CN104238606A - 电容换能器驱动设备和被检体信息获取设备 - Google Patents

电容换能器驱动设备和被检体信息获取设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电容换能器驱动设备和被检体信息获取设备。提供一种能够通过简单的配置调整在胞元的电极之间施加的电势差的电容换能器驱动设备。要由驱动设备驱动的电容换能器包含胞元，该胞元包含：包含在振动膜片(101)中的第一电极(102)；和形成为通过间隙(105)的中介与第一电极相对的第二电极(103)。胞元的第一电极(102)和第二电极(103)中的一个与第一DC电压施加单元(201)电连接，并且胞元的第一电极(102)和第二电极(103)中的另一个与第二DC电压施加单元(203)电连接。要由第二DC电压施加单元施加的电压被设定为比要由第一DC电压施加单元所施加的电压低。由第二DC电压施加单元(203)施加的电压是可变的。

Description

电容换能器驱动设备和被检体信息获取设备
技术领域
本发明涉及用于被配置为传送和接收声波(如这里所使用的，“传送和接收”意味着“传送”或“接收”中的至少一个)的电容换能器的驱动设备和使用该驱动设备的诸如超声图像形成设备的被检体信息获取设备。要注意，这里所使用的声波包含音波、超声波以及光声波。例如，声波包含当通过诸如可见光线和红外线的光(电磁波)照射被检体的内部时在被检体内部产生的光声波。以下，声波在许多情况下由超声波来代表。
背景技术
出于传送和接收超声波的目的，已提出作为电容超声换能器的电容微加工超声换能器(CMUT)。CMUT通过使用基于半导体工艺的微电子机械系统(MEMS)的工艺制造。图12示意性地示出CMUT(传送和接收元件)的截面图。通过间隙105的中介(intermediation)而彼此相对的第一电极102和第二电极103以及振动膜片101被成组(group)并且以下称为“胞元(cell)”。振动膜片101由形成在基板110上的支撑部分104支撑。第一电极102与DC电压施加单元201连接并被施加预定的DC电压Va。另一个第二电极103与收发器电路202连接并具有GND电势附近的固定电势。这样，在第一电极102与第二电极103之间产生电势差Vbias(＝Va-0V)。Va的值被调整，使得Vbias的值可与由胞元的机械特性确定的希望的电势差(大约数十V到数百V)匹配。在该配置中，当收发器电路202向第二电极103施加AC驱动电压时，在第一电极与第二电极之间产生AC静电吸引，并因此可基于振动膜片101在某一频率处的振动来传送超声波。并且，当振动膜片101响应于超声波振动时，由于静电感应而在第二电极103中产生微小电流。通过利用收发器电路测量电流值，可提取接收信号(参见例如，A.S.Ergun,Y.Huang,X.Zhuang,O.Oralkan,G.G.Yarahoglu,and B.T.Khuri-Yakub,"Capacitive micromachinedultrasound transducers:fabrication technology,"Ultrasounds,Ferroelectrics and Frequency Control,IEEE Transactions on,vol.52,no.12,pp.2242-2258,Dec.2005)。
CMUT的收发器特性极大地受第一电极与第二电极之间的电势差影响。机械特性根据CMUT的电极、振动膜片以及间隙的尺寸和物理性能值在胞元之间稍许不同，并因此对于要被连接的各胞元，电极之间的电势差的希望的值(最适宜的值)不同。然而，调整向第一电极施加的DC电压以调整第一电极与第二电极之间的电势差需要具有大的安装面积的复杂电路。具体地，为了改变由DC电压施加单元产生的高电压，需要通过使用高电压部件来实现电压可变DC-DC转换器或用于从某一高电压调整电压降的电路。
发明内容
本发明针对提供一种能够通过简单的配置调整胞元的电极之间的电势差的电容换能器驱动设备等。
根据本发明的一个实施例的用于电容换能器的驱动设备具有以下的特征。
即，用于电容换能器的驱动设备包含胞元。所述胞元包含振动膜片、包含在所述振动膜片中的第一电极以及形成为通过间隙的中介与所述第一电极相对的第二电极。所述驱动设备包含：第一DC电压施加单元，所述第一DC电压施加单元与包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的一个电连接；和第二DC电压施加单元，所述第二DC电压施加单元与包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的另一个电连接。所述第二DC电压施加单元被配置为向所述第一电极和第二电极中的所述另一个施加比由所述第一DC电压施加单元向所述第一电极和第二电极中的所述一个所施加的电压低的电压。由所述第二DC电压施加单元施加的电压是可变的。
从参照附图的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1A、1B以及1C是示出根据本发明的第一实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图2A、2B以及2C是示出根据本发明的第二实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图3A和3B是示出根据本发明的第二实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图4是示出根据本发明的第三实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图5A、5B、5C以及5D是示出根据本发明的第三和第四实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图6是示出根据本发明的第四实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图7A和7B是示出根据本发明的第五实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图8是示出根据本发明的第六实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图9是示出根据本发明的第七实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图10是示出根据本发明的第八实施例的电容换能器驱动设备的示图。
图11A和11B是示出根据本发明的第九实施例的被检体信息获取设备的示图。
图12是示出相关技术的电容换能器的示图。
具体实施方式
以下描述本发明的实施例。在本发明中，重要的是：向包含在胞元中的第一电极和第二电极中的一个施加高电压Vh，并且向第一电极和第二电极中的另一个施加比Vh低的电压Vl，以及向另一电极施加的低电压Vl被改变以调整电极之间的电势差。
现在参照附图详细描述根据本发明的实施例的电容换能器、电容换能器的驱动方法以及诸如超声图像形成设备的信息获取设备。
第一实施例
图1A～1C是示出根据本发明的第一实施例的电容换能器驱动设备的示图。在图1A～1C中，示出第一DC电压施加单元(以下称为“第一施加单元”)201和第二DC电压施加单元(以下称为“第二施加单元”)203。第一施加单元201能够施加高电压Vh(大约数十V～数百V)。第一施加单元201与第一电极102连接，并能够向第一电极施加高电压Vh。第一电极102形成在振动膜片101上、中或下，或者振动膜片本身用作电极。换句话讲，第一电极102包含在振动膜片101中以与振动膜片101一起振动。第二施加单元203能够施加低于Vh的电压Vl(大约数V～数十V)并改变Vl的值。第二施加单元203与形成为通过间隙105的中介与第一电极102相对的第二电极103连接，并能够向第二电极施加可变电压Vl。通过该配置，向第一电极施加的电压Vh与向第二电极施加的可变电压Vl之间的电势差(Vh-Vl)被施加在CMUT的电极之间。第二施加单元203改变要施加的低电压Vl的值，使得电势差可具有希望的值。以这种方式，可通过可变低电压施加单元改变电极之间的电势差。
本发明的要旨存在于：第一施加单元施加固定值的高电压，并且第二施加单元改变低电压以调整电极之间的电势，从而最终调整电极之间的高电势差。与用于高电压的可变电压施加单元相比，可通过更简单的配置和更小的尺寸实现用于低电压的可变电压施加单元。具体地，可容易地通过逐步降低从低电压电源供给的预定电压的常用电路配置实现第二施加单元203。作为示例，可以使用降压器(dropper)电路(利用电阻器或非饱和晶体管中的电压降的电路)或斩波器(chopper)电路(被设计为通过包含电感器和电容器的平滑电路和开关电路的组合逐步降低电压的电路)。根据本发明，可以在不改变向电极中的一个所施加的高电压的情况下调整电极之间的电势差。因此，电容换能器可具有简单的配置。该换能器能够执行通过响应于传送电压信号而振动振动膜片来传送声波的功能或响应于接收电流信号而接收声波的功能中的至少一个，该接收电流信号在第一电极响应于声波而振动时获得。
要注意，在图1A～1C中，向位于空气间隙或间隙105之上的第一电极102施加高电压，并向位于间隙105下面的第二电极103施加低电压。然而，本发明不限于该配置。即使通过其中向位于间隙105之上的第一电极102施加低电压并向位于间隙105下面的第二电极103施加高电压的配置，也可以相同的方式使用电容换能器。并且，配备有换能器的探测器200可如图1B所示的那样仅包含换能器，或者可如图1C所示的那样包含与换能器一起的其它元件(诸如第二施加单元203)。
第二实施例
本发明的第二实施例在第二电极103与第二施加单元203彼此连接的方法上与第一实施例不同。其它方面与第一实施例相同。本实施例的特征存在于：第二施加单元203经由收发器电路与第二电极103连接。以下描述细节。图2A～2C是根据本实施例的电容换能器的示意图。在图2A～2C中，示出收发器电路202。
收发器电路202与第二施加单元203和第二电极103连接。收发器电路202输入来自第二施加单元203的低电压Vl，并向第二电极103施加相同的电压Vl。收发器电路202具有能够在向第二电极103施加DC电压Vl的同时向其施加AC驱动电压的功能和能够测量在第二电极103中产生的微小电流以提取接收信号的功能。这样，在通过收发器电路202执行收发器操作的状态中，可在不改变向另一电极所施加的高电压的情况下调整相对的电极之间的电势差。
第二电极103可在各不同组的多个胞元100(相对的第一电极102和第二电极103配对为一个单位)中被电连接在一起。如图3A和3B所示，第二电极103被电连接在一起的一组多个胞元100作为一个单位被称为“元件111或112”。对于各元件提供收发器电路202，并且元件111或112中的第二电极103与对于各元件不同的收发器电路202连接。因此，电容换能器能够对于各元件独立地执行不同的收发器操作，并且元件是收发器操作的单位。
图3A和图3B是分别示出收发器电路202和第二施加单元203如何与元件111或112连接的示意图。如图3A所示，提供数量与收发器电路202的数量相同的第二施加单元203，并且元件与对于各收发器电路不同的第二施加单元203连接。这样，对于各元件，相对的电极之间的电势差可被调整到最适宜的大小。因此，可以提供高性能电容换能器。可替代地，如图3B所示，用于多个元件111和112的收发器电路202可与同一第二施加单元203连接。这样，与其中对于各收发器电路提供第二施加单元203的配置相比，第二施加单元203的数量可减少以简化配置。因此，可以提供更紧凑的电容换能器。根据本实施例的电容换能器，仅需要连接第二施加单元203与收发器电路202，不需要改变第二电极103与收发器电路202之间的连接形式。因此，在不需要改变CMUT中的配线形式或CMUT与收发器电路之间的连接形式的情况下可以容易地实现电容换能器。
以上，已描述了其中第二施加单元203是与收发器电路202分离的部件的配置。然而，本发明不限于该配置，并且可利用另一配置。如图2B和2C所示，本发明可类似地利用其中收发器电路202在内部包含第二施加单元203的配置。这样，不需要形成配线以彼此连接收发器电路202和第二施加单元203，由此进一步简化配置。在图2B所示的配置中，例如，在收发器电路202内提供被配置为记录设定值的单元(例如，可变电阻器、闪存等)，并且基于设定值来设定要从第二施加单元203施加的低电压的大小。这样，可对于各第二施加单元203设定不同的(最适宜的)低电压。可替代地，如图2C所示，对于要从第二施加单元203施加的低电压的大小的设定值可作为信号221从外部输入。这样，可在执行收发器操作的同时根据需要调整相对的电极之间的电势差，并因此可提供更高级的电容换能器。
第三实施例
本发明的第三实施例在收发器电路上与第二实施例不同。其它方面与第二实施例相同。在本实施例中，给出被配置为在向第二电极103施加来自第二施加单元203的电压的同时执行收发器操作的收发器电路202的描述。图4是根据本实施例的电容换能器的示意图。在图4中，示出传送电压产生单元211、接收电流检测单元212以及AC耦合单元213、214。第二施加单元203经由在收发器电路内形成的配线210直接与第二电极103连接。
图5A～5D是示出收发器电路202中的电压的示意图。在图5A～5D中，横轴代表时间，纵轴代表电压值。传送电压产生单元211能够产生AC驱动电压(参见图5C)。传送电压产生单元211经由AC耦合单元213与第二电极103连接。AC耦合单元213能够向第二电极103施加AC驱动信号。另一方面，由于AC耦合单元213，来自第二施加单元203的DC电压不被传送到传送电压产生单元211。因此，从第二施加单元203施加的电压对由传送电压产生单元211产生的电压或传送期间的信号没有影响。
接收电流检测单元212能够检测在第二电极103中产生的电流的值并输出检测的值作为检测信号。接收电流检测单元212经由AC耦合单元214与第二电极103连接。AC耦合单元214能够向接收电流检测单元212传送在第二电极103中静电感应的电流。另一方面，由于AC耦合单元214，来自第二施加单元203的DC电压不被传送到接收电流检测单元212。因此，从第二施加单元203施加的电压对由接收电流检测单元212检测的电压或其检测操作没有影响。
并且，由于从传送电压产生单元211产生的AC电压通过AC耦合单元213，因此，AC电压的大小被设定为当到达接收电流检测单元212的输入端子时小于接收电流检测单元212的耐受电压值(参见图5D)。因此，防止传送的AC电压损伤接收电流检测单元212。在这种情况下，在接收超声波的频率区域中，第二施加单元203的输出阻抗Zg具有比接收电流检测单元212的输入阻抗Zd的值足够高的值(Zg>Zd)。另一方面，输出阻抗Zg的值比CMUT的元件的阻抗Zc的值足够低(Zg<Zc)。因此，接收电流检测单元212可以高的精度检测由第二电极103产生的电流，从而能够执行高精度的接收操作。
并且，可通过使用通用电容器构造上述AC耦合单元213、214。通过选择电容器的电容可容易地将AC耦合的频率设定为希望的值。AC耦合单元214被设定，使得来自传送电压产生单元211的接收电流检测单元212中的AC电压可足够低。具体地，这通过在传送频率区域中将AC耦合单元214的阻抗Za1设定为比AC耦合单元213的阻抗Za2高(Za1>Za2)来实现。并且，AC耦合单元214可使用包含由高电压开关形成的保护元件的配置，该高电压开关具有防止比给定电压Vp高的电压被传送到接收电流检测单元212的端子的功能。
根据本实施例的电容换能器，仅通过添加简单的配置，就可在执行收发器操作的同时从第二施加单元203向第二电极103施加电压。
第四实施例
本发明的第四实施例在第二施加单元203上与第二实施例不同。其它方面与第二实施例相同。本实施例的特征存在于：被配置为产生用于收发器电路的AC驱动电压的单元被用于施加可变低电压。以下描述细节。图6是根据本实施例的电容换能器的示意图。传送电压产生单元211还具有第二施加单元203的功能，并且直接与第二电极103连接。传送电压产生单元211能够改变低DC电压值并产生叠加在可变低DC电压上的AC驱动电压(参见图5A)。
为了调整在相对的电极之间施加的电压，DC电压值Vl被改变(参见图5B)。并且，为了传送超声波，叠加在DC电压上的AC波形被产生(参见图5C)，以从而产生图5A所示的电压。通过向第二电极103施加该电压，电极之间的电势差可被调整到预定值，并且同时可执行传送超声波的操作。传送电压产生单元211可通过使用相关技术的包含DA转换器和放大器的组合的超声波传送电路容易地实现。
接收电流检测单元212能够检测在第二电极103中产生的电流的值并输出检测的值作为检测信号。接收电流检测单元212经由AC耦合单元214与第二电极连接。AC耦合单元214能够向接收电流检测单元212传送在第二电极103中静电感应的电流。另一方面，由于AC耦合单元214，来自传送电压产生单元211的DC电压不被传送到接收电流检测单元212。
并且，由于从传送电压产生单元211产生的AC电压通过AC耦合单元214，因此，AC电压的大小被设定为在到达接收电流检测单元212的输入端子时小于接收电流检测单元212的耐受电压(参见图5D)。因此，防止传送的AC电压损伤接收电流检测单元212。因此，从传送电压产生单元211施加的DC电压对接收电流检测单元212的检测电压或检测操作没有影响，并且接收电流检测单元212不被损伤。在这种情况下，传送电压产生单元211在接收操作期间的输出阻抗Zg在接收超声波的频率区域中具有比接收电流检测单元212的输入阻抗Zd的值足够高的值(Zg>Zd)。另一方面，输出阻抗Zg的值比CMUT的元件的阻抗Zc的值足够低(Zg<Zc)。因此，接收电流检测单元212可以高的精度检测由第二电极103产生的电流，从而能够执行高度精确的接收操作。
并且，可通过使用通用电容器构造上述AC耦合单元214。通过选择电容器的电容可容易地将AC耦合的频率设定为希望的值。并且，AC耦合单元214被设定，使得接收电流检测单元212中的AC电压可足够低。具体地，这通过在传送频率区域中将AC耦合单元214的阻抗Za1设定为比传送电压产生单元211与第二电极103之间的配线的阻抗Zw高(Za1>Zw)来实现。并且，AC耦合单元214可使用包含由高电压开关形成的保护元件的配置，该高电压开关具有防止比给定电压Vp高的电压被传送到接收电流检测单元212的端子的功能。在根据本实施例的电容换能器中，可使用传送电压产生单元来代替第二施加单元，并因此可在很少增加部件的数量的情况下调整电势差。
第五实施例
本发明的第五实施例与第二实施例的不同在于：仅执行接收超声波的操作，并因此第二施加单元不同。其它方面与第二实施例相同。本实施例的特征存在于：被配置为测量收发器电路的微小电流以提取接收信号的单元被用于产生可变低电压。以下描述细节。图7A是根据本实施例的电容换能器的示意图。在图7A中，示出接收电流检测单元212和基准电势产生单元215。
接收电流检测单元212与第二电极103连接。接收电流检测单元212具有用于检测的基准电势，并且其输入端子保持在与基准电势基本上相同的电势上。以这种方式，本实施例利用接收电流检测单元212的输入端子的电势被设定为与基准电势相同的状态。根据本实施例的接收电流检测单元212包含能够改变基准电势的基准电势产生单元215。通过改变由基准电势产生单元215产生的DC电压，接收电流检测单元212的基准电势被改变。作为其响应，接收电流检测单元212的输入端子的电势改变，并因此可调整与连接到该电势的第二电极103有关的DC电压。在这种情况下，由基准电势产生单元215产生的电压具有处于其中接收电流检测单元212执行检测操作的电压范围内的值。
并且，接收电流检测单元212能够检测在第二电极103中静电感应的电流的值并输出检测的值作为检测信号。在这种情况下，接收电流检测单元212的输入阻抗Zd在接收超声波的频率区域中具有比CMUT的元件的阻抗Zc足够低的值(Zc>Zd)。因此，接收电流检测单元212可以高的精度检测由第二电极103产生的电流，从而能够执行高度精确的接收操作。以这种方式，通过使用根据本实施例的接收电流检测单元212，可在执行接收操作的同时调整相对的电极之间的电势差。
图7B是示出接收电流检测单元212和基准电压产生源302(图7A的基准电势产生单元215)的示意图。在图7B中，接收电流检测单元212是使用运算放大器的跨阻抗(transimpedance)电路。运算放大器301的反相输入端子(-IN)311与并联连接的电阻器303和电容器304连接，并且其输出端子(OUT)313的输出信号反馈到反相输入端子(-IN)311。运算放大器301的非反相输入端子(+IN)312作为基准电势端子与基准电压产生源302连接。运算放大器301操作，使得反相输入端子(-IN)311与非反相输入端子(+IN)312之间的电势差可以为零。通过该功能，从反相输入端子(-IN)311输入的电流可作为输出电压被提取。并且，由与非反相输入端子(+IN)312连接的基准电压产生源302(215)产生的电压Vr被施加到第二电极(Vl＝Vr)。换句话讲，通过改变由基准电压产生源302(215)产生的电压Vr，可改变胞元的相对的电极之间的电势差。
根据本实施例的电容换能器能够简单地通过在接收电路中添加基准电势产生单元215来调整电极之间的电势差。并且，基准电压产生源仅需要产生低可变电压，并因此有利于电路集成，并且可提供更紧凑的电容换能器。
第六实施例
本发明的第六实施例涉及调整胞元的相对的电极之间的电势差的方法。其它方面与第一至第五实施例中的任意一个相同。本实施例的特征存在于：电极之间的电势差被调整，使得收发器特性在元件之间可以是均一(uniform)的。以下描述细节。
图8是根据本实施例的电容换能器的示意图。在本实施例中，对于各元件提供第二施加单元203。根据元件111、112以及113的收发器特性由各个第二施加单元203调整电压Vl1、Vl2和Vl3。具体地，当一个元件的传送效率或接收灵敏度比其它元件低时，要产生的电压Vl被减小以增加电极之间的电势差，以从而增加操作期间的传送效率或接收灵敏度。另一方面，当一个元件的传送效率或接收灵敏度比其它元件高时，要产生的电压Vl被增加以降低电极之间的电势差，以从而降低操作期间的传送效率或接收灵敏度。因此，即使当同时使用原始的传送效率或接收灵敏度彼此不同的多个元件时，也可以基本上相同的传送效率或接收灵敏度执行收发器操作。
根据本实施例，可以提供即使当收发器特性在元件之间改变时也能够以均一的收发器特性执行收发器操作的电容换能器。
第七实施例
本发明的第七实施例涉及调整电极之间的电势差的方法。其它方面与第一至第五实施例中的任意一个相同。本实施例的特征存在于：电极之间的施加的电势差根据包含在元件中的胞元的形状的类型在元件之间不同。以下描述细节。
图9是根据本实施例的电容换能器的示意图。以下给出包含仅直径不同的胞元的元件的描述。然而，即使当在胞元结构的其它因素(振动膜片厚度、振动膜片材料、间隙高度、电极厚度、电极材料)上存在差异时，也同样成立。在具有相同的层配置的CMUT中，当元件的胞元直径变得更小时，操作所需要的电势差变得更大。另一方面，当元件的胞元直径变得更大时，操作所需要的电势差变得更小。对于具有小的胞元直径的元件111，从第二施加单元203施加的电压Vl1被设定为低，使得电势差可以大。对于具有大的胞元直径的元件113，从第二施加单元203施加的电压Vl2被设定为高，使得电势差可以小。
如上所述，即使在包含具有不同的胞元直径的元件的电容换能器中，也可根据各个胞元直径施加最适宜的电势差。换句话讲，电容换能器包含多个元件，并且第二施加单元能够对于具有相同的胞元形状的各不同的元件施加不同的DC电压。因此，对于具有不同的胞元形状的元件，可对于各胞元形状获得希望的收发器特性。根据本实施例，可提供能够以适合于具有不同的胞元形状的各元件的收发器特性执行收发器操作的电容换能器。
第八实施例
本发明的第八实施例涉及调整电极之间的电势差的方法。其它方面与第一至第五实施例中的任意一个相同。本实施例的特征存在于：向执行收发器操作的周边元件施加的电压与向其它的中心元件施加的电压不同。以下描述细节。
图10是根据本实施例的电容换能器的示意图。在图10中，依次布置元件111、112、113、114以及115。以下，给出其中元件111、112、113、114以及115基本上同时执行传送操作的配置的描述。元件111、112、113、114以及115分别以稍许的时间滞后被施加图5C所示的传送电压。时间滞后被设定，使得从各个元件传送的超声波可同时到达稍许分开的位置。这样，从多个元件传送的超声波被成束(beam-formed)。在本说明书中，定义当通过以这样的时间滞后被施加AC电压的多个元件执行传送操作时多个元件基本上同时执行传送操作。
向执行收发器操作的侧元件111和115施加的电压Vl2被设定为比向其它元件112、113以及114施加的电压Vl1高。这样，侧元件111和115的传送效率或接收灵敏度可被设定为比其它元件112、113以及114的传送效率或接收灵敏度低。因此，可降低当通过使用多个元件传送和接收超声波时出现的超声波的旁瓣(side lobe)。
根据本实施例的电容换能器能够容易地降低当通过多个元件执行收发器操作时出现的旁瓣。因此，可提供能够传送和接收几乎理想的超声束的电容换能器。
第九实施例
本发明的第九实施例涉及诸如超声图像形成设备的被检体信息获取设备，该诸如超声图像形成设备的被检体信息获取设备使用在第一至第八实施例中的任意一个中描述的电容换能器。在图11A中，示出被检体(测量对象)402、电容换能器403、作为图像信息产生设备的图像再现设备404以及图像显示部分405。并且，示出传送超声波501、接收超声波502、超声传送信息503、超声接收信号504、再现图像信息505以及超声图像形成设备400。
从电容换能器403朝向要被测量的对象402输出的超声波501由于要被测量的对象402的界面处的特定声阻抗的差异而在要被测量的对象402的表面上被反射。反射的超声波502被电容换能器403接收，并且关于接收信号的大小、形状以及时间的信息作为超声接收信号504被传送到图像再现设备404。另一方面，关于传送超声波的大小、形状以及时间的信息作为超声传送信息503被传送到图像再现设备404。图像再现设备404基于超声接收信号504和超声传送信息503再现要被测量的对象402的图像，并且作为再现图像信息505传送该图像，该图像然后在图像显示部分405上被显示。
根据本实施例的电容换能器403使用在第一至第五实施例中的任意一个中描述的CMUT。这样，元件被调整以具有希望的收发器特性，并且可更精确地传送和接收超声波。因此，可获得关于在要被测量的对象402上反射的超声波的更精确的信息，从而能够更精确地再现要被测量的对象402。
并且，作为本实施例的另一配置，如图11B所示，电容换能器403可以高的精度检测通过使用另一传送声源401产生的超声波。更进一步，可以使用光源以通过光照射要被测量的对象，并且可以通过电容换能器403接收通过光声效应产生的超声波(光声波)。在本发明中，不管如上所述的传送声源的类型如何，电容换能器403可被用作接收元件。
根据本实施例，可提供能够以高的精度再现图像信息的诸如超声图像形成设备的被检体信息获取设备。如上所述，根据本实施例的图像形成设备包含本发明的被配置为执行向被检体传送声波或从被检体接收声波中的至少一个的电容换能器。然后，图像信息产生设备通过使用向换能器传送的信号或从换能器接收的信号中的至少一个来产生关于被检体的图像信息。并且，如上所述的信息获取设备包含本发明的电容换能器和被配置为通过使用从换能器输出的电信号来获取关于被检体的信息的处理器。然后，换能器可被配置为从被检体接收声波并输出电信号。更进一步，如上所述的信息获取设备可包含本发明的电容换能器、光源以及数据处理设备。然后，换能器接收当通过从光源振荡的光照射被检体时产生的声波，并将接收的声波转换成电信号。数据处理设备通过使用电信号来获取关于被检体的信息。
其它实施例
本发明的实施例还可通过系统或装置的计算机和通过由所述系统或装置的计算机执行的方法来实现，所述系统或装置的计算机读出并执行记录在存储介质(例如，非暂时计算机可读存储介质)上的计算机可执行指令以执行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能，所述方法由所述系统或装置的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能来执行。计算机可包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其它电路中的一个或多个，并且可包含单独的计算机或单独的计算机处理器的网络。可例如从网络或存储介质向计算机提供计算机可执行指令。存储介质可包含例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。
根据本发明，可提供能够通过简单的配置调整在胞元的电极之间施加的电势差的电容换能器驱动设备等。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种用于电容换能器的驱动设备，
所述电容换能器包括胞元，
所述胞元包括振动膜片、包含在所述振动膜片中的第一电极、以及形成为通过间隙的中介与所述第一电极相对的第二电极，
所述驱动设备包括：
第一DC电压施加单元，所述第一DC电压施加单元与包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的一个电连接；和
第二DC电压施加单元，所述第二DC电压施加单元与包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的另一个电连接，
其中，所述第二DC电压施加单元被配置为向所述第一电极和第二电极中的所述另一个施加比由所述第一DC电压施加单元向所述第一电极和第二电极中的所述一个所施加的电压低的电压，并且，
其中，由所述第二DC电压施加单元施加的电压是可变的。
2.根据权利要求1所述的用于电容换能器的驱动设备，其被配置为执行通过响应于传送电压信号而振动所述振动膜片来传送声波的功能或响应于接收电流信号而接收声波的功能中的至少一个，所述接收电流信号在所述第一电极响应于声波而振动时被获得。
3.根据权利要求1或2所述的用于电容换能器的驱动设备，还包括收发器电路，所述收发器电路包括传送电压产生单元或接收电流检测单元中的至少一个，
其中，所述收发器电路对于各元件被连接，所述元件是其中至少一个胞元的第二电极被电连接的至少一个胞元的组，并且，
其中，所述第二DC电压施加单元经由所述收发器电路与第二电极连接。
4.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，
其中，所述第二DC电压施加单元经由包含在所述收发器电路中的配线与第二电极连接，并且，
其中，所述传送电压产生单元经由AC耦合单元与所述配线连接，并且所述接收电流检测单元经由另一AC耦合单元与所述配线连接。
5.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，其中，所述传送电压产生单元包括所述第二DC电压施加单元。
6.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，其中，所述接收电流检测单元包括所述第二DC电压施加单元。
7.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，其被配置为改变要由所述第二DC电压施加单元施加的DC电压以调整所述第一电极与第二电极之间的电势差，使得所述电势差接近所述元件的传送效率或接收灵敏度中的至少一个的特性。
8.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，
其中，所述电容换能器包括多个所述元件，并且，
其中，所述第二DC电压施加单元被配置为施加对于具有相同形状的胞元的各不同元件而不同的DC电压。
9.根据权利要求3所述的用于电容换能器的驱动设备，其被配置为在基本上同时执行传送操作的多个所述元件中设定要由所述第二DC电压施加单元向多个所述元件施加的电压，以在所述多个元件中的周边元件与中心元件之间具有不同的值。
10.一种被检体信息获取设备，包括：
根据权利要求1所述的用于电容换能器的驱动设备；和
处理器，所述处理器被配置为通过使用从所述电容换能器输出的电信号来获取关于被检体的信息，
其中，所述电容换能器被配置为从所述被检体接收声波并输出所述电信号。
11.一种被检体信息获取设备，包括：
根据权利要求1所述的用于电容换能器的驱动设备；
光源；以及
数据处理设备，
其中，所述电容换能器被配置为接收由从所述光源振荡以照射被检体的光产生的声波并将接收的声波转换成电信号，并且，
其中，所述数据处理设备被配置为通过使用所述电信号来获取关于被检体的信息。
12.一种驱动电容换能器的方法，
所述电容换能器包括胞元，
所述胞元包括振动膜片、包含在所述振动膜片中的第一电极、以及形成为通过间隙的中介与所述第一电极相对的第二电极，
所述方法包括：
将向包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的另一个所施加的电压设定为比向包含在所述胞元中的第一电极和第二电极中的一个所施加的电压低；和
改变向所述第一电极和第二电极中的所述另一个所施加的电压。
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