特許 7659667 検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-01

(45)【発行日】2025-04-09

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20250402BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20250402BHJP

   G06F 3/043 20060101ALI20250402BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330B

H04R17/00 332Y

G06F3/041 400

G06F3/043

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023580186

(86)(22)【出願日】2023-01-31

(86)【国際出願番号】 JP2023003025

(87)【国際公開番号】W WO2023153271

(87)【国際公開日】2023-08-17

【審査請求日】2024-05-24

(31)【優先権主張番号】P 2022018689

(32)【優先日】2022-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金城 拓海

【審査官】▲高▼橋 真之

(56)【参考文献】

【文献】特許第６７７６４８１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００６－１６６９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を送受信する複数の超音波変換素子を含む検出装置であって、
可撓性基板と、
複数の第１電極及び少なくとも１つの第２電極を含み、かつ前記可撓性基板に積層された回路層と、
前記回路層に積層された圧電層と、
を含む積層体と、
前記積層体の第１面及び前記第１面の反対側の第２面の少なくとも１つの面に積層するフレーム層と、を含み、
１つの前記超音波変換素子は、
前記圧電層に接する少なくとも１つの前記第１電極と、
前記圧電層に接する少なくとも１つの前記第２電極と、を含み、
前記フレーム層には、平面視して前記第１電極と重なる位置に、キャビティがある、
検出装置。

【請求項2】

前記第２電極は、前記第１電極が接する前記圧電層の面と反対側の前記圧電層の面に接しており、前記圧電層は、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれる、
請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第２電極は、複数の前記超音波変換素子に跨がって設けられている、
請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記第２電極は、前記超音波変換素子にそれぞれ設けられている、
請求項２に記載の検出装置。

【請求項5】

前記第２電極は、前記超音波変換素子にそれぞれ設けられ、
前記第２電極は、前記第１電極が接する前記圧電層の面と同じ側の面に接している、
請求項１に記載の検出装置。

【請求項6】

前記第２電極は、前記超音波変換素子にそれぞれ設けられ、
前記第１電極は、環状であり、
前記第２電極は、前記第１電極に囲まれている、
請求項５に記載の検出装置。

【請求項7】

前記第２電極は、前記超音波変換素子にそれぞれ設けられ、
前記第１電極と、前記第２電極とは、隣接して配置されている、
請求項５に記載の検出装置。

【請求項8】

前記第２電極に電位を供給する基準電位配線をさらに含み、
前記基準電位配線は、前記超音波変換素子に引き回され、
平面視で前記キャビティに重ならない位置において、前記第２電極と前記基準電位配線とが電気的に接続されている、
請求項４に記載の検出装置。

【請求項9】

前記超音波変換素子は、第１スイッチング素子を含み、
平面視で前記キャビティに重ならない位置において、前記第１スイッチング素子と、前記第１電極とが電気的に接続されている、
請求項１に記載の検出装置。

【請求項10】

複数の送信信号線及び複数の受信信号線をさらに含み、
前記超音波変換素子は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、を含み、
前記第１電極は、前記第１スイッチング素子を介して１つの前記送信信号線に接続され、かつ前記第２スイッチング素子を介して、１つの前記受信信号線に接続されている、請求項１に記載の検出装置。

【請求項11】

前記第２電極は、前記超音波変換素子にそれぞれ設けられており、
前記超音波変換素子は、第３スイッチング素子をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１スイッチング素子を介して、複数の前記送信信号線のうち第１送信信号線に接続され、
前記第２電極は、前記第３スイッチング素子を介して、前記第１送信信号線とは逆相の発振パルスが伝送される第２送信信号線に接続されている、請求項１０に記載の検出装置。

【請求項12】

前記第２電極に電位を供給する基準電位配線をさらに含み、
前記超音波変換素子は、第４スイッチング素子をさらに含み、
前記第２電極は、前記第４スイッチング素子を介して、前記基準電位配線に接続されている、請求項１１に記載の検出装置。

【請求項13】

１つの前記超音波変換素子は、
前記圧電層に接する２つの前記第１電極を含み、
前記フレーム層には、平面視して一方の第１電極と重なる位置に、第１キャビティがあり、他方の第１電極と重なる位置に、第２キャビティがある、請求項１に記載の検出装置。

【請求項14】

前記一方の第１電極は、超音波送信用の電極であり、
前記他方の第１電極は、超音波受信用の電極である、
請求項１３に記載の検出装置。

【請求項15】

前記フレーム層は、前記可撓性基板に接合されている、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項16】

前記フレーム層は、前記積層体の前記可撓性基板がある側とは反対側に接合されている、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項17】

２つ前記フレーム層は、前記積層体を挟み、
一方の前記フレーム層のキャビティと、他方の前記フレーム層のキャビティとが平面視で重なる位置にある、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超音波を利用した超音波変換素子及びそれを用いた検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波変換素子が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／０８９４５３号

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１６５４７９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超音波変換素子は、圧電層に接するキャビティをアンカー構造体やガラスやシリコンなどの基板に形成する必要がある。アンカー構造体にキャビティを設けると、圧電層とアンカー構造体とが接合する、貼り合わせ面が振動するので、強度が不足する可能性がある。また、基板の裏面を裏面エッチングしてキャビティを製造するには、コストがかかる可能性がある。

【0005】

本開示は、低コストで、信頼性の高い超音波変換素子を有する検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様の検出装置は、超音波を送受信する複数の超音波変換素子を含む検出装置であって、可撓性基板と、複数の第１電極及び少なくとも１つの第２電極を含み、かつ前記可撓性基板に積層された回路層と、前記回路層に積層された圧電層と、を含む積層体と、前記積層体の第１面及び前記第１面の反対側の第２面の少なくとも１つの面に積層するフレーム層と、を含み、１つの前記超音波変換素子は、前記圧電層に接する少なくとも１つの前記第１電極と、前記圧電層に接する少なくとも１つの前記第２電極と、を含み、前記フレーム層には、平面視して前記第１電極と重なる位置に、キャビティがある。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態１の超音波素子を備える検出装置の概略構成を示す平面図である。

【図2】図２は、実施形態１の検出装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施形態１の検出装置の概略断面構成を示す模式図である。

【図4】図４は、検出領域上の空間における被検出体と検出装置との関係を示す模式図である。

【図5】図５は、実施形態１の複数の検出領域のうち１つの検出領域を示す回路図である。

【図6】図６は、実施形態１の検出領域を示す平面図である。

【図7】図７は、実施形態１において、１つの超音波変換素子の動作を示すタイミングチャートである。

【図8】図８は、実施形態１の検出領域及び額縁領域を示す断面図である。

【図9】図９は、実施形態２の検出領域を示す断面図である。

【図10】図１０は、実施形態３の検出領域を示す断面図である。

【図11】図１１は、実施形態４の検出領域を示す断面図である。

【図12】図１２は、実施形態５の検出領域を示す断面図である。

【図13】図１３は、実施形態５の複数の検出領域のうち１つの検出領域を示す回路図である。

【図14】図１４は、実施形態６の検出領域を示す断面図である。

【図15】図１５は、実施形態６の第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図16】図１６は、実施形態６の変形例１に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図17】図１７は、実施形態６の変形例２に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図18】図１８は、実施形態６の変形例３に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図19】図１９は、実施形態６の変形例４に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図20】図２０は、実施形態７の検出領域を示す平面図である。

【図21】図２１は、実施形態７の検出領域を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

（実施形態１）
図１は、実施形態１の超音波素子を備える検出装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、検出装置１は、超音波変換アレイ１０と、制御部２０と、を備える。

【0010】

超音波変換アレイ１０は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１の検出領域ＡＡに設けられる複数の超音波変換素子ＳＥと、を有する。実施形態１では、１つの超音波変換素子ＳＥについて、１つの第１電極１２が配置されている。可撓性基板５１は、検出領域ＡＡの外側に額縁領域ＧＡを有している。額縁領域ＧＡには、信号線選択回路１６と、走査回路１７とが配置されている。制御部２０は、制御基板４３と、制御基板４３に実装された、超音波処理回路４０と、電源回路４１と、インターフェース回路４２と、を有する。

【0011】

可撓性基板５１には、配線基板３１を介して制御基板４３が電気的に接続される。配線基板３１は、例えばフレキシブルプリント基板である。制御基板４３は、例えばリジット基板である。

【0012】

電源回路４１は、外部から供給された電力を基に、インターフェース回路４２及び超音波処理回路４０に電力供給を行う。電源回路４１は、外部から供給された電力を基に、配線基板３１を介して信号線選択回路１６、走査回路１７、超音波処理回路４０、超音波変換素子ＳＥに必要な電力を供給する。電源回路４１は、信号線選択回路１６、走査回路１７、超音波変換素子ＳＥ、インターフェース回路４２及び超音波処理回路４０に必要な電力の電力管理を行う回路である。

【0013】

インターフェース回路４２は、例えばＵＳＢコントローラＩＣであり、Ａ／Ｄ変換回路２３と検出システムが搭載されるホストデバイスのホストコントローラ（不図示）との間の通信制御を行う。インターフェース回路４２を介して、外部から供給された電力が電源回路４１へ供給される。

【0014】

可撓性基板５１の検出領域ＡＡは、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）にマトリクス状に並ぶ複数の超音波変換素子ＳＥが設けられた領域である。可撓性基板５１は、例えば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣＦｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）である。

【0015】

本開示において、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）は、交差しており、直交している。また、本開示では、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）に直交する方向をＤｚ方向（第３方向）としている。

【0016】

図１に示すように、Ｄｘ方向に５つの超音波変換素子ＳＥが並び、Ｄｙ方向に４つの超音波変換素子ＳＥが並ぶ、５×４（＝２０）の超音波変換素子ＳＥが可撓性基板５１の検出領域ＡＡに、設けられている。複数の超音波変換素子ＳＥは、超音波変換アレイである。なお、複数の超音波変換素子ＳＥは、千鳥配置で並べられていてもよい。また、可撓性基板５１の検出領域ＡＡに設けられる超音波変換素子ＳＥの数は、実施形態に限定されない。

【0017】

図２は、実施形態１の検出装置の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、超音波処理回路４０は、信号送出回路２１、信号検出回路２２と、Ａ／Ｄ変換回路２３と、信号処理回路２４と、座標抽出回路２５と、記憶回路２６と、を備える。超音波処理回路４０は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）である。

【0018】

信号送出回路２１は、信号処理回路２４からの信号に基づいて、発振パルスＳｅｔ（ｎ）（ｎは、１からＮまでの自然数、Ｎは、検出領域ＡＡ内の電極数）を超音波変換素子ＳＥの第１電極１２（図１参照）へ送出する。

【0019】

信号検出回路２２は、例えばアナログフロントエンド（ＡＦＥ：Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）ＩＣである。信号検出回路２２は、超音波変換アレイ１０から出力される検出信号Ｄｅｔ（ｎ）（ｎは、１からＮまでの自然数、Ｎは、検出領域ＡＡ内の電極に割り当てられた番号であり、最大値は、電極数となる。）に基づき、各第１電極１２の検出値Ｓ（ｎ）を生成する。Ａ／Ｄ変換回路２３は、各第１電極１２の検出値Ｓ（ｎ）をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する。

【0020】

信号処理回路２４は、Ａ／Ｄ変換回路２３からの検出値Ｓ（ｎ）に対し、所定の信号処理を行う。具体的に、信号処理回路２４は、検出値Ｓ（ｎ）の比較演算処理を行う。

【0021】

座標抽出回路２５は、信号処理回路２４の比較演算処理結果に基づき、被検出体が存在する位置の空間座標を抽出する。座標抽出回路２５は、信号処理回路２４によって処理された各第１電極１２の検出値Ｓ（ｎ）を用いて、図４に示す検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置を示す空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を抽出する。空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の情報は、インターフェース回路４２（図１参照）を介して外部装置へ出力される。

【0022】

記憶回路２６は、座標抽出回路２５において抽出された空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の情報を記憶する機能を有している。

【0023】

図３は、実施形態１の検出装置の概略断面構成を示す模式図である。実施形態１の検出装置１は、表示パネル２００に対向配置される。平面視において超音波変換アレイ１０の検出領域ＡＡ（図１参照）と表示パネル２００の表示領域ＤＡとがＤｚ方向（第３方向）に重なるように配置される。なお、図示した例では、超音波変換アレイ１０の検出領域ＡＡと表示パネル２００の表示領域ＤＡが全体的に重なるように配置されているが、超音波変換アレイ１０は、表示パネル２００の一部分のみと重なるように配置されていてもよい。

【0024】

表示パネル２００は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）が例示される。表示パネル２００は、例えば、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や無機ＥＬディスプレイ（マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ）であってもよい。

【0025】

実施形態１において、超音波変換アレイ１０は、可撓性基板５１と、フレーム層５２と、回路層５３と、圧電層５４と、保護層５５と、を備える。超音波変換アレイ１０は、表示パネル２００の反対側から、フレーム層５２、可撓性基板５１、回路層５３、圧電層５４及び保護層５５の順に積層される。

【0026】

図４は、検出領域上の空間における被検出体と検出装置との関係を示す模式図である。超音波変換素子ＳＥは、発振パルスＳｅｔ（ｎ）を変換して超音波Ｔｕを生成し、超音波Ｔｕが送出される。超音波変換素子ＳＥは、被検出体Ｆ（例えば、操作者の手指等）に反射した超音波Ｒｕを受けて、検出信号Ｄｅｔ（ｎ）に変換する。座標抽出回路２５（図２参照）は、検出信号Ｄｅｔ（ｎ）から生成した検出値Ｓ（ｎ）に基づき、検出領域ＡＡ上において被検出体Ｆ（例えば、操作者の手指等）が存在する位置を示す空間座標を生成する。また、超音波変換素子ＳＥは、被検出体Ｆ（例えば、操作者の手指等）に反射した超音波Ｒｕを受けるまでの時間に基づき、被検出体Ｆ（例えば、操作者の手指等）との距離を測定することもできる。

【0027】

図５は、実施形態１の複数の検出領域のうち１つの検出領域を示す回路図である。図６は、実施形態１の検出領域を示す平面図である。

【0028】

図１に示す走査回路１７は、各種制御信号に基づいて、図５及び図６に示す複数の走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘを駆動する回路である。走査回路１７は、複数の超音波変換素子ＳＥの走査線６１Ｔｘを走査する駆動回路と、複数の超音波変換素子ＳＥの走査線６１Ｒｘを走査する駆動回路と、を兼ねる。走査回路１７は、複数の走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘを順次選択し、選択された走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘにゲート駆動信号を供給する。これにより、走査回路１７は、走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘに接続された複数の超音波変換素子ＳＥを選択する。なお、走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘは、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。

【0029】

信号線選択回路１６は、複数の送信信号線６２Ｔｘ及び複数の受信信号線６２Ｒｘを順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路１６は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路１６は、超音波処理回路４０から供給される選択信号に基づいて、選択された送信信号線６２Ｔｘと信号送出回路２１とを接続する。信号線選択回路１６は、超音波処理回路４０から供給される選択信号に基づいて、選択された受信信号線６２Ｒｘと信号検出回路２２とを接続する。これにより、信号線選択回路１６は、超音波変換素子ＳＥの検出信号Ｄｅｔ（ｎ）を信号検出回路２２に出力する。なお、送信信号線６２Ｔｘ及び受信信号線６２Ｒｘは、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。

【0030】

各超音波変換素子ＳＥは、それぞれ第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２及びメンブレン振動体ＵＥを備えている。第１スイッチング素子Ｔｒ１は、送信信号線６２Ｔｘとメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。第２スイッチング素子Ｔｒ２は、受信信号線６２Ｒｘとメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。

【0031】

メンブレン振動体ＵＥの一端側の第１電極１２は、第１スイッチング素子Ｔｒ１のドレイン及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のドレインに接続され、メンブレン振動体ＵＥの他端側の第２電極１４は、基準電位ＧＮＤが供給される基準電位配線６３に接続されている。図６に示すように、第１電極１２は、接続配線１２Ｗを介して、第１スイッチング素子Ｔｒ１のドレイン及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のドレインに接続される。送信信号線６２Ｔｘは、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソースに接続されている。受信信号線６２Ｒｘは、第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースに接続されている。そして、走査線６１Ｔｘは、第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに接続される。走査線６１Ｒｘは、第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートに接続される。なお、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のドレインへの接続と、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースへの接続は、互いに入れ替わっていてもよい。なお、基準電位配線６３は、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。

【0032】

図５及び図６に示す回路には、他のトランジスタ、信号増幅回路、バンドパスフィルタ、容量などがさらに含まれてもよい。

【0033】

図７は、実施形態１において、１つの超音波変換素子の動作を示すタイミングチャートである。図７に示すように、超音波の送信と超音波の受信とは、時分割で処理される。超音波の送信では、走査回路１７が選択した走査線６１Ｔｘにゲート駆動信号が伝送され、信号線選択回路１６は、選択した送信信号線６２Ｔｘに信号送出回路２１からの発振パルスＳｅｔ（ｎ）を伝送する。メンブレン振動体ＵＥは、発振パルスＳｅｔ（ｎ）に基づいて振動し、超音波Ｔｕを発生させる。超音波Ｔｕの周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。

【0034】

次に、走査回路１７が選択した走査線６１Ｒｘにゲート駆動信号が伝送され、信号線選択回路１６は、選択した受信信号線６２Ｒｘと信号検出回路２２とを接続する。超音波Ｒｕを受けて、メンブレン振動体ＵＥは、超音波Ｒｕを電気信号の検出信号Ｄｅｔ（ｎ）に変換し、検出信号Ｄｅｔ（ｎ）が信号検出回路２２へ伝送される。なお、図示した例では、走査線６１Ｔｘにゲート駆動信号が伝送されるタイミングと、走査線６１Ｒｘにゲート駆動信号が伝送されるタイミングとがずれているが、走査線６１Ｔｘと走査線６１Ｒｘとにゲート駆動信号が伝送されるタイミングは同時でもよい。同時にすることで、発振パルスＳｅｔ（ｎ）と検出信号Ｄｅｔ（ｎ）が混線するリスクはあるが、より近い物体の検知をすることができる。

【0035】

図８は、実施形態１の検出領域及び額縁領域を示す断面図である。図８では、額縁領域ＧＡの断面とともに、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている可撓性基板５１は、可撓性を有する樹脂基板で、例えば、ポリイミド樹脂が用いられる。可撓性基板５１の厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下である。

【0036】

フレーム層５２には、超音波変換素子ＳＥ毎に、キャビティＦＨが開けられている。キャビティＦＨと平面視で重なる領域が、メンブレン振動体ＵＥとなる。図６に示すように、平面視で、キャビティＦＨが第１電極１２を取り囲む。

【0037】

フレーム層５２は、例えば、ポリイミド樹脂、金属フォイルである。フレーム層５２の厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下である。フレーム層５２は、可撓性基板５１よりも曲げにくい。例えば、フレーム層５２が可撓性基板５１と同じ材料である場合は、フレーム層５２が可撓性基板５１よりも厚いことで、第１電極１２とキャビティＦＨに平面視で重なる可撓性基板５１とが共に振動し、メンブレン振動体ＵＥとして機能する。フレーム層５２が可撓性基板５１と異なる材料である場合は、可撓性基板５１よりも曲げにくいフレーム層５２のヤング率と厚みが設定される。

【0038】

キャビティＦＨは、直径φＤの円形である。これにより、メンブレン振動体ＵＥも円形となる。直径φＤは、図６に示す走査線６１Ｔｘ、走査線６１Ｒｘ、送信信号線６２Ｔｘ及び受信信号線６２Ｒｘで囲まれる範囲よりも小さい。直径φＤは、例えば、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

【0039】

圧電層５４は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの無機材料、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ポリビニリデンジフロライド樹脂）などの有機材料で形成される。圧電層５４の厚みは、例えば、１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下である。圧電層５４には、必要に応じてバッファー層、結晶調整層、保護層、マッチング層、バッキング層などを含めてもよい。圧電層５４は、検出領域ＡＡの全体に形成されている。

【0040】

なお、圧電層５４が形成される領域は、平面視でキャビティＦＨの領域と同じ大きさで、平面視でキャビティＦＨの領域と重ねて設けられてもよい。また、圧電層５４は、平面視でキャビティＦＨの領域と相似形であって、キャビティＦＨの領域の境界よりも大きくしてもよい。あるいは、圧電層５４は、平面視でキャビティＦＨの領域と相似形であって、キャビティＦＨの領域よりも小さく、第１電極１２よりも大きくしてもよい。

【0041】

回路層５３及び圧電層５４は、ガラス基板上で形成され、回路層５３及び圧電層５４がガラス基板から可撓性基板５１に転写される。ガラス基板上では、圧電層５４が形成される。圧電層５４の上には、第１電極１２が形成される。第１電極１２上には、第１樹脂層７１が形成される。第１電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。又は、第１電極１２は、これらの金属材料の少なくとも１以上を含む合金材料やこれらの金属材料の少なくとも２以上の積層体であってもよい。

【0042】

ガラス基板からみて、第１樹脂層７１上には、ゲート電極８２が形成される。ゲート電極８２の上には第２樹脂層７２が積層される。第２樹脂層７２の上には、ソース電極８３と、ドレイン電極８４とが形成される。ドレイン電極８４と、第１電極１２とは、スルーホール８５を介して電気的に接続されている。ソース電極８３及びドレイン電極８４の周りの第２樹脂層７２の上は、第３樹脂層７３で覆われている。ソース電極８３及びドレイン電極８４の上には、半導体層８１が形成されており、半導体層８１と、ソース電極８３及びドレイン電極８４のそれぞれが、接合される。半導体層８１、ゲート電極８２、ソース電極８３及びドレイン電極８４は、第１スイッチング素子Ｔｒ１として機能する。ゲート電極８２、ソース電極８３、ドレイン電極８４及びスルーホール８は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。又は、ゲート電極８２、ソース電極８３、ドレイン電極８４及びスルーホール８５は、これらの金属材料の少なくとも１以上を含む合金材料やこれらの金属材料の少なくとも２以上の積層体であってもよい。第２スイッチング素子Ｔｒ２は、第１スイッチング素子Ｔｒ１と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。

【0043】

半導体層８１は、酸化物半導体である。より好ましくは、半導体層８１は、酸化物半導体のうち透明アモルファス酸化物半導体（ＴＡＯＳ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）である。半導体層８１に酸化物半導体を用いることにより、リーク電流が抑制される。すなわち、第１スイッチング素子Ｔｒ１または、第２スイッチング素子Ｔｒ２のうち非選択のトランジスタからのリーク電流を低減できる。このため、検出装置１は、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。ただし、半導体層８１は、これに限定されず、微結晶酸化物半導体、アモルファス酸化物半導体、ポリシリコン、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）等であってもよい。

【0044】

半導体層８１と、第３樹脂層７３の上には、第４樹脂層７４が形成される。回路層５３がガラス基板から可撓性基板５１に転写されるので、可撓性基板５１からみると、積層順は逆になる。

【0045】

第２樹脂層７２は、窒化シリコンなどの無機絶縁膜である。第１樹脂層７１、第３樹脂層７３、第４樹脂層７４は、無機絶縁膜でも有機絶縁膜でもよいが、例えば、アクリル樹脂などの有機絶縁膜である。第１樹脂層７１、第３樹脂層７３、第４樹脂層７４は、有機絶縁膜であると、回路層５３に亀裂が生じにくい。回路層５３は、部分的に厚みを変えてもよく、例えば、第１樹脂層７１、第３樹脂層７３、第４樹脂層７４の少なくとも１つの、平面視で重なるキャビティＦＨの領域の厚みを薄くしたり、除去したりしてもよい。

【0046】

第１電極１２が形成される圧電層５４の第１面とは反対側の第２面には、第２電極１４が形成されている。第２電極１４は、対向電極とも呼ばれ、額縁領域ＧＡにある基準電位配線６３と、スルーホール８７を介して接続される。第２電極１４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金、モリブデン、チタン等の金属材料が用いられる。又は、第２電極１４は、これらの金属材料の少なくとも１以上を含む合金材料やこれらの金属材料の少なくとも２以上の積層体であってもよい。

【0047】

第２電極１４は、アクリル樹脂などの有機絶縁膜の保護層５５で覆われる。第２電極１４は、第１電極１２が接する圧電層５４の面と反対側の面に接しており、圧電層５４は、第１電極１２と第２電極１４とに挟まれる。第２電極１４は、複数の超音波変換素子ＳＥに跨がって設けられて、複数の超音波変換素子ＳＥに共通の第２電極１４となっている。これにより、第２電極１４の電気抵抗が小さくなる。

【0048】

可撓性基板５１とフレーム層５２とは、接着層５６を介して接合されている。接着層５６は、両面が粘着性を有しており、フレーム層５２に接合された状態で、プレス加工などにより、キャビティＦＨが開けられている。

【0049】

なお、図８に示した例では転写によって超音波変換素子ＳＥを形成しているが、その他の方法で形成されてもよい。例えば、ガラス基板上に可撓性基板５１を形成し、その上に回路層５３、圧電層５４、第２電極１４、保護層５５を形成する。その後、ガラス基板から可撓性基板５１を剥離し、可撓性基板５１とフレーム層５２とを接合してもよい。この場合、回路層５３、圧電層５４、第２電極１４、保護層５５が順次積層して形成されるため、可撓性基板５１からみても積層順は逆にならない。

【0050】

第１スイッチング素子Ｔｒ１は、平面視でキャビティＦＨに重ならない位置に設けられ、平面視でキャビティＦＨに重ならない位置で、第１スイッチング素子Ｔｒ１と第１電極１２とが電気的に接続されている。これにより、メンブレン振動体ＵＥの振動により、第１スイッチング素子Ｔｒ１の劣化や第１スイッチング素子Ｔｒ１と第１電極１２との接続が断線する可能性を抑制できる。

【0051】

フレーム層５２は、キャビティＦＨの領域をフォトレジストで覆っておき、フォトレジストの周りを塗布や成膜し、その後、フォトレジストを除去することで形成してもよい。または、フレーム層５２が３Ｄプリントで、可撓性基板５１の表面に直接形成されてもよい。

【0052】

以上説明したように、実施形態１の検出装置１は、超音波を送受信する複数の超音波変換素子ＳＥを含む。検出装置１は、積層体と、この積層体の第１面及び第１面の反対側の第２面のうち第１面に積層するフレーム層５２と、を含む。そして、積層体は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１に積層された回路層５３と、回路層５３に積層された圧電層５４とを含む。具体的には、フレーム層５２は、可撓性基板５１に接合されている。超音波変換素子ＳＥは、圧電層５４に接する第１電極１２と、圧電層５４に接する第２電極１４と、を含む。フレーム層５２には、平面視して第１電極１２と重なる位置に、キャビティＦＨがある。

【0053】

この構成により、ガラスやシリコンなどの基板よりも可撓性基板５１の方が振動に応じて撓みやすいので、可撓性基板５１、回路層５３及び圧電層５４の接合面の破壊が生じにくい。また、可撓性基板５１と、キャビティＦＨがあるフレーム層５２とを貼り合わせるだけで、メンブレン振動体ＵＥを安価に製造することができる。

【0054】

（実施形態２）
図９は、実施形態２の検出領域を示す断面図である。実施形態２では、実施形態１と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図９では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0055】

実施形態１では、可撓性基板５１の一面に、フレーム層５２が接合されているが、実施形態２では、フレーム層５２が回路層５３及び圧電層５４に対して、実施形態１の反対側にある。

【0056】

保護層５５の一面に、フレーム層５２が接着層５６を介して接合されている。フレーム層５２には、超音波変換素子ＳＥ毎に、キャビティＦＨが開けられている。

【0057】

以上説明したように、実施形態２の検出装置１は、超音波を送受信する複数の超音波変換素子ＳＥを含む。検出装置１は、積層体と、この積層体の第１面及び第１面の反対側の第２面のうち第２面に積層するフレーム層５２と、を含む。そして、積層体は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１に積層された回路層５３と、回路層５３に積層された圧電層５４とを含む。具体的には、フレーム層５２は、積層体の可撓性基板５１がある側とは反対側の保護層５５に接合されている。超音波変換素子ＳＥは、圧電層５４に接する第１電極１２と、圧電層５４に接する第２電極１４と、を含む。フレーム層５２には、平面視して第１電極１２と重なる位置に、キャビティＦＨがある。

【0058】

この構成により、ガラスやシリコンなどの基板よりも可撓性基板５１の方が振動に応じて撓みやすいので、可撓性基板５１、回路層５３及び圧電層５４の接合面の破壊が生じにくい。また、可撓性基板５１と、キャビティＦＨがあるフレーム層５２とを貼り合わせるだけで、メンブレン振動体ＵＥを安価に製造することができる。

【0059】

また、フレーム層５２が、実施形態１よりも回路層５３及び圧電層５４に近いので、１つの超音波変換素子ＳＥの圧電層５４の振動が隣接する超音波変換素子ＳＥに伝搬するクロストークが抑制される。

【0060】

（実施形態３）
図１０は、実施形態３の検出領域を示す断面図である。実施形態３では、実施形態１及び実施形態２と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図１０では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0061】

可撓性基板５１の一面に、フレーム層５２Ａが接着層５６Ａを介して接合されている。フレーム層５２Ａには、超音波変換素子ＳＥ毎に、キャビティＦＨＡが開けられている。

【0062】

保護層５５の一面に、フレーム層５２Ｂが接着層５６Ｂを介して接合されている。フレーム層５２Ｂには、超音波変換素子ＳＥ毎に、キャビティＦＨＢが開けられている。

【0063】

以上説明したように、実施形態３の検出装置１は、超音波を送受信する複数の超音波変換素子ＳＥを含む。検出装置１は、積層体と、この積層体の第１面に積層するフレーム層５２Ａ及び第１面の反対側の第２面に積層するフレーム層５２Ｂと、を含む。そして、積層体は、可撓性基板５１と、可撓性基板５１に積層された回路層５３と、回路層５３に積層された圧電層５４とを含む。具体的には、回路層５３及び圧電層５４は、フレーム層５２Ａとフレーム層５２Ｂとに挟まれている。超音波変換素子ＳＥは、圧電層５４に接する第１電極１２と、圧電層５４に接する第２電極１４と、を含む。フレーム層５２には、平面視して第１電極１２と重なる位置に、キャビティＦＨＡ、キャビティＦＨＢがある。そして、一方のフレーム層５２ＡのキャビティＦＨＡと、他方のフレーム層５２ＢのキャビティＦＨＢとが平面視で重なる位置にある。

【0064】

この構成により、ガラスやシリコンなどの基板よりも可撓性基板５１の方が振動に応じて撓みやすいので、可撓性基板５１、回路層５３及び圧電層５４の接合面の破壊が生じにくい。また、可撓性基板５１と、キャビティＦＨがあるフレーム層５２とを貼り合わせるだけで、メンブレン振動体ＵＥを安価に製造することができる。

【0065】

回路層５３及び圧電層５４は、フレーム層５２Ａとフレーム層５２Ｂとに挟まれているので、１つの超音波変換素子ＳＥの圧電層５４の振動が隣接する超音波変換素子ＳＥに伝搬するクロストークが抑制される。

【0066】

（実施形態４）
図１１は、実施形態４の検出領域を示す断面図である。実施形態４では、実施形態１から実施形態３と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図１１では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0067】

図１１に示すように、基準電位配線６３が各超音波変換素子ＳＥに引き回されている。基準電位配線６３は、ソース電極８３及びドレイン電極８４とは異なる層に形成されており、例えば、半導体層８１と同層に形成されている。

【0068】

第１電極１２と同層の中継配線８８は、基準電位配線６３とスルーホール８７Ａを介して接続されている。第２電極１４と、中継配線８８とは、スルーホール８９を介して接続されている。これにより、額縁領域ＧＡが狭くできる。

【0069】

各超音波変換素子ＳＥの第２電極１４は、キャビティＦＨと平面視で重なる領域にそれぞれ設けられている。隣接する第２電極１４は、互いに分離されているので、隣接する超音波変換素子ＳＥが検出する超音波Ｒｕのクロストークが低減する。

【0070】

平面視でキャビティＦＨに重ならない位置において、第２電極１４と基準電位配線６３とが電気的に接続されているので、基準電位配線６３の断線の可能性が低くなる。

【0071】

（実施形態５）
図１２は、実施形態５の検出領域を示す断面図である。図１３は、実施形態５の複数の検出領域のうち１つの検出領域を示す回路図である。実施形態４では、実施形態１から実施形態４と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図１２では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0072】

図１２に示すように、第２電極１４は、第３スイッチング素子Ｔｒ３に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｔｒ３は、第１スイッチング素子Ｔｒ１と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。第３スイッチング素子Ｔｒ３のドレイン電極８４と、第２電極１４とは、スルーホール８５、中継配線８８、スルーホール８９を介して電気的に接続されている。

【0073】

各超音波変換素子ＳＥは、それぞれ第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第３スイッチング素子Ｔｒ３、第４スイッチング素子Ｔｒ４及びメンブレン振動体ＵＥを備えている。第１スイッチング素子Ｔｒ１は、送信信号線６２Ｔｘとメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。第２スイッチング素子Ｔｒ２は、受信信号線６２Ｒｘとメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。第３スイッチング素子Ｔｒ３は、送信信号線６２Ｔｘｘとメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。第２スイッチング素子Ｔｒ２は、基準電位配線６３とメンブレン振動体ＵＥとの接続をスイッチング制御する。

【0074】

第２電極１４は、第３スイッチング素子Ｔｒ３のドレインに接続されている。送信信号線６２Ｔｘｘは、第３スイッチング素子Ｔｒ３のソースに接続されている。送信信号線６２Ｔｘｘ（第２送信信号線）には、送信信号線６２Ｔｘ（第１送信信号線）の発振パルスＳｅｔ（ｎ）の逆相の信号が伝送される。また、第２電極１４は、第４スイッチング素子Ｔｒ４のドレインに接続されている。基準電位配線６３は、第４スイッチング素子Ｔｒ４のソースに接続されている。

【0075】

超音波送信時では、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第３スイッチング素子Ｔｒ３は、同時にオン動作し、第２スイッチング素子Ｔｒ２及び第４スイッチング素子Ｔｒ４は、同時にオフ動作する。送信信号線６２Ｔｘが、第１スイッチング素子Ｔｒ１を介して第１電極１２に、発振パルスＳｅｔ（ｎ）の信号を伝送し、送信信号線６２Ｔｘｘが、第３スイッチング素子Ｔｒ３を介して第２電極１４に、発振パルスＳｅｔ（ｎ）の逆相の信号を伝送する。その結果、圧電層５４に印加される信号の振幅が実施形態１の倍となり、超音波の出力が向上する。

【0076】

超音波受信時では、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第３スイッチング素子Ｔｒ３は、同時にオフ動作し、第２スイッチング素子Ｔｒ２及び第４スイッチング素子Ｔｒ４は、同時にオン動作する。受信信号線６２Ｒｘと第１電極１２とが、第２スイッチング素子Ｔｒ２を介して接続され、基準電位配線６３と第２電極１４とが、第３スイッチング素子Ｔｒ３を介して接続される。その結果、超音波変換素子ＳＥの検出信号Ｄｅｔ（ｎ）が信号検出回路２２に出力される。

【0077】

各超音波変換素子ＳＥの第２電極１４は、キャビティＦＨと平面視で重なる領域にそれぞれ設けられている。隣接する第２電極１４は、互いに分離されている。走査回路１７が選択していない超音波変換素子ＳＥでは、第２電極１４が基準電位ＧＮＤとなり、走査回路１７が選択していない超音波変換素子ＳＥからのノイズが抑制される。

【0078】

走査回路１７が選択している超音波変換素子ＳＥでは、第２電極１４に、発振パルスＳｅｔ（ｎ）の逆走の信号が伝送されるため、メンブレン振動体ＵＥの振幅が大きくなる。走査回路１７が選択していない超音波変換素子ＳＥでは、第２電極１４が基準電位ＧＮＤとなり、他の超音波変換素子ＳＥの振動の影響を抑制できる。

【0079】

（実施形態６）
図１４は、実施形態６の検出領域を示す断面図である。図１５は、実施形態６の第１電極及び第２電極を示す平面図である。図１４は、図１５のＸＩＶ－ＸＩＶ断面である。実施形態６では、実施形態１から実施形態５と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図１４では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0080】

図１４に示すように、基準電位配線６３が各超音波変換素子ＳＥに引き回されている。基準電位配線６３は、ソース電極８３及びドレイン電極８４とは異なる層に形成されており、例えば、半導体層８１と同層に形成されている。

【0081】

第１電極１２と同層の第２電極１４は、基準電位配線６３とスルーホール８７Ｂを介して接続されている。図１５に示すように、第２電極１４は、第１電極１２が接する圧電層５４の面と同じ側の面に接している。そして、第２電極１４は、第２電極１４の内側にある。これにより、額縁領域ＧＡが狭くできる。

【0082】

各超音波変換素子ＳＥの第２電極１４は、キャビティＦＨと平面視で重なる領域にそれぞれ設けられている。隣接する第２電極１４は、互いに分離されているので、隣接する超音波変換素子ＳＥが検出する超音波Ｒｕのクロストークが低減する。

【0083】

第２電極１４が形成される領域は、平面視でキャビティＦＨの領域と相似形であって、キャビティＦＨの領域よりも小さい。第１電極１２が形成される領域は、平面視で、キャビティＦＨの領域の境界と重なり、第１電極１２は、円環状である。

【0084】

図１６は、実施形態６の変形例１に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。図１６に示すように、変形例１では、第２電極１４が矩形であり、第１電極１２の外径が矩形で、環状である。なお、第１電極１２と第２電極１４とは、実施形態６と同層である。

【0085】

図１７は、実施形態６の変形例２に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。図１７に示すように、変形例２では、第２電極１４が形成される領域が、平面視でキャビティＦＨの領域と相似形であって、キャビティＦＨの領域よりも小さい。第１電極１２が形成される領域は、平面視で、キャビティＦＨの領域の境界と重なり、第１電極１２は、円環状である。なお、第１電極１２と第２電極１４とは、実施形態６と同様に同層である。

【0086】

第１電極１２よりも外側の位置に、スルーホール８７Ｂが配置されており、スルーホール８７Ｂと第２電極１４とが配線で接続されている。これにより、基準電位配線６３が平面視でキャビティＦＨの領域と重なる領域と重ならなくなることから、基準電位配線６３がメンブレン振動体ＵＥの振動の影響を受けにくくなり、検出装置１の信頼性が向上する。

【0087】

図１８は、実施形態６の変形例３に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。図１８に示すように、変形例３では、第１電極１２及び第２電極１４が矩形であり、第１電極１２及び第２電極１４が互いに隣接する。なお、第１電極１２と第２電極１４とは、実施形態６と同様に同層である。

【0088】

平面視でキャビティＦＨの領域と重なる領域よりも外側の位置に、スルーホール８７Ｂが配置されており、スルーホール８７Ｂと第２電極１４とが配線で接続されている。これにより、基準電位配線６３が平面視でキャビティＦＨの領域と重なる領域と重ならなくなることから、基準電位配線６３がメンブレン振動体ＵＥの振動の影響を受けにくくなり、検出装置１の信頼性が向上する。

【0089】

図１９は、実施形態６の変形例４に係る第１電極及び第２電極を示す平面図である。図１９に示すように、変形例４では、第１電極１２及び第２電極１４が互いにかみ合う櫛歯電極である。なお、第１電極１２と第２電極１４とは、実施形態６と同様に同層である。

【0090】

平面視でキャビティＦＨの領域と重なる領域よりも外側の位置に、スルーホール８７Ｂが配置されており、スルーホール８７Ｂと第２電極１４とが配線で接続されている。これにより、基準電位配線６３が平面視でキャビティＦＨの領域と重なる領域と重ならなくなることから、基準電位配線６３がメンブレン振動体ＵＥの振動の影響を受けにくくなり、検出装置１の信頼性が向上する。

【0091】

（実施形態７）
図２０は、実施形態７の検出領域を示す平面図である。図２１は、実施形態７の検出領域を示す断面図である。図２０は、図２１のＸＸ－ＸＸ’断面である。実施形態７では、実施形態１から実施形態６と同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略することがある。図２０では、検出領域ＡＡの１つの超音波変換素子ＳＥの断面が記載されている。

【0092】

実施形態７では、１つの超音波変換素子ＳＥについて、第１電極１２Ｔｘと第１電極１２Ｒｘとが配置されている。第１電極１２Ｔｘは、超音波Ｔｕを生成する超音波送信用の電極であり、第１電極１２Ｒｘは、超音波Ｒｕを受ける超音波受信用の電極である。

【0093】

各超音波変換素子ＳＥは、それぞれ第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、メンブレン振動体ＵＥＴｘ、及びメンブレン振動体ＵＥＲｘを備えている。第１スイッチング素子Ｔｒ１と、第１電極１２Ｔｘとは、スルーホール８５Ｔｘを介して電気的に接続されている。第１スイッチング素子Ｔｒ１は、送信信号線６２Ｔｘとメンブレン振動体ＵＥＴｘとの接続をスイッチング制御する。第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第１電極１２Ｒｘとは、スルーホール８５Ｒｘを介して電気的に接続されている。第２スイッチング素子Ｔｒ２は、受信信号線６２Ｒｘとメンブレン振動体ＵＥＲｘとの接続をスイッチング制御する。

【0094】

フレーム層５２には、超音波変換素子ＳＥ毎に、第１キャビティＦＨＴｘ、第２キャビティＦＨＲｘが開けられている。フレーム層５２には、平面視して一方の第１電極１２Ｔｘと重なる位置に、第１キャビティＦＨＴｘがあり、他方の第１電極１２Ｒｘと重なる位置に、第２キャビティＦＨＲｘがある。そして、第１キャビティＦＨＴｘと平面視で重なる領域が、メンブレン振動体ＵＥＴｘとなる。第２キャビティＦＨＲｘと平面視で重なる領域が、メンブレン振動体ＵＥＲｘとなる。

【0095】

超音波の送信と超音波の受信とは、時分割で処理される。実施形態７では、メンブレン振動体ＵＥＴｘと、メンブレン振動体ＵＥＲｘとを分けて動作させているので、超音波の送信から超音波の受信へ切り替える切り替え時間を短くしても、メンブレン振動体ＵＥＴｘからメンブレン振動体ＵＥＲｘが受ける影響が少ない。その結果、検出装置１は、検出サイクルが短くなり、検出精度が向上する。

【0096】

なお、第１列の超音波変換素子ＳＥには、第１電極１２Ｔｘが配置され、第２列の超音波変換素子ＳＥには、第１電極１２Ｒｘが配置されていてもよい。

【0097】

以上、本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示このような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、実施の形態では、送受信兼用の超音波変換素子で記載しているが、送信専用もしくは受信専用の超音波変換素子にも適用できる。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0098】

１ 検出装置
１０ 超音波変換アレイ
１２、１２Ｒｘ、１２Ｔｘ 第１電極
１２Ｗ 接続配線
１４ 第２電極
１６ 信号線選択回路
１７ 走査回路
２０ 制御部
２１ 信号送出回路
２２ 信号検出回路
５１ 可撓性基板
５２、５２Ａ、５２Ｂ フレーム層
５３ 回路層
５４ 圧電層
５５ 保護層
５６、５６Ａ、５６Ｂ 接着層
６１Ｒｘ、６１Ｔｘ 走査線
６２Ｒｘ 受信信号線
６２Ｔｘ、６２Ｔｘｘ 送信信号線
６３ 基準電位配線
２００ 表示パネル
ＡＡ 検出領域
Ｆ 被検出体
ＦＨ、ＦＨＡ、ＦＨＢ キャビティ
ＦＨＴｘ 第１キャビティ
ＦＨＲｘ 第２キャビティ
ＧＡ 額縁領域
ＵＥ、ＵＥＲｘ、ＵＥＴｘ メンブレン振動体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】