所示的波形B、B'、B"，在電信號(hào)方面表現(xiàn)。超聲波攝像裝置中，在觀察血管的內(nèi)部構(gòu)造的情況等，如血管外的組織部和血管的內(nèi)腔那樣，為了觀察反射率強(qiáng)度從40dB到《0dB的彼此不同的部位，對(duì)亮度進(jìn)行壓縮，在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行成像。因此，即使B及B'等的回波很微弱，若在來自血管周邊的組織的反射信號(hào)A中伴隨著時(shí)間延遲后的B或B'的回波，則這將作為血管內(nèi)部的像而被觀察，不能區(qū)分出是血管內(nèi)的血小板(:/，一夕)(斑塊)，還是B等的虛像。當(dāng)根據(jù)通常的超聲波攝像裝置的圖像的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行判斷時(shí)，反射信號(hào)B的振幅與反射信號(hào)A的振幅相比，必須抑制到小至1000分之一，即一60bB程度。如上所述，如果將隔膜的間隙的長度縮短到波長的1/80程度，則經(jīng)由間隙的聲的傳播效率下降，B的殘余聲音的影響不成問題。如果在該路徑a充分減小進(jìn)入晶片(々工八)內(nèi)的超聲波的大小，則即使不充分減小路徑b上的多重反射率，也能夠減小B的混響聲，因此，其結(jié)果是，有關(guān)對(duì)路徑b的多重反射的反射率造成較大影響的晶片和背面材料的粘著劑的厚度及材質(zhì)的選定的自由度增加，能夠取得制造工藝的自由度提高。.本實(shí)施方式中，采用適于使該隔膜間隙的面積最小化同時(shí)具有彼此不同的共振頻率并擴(kuò)大比帶寬的隔膜的形狀以及構(gòu)造。圖5是表示本實(shí)施方式的超聲波探頭的一例的圖，是表示構(gòu)成超聲波探頭的半導(dǎo)體隔膜型換能器陣列的一部分的上表面圖。圖6是表示切斷圖5所示的陣列中的一個(gè)隔膜型的超聲波換能器，并從斜上方觀察到的狀態(tài)的剖面示意圖。各隔膜型的超聲波換能器如圖6所示，在形成于基板1上的下部電極2(第一電極)上形成在內(nèi)部具有空隙4的內(nèi)側(cè)隔膜層5a，在其上面依次形成上部電極3(第二電極)、外側(cè)隔膜層5b，進(jìn)而在外側(cè)隔膜層5b的上面，形成聯(lián)結(jié)隔膜的對(duì)置的頂點(diǎn)間的梁7。下部電極2和上部電極3通過在內(nèi)部具有空隙4的內(nèi)側(cè)隔膜層5a對(duì)置而構(gòu)成電容器。在構(gòu)成六邊形的形狀的各隔膜的中心部，以與梁7連接方式形成與隔膜的形狀相似形狀的膜。另外，也有時(shí)將內(nèi)側(cè)隔膜層5a和外側(cè)隔膜層5b這兩者或一方簡單地表述為隔膜。對(duì)其他的構(gòu)成，也有時(shí)省略其符號(hào)。如圖7所示，若只形成梁7，則在隔膜中央附近的梁7交叉的部分，產(chǎn)生銳角的部分，在通過半導(dǎo)體的蝕刻工藝等削掉銳角部分時(shí)，有可能產(chǎn)生偏差。在此，若在中央形成相似形部分，則其優(yōu)點(diǎn)是不必制作銳角的部分。另外，隔膜型的超聲波換能器中，施加大的DC偏置電壓的一方積蓄的電荷多，因此，能夠提高發(fā)送接收波的靈敏度，但此時(shí)若施加過度的DC偏置電壓，則會(huì)導(dǎo)致隔膜的一部分與空隙4的相反側(cè)面接觸。這樣的接觸成為電荷向隔膜注入的原因，從而對(duì)元件的電聲轉(zhuǎn)換特性造成漂移。在形成有梁7的情況下，在梁7的間隙部分，且從隔膜的中心附近的部分開始接觸。為了加大在不接觸的情況下可以施加的DC偏置電壓的上限，不進(jìn)行凸凹變形是有利的，因此，在梁7的交點(diǎn)部附近形成與隔膜相似形的膜是有利的。此時(shí)，當(dāng)相似形部的大小過大時(shí)，梁7的間隙全部被埋住，就失去了形成梁7的意義，因此，理想的是相似形部的直徑相對(duì)隔膜整體的直徑為50%80%程度。在此，所謂梁7，為寬度比長度小、只覆蓋隔膜的一部分形狀的構(gòu)造體。梁7由于具備如下所示的硬度的條件，從而能夠?qū)Ω裟ば偷某暡〒Q能器整體的共振頻率產(chǎn)生影響。即，與構(gòu)成空隙4的上方壁部的隔膜部的材料的硬度相比，將梁7的硬度做得充分大、或與隔膜部的厚度比，將梁7的厚度做得充分大，由此，隔膜型的超聲波換能器整體的共振頻率能夠由梁7的形狀和材質(zhì)控制。例如，若考慮寬度w、長度l、厚度t的單純的長方體形狀的梁7，則厚度方向的共振頻率fb由下式(3)導(dǎo)出。在此，E為楊氏模量、I為截面力矩、m為質(zhì)量。[數(shù)學(xué)式2]截面形狀為長方形的梁7，其截面力矩I為Wt3/3，故式(3)變成式(4)。另外，由于式(4)為比例式，故省略了系數(shù)。[數(shù)學(xué)式3]所以，在梁7的材質(zhì)相同、厚度t和長度l一定的情況下，共振頻率fb與寬度W的平方根成正比。梁7是在周邊部為寬度W的長方體，在隔膜的中心部為與隔膜相似形的、如圖5及圖6所示的形狀的情況下，若將隔膜中心部近似為質(zhì)量M的錘，則式(3)變成式(5)，可與上述大致相同的方式進(jìn)行處理。這樣，如果能夠利用梁7的寬度W的大小控制隔膜的共振頻率，則隔膜的直徑一定，如圖5所示，對(duì)設(shè)于隔膜的表面或里面的梁7的寬度W不同的超聲波換能器進(jìn)行全面鋪設(shè)，由此消除隔膜間的間隙，從而能夠由共振頻率不同的多個(gè)隔膜型的超聲波換能器構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器。圖5中，用虛線[數(shù)4]20表示作為一個(gè)元件起作用的超聲波換能器的邊界線。此時(shí)，下部電極2與構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器的多個(gè)隔膜型的超聲波換能器相通，用接線13將構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器的多個(gè)隔膜型的超聲波換能器的上部電極彼此電連接。下面，對(duì)構(gòu)成圖6所示的隔膜型的超聲波換能器的材料和尺寸的例子進(jìn)行說明。基板l由硅構(gòu)成，在硅基板的上面形成有厚度500nm程度的由金屬或多晶硅構(gòu)成的下部電極2。在下部電極2上，以50nm程度的厚度形成的氧化硅等絕緣膜，在其上形成厚度方向的尺寸為200nm程度的空隙4，形成構(gòu)成空隙4的上壁的100nm程度的絕緣膜(第一隔膜)5，且在其上形成厚度為400nm程度的由鋁等金屬形成的上部電極3，并在其上形成厚度為200nm程度的由覆蓋空隙4的全面的氮化硅形成的外側(cè)隔膜層5b，在其上面形成厚度為1000nm程度的構(gòu)成梁7的氮化硅的膜。但是，這些材質(zhì)及尺寸為簡單的一例，與上述說明的不一樣也沒關(guān)系。例如，當(dāng)由氮化硅構(gòu)成梁7，使隔膜的直徑為60um、膜的厚度以及梁的厚度分別為2lim以及4um時(shí)，W,在0.5lim時(shí)的中心頻率為7.8MHz，一6dB比帶寬為120%(—6dB比帶域?yàn)?12.5MHz)。'\￥2在4ym時(shí)的中心頻率為lOMHz，一6dB比帶寬為100%(—6dB比帶域?yàn)?15MHz)。\￥3在20lim時(shí)的中心頻率為11.5MHz，一6dB比帶寬為96%(—6dB比帶域?yàn)?17MHz)。通過將具有梁的寬度W,、W2、W3的超聲波換能器的數(shù)分別設(shè)到最合適(使W,和W3的數(shù)比W2的數(shù)多，更能夠得到平坦的頻率)，一6dB帶域達(dá)到317MHz，即一6dB帶域?qū)挾葹?40%。目前公知的隔膜構(gòu)造中，一6dB帶寬為100120%，因此，—6dB帶寬能夠提高4020個(gè)百分點(diǎn)。圖5所示的例子中，在形成為多邊形的形狀的隔膜的中心部，按照與梁7連續(xù)的方式形成有與隔膜的形狀相似形的膜，但是不用說，如圖7所示，即使在中心部沒有形成與隔膜的形狀相似形的膜的梁7，也能夠得到相同的效果。另一方面，如圖8所示，在隔膜的中心部設(shè)置硬的區(qū)域15，通過改變?cè)撚驳膮^(qū)域15的大小，保持整體隔膜的大小，在該狀態(tài)下也能夠不同地設(shè)定各隔膜的共振頻率。但是，可考慮隔膜的共振頻率對(duì)由質(zhì)量、構(gòu)造和由材質(zhì)確定的彈簧的影響進(jìn)行分解，相對(duì)于彈簧的強(qiáng)度，在隔膜的厚度厚的情況下，控制對(duì)在隔膜的邊緣部的材質(zhì)、形狀的影響，因此，在圖8所示的形狀方面,設(shè)定使每個(gè)隔膜的頻率不同比較困難。因而，與如圖8所示，在隔膜的中心形成大小不同的硬的區(qū)域15的構(gòu)造相比，優(yōu)選在如圖5及圖7所示，形成為多邊形的形狀的隔膜的表面或里面形成連結(jié)隔膜的對(duì)置的頂點(diǎn)間的寬度不同的梁7的構(gòu)造。下面，對(duì)活用本發(fā)明的超聲波探頭的寬帶域特性的方法進(jìn)行說明。圖9(a)是說明使用比帶寬60%程度的以往的探頭情況下的、每個(gè)觀察部位的頻率的選擇方法的圖。一般是頻率高的一方波長短，因此空間分辨率提高。但是，伴隨著超聲波的傳播的衰減，大致與頻率成比例地增大，因此，在觀察被檢測體的深部的情況下，由于有衰減，故而大部分信號(hào)不能返回。這樣，因衰減引起的信號(hào)對(duì)噪聲比的惡化和空間分辨率處于交替換位(卜^一K才7)的關(guān)系，因此，在滿足所希望的信號(hào)對(duì)噪聲比的范圍內(nèi)，選擇盡可能高的頻率。所以，根據(jù)察對(duì)象的深度，能夠大致自動(dòng)地確定最合適的頻率，為了從休表觀察約1520cm深的地方(肝臟等)，而選擇2MHz程度的頻率，為了從甲狀腺等體表觀察數(shù)英寸的部位，而選擇lOMHz程度的頻率，在如血管內(nèi)探頭這樣的情況，進(jìn)一步選擇頻率。以往，還沒有覆蓋這樣的2MHz15MHz程度的寬頻率的超聲波的探頭，因此，將探頭對(duì)每個(gè)對(duì)象部位最合適化，并使用設(shè)定了規(guī)定的中心頻率的探頭。因此，只要元件的寬度也一定即可，對(duì)從波長的一半到75%程度這樣的固定元件寬度的元件進(jìn)行了陣列化。但是，根據(jù)本發(fā)明，如圖9(b)所示，可用一個(gè)探頭大體上覆蓋以人體作為對(duì)象時(shí)需要的頻率域。圖9(b)的f,、f2、f3為各模式下的驅(qū)動(dòng)頻率。在此，為了利用一個(gè)探頭根據(jù)距離對(duì)象部位的體表的深度切換驅(qū)動(dòng)頻率，使中心頻率相差很多而工作，元件寬度必須可以切換。元件寬度的切換在如下情況，在選擇對(duì)象部位時(shí)決定在^"個(gè)攝像面內(nèi)一定的情況；對(duì)象部位比較大、在一個(gè)畫面內(nèi)也需要根據(jù)設(shè)定對(duì)象部位的場所的改變而進(jìn)行切換的情況；對(duì)象部位從體表的附近向深的部分?jǐn)U展，在接收超聲波的同時(shí)隨著焦點(diǎn)位置的移動(dòng)元件寬度也需要切換的情況。例如，參照裝置圖，對(duì)在接收的同時(shí)切換元件寬度的情況進(jìn)行說明。將發(fā)自圖1的發(fā)送波束成型器204的寬帶域的超聲波脈沖通過開關(guān)205以及副元件聚束切換用的開關(guān)17，施加給由副元件16構(gòu)成的超聲波探頭，在此將超聲波脈沖發(fā)送到未圖示的被檢測體。發(fā)送波束成型器204中，與縮小波束而提高空間分辨率相比，重要的是發(fā)送寬的超聲波脈沖，提高信號(hào)對(duì)噪聲比，因此，一個(gè)信道內(nèi)的副元件數(shù)減少，使全口徑變窄。在被檢測體內(nèi)散射的超聲波從淺的部位依次返回，因此，從在生物體內(nèi)的傳播距離短的超聲波起，依次返回。從該被檢測體內(nèi)返回來的超聲波，目前的技術(shù)是通過開關(guān)205由收波波束成型器206接收，調(diào)整在各信道間的遲延時(shí)間、加權(quán)系數(shù)，通過包絡(luò)線檢波、掃描記錄裝置，而顯示斷層像。另一方面，本發(fā)明中，副元件16和開關(guān)205之間的副元件聚束的開關(guān)17中，在接收來自較淺部分的超聲波時(shí)，以與發(fā)送來的帶域的上端的帶域?qū)?yīng)的聚束數(shù)聚束，在接收來自較深的部分的超聲波時(shí)，以與發(fā)送來的帶域的下端的帶域?qū)?yīng)的聚束數(shù)聚束。從來自較淺部分的超聲波的接收到來自深的部分的超聲波的接收，在時(shí)間上是連續(xù)的，因此，副元件數(shù)的切換在時(shí)間上也必須連續(xù)地進(jìn)行。圖5的例子中，縱橫連接六邊形的隔膜形成電的1個(gè)元件的超聲波換能器，但為了實(shí)現(xiàn)上述的模式，如圖IO所示，將多個(gè)超聲波換能器只在短軸方向利用接線13在超聲波換能器間進(jìn)行接線，將該電接線的超聲波換能器作為副元件，通過改變?cè)陂L軸方向(陣列方向)聚束的副元件的數(shù)量，由此，能夠根據(jù)模式而切換元件寬度。在此，所謂模式，是指根據(jù)對(duì)象部位的深度自動(dòng)確定攝像條件。作為攝像條件，是指驅(qū)動(dòng)頻率、所接收的頻率過濾的隔斷(cutoff)值、發(fā)送正弦波的波數(shù)、時(shí)間軸加權(quán)函數(shù)、口徑加權(quán)函數(shù)等。當(dāng)超聲波換能器的操作者選擇或輸入對(duì)象部位時(shí)，通常攝像的深度的范圍被確定，可推定介質(zhì)衰減的程度，因此能夠確定最合適的頻率等諸多條件。根據(jù)情況，在觀察肝臟及心臟等比較大的臟器官的情況等，即使對(duì)象部位被確定，對(duì)象部位也大多從附近擴(kuò)大到遠(yuǎn)方，因此，即使一個(gè)對(duì)象部位也具有多個(gè)模式，并根據(jù)反射回波的生成的深度，也有時(shí)一邊自動(dòng)地切換模式一邊使用。副元件，通過用導(dǎo)電體恒久地連接上部電極彼此的隔膜型的超聲波換能器的集合體而構(gòu)成。副元件，還在構(gòu)成用于波束成形的一個(gè)元件時(shí)，成為通過可切換的開關(guān)而聚束的單位超聲波換能器。圖10中，虛線20表示電接線的超聲波換能器副元件間的邊界線。圖10表示在相對(duì)陣列化方向垂直的方向電連接的四個(gè)副元件16a16d。例如，構(gòu)成一個(gè)隔膜型的超聲波換能器的隔膜的直徑為50wm時(shí)，不用說，不能在比隔膜一個(gè)寬度還窄的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，但成為2MHz下的波長的75%的0.55mm的元件寬度可通過直徑50um的隔膜1]列而實(shí)現(xiàn)，20MHz下的波長的75%的55Pm的元件寬度可通過直徑50um的隔膜1列而實(shí)現(xiàn)，因此，在2MHz20MHz的范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)于每個(gè)模式的最合適的元件間距。即，該情況下，以2MHz驅(qū)動(dòng)超聲波探頭時(shí)，將鄰接的副元件每十一個(gè)束扎的元件作為一個(gè)元件，同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由此能夠?qū)崿F(xiàn)元件寬度0.55mm，以20MHz驅(qū)動(dòng)超聲波探頭時(shí)，通過獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各副元件而能夠?qū)崿F(xiàn)元件寬度55um。圖11是具體地說明將該副元件聚束的幾種切換方法、以及由此帶來的效果的圖。圖11(a)表示在最近的距離Fn對(duì)準(zhǔn)發(fā)送或接收的焦點(diǎn)的狀態(tài)。此時(shí)，各元件將寬度Ws的一個(gè)副元件作為一個(gè)元件構(gòu)成，因此，在信道數(shù)N的系統(tǒng)的情況下，全口徑寬度Wn為Wn=WsXN。另一方面，圖11(b)表示在更深的距離Ff對(duì)準(zhǔn)了焦點(diǎn)的狀態(tài)。此時(shí)，寬度Wc的元件通過將二個(gè)副元件束扎而構(gòu)成，因此，全口徑寬度Wf為Wf=WcXN=2XWsXN。而且，通過對(duì)于較深的焦點(diǎn)增加束扎副元件的數(shù)量，能夠擴(kuò)大全口徑寬度。這樣，即使改變超聲波探頭的焦點(diǎn)也能夠?qū)值、即焦點(diǎn)距離/口徑寬度大體保持一定，因此，與元件寬度以及信道數(shù)一定的情況相比，在附近能夠抑制因F值過小而引起的光柵瓣(^k一亍^y歹口一7、')(無用發(fā)射)的生成，在遠(yuǎn)方能夠抑制因F值過大而引起的焦點(diǎn)的模糊。該副元件的聚束開關(guān)也可以安裝在超聲波攝像裝置內(nèi)，但是如圖12所示，通過將副元件的聚束開關(guān)17，設(shè)置在比將與超聲波攝像裝置連接的端子19和超聲波換能器連結(jié)的電纜18更靠副元件16側(cè)，能夠?qū)㈦娎|18的根數(shù)限制到需要的最小限。其結(jié)果是，能夠大幅度降低操作者手持超聲波換能器操作時(shí)的負(fù)擔(dān)。接著，對(duì)利用六邊形以外的形狀的隔膜的隔膜型換能器陣列的例子進(jìn)行說明。使隔膜的間隙的面積最小，且在共振頻率不同的隔膜內(nèi)埋入超聲波探頭的發(fā)送接收波面，這也能夠通過利用長方形的隔膜而實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，當(dāng)長方形的隔膜的長邊和短邊的比近似為1:1時(shí)，由于在與各自的邊的長度對(duì)應(yīng)的模式間進(jìn)行耦合振動(dòng)，故共振模式復(fù)雜，顯然即使在寬帶域，在用絕對(duì)值和相位這兩方觀察頻率特性的情況下，相位也不是一定的，其結(jié)果是，有時(shí)每個(gè)頻率成分具有不同的延遲，造成時(shí)間軸上的脈沖特性的惡化。但是，如果加大長邊和短邊的長度差異(例如，h8以上等)，則長方形的隔膜以沿短邊變形的桶型振動(dòng)，大致由短邊的長度決定共振頻率。圖13(a)是表示使用具有長方形的隔膜的隔膜型的超聲波換能器的超聲波探頭的例子的平面示意圖。另外，圖14表示陣列化方向的剖面圖。如圖14所示，通過構(gòu)成為使空洞部分的寬度不同，能夠在電接線的一個(gè)元件中具備具有不同的共振頻率的隔膜。該超聲波探頭分別配置成，使每個(gè)隔膜型的超聲波換能器的構(gòu)成要素的部位的多個(gè)隔膜的長邊方向與電接線的一個(gè)元件14的長邊的方向一致，即配置成與換能器陣列的陣列化方向垂直的方向。在各隔膜的下方設(shè)有與該隔膜大致相同形狀的上部電極以及空隙，通過設(shè)于空隙下方的共通的下部電極和上部電極構(gòu)成電容器。另外，具備長方形的隔膜的各超聲波換能器，具有由其隔膜的短邊的長度確定的共振頻率。通過對(duì)將電接線的一個(gè)元件14的短邊分割為多數(shù)那樣的隔膜的短邊的長度的組合進(jìn)行選擇，能夠得到無間隙地配置且電氣上被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的中心頻率不同的多個(gè)隔膜的一個(gè)超聲波換能器。例如，如果設(shè)Wo為500um、由氮化硅構(gòu)成的膜的厚度為3um，則Wi為60um時(shí)的中心頻率為7.8MHz，一6dB比帶寬為120%(—6dB比帶域312.5MHz);W2為50tim時(shí)的中心頻率為10MHz，一6dB比帶寬為100%(—6dB比帶域?yàn)?15MHz);W3為40iAm時(shí)的中心頻率為11.5MHz，一6dB比帶寬為100%(—6dB比帶域?yàn)?17MHz)。通過分別使具有短邊的長度W卜W2、W3的超聲波換能器的數(shù)最合適(使W,和W3的數(shù)多于W2的數(shù)的一方更能夠得到平坦的頻率)，從而一6dB帶域?yàn)?15MHz，即一6dB比帶寬為140%。以往公知的隔膜構(gòu)造中，一6dB比帶寬為100120%程度，因此，一6dB帶寬提高4020百分點(diǎn)。圖13(b)是表示使用具有長方形的隔膜的隔膜型換能器陣列的超聲波探頭的其他例的平面示意圖。該超聲波探頭分別配置成，使每個(gè)超聲波換能器的構(gòu)成要素的部位的多個(gè)隔膜的長邊方向與一個(gè)電元件14的短邊的朝向相同，即配置成與換能器陣列的陣列化方向相同的方向。在各隔膜的下方，設(shè)置與其隔膜大致相同形狀的上部電極以及空隙，通過設(shè)于空隙下方的公共的下部電極和上部電極構(gòu)成電容器。即使通過配置這樣的隔膜，也能夠用中心頻率不同的多個(gè)隔膜無間隙地充填超聲波探頭的表面。在這些排列不同的中心頻率的隔膜時(shí)，盡可能不出現(xiàn)規(guī)律性地排列的一方，因不發(fā)生無用的光柵瓣，故優(yōu)選之。另夕卜，圖13(b)也與圖13(a)—樣，由于針對(duì)W,、W2、W3決定共振頻率，所以選擇的方法以及有關(guān)效果也與圖13(a)的情況相同。本實(shí)施方式中，也如圖15所示，設(shè)定成通過模式自由改變陣列的長軸方向的元件寬度，這從充分利用本發(fā)明的超聲波攝像元件具有的寬帶域特性的觀點(diǎn)來看是有益的。另外，圖15中，只在與陣列化方向垂直的方向?qū)⒍鄠€(gè)超聲波換能器接線而構(gòu)成多個(gè)副元件，通過變更副元件的聚束方法變更陣列的長軸方向的元件寬度，但是，也可以，如圖13(a)或13(b)所示，將接線后的多個(gè)隔膜型的超聲波換能器構(gòu)成的元件14作為一個(gè)副元件，通過聚束開關(guān)變更副元件的聚束方法，按照模式變更陣列的長軸方向的元件寬度。(第2實(shí)施方式)圖16是表示第二實(shí)施方式的超聲波換能器的平面示意圖。圖17(a)是其剖面示意圖。如圖16、圖17(a)所示，通過在外側(cè)隔膜層5b的表面設(shè)置寬度不同的多個(gè)梁7a7e，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶域的超聲波換能器100q。本實(shí)施方式的超聲波換能器100q通過一個(gè)隔膜構(gòu)成由一個(gè)電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的元件，即一個(gè)電元件，在一個(gè)隔膜上排列多個(gè)中心頻率不同的梁7，并擴(kuò)大作為隔膜整體的帶域?qū)挾取D16的例中，在構(gòu)成一個(gè)超聲波換能器的長方形的外側(cè)隔膜層5b上，形成有多個(gè)矩形的梁7a7e，使其橫切隔膜的短邊方向。梁7a的短邊的寬度為W,、梁7b的短邊的寬度為W2、梁7c的短邊的寬度為W3、梁7d的短邊的寬度為W4、梁7e的短邊的寬度為W5，寬度W,W5彼此不同。圖16的隔膜和梁7的關(guān)系在對(duì)梁7的交叉點(diǎn)部影響不大的情況下，與圖5中的W,、W2、W3和共振頻率的關(guān)系相同。另外，如圖17(b)所示，也可以將寬度不同的梁埋入外側(cè)隔膜層5b的內(nèi)部而設(shè)置。圖16所示的超聲波換能器100q的情況，仍然如上所述，在每個(gè)具有各自的中心頻率的梁7的排列方，盡可能地配置成沒有周期性，且必須注意不要形成光柵瓣(無用發(fā)射)。上述各實(shí)施方式中，對(duì)用于拍攝2維斷層像的1維陣列的例子進(jìn)行了說明，2維陣列及1.5維陣列中，構(gòu)成一個(gè)電元件的隔膜的數(shù)量雖然減少，但由于由多個(gè)隔膜構(gòu)成一個(gè)電元件的情況未改變，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)如下?lián)Q能器陣列即配置有作為本發(fā)明的特征即將間隙抑制在最小限的、由中心頻率不同的多個(gè)隔膜構(gòu)成的電元件。另外，所謂1.5維陣列，是指通過在超聲波波束位置或掃描方向的方向(長軸)，即在與攝像面垂直的方向(短軸)也陣列化，從而具有短軸側(cè)的焦點(diǎn)也可變的構(gòu)成的陣列。(第3實(shí)施方式)接著，參照?qǐng)D18圖27的各圖，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式相同的構(gòu)成用相同的符號(hào)表示，重復(fù)之處，其說明適當(dāng)省略。圖18是表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器100的垂直剖面圖，圖19是表示該超聲波換能器100的俯視圖。另外，與圖40的情況一樣，為了便于說明，設(shè)超聲波換能器100接收超聲波的方向，即圖18的下方以及對(duì)于圖19的紙面的垂直下方向?yàn)閦方向。另外，設(shè)圖18以及圖19的右手方向?yàn)閤方向，對(duì)于圖8的紙面的垂直方向以及圖19的上方向?yàn)閥方向。如圖18以及圖19所示，該超聲波換能器100為靜電型的隔膜型換能器，其具有基板l，其為平板狀，由硅(Si)單結(jié)晶等的絕緣體或半導(dǎo)體構(gòu)成；電極2，其由鋁(Al)等的導(dǎo)電體形成、位于在基板1的上面薄膜狀形成的基板1側(cè)；隔膜5，其在該電極2的上面薄板狀形成；梁7，其為一個(gè)或多個(gè)，形成于該隔膜5的上面。另外，為了便于說明，在該超聲波換能器100中，將具備隔膜5的、發(fā)送接收超聲波的面作為上面，將基板1側(cè)的面作為下面。隔膜5，在內(nèi)部具有空隙4，覆蓋該空隙4的上面的部分為用于通過振動(dòng)產(chǎn)生超聲波的振動(dòng)部分5c。隔膜5，包含表示隔膜5的振動(dòng)部分5c與基板1側(cè)的電極2的間隔的空隙4，并具備內(nèi)側(cè)隔膜層5a，其以即使該振動(dòng)部分進(jìn)行過量位移也不將基板1側(cè)的電極2和隔膜5側(cè)的電極3(后述)導(dǎo)通的方式絕緣；外側(cè)隔膜層5b，其以覆蓋該內(nèi)側(cè)隔膜層5a的上面的方式形成；電極3，其由與電極2同樣的材質(zhì)形成、位于在內(nèi)側(cè)隔膜層5a和外側(cè)隔膜層5b之間形成為薄膜狀的隔膜5側(cè)。隔膜5以及梁7的材質(zhì)例如為在美國特許第6359367號(hào)說明書中記載的材質(zhì)。例如有，硅、藍(lán)寶石、所有形式的玻璃材料、聚合物(聚酰亞胺等)、多晶硅、氮化硅、氧氮化硅、金屬薄膜(鋁合金、銅合金、或鎢等)、旋塗玻璃(SOG)、可埋入(implantable)摻雜劑或擴(kuò)散涂料劑，乃至由氧化硅及氮化硅構(gòu)成的成長薄膜等。正常情況下，隔膜5的振動(dòng)部分5c與基板1的間隔，即空隙4的厚度(z方向的尺寸)，主要通過內(nèi)側(cè)隔膜層5a以及外側(cè)隔膜層5b這兩方或任--的上下方向(z方向)的剛性維持。而且，該剛性通過梁7在規(guī)定方向被強(qiáng)化。即，本實(shí)施方式的超聲波換能器100的最大的特征在于，在隔膜5上配設(shè)梁7，調(diào)整隔膜5的剛性。超聲波換能器100通過適宜設(shè)定隔膜5的厚度(z方向的長度)和梁的厚度(z方向的長度)的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)所希望的共振頻率fb和比帶寬fh的組合。為了改變隔膜5以及梁7的平面形狀(x方向以及y方向的尺寸)，制造工序中需耍不同的掩模(未圖示)，但為了改變這些的厚度(z方向的尺寸)，只要調(diào)節(jié)為隔膜的材料的物質(zhì)堆積到所希望的厚度的時(shí)間等，簡單地變更制造工藝的控制即可，從而其具有能夠用同一制造設(shè)備進(jìn)行制造的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)將該超聲波換能器100大概作為電元件概觀時(shí)，夾持作為感應(yīng)體發(fā)揮功能的空隙4，使其作為配置有成為各極板的基板1側(cè)的電極2以及隔膜5側(cè)的電極3的可變?nèi)萘侩娙萜鲃?dòng)作。具體地說，由于當(dāng)在隔膜5上作用力時(shí)發(fā)生位移，因此，電極2和電極3的間隔發(fā)生變化，該電容器的靜電容量發(fā)生變化。另外，當(dāng)在電極2和電極3上作用電位差時(shí)，有各自不同的電荷儲(chǔ)存，其相互發(fā)生作用力，從而使隔膜5發(fā)生位移。即，該超聲波換能器100是，具有將輸入來的高頻率電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波信號(hào)，向水及生物體等介質(zhì)中放射，再將由介質(zhì)輸入來的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻率電信號(hào)輸出的功能的電聲轉(zhuǎn)換元件。圖20是表示換能器陣列1000的立體圖。該換能器陣列1000為形成超聲波探頭(未圖示)的超聲波發(fā)送接收面的結(jié)構(gòu)，在基板1上形成多個(gè)上述的超聲波換能器100，對(duì)每規(guī)定個(gè)數(shù)通過接線13進(jìn)行連接。超聲波換能器100的個(gè)數(shù)不限于圖示的，也可以根據(jù)半導(dǎo)體制造技術(shù)將更多個(gè)超聲波換能器100集成在更大的基板1上。每個(gè)或每規(guī)定個(gè)數(shù)匯集的超聲波換能器100，通過發(fā)送接收開關(guān)，與具有該超聲波探頭的超聲波攝像裝置的發(fā)送波束成型器以及接收波束成型器連接(均未圖示)，作為相控陣列動(dòng)作，用于發(fā)送接收超聲波。另外，圖示的超聲波換能器100的排列為一例，除蜂窩(honeycomb)狀外;也可以是網(wǎng)格(grid)狀等其他的排列狀態(tài)。另外，排列面可以是平面狀或曲面狀的任何一種，該面形狀也可以做成圓形狀或多邊形狀等。或者，也可以將超聲波換能器ioo排列成直線狀或曲線狀。該超聲波探頭，例如具有換能器陣列1000，該換能器陣列1000通過短片狀(冊(cè)狀)排列多個(gè)超聲波換能器100的組而形成陣列型、或扇狀排列多個(gè)超聲波換能器100而形成凸面型。另外，該超聲波探頭中，在超聲波換能器00的介質(zhì)(被檢測體)側(cè)配置有聲匹配層，該聲匹配層對(duì)使超聲波收束的聲透鏡、超聲波換能器100和介質(zhì)(被檢測體)的聲阻抗進(jìn)行匹配。另外，在其背面?zhèn)?相對(duì)于介質(zhì)側(cè)的相反側(cè))設(shè)有吸收超聲波的傳播的襯墊Cy年y夕、')材料。圖21是表示超聲波換能器100的頻率一靈敏度特性例的曲線圖。該曲線圖中，橫軸代表頻率f，縱軸代表表示電機(jī)械變換效率的靈敏度G(增益；Gain)。將靈敏度G最高的頻率f設(shè)為峰值頻率fP，并使得靈敏度G從最高值到一3[dB]的范圍的頻率帶寬fw,。將成為頻率帶寬fw的中心的頻率設(shè)為中心頻率fe，用頻率帶寬4除以中心頻率&后的值(即，以中心頻率fe對(duì)頻率帶寬f、v進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的值)作為比帶寬fh(未圖示)。作為超聲波換能器100的重要的基本特性之一，可以舉出靈敏度G。靈敏度G的意思是使電能量與聲波等的機(jī)械能量相互轉(zhuǎn)換的效率。因此，從提高發(fā)送效率、還有檢測微弱的聲波信號(hào)的觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是，超聲波換能器100的靈敏度G較高。作為超聲波換能器100另外一個(gè)重要的基本特性，可以舉出比帶寬fi，。其優(yōu)點(diǎn)是，比帶寬fh越大，可使用的頻率范圍越寬，并可以共用一個(gè)超聲波換能器100而實(shí)現(xiàn)各種目的。而且，還有以下優(yōu)點(diǎn)，艮l],比帶寬fh越大，越能夠形成脈沖寬度窄(即，占有頻率帶寬較寬)的超聲波脈沖，超聲波攝像等越能夠得到高的距離分辨率。但是，如從能量保存的法則導(dǎo)出那樣，靈敏度G的高度和比帶寬fh的寬度存在相反關(guān)系。因此，在設(shè)計(jì)超聲波換能器100時(shí)，重要的是，在該限界內(nèi)選擇所希望的中心頻率fe和共振頻率fb的組合。由于超聲波換能器100為隔膜型，所以中心頻率ft和共振頻率fb大致相等。就共振頻率fb而言，當(dāng)設(shè)隔膜5的剛性為D、質(zhì)量為m時(shí)，存在上述的式(1)的關(guān)系。比帶寬fh存在上述的式(2)的關(guān)系。隔膜5的剛性D以及質(zhì)量m在其材質(zhì)已定時(shí)，由其平面形狀以及厚度確定。因此，如果能夠適宜設(shè)定隔膜5的平面形狀以及厚度這兩者，就能夠得到所希望的頻率特性(中心頻率fe共振頻率fb)和比帶寬fh的組合)。圖22是表示梁7的彎曲狀態(tài)的示意圖。該梁7在不作用力的狀態(tài)下，是寬度為W、長度為v、厚度為t的長方體狀。該梁7的厚度方向(隔膜5的振動(dòng)方向；z方向)的剛性D，當(dāng)設(shè)該梁7的質(zhì)量為m、楊式模量為E時(shí)、存在下式(6)的關(guān)系。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>另一方面，梁7的質(zhì)量m，當(dāng)設(shè)其密度為P時(shí)，可由下式(7)求得。[數(shù)6]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>該梁7的厚度t方向(z方向；隔膜5的振動(dòng)方向)的共振頻率fb存在下式(8)的關(guān)系。[數(shù)7]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(8)因此，梁7的共振頻率fb與厚度t成比例。另外，比帶寬fh與衰減常數(shù)^成比例，衰減常數(shù)C為下式(9)的關(guān)系。[數(shù)8]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>在此，當(dāng)將式(8)代入式(9)時(shí)，得到下式(10)。[數(shù)9]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>10)從該式(10)可知，衰減常數(shù)；在共振頻率fb—定時(shí)，與梁7的質(zhì)量m成反比。即，假如梁7的寬度W以及長度V既定，則可知比帶寬fh與厚度t成反比。長方體狀的梁7在其平面形狀(寬度w以及長度v)已定時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)所希望的共振頻率fb，其厚度t確定為一個(gè)值。另外，當(dāng)梁7的材質(zhì)和各尺寸確定時(shí)，質(zhì)量m也確定，因此，比帶寬fh也被一意地確定。另外，例如隔膜5的振動(dòng)部分5c(除去梁7后的平板狀的部分)等視為均質(zhì)的長方體，可以說與該梁7—樣。圖23是示意性表示本發(fā)明的振動(dòng)體6a和比較例的振動(dòng)體6b的立體圖。如圖23(a)所示，本發(fā)明的振動(dòng)體6a是模仿第三實(shí)施方式的隔膜5的振動(dòng)部分5c的結(jié)構(gòu)，其具有平板狀的基體20a、配設(shè)于該基體20a上的一根梁7d。基體20a的厚度為t,，梁7d的厚度為t2。另外，如圖23(b)所示，比較例的振動(dòng)體6b，為具有從上述的振動(dòng)體6a取下梁7d的形狀的部分，由平板狀的基體20b構(gòu)成?；w20ba的厚度為to。振動(dòng)體6a的基體20a及梁7d、以及振動(dòng)體6b的基體20b的長度(y方向的尺寸)均為v。另外，基體20a以及基體20b的寬度(x方向的尺寸)均為w,，梁7d的寬度(x方向的尺寸)為2。而且，基體20a、基體20b、以及梁7d均為相同的材質(zhì)。圖24表示設(shè)本發(fā)明的振動(dòng)體6a的梁7d的寬度w2為基體20a的寬度Wl的20%時(shí)的共振頻率fb以及比帶寬fh的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。橫軸方向，表示梁的比厚度t2/te，即將振動(dòng)體6a的梁7d的厚度t2通過振動(dòng)體6b的基體20b的厚度to標(biāo)準(zhǔn)化后的值的大小?？v軸方向，表示將梁的比厚度t,/1。，即將振動(dòng)體6a的基體20a的厚度t,同樣以振動(dòng)體6b的基體20b厚度t。標(biāo)準(zhǔn)化后的值的大小。該曲線圖的實(shí)線表示將本發(fā)明的振動(dòng)體6a的共振頻率&通過比較例的振動(dòng)體6b的共振頻率fb標(biāo)準(zhǔn)化后的值。該曲線圖中，附在各實(shí)線上的數(shù)字表示使該共振頻率fb標(biāo)準(zhǔn)化后的值，在同一實(shí)線上的任意位置，表示使該共振頻率fb標(biāo)準(zhǔn)化后的值為相同的值。另外，該曲線圖中的虛線，同樣表示將本發(fā)明的振動(dòng)體6a的比帶寬fh通過比較例的振動(dòng)體6b的比帶寬fh標(biāo)準(zhǔn)化后的值。該曲線中，附在各虛線上的數(shù)字，表示使該比帶寬fh標(biāo)準(zhǔn)化后的值，在同一虛線上的任意位置，表示使該比帶寬fh標(biāo)準(zhǔn)化后的值為相同的值。例如，在本發(fā)明的振動(dòng)體6a上不具備梁7d的情況下(也可以設(shè)梁7d的厚度t2為0)，該振動(dòng)體6a與厚度t。的比較例的基體20b等價(jià)。即，設(shè)該振動(dòng)體6a的基體20a的比厚度t,/t0的值為1.0，設(shè)該梁7d的比厚度t2/t0的值為O.O。此時(shí)，使共振頻率fb—定，為了改變比帶寬fh，只要選擇比厚度t,/to和比厚度t2/to的組合，求出基體20a的厚度t,以及梁7d的厚度t2，以使共振頻率fb標(biāo)準(zhǔn)化后的值成為1.0(在曲線圖中寫有"1"的實(shí)線)即可。另外，例如，設(shè)本發(fā)明的振動(dòng)體6a的共振頻率fb為比較例的振動(dòng)體6b的二倍，為了得到所希望的比帶寬fh，只要選擇能夠得到所希望的比帶寬fh的標(biāo)準(zhǔn)化值的比厚度t,/t。和比厚度t2/t。的組合(在曲線圖中，尋找上述的實(shí)線和具有所希望的比帶寬ft的標(biāo)準(zhǔn)化值的虛線的交點(diǎn))，以使共振頻率fb標(biāo)準(zhǔn)化后的值為2.0(在曲線圖中，沿寫有"2.0"的實(shí)線上)，求出基體20a的厚度t,以及梁7d的厚度t2即可。這樣，振動(dòng)體6a由于具有在基體20a上配設(shè)梁7d的構(gòu)造，因此，即使不改變各元件(基體20a以及梁7d)的平面形狀，也能夠適宜設(shè)定這些各元件的厚度(z方向的尺寸)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所希望的頻率特性(共振頻率fb和比帶寬fh的組合)。圖25表示將基于本發(fā)明的振動(dòng)體6a的梁7d的寬度W2設(shè)為基體20a的寬度w,的80%時(shí)的共振頻率fb以及比帶寬fh的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。將圖24與圖25進(jìn)行比較，在振動(dòng)體6a的梁7d的寬度w2的、相對(duì)于基體20a的寬度Wl的比率不同的情況下，使梁7d的厚度t2為以及基體20a的厚度t,同樣地進(jìn)行變化時(shí)，可知頻率特性的改變不同。艮口，在設(shè)基體20a的寬度w,為一定，且加大梁7d的寬度W2的情況下，使梁7d的平面形狀與基體20a的平面形狀近似。因此，在使共振頻率fb—定時(shí)，通過選擇基體20a的厚度t,和梁7d的厚度t2的組合，能夠調(diào)節(jié)比帶寬fh的范圍變窄。因此，通過改變梁7d的厚度t2，為了有效改變頻率特性，而在制造技術(shù)上允許的范圍內(nèi)，只要使梁7d的寬度W2，相對(duì)于基體20a的寬度w,盡可能地小即可。另夕卜，說明了基體20a以及梁7d相同材質(zhì)的情況，但使用不同的材質(zhì)也能夠得到同樣的結(jié)果。圖26是示意性表示變形例的梁7b的立體圖。'該梁7b具有如下構(gòu)成使具有寬度w2的梁部件7ba和具有與其不同的寬度W22的梁部件7bb在長軸方向一致，并在厚度方向(z方向)接合。該梁7b能夠獨(dú)立地選擇梁部件7ba的厚度t21和梁部件7bb的厚度t22P因此，不改變梁部件7ba以及梁部件7bb的平面形狀，就能夠得到無數(shù)個(gè)使梁7b整體的厚度方向的剛性D和質(zhì)量m的比---定的梁部件7ba的厚度t21和梁部件7bb的厚度t22的組合。即，如果利用該梁7b，則在使共振頻率&一定的同時(shí)，則能夠改變梁部件7ba的厚度t21和梁部件7bb的厚度t22組合，從而能夠連續(xù)地改變比帶寬fh。圖27是表示另外變形例的梁7cl、7c2、7c3的形狀的立體圖。例如，也可以，如圖27(a)所示使用具有三角形狀的剖面形狀的梁7cl。另外，也可以，如圖27(b)所示使用具有梯形(臺(tái)形)狀的剖面形狀的梁7c2。而且，也可以，如圖27(c)所示使用寬度沿長軸方向改變的梁7c3。這樣，梁除為長方體形狀、即短軸方向以及長軸方向的截面形狀為矩形外，在制造工序中，如果能夠控制厚度(隔膜5的振動(dòng)方向；z方向的尺寸)的形狀，也可以使用其他形狀的梁。例如，梁也可以是具有梯形等其他的四角形及三角形等的多邊形狀，或者，圓形或橢圓形狀等的截面形狀的梁，也可以是具有沿規(guī)定方向改變截面形狀的形狀的梁。接著，參照?qǐng)D28圖39的各圖，說明本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。這些各實(shí)施方式的構(gòu)成以及動(dòng)作，除下面進(jìn)行說明外，原則上也可以與第3實(shí)施方式相同。從后述的第4實(shí)施方式到第14實(shí)施方式的超聲波換能器100b1001也同樣能夠用于上述的超聲波探頭。(第4實(shí)施方式)圖28是表示第四實(shí)施方式的超聲波換能器100b的垂直剖面圖。該超聲波換能器100b具有在隔膜5(內(nèi)側(cè)隔膜層5a)內(nèi)的空隙4內(nèi)具有梁7的構(gòu)成。即，本實(shí)施方式中，梁7配設(shè)在隔膜5表面的電極3附近、且與基板1側(cè)的電極2相面對(duì)的一側(cè)。根據(jù)該超聲波換能器100b，能夠得到與第三賣施力—式同樣的效果，另外，可將隔膜5的表面做平坦。(第5實(shí)施方式)圖29是表示第五實(shí)施方式的超聲波換能器100c的垂直剖面圖。該超聲波換能器100c，具有在隔膜5(更具體地說，外側(cè)隔膜層5b)的基材內(nèi)部埋設(shè)梁7的構(gòu)成。該梁7由剛性(楊氏模量)比隔膜5高的材質(zhì)、或剛性比隔膜5低的材質(zhì)形成?；蛘?，也可以通過空洞構(gòu)成梁7，將空洞內(nèi)抽成真空或充填空氣或其他氣體。根該超聲波換能器lOOc，不改變隔膜5的外形及厚度，就能夠?qū)⑹蛊鋭傂园l(fā)生變化的方向以及大小調(diào)節(jié)到所希望的。另外，能夠使電極2和電極3的間隔變窄而提高電聲轉(zhuǎn)換效率。另外，梁7既可以在內(nèi)側(cè)隔膜層5a或外側(cè)隔膜層5b內(nèi)部直接形成，也可以在內(nèi)側(cè)隔膜層5a或外側(cè)隔膜層5b的表面設(shè)置槽、使內(nèi)側(cè)隔膜層5a和外側(cè)隔膜層5b接合而封止該槽形成。(第6實(shí)施方式)圖30是表示第六實(shí)施方式的超聲波換能器100d的垂直剖面圖。該超聲波換能器100d具有代替上述的隔膜側(cè)的電極3以及梁7而具備梁7z的構(gòu)成。該梁7z例如由與上述的隔膜5側(cè)的電極相同的材質(zhì)或其他導(dǎo)電性的材質(zhì)形成，其具有與上述的隔膜5側(cè)的電極3相同形狀的電極層部7zb和在圖的y方向具有細(xì)長形狀且增加了隔膜5的y方向的剛性的梁部7za?；蛘?，梁部ha不限于一個(gè)方向配設(shè)，例如，也可以格子狀配設(shè)。根據(jù)該超聲波換能器100d，由于能夠?qū)⒘翰?za以及電極層部7zb—體地形成，所以可以實(shí)現(xiàn)制造工序的簡化，并能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造的堅(jiān)固化。另外，該超聲波換能器100d也可以為通過兼作電極的梁7z和內(nèi)側(cè)隔膜層5a或外側(cè)隔膜層5b的任一個(gè)來承擔(dān)隔膜5的剛性的大部分的構(gòu)造。由此，內(nèi)側(cè)隔膜層5a或外側(cè)隔膜層5b的任一個(gè)不需要承擔(dān)剛性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化或簡化。如果梁7z承擔(dān)大部分的剛性，則原理上不需要內(nèi)側(cè)隔膜層5a。由此，能夠縮小電極2和電極3的距離，從而實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換效率的提高?；蛘?，從保護(hù)梁7z不受外部的物體(未圖示)影響、或絕緣的觀點(diǎn)來看，外側(cè)隔膜層5b只要對(duì)保護(hù)或絕緣具有充分的厚度即可。通過使外側(cè)隔膜層5b薄型化，能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡化，另外，由于縮短了由梁7z和基板1側(cè)的電極2構(gòu)成的電聲轉(zhuǎn)換部與被測定介質(zhì)(未圖示)的距離，所以能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度的提高。(第7實(shí)施方式)圖31是表示第七實(shí)施方式的超聲波換能器100e的垂直剖面圖。該超聲波換能器100e，具有如下構(gòu)造代替第3實(shí)施方式的梁7，在隔膜5將自身保持于基板1側(cè)的電極2上的部位(截面呈現(xiàn)柱狀的部位)附近，設(shè)有由剛性比隔膜5的材質(zhì)低的材質(zhì)或空洞形成的梁7n。換言之，該部位為位于空隙4的周緣部的上方的、隔膜5內(nèi)部的環(huán)狀部分，即包圍隔膜5的振動(dòng)部分5c的部分。根據(jù)該超聲波換能器lOOe，通過梁7n降低隔膜5的振動(dòng)部分5c的周緣部的剛性，相對(duì)提高振動(dòng)部分5c整體的剛性。圖32是示意性表示第七實(shí)施方式的超聲波換能器100e的動(dòng)作的垂直剖面圖。該超聲波換能器100e，可解釋為在基板1表面的電極2上由支柱5d保持著隔膜5n(實(shí)線表示)的構(gòu)造。另外，為了進(jìn)行比較，圖示在沒有設(shè)置梁7n的情況下的隔膜5m(點(diǎn)線表示)。該超聲波換能器100e中，在隔膜5隨著超聲波的發(fā)送接收而振動(dòng)時(shí)，梁7n附近較大地發(fā)生變形，但隔膜5(作為隔膜5m表示)的振動(dòng)部分整體保持良好的平面性而均勻地進(jìn)行位移。因此，即使不改變隔膜5的最大位移量，也能夠加大平均位移量，另外，能夠減小空隙4的厚度(z方向的長度)，縮短電極2和電極3的距離。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換效率的提高，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度化以及高輸出化。將設(shè)有該梁7n的隔膜5n與不設(shè)梁7n的隔膜5m進(jìn)行比較可知，彎曲減小，其中央部不易與基板1表面的電極2接觸。(第8實(shí)施方式)圖33是表示第八實(shí)施方式的外側(cè)隔膜層5p的俯視圖。第八實(shí)施方式的超聲波換能器100f(未圖示)為代替上述的外側(cè)隔膜層5b而具有外側(cè)隔膜層5p的構(gòu)成。該外側(cè)隔膜層5p具有在平面形的周緣部設(shè)有多個(gè)多孔(或孔洞)狀的梁7p的構(gòu)成。該多個(gè)梁7p與上述的梁7n—樣，使外側(cè)隔膜層5p的周緣部的剛性下降，包圍其的平板狀部分的剛性相對(duì)上升。因此，根據(jù)該第八實(shí)施方式的超聲波換能器100f，能夠得到與上述第七實(shí)施方式的超聲波換能器100e同樣的效果。(第9實(shí)施方式)圖34是表示第九實(shí)施方式的超聲波換能器1Q0g的俯視圖。該超聲波換能器100g，含有圓形狀的隔膜5g、配設(shè)在該隔膜5g的上表面的放射狀的梁7gr、同樣配設(shè)的環(huán)狀的梁7gc。另外，隔膜5g也可以為橢圓形狀。(第IO實(shí)施方式)圖35是表示第十實(shí)施方式超聲波換能器100h的俯視圖。該超聲波換能器100h，含有六邊形狀的隔膜5h、配設(shè)在該隔膜5h的上面的放射狀的梁7hr、同樣沿隔膜5h的內(nèi)緣配設(shè)的環(huán)狀的梁7hc。六邊形狀為一例，隔膜5h也可以是三角形狀、五邊形狀、七邊形狀等其他的多邊形狀。上述的第九實(shí)施方式的放射狀的梁7gr，配設(shè)四根(從中心起始的八個(gè)方向)，該第十實(shí)施方式的放射狀的梁7hr例示地圖示了配設(shè)有三根(從中心起始的六個(gè)方向)的情況，但也可以根據(jù)隔膜5g、5h的形狀及所希望的頻率特性等配設(shè)合適的根數(shù)。另外，第九實(shí)施方式的環(huán)狀的梁7gc以及第十實(shí)施方式的元件形狀的梁7hr分別例示性地圖示配設(shè)有一個(gè)的情況，但也可以根據(jù)隔膜5g、5h的形狀及所希望的頻率特性等，例如同心狀配設(shè)合適的根數(shù)。(第11實(shí)施方式)圖36是表示第十一實(shí)施方式的超聲波換能器100i的俯視圖。該超聲波換能器100i具有將在y方向?yàn)榧?xì)長的多個(gè)梁7以不均等的間隔配設(shè)的構(gòu)成。根據(jù)第十一實(shí)施方式的超聲波換能器100i，通過適宜設(shè)定配設(shè)這些多個(gè)梁7的間隔，可局部調(diào)整隔膜5的振動(dòng)部分5c的剛性的分布，并能夠抑制或激勵(lì)起所希望的振動(dòng)模式。(第12實(shí)施方式)圖37是表示以梁7彼此之間的長軸方向不同方式配設(shè)的第十二實(shí)施方式的超聲波換能器100j的俯視圖。該超聲波換能器100j具有如下構(gòu)成，即在外側(cè)隔膜層5b配設(shè)有x方向細(xì)長且長軸方向比隔膜5的振動(dòng)部分5c的x方向短的梁7x;y方向細(xì)長且長軸方向比隔膜5的振動(dòng)部分5c的y方向短的梁7y。這樣，也可以將長軸方向不同的梁7x以及7y混合配設(shè)在同一隔膜5上的不同的部位。另外，梁7x以及7y也可以根據(jù)目的不具有跨振動(dòng)部分5c的平面方向的尺寸的長度。另外，梁7x以及7y的尺寸也可以分別不同。根據(jù)第十二實(shí)施方式的該超聲波換能器100j，通過適宜地設(shè)定梁7x以及7y的配設(shè)位置、配設(shè)間隔、以及配設(shè)根數(shù)，振動(dòng)部分5c的每部分均能夠抑制或激勵(lì)起所希望的振動(dòng)模式。(第13實(shí)施方式)圖38是表示第十三實(shí)施方式超聲波換能器100k的垂直剖面圖。該超聲波換能器100k，具有將y方向細(xì)長、橫切長軸的剖面形狀各不相同的梁7i、7j、7k混合配置在隔膜5上的構(gòu)成。該例中，在隔膜5上，截面形狀最大的梁7i配設(shè)在中央附近，截面形狀比該梁7i小的梁7j配設(shè)在其外側(cè)，截面形狀比該梁7j小的梁7k配設(shè)在其更外側(cè)。因此，隔膜5的中央附近的剛性被大大強(qiáng)化，朝向隔膜5的周緣部，其剛性得到小的強(qiáng)化。此配設(shè)方法為一例，也可以改變梁7i、7j、7k的配設(shè)順序。根據(jù)第13實(shí)施方式超聲波換能器100k，由于能夠調(diào)節(jié)隔膜5的剛性的分布，故能夠得到所希望的振動(dòng)模式和每個(gè)振動(dòng)模式的共振頻率fb。(第4實(shí)施方式)圖39是表示以梁7的長軸方向相互交叉方式配設(shè)的第十四實(shí)施方式的超聲波換能器1001的俯視圖。該超聲波換能器1001，具有如下構(gòu)成在外側(cè)隔膜層5b的上表面具備在x方向(圖的橫方向)細(xì)長的梁7q、在y方向(圖的縱方向)細(xì)長的梁7r。該超聲波換能器1001中，可通過橫長的梁7q改變隔膜5的x方向(圖的橫方向)的剛性，另外，可通過縱長的梁7r改變隔膜5的y方向(圖的縱方向)的剛性。因此，即使隔膜5的振動(dòng)部分5c的平面形狀及大小已經(jīng)確定，也能夠獨(dú)立地、任意地設(shè)定x方向的振動(dòng)模式的共振頻率fbx、和y方向的振動(dòng)模式的共振頻率fty。該超聲波換能器1001中，隔膜5的振動(dòng)部分5c.的平面形狀大致為正方形狀。但是，該振動(dòng)部分5c通過x方向細(xì)長的一根梁7q以及y方向細(xì)長的三根梁7r，使剛性得到強(qiáng)化。在此，當(dāng)梁7q以及梁7r的剛性分別相等時(shí)，隔膜5的振動(dòng)部分5c雖然大致為正方形狀，但是、x方向的剛性小，y方向的剛性大。這樣，通過改變梁7q以及梁7r的剛性(短軸方向的截面積及材質(zhì))、配設(shè)方向、配設(shè)根數(shù)等，能夠設(shè)定所希望的振動(dòng)模式、和對(duì)每個(gè)振動(dòng)模式設(shè)定所希望的共振頻率fb。另外，梁7q和梁7r既可以結(jié)合，也可以在z方向(與圖的紙面垂直的方向)構(gòu)成層而交叉。，根據(jù)各實(shí)施方式的超聲波換能器100、100b10(H，例如得到下面的效果。(1)由于在隔膜(5等)上配設(shè)了梁(7等)，所以能夠獨(dú)立地改變隔膜(5等)的厚度和梁(7等)的厚度，自由設(shè)定振動(dòng)部分5c的剛性和質(zhì)量的平衡，能夠在實(shí)現(xiàn)所希望的中心頻率&的同時(shí)，控制靈敏度G和比帶寬fh。(2)通過調(diào)節(jié)隔膜(5等)以及梁(7等)的厚度，不改變隔膜(5等)以及梁(7等)的平面形狀(縱橫的尺寸)，而能夠變更隔膜(5等)的頻率特性(共振頻率&以及比帶寬&)。(3)因?yàn)椴桓淖兏裟?5等)以及梁(7等)的平面形狀(x方向以及y方向的尺寸)，就能夠變更頻率特性，因此，如果變更制造工序的控制，則能夠使用同一模具(未圖示)、利用同一制造設(shè)備進(jìn)行制造，因此能夠減少時(shí)間以及費(fèi)用。(比較例)下面，參照?qǐng)D40以及圖41，對(duì)比較例進(jìn)行說明。圖40是表示比較例的超聲波換能器100p的垂直剖面圖。該超聲波換能器100p除沒有梁7以外，與第三實(shí)施方式的超聲波換能器00(參照?qǐng)D18)的構(gòu)成相同。圖41是具有縱橫比為1:2的矩形的平面形狀的隔膜5的頻率一靈敏度特性的曲線圖。該曲線圖中，在0.8MHz附近出現(xiàn)缺口(靈敏度G急劇降低的地方)。因此，問題在于隔膜5的頻率一靈敏度特性不能成為平坦的值。該缺口由于縱的振動(dòng)模式和橫的振動(dòng)模式的結(jié)合而產(chǎn)生。所以可知，如果改變縱橫的剛性，則能夠壓制一方的振動(dòng)模式并抑制缺口。例如，假設(shè)不設(shè)縱橫比為l:2，而使縱橫比極端大或極端小(即，假如將隔膜5的平面形狀做成極端細(xì)長)，實(shí)質(zhì)地排除縱橫任一方的振動(dòng)模式的影響，抑制缺口，理應(yīng)得到跨度寬帶域且平坦的頻率特性。但是，將縱橫比極端增大或減小到可抑制缺口的程度的隔膜5制造起來非常困難，另外，還存在缺乏實(shí)用性的問題。實(shí)施例如后述，制成本發(fā)明第三實(shí)施方式的超聲波換能器100(參照?qǐng)D18)以及比較例的超聲波換能器100p的設(shè)計(jì)例。而且，將詳細(xì)的設(shè)計(jì)值輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)在水中的特性，進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)模擬，與上述的計(jì)算結(jié)果(參照?qǐng)D24)進(jìn)行比較。這些超聲波換能器100以及100p中，基板1的材質(zhì)均為硅(Si)，隔膜5的材質(zhì)均為氮化硅，電極2以及電極3的材質(zhì)均為鋁。另外，隔膜5的縱方向(圖19的上下方向；y方向)的尺寸設(shè)為40iim，在同一板面上，與此成直角的方向(圖19的左右方向；x方向)的長度設(shè)為400um程度。這是因?yàn)閾?dān)心將縱/橫比做得十分小，會(huì)勵(lì)起不需要的振動(dòng)模式。另外，由于基板1側(cè)的電極2和基板1合在一起的厚度很大，實(shí)質(zhì)上不能忽視位移。還有，超聲波換能器100的梁7的材質(zhì)與隔膜5相同。第三實(shí)施方式的超聲波換能器100中，將梁7的寬度w做成梁7彼此的配設(shè)間隔(間距)的20%。設(shè)隔膜5的共振頻率fb與比較例的隔膜5的共振頻率fb相同，設(shè)比帶寬fh為l,5倍，因此，根據(jù)Vh算結(jié)果(參照?qǐng)D23)，將超聲波換能器100的隔膜5的厚度做成比較例的超聲波換能器100p的隔膜5的厚度的0.54倍，將梁7的厚度做成該隔膜5的0,66倍。另外，電極2、空隙4以及電極3的厚度做成與比較例的超聲波換能器100p的相同。比較例的超聲波換能器:100p中，在基板1側(cè)的電極2上使空隙4的厚度為300nm，并且以200nm的厚度形成隔jj莫層5a。而且，以40dnm厚度形成隔膜5側(cè)的電極3，而且，以2000nm的厚度做成隔膜層5b。圖42是表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器100以及比較例的超聲波換能器100p在水中的頻率特性的曲線圖。橫軸方向表示頻率f的高度，縱軸方向以對(duì)數(shù)刻度表示靈敏度(增益)的高度。該曲線圖中，曲線31表示第三實(shí)施方式的超聲波換能器100的測定值，曲線30表示比較例的超聲波換能器100p的測定值。第三實(shí)施方式的超聲波換能器100中，中心頻率f;為15.4MHz，比帶寬fh為157%。另外，比較例的超聲波換能器100p中，中心頻率fc為14.8MHz，比帶寬fi，為120%。因此，第三實(shí)施方式的超聲波換能器100與比較例的超聲波換能器100p進(jìn)行比較可知，中心頻率fe保持大致相等的值，比帶寬fh顯示更大的值。其結(jié)果與上述的計(jì)算結(jié)果的傾向保持一致。但是，根據(jù)計(jì)算結(jié)果(參照?qǐng)D24)，基于本發(fā)明的超聲波換能器100的比帶寬fh應(yīng)該正好是比較例的超聲波換能器100p的比帶寬fh的1.5倍程度，但根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果(參照?qǐng)D42)為1.3倍程度。這是因?yàn)槿缦戮壒始丛撚?jì)算結(jié)果(參照?qǐng)D24)是以各要素均質(zhì)為前提的，與之相對(duì)，該數(shù)值模擬(參照?qǐng)D42)更忠實(shí)地模仿實(shí)際的元件構(gòu)造，在隔膜5中含有電極3，且不均質(zhì)。這樣若干的差異，在實(shí)際使用時(shí)大體上沒有問題。但是，為了進(jìn)一步求得正確的計(jì)算結(jié)果，只要加進(jìn)電極3等其他要素的影響且進(jìn)行高精度的計(jì)算，或進(jìn)行試作并定量地掌握試制品的實(shí)測值和計(jì)算值的不同，修正計(jì)算值即可。權(quán)利要求1.一種超聲波換能器，其隔著空隙而配置基板和隔膜而形成，所述基板在其內(nèi)部或表面具有第一電極，所述隔膜在其內(nèi)部或表面具有第二電極，其特征在于，在所述隔膜或所述第二電極的表面或內(nèi)部具備至少一根梁。2、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁為多根，該多根的所述梁結(jié)合而形成構(gòu)造體。3、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁為多根，該多根的所述梁，以該梁的長軸方向相互交叉的方式而配設(shè)。4、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁，由楊氏模量比所述隔膜大的材質(zhì)、或楊氏模量比所述隔膜小的材質(zhì)形成。5、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁由與所述第二電極相同的材質(zhì)形成，且與該第二電極一體地形成。6、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁由與所述隔膜相同的材質(zhì)形成。7、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁為設(shè)于所述隔膜的孔或空洞。8、如權(quán)利要求7所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁沿所述隔膜的所述空隙的外緣附近設(shè)置。9、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，關(guān)于所述梁，其長軸方向或短軸方向的剖面形狀，為圓形狀或多邊形狀。10、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述隔膜為圓盤狀或多邊形盤狀。11、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁為多個(gè)，該多個(gè)的所述梁以不均等的間隔配設(shè)。12、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁為多個(gè)，該多個(gè)的所述梁，以該梁彼此的長軸方向不相同的方式而被配設(shè)。13、如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述梁，具有如下形狀即把與所述隔膜相抵接的第一梁部件和短軸方向的尺寸比該第一梁部件小的第二梁部件，以長軸方向相互一致的方式進(jìn)行接合。14、一種超聲波探頭，其特征在于，具有將權(quán)利要求113中任一項(xiàng)所述的超聲波換能器多個(gè)地排列而成的超聲波換能器陣列。15、一種超聲波探頭，其具有基板、和設(shè)于所述基板上的多個(gè)超聲波換能器，其特征在于，所述多個(gè)超聲波換能器分別具有下部電極、上部電極、與所述上部電極一起振動(dòng)的隔膜、設(shè)于所述下部電極和上部電極之間的空隙，所述隔膜具有多邊形的形狀，在該隔膜的表面設(shè)有梁。16、如權(quán)利要求15所述的超聲波探頭，其特征在于，所述隔膜為六邊形。17、如權(quán)利要求16所述的超聲波探頭，其特征在于，所述梁，以連結(jié)所述隔膜的相面對(duì)的頂點(diǎn)之間的方式形成。18、如權(quán)利要求15所述的超聲波探頭，其特征在于，所述隔膜為長方形。19、如權(quán)利要求18所述的超聲波探頭，其特征在于，所述梁以連結(jié)長方形的隔膜的長邊和長邊之間的方式設(shè)置。20、如權(quán)利要求15所述的超聲波探頭，其特征在于，具有多個(gè)寬度不同的梁，相對(duì)于一個(gè)隔膜設(shè)置的梁的寬度相同。21、如權(quán)利要求15所述的超聲波探頭，其特征在于，相鄰接的隔膜間的間隔為在所述基板內(nèi)傳播的超聲波的成分最多的頻率下的波長的1/80以下。22、如權(quán)利要求15所述的超聲波探頭，其特征在于，在與該超聲波探頭的陣列化方向垂直的方向上配置的多個(gè)超聲波換能器，其各自的上部電極電連接而構(gòu)成副元件。23、如權(quán)利要求22所述的超聲波探頭，其特征在于，具有變更所述副元件的聚束方法的聚束開關(guān)。24、一種超聲波探頭，其具有基板、和設(shè)于所述基板上的多個(gè)超聲波換能器，其特征在于，所述多個(gè)超聲波換能器分別具有下部電極、上部電極、與所述上部電極一起振動(dòng)的長方形的隔膜、設(shè)于所述下部電極和上部電極之間的空隙，且含有長邊和短邊的長度比不同的隔膜。25、如權(quán)利要求24所述的超聲波探頭，其特征在于，所述長方形的隔膜，以長邊成為與該超聲波探頭的陣列化方向垂直的方向的方式配置。26、如權(quán)利要求24所述的超聲波探頭，其特征在于，所述長方形的隔膜，以長邊成為與該超聲波探頭的陣列化方向相同的方向的方式配置。27、如權(quán)利要求24所述的超聲波探頭，其特征在于，相鄰接的隔膜間的間隔為在所述基板內(nèi)傳播的超聲波的波長的1/80以下。28、如權(quán)利要求24所述的超聲波探頭，其特征在于，在與該超聲波探頭的陣列化方向垂直的方向上配置的多個(gè)超聲波換能器，將各自的上部電極電連接而構(gòu)成副元件。29、如權(quán)利要求28所述的超聲波探頭，其特征在于，具有變更所述副元件的聚束方法的聚束開關(guān)。30、一種超聲波攝像裝置，其特征在于，具備面向被檢測體發(fā)送接收超聲波的超聲波探頭；根據(jù)由所述超聲波探頭得到的信號(hào)生成圖像的圖像生成部；顯示所述圖像的顯示部；根據(jù)被檢測體的測定部位的深度控制所述超聲波探頭的焦點(diǎn)的控制部，所述超聲波探頭在基板上具有多個(gè)超聲波換能器，所述超聲波換能器分別具有下部電極、上部電極、與所述上部電極一起振動(dòng)的隔膜、設(shè)于所述下部電極和上部電極之間的空隙，所述隔膜具有多邊形的形狀，在該隔膜的表面設(shè)有梁。31、如權(quán)利要求30所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，所述隔膜為六邊形，所述梁以連結(jié)所述隔膜的相面對(duì)的頂點(diǎn)之間的方式而形成，并設(shè)置多個(gè)寬度不同的梁，相對(duì)于一個(gè)隔膜設(shè)置的梁的寬度相同。32、如權(quán)利要求30所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，相鄰接的隔膜間的間隔，為在所述基板內(nèi)傳播的超聲波的成分最多的頻率下的波長的1/80以下。33、一種超聲波攝像裝置，其特征在于，具備面向被檢測體發(fā)送接收超聲波的超聲波探頭；根據(jù)由所述超聲波探頭得到的信號(hào)生成圖像的圖像生成部；顯示所述圖像的顯示部；按照被檢測體的測定部位的深度控制所述超聲波探頭的焦點(diǎn)的控制部，所述超聲波探頭在基板上具有多個(gè)超聲波換能器，所述超聲波換能器分別具有下部電極、上部電極、與所述上部電極一起振動(dòng)的長方形的隔膜、設(shè)于所述下部電極和上部電極之間的空隙，且含有長邊和短邊的長度比不同的隔膜。34、如權(quán)利要求33所述的超聲波攝像裝置，其特征在于，相鄰接的隔膜間的間隔，為在所述基板內(nèi)傳播的超聲波的成分最多的頻率下的波長的1/80以下。全文摘要本發(fā)明提供一種超聲波換能器(100)，其隔著空隙(4)而配置有基板(1)和隔膜(5)而形成，基板(1)在其內(nèi)部或表面具有第一電極，隔膜(5)在其內(nèi)部或表面具有第二電極。而且，在隔膜(5)或第二電極的表面或內(nèi)部具備至少一個(gè)梁(7)。文檔編號(hào)G01N29/24GK101238754SQ200680028928公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2006年8月2日優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日發(fā)明者隆東,田中宏樹,福田宏申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所;株式會(huì)社日立醫(yī)藥