JP5855142B2 - 静電容量型トランスデューサの制御装置、及び静電容量型トランスデューサの制御方法 - Google Patents
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(第1の実施形態)
第1の実施形態を示す断面図である図1において、101は振動膜、102は第2の電極である上部電極、103は支持部、104は空隙、105は第1の電極である下部電極、106は基板、200は外部応力印加手段、202は駆動・検出手段である。上部電極102が形成された振動膜101は、基板106上に形成された支持部103により支持されており、上部電極102と共に振動する様になっている。振動膜101上の上部電極102に対して空隙104を介して対向する位置に、下部電極105が基板106上に形成されている。本実施形態では、振動膜101と支持部103は、電気的に絶縁性を持つ材料で構成されている。装置が超音波等の弾性波の送受信動作をするために、上部電極102と下部電極105は駆動・検出手段202に接続されている。外部応力印加手段200と駆動・検出手段202は、基板106上に形成された電気機械変換装置(以下、CMUTとして説明する)の素子部分101〜105を駆動したり素子部分101〜105からの信号を検出したりする制御部を成す。
次に、図2(a)、(b)を用いて第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、下部電極105側への方向の力を振動膜101に印加する手段の具体例に関する。それ以外は、第1の実施形態とほぼ同じである。本実施形態では、外部応力印加手段が振動膜101に印加する下部電極105側への方向の力として、上下電極102、105間の電位差により発生する静電引力を用いる。本実施形態を示す図2(a)、(b)において、201は、外部応力印加手段である直流電位印加手段、203は、駆動手段である交流電位発生手段、204は保護スイッチ、205は、検出手段である電流検出手段である。駆動・検出手段202が、交流電位発生手段202、保護スイッチ204、電流検出手段205を含む。
次に、図2(c)、(d)を用いて第3の実施形態を説明する。第3の実施形態は、CMUTの駆動・検出手段202の具体的な構成に関する。それ以外は、第2の実施形態と同じである。本実施形態の駆動・検出手段202では、振動膜101の動作モードに応じて、超音波を送信する時のCMUTへの駆動信号の成分の周波数分布の中心周波数と、受信する時のCMUTの容量変化の検出における周波数特性の中心周波数を、2倍程度変化させる。ここでは、駆動信号の中心周波数は、駆動信号に含まれる周波数成分のうちで一番振幅の大きい周波数成分の周波数である。検出における周波数特性の中心周波数は、検出周波数特性の低域側と高域側のカットオフ周波数の間のほぼ中心の周波数である。
次に、図3を用いて第4の実施形態を説明する。第4の実施形態は、電流検出手段205の具体的な構成に関する。それ以外は、第1から第3の実施形態の何れかと同じである。本実施形態では、周波数特性を変化させることができる電流検出手段205は、微小電流の変化を電圧に変化する電流-電圧変換回路であるトランスインピーダンス回路で構成される。
次に、図4を用いて第5の実施形態を説明する。第5の実施形態は、駆動・検出手段202の電流検出手段の具体例に関する。それ以外は、第1から第3の実施形態の何れかと同じである。本実施形態は、異なる周波数特性を有した複数の電流検出部を有していることを特徴とする。
次に、図5(a)、(b)を用いて第6の実施形態を説明する。第6の実施形態は、1素子のサイズを切り替える具体例に関する。それ以外は、第1から第5の実施形態の何れかと同じである。本実施形態は、コラプスモードとコンベンショナルモードの動作に合わせて、1素子のサイズを切り替えることを特徴とする。
次に、図5(c)、(d)を用いて第7の実施形態を説明する。第7の実施形態は、入出力信号の数に係る例に関する。それ以外は、第6の実施形態と同じである。本実施形態では、コラプスモードで動作している時は、トランスデューサの入出力信号数と同数の素子についてのみ、駆動・検出手段202に接続することを特徴とする。
Claims (11)
- 空隙を挟んで対向して設けられた第1及び第2の電極を含むセルを複数有する静電容量型トランスデューサの前記第2の電極が振動することにより流れる電流を検出する検出手段と、
1つの前記検出手段に接続されるセルの数を変化させる配線切り替え手段と、を備え、
前記検出手段は、電流−電圧変換回路を含み、
前記セルの数と対応するように、前記電流−電圧変換回路の周波数特性が調整されることを特徴とする装置。 - 前記電流−電圧変換回路は、フィードバック部分を有し、
前記セルの数と対応するように、前記電流−電圧変換回路の前記フィードバック部分のパラメータが変えられることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 空隙を挟んで対向して設けられた第1及び第2の電極を含むセルを複数有する静電容量型トランスデューサの前記第2の電極が振動することにより流れる電流を検出する検出手段と、
1つの前記検出手段に接続されるセルの数を変化させる配線切り替え手段と、を備え、
前記検出手段は、フィードバック部分を有する電流−電圧変換回路を含み、
前記電流−電圧変換回路の前記フィードバック部分のパラメータが変えられて、前記検出手段の周波数特性が調整されることを特徴とする装置。 - 前記配線切り替え手段は、前記第2の電極の応答する周波数特性に対応するように、前記接続されるセル数を変化させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記セルは、前記第2の電極が形成された振動膜と、前記振動膜を支持する支持部と、前記空隙を介して前記第2の電極と対向する位置に配置された前記第1の電極と、を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1及び前記第2の電極の間に電圧を印加する印加手段を備え、
前記印加手段は、前記電圧を変化させて、前記振動膜が前記第1の電極側に接触していない非接触状態と、前記振動膜が前記第1の電極側に接触している接触状態との間で状態を切り替えることを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記接触状態の場合より、前記非接触状態の場合のほうが、前記接続されるセルの数が多いことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記静電容量型トランスデューサの前記第2の電極を振動させ弾性波を送信する駆動信号を前記セルに入力する駆動手段を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置。
- 空隙を挟んで対向して設けられた第1及び第2の電極を含むセルを複数有する静電容量型トランスデューサの前記第2の電極が振動することにより流れる電流を電流−電圧変換回路を含む検出手段によって検出するステップと、
1つの前記検出手段に接続されるセルの数を変化させるステップと、
前記セルの数と対応するように、前記電流−電圧変換回路の周波数特性を調整するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - 前記電流−電圧変換回路は、フィードバック部分を有し、
前記セルの数と対応するように、前記電流−電圧変換回路の前記フィードバック部分のパラメータを変えることを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 空隙を挟んで対向して設けられた第1及び第2の電極を含むセルを複数有する静電容量型トランスデューサの前記第2の電極が振動することにより流れる電流を検出手段によって検出するステップと、
1つの前記検出手段に接続されるセルの数を変化させるステップと、
前記検出手段は、フィードバック部分を有する電流−電圧変換回路を含み、前記電流−電圧変換回路の前記フィードバック部分のパラメータを変えて、前記検出手段の周波数特性を調整するステップと、を含むことを特徴とする方法。
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