JP2013251804A - 測定装置の駆動装置、及び駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】可変容量コンデンサ間の間隔を広げることなく駆動回路の数を低減できる測定装置の駆動装置及び駆動方法を提供する。
【解決手段】可変容量コンデンサ31、32をセンサ素子として有する測定装置の駆動装置は、各2つの可変容量コンデンサからなる複数の組に対してそれぞれ設けられた駆動回路を有する。各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極が電気的に接続される。各駆動回路は、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極に相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加するバイアス電源21、22と、各組の前記一方の電極から出力される信号に相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力するかけ算器81、82と、2つのかけ算信号を交流バイアス電圧の周期ごとに積分して各組の2つの可変容量コンデンサに対応する2つの信号を出力する積分器91、92を有する。
【選択図】図1
【解決手段】可変容量コンデンサ31、32をセンサ素子として有する測定装置の駆動装置は、各2つの可変容量コンデンサからなる複数の組に対してそれぞれ設けられた駆動回路を有する。各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極が電気的に接続される。各駆動回路は、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極に相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加するバイアス電源21、22と、各組の前記一方の電極から出力される信号に相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力するかけ算器81、82と、2つのかけ算信号を交流バイアス電圧の周期ごとに積分して各組の2つの可変容量コンデンサに対応する2つの信号を出力する積分器91、92を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、超音波診断装置の超音波探触子に用いられる静電容量型トランスデューサの駆動回路などの測定装置の駆動装置、及び駆動方法に関する。
超音波を使った診断原理の1つに光音響を用いたものがある。光音響は、生体内にパルスレーザを照射した際に、レーザ光を吸収した組織が瞬間的に熱膨張することで発生する超音波振動などの光音響振動を利用する方式のことである。光音響振動を体表で受信して生体内の情報を得る。超音波振動の受信には、超音波トランスデューサが使用される。超音波トランスデューサの一方式として、静電容量型超音波トランスデューサがある。静電容量型超音波トランスデューサは、例えば、キャビティと呼ばれる略真空に維持された空間と、キャビティを挟んで設けられた2つの電極で構成される。また、電極のうちの一方は、メンブレンと呼ばれる薄膜上に設けられており振動可能に支持されていて、他方の電極はトランスデューサの基板上に固定されている。以下では、振動可能に支持された電極を振動電極、基板上に固定された電極を固定電極とも呼ぶ。
静電容量型超音波トランスデューサ(以下、超音波トランスデューサとも記す)が超音波を受けると、メンブレンが振動し2つの電極間の距離が変化する。電極間距離の変化によって静電容量が変化する。2つの電極間に電圧を印加していると、静電容量の変化が電流信号となる。こうした構成において、1つのキャビティと2つの電極からなる超音波トランスデューサの構成単位を、セルと呼ぶ。また、複数のセルを電気的に接続した構成単位を、エレメントと呼ぶ。超音波診断装置に用いられる超音波トランスデューサでは、複数のエレメントを1D(1次元)アレイまたは2D(2次元)アレイ状に配置するのが通常である。それぞれのエレメントには、駆動回路が設けられ、それぞれの駆動回路をチャンネルと呼ぶ。電極間距離の変化によって静電容量が変化することから、エレメントは電気回路においては、可変容量コンデンサとみなすことができる。
前述の超音波トランスデューサの駆動技術に関して、エレメント間において電極を接続して超音波トランスデューサの駆動回路の数を削減する提案がある(特許文献1参照)。
しかし、特許文献1の技術では、超音波トランスデューサのチャンネルの数を削減しているが、複数のエレメント間の間隔が大きくなることがある。
従って、本発明の目的は、エレメントなどの可変容量コンデンサの間の間隔を広げることなく駆動回路の数を低減することができる技術を提供することである。
従って、本発明の目的は、エレメントなどの可変容量コンデンサの間の間隔を広げることなく駆動回路の数を低減することができる技術を提供することである。
上記課題に鑑み、本発明の駆動装置は、複数の可変容量コンデンサをセンサ素子として有する測定装置の駆動装置であって、複数の可変容量コンデンサの各2つの可変容量コンデンサからなる複数の組に対してそれぞれ駆動回路が設けられ、各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極が電気的に接続されている。そして、各駆動回路は、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加するバイアス電源と、各組の2つの可変容量コンデンサの前記一方の電極から出力される信号にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力するかけ算器と、前記2つのかけ算信号を前記交流バイアス電圧の周期ごとにそれぞれ積分して各組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号を出力する積分器と、を有する。前記可変容量コンデンサは、例えば、静電容量型超音波トランスデューサのエレメントである。
また、上記課題に鑑み、本発明の駆動方法は、複数の可変容量コンデンサをセンサ素子として有する測定装置の駆動方法であって、複数の可変容量コンデンサの各2つの可変容量コンデンサからなる各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極を電気的に接続し、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加し、各組の2つの可変容量コンデンサの前記一方の電極から出力される信号にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力し、前記2つのかけ算信号を前記交流バイアス電圧の周期ごとにそれぞれ積分して各組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号を取得する。
本発明によれば、静電容量型超音波トランスデューサのエレメントなどである可変容量コンデンサの2つを1つの組として1つの駆動回路で駆動でき、各組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号(超音波信号など)を別々に検出できる。従って、エレメントなどの可変容量コンデンサ間の間隔を広げることなく、駆動回路すなわちチャンネルの数を低減することができる。
本発明は、複数の可変容量コンデンサの各2つの可変容量コンデンサからなる各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極を電気的に接続し、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加し、各組の2つの可変容量コンデンサの前記一方の電極から出力される信号にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を取得し、前記2つのかけ算信号を前記交流バイアス電圧の周期ごとにそれぞれ積分して各組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号を得ることを特徴とする。本発明は、後述の実施例で説明する静電容量型超音波トランスデューサの駆動装置及び方法に限られず、複数の可変容量コンデンサをセンサ素子として有する測定装置であれば、どの様な測定装置の駆動装置及び駆動方法にも適用することもできる。
以下、図を用いて実施例を説明する。
(実施例1)
実施例1は静電容量型超音波トランスデューサの駆動装置及び方法に係る。まず、本実施例の超音波トランスデューサの可変容量コンデンサをなすエレメントについて説明する。図4に示す様に、1つのエレメント705では、基板701上の第一電極702とメンブレン707上の第二電極703とがキャビティ704を隔てて対向して設けられている。ここでは、基板701はシリコンウェハを用いている。また、第一電極702と第二電極703はTi膜を用いたが、他の電極材料であっても構わない。また、基板701を低抵抗シリコン(例えば、0.01オームセンチメートル以下)で構成した場合は、第一電極702を省略して、基板701を第一電極とする構成もあり得る。第一と第二の電極の間には絶縁膜706であるシリコン酸化膜が配置されている。第二電極703はシリコン窒化膜などのメンブレン707の上に配置され、配線102を介して第二電極703の電極パッド709に接続される。第一電極702は第一電極の電極パッド708に接続される。本実施例では、超音波トランスデューサの最小単位であるセルが、第二電極703により4個接続されていて、一つのエレメント705となっている。こうした構成のエレメントが複数設けられていて、後述する様に、2つのエレメントが1つの組を構成して、各組に対して駆動回路が設けられている。勿論、エレメント705の構成はこれに限らず、適宜構成することができる。
(実施例1)
実施例1は静電容量型超音波トランスデューサの駆動装置及び方法に係る。まず、本実施例の超音波トランスデューサの可変容量コンデンサをなすエレメントについて説明する。図4に示す様に、1つのエレメント705では、基板701上の第一電極702とメンブレン707上の第二電極703とがキャビティ704を隔てて対向して設けられている。ここでは、基板701はシリコンウェハを用いている。また、第一電極702と第二電極703はTi膜を用いたが、他の電極材料であっても構わない。また、基板701を低抵抗シリコン(例えば、0.01オームセンチメートル以下)で構成した場合は、第一電極702を省略して、基板701を第一電極とする構成もあり得る。第一と第二の電極の間には絶縁膜706であるシリコン酸化膜が配置されている。第二電極703はシリコン窒化膜などのメンブレン707の上に配置され、配線102を介して第二電極703の電極パッド709に接続される。第一電極702は第一電極の電極パッド708に接続される。本実施例では、超音波トランスデューサの最小単位であるセルが、第二電極703により4個接続されていて、一つのエレメント705となっている。こうした構成のエレメントが複数設けられていて、後述する様に、2つのエレメントが1つの組を構成して、各組に対して駆動回路が設けられている。勿論、エレメント705の構成はこれに限らず、適宜構成することができる。
図1は、本実施例の駆動装置の構成を説明する図である。図1において、1はグランド電位を表し、2つのエレメントからなる各組に対する駆動装置は、バイアス電源21、バイアス電源22、1つの組をなすエレメント31とエレメント32、電流電圧変換器4、信号分離器5を備える。説明のために、図1の各配線に、番号p11、p12、p21、p22、p3、p4を図示のように付す。グランド電位1は、回路の基準電圧である。バイアス電源21はグランド電位1を基準に配線p11にバイアス電圧を印加する。同様に、バイアス電源22は配線p12にバイアス電圧を印加する。エレメント31及びエレメント32は、それぞれ、図4で説明した様な構成を有する超音波トランスデューサの素子である。背景技術のところで説明したように、エレメント31及びエレメント32は可変容量コンデンサと等価である。エレメント31の一方の電極の端子は配線p11を介してバイアス電源21に接続され、エレメント32の一方の電極の端子は配線p12を介してバイアス電源22に接続される。エレメント31及びエレメント32の他方の電極の端子は、それぞれ配線p21と配線p22を介して互いに接続され、配線p3に接続される。配線p3は電流電圧変換器4に入力される。電流電圧変換器4の出力は配線p4を介して信号分離器5に入力される。配線p3は電流電圧変換器4において、図示しないオペアンプによって仮想接地されている。したがって、配線p3はグランド電位と等価とみなすことができる。
次に、図2(a)〜(d)を用いてバイアス電源21、バイアス電源22、エレメント31、エレメント32の動作について説明する。図2(a)〜(d)において、横軸は時間tを、縦軸は電圧及び電流を表す。
図2(a)は、バイアス電源21とエレメント31との動作関係を表す図である。図2(a)は、超音波トランスデューサに超音波振動が入力されることがなく、メンブレンの位置が一定の場合を示す。この場合、エレメント31のコンデンサ容量は一定となる。配線p21に流れる電流i1(t)は、バイアス電源21の電圧Vb1(t)によって定まる。バイアス電源21は、次の式(1)の電圧Vb1(t)を発生させる。
Vb1(t)=A11*sin(ω*t)…(1)
ここで、tは時間、ωは角速度[rad/s]、A11は振幅[V]である。
Vb1(t)=A11*sin(ω*t)…(1)
ここで、tは時間、ωは角速度[rad/s]、A11は振幅[V]である。
角速度ωは、メンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定されることで、バイアス電源21によるメンブレンの振動を防ぐ。すなわち、交流バイアス電圧の周波数はエレメントの機械的振動帯域よりも高い周波数に設定されている。このとき、配線p21に流れる電流i1(t)は、次の式(2)で表される。
i1(t)=(A11/(ω*C11))*cos(ω*t)…(2)
ここで、C11はエレメント31の容量[C]である。
i1(t)=(A11/(ω*C11))*cos(ω*t)…(2)
ここで、C11はエレメント31の容量[C]である。
図2(b)は、バイアス電源22とエレメント32との動作関係を表す図である。図2(b)は、図2(a)と同様に、超音波トランスデューサに超音波振動が入力されることがなく、メンブレンの位置が一定の場合を示す。この場合、エレメント32のコンデンサ容量は一定となる。配線p22に流れる電流i2(t)は、バイアス電源22の電圧Vb2(t)によって定まる。バイアス電圧22は、次の式(3)の電圧Vb2(t)を発生させる。これは、電圧Vb1(t)とは相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧である。
Vb2(t)=A12*cos(ω*t)…(3)
ここで、tは時間、ωは角速度[rad/s]、A12は振幅[V]である。
Vb2(t)=A12*cos(ω*t)…(3)
ここで、tは時間、ωは角速度[rad/s]、A12は振幅[V]である。
ここでも、角速度ωは、メンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定されることで、バイアス電源22によるメンブレンの振動を防ぐ。このとき、配線p22に流れる電流i2(t)は、次の式(4)で表される。
i2(t)=−(A12/(ω*C12))*sin(ω*t)…(4)
ここで、C12はエレメント32の容量[C]である。
i2(t)=−(A12/(ω*C12))*sin(ω*t)…(4)
ここで、C12はエレメント32の容量[C]である。
図2(c)は、エレメント31に超音波振動が入射されて、メンブレンが機械的に振動を起こし、エレメント31のコンデンサ容量が変化した場合を説明する図である。バイアス電圧21は、図2(a)の式(1)と同等な次の式(1)の電圧Vb1(t)を発生させる。
Vb1(t)=A11*sin(ω*t)…(1)
角速度ωはメンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定され、このとき、配線p21に流れる電流i1(t)は、次の式(5)で表される。
i1(t)=(A11/(ω*C11(t))*cos(ω*t)…(5)
ここで、C11(t)は、エレメント31の時間的に変化する容量[C]である。
Vb1(t)=A11*sin(ω*t)…(1)
角速度ωはメンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定され、このとき、配線p21に流れる電流i1(t)は、次の式(5)で表される。
i1(t)=(A11/(ω*C11(t))*cos(ω*t)…(5)
ここで、C11(t)は、エレメント31の時間的に変化する容量[C]である。
図2(d)は、エレメント32に超音波振動が入射されて、メンブレンが機械的に振動を起こし、エレメント32のコンデンサ容量が変化した場合を説明する図である。バイアス電圧22は、図2(b)の式(3)と同等な次の式(3)の電圧Vb2(t)を発生させる。
Vb2(t)=A12*cos(ω*t)…(3)
ここでも、角速度ωは、メンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定される。このとき、配線p22に流れる電流i2(t)は、次の式(6)で表される。
i2(t)=−(A12/(ω*C12(t))*sin(ω*t)…(6)
ここで、C12(t)は、エレメント32の時間的に変化する容量[C]である・
Vb2(t)=A12*cos(ω*t)…(3)
ここでも、角速度ωは、メンブレンが機械的に振動可能な周波数よりも高い周波数に設定される。このとき、配線p22に流れる電流i2(t)は、次の式(6)で表される。
i2(t)=−(A12/(ω*C12(t))*sin(ω*t)…(6)
ここで、C12(t)は、エレメント32の時間的に変化する容量[C]である・
上記式(5)と式(6)において、次の様に置く。
I41(t)=(A11/(ω*C11(t))…(7)
I42(t)=(A12/(ω*C12(t))…(8)
すると、式(5)と式(6)は、それぞれ次の様になる。
i1(t)=I41(t)*cos(ω*t)…(9)
i2(t)=−I42(t)*sin(ω*t)…(10)
I41(t)=(A11/(ω*C11(t))…(7)
I42(t)=(A12/(ω*C12(t))…(8)
すると、式(5)と式(6)は、それぞれ次の様になる。
i1(t)=I41(t)*cos(ω*t)…(9)
i2(t)=−I42(t)*sin(ω*t)…(10)
配線p3に流れる電流i3(t)は、キルヒホッフの法則から、次の式で表される。
i3(t)=i1(t)+i2(t)…(11)
電流i3(t)は、式(9)、式(10)、式(11)を用いると次の様になる。
i3(t)=I41(t)*cos(ω*t)−I42(t)*sin(ω*t)…(12)
i3(t)=i1(t)+i2(t)…(11)
電流i3(t)は、式(9)、式(10)、式(11)を用いると次の様になる。
i3(t)=I41(t)*cos(ω*t)−I42(t)*sin(ω*t)…(12)
2つの電流が入力する電流電圧変換器4は、次の様に、電流i1(t)を電圧V31(t)に、電流i2(t)を電圧V32(t)に変換する。
V31(t)=E3*I41(t)…(13)
V32(t)=E3*I42(t)…(14)
ここで、E3は、電流電圧変換定数[V/I]である。
このような回路は、トランスインピーダンス回路で実現可能であり、電流電圧変換定数E3の値は任意の実数である。トランスインピーダンス回路と電流電圧変換定数E3の値は、本発明の本質ではないため、説明を省略する。電流電圧変換器4からの出力電圧V4(t)は、上記の式(12)、式(13)、式(14)を用いると、次の式(15)で表される。
V4(t)=V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t)…(15)
V31(t)=E3*I41(t)…(13)
V32(t)=E3*I42(t)…(14)
ここで、E3は、電流電圧変換定数[V/I]である。
このような回路は、トランスインピーダンス回路で実現可能であり、電流電圧変換定数E3の値は任意の実数である。トランスインピーダンス回路と電流電圧変換定数E3の値は、本発明の本質ではないため、説明を省略する。電流電圧変換器4からの出力電圧V4(t)は、上記の式(12)、式(13)、式(14)を用いると、次の式(15)で表される。
V4(t)=V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t)…(15)
次に、図3を用いて信号分離器5の動作について説明する。信号分離器5の機能は、式(15)の電圧V4(t)から電圧V31(t)と電圧V32(t)を分離・検出するものである。図3に示す様に、信号分離器5は、基準信号発生器71、基準信号発生器72、かけ算器81、かけ算器82、積分器91、積分器92からなる。p4は、図1の配線p4である。説明のため、図3中に、信号としてS71、S72、S81、S82、S91、S92を付す。かけ算器81とかけ算器82には、配線p4の信号が入力される。加えて、かけ算器81には基準信号S71が入力され、かけ算器82には基準信号S72が入力される。かけ算器81の出力は積分器91に入力され、かけ算器82の出力は積分器91に入力される。
図3のp4には、式(15)で示される電圧信号が入力されている。
V4(t)=V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t)…(15)
基準信号発生器71の出力の基準信号S71は余弦波の次の電圧信号である。
S71=V51*cos(ω*t)…(16)
ここで、tは時間、V51は任意の振幅[V]、ωは角速度[rad/s]である。式(16)内の角速度ωの値は、式(1)内の角速度ωと同じである。
V4(t)=V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t)…(15)
基準信号発生器71の出力の基準信号S71は余弦波の次の電圧信号である。
S71=V51*cos(ω*t)…(16)
ここで、tは時間、V51は任意の振幅[V]、ωは角速度[rad/s]である。式(16)内の角速度ωの値は、式(1)内の角速度ωと同じである。
かけ算器81では、電圧V4(t)と基準信号S71とがかけ算され、次の信号S81が生成される。
S81=(V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t))*(V51*cos(ω*t))…(17)
積分器91は、信号S81を積分して次の信号S91を出力する。
S91=(1/(V51*π))*(S81を時間t=0から時間(2π/ω)の区間でtについて積分する式)…(18)
式(18)のS91は、電圧V31の時間0〜(2π/ω)の平均値である。
S81=(V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t))*(V51*cos(ω*t))…(17)
積分器91は、信号S81を積分して次の信号S91を出力する。
S91=(1/(V51*π))*(S81を時間t=0から時間(2π/ω)の区間でtについて積分する式)…(18)
式(18)のS91は、電圧V31の時間0〜(2π/ω)の平均値である。
他方、基準信号発生器72の出力の基準信号S72は負の正弦波の電圧信号である。これは、基準信号S71とは相対的に90°位相の異なる交流信号である。
S72=−V52*sin(ω*t)…(19)
ここで、V52は任意の振幅[V]である。
かけ算器82では、電圧V4(t)と基準信号S72とがかけ算され、次の信号S82が生成される。
S82=(V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t))*(−V52*sin(ω*t))…(20)
積分器92は、信号S82を積分して次の信号S92を出力する。
S92=(1/(V52*π))*(S82を時間t=0から時間(2π/ω)の区間でtについて積分する式)…(21)
式(21)のS92は、電圧V32の時間0〜(2π/ω)の平均値である。
S72=−V52*sin(ω*t)…(19)
ここで、V52は任意の振幅[V]である。
かけ算器82では、電圧V4(t)と基準信号S72とがかけ算され、次の信号S82が生成される。
S82=(V31(t)*cos(ω*t)−V32(t)*sin(ω*t))*(−V52*sin(ω*t))…(20)
積分器92は、信号S82を積分して次の信号S92を出力する。
S92=(1/(V52*π))*(S82を時間t=0から時間(2π/ω)の区間でtについて積分する式)…(21)
式(21)のS92は、電圧V32の時間0〜(2π/ω)の平均値である。
電圧V31は式(13)より次の様に表される。
V31(t)=E3*I41(t)…(13)
そして、式(7)のI41(t)=(A11/(ω*C11(t))を式(13)に代入すると次の式が得られる。
V31(t)=E3*(A11/(ω*C11(t))…(22)
V31(t)=E3*I41(t)…(13)
そして、式(7)のI41(t)=(A11/(ω*C11(t))を式(13)に代入すると次の式が得られる。
V31(t)=E3*(A11/(ω*C11(t))…(22)
電流電圧変換定数E3、バイアス電圧の振幅A11、バイアス電圧の角速度ωは、既知の定数である。定数F11を次の式(23)のように定義すると、式(22)は、式(23)を用いて以下の式(24)ようになる。
F11=(E3*A11)/ω…(23)
V31(t)=F11/C11(t)…(24)
同様に、定数F12を次の式(25)のように定義すると、式(26)が得られる。
F12=(E3*A12)/ω…(25)
V32(t)=F12/C12(t)…(26)
F11=(E3*A11)/ω…(23)
V31(t)=F11/C11(t)…(24)
同様に、定数F12を次の式(25)のように定義すると、式(26)が得られる。
F12=(E3*A12)/ω…(25)
V32(t)=F12/C12(t)…(26)
容量C11(t)、容量C12(t)は図1のエレメント31、エレメント32の容量であるから、V31(t)及びV32(t)は、エレメント31、エレメント32のメンブレンの変位であり、超音波信号である。こうして、各組の2つの可変容量コンデンサであるエレメントを1つの駆動回路で駆動でき、2つのエレメントにそれぞれ対応する2つの超音波信号を別々に検出できるので、エレメント間の間隔を広げることなく、駆動回路の数を低減することができる。
(実施例2)
図5に、本発明の実施例2である被検体診断装置ないし光音響測定装置を示す。光源50は、例えば、レーザ光を発生する光源であり、光24は例えばパルス状のレーザ光である。
図5に、本発明の実施例2である被検体診断装置ないし光音響測定装置を示す。光源50は、例えば、レーザ光を発生する光源であり、光24は例えばパルス状のレーザ光である。
この装置において、被検体17に向かって光源50から発せられた照射光24が被検体内部の光吸収体51にあたることによって、光音響効果により光音響波とよばれる音響波52が発せられる。この音響波52の周波数は、光吸収体51を構成する物質や個体の大きさによって異なるが300kHz乃至10MHz程度である。音響波52は、その伝搬の良好な音響インピーダンスマッチング材25を通り、本発明の駆動装置を有する静電容量型超音波トランスデューサ53で検出される。電流電圧増幅された信号は、信号線54を介して信号処理部55に送られる。検出された信号は、信号処理部55で信号処理され、被検体の物理情報が抽出される。信号処理部55は主に計算機であるが、一部は集積回路になっていてもよく、2次元や3次元のイメージの再構成が可能なものである。本発明の駆動装置を有する超音波トランスデューサ53を用いることで、コンパクトな構成で信号が得られる。勿論、本発明の測定装置は、超音波などの音響波があてられた被検体からの音響波を検出する被検体診断装置で用いることもできる。ここでも、被検体からの音響波を検出し、変換された信号を信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得することができる。
1…グランド電位、21、22…バイアス電源、31、32…エレメント(可変容量コンデンサ)、5…信号分離器、71、72…基準信号発生器、81、82…かけ算器、91、92…積分器
Claims (5)
- 複数の可変容量コンデンサをセンサ素子として有する測定装置の駆動装置であって、
前記複数の可変容量コンデンサの各2つの可変容量コンデンサからなる複数の組に対してそれぞれ複数の駆動回路が設けられ、
前記組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極が電気的に接続され、
各駆動回路は、
前記組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記組の2つの可変容量コンデンサの前記一方の電極から出力される信号にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力するかけ算器と、
前記2つのかけ算信号を前記交流バイアス電圧の周期ごとにそれぞれ積分して前記組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号を出力する積分器と、を有することを特徴とする駆動装置。 - 前記可変容量コンデンサは静電容量型超音波トランスデューサのエレメントであることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
- 前記交流バイアス電圧の周波数は、前記可変容量コンデンサの機械的振動帯域よりも高い周波数に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の駆動装置。
- 複数の可変容量コンデンサをセンサ素子として有する測定装置の駆動方法であって、
複数の可変容量コンデンサの各2つの可変容量コンデンサからなる各組の2つの可変容量コンデンサの一方の電極を電気的に接続し、各組の2つの可変容量コンデンサの他方の電極にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流バイアス電圧を印加し、各組の2つの可変容量コンデンサの前記一方の電極から出力される信号にそれぞれ相対的に90°位相の異なる交流信号をかけ算して2つのかけ算信号を出力し、前記2つのかけ算信号を前記交流バイアス電圧の周期ごとにそれぞれ積分して各組の2つの可変容量コンデンサにそれぞれ対応する2つの信号を取得することを特徴とする駆動方法。 - 前記交流バイアス電圧の周波数は、前記可変容量コンデンサの機械的振動帯域よりも高い周波数に設定することを特徴とする請求項4に記載の駆動方法。
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2012
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