超音波トランスデューサのリアルタイム特性評価

超音波トランスデューサは、医療用超音波アプリケーションの代表事例です。一般的に、pMUT(圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ)とcMUT(容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ)の2種類があります。

cMUTは、曲げモードがトランスデューサの機械的インピーダンスを減少させ、エネルギーリークを防ぐという独特な特性を持っています。半導体技術を使用した微細加工により、cMUTを手頃な価格で製造することができます。半導体スイッチング回路は大型の1Dもしくはより複雑な2Dアレイ構成になるように、同じチップ上に直接組み込まれます。

超音波トランスデューサの新製品の動作評価は有限要素シミュレーションとポリテックのマイクロシステムアナライザMSAなどの顕微鏡ベースのレーザ振動計を両方を使うと効果的です。有限要素シミュレーションでは、トランスデューサの挙動を予測します。一方レーザ振動計は機械的周波数応答を直接測定します。広い周波数帯域幅で時間軸波形を測定できるため、特に過渡プロセスを確実かつ正確に測定するために有用です。

cMUTの測定

ベルギーのIMEC(大学間マイクロエレクトロ二クスセンター)は、ポリテックのMSAを用いて独自のcMUTの動作検証を行い、その測定結果によって、レイリー積分法を用いたトランス空間圧力場を特定しました。その結果は後にハイドロホンによる測定でも裏付けされました。

Transient displacement measured on single cMUT cell, ©IMEC, Belgium
Decreasing pressure amplitude measured on single cMUT cell, ©IMEC, Belgium

Microstructure characterization

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