JP2015173841A - Device with element having capacitance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量変化を利用した電気機械変換装置などの、静電容量をもつエレメントを有する装置、エレメントの静電容量を検出する装置ないし方法等に関する。 The present invention relates to an apparatus having an element having an electrostatic capacity, such as an electromechanical transducer using an electrostatic capacitance change, an apparatus or method for detecting the electrostatic capacity of an element, and the like.
音響波の発生および検出のために、MEMS技術を用いて作製された静電容量型の電気機械変換素子(CMUT:Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)が提案されている。CMUTの基本的な構造は、基板上に配置された第一の電極と、第一の電極の直上に配置された振動膜と、振動膜に配置された第二の電極を含むセルを備え、各セルの第一の電極同士と第二の電極同士を電気的に接続してエレメントが構成されている。CMUTを用いて音響波を発生させるためには、第一の電極と第二の電極との間に時間変化する電圧信号(例えばパルス電圧など)を印加する。これにより第一の電極と第二の電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力によって振動膜を振動させることにより音響波を発生させる。CMUTを用いて音響波を検出するためには、第一の電極と第二の電極との間に直流電圧を印加する。この状態で振動膜が音響波により振動させられると、第一の電極と第二の電極との間の静電容量が変化するため、第二の電極において電流信号が発生する。この電流信号を検出することにより音響波を検出する。尚、本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含む。例えば、被検体内部に可視光線や赤外線等の光(電磁波)を照射して被検体内部で発生する光音響波を含む。 In order to generate and detect acoustic waves, a capacitive electromechanical transducer (CMUT) manufactured using MEMS technology has been proposed. The basic structure of CMUT includes a cell including a first electrode disposed on a substrate, a vibration film disposed immediately above the first electrode, and a second electrode disposed on the vibration film, An element is configured by electrically connecting the first electrode and the second electrode of each cell. In order to generate an acoustic wave using the CMUT, a time-varying voltage signal (for example, a pulse voltage) is applied between the first electrode and the second electrode. Thereby, an electrostatic attraction is generated between the first electrode and the second electrode, and an acoustic wave is generated by vibrating the vibration film by the electrostatic attraction. In order to detect an acoustic wave using CMUT, a DC voltage is applied between the first electrode and the second electrode. When the vibrating membrane is vibrated by an acoustic wave in this state, the capacitance between the first electrode and the second electrode changes, so that a current signal is generated at the second electrode. An acoustic wave is detected by detecting this current signal. In this specification, the acoustic wave includes what are called sound waves, ultrasonic waves, and photoacoustic waves. For example, it includes photoacoustic waves generated inside the subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves) such as visible light and infrared rays.
CMUTを用いた超音波画像の画質を向上及び維持するためには、CMUTの全てのエレメントの性能、すなわち音響波の発生効率及び音響波の検出感度が常に設計された値で一定に保たれていることが望ましい。CMUTの性能を決定する主要因の一つは、第一の電極と第二の電極との間の静電容量(以下、CMUTの静電容量と呼ぶ)である。CMUTの静電容量を検出することにより、CMUTの性能が所望の状態から変化しているかどうかを判定することができる。特許文献1の第四の実施例に記載の電気機械変換装置は、CMUTの第一の電極と第二の電極のうちのいずれか一方の電極に交流電圧信号を印加する機能と、他方の電極で発生する電流信号を検出する機能とを有する。この電流信号はCMUTの静電容量に対応した大きさの振幅を有するため、この電流信号からCMUTの静電容量を検出することができる。 In order to improve and maintain the image quality of ultrasonic images using CMUT, the performance of all elements of CMUT, that is, the generation efficiency of acoustic waves and the detection sensitivity of acoustic waves, are always kept constant at designed values. It is desirable. One of the main factors that determine the performance of the CMUT is the capacitance between the first electrode and the second electrode (hereinafter referred to as the capacitance of the CMUT). By detecting the capacitance of the CMUT, it can be determined whether the performance of the CMUT has changed from a desired state. The electromechanical transducer described in the fourth embodiment of Patent Document 1 has a function of applying an AC voltage signal to one of the first electrode and the second electrode of the CMUT, and the other electrode. And a function of detecting a current signal generated in Since the current signal has an amplitude corresponding to the capacitance of the CMUT, the capacitance of the CMUT can be detected from the current signal.
上記分野において、CMUTなどの装置の性能をより高い精度で保持するために、CMUTなどの装置の静電容量の変化を従来よりも高い精度で検出することが望まれている。本発明は、CMUTなどの装置の静電容量の変化を従来よりも高い精度で検出することを課題とする。 In the above field, in order to maintain the performance of a device such as a CMUT with higher accuracy, it is desired to detect a change in capacitance of the device such as a CMUT with higher accuracy than before. An object of the present invention is to detect a change in capacitance of a device such as a CMUT with higher accuracy than before.
上記課題に鑑み、本発明の装置は以下のような構成要素を有する。すなわち、第一の電極と、前記第一の電極と間隙を隔てて形成された第二の電極を含む振動膜と、を備え、少なくとも音響波を受信するセルを有するエレメント。前記第一の電極と前記第二の電極との間に直流電圧を印加するための第一の印加手段。前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方の電極に印加するための第二の印加手段。前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極から出力される電流信号を電圧信号に変換する信号変換部。前記他方の電極と前記信号変換部との間に設けられ、前記音響波の受信による振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部。 In view of the above problems, the apparatus of the present invention has the following components. That is, an element including a first electrode and a vibrating membrane including a second electrode formed with a gap from the first electrode, and having a cell that receives at least an acoustic wave. First application means for applying a DC voltage between the first electrode and the second electrode. A second applying means for applying a detection signal for detecting a capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode; A signal conversion unit that converts a current signal output from the other electrode of the first electrode and the second electrode into a voltage signal. A band that is provided between the other electrode and the signal conversion unit and has a cutoff frequency in a frequency region outside the main band of a current signal generated by the other electrode due to vibration of the vibration film due to reception of the acoustic wave Blocking filter part.
また上記課題に鑑み、第一の電極と、前記第一の電極と間隙を隔てて形成された第二の電極を含む振動膜と、を備えたセルを有するエレメントの静電容量を検出する本発明の装置は以下のような構成要素を有する。すなわち、前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方に印加するための印加手段。前記振動膜の振動により前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極から出力される電流信号を電圧信号に変換する信号変換部。前記他方の電極と前記信号変換部との間に設けられ、外部作用に依る前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部。前記検出信号の周波数を前記遮断周波数の近傍で変化させるための周波数制御手段。前記検出信号の周波数に対応する前記信号変換部からの出力信号に係る情報を記憶するための記憶手段。前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記出力信号が最大となる前記検出信号の周波数を取得して、該周波数を含む情報に基づいて前記エレメントの静電容量を検出する容量検出手段。 Further, in view of the above problems, a book for detecting the capacitance of an element having a cell including a first electrode and a vibration film including a second electrode formed with a gap from the first electrode. The device of the invention has the following components. That is, application means for applying a detection signal for detecting the capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode. A signal converter that converts a current signal output from the other electrode of the first electrode and the second electrode by vibration of the vibrating membrane into a voltage signal. Band blocking provided between the other electrode and the signal conversion unit and having a cutoff frequency in a frequency region outside a main band of a current signal generated at the other electrode due to vibration of the vibrating membrane due to an external action Filter part. Frequency control means for changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency. Storage means for storing information relating to the output signal from the signal conversion unit corresponding to the frequency of the detection signal. Capacitance detection means for acquiring a frequency of the detection signal that maximizes the output signal based on information stored in the storage means, and detecting a capacitance of the element based on information including the frequency.
また上記課題に鑑み、第一の電極と、前記第一の電極と間隙を隔てて形成された第二の電極を含む振動膜と、を備えたセルを有するエレメントの静電容量を検出する本発明の方法は以下のような工程を有する。すなわち、前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方に印加する工程。前記振動膜の振動により前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極で発生する電流信号を、外部作用に依る前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部により処理する工程。前記帯域阻止フィルタ部により処理された電流信号を電圧信号に変換する工程。前記検出信号の周波数を前記遮断周波数の近傍で変化させる工程。前記検出信号の周波数に対応する前記電圧信号に係る情報を記憶する工程。前記記憶された情報に基づいて前記電圧信号が最大となる前記検出信号の周波数を取得して、該周波数を含む情報に基づいて前記エレメントの静電容量を検出する工程。 Further, in view of the above problems, a book for detecting the capacitance of an element having a cell including a first electrode and a vibration film including a second electrode formed with a gap from the first electrode. The method of the invention has the following steps. That is, a step of applying a detection signal for detecting the capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode. A current signal generated at the other electrode of the first electrode and the second electrode due to vibration of the vibration film is a current signal generated at the other electrode due to vibration of the vibration film due to external action. A process of processing by a band rejection filter unit having a cutoff frequency in a frequency region outside the main band. Converting the current signal processed by the band rejection filter unit into a voltage signal; Changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency; Storing information related to the voltage signal corresponding to the frequency of the detection signal. Obtaining a frequency of the detection signal that maximizes the voltage signal based on the stored information, and detecting a capacitance of the element based on the information including the frequency.
本発明によれば、CMUT等の装置のエレメントの静電容量の変化を従来よりも高い精度で検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a change in capacitance of an element of a device such as a CMUT with higher accuracy than in the past.
本発明では、振動膜の振動によりエレメントの電極で発生する電流信号を、外部作用に依る振動膜の振動により前記電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部により処理する。ここで、主帯域とは、外部作用に依る振動膜の振動により発生する電流信号の周波数成分のうち、本装置によって検出される音響波などの外部作用波の主要な特徴を表す周波数成分が含まれる周波数領域を指す。例えば、単一の矩形波からなる超音波を被検体に送信し被検体で反射した超音波パルスを検出する超音波画像診断装置においては、周波数が0から送信超音波の時間幅の逆数の周波数まで、で規定される領域に超音波の主要な周波数成分が存在しており、この周波数範囲が主帯域に相当する。また、主帯域の外側の周波数領域とは、主帯域よりも高い周波数領域あるいは低い周波数領域のどちらであってもよい。帯域阻止フィルタ部を配置する場所の例としては、エレメントの電極と信号変換部との間に帯域阻止フィルタ部を挿入することにより、静電容量を検出するために電極から入力された検出信号に対して信号変換部からの出力信号の周波数特性が、静電容量に対応した周波数でピークを有するようにする。これにより、エレメントの静電容量の変化を従来よりも高い精度で検出することができる。この静電容量の変化量は、信号変換部により変換される電圧信号の補正等、種々の制御のために用いることができる。 In the present invention, the band signal having a cutoff frequency in the frequency region outside the main band of the current signal generated at the electrode due to the vibration of the vibration film due to the external action is generated at the element electrode due to the vibration of the vibration film. Process by the filter unit. Here, the main band includes frequency components representing the main characteristics of external action waves such as acoustic waves detected by this device, among the frequency components of current signals generated by vibrations of the diaphragm caused by external actions. Refers to the frequency range. For example, in an ultrasonic diagnostic imaging apparatus that detects an ultrasonic pulse that is transmitted from a single rectangular wave to a subject and reflected by the subject, the frequency is 0 to a frequency that is the reciprocal of the time width of the transmitted ultrasound. Until now, the main frequency components of the ultrasonic wave exist in the region defined by the above, and this frequency range corresponds to the main band. Further, the frequency region outside the main band may be either a frequency region higher or lower than the main band. As an example of the place where the band rejection filter unit is arranged, the band rejection filter unit is inserted between the electrode of the element and the signal conversion unit, so that the detection signal input from the electrode is detected to detect the capacitance. On the other hand, the frequency characteristic of the output signal from the signal converter has a peak at a frequency corresponding to the capacitance. Thereby, a change in the capacitance of the element can be detected with higher accuracy than in the past. This amount of change in capacitance can be used for various controls such as correction of the voltage signal converted by the signal converter.
以下、本発明の実施形態及び実施例を説明する。
図1を参照して、本発明の電気機械変換装置の基本的な構成例に係る実施形態を説明する。基板101上に第一の電極102が配置され、第一の電極102に対向するように間隙(キャビティ)を介してメンブレン103が配置され、その上に第二の電極105が形成されている。メンブレン103と第二の電極105を含む振動膜は、基板101上に配置された支持部104によって振動可能に支持されている。こうしてメンブレン103は第二の電極105と共に振動することが可能である。以上の要素からなる構造をセル106と呼ぶ。また、セル106が1つ以上並べられ、各々のセルの第一の電極102同士が配線107で電気的に接続され、かつ第二の電極105同士が配線108で電気的に接続された構造をエレメント109と呼ぶ。
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described.
With reference to FIG. 1, an embodiment according to a basic configuration example of the electromechanical transducer of the present invention will be described. A first electrode 102 is disposed on a substrate 101, a membrane 103 is disposed through a gap (cavity) so as to face the first electrode 102, and a second electrode 105 is formed thereon. The vibrating membrane including the membrane 103 and the second electrode 105 is supported by a supporting portion 104 disposed on the substrate 101 so as to be able to vibrate. Thus, the membrane 103 can vibrate with the second electrode 105. A structure including the above elements is referred to as a cell 106. In addition, one or more cells 106 are arranged, the first electrodes 102 of each cell are electrically connected by a wiring 107, and the second electrodes 105 are electrically connected by a wiring 108. Called element 109.
配線107は切替手段110によって、第一の印加手段である直流電圧印加手段111、あるいは直流電圧印加手段111と静電容量を検出するための検出信号の第二の印加手段112とが直列に接続された回路のいずれか一方に接続される。第二の印加手段112として、ここでは周波数を所望の値に設定できる正弦波や矩形波やパルス波などの電圧信号の発生源を用いている。配線108は帯域阻止フィルタ部113に接続され、帯域阻止フィルタ部113は信号変換部114に接続されている。信号変換部114は、電流Iを電圧Vに変換する機能を有しており、その変換比はKo=V/Iである。帯域阻止フィルタ部113として、ここでは最も簡素な構成例であるコイル115とコンデンサ116を含む回路が用いられている。 The wiring 107 is connected in series by the switching means 110 to the DC voltage applying means 111 as the first applying means, or the DC voltage applying means 111 and the second applying means 112 of the detection signal for detecting the capacitance. Connected to one of the connected circuits. Here, as the second applying means 112, a voltage signal generating source such as a sine wave, a rectangular wave or a pulse wave whose frequency can be set to a desired value is used. The wiring 108 is connected to the band rejection filter unit 113, and the band rejection filter unit 113 is connected to the signal conversion unit 114. The signal conversion unit 114 has a function of converting the current I into the voltage V, and the conversion ratio is K o = V / I. As the band rejection filter unit 113, a circuit including a coil 115 and a capacitor 116, which is the simplest configuration example, is used here.
上記のような構成を用いてエレメント109の第一の電極102と第二の電極105との間の静電容量を検出する手法を以下に説明する。まず、切替手段110を用いて配線107と第二の印加手段112とを接続し、第一の電極102に静電容量の検出信号(ここでは正弦波電圧信号とする)を印加する。このとき、信号変換部114で得られる電圧信号の振幅Voと、第一の電極102に印加された角周波数ωの正弦波電圧信号の振幅Viとの関係は次の式(1)ように表わされる。
Vo=Vi・|L・ω2−1/C|/√((L・ω2−(1/C+1/Cm))2+(R・ω)2)
・・・式(1)
ただし、コイル115のインダクタンスをL、コンデンサ116の静電容量をC、エレメント109の静電容量をCm、第二の電極105と帯域阻止フィルタ部113との間の配線抵抗をRとする。Voは、図5のグラフのような角周波数ωの関数となっており、ωpにおいて鋭いピークを有している。
A method for detecting the capacitance between the first electrode 102 and the second electrode 105 of the element 109 using the above configuration will be described below. First, the wiring 107 and the second application unit 112 are connected using the switching unit 110, and a capacitance detection signal (here, a sine wave voltage signal) is applied to the first electrode 102. At this time, the relationship between the amplitude V o of the voltage signal obtained by the signal converter 114 and the amplitude V i of the sine wave voltage signal of the angular frequency ω applied to the first electrode 102 is expressed by the following equation (1). It is expressed in
V o = V i · | L · ω 2 −1 / C | / √ ((L · ω 2 − (1 / C + 1 / C m )) 2 + (R · ω) 2 )
... Formula (1)
Here, the inductance of the coil 115 is L, the capacitance of the capacitor 116 is C, the capacitance of the element 109 is C m , and the wiring resistance between the second electrode 105 and the band rejection filter unit 113 is R. V o is a function of the angular frequency ω as shown in the graph of FIG. 5, and has a sharp peak at ω p .
配線抵抗Rは十分小さく、0であると近似すると、ωpは次の式(2)のように表される。
ωp=√(1/(L・(C・Cm/(C+Cm))))・・・式(2)
これは、ωpがエレメント109の静電容量Cmに応じて変化することを示している。すなわち、信号変換部114における電圧信号の振幅Voが最大となる角周波数ωpを測定することにより、エレメント109の静電容量Cmを検出することができる。さらに、この角周波数ωpは、静電容量の検出信号の振幅Viや信号変換部114における電圧信号の振幅Voを測定する手段の変換倍率によらず一定である。よって、ωpを測定することにより、これらの変動の影響を受けることなくエレメント109の静電容量Cmを検出することができる。
When the wiring resistance R is sufficiently small and approximated to be 0, ω p is expressed as the following equation (2).
ω p = √ (1 / (L · (C · C m / (C + C m )))) Equation (2)
This indicates that ω p changes in accordance with the capacitance C m of the element 109. That is, the capacitance C m of the element 109 can be detected by measuring the angular frequency ω p at which the amplitude V o of the voltage signal in the signal converter 114 is maximum. Further, the angular frequency ω p is constant irrespective of the conversion magnification of the means for measuring the amplitude V i of the capacitance detection signal and the amplitude V o of the voltage signal in the signal converter 114. Therefore, by measuring ω p , the capacitance C m of the element 109 can be detected without being affected by these fluctuations.
一方、上記のような構成を用いて、外部からの音響波を検出する手法を以下に説明する。切替手段110を用いて配線107と直流電圧印加手段111とを接続し、一方の電極である第一の電極102に直流電圧Vdを印加する。この状態で、エレメント109を含む振動膜に、音響波Pが入射されたとする。音響波Pによって振動膜のメンブレン103と共に第二の電極105が振動するため、エレメント109の静電容量が変化し、他方の電極である第二の電極105から音響波Pに応じた電流信号が発生する。この電流信号の振幅Iは信号変換部114によって、次の式(3)のような電流電圧変換係数Kによって電圧信号の振幅Vに変換される。
K=V/I=Ko・|(L・ω2−1/C)|/√((L・ω2−1/C)2+(R・ω)2)
・・・式(3)
On the other hand, a method for detecting an acoustic wave from the outside using the above configuration will be described below. The switching unit 110 is used to connect the wiring 107 and the DC voltage application unit 111, and the DC voltage Vd is applied to the first electrode 102 which is one of the electrodes. In this state, it is assumed that the acoustic wave P is incident on the vibration film including the element 109. Since the second electrode 105 vibrates together with the membrane 103 of the vibrating membrane by the acoustic wave P, the capacitance of the element 109 changes, and a current signal corresponding to the acoustic wave P is generated from the second electrode 105 which is the other electrode. Occur. The amplitude I of the current signal is converted into the amplitude V of the voltage signal by the signal conversion unit 114 by the current-voltage conversion coefficient K as in the following equation (3).
K = V / I = K o · | (L · ω 2 −1 / C) | / √ ((L · ω 2 −1 / C) 2 + (R · ω) 2 )
... Formula (3)
Kは図6のグラフのような角周波数ωの関数となっており、次の式(4)で表される遮断周波数ωsにおいて0、ωsから一定の角周波数以上離れた外側の領域においてはほぼ一定値Koとなる帯域阻止特性を有している。
ωs=1/√(L・C)・・・式(4)
K is a function of the angular frequency ω as shown in the graph of FIG. 6, and is 0 at the cutoff frequency ω s expressed by the following equation (4), and in an outer region that is more than a certain angular frequency away from ω s . Has a band rejection characteristic of a substantially constant value Ko .
ω s = 1 / √ (L · C) (4)
よって、音響波Pを、その主要な特徴を表す角周波数成分を失うことなく電圧信号振幅Vに変換するためには、帯域阻止フィルタ部113のパラメータ(ここではL及びC)を以下のように設計すればよい。音響波Pに応じた電流信号Iの角周波数特性のうち、音響波Pの主要な特徴を表す成分がω1〜ω2(ω1<ω2)の領域に存在する場合、ωs<ω1あるいはωs>ω2のどちらかが成立するようにL及びCの値を設計する。より好適には、ω1〜ω2の領域におけるKの平均値に対してKが一定の割合となる角周波数ωdが、ωd<ω1あるいはωd>ω2のどちらかを満たすようにL及びCの値を設計する。前記の一定の割合は、音響波Pの主要な特徴を表す成分の大きさを検出する精度に応じて適宜設定すればよく、たとえば5%の精度で検出したければ前記の一定の割合は95%以上に設定すればよい。 Therefore, in order to convert the acoustic wave P into the voltage signal amplitude V without losing the angular frequency component representing the main feature, the parameters (here, L and C) of the band rejection filter unit 113 are set as follows. Just design. Among the angular frequency characteristics of the current signal I corresponding to the acoustic wave When the P, the component representing the main characteristics of the acoustic wave P is present in the region of ω 1 ~ω 2 (ω 1 < ω 2), ω s <ω The values of L and C are designed so that either 1 or ω s > ω 2 holds. More preferably, ω 1 ~ω 2 of angular frequency K is a constant percentage of the mean value of K in the region omega d is, ω d <ω 1 or ω d> ω 2 of to meet either Design the values of L and C. The fixed ratio may be set as appropriate according to the accuracy of detecting the size of the component representing the main feature of the acoustic wave P. For example, if the detection is performed with an accuracy of 5%, the fixed ratio is 95. % May be set.
上記のような構成を有することにより以下のような効果が得られる。CMUTなどの装置のエレメントと帯域素子フィルタ部とを直列に接続した合成回路の周波数特性は、装置のエレメントの静電容量に対応した周波数に頂点を有する鋭いピークを有する。このピークの周波数は、装置のエレメントの静電容量の変化に対して大きく変化するため、従来よりも高い精度で装置のエレメントの静電容量の変化を検出することが可能である。さらに、検出された装置のエレメントの静電容量の変化量をもとにして装置を制御するとき、装置のエレメントの性能をより高い精度で一定に保持することが可能となる。 By having the above configuration, the following effects can be obtained. The frequency characteristic of the synthesis circuit in which the element of the device such as the CMUT and the band element filter unit are connected in series has a sharp peak having a peak at a frequency corresponding to the capacitance of the element of the device. Since the frequency of this peak changes greatly with respect to the change in the capacitance of the element of the apparatus, it is possible to detect the change in the capacitance of the element of the apparatus with higher accuracy than before. Furthermore, when the apparatus is controlled based on the detected change in capacitance of the element of the apparatus, the performance of the element of the apparatus can be kept constant with higher accuracy.
(実施例1)
上記ピークの周波数を探す手段を具体化した構成に係る実施例1を説明する。本実施例の電気機械変換装置における信号変換部114として、演算増幅器を利用したトランスインピーダンス回路217を用いることができる。図2を参照して、その例を以下に説明する。トランスインピーダンス回路217は、演算増幅器218と帰還抵抗219(Rf)、補償容量220(Cf)からなる。本実施例で用いた演算増幅器218は、利得帯域幅積(Gain-Band-width-product)が160MHzと比較的高速な演算増幅器であるLM6622H(ナショナルセミコンダクター社製)である。また、図2に示すその他の素子のパラメータは以下のとおりである。
Cm=20[pF]、L=1[μH]、C=100[pF]、R=10[Ω]、Rf=Rg=10[kΩ]、Cf=5[pF]、Cg=0.1[μF]、Rd=120[Ω]、Ro=50[Ω]、Ry=50[Ω]
Example 1
A description will be given of a first embodiment relating to a configuration in which means for searching for the peak frequency is embodied. A transimpedance circuit 217 using an operational amplifier can be used as the signal converter 114 in the electromechanical transducer of this embodiment. An example will be described below with reference to FIG. The transimpedance circuit 217 includes an operational amplifier 218, a feedback resistor 219 (R f ), and a compensation capacitor 220 (C f ). The operational amplifier 218 used in this example is an LM6622H (manufactured by National Semiconductor), which is a relatively high-speed operational amplifier with a gain-bandwidth product of 160 MHz. The parameters of the other elements shown in FIG. 2 are as follows.
C m = 20 [pF], L = 1 [μH], C = 100 [pF], R = 10 [Ω], R f = R g = 10 [kΩ], C f = 5 [pF], C g = 0.1 [μF], R d = 120 [Ω], R o = 50 [Ω], R y = 50 [Ω]
前記実施形態で説明した手法でエレメント109の静電容量Cmを検出したときに信号変換部から得られる電圧信号の振幅Voと周波数fとの関係を計算すると、図7のような周波数特性曲線が得られる。計算には回路シミュレータPSPICE(ケイデンス・デザイン・システムズ社)を用いた。ここで、周波数fと本実施例において用いた角周波数ωとの関係は、円周率πを用いてf=ω/(2π)と表される。この曲線は周波数に対して2箇所にピークを有しており、このうち高周波側のピークがエレメント109の静電容量Cmに対応している。 When the relationship between the amplitude V o of the voltage signal obtained from the signal conversion unit and the frequency f when the capacitance C m of the element 109 is detected by the method described in the above embodiment, the frequency characteristics as shown in FIG. A curve is obtained. A circuit simulator PSPICE (Cadence Design Systems) was used for the calculation. Here, the relationship between the frequency f and the angular frequency ω used in the present embodiment is expressed as f = ω / (2π) using the circumference ratio π. This curve has peaks at two locations with respect to the frequency, and the peak on the high frequency side corresponds to the capacitance C m of the element 109.
このピーク部分の極大値をとる周波数(以降、ピーク周波数と呼ぶ)fpは、エレメント109の静電容量Cmが20pFから±1pF変化すると±0.6MHz程度変化する。また、前記実施形態で説明した手法で音響波を受信したときの電流電圧変換係数Kと周波数fとの関係を計算すると、図8のような周波数特性曲線が得られる。本実施例では、音響波Pの主要な特徴を表す周波数成分が0.3MHz〜3MHzの領域にあると想定されているため、この周波数領域帯域においてKが一定割合以上低減しないようにする必要がある。本実施例ではKが3MHzまで3%以上変動しないように帯域阻止フィルタ部113が設計されており、音響波Pの主要な特徴を表す周波数成分を損なわずに、外部からの音響波を検出することができる。このような構成を有することにより前記実施形態と同様な効果を得ることができる。 The frequency (hereinafter referred to as the peak frequency) f p at which the peak portion takes a maximum value changes by about ± 0.6 MHz when the capacitance C m of the element 109 changes from 20 pF to ± 1 pF. Further, when the relationship between the current-voltage conversion coefficient K and the frequency f when the acoustic wave is received by the method described in the embodiment, a frequency characteristic curve as shown in FIG. 8 is obtained. In the present embodiment, it is assumed that the frequency component representing the main characteristics of the acoustic wave P is in the region of 0.3 MHz to 3 MHz. Therefore, it is necessary to prevent K from being reduced more than a certain ratio in this frequency region band. is there. In this embodiment, the band rejection filter unit 113 is designed so that K does not fluctuate by 3% or more up to 3 MHz, and the acoustic wave from the outside is detected without damaging the frequency component representing the main feature of the acoustic wave P. be able to. By having such a configuration, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment.
(実施例2)
上記ピークの周波数を探す手段を具体化した他の構成に係る実施例2を説明する。図3を参照して、本実施例の電気機械変換装置において、エレメントの静電容量Cmに対応するピーク周波数fpを測定する機能を実現するための構成例を以下に説明する。
(Example 2)
A second embodiment according to another configuration in which means for searching for the peak frequency is embodied will be described. Referring to FIG. 3, the electromechanical transducer of the present embodiment, a configuration example for realizing a function of measuring the peak frequency f p corresponding to the capacitance C m of the element below.
本実施例の電気機械変換装置は、静電容量を検出するための検出信号の印加手段として、所望の周波数fの正弦波電圧信号を発生させる電圧波形発生器312を有する。また、本実施例の電気機械変換装置は、電圧波形発生器312及び信号変換部114の両方に接続された静電容量検出器323を有する。静電容量検出器323は、電圧波形発生器312に対し、周波数fの正弦波電圧信号を発生させる制御信号を出力する機能を有する。つまり、前記検出信号の周波数を前記遮断周波数の近傍で変化させるための周波数制御手段の機能を有する。かつ、静電容量検出器323は、信号変換部114で発生する電圧信号の振幅Voを測定し、その値を正弦波電圧信号の周波数fと関連づけて記憶装置324に記憶させる機能を有する。かつ、静電容量検出器323は、記憶装置324に記憶されている複数個のVoとfの組み合わせのデータから、上記ピーク部分の極大値をとる周波数fpを決定する機能を有する。 The electromechanical transducer according to this embodiment includes a voltage waveform generator 312 that generates a sine wave voltage signal having a desired frequency f as a detection signal applying unit for detecting capacitance. In addition, the electromechanical conversion device of this embodiment includes a capacitance detector 323 connected to both the voltage waveform generator 312 and the signal conversion unit 114. The capacitance detector 323 has a function of outputting a control signal for generating a sine wave voltage signal having a frequency f to the voltage waveform generator 312. That is, it has a function of a frequency control means for changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency. The capacitance detector 323 has a function of measuring the amplitude V o of the voltage signal generated by the signal conversion unit 114 and storing the value in the storage device 324 in association with the frequency f of the sine wave voltage signal. And the capacitance detector 323, from the data of the combination of a plurality of V o and f stored in the storage unit 324 has a function of determining the frequency f p which takes the maximum value of the peak portion.
エレメント109の静電容量を検出する手法を以下に説明する。まず、静電容量検出器323は、電圧波形発生器312に対して、事前に決められた周波数f1の正弦波電圧信号を発生させる制御信号を出力し、信号変換部114で発生する電圧信号の振幅Vo1を測定する。次に、静電容量検出器323は、電圧信号の振幅Vo1の測定値を周波数f1の値と関連付けて記憶装置324に記憶させる。同様にして、静電容量検出器323は、電圧波形発生器312から周波数f2=f1+Δfの正弦波電圧信号を発生させ、信号変換部114で発生する電圧信号の振幅Vo2を測定し、記憶装置324に記憶させる。 A method for detecting the capacitance of the element 109 will be described below. First, the capacitance detector 323 outputs a control signal for generating a sine wave voltage signal having a predetermined frequency f 1 to the voltage waveform generator 312, and a voltage signal generated by the signal conversion unit 114. Is measured. Next, the capacitance detector 323 stores the measured value of the amplitude V o1 of the voltage signal in the storage device 324 in association with the value of the frequency f 1 . Similarly, the capacitance detector 323 generates a sine wave voltage signal of frequency f 2 = f 1 + Δf from the voltage waveform generator 312 and measures the amplitude V o2 of the voltage signal generated by the signal conversion unit 114. And stored in the storage device 324.
以下、fが、事前に決められた周波数fnに達するまで同様の操作を繰り返し、fとVoの値の組み合わせを記憶装置324に記憶させる。ピーク周波数fpの近傍のf1およびfnの値は、エレメント109の静電容量Cmの取りうる値に対応したピーク周波数fpがf1〜fnの範囲に存在するように決定されていることが望ましい。最後に、fとVoの値の組み合わせからピーク周波数fpを決定する。ピーク周波数fpを決定する手段としては、以下のような手段が考えられる。Vo1〜VoNの最大値Vkに対応する周波数fkをピーク周波数fpとする方法を用いてもよい。あるいは、fとVoの値の組み合わせに対して適当な関数をフィッティングさせ、その関数が最大値をとるfをピーク周波数fpとする方法を用いてもよい。本実施例は、このような構成を有することにより前記実施形態と同様な効果を得ることができる。 Thereafter, the same operation is repeated until f reaches a predetermined frequency f n , and the combination of the values of f and V o is stored in the storage device 324. The value of f 1 and f n in the vicinity of the peak frequency f p is the peak frequency f p corresponding to the possible values of the capacitance C m of the element 109 is determined to be in the range of f 1 ~f n It is desirable that Finally, the peak frequency f p is determined from the combination of the values of f and V o . The means for determining the peak frequency f p, is considered the following means. A method may be used in which the frequency f k corresponding to the maximum value V k of V o1 to V oN is set to the peak frequency f p . Alternatively, by fitting an appropriate function to the combination of the values of f and V o, a method may be used for the f that function takes the maximum value and the peak frequency f p. This example can obtain the same effect as that of the above embodiment by having such a configuration.
(実施例3)
振動膜の振動に依る振動検出信号の補正手段を具体化した構成に係る実施例3を説明する。本実施例の電気機械変換装置において、検出されたエレメントの静電容量Cmの値を利用して、エレメントの音響波変換効率(音響波の強さと振動検出信号の大きさとの比)を所望の値に維持する手段を以下に説明する。
(Example 3)
A description will be given of a third embodiment relating to a configuration in which a correction means for a vibration detection signal depending on the vibration of the vibration film is embodied. Desirable in electromechanical transducer of the present embodiment, by utilizing the value of the capacitance C m of the detected elements, acoustic wave conversion efficiency of the element (the ratio between the size of the acoustic wave intensity and the vibration detection signal) Means for maintaining this value will be described below.
本実施例の電気機械変換装置は、音響波の変換効率を補正する補正部を有する。本実施例の説明において、以降、エレメント109の静電容量を検出した結果、その値がCmからCm+ΔCに変化していることが判明したとする。前記補正部は、エレメント109の静電容量の変化量ΔCに応じて、第一の電極102に所望の直流電圧Vbが印加されるよう直流電圧印加手段111に制御信号を出力する機能を有する。つまり、エレメントの静電容量の変化量に基づいて決定される直流電圧の目標値を一方の電極に印加するよう第一の印加手段に指示する指示手段の機能を有する。エレメント109の音響波変換効率は、エレメント109の電極間に蓄積される電気量Qに比例しており、QはQ=Vb・Cmと表される。これによって、エレメント109の静電容量がΔCだけ変化した場合、直流電圧Vbの目標値をVb=Vb0・Cm/(Cm+ΔC)と決定すればよい。ただし、Vb0はエレメント109の静電容量が変化する前に印加していた直流電圧を表す。 The electromechanical transducer according to the present embodiment includes a correction unit that corrects acoustic wave conversion efficiency. In the description of this embodiment, since the result of detecting the capacitance of the element 109, and it is found that the value has changed from C m to C m + [Delta] C. The correction unit has a function of outputting a control signal to the DC voltage applying unit 111 so that a desired DC voltage Vb is applied to the first electrode 102 in accordance with the change amount ΔC of the capacitance of the element 109. . That is, it has a function of instruction means for instructing the first application means to apply the target value of the DC voltage determined based on the change amount of the capacitance of the element to one of the electrodes. The acoustic wave conversion efficiency of the element 109 is proportional to the amount of electricity Q accumulated between the electrodes of the element 109, and Q is expressed as Q = V b · C m . Accordingly, when the capacitance of the element 109 changes by ΔC, the target value of the DC voltage V b may be determined as V b = V b0 · C m / (C m + ΔC). However, Vb0 represents the DC voltage applied before the capacitance of the element 109 changes.
あるいは、音響波変換効率の補正部の別の例として、信号変換部114における電圧信号の振幅Voに所望の補正係数αを乗算する機能を有する回路手段を用いてもよい。補正係数αは、上記の電気量Qの式よりα=Cm/(Cm+ΔC)と決定すればよい。本実施例は、このような構成を有することにより前記実施形態と同様な効果を得ることができる。 Alternatively, as another example of the acoustic wave conversion efficiency correction unit, a circuit unit having a function of multiplying the amplitude V o of the voltage signal in the signal conversion unit 114 by a desired correction coefficient α may be used. The correction coefficient α may be determined as α = C m / (C m + ΔC) from the above equation of the electric quantity Q. This example can obtain the same effect as that of the above embodiment by having such a configuration.
(実施例4)
複数のエレメントを有する装置を具体化した構成に係る実施例4を説明する。図4を参照して、本実施例の電気機械変換装置において複数個のエレメントを用いた構成例を説明する。本実施例の電気機械変換装置は、1つの直流電圧印加手段111に対してエレメント109および帯域阻止フィルタ部113、信号変換部114を複数有している。エレメント109の第一の電極102は互いに電気的に接続されており、全ての第一の電極が直流電圧印加手段111あるいは静電容量の検出信号の印加手段112のいずれかに同様に接続される。一方、エレメント109の第二の電極105は、互いに異なる帯域阻止フィルタ部113に接続されている。
Example 4
[Embodiment 4] Embodiment 4 according to a configuration embodying a device having a plurality of elements will be described. With reference to FIG. 4, the structural example using several elements in the electromechanical transducer of a present Example is demonstrated. The electromechanical conversion device of this embodiment includes a plurality of elements 109, a band rejection filter unit 113, and a signal conversion unit 114 for one DC voltage application unit 111. The first electrodes 102 of the element 109 are electrically connected to each other, and all the first electrodes are similarly connected to either the DC voltage application means 111 or the electrostatic detection signal application means 112. . On the other hand, the second electrode 105 of the element 109 is connected to different band rejection filter units 113.
各々のエレメント109の静電容量を検出する方法を以下に説明する。切替手段110を用いてエレメント109の第一の電極102と印加手段112とを接続し、第一の電極102に静電容量検出信号を印加する。これにより、各々の信号変換部114から、対応するエレメント109の静電容量に応じた電圧信号が出力される。したがって、例えば先の実施例2と同様の手法を用いて、各々のエレメント109の静電容量を同時に検出することができる。本実施例は、このような構成を有することにより前記実施形態と同様な効果を得ることができる。 A method for detecting the capacitance of each element 109 will be described below. The switching means 110 is used to connect the first electrode 102 of the element 109 and the applying means 112 to apply a capacitance detection signal to the first electrode 102. Accordingly, a voltage signal corresponding to the capacitance of the corresponding element 109 is output from each signal conversion unit 114. Therefore, for example, the electrostatic capacity of each element 109 can be detected at the same time using the same method as in the second embodiment. This example can obtain the same effect as that of the above embodiment by having such a configuration.
(実施例5)
上記実施形態ないし実施例で説明した装置は、音響波を用いた超音波診断装置などの被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波を電気機械変換装置で受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報などを取得することができる。
(Example 5)
The devices described in the above embodiments or examples can be applied to a subject information acquisition device such as an ultrasonic diagnostic device using acoustic waves. An object that reflects the difference in object information or acoustic impedance that reflects the optical characteristic value of the object such as the optical absorption coefficient using the electrical signal that is received and output by the electromechanical transducer from the acoustic wave from the object Information etc. can be acquired.
図9(a)は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源2010から発生したパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材2012を介して、被検体2014に照射される。被検体2014の内部にある光吸収体2016は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波2018を発生する。プローブ2022内の電気機械変換装置2020は、光音響波2018を受信して電気信号に変換し、信号処理部2024に出力する。信号処理部2024は、入力された電気信号に対して、A/D変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部2026へ出力する。データ処理部2026は、入力された信号を用いて被検体情報(光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報)を画像データとして取得する。なお、ここでは、信号処理部2024とデータ処理部2026を含めて、処理部という。表示部2028は、データ処理部2026から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。 FIG. 9A shows an object information acquisition apparatus using the photoacoustic effect. Pulse light generated from the light source 2010 is applied to the subject 2014 via an optical member 2012 such as a lens, a mirror, or an optical fiber. The light absorber 2016 inside the subject 2014 absorbs the energy of the pulsed light and generates a photoacoustic wave 2018 that is an acoustic wave. The electromechanical transducer 2020 in the probe 2022 receives the photoacoustic wave 2018, converts it to an electrical signal, and outputs it to the signal processor 2024. The signal processing unit 2024 performs signal processing such as A / D conversion and amplification on the input electrical signal and outputs the signal to the data processing unit 2026. The data processing unit 2026 acquires object information (characteristic information reflecting the optical characteristic value of the object such as a light absorption coefficient) as image data using the input signal. Here, the signal processing unit 2024 and the data processing unit 2026 are collectively referred to as a processing unit. The display unit 2028 displays an image based on the image data input from the data processing unit 2026.
図9(b)は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ2122内の電気機械変換装置2120から被検体2114へ送信された音響波は、反射体2116により反射される。電気機械変換装置2120は、反射された音響波2118(反射波)を受信して電気信号に変換し、信号処理部2124に出力する。信号処理部2124は、入力された電気信号に対して、A/D変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部2126へ出力する。データ処理部2126は、入力された信号を用いて被検体情報(音響インピーダンスの違いを反映した特性情報)を画像データとして取得する。なお、ここでも、信号処理部2124とデータ処理部2126を含めて、処理部という。表示部2128は、データ処理部2126から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。 FIG. 9B shows a subject information acquisition apparatus such as an ultrasonic echo diagnostic apparatus using acoustic wave reflection. The acoustic wave transmitted from the electromechanical transducer 2120 in the probe 2122 to the subject 2114 is reflected by the reflector 2116. The electromechanical transducer 2120 receives the reflected acoustic wave 2118 (reflected wave), converts it into an electrical signal, and outputs it to the signal processing unit 2124. The signal processing unit 2124 performs signal processing such as A / D conversion and amplification on the input electrical signal, and outputs the signal to the data processing unit 2126. The data processing unit 2126 acquires object information (characteristic information reflecting a difference in acoustic impedance) as image data using the input signal. Here, the signal processing unit 2124 and the data processing unit 2126 are also referred to as a processing unit. The display unit 2128 displays an image based on the image data input from the data processing unit 2126.
なお、プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの(ハンドヘルド型)であってもよい。また、図9(b)のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信するプローブは受信するプローブと別に設けても良い。さらに、図9(a)と図9(b)の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図9(a)の電気機械変換装置2020が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。 Note that the probe may be mechanically scanned, or may be a probe (handheld type) that a user such as a doctor or engineer moves with respect to the subject. In the case of an apparatus using a reflected wave as shown in FIG. 9B, a probe that transmits an acoustic wave may be provided separately from a probe that receives the acoustic wave. Furthermore, the apparatus has both the functions of the apparatus of FIG. 9A and FIG. 9B, and the object information reflecting the optical characteristic value of the object and the object information reflecting the difference in acoustic impedance Both of them may be acquired. In this case, the electromechanical transducer 2020 in FIG. 9A may not only receive photoacoustic waves but also transmit acoustic waves and receive reflected waves.
102・・・第一の電極、105・・・第二の電極、106・・・セル、109・・・エレメント、110・・・切替手段、111・・・直流電圧印加手段(第一の印加手段)、112・・・静電容量の検出信号の印加手段(第二の印加手段)、113・・・帯域阻止フィルタ部、114・・・信号変換部、323・・・静電容量検出器(容量検出手段)、324・・・記憶装置(記憶手段) 102 ... first electrode, 105 ... second electrode, 106 ... cell, 109 ... element, 110 ... switching means, 111 ... DC voltage applying means (first application) Means), 112 ... Capacitance detection signal application means (second application means), 113 ... Band rejection filter unit, 114 ... Signal conversion unit, 323 ... Capacitance detector (Capacity detection means), 324... Storage device (storage means)
Claims (15)
前記第一の電極と前記第二の電極との間に直流電圧を印加するための第一の印加手段と、
前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方の電極に印加するための第二の印加手段と、
前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極から出力される電流信号を電圧信号に変換する信号変換部と、
前記他方の電極と前記信号変換部との間に設けられ、前記音響波の受信による振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部と、
を有することを特徴とする装置。 An element including a first electrode and a vibrating membrane including a second electrode formed with a gap from the first electrode, and having at least a cell for receiving an acoustic wave;
First application means for applying a DC voltage between the first electrode and the second electrode;
Second application means for applying a detection signal for detecting the capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode;
A signal converter for converting a current signal output from the other electrode of the first electrode and the second electrode into a voltage signal;
A band that is provided between the other electrode and the signal conversion unit and has a cutoff frequency in a frequency region outside the main band of a current signal generated by the other electrode due to vibration of the vibration film due to reception of the acoustic wave A blocking filter section;
A device characterized by comprising:
前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記出力信号が最大となる前記検出信号の周波数を取得して、該周波数を含む情報に基づいて前記エレメントの静電容量を検出する容量検出手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。 Frequency control means for changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency; storage means for storing information relating to the output signal from the signal conversion unit corresponding to the frequency of the detection signal;
Capacitance detection means for acquiring the frequency of the detection signal that maximizes the output signal based on information stored in the storage means, and detecting the capacitance of the element based on information including the frequency;
The apparatus of claim 1, comprising:
前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方に印加するための印加手段と、
前記振動膜の振動により前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極から出力される電流信号を電圧信号に変換する信号変換部と、
前記他方の電極と前記信号変換部との間に設けられ、外部作用に依る前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部と、
前記検出信号の周波数を前記遮断周波数の近傍で変化させるための周波数制御手段と、
前記検出信号の周波数に対応する前記信号変換部からの出力信号に係る情報を記憶するための記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記出力信号が最大となる前記検出信号の周波数を取得して、該周波数を含む情報に基づいて前記エレメントの静電容量を検出する容量検出手段と、
を有することを特徴とする装置。 An apparatus for detecting the capacitance of an element having a cell comprising: a first electrode; and a vibration film including a second electrode formed with a gap from the first electrode,
Applying means for applying a detection signal for detecting a capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode;
A signal converter that converts a current signal output from the other electrode of the first electrode and the second electrode by vibration of the vibrating membrane into a voltage signal;
Band blocking provided between the other electrode and the signal conversion unit and having a cutoff frequency in a frequency region outside a main band of a current signal generated at the other electrode due to vibration of the vibrating membrane due to an external action A filter section;
Frequency control means for changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency;
Storage means for storing information relating to the output signal from the signal conversion unit corresponding to the frequency of the detection signal;
Capacitance detection means for acquiring the frequency of the detection signal that maximizes the output signal based on information stored in the storage means, and detecting the capacitance of the element based on information including the frequency;
A device characterized by comprising:
前記装置は、音響波を受信して電気信号に変換し、
前記処理部は、前記電気信号を用いて被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。 An apparatus according to any one of claims 1 to 9, and a processing unit,
The device receives acoustic waves and converts them into electrical signals,
The object information acquisition apparatus, wherein the processing unit acquires information of an object using the electrical signal.
前記装置は、前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換することを特徴とする請求項10に記載の被検体情報取得装置。 A light source,
The object information acquiring apparatus according to claim 10, wherein the apparatus receives a photoacoustic wave generated when the object is irradiated with light from the light source and converts the photoacoustic wave into an electric signal.
前記エレメントの静電容量を検出するための検出信号を前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの一方に印加する工程と、
前記振動膜の振動により前記第一の電極及び前記第二の電極のうちの他方の電極で発生する電流信号を、外部作用に依る前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生する電流信号の主帯域の外側の周波数領域に遮断周波数を有する帯域阻止フィルタ部により処理する工程と、
前記帯域阻止フィルタ部により処理された電流信号を電圧信号に変換する工程と、
前記検出信号の周波数を前記遮断周波数の近傍で変化させる工程と、
前記検出信号の周波数に対応する前記電圧信号に係る情報を記憶する工程と、
前記記憶された情報に基づいて前記電圧信号が最大となる前記検出信号の周波数を取得して、該周波数を含む情報に基づいて前記エレメントの静電容量を検出する工程と、
を有することを特徴とする方法。 A method for detecting the capacitance of an element having a cell comprising: a first electrode; and a vibrating membrane including a second electrode formed with a gap from the first electrode,
Applying a detection signal for detecting a capacitance of the element to one of the first electrode and the second electrode;
A current signal generated at the other electrode of the first electrode and the second electrode due to vibration of the vibration film is a current signal generated at the other electrode due to vibration of the vibration film due to external action. Processing by a band rejection filter unit having a cutoff frequency in a frequency region outside the main band;
Converting the current signal processed by the band rejection filter unit into a voltage signal;
Changing the frequency of the detection signal in the vicinity of the cutoff frequency;
Storing information relating to the voltage signal corresponding to the frequency of the detection signal;
Obtaining a frequency of the detection signal that maximizes the voltage signal based on the stored information, and detecting a capacitance of the element based on information including the frequency;
A method characterized by comprising:
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JP2014052851A Pending JP2015173841A (en) | 2014-03-15 | 2014-03-15 | Device with element having capacitance |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2015173841A (en) |
-
2014
- 2014-03-15 JP JP2014052851A patent/JP2015173841A/en active Pending
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