超音波レーダ
【課題】送信素子から基板を介して受信素子に伝達される超音波に起因するノイズを低減することが可能な超音波レーダを提供する。
【解決手段】超音波レーダ４０は、シリコン基板１０と、シリコン基板１０に形成され、超音波Ｗｏを送信する送信素子１と、シリコン基板１０に形成され、送信素子１によって送信された超音波Ｗｉを受信する受信素子３と、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させるための超音波減衰素子２とを備えている。
【解決手段】超音波レーダ４０は、シリコン基板１０と、シリコン基板１０に形成され、超音波Ｗｏを送信する送信素子１と、シリコン基板１０に形成され、送信素子１によって送信された超音波Ｗｉを受信する受信素子３と、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させるための超音波減衰素子２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波レーダに関し、特に、送信素子と受信素子とを備えた超音波レーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信素子と受信素子とを備えた超音波レーダが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１および２の超音波レーダは、送信素子と、送信素子と同じ基板上に設けられた受信素子とを備えている。この超音波レーダでは、送信素子から送られた超音波が、対象物によって反射され、その反射された超音波を受信素子により受信することによって、対象物の距離や方向が検出される。具体的には、送信素子によって超音波が出力されてから受信素子によって超音波が受信されるまでの時間によって、対象物までの距離が検出される。また、複数の受信素子によって受信された超音波の位相差によって、対象物の方向が検出される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４８８２１号公報
【特許文献２】特表２００５−５１０２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１および２の超音波レーダでは、送信素子から送られる超音波が基板を介して受信素子に伝達されることを抑制することができない。このため、送信素子から基板を介して受信素子に伝達される超音波に起因するノイズを低減するのが困難であるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、送信素子から基板を介して受信素子に伝達される超音波に起因するノイズを低減することが可能な超音波レーダを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面による超音波レーダは、基板と、基板に設けられ、超音波を送信する送信素子と、基板に設けられ、送信素子によって送信された超音波を受信する受信素子と、送信素子から基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子とを備えている。
【０００８】
この発明の一の局面による超音波レーダでは、送信素子から基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子を設けることによって、送信素子から出力されて基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させることができる。これにより、対象物を検出するために送信素子から出力された超音波のうち、対象物に反射されることなく、基板を介して直接受信素子に伝播する超音波に起因するノイズを低減することができるので、受信素子は、対象物に反射されたノイズの少ない超音波を受信することができる。
【０００９】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、超音波減衰素子は、基板の送信素子と受信素子との間の部分に設けられている。このように構成すれば、送信素子から基板を介して伝播する超音波は、超音波減衰素子を通らなければ受信素子に到達することができないので、基板を介して直接受信素子に受信される超音波によるノイズを、より低減することができる。
【００１０】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、超音波減衰素子は、送信素子が出力した超音波で共振可能な共振素子を含む。このように構成すれば、送信素子によって出力されて基板を介して伝播する超音波の振動により共振素子を共振させることができるので、超音波を効果的に吸収し、減衰させることができる。
【００１１】
上記共振素子を含む超音波レーダにおいて、好ましくは、共振素子は、共振用ダイアフラムを有する。このように構成すれば、送信素子によって出力されて基板を介して伝播する超音波の振動により共振用ダイアフラムを共振させることができるので、超音波を効果的に吸収し、減衰させることができる。
【００１２】
上記共振用ダイアフラムを有する超音波レーダにおいて、好ましくは、受信素子は、共振用ダイアフラムと同じ層からなる受信用ダイアフラムを有する。このように構成すれば、同じ層をパターニングすることによって、共振用ダイアフラムと受信用ダイアフラムとを同時に形成することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１３】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、送信素子は、複数設けられている。このように構成すれば、各送信素子から異なる位相や異なる周波数の超音波を出力することができるので、送信する超音波を走査したり、対象物の情報量を増加させることができる。
【００１４】
上記送信素子が複数設けられた超音波レーダにおいて、好ましくは、送信素子は、第１の周波数を有する超音波を出力する第１送信素子と、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する超音波を出力する第２送信素子とを含み、超音波減衰素子は、第１送信素子から基板を介して伝播する第１の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第１超音波減衰素子と、第２送信素子から基板を介して伝播する第２の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第２超音波減衰素子とを含む。このように構成すれば、たとえば、遠距離用の超音波および短距離用の超音波を、それぞれ、第１および第２送信素子から出力することができるので、超音波レーダの適用範囲を広げることができるとともに、第１および第２超音波減衰素子により、基板を介して受信素子に伝播する超音波に起因するノイズを有効に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの領域１００を拡大した平面図である。図３は、図２に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの１５０−１５０線に沿った断面図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による超音波レーダの構造について説明する。
【００１７】
本実施形態による超音波レーダ４０は、図１および図２に示すように、１個の送信素子１と、１６個の受信素子３とを同一のシリコン基板１０上に備えている。ここで、本実施形態では、送信素子１と受信素子３との間に、送信素子１からシリコン基板１０を介して受信素子３に伝播する超音波を減衰させるための超音波減衰素子２が設けられている。具体的には、図１に示すように、９個の超音波減衰素子２が、平面的に見て、送信素子１を取り囲むように配置されている。また、１６個の受信素子３が、平面的に見て、超音波減衰素子２を取り囲むように配置されている。
【００１８】
次に、図３を参照して、送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３の構造について説明する。
【００１９】
図３に示すように、シリコン基板１０の送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３に対応する部分には、それぞれ、開口部１２、２０および３０が形成されている。また、シリコン基板１０の開口部１２、２０および３０以外の上面上には、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する絶縁膜１１が形成されている。また、開口部１２、２０および３０は、部分四角錐状（截頭四角錐状）を有するように形成されている。
【００２０】
また、送信素子１が形成される領域の絶縁膜１１および開口部１２上には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有し、下部電極としての機能を有するダイアフラム１３ａが形成されている。ダイアフラム１３ａは、図２に示すように、平面的に見て、矩形状に形成されている。ダイアフラム１３ａは、ｆｔＨｚ（２０ｋＨｚ以上）の共振周波数を有する。ダイアフラム１３ａの外周部の一部には、平面的に見て、ダイアフラム１３ａからＡ方向に突出して延びるように、コンタクト領域１３ｂを含む配線接続部１３ｃが形成されている。ダイアフラム１３ａ上には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＴＯ（チタン酸バリウム）、または、リチウムタンタレートからなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する圧電体膜１４が形成されている。圧電体膜１４は、平面的に見て、ダイアフラム１３ａと同じ矩形状に形成されている。そして、この圧電体膜１４にダイアフラム１３ａの共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する交流電圧を印加すると、圧電体膜１４が共振周波数ｆｔで振動し、さらに、これによってダイアフラム１３ａが共振することにより、共振周波数ｆｔを有する超音波が出力される。
【００２１】
絶縁膜１１および圧電体膜１４上には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する上部電極１５ａが形成されている。上部電極１５ａは、図２に示すように、平面的に見て、ダイアフラム１３ａおよび圧電体膜１４と同じ矩形状に形成されている。上部電極１５ａの外周部の一部には、平面的に見て、上部電極１５ａからＢ方向に突出して延びるように、コンタクト領域１５ｂを含む配線接続部１５ｃが形成されている。また、図３に示すように、送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する保護膜１６が形成されている。また、図２および図３に示すように、配線接続部１３ｃおよび１５ｃのコンタクト領域１３ｂおよび１５ｂに対応する保護膜１６の部分には、コンタクトホール１６ａおよび１６ｂが形成されている。そして、配線接続部１３ｃおよび１５ｃのコンタクト領域１３ｂおよび１５ｂ上には、コンタクトホール１６ａおよび１６ｂを介して、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する電極１７および１８が形成されている。
【００２２】
また、図２および図３に示すように、超音波減衰素子２が形成される領域の絶縁膜１１および開口部２０上には、ＳｉまたはＳｉＧｅからなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する、円形状（図２参照）の共振用ダイアフラム２１が形成されている。なお、共振用ダイアフラム２１は、本発明の「共振素子」の一例である。ここで、ダイアフラムを構成する材料の剛性によって決定される係数をＫ、ダイアフラムのポアソン比をν、ダイアフラムの平均密度をρ、ダイアフラムの厚さをｔ、ダイアフラムの平面積をＳとすると、共振用ダイアフラム２１の共振周波数ｆｓは、以下の式（１）により表すことができる。
ｆｓ＝（１／２π）・［Ｋ／｛（１−ν２）・ρ・ｔ・Ｓ２｝］１／２ ・・・（１）
本実施形態では、共振用ダイアフラム２１の共振周波数ｆｓは、送信用の共振周波数ｆｔと等しくなるように、上記式（１）の各パラメータが設定されている。これにより、共振用ダイアフラム２１は、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波の振動により共振するように構成されている。
【００２３】
また、図３に示すように、共振用ダイアフラム２１上には、エアギャップ２２が形成されている。エアギャップ２２を挟んで共振用ダイアフラム２１と対向する位置には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約１μｍ〜約１０μｍの厚みを有する固定電極２３が形成されている。また、上記したように、超音波減衰素子２の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる保護膜１６が形成されている。エアギャップ２２上には、固定電極２３および保護膜１６を貫通するように複数の開口部２４が形成されている。この開口部２４は、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波によって共振用ダイアフラム２１が振動する際に、空気の通り道として機能する。
【００２４】
また、図２および図３に示すように、受信素子３が形成される領域の絶縁膜１１および開口部３０上には、ＳｉまたはＳｉＧｅからなる共振用ダイアフラム２１と同じ層からなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する円形状（図２参照）の受信用ダイアフラム３１ａが形成されている。ＳｉまたはＳｉＧｅからなる受信用ダイアフラム３１ａは、不純物がドープされることにより導電性を有している。また、図２に示すように、受信用ダイアフラム３１ａの外周部の一部には、平面的に見て、受信用ダイアフラム３１ａからＡ方向に突出して延びるようにコンタクト領域３１ｂを含む配線接続部３１ｃが形成されている。
【００２５】
また、図３に示すように、受信用ダイアフラム３１ａ上には、エアギャップ３２が形成されている。エアギャップ３２を挟んで受信用ダイアフラム３１ａと対向する位置には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約１μｍ〜約１０μｍの厚みを有する円形状（図２参照）の固定電極３３ａが形成されている。また、図２に示すように、固定電極３３ａの外周部の一部には、平面的に見て、固定電極３３ａからＣ方向に突出して延びるように、コンタクト領域３３ｂを含む配線接続部３３ｃが形成されている。受信用ダイアフラム３１ａおよび固定電極３３ａは、エアギャップ３２により電気的に絶縁されており、キャパシタを構成している。また、上記したように受信素子３の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる保護膜１６が形成されている。エアギャップ３２上には、固定電極３３ａおよび保護膜１６を貫通するように複数の開口部３４が形成されている。この開口部３４は、対象物から反射されてきた超音波によって受信用ダイアフラム３１ａが振動する際に、空気の通り道として機能する。また、図２および図３に示すように、配線接続部３１ｃおよび３３ｃのコンタクト領域３１ｂおよび３３ｂに対応する保護膜１６の部分には、コンタクトホール１６ｃおよび１６ｄが形成されている。そして、配線接続部３１ｃおよび３３ｃのコンタクト領域３１ｂおよび３３ｂ上には、コンタクトホール１６ｃおよび１６ｄを介して、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する電極３５および３６が形成されている。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による超音波レーダ４０の動作を説明する。なお、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間には、一定の電圧が印加されているものとする。
【００２７】
まず、図３に示すように、送信素子１の圧電体膜１４に、ダイアフラム１３ａおよび上部電極１５ａを介して、圧電体膜１４の共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する交流電圧が印加されると、圧電体膜１４が共振周波数ｆｔで共振する。そして、送信素子１から、圧電体膜１４の共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する超音波Ｗｏが出力されて、この超音波Ｗｏが対象物（図示せず）によって反射されて超音波Ｗｉとなって、超音波レーダ４０に戻ってくる。この反射された超音波Ｗｉによって、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａが振動する。この受信用ダイアフラム３１ａの振動によって、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間の距離が変化するので、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、受信用ダイアフラム３１ａおよび固定電極３３ａに蓄えられている電荷が移動するので、この電荷の移動を、受信した超音波Ｗｉに対応した電気信号として出力する。そして、送信素子１から超音波Ｗｏが出力されてから受信素子３で超音波Ｗｉが受信されるまでの時間から対象物の距離が検出される。また、各受信素子３により受信された超音波Ｗｉの位相差によって、対象物の方向が検出される。
【００２８】
また、送信素子１から出力された超音波Ｗｏは、シリコン基板１０を介して伝播する。ここで、本実施形態では、送信素子１と受信素子３との間に超音波減衰素子２が設けられているので、シリコン基板１０を伝播する超音波Ｗｎは、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１を振動させる。共振用ダイアフラム２１は、超音波Ｗｎの周波数と同じ共振周波数ｆｓを有するので、効果的に超音波の振動エネルギーを吸収して振動し、その後、徐々に減衰する。すなわち、シリコン基板１０を伝播する超音波Ｗｎは、共振用ダイアフラム２１の共振によって吸収され、減衰するので、共振用ダイアフラム２１は、シリコン基板１０を介して受信素子３まで超音波Ｗｎが伝播することを抑制する。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させるための超音波減衰素子２を、送信素子１と受信素子３との間に設けることによって、送信素子１から出力されてシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させることができる。これにより、対象物を検出するために送信素子１から出力された超音波Ｗｏのうち、対象物に反射されることなく、シリコン基板１０を介して直接受信素子３に伝播する超音波Ｗｎに起因するノイズを抑制することができる。これにより、受信素子３は、対象物に反射されたノイズの少ない超音波Ｗｉを受信することができるので、対象物の距離や方向などを正確に検出することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、超音波減衰素子２は、超音波Ｗｎの周波数と同じ共振周波数ｆｓを有する共振用ダイアフラム２１を設けることによって、送信素子１によって出力されてシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動エネルギーを、効果的に吸収して振動し、その後、徐々に減衰させることができる。また、共振用ダイアフラム２１と受信用ダイアフラム３１ａとを同じ層により形成することによって、同じ層をパターニングすることにより、共振用ダイアフラム２１と受信用ダイアフラム３１ａとを同時に形成することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００３１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３２】
たとえば、上記実施形態では、送信素子１を１つだけ備えた例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の送信素子を超音波レーダに設けてもよい。具体的には、図４に示す第１変形例による超音波レーダ４０ａのように、超音波レーダ４０ａの中心部分に９個の送信素子１を配置し、送信素子１の周りに１６個の超音波減衰素子２を配置し、超音波減衰素子２の周りに２４個の受信素子３を配置してもよい。また、図５に示す第２変形例による超音波レーダ４０ｂのように、正方形の頂点に４個の送信素子１を所定の間隔を隔てて配置し、各送信素子１を取り囲むように２１個の超音波減衰素子２を配置し、超音波減衰素子２の周りに２４個の受信素子３を配置してもよい。また、図６に示す第３変形例による超音波レーダ４０ｃのように、正方形の４つの頂点に４個の送信素子１を所定間隔を隔てて配置し、各送信素子１を囲むように３６個の超音波減衰素子２を配置し、各送信素子１を囲む超音波減衰素子２を囲むように４５個の受信素子３を配置してもよい。このように複数の送信素子１を配置した場合、各送信素子１から異なる位相や異なる周波数の超音波を出力することができるので、送信する超音波を走査したり、対象物の情報量を増加させることができる。
【００３３】
また、図７に示す第４変形例による超音波レーダ４０ｄのように、遠距離用の周波数を出力可能な送信素子１ａと短距離用の周波数を出力可能な送信素子１ｂとを所定の間隔を隔てて設けるとともに、送信素子１ａの周りに、送信素子１ａの共振周波数ｆｓ１と同じ共振周波数ｆｓ１を有する８個の超音波減衰素子２ａを設け、かつ、送信素子１ｂの周りに、送信素子１ｂの共振周波数ｆｓ２と同じ共振周波数ｆｓ２を有する８個の超音波減衰素子２ｂが設けてもよい。また、超音波減衰素子２ａおよび２ｂの周りには、それぞれ、送信素子１ａおよび１ｂから出力される超音波を受信可能な受信素子３ａおよび３ｂが１６個ずつ設けられている。このように、送信素子１ａおよび１ｂから出力される超音波の周波数を変えることによって、超音波レーダ４０ｄの適用範囲を広げることができるとともに、超音波減衰素子２ａおよび２ｂにより、シリコン基板１０を介して受信素子３ａおよび３ｂに伝播する超音波に起因するノイズを有効に低減することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、送信素子１に開口部１２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図８に示す第５変形例による超音波レーダ４０ｅのように、送信素子１ｃに開口部を形成しなくてもよい。この場合は、開口部がないため、ダイアフラムの共振を利用することができないので、圧電体膜４１の振動を大きくするために、圧電体膜４１を約５０μｍ以上の厚みに形成することが好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態では、外部と接続するための電極を超音波減衰素子２に形成しない例を示したが、本発明はこれに限らず、図９に示す第６変形例による超音波レーダ４０ｆのように、超音波減衰素子２ｃの共振用ダイアフラム４２と外部とを接続するための電極４３を形成してもよい。また、超音波減衰素子２ｃの固定電極４４と外部とを接続するための電極（図示せず）を形成してもよい。このように構成すれば、超音波減衰素子２ｃと受信素子３とを同じ構造にすることができるので、超音波減衰素子２ｃに外部配線を接続するとともに、受信素子３に外部配線を接続しないようにすれば、超音波減衰素子２ｃを受信素子として機能させることができるとともに、受信素子３を超音波減衰素子として機能させることができる。これにより、超音波減衰素子２ｃの位置と受信素子３の位置とを容易に入れ替えることができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、超音波減衰素子２および受信素子３が共振用ダイアフラム２１および受信用ダイアフラム３１ａを有する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１０に示す第７変形例による超音波レーダ４０ｇのように、送信素子１と同様に、超音波減衰素子２ｄおよび受信素子３ｃに、それぞれ、圧電体からなるダイアフラム４５および圧電体膜４６を設けてもよい。なお、このように構成する場合、受信素子３ｃの圧電体膜４６を挟むように、下部電極４７および上部電極４８を設ける必要がある。また、このように構成する場合、空気の通り道が必要ないので、開口部（図２および図３の開口部２４参照）を形成しなくてもよい。また、ダイアフラム４５の共振周波数は、ダイアフラム１３ａの送信用の共振周波数と同じになるようにする。このように構成すれば、超音波減衰素子２ｄでは、このダイアフラム４５が超音波Ｗｎによって共振されるので、超音波Ｗｎを吸収することができる。また、受信素子３ｃにおいては、圧電体膜４６が振動することによって対象物から反射された超音波Ｗｉを検出することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、超音波減衰素子２に固定電極２３を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１１に示す第８変形例による超音波レーダ４０ｈのように、超音波減衰素子２ｅの固定電極を省略してもよい。このように構成する場合、さらに、共振用ダイアフラム２１上の保護膜１６ｅをも除去してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、送信素子１の圧電体膜１４を、平面的に見て、矩形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、円形状などの別の形状に形成してもよい。また、上記実施形態では、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１および受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａを、平面的に見て、円形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、矩形状などの別の形状に形成してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、送信素子１のダイアフラム１３ａと、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１および受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａとを異なる材料で構成する例を示したが、本発明はこれに限らず、送信素子のダイアフラムと、超音波減衰素子の共振用ダイアフラムおよび受信素子の受信用ダイアフラムとを同じ層をパターニングすることにより構成してもよい。これにより、製造プロセスにおいて、送信素子のダイアフラムと、超音波減衰素子の共振用ダイアフラムおよび受信素子の受信用ダイアフラムとを同時に形成することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの矩形１００内を拡大した平面図である。
【図３】図２に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの１５０−１５０線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図５】本発明の第２変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図６】本発明の第３変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図７】本発明の第４変形例による超音波レーダの構成を説明するための平面図である。
【図８】本発明の第５変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図９】本発明の第６変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図１０】本発明の第７変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図１１】本発明の第８変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 送信素子
１ａ 送信素子
２ 超音波減衰素子
２ａ 超音波減衰素子
２ｂ 超音波減衰素子
２ｃ 超音波減衰素子
３ 受信素子
３ａ 受信素子
１０ シリコン基板
１４ 圧電体膜
２１ 共振用ダイアフラム（共振素子）
３１ａ 受信用ダイアフラム
４０、４０ａ〜４０ｈ 超音波レーダ
４２ 共振用ダイアフラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波レーダに関し、特に、送信素子と受信素子とを備えた超音波レーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信素子と受信素子とを備えた超音波レーダが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１および２の超音波レーダは、送信素子と、送信素子と同じ基板上に設けられた受信素子とを備えている。この超音波レーダでは、送信素子から送られた超音波が、対象物によって反射され、その反射された超音波を受信素子により受信することによって、対象物の距離や方向が検出される。具体的には、送信素子によって超音波が出力されてから受信素子によって超音波が受信されるまでの時間によって、対象物までの距離が検出される。また、複数の受信素子によって受信された超音波の位相差によって、対象物の方向が検出される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４８８２１号公報
【特許文献２】特表２００５−５１０２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１および２の超音波レーダでは、送信素子から送られる超音波が基板を介して受信素子に伝達されることを抑制することができない。このため、送信素子から基板を介して受信素子に伝達される超音波に起因するノイズを低減するのが困難であるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、送信素子から基板を介して受信素子に伝達される超音波に起因するノイズを低減することが可能な超音波レーダを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面による超音波レーダは、基板と、基板に設けられ、超音波を送信する送信素子と、基板に設けられ、送信素子によって送信された超音波を受信する受信素子と、送信素子から基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子とを備えている。
【０００８】
この発明の一の局面による超音波レーダでは、送信素子から基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子を設けることによって、送信素子から出力されて基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させることができる。これにより、対象物を検出するために送信素子から出力された超音波のうち、対象物に反射されることなく、基板を介して直接受信素子に伝播する超音波に起因するノイズを低減することができるので、受信素子は、対象物に反射されたノイズの少ない超音波を受信することができる。
【０００９】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、超音波減衰素子は、基板の送信素子と受信素子との間の部分に設けられている。このように構成すれば、送信素子から基板を介して伝播する超音波は、超音波減衰素子を通らなければ受信素子に到達することができないので、基板を介して直接受信素子に受信される超音波によるノイズを、より低減することができる。
【００１０】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、超音波減衰素子は、送信素子が出力した超音波で共振可能な共振素子を含む。このように構成すれば、送信素子によって出力されて基板を介して伝播する超音波の振動により共振素子を共振させることができるので、超音波を効果的に吸収し、減衰させることができる。
【００１１】
上記共振素子を含む超音波レーダにおいて、好ましくは、共振素子は、共振用ダイアフラムを有する。このように構成すれば、送信素子によって出力されて基板を介して伝播する超音波の振動により共振用ダイアフラムを共振させることができるので、超音波を効果的に吸収し、減衰させることができる。
【００１２】
上記共振用ダイアフラムを有する超音波レーダにおいて、好ましくは、受信素子は、共振用ダイアフラムと同じ層からなる受信用ダイアフラムを有する。このように構成すれば、同じ層をパターニングすることによって、共振用ダイアフラムと受信用ダイアフラムとを同時に形成することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１３】
上記一の局面による超音波レーダにおいて、好ましくは、送信素子は、複数設けられている。このように構成すれば、各送信素子から異なる位相や異なる周波数の超音波を出力することができるので、送信する超音波を走査したり、対象物の情報量を増加させることができる。
【００１４】
上記送信素子が複数設けられた超音波レーダにおいて、好ましくは、送信素子は、第１の周波数を有する超音波を出力する第１送信素子と、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する超音波を出力する第２送信素子とを含み、超音波減衰素子は、第１送信素子から基板を介して伝播する第１の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第１超音波減衰素子と、第２送信素子から基板を介して伝播する第２の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第２超音波減衰素子とを含む。このように構成すれば、たとえば、遠距離用の超音波および短距離用の超音波を、それぞれ、第１および第２送信素子から出力することができるので、超音波レーダの適用範囲を広げることができるとともに、第１および第２超音波減衰素子により、基板を介して受信素子に伝播する超音波に起因するノイズを有効に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの領域１００を拡大した平面図である。図３は、図２に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの１５０−１５０線に沿った断面図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による超音波レーダの構造について説明する。
【００１７】
本実施形態による超音波レーダ４０は、図１および図２に示すように、１個の送信素子１と、１６個の受信素子３とを同一のシリコン基板１０上に備えている。ここで、本実施形態では、送信素子１と受信素子３との間に、送信素子１からシリコン基板１０を介して受信素子３に伝播する超音波を減衰させるための超音波減衰素子２が設けられている。具体的には、図１に示すように、９個の超音波減衰素子２が、平面的に見て、送信素子１を取り囲むように配置されている。また、１６個の受信素子３が、平面的に見て、超音波減衰素子２を取り囲むように配置されている。
【００１８】
次に、図３を参照して、送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３の構造について説明する。
【００１９】
図３に示すように、シリコン基板１０の送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３に対応する部分には、それぞれ、開口部１２、２０および３０が形成されている。また、シリコン基板１０の開口部１２、２０および３０以外の上面上には、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する絶縁膜１１が形成されている。また、開口部１２、２０および３０は、部分四角錐状（截頭四角錐状）を有するように形成されている。
【００２０】
また、送信素子１が形成される領域の絶縁膜１１および開口部１２上には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有し、下部電極としての機能を有するダイアフラム１３ａが形成されている。ダイアフラム１３ａは、図２に示すように、平面的に見て、矩形状に形成されている。ダイアフラム１３ａは、ｆｔＨｚ（２０ｋＨｚ以上）の共振周波数を有する。ダイアフラム１３ａの外周部の一部には、平面的に見て、ダイアフラム１３ａからＡ方向に突出して延びるように、コンタクト領域１３ｂを含む配線接続部１３ｃが形成されている。ダイアフラム１３ａ上には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＴＯ（チタン酸バリウム）、または、リチウムタンタレートからなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する圧電体膜１４が形成されている。圧電体膜１４は、平面的に見て、ダイアフラム１３ａと同じ矩形状に形成されている。そして、この圧電体膜１４にダイアフラム１３ａの共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する交流電圧を印加すると、圧電体膜１４が共振周波数ｆｔで振動し、さらに、これによってダイアフラム１３ａが共振することにより、共振周波数ｆｔを有する超音波が出力される。
【００２１】
絶縁膜１１および圧電体膜１４上には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する上部電極１５ａが形成されている。上部電極１５ａは、図２に示すように、平面的に見て、ダイアフラム１３ａおよび圧電体膜１４と同じ矩形状に形成されている。上部電極１５ａの外周部の一部には、平面的に見て、上部電極１５ａからＢ方向に突出して延びるように、コンタクト領域１５ｂを含む配線接続部１５ｃが形成されている。また、図３に示すように、送信素子１、超音波減衰素子２および受信素子３の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する保護膜１６が形成されている。また、図２および図３に示すように、配線接続部１３ｃおよび１５ｃのコンタクト領域１３ｂおよび１５ｂに対応する保護膜１６の部分には、コンタクトホール１６ａおよび１６ｂが形成されている。そして、配線接続部１３ｃおよび１５ｃのコンタクト領域１３ｂおよび１５ｂ上には、コンタクトホール１６ａおよび１６ｂを介して、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する電極１７および１８が形成されている。
【００２２】
また、図２および図３に示すように、超音波減衰素子２が形成される領域の絶縁膜１１および開口部２０上には、ＳｉまたはＳｉＧｅからなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する、円形状（図２参照）の共振用ダイアフラム２１が形成されている。なお、共振用ダイアフラム２１は、本発明の「共振素子」の一例である。ここで、ダイアフラムを構成する材料の剛性によって決定される係数をＫ、ダイアフラムのポアソン比をν、ダイアフラムの平均密度をρ、ダイアフラムの厚さをｔ、ダイアフラムの平面積をＳとすると、共振用ダイアフラム２１の共振周波数ｆｓは、以下の式（１）により表すことができる。
ｆｓ＝（１／２π）・［Ｋ／｛（１−ν２）・ρ・ｔ・Ｓ２｝］１／２ ・・・（１）
本実施形態では、共振用ダイアフラム２１の共振周波数ｆｓは、送信用の共振周波数ｆｔと等しくなるように、上記式（１）の各パラメータが設定されている。これにより、共振用ダイアフラム２１は、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波の振動により共振するように構成されている。
【００２３】
また、図３に示すように、共振用ダイアフラム２１上には、エアギャップ２２が形成されている。エアギャップ２２を挟んで共振用ダイアフラム２１と対向する位置には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約１μｍ〜約１０μｍの厚みを有する固定電極２３が形成されている。また、上記したように、超音波減衰素子２の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる保護膜１６が形成されている。エアギャップ２２上には、固定電極２３および保護膜１６を貫通するように複数の開口部２４が形成されている。この開口部２４は、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波によって共振用ダイアフラム２１が振動する際に、空気の通り道として機能する。
【００２４】
また、図２および図３に示すように、受信素子３が形成される領域の絶縁膜１１および開口部３０上には、ＳｉまたはＳｉＧｅからなる共振用ダイアフラム２１と同じ層からなり、約０．５μｍ〜約５μｍの厚みを有する円形状（図２参照）の受信用ダイアフラム３１ａが形成されている。ＳｉまたはＳｉＧｅからなる受信用ダイアフラム３１ａは、不純物がドープされることにより導電性を有している。また、図２に示すように、受信用ダイアフラム３１ａの外周部の一部には、平面的に見て、受信用ダイアフラム３１ａからＡ方向に突出して延びるようにコンタクト領域３１ｂを含む配線接続部３１ｃが形成されている。
【００２５】
また、図３に示すように、受信用ダイアフラム３１ａ上には、エアギャップ３２が形成されている。エアギャップ３２を挟んで受信用ダイアフラム３１ａと対向する位置には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｓｉ、または、これらの積層膜からなり、約１μｍ〜約１０μｍの厚みを有する円形状（図２参照）の固定電極３３ａが形成されている。また、図２に示すように、固定電極３３ａの外周部の一部には、平面的に見て、固定電極３３ａからＣ方向に突出して延びるように、コンタクト領域３３ｂを含む配線接続部３３ｃが形成されている。受信用ダイアフラム３１ａおよび固定電極３３ａは、エアギャップ３２により電気的に絶縁されており、キャパシタを構成している。また、上記したように受信素子３の上面の全面を覆うように、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる保護膜１６が形成されている。エアギャップ３２上には、固定電極３３ａおよび保護膜１６を貫通するように複数の開口部３４が形成されている。この開口部３４は、対象物から反射されてきた超音波によって受信用ダイアフラム３１ａが振動する際に、空気の通り道として機能する。また、図２および図３に示すように、配線接続部３１ｃおよび３３ｃのコンタクト領域３１ｂおよび３３ｂに対応する保護膜１６の部分には、コンタクトホール１６ｃおよび１６ｄが形成されている。そして、配線接続部３１ｃおよび３３ｃのコンタクト領域３１ｂおよび３３ｂ上には、コンタクトホール１６ｃおよび１６ｄを介して、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｕ、または、これらの積層膜からなり、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する電極３５および３６が形成されている。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による超音波レーダ４０の動作を説明する。なお、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間には、一定の電圧が印加されているものとする。
【００２７】
まず、図３に示すように、送信素子１の圧電体膜１４に、ダイアフラム１３ａおよび上部電極１５ａを介して、圧電体膜１４の共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する交流電圧が印加されると、圧電体膜１４が共振周波数ｆｔで共振する。そして、送信素子１から、圧電体膜１４の共振周波数ｆｔと同じ周波数を有する超音波Ｗｏが出力されて、この超音波Ｗｏが対象物（図示せず）によって反射されて超音波Ｗｉとなって、超音波レーダ４０に戻ってくる。この反射された超音波Ｗｉによって、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａが振動する。この受信用ダイアフラム３１ａの振動によって、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間の距離が変化するので、受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａと固定電極３３ａとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、受信用ダイアフラム３１ａおよび固定電極３３ａに蓄えられている電荷が移動するので、この電荷の移動を、受信した超音波Ｗｉに対応した電気信号として出力する。そして、送信素子１から超音波Ｗｏが出力されてから受信素子３で超音波Ｗｉが受信されるまでの時間から対象物の距離が検出される。また、各受信素子３により受信された超音波Ｗｉの位相差によって、対象物の方向が検出される。
【００２８】
また、送信素子１から出力された超音波Ｗｏは、シリコン基板１０を介して伝播する。ここで、本実施形態では、送信素子１と受信素子３との間に超音波減衰素子２が設けられているので、シリコン基板１０を伝播する超音波Ｗｎは、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１を振動させる。共振用ダイアフラム２１は、超音波Ｗｎの周波数と同じ共振周波数ｆｓを有するので、効果的に超音波の振動エネルギーを吸収して振動し、その後、徐々に減衰する。すなわち、シリコン基板１０を伝播する超音波Ｗｎは、共振用ダイアフラム２１の共振によって吸収され、減衰するので、共振用ダイアフラム２１は、シリコン基板１０を介して受信素子３まで超音波Ｗｎが伝播することを抑制する。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、送信素子１からシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させるための超音波減衰素子２を、送信素子１と受信素子３との間に設けることによって、送信素子１から出力されてシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動を減衰させることができる。これにより、対象物を検出するために送信素子１から出力された超音波Ｗｏのうち、対象物に反射されることなく、シリコン基板１０を介して直接受信素子３に伝播する超音波Ｗｎに起因するノイズを抑制することができる。これにより、受信素子３は、対象物に反射されたノイズの少ない超音波Ｗｉを受信することができるので、対象物の距離や方向などを正確に検出することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、超音波減衰素子２は、超音波Ｗｎの周波数と同じ共振周波数ｆｓを有する共振用ダイアフラム２１を設けることによって、送信素子１によって出力されてシリコン基板１０を介して伝播する超音波Ｗｎの振動エネルギーを、効果的に吸収して振動し、その後、徐々に減衰させることができる。また、共振用ダイアフラム２１と受信用ダイアフラム３１ａとを同じ層により形成することによって、同じ層をパターニングすることにより、共振用ダイアフラム２１と受信用ダイアフラム３１ａとを同時に形成することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００３１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３２】
たとえば、上記実施形態では、送信素子１を１つだけ備えた例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の送信素子を超音波レーダに設けてもよい。具体的には、図４に示す第１変形例による超音波レーダ４０ａのように、超音波レーダ４０ａの中心部分に９個の送信素子１を配置し、送信素子１の周りに１６個の超音波減衰素子２を配置し、超音波減衰素子２の周りに２４個の受信素子３を配置してもよい。また、図５に示す第２変形例による超音波レーダ４０ｂのように、正方形の頂点に４個の送信素子１を所定の間隔を隔てて配置し、各送信素子１を取り囲むように２１個の超音波減衰素子２を配置し、超音波減衰素子２の周りに２４個の受信素子３を配置してもよい。また、図６に示す第３変形例による超音波レーダ４０ｃのように、正方形の４つの頂点に４個の送信素子１を所定間隔を隔てて配置し、各送信素子１を囲むように３６個の超音波減衰素子２を配置し、各送信素子１を囲む超音波減衰素子２を囲むように４５個の受信素子３を配置してもよい。このように複数の送信素子１を配置した場合、各送信素子１から異なる位相や異なる周波数の超音波を出力することができるので、送信する超音波を走査したり、対象物の情報量を増加させることができる。
【００３３】
また、図７に示す第４変形例による超音波レーダ４０ｄのように、遠距離用の周波数を出力可能な送信素子１ａと短距離用の周波数を出力可能な送信素子１ｂとを所定の間隔を隔てて設けるとともに、送信素子１ａの周りに、送信素子１ａの共振周波数ｆｓ１と同じ共振周波数ｆｓ１を有する８個の超音波減衰素子２ａを設け、かつ、送信素子１ｂの周りに、送信素子１ｂの共振周波数ｆｓ２と同じ共振周波数ｆｓ２を有する８個の超音波減衰素子２ｂが設けてもよい。また、超音波減衰素子２ａおよび２ｂの周りには、それぞれ、送信素子１ａおよび１ｂから出力される超音波を受信可能な受信素子３ａおよび３ｂが１６個ずつ設けられている。このように、送信素子１ａおよび１ｂから出力される超音波の周波数を変えることによって、超音波レーダ４０ｄの適用範囲を広げることができるとともに、超音波減衰素子２ａおよび２ｂにより、シリコン基板１０を介して受信素子３ａおよび３ｂに伝播する超音波に起因するノイズを有効に低減することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、送信素子１に開口部１２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図８に示す第５変形例による超音波レーダ４０ｅのように、送信素子１ｃに開口部を形成しなくてもよい。この場合は、開口部がないため、ダイアフラムの共振を利用することができないので、圧電体膜４１の振動を大きくするために、圧電体膜４１を約５０μｍ以上の厚みに形成することが好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態では、外部と接続するための電極を超音波減衰素子２に形成しない例を示したが、本発明はこれに限らず、図９に示す第６変形例による超音波レーダ４０ｆのように、超音波減衰素子２ｃの共振用ダイアフラム４２と外部とを接続するための電極４３を形成してもよい。また、超音波減衰素子２ｃの固定電極４４と外部とを接続するための電極（図示せず）を形成してもよい。このように構成すれば、超音波減衰素子２ｃと受信素子３とを同じ構造にすることができるので、超音波減衰素子２ｃに外部配線を接続するとともに、受信素子３に外部配線を接続しないようにすれば、超音波減衰素子２ｃを受信素子として機能させることができるとともに、受信素子３を超音波減衰素子として機能させることができる。これにより、超音波減衰素子２ｃの位置と受信素子３の位置とを容易に入れ替えることができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、超音波減衰素子２および受信素子３が共振用ダイアフラム２１および受信用ダイアフラム３１ａを有する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１０に示す第７変形例による超音波レーダ４０ｇのように、送信素子１と同様に、超音波減衰素子２ｄおよび受信素子３ｃに、それぞれ、圧電体からなるダイアフラム４５および圧電体膜４６を設けてもよい。なお、このように構成する場合、受信素子３ｃの圧電体膜４６を挟むように、下部電極４７および上部電極４８を設ける必要がある。また、このように構成する場合、空気の通り道が必要ないので、開口部（図２および図３の開口部２４参照）を形成しなくてもよい。また、ダイアフラム４５の共振周波数は、ダイアフラム１３ａの送信用の共振周波数と同じになるようにする。このように構成すれば、超音波減衰素子２ｄでは、このダイアフラム４５が超音波Ｗｎによって共振されるので、超音波Ｗｎを吸収することができる。また、受信素子３ｃにおいては、圧電体膜４６が振動することによって対象物から反射された超音波Ｗｉを検出することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、超音波減衰素子２に固定電極２３を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１１に示す第８変形例による超音波レーダ４０ｈのように、超音波減衰素子２ｅの固定電極を省略してもよい。このように構成する場合、さらに、共振用ダイアフラム２１上の保護膜１６ｅをも除去してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、送信素子１の圧電体膜１４を、平面的に見て、矩形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、円形状などの別の形状に形成してもよい。また、上記実施形態では、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１および受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａを、平面的に見て、円形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、矩形状などの別の形状に形成してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、送信素子１のダイアフラム１３ａと、超音波減衰素子２の共振用ダイアフラム２１および受信素子３の受信用ダイアフラム３１ａとを異なる材料で構成する例を示したが、本発明はこれに限らず、送信素子のダイアフラムと、超音波減衰素子の共振用ダイアフラムおよび受信素子の受信用ダイアフラムとを同じ層をパターニングすることにより構成してもよい。これにより、製造プロセスにおいて、送信素子のダイアフラムと、超音波減衰素子の共振用ダイアフラムおよび受信素子の受信用ダイアフラムとを同時に形成することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの矩形１００内を拡大した平面図である。
【図３】図２に示した本発明の一実施形態による超音波レーダの１５０−１５０線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図５】本発明の第２変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図６】本発明の第３変形例による超音波レーダの全体構成を説明するための平面図である。
【図７】本発明の第４変形例による超音波レーダの構成を説明するための平面図である。
【図８】本発明の第５変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図９】本発明の第６変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図１０】本発明の第７変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【図１１】本発明の第８変形例による超音波レーダの構成を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 送信素子
１ａ 送信素子
２ 超音波減衰素子
２ａ 超音波減衰素子
２ｂ 超音波減衰素子
２ｃ 超音波減衰素子
３ 受信素子
３ａ 受信素子
１０ シリコン基板
１４ 圧電体膜
２１ 共振用ダイアフラム（共振素子）
３１ａ 受信用ダイアフラム
４０、４０ａ〜４０ｈ 超音波レーダ
４２ 共振用ダイアフラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられ、超音波を送信する送信素子と、
前記基板に設けられ、前記送信素子によって送信された超音波を受信する受信素子と、
前記送信素子から前記基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子とを備えた、超音波レーダ。
【請求項２】
前記超音波減衰素子は、前記基板の前記送信素子と前記受信素子との間の部分に設けられている、請求項１に記載の超音波レーダ。
【請求項３】
前記超音波減衰素子は、前記送信素子が出力した超音波で共振可能な共振素子を含む、請求項１または２に記載の超音波レーダ。
【請求項４】
前記共振素子は、共振用ダイアフラムを有する、請求項３に記載の超音波レーダ。
【請求項５】
前記受信素子は、前記共振用ダイアフラムと同じ層からなる受信用ダイアフラムを有する、請求項４に記載の超音波レーダ。
【請求項６】
前記送信素子は、複数設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波レーダ。
【請求項７】
前記送信素子は、第１の周波数を有する超音波を出力する第１送信素子と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する超音波を出力する第２送信素子とを含み、
前記超音波減衰素子は、前記第１送信素子から前記基板を介して伝播する前記第１の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第１超音波減衰素子と、前記第２送信素子から前記基板を介して伝播する前記第２の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第２超音波減衰素子とを含む、請求項６に記載の超音波レーダ。
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられ、超音波を送信する送信素子と、
前記基板に設けられ、前記送信素子によって送信された超音波を受信する受信素子と、
前記送信素子から前記基板を介して伝播する超音波の振動を減衰させるための超音波減衰素子とを備えた、超音波レーダ。
【請求項２】
前記超音波減衰素子は、前記基板の前記送信素子と前記受信素子との間の部分に設けられている、請求項１に記載の超音波レーダ。
【請求項３】
前記超音波減衰素子は、前記送信素子が出力した超音波で共振可能な共振素子を含む、請求項１または２に記載の超音波レーダ。
【請求項４】
前記共振素子は、共振用ダイアフラムを有する、請求項３に記載の超音波レーダ。
【請求項５】
前記受信素子は、前記共振用ダイアフラムと同じ層からなる受信用ダイアフラムを有する、請求項４に記載の超音波レーダ。
【請求項６】
前記送信素子は、複数設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波レーダ。
【請求項７】
前記送信素子は、第１の周波数を有する超音波を出力する第１送信素子と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する超音波を出力する第２送信素子とを含み、
前記超音波減衰素子は、前記第１送信素子から前記基板を介して伝播する前記第１の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第１超音波減衰素子と、前記第２送信素子から前記基板を介して伝播する前記第２の周波数を有する超音波の振動を減衰させる第２超音波減衰素子とを含む、請求項６に記載の超音波レーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−８８８０５（Ｐ２００７−８８８０５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７４８９６（Ｐ２００５−２７４８９６）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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