JP2017041824A - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検出装置100は、空気を介して伝搬される弾性波を検出する。検出装置100は、固定端FX及び自由端FRを有するカンチレバー構造を有するとともに、上記弾性波によって湾曲することにより振動する板状の第1の電極12と、第1の電極12と所定の距離を隔てて対向する板状の第2の電極32と、を備える。検出装置100は、第1の電極12と第2の電極32との間の静電容量の変化に基づいて上記弾性波を検出する。固定端FXから自由端FRへ向かう方向における第2の電極32の端は、自由端FRよりも固定端FX側に位置する。
【選択図】図3
Description
更に、この検出装置は、固定端及び自由端を有するカンチレバー構造を有するとともに、上記弾性波によって湾曲することにより振動する板状の第1の電極と、上記第1の電極と所定の距離を隔てて対向する板状の第2の電極と、を備える。
加えて、この検出装置は、上記第1の電極と上記第2の電極との間の静電容量の変化に基づいて上記弾性波を検出する。
更に、上記固定端から上記自由端へ向かう方向における上記第2の電極の端は、上記自由端よりも上記固定端側に位置する。
物体に光を照射した場合に、当該物体が、照射された光に応じて音波又は超音波等の弾性波を生成する光音響効果が知られている。図1は、対象物に光を照射した場合における、当該対象物の吸光度の、当該光の波長に対する変化を表す。吸光度は、光学密度と表されてもよい。図1は、参考文献1に含まれる図2.1が引用された図である。
参考文献1:丸尾勝彦、「近赤外分光法による非侵襲血糖値測定の研究」、電気通信大学大学院電気通信学研究科博士(工学)の学位申請論文、電気通信大学大学院、p22、2007年6月
図2に表されるように、第1実施形態の検出装置100は、光音響効果を用いて、対象物を検出する。本例では、対象物は、生体に含まれる。例えば、対象物は、グルコース、アルブミン、コレステロール、水、又は、腫瘍等である。例えば、対象物として水が検出されることにより、生体のむくみが検出されてよい。
検出装置100は、検出器1と、光源2と、を備える。
なお、後述する図9、図10、及び、図12乃至図15においても、図3乃至図5と同一の直交座標系が用いられる。
Z軸の負方向へ向かって検出器1を見た図である図5に表されるように、第1の支持部11は、Z軸に沿った方向にて第1の支持部11を見た場合において、所定の幅を有するとともに、第1の電極層10の外縁を形成するように当該外縁に沿って延びる。換言すると、第1の支持部11は、Z軸に沿った方向に延びるとともに、Z軸に沿った方向における両端が開口する中空の四角柱状である。
第1の電極12は、第1の支持部11の、X軸に沿った方向に延びる2つの部分のうちの、Y軸の負方向側の部分から、Y軸の正方向へ向かって延出する。換言すると、第1の電極12のうちの、Y軸の負方向側の端FXは、第1の支持部11の、X軸に沿った方向に延びる2つの部分のうちの、Y軸の負方向側の部分と連接する。これにより、第1の電極12は、第1の支持部11によって支持されている。
絶縁層20は、図4に表されるように、外縁部21を含む。外縁部21は、Z軸に沿った方向にて外縁部21を見た場合において、所定の幅を有するとともに、絶縁層20の外縁を形成するように当該外縁に沿って延びる。
第2の支持部31は、Z軸に沿った方向にて第2の支持部31を見た場合において、所定の幅を有するとともに、第2の電極層30の外縁を形成するように当該外縁に沿って延びる。換言すると、第2の支持部31は、Z軸に沿った方向に延びるとともに、Z軸に沿った方向における両端が開口する中空の四角柱状である。本例では、Z軸に沿った方向にて検出器1を見た場合において、第2の支持部31の幅は、第1の支持部11の幅と同じである。
図3に表されるように、第2の電極32は、Z軸に沿った方向にて第2の電極32を貫通する複数の貫通孔35を有する。
なお、検出器1は、エレクトレット層33を備えずに、第1の電極12と第2の電極32との間に電圧を印加するように構成されていてもよい。
このようにして、検出器1の少なくとも一部は、製造される。例えば、第1の電極層10及び第2の電極層30のそれぞれは、図6に表される工程に従って製造されてよい。
次に、検出装置100の動作について説明する。
先ず、光源2が、上記発振周期が経過する毎に、上記発振時間に亘って上記波長を有するレーザー光を生成する。光源2により生成されたレーザー光は、生体に照射される。これにより、生体に含まれる対象物は、照射されたレーザー光に応じて、上記発振周期に対応する周波数を有する弾性波を生成する。そして、生成された弾性波は、空気を介して伝搬されることにより第1の電極12に到達する。これにより、第1の電極12は、Z軸に沿った方向において振動する。
また、検出器1は、光音響効果を用いない検出装置に適用されてもよい。
第1実施形態の第1変形例の検出装置について説明する。第1実施形態の第1変形例の検出装置は、第1実施形態の検出装置に対して、第1の電極の形状が相違している。以下、第1実施形態の第1変形例の検出装置の、第1実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第1変形例の説明において、第1実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
第1の電極層10Aは、第1の支持部11Aと、第1の電極12Aと、を含む。第1の電極12Aは、本体部12A1と、2つの脚部12A2と、を含む。
第1実施形態の第2変形例の検出装置について説明する。第1実施形態の第2変形例の検出装置は、第1実施形態の検出装置に対して、第1の電極の形状が相違している。以下、第1実施形態の第2変形例の検出装置の、第1実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第2変形例の説明において、第1実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
第1の電極層10Bは、第1の支持部11Bと、第1の電極12Bと、を含む。第1の電極12Bは、本体部12B1と、第1の脚部12B2と、第2の脚部12B3と、を含む。
これにより、第1の電極12Bは、第1の支持部11Bによって支持されている。
次に、第2実施形態の検出装置について説明する。第2実施形態の検出装置は、第1実施形態の検出装置に対して、弾性波によって空気を共振させる空間を設ける点において相違している。以下、第2実施形態の検出装置の、第1実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
容器90は、内部に空間900を有するとともに、空間900と連通する開口901を有する。空間900は、基部902と、基部902と開口901とを連通する管部903と、を含む。
図12に表されるように、第2実施形態の検出装置100Aは、本体101と、検出器1と、光源2と、を備える。
本例では、基部102aは、X軸、Y軸及びZ軸のそれぞれに直交する面を2つずつ有する直方体状である。例えば、基部102aの、X軸、Y軸及びZ軸のそれぞれに沿った方向における長さは、1mm乃至100mmの長さである。
次に、検出装置100Aの動作について説明する。
例えば、生体が本体101の開口103を閉塞するように、生体及び検出装置100Aの少なくとも一方が移動させられる。なお、生体は、本体101の開口103を閉塞しなくてもよい。
更に、第2実施形態の検出装置100Aにおいて、本体101は、検出器1と接する空間102を内部に有するとともに、空間102と連通する開口103を有する。
第2実施形態の第1変形例の検出装置について説明する。第2実施形態の第1変形例の検出装置は、第2実施形態の検出装置に対して、ヘルムホルツ共振に用いる空間を形成する壁を振動させる点において相違している。以下、第2実施形態の第1変形例の検出装置の、第2実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の第1変形例の説明において、第2実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
第2実施形態の第2変形例の検出装置について説明する。第2実施形態の第2変形例の検出装置は、第2実施形態の検出装置に対して、レーザー光が照射される位置を変更する点において相違している。以下、第2実施形態の第2変形例の検出装置の、第2実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の第2変形例の説明において、第2実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
本例では、基部102aは、X軸、Y軸及びZ軸のそれぞれに直交する面を2つずつ有する直方体状である。例えば、基部102aの、X軸、Y軸及びZ軸のそれぞれに沿った方向における長さは、1mm乃至100mmの長さである。
更に、第2実施形態の第2変形例の検出装置100Cにおいて、照射制御器108は、生成されたレーザー光が照射される位置を、互いに異なる複数の位置のそれぞれに制御する。
第2実施形態の第3変形例の検出装置について説明する。第2実施形態の第3変形例の検出装置は、第2実施形態の第2変形例の検出装置に対して、ヘルムホルツ共振に用いる空間を形成する壁を振動させる点において相違している。以下、第2実施形態の第3変形例の検出装置の、第2実施形態の第2変形例に対する相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の第3変形例の説明において、第2実施形態の第2変形例と共通する又は対応する符号が用いられる。
次に、第3実施形態の検出装置について説明する。第3実施形態の検出装置は、第1実施形態の検出装置に対して、複数の検出器によって弾性波の波源の位置を推定する点において相違している。以下、第3実施形態の検出装置の、第1実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第3実施形態の説明において、第1実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
更に、第3実施形態の検出装置100Eにおいて、照射制御器112は、生成されたレーザー光が照射される位置を、互いに異なる複数の位置のそれぞれに制御する。
これによれば、弾性波の波源の位置WSをより一層高い精度にて推定できる。
1 検出器
10,10A〜10B 第1の電極層
11,11A,11B 第1の支持部
11A1,11B1 幅広部
12,12A,12B 第1の電極
12A1,12B1 本体部
12A2 脚部
12B2 第1の脚部
12B3 第2の脚部
20 絶縁層
21 外縁部
22 第1の貫通孔
30 第2の電極層
31 第2の支持部
32 第2の電極
33 エレクトレット層
34 第2の貫通孔
35 貫通孔
101 本体
101a 凹部
102 空間
102a 基部
102b 管部
102b1 第1の管
102b2 第2の管
103 開口
104 窓
105 検出器
106 振動板
107 振動制御器
108 照射制御器
109 空間
111 レンズ
112 照射制御器
113 処理装置
2,2A 光源
201 第1の光生成器
202 第2の光生成器
203 ハーフミラー
90 容器
900 空間
901 開口
902 基部
903 管部
BD 生体
FR 自由端
FX 固定端
LA 第1のシリコン層
LB 絶縁層
LC 第2のシリコン層
PR フォトレジスト膜
Claims (12)
- 空気を介して伝搬される弾性波を検出する検出装置であって、
固定端及び自由端を有するカンチレバー構造を有するとともに、前記弾性波によって湾曲することにより振動する板状の第1の電極と、
前記第1の電極と所定の距離を隔てて対向する板状の第2の電極と、を備えるとともに、前記第1の電極と前記第2の電極との間の静電容量の変化に基づいて前記弾性波を検出し、
前記固定端から前記自由端へ向かう方向における前記第2の電極の端は、前記自由端よりも前記固定端側に位置する、検出装置。 - 請求項1に記載の検出装置であって、
第1の電極層と、
前記第1の電極層と接するとともに絶縁体からなる絶縁層と、
前記第1の電極層と反対側にて前記絶縁層と接する第2の電極層と、
を備え、
前記第1の電極層は、前記第1の電極と、前記第1の電極を支持する第1の支持部と、を含み、
前記第2の電極層は、前記第2の電極と、前記第2の電極を支持する第2の支持部と、を含み、
前記第1の電極の前記固定端は、前記第1の支持部と連接し、
前記第1の電極の端のうちの前記固定端以外の部分は、前記第1の支持部との間に所定の間隙を有し、
前記絶縁層は、前記絶縁層のうちの前記第1の電極と対向する部分にて開口する第1の貫通孔を有し、
前記第2の電極層は、前記第2の電極層のうちの前記第1の電極と対向する部分の中で、前記固定端から前記自由端へ向かう方向において前記第2の電極よりも前記自由端側の部分にて開口する第2の貫通孔を有する、検出装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の検出装置であって、
前記第2の電極は、複数の貫通孔を有する、検出装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記第1の電極及び前記第2の電極を含む検出器と、
前記検出器と接する空間を内部に有するとともに、前記空間と連通する開口を有する本体と、
を備える、検出装置。 - 請求項4に記載の検出装置であって、
光を生成する光源を備え、
前記本体は、前記生成された光が透過する窓を有する、検出装置。 - 請求項5に記載の検出装置であって、
前記窓は、前記空間に対して前記検出器と同じ側に位置する、検出装置。 - 請求項5又は請求項6に記載の検出装置であって、
前記空間は、基部と、前記基部と前記開口とを連通する管部と、を含み、
前記管部の少なくとも一部は、前記窓と前記開口とを結ぶ直線に沿って延びる、検出装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記本体は、前記空間を形成する壁に振動可能に設けられた振動板を有し、
前記検出装置は、
第1の検出器としての前記検出器よりも、検出可能な弾性波の周波数の帯域が広く、且つ、空気を介して伝搬される弾性波を検出するとともに、前記空間と接する第2の検出器と、
前記第2の検出器による前記検出の結果に基づいて前記振動板の振動を制御する振動制御器と、
を備える、検出装置。 - 請求項4乃至請求項8のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記本体は、前記空間におけるヘルムホルツ共振の共振周波数が、前記第1の電極の共振周波数と一致する形状を有する、検出装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記第1の電極及び前記第2の電極を含む、複数の検出器と、
光を生成する光源と、
前記複数の検出器のそれぞれに対して、前記光が生成されてから前記検出器により前記弾性波が検出されるまでの時間に基づいて、前記弾性波の波源の位置を推定する処理装置と、
を備える、検出装置。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記生成された光が照射される位置を、互いに異なる複数の位置のそれぞれに制御する照射制御器を備える、検出装置。 - 請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の検出装置であって、
互いに異なる複数の波長をそれぞれ有する複数の光を生成する光源を備え、
前記複数の光が照射されることによってそれぞれ生成された複数の弾性波を検出し、前記検出の結果に基づいて、所定の対象物によって生成された弾性波を検出する、検出装置。
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