JPS606859A - 音波探触子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、音波の発信および受信を行なう音波探触子、
特に高周波音波エネルギを利用して微細加工物等の細部
を見る顕微鏡に用いて好適な音波探触子およびその製造
方法に関するものである。 〔発明の背景〕 近年、Ｉ　Ｇ　Ｈｚ　（Ｉ　Ｘ　１０−’　［ｌ）にお
よぶ高周波音波の発信あるいは検出が可能となったため
、水中での音波波長として約１ミクロン程度のものを得
ることができる。したがって、高周波の音波エネルギを
利用した顕微鏡が検討されるようになっている。 前述のような装置では、如何にして細い集束前ビームを
作成するかが重要であり、音波探触子の性能を向上させ
ることが強く望まれている。第１図によって従来の音波
探触子について説明する。 同図において、ｌは音波伝播媒質であるサファイヤ等の
円柱状の結晶によって構成された音波伝播体で、一端面
は平面に研磨され、他端面には凹面状の穴が設けられて
いる。２は該音波伝播体ｌの平面に研磨された端面に蒸
着等の方法によってチタン、金、クローム、アルミニウ
ム等の薄膜を形成することによって構成された下部電極
、３は該下部電極２の上面に酸化匪鉛等の圧電物質によ
ってスパッタリング等の方法により形成された圧電体で
ある。５は前記音波伝播体１の凹面状穴と拡大して見よ
うとする試料６との間に設置された媒質で、通常は水を
使用している。ところで、該音波伝播体１の凹面状穴と
媒質５との界面によって正の球面レンズが形成される。 ７は前記音波伝播体１を固定するためのケースで、該ケ
ース７の音波伝播体１の上方側には調整ねじ８が設けら
れている。９は前ｔｌｌ正圧電体の上面に設けられた半
球形の水銀球によつ室構成された上部電極、１１は炭素
材によって構成され、下面に前記上部電極９の水銀球を
貯め該水銀球を圧電体３上面において水平に移動させる
ことのできる球状穴が設けられたＴｒＬ極、１０は該電
Ｍｆ！０を交える電極ホルダーで、前記ケース７内の音
波伝播体ｌ上部に配ｊ斤されており、調整ねじ８によっ
て電ｉｌｌを水平方向に移動させることができるもので
ある。したが−て、前記調整ねじ８の操作によって電極
１１を介して前記上部電極９の圧電体３上面における位
置を調整する構成となっている。 このような構成において、前記型［ｉｌｌと下部型ｆｉ
２との間に高周波（以下単にＲＦ’という）電気信号を
印加すると、圧電体３から音波伝播体１内へ平面波のＲ
Ｆ音波を放射する。この平面波は前記音波伝播体１の凹
面穴と媒質５との界面で形成される正の球面レンズによ
り、その所定焦点Ｓに集束される。二の集束された音波
は、その焦点付近におかれた試料６により、反射、散乱
、透過。 減衰といったしよう乱を受けるので、このしよう乱音波
エネルギを検出することにより、前記試料を ６０弾性的性質を反映した電気信号り得ることができる
。なお、前記音波エネルギの検１１冒こは、」二連の音
波探触子を再び利用したり、また、共焦点に対向して配
置された同様な音波探触子を利用

【ノてもよい。 一方、ＩＧＨｚに及ぶ周波数のＲＦ音波におｌ、）ては
、レンズ面から焦点Ｓまでの媒質中蚤こおける音波の減
衰が著しく大きくなるため、例え１ｆ０２〜といった微
小口径の凹面穴を音波伝播体；こ精度良く成形するとと
もに、ＲＦ音波を放射する圧電体部分も前記凹面穴すな
わちレンズ球面が小さ鳴なるにともなって小面積とする
ことが要求される。 このことについて第２図により詳細に説明する。 ところで、４は前記第１図に示した水銀球と１！異なる
物質によって構成された上部電極である。第２図＜ａ）
に示すように音波伝播体１の凹面穴の口径ｄと上部電極
４の直径りとが等しくなること力；望ましい。これは次
のような理由による。すなオ）ち、第２図（ｂｌに示す
ように上部型［ｉ４と音波伝播体１の凹面穴の口径との
軸がずれている場合、あるｔ）は第２図（ｃｌに示すよ
うに音波伝播体ｌの凹面穴の口径ｄと＋１部電極４の直
径１）との関係がＴ）　＞　ｄである場合、音波伝播体
１内での音波の伝達１よそれぞれ点線で示すような経路
を通る。したがって。 前記のような状態において、音波伝播体ｌの凹面穴より
外れた平面波は、該音波伝播体ｌ内において乱反射して
圧電体３に入射するために不要信号（雑音）の原因とな
るため、前述のように音波伝播体１の凹面穴の口径ｄと
上部電極４の直径りとは等（）い方が望ましい。 ところが、前述の従来例においては、上部電極９の接触
面積およびその位置の調整を水銀を用いて行なう構成と
しているため、前記接触面積およびその位置の管理が前
述のように微小径であり５、作業性が悪く困難であると
ともに信頼性の点で問題であった。また、有毒性の水銀
を用いるため製作および使用時におい°Ｃも十分な注意
を要する等の問題があった。さらに、前述の構成におけ
る圧電体３については、吸湿性を有した材質のものが多
々用いられているため、その乾燥保管等の点で余分な作
業および時間を必要とするという欠点があった０ 〔発明の目的〕 上記の点に鑑み本発明は、音波探触子における上部電極
と音波伝播体とを精度よ々一致させる二とによって、高
品質で高い信頼性を有する音波探触子を提供することを
目的としたものである１、〔発明の概要〕 本発明は、従来水銀を用いて形成していた上部電極を、
導電性を有する固体材料を蒸着等の手段によって圧電体
上面に成形固着し、該上部電極形成時にその面積および
その設置位置を音波伝播体の四部に対応させるようにす
るもので、上部電極と音波伝播体との面積および設置位
置の不一致にによる平面波の乱反射を防止できるととも
に、従来のような接触面積あるいは位置等の調整作業を
なくすことができる等の特徴を有するものである。 〔発明の実施例〕 次に、第３図および第４図を用いて本発明による一実施
例を説明する。図において、ｌ！ｆ７記従来例と同一符
号は同一部材を示すものである。１２は音波伝播体ｌの
平面部に構成された下部電極２および該下部電極２の上
面に構成された圧電体３の表面を覆う保護膜で、該保護
膜１２は通常酸化けい素等を蒸着あるいは塗布等の方法
により形成されるものである。この保護膜１２の中心部
分には、該音波伝播体ｌの凹面部と中心な一致させ、か
つ、該凹面部と同径かまたは小さ曵なるように形成した
穴１２’すなわち該保護膜１２を形成しない部を設けた
構成となっている。ところで、前記穴１２′は保護膜１
２を形成する際に、あらかじめ該大検′に相当する大き
さのマスクを圧電体３における音波伝播体１の凹面部に
対応する位置に配置しておき、その上から前述のように
保護膜１２を酸化けい素等の非導電性材料を蒸着あるい
は塗布することにより形成し、その後前記マスクを取除
くことにより形成することができる。４′は前記保護膜
１２の穴１２′の部分にチタン、金、クローム、アルミ
ニウム等の導電性材料を蒸着等の方法によって付着させ
形成した上部電極である。１３は前記保護膜１２の前記
圧電体３に対応する部分より外れた位置の表面に前記上
部電極４′と同様にして形成された上部電極結合部、】
４は前記上部電極４′と上部電極結合部１３との間を電
気的に接続する引出し線である。ところで、前記の上部
電極４′および上部電極結合部１３．’Ｊｌ出し線１４
は、保護膜１２の表面における圧電体３Ｉこ対応する形
状で、かつ、前記引出し線１３に対応する部分を除いた
形状のマスクを前記保護膜１２上蚤こ配置し、その上に
前記導電性材料を蒸着等の方法１こよって付着させ、そ
の後該マスクな取除くことＩこより形成する。なお、前
記引出し線１４は、ＲＦ信号が非導電性の保護膜１２と
圧電体３との間が短絡することによって該圧電体３に伝
わることがなし）ように充分小さな幅とし、前記上部電
極結合部１３１よ圧電体３より離れた位置に設けられて
いる。 このような構成において、ＲＦ電気信号１よ下部電極２
とベローズ等を用いて接続される上部電極結合部１３と
に印加される。この時、上部電極結合部１３．引出し線
１４．上部電極４′、圧電体３と回路が構成されること
によって、該圧電体３１こ給電される。これによって、
該圧電体３からＲＦ音波が発生される。ところで、前記
上部電極４′の中、ｃ−＋よ音波伝播体１の凹面部の中
心とヌ（応しており、力）つ、径もまた該凹面部と同一
かまたＩま小さくｉｎ成されているため、圧電体３から
音波伝播体ｌへ伝えられるＲＦ音波は該音波伝播体ｌの
凹面部に対応した範囲に発信されることになり、該凹面
部以外の部分に当り乱反射等の不具合を起すことがない
。すなわち、音波伝播体１の凹面部に対応した必要範囲
にのみＲＦ音波をｙＡ信する二とができる。 このような構成によれば、音波探触子の製作時点で上部
電極４′を音波伝播体１の凹面部に対応させて形成して
いるため、圧電体３から発信されたＲ　Ｆ音波が前記凹
面部に対しずｉｔ、％信されることがなく、前述の第２
図（ｂｌ、　（ｃｌに示した例のような不具合が発生す
ることがない。また、従来のものに比べて圧電体３と上
部電極４′との電気的接触を固体どうしの完全なものに
よって行なってｌ、Ｎるため、高い信頼性が得られる。 さらに、圧電体３を吸湿性の材料で構成した場合でも、
前述のような構成によれば、該圧電体３の全ての面を覆
った構成となっているため、該音波探触子の保管等に特
別な配慮をする必要がない− 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、圧電体の上面に設
ける」二部ｔＵ極を音波伝播体の凹面にヌ（応させて形
成することにより、高品質で高い信頼性を有する音波探
触子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音波探触子の構造を示す縦断面図、第２
図は音波探触子における上部電極の設置位置あるいは大
きさの関係を示す上部電極および音波伝播体部分の縦断
面図、勇３図は本発明による音波探触子の一実施例を示
す平面図、第４図は第３図の音波探触子の縦断面図であ
る。 ｌ・・・・・・音波伝播体、２・・・・・・下部電極、
３・・・・・圧電物質、４′・・・・・・上部電極、１
２・・・・・・保護膜、１３・・・・・・」二部ｍ極結
合部、１４・・・・・・引出し線代理人　弁理士　高　
橋　明　夫 −］”１１ 図ｔ”２ｆａ （Ｕ）　（ｂ） ｄ＝Ｄ　＃ズ°し 才３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端面に小径の凹部を形成し、他端面に下部電極な
   密着して形成した音波伝播体と、前記凹部より大きい面
   積を有し、かつ、該凹部に対応させて前記下部電極表面
   に密着して形成した圧電物質と、前記凹部に対応した直
   径および面積を有し、かつ、該凹部に対応させて前記圧
   電物質表面に密着して形成した上部電極と、該上部電極
   と電源なつなく゛導電手段とから成る音波探触子。 ２、一端面に７ノ）径の凹部を形成した音波伝播体の他
   端面に下部電極を蒸着により形成し、該下部電極の表面
   に前記臼より大きい面積を有し、かつ、該凹部に対応さ
   せた圧電物質をスパッタリングにより形成し、前記凹部
   に対応した直径および面積を有し、かつ、該凹部に対応
   した上部電極を蒸着により前記圧電物質表面に形成し、
   該上部電極に導電手段を接続し形成することな特徴とす
   る音波探触子の製造方法。