電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備和被檢體信息獲取設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備和被檢體信息獲取設(shè)備。提供一種能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的配置調(diào)整在胞元的電極之間施加的電勢(shì)差的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備。要由驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的電容換能器包含胞元，該胞元包含：包含在振動(dòng)膜片(101)中的第一電極(102)；和形成為通過(guò)間隙(105)的中介與第一電極相對(duì)的第二電極(103)。胞元的第一電極(102)和第二電極(103)中的一個(gè)與第一DC電壓施加單元(201)電連接，并且胞元的第一電極(102)和第二電極(103)中的另一個(gè)與第二DC電壓施加單元(203)電連接。要由第二DC電壓施加單元施加的電壓被設(shè)定為比要由第一DC電壓施加單元所施加的電壓低。由第二DC電壓施加單元(203)施加的電壓是可變的。
【專利說(shuō)明】電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備和被檢體信息獲取設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于被配置為傳送和接收聲波(如這里所使用的，“傳送和接收”意味著“傳送”或“接收”中的至少一個(gè))的電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和使用該驅(qū)動(dòng)設(shè)備的諸如超聲圖像形成設(shè)備的被檢體信息獲取設(shè)備。要注意，這里所使用的聲波包含音波、超聲波以及光聲波。例如，聲波包含當(dāng)通過(guò)諸如可見(jiàn)光線和紅外線的光(電磁波)照射被檢體的內(nèi)部時(shí)在被檢體內(nèi)部產(chǎn)生的光聲波。以下，聲波在許多情況下由超聲波來(lái)代表。

【背景技術(shù)】
[0002]出于傳送和接收超聲波的目的，已提出作為電容超聲換能器的電容微加工超聲換能器(CMUT)。CMUT通過(guò)使用基于半導(dǎo)體工藝的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的工藝制造。圖12示意性地示出CMUT(傳送和接收元件)的截面圖。通過(guò)間隙105的中介(intermediat1n)而彼此相對(duì)的第一電極102和第二電極103以及振動(dòng)膜片101被成組(group)并且以下稱為“胞元(cell) ”。振動(dòng)膜片101由形成在基板110上的支撐部分104支撐。第一電極102與DC電壓施加單元201連接并被施加預(yù)定的DC電壓Va0另一個(gè)第二電極103與收發(fā)器電路202連接并具有GND電勢(shì)附近的固定電勢(shì)。這樣，在第一電極102與第二電極103之間產(chǎn)生電勢(shì)差Vbias ( = Va-OV)。Va的值被調(diào)整，使得Vbias的值可與由胞元的機(jī)械特性確定的希望的電勢(shì)差(大約數(shù)十V到數(shù)百V)匹配。在該配置中，當(dāng)收發(fā)器電路202向第二電極103施加AC驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生AC靜電吸引，并因此可基于振動(dòng)膜片101在某一頻率處的振動(dòng)來(lái)傳送超聲波。并且，當(dāng)振動(dòng)膜片101響應(yīng)于超聲波振動(dòng)時(shí)，由于靜電感應(yīng)而在第二電極103中產(chǎn)生微小電流。通過(guò)利用收發(fā)器電路測(cè)量電流值，可提取接收信號(hào)(參見(jiàn)例如，A.S.Ergun, Y.Huang, X.Zhuang, 0.0ralkan, G.G.Yarahoglu, andB.T.Khur1-Yakubj ^Capacitive micromachined ultrasound transducers: fabricat1n technology，"Ultrasounds，F(xiàn)erroelectrics and Frequency Control,IEEE Transact1nson, vol.52，n0.12，pp.2242-2258，Dec.2005) 0
[0003]CMUT的收發(fā)器特性極大地受第一電極與第二電極之間的電勢(shì)差影響。機(jī)械特性根據(jù)CMUT的電極、振動(dòng)膜片以及間隙的尺寸和物理性能值在胞元之間稍許不同，并因此對(duì)于要被連接的各胞元，電極之間的電勢(shì)差的希望的值(最適宜的值)不同。然而，調(diào)整向第一電極施加的DC電壓以調(diào)整第一電極與第二電極之間的電勢(shì)差需要具有大的安裝面積的復(fù)雜電路。具體地，為了改變由DC電壓施加單元產(chǎn)生的高電壓，需要通過(guò)使用高電壓部件來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓可變DC-DC轉(zhuǎn)換器或用于從某一高電壓調(diào)整電壓降的電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)提供一種能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的配置調(diào)整胞元的電極之間的電勢(shì)差的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有以下的特征。
[0006]S卩，用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備包含胞元。所述胞元包含振動(dòng)膜片、包含在所述振動(dòng)膜片中的第一電極以及形成為通過(guò)間隙的中介與所述第一電極相對(duì)的第二電極。所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包含:第一 DC電壓施加單元，所述第一DC電壓施加單元與包含在所述胞元中的第一電極和第二電極中的一個(gè)電連接；和第二 DC電壓施加單元，所述第二 DC電壓施加單元與包含在所述胞元中的第一電極和第二電極中的另一個(gè)電連接。所述第二 DC電壓施加單元被配置為向所述第一電極和第二電極中的所述另一個(gè)施加比由所述第一 DC電壓施加單元向所述第一電極和第二電極中的所述一個(gè)所施加的電壓低的電壓。由所述第二 DC電壓施加單元施加的電壓是可變的。
[0007]從參照附圖的示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1A、1B以及IC是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0009]圖2A、2B以及2C是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0010]圖3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0011]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0012]圖5A、5B、5C以及是示出根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0013]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0014]圖7A和7B是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0015]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0016]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0017]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。
[0018]圖1lA和IlB是示出根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的被檢體信息獲取設(shè)備的示圖。
[0019]圖12是示出相關(guān)技術(shù)的電容換能器的示圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下描述本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明中，重要的是:向包含在胞元中的第一電極和第二電極中的一個(gè)施加高電壓Vh，并且向第一電極和第二電極中的另一個(gè)施加比Vh低的電壓VI，以及向另一電極施加的低電壓Vl被改變以調(diào)整電極之間的電勢(shì)差。
[0021]現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容換能器、電容換能器的驅(qū)動(dòng)方法以及諸如超聲圖像形成設(shè)備的信息獲取設(shè)備。
[0022]第一實(shí)施例
[0023]圖1A?IC是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示圖。在圖1A?IC中，示出第一 DC電壓施加單元(以下稱為“第一施加單元”)201和第二 DC電壓施加單元(以下稱為“第二施加單元”)203。第一施加單元201能夠施加高電壓Vh (大約數(shù)十V?數(shù)百V)。第一施加單元201與第一電極102連接，并能夠向第一電極施加高電壓Vh。第一電極102形成在振動(dòng)膜片101上、中或下，或者振動(dòng)膜片本身用作電極。換句話講，第一電極102包含在振動(dòng)膜片101中以與振動(dòng)膜片101 —起振動(dòng)。第二施加單元203能夠施加低于Vh的電壓Vl (大約數(shù)V?數(shù)十V)并改變Vl的值。第二施加單元203與形成為通過(guò)間隙105的中介與第一電極102相對(duì)的第二電極103連接，并能夠向第二電極施加可變電壓VI。通過(guò)該配置，向第一電極施加的電壓Vh與向第二電極施加的可變電壓Vl之間的電勢(shì)差(Vh-Vl)被施加在CMUT的電極之間。第二施加單元203改變要施加的低電壓Vl的值，使得電勢(shì)差可具有希望的值。以這種方式，可通過(guò)可變低電壓施加單元改變電極之間的電勢(shì)差。
[0024]本發(fā)明的要旨存在于:第一施加單元施加固定值的高電壓，并且第二施加單元改變低電壓以調(diào)整電極之間的電勢(shì)，從而最終調(diào)整電極之間的高電勢(shì)差。與用于高電壓的可變電壓施加單元相比，可通過(guò)更簡(jiǎn)單的配置和更小的尺寸實(shí)現(xiàn)用于低電壓的可變電壓施加單元。具體地，可容易地通過(guò)逐步降低從低電壓電源供給的預(yù)定電壓的常用電路配置實(shí)現(xiàn)第二施加單元203。作為示例，可以使用降壓器(dropper)電路(利用電阻器或非飽和晶體管中的電壓降的電路)或斬波器(chopper)電路(被設(shè)計(jì)為通過(guò)包含電感器和電容器的平滑電路和開(kāi)關(guān)電路的組合逐步降低電壓的電路)。根據(jù)本發(fā)明，可以在不改變向電極中的一個(gè)所施加的高電壓的情況下調(diào)整電極之間的電勢(shì)差。因此，電容換能器可具有簡(jiǎn)單的配置。該換能器能夠執(zhí)行通過(guò)響應(yīng)于傳送電壓信號(hào)而振動(dòng)振動(dòng)膜片來(lái)傳送聲波的功能或響應(yīng)于接收電流信號(hào)而接收聲波的功能中的至少一個(gè)，該接收電流信號(hào)在第一電極響應(yīng)于聲波而振動(dòng)時(shí)獲得。
[0025]要注意，在圖1A?IC中，向位于空氣間隙或間隙105之上的第一電極102施加高電壓，并向位于間隙105下面的第二電極103施加低電壓。然而，本發(fā)明不限于該配置。即使通過(guò)其中向位于間隙105之上的第一電極102施加低電壓并向位于間隙105下面的第二電極103施加高電壓的配置，也可以相同的方式使用電容換能器。并且，配備有換能器的探測(cè)器200可如圖1B所示的那樣僅包含換能器，或者可如圖1C所示的那樣包含與換能器一起的其它元件(諸如第二施加單元203)。
[0026]第二實(shí)施例
[0027]本發(fā)明的第二實(shí)施例在第二電極103與第二施加單元203彼此連接的方法上與第一實(shí)施例不同。其它方面與第一實(shí)施例相同。本實(shí)施例的特征存在于:第二施加單兀203經(jīng)由收發(fā)器電路與第二電極103連接。以下描述細(xì)節(jié)。圖2A?2C是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。在圖2A?2C中，示出收發(fā)器電路202。
[0028]收發(fā)器電路202與第二施加單元203和第二電極103連接。收發(fā)器電路202輸入來(lái)自第二施加單元203的低電壓VI，并向第二電極103施加相同的電壓VI。收發(fā)器電路202具有能夠在向第二電極103施加DC電壓Vl的同時(shí)向其施加AC驅(qū)動(dòng)電壓的功能和能夠測(cè)量在第二電極103中產(chǎn)生的微小電流以提取接收信號(hào)的功能。這樣，在通過(guò)收發(fā)器電路202執(zhí)行收發(fā)器操作的狀態(tài)中，可在不改變向另一電極所施加的高電壓的情況下調(diào)整相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差。
[0029]第二電極103可在各不同組的多個(gè)胞元100 (相對(duì)的第一電極102和第二電極103配對(duì)為一個(gè)單位)中被電連接在一起。如圖3A和3B所示，第二電極103被電連接在一起的一組多個(gè)胞元100作為一個(gè)單位被稱為“元件111或112”。對(duì)于各元件提供收發(fā)器電路202，并且元件111或112中的第二電極103與對(duì)于各元件不同的收發(fā)器電路202連接。因此，電容換能器能夠?qū)τ诟髟?dú)立地執(zhí)行不同的收發(fā)器操作，并且元件是收發(fā)器操作的單位。
[0030]圖3A和圖3B是分別示出收發(fā)器電路202和第二施加單元203如何與元件111或112連接的示意圖。如圖3A所示，提供數(shù)量與收發(fā)器電路202的數(shù)量相同的第二施加單元203，并且元件與對(duì)于各收發(fā)器電路不同的第二施加單元203連接。這樣，對(duì)于各元件，相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差可被調(diào)整到最適宜的大小。因此，可以提供高性能電容換能器?？商娲?，如圖3B所示，用于多個(gè)元件111和112的收發(fā)器電路202可與同一第二施加單元203連接。這樣，與其中對(duì)于各收發(fā)器電路提供第二施加單元203的配置相比，第二施加單元203的數(shù)量可減少以簡(jiǎn)化配置。因此，可以提供更緊湊的電容換能器。根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器，僅需要連接第二施加單元203與收發(fā)器電路202，不需要改變第二電極103與收發(fā)器電路202之間的連接形式。因此，在不需要改變CMUT中的配線形式或CMUT與收發(fā)器電路之間的連接形式的情況下可以容易地實(shí)現(xiàn)電容換能器。
[0031]以上，已描述了其中第二施加單元203是與收發(fā)器電路202分離的部件的配置。然而，本發(fā)明不限于該配置，并且可利用另一配置。如圖2B和2C所示，本發(fā)明可類似地利用其中收發(fā)器電路202在內(nèi)部包含第二施加單元203的配置。這樣，不需要形成配線以彼此連接收發(fā)器電路202和第二施加單元203，由此進(jìn)一步簡(jiǎn)化配置。在圖2B所示的配置中，例如，在收發(fā)器電路202內(nèi)提供被配置為記錄設(shè)定值的單元(例如，可變電阻器、閃存等)，并且基于設(shè)定值來(lái)設(shè)定要從第二施加單元203施加的低電壓的大小。這樣，可對(duì)于各第二施加單元203設(shè)定不同的(最適宜的)低電壓。可替代地，如圖2C所示，對(duì)于要從第二施加單元203施加的低電壓的大小的設(shè)定值可作為信號(hào)221從外部輸入。這樣，可在執(zhí)行收發(fā)器操作的同時(shí)根據(jù)需要調(diào)整相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差，并因此可提供更高級(jí)的電容換能器。
[0032]第三實(shí)施例
[0033]本發(fā)明的第三實(shí)施例在收發(fā)器電路上與第二實(shí)施例不同。其它方面與第二實(shí)施例相同。在本實(shí)施例中，給出被配置為在向第二電極103施加來(lái)自第二施加單元203的電壓的同時(shí)執(zhí)行收發(fā)器操作的收發(fā)器電路202的描述。圖4是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。在圖4中，示出傳送電壓產(chǎn)生單元211、接收電流檢測(cè)單元212以及AC耦合單元213、214。第二施加單元203經(jīng)由在收發(fā)器電路內(nèi)形成的配線210直接與第二電極103連接。
[0034]圖5A?是示出收發(fā)器電路202中的電壓的示意圖。在圖5A?中，橫軸代表時(shí)間，縱軸代表電壓值。傳送電壓產(chǎn)生單兀211能夠產(chǎn)生AC驅(qū)動(dòng)電壓(參見(jiàn)圖5C)。傳送電壓產(chǎn)生單元211經(jīng)由AC耦合單元213與第二電極103連接。AC耦合單元213能夠向第二電極103施加AC驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另一方面，由于AC耦合單元213，來(lái)自第二施加單元203的DC電壓不被傳送到傳送電壓產(chǎn)生單元211。因此，從第二施加單元203施加的電壓對(duì)由傳送電壓產(chǎn)生單元211產(chǎn)生的電壓或傳送期間的信號(hào)沒(méi)有影響。
[0035]接收電流檢測(cè)單元212能夠檢測(cè)在第二電極103中產(chǎn)生的電流的值并輸出檢測(cè)的值作為檢測(cè)信號(hào)。接收電流檢測(cè)單元212經(jīng)由AC耦合單元214與第二電極103連接。AC耦合單元214能夠向接收電流檢測(cè)單元212傳送在第二電極103中靜電感應(yīng)的電流。另一方面，由于AC耦合單元214，來(lái)自第二施加單元203的DC電壓不被傳送到接收電流檢測(cè)單元212。因此，從第二施加單元203施加的電壓對(duì)由接收電流檢測(cè)單元212檢測(cè)的電壓或其檢測(cè)操作沒(méi)有影響。
[0036]并且，由于從傳送電壓產(chǎn)生單元211產(chǎn)生的AC電壓通過(guò)AC耦合單元213，因此，AC電壓的大小被設(shè)定為當(dāng)?shù)竭_(dá)接收電流檢測(cè)單元212的輸入端子時(shí)小于接收電流檢測(cè)單元212的耐受電壓值(參見(jiàn)圖5D)。因此，防止傳送的AC電壓損傷接收電流檢測(cè)單元212。在這種情況下，在接收超聲波的頻率區(qū)域中，第二施加單元203的輸出阻抗Zg具有比接收電流檢測(cè)單元212的輸入阻抗Zd的值足夠高的值(Zg>Zd)。另一方面，輸出阻抗Zg的值比CMUT的元件的阻抗Zc的值足夠低(Zg〈Zc)。因此，接收電流檢測(cè)單元212可以高的精度檢測(cè)由第二電極103產(chǎn)生的電流，從而能夠執(zhí)行高精度的接收操作。
[0037]并且，可通過(guò)使用通用電容器構(gòu)造上述AC耦合單元213、214。通過(guò)選擇電容器的電容可容易地將AC耦合的頻率設(shè)定為希望的值。AC耦合單元214被設(shè)定，使得來(lái)自傳送電壓產(chǎn)生單元211的接收電流檢測(cè)單元212中的AC電壓可足夠低。具體地，這通過(guò)在傳送頻率區(qū)域中將AC耦合單元214的阻抗Zal設(shè)定為比AC耦合單元213的阻抗Za2高(Zal>Za2)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且，AC耦合單元214可使用包含由高電壓開(kāi)關(guān)形成的保護(hù)元件的配置，該高電壓開(kāi)關(guān)具有防止比給定電壓Vp高的電壓被傳送到接收電流檢測(cè)單元212的端子的功能。
[0038]根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器，僅通過(guò)添加簡(jiǎn)單的配置，就可在執(zhí)行收發(fā)器操作的同時(shí)從第二施加單元203向第二電極103施加電壓。
[0039]第四實(shí)施例
[0040]本發(fā)明的第四實(shí)施例在第二施加單元203上與第二實(shí)施例不同。其它方面與第二實(shí)施例相同。本實(shí)施例的特征存在于:被配置為產(chǎn)生用于收發(fā)器電路的AC驅(qū)動(dòng)電壓的單元被用于施加可變低電壓。以下描述細(xì)節(jié)。圖6是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。傳送電壓產(chǎn)生單元211還具有第二施加單元203的功能，并且直接與第二電極103連接。傳送電壓產(chǎn)生單元211能夠改變低DC電壓值并產(chǎn)生疊加在可變低DC電壓上的AC驅(qū)動(dòng)電壓(參見(jiàn)圖5A)。
[0041]為了調(diào)整在相對(duì)的電極之間施加的電壓，DC電壓值Vl被改變(參見(jiàn)圖5B)。并且，為了傳送超聲波，疊加在DC電壓上的AC波形被產(chǎn)生(參見(jiàn)圖5C)，以從而產(chǎn)生圖5A所示的電壓。通過(guò)向第二電極103施加該電壓，電極之間的電勢(shì)差可被調(diào)整到預(yù)定值，并且同時(shí)可執(zhí)行傳送超聲波的操作。傳送電壓產(chǎn)生單元211可通過(guò)使用相關(guān)技術(shù)的包含DA轉(zhuǎn)換器和放大器的組合的超聲波傳送電路容易地實(shí)現(xiàn)。
[0042]接收電流檢測(cè)單元212能夠檢測(cè)在第二電極103中產(chǎn)生的電流的值并輸出檢測(cè)的值作為檢測(cè)信號(hào)。接收電流檢測(cè)單元212經(jīng)由AC耦合單元214與第二電極連接。AC耦合單元214能夠向接收電流檢測(cè)單元212傳送在第二電極103中靜電感應(yīng)的電流。另一方面，由于AC耦合單元214，來(lái)自傳送電壓產(chǎn)生單元211的DC電壓不被傳送到接收電流檢測(cè)單元212。
[0043]并且，由于從傳送電壓產(chǎn)生單元211產(chǎn)生的AC電壓通過(guò)AC耦合單元214，因此，AC電壓的大小被設(shè)定為在到達(dá)接收電流檢測(cè)單元212的輸入端子時(shí)小于接收電流檢測(cè)單元212的耐受電壓(參見(jiàn)圖OT)。因此，防止傳送的AC電壓損傷接收電流檢測(cè)單元212。因此,從傳送電壓產(chǎn)生單元211施加的DC電壓對(duì)接收電流檢測(cè)單元212的檢測(cè)電壓或檢測(cè)操作沒(méi)有影響，并且接收電流檢測(cè)單元212不被損傷。在這種情況下，傳送電壓產(chǎn)生單元211在接收操作期間的輸出阻抗Zg在接收超聲波的頻率區(qū)域中具有比接收電流檢測(cè)單元212的輸入阻抗Zd的值足夠高的值(Zg>Zd)。另一方面，輸出阻抗Zg的值比CMUT的元件的阻抗Zc的值足夠低(Zg〈Zc)。因此，接收電流檢測(cè)單元212可以高的精度檢測(cè)由第二電極103產(chǎn)生的電流，從而能夠執(zhí)行高度精確的接收操作。
[0044]并且，可通過(guò)使用通用電容器構(gòu)造上述AC耦合單元214。通過(guò)選擇電容器的電容可容易地將AC耦合的頻率設(shè)定為希望的值。并且，AC耦合單元214被設(shè)定，使得接收電流檢測(cè)單元212中的AC電壓可足夠低。具體地，這通過(guò)在傳送頻率區(qū)域中將AC耦合單元214的阻抗Zal設(shè)定為比傳送電壓產(chǎn)生單元211與第二電極103之間的配線的阻抗Zw高(ZaDZw)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且，AC耦合單元214可使用包含由高電壓開(kāi)關(guān)形成的保護(hù)元件的配置，該高電壓開(kāi)關(guān)具有防止比給定電壓Vp高的電壓被傳送到接收電流檢測(cè)單元212的端子的功能。在根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器中，可使用傳送電壓產(chǎn)生單元來(lái)代替第二施加單元，并因此可在很少增加部件的數(shù)量的情況下調(diào)整電勢(shì)差。
[0045]第五實(shí)施例
[0046]本發(fā)明的第五實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同在于:僅執(zhí)行接收超聲波的操作，并因此第二施加單元不同。其它方面與第二實(shí)施例相同。本實(shí)施例的特征存在于:被配置為測(cè)量收發(fā)器電路的微小電流以提取接收信號(hào)的單元被用于產(chǎn)生可變低電壓。以下描述細(xì)節(jié)。圖7A是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。在圖7A中，示出接收電流檢測(cè)單元212和基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215。
[0047]接收電流檢測(cè)單元212與第二電極103連接。接收電流檢測(cè)單元212具有用于檢測(cè)的基準(zhǔn)電勢(shì)，并且其輸入端子保持在與基準(zhǔn)電勢(shì)基本上相同的電勢(shì)上。以這種方式，本實(shí)施例利用接收電流檢測(cè)單元212的輸入端子的電勢(shì)被設(shè)定為與基準(zhǔn)電勢(shì)相同的狀態(tài)。根據(jù)本實(shí)施例的接收電流檢測(cè)單元212包含能夠改變基準(zhǔn)電勢(shì)的基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215。通過(guò)改變由基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215產(chǎn)生的DC電壓，接收電流檢測(cè)單元212的基準(zhǔn)電勢(shì)被改變。作為其響應(yīng)，接收電流檢測(cè)單元212的輸入端子的電勢(shì)改變，并因此可調(diào)整與連接到該電勢(shì)的第二電極103有關(guān)的DC電壓。在這種情況下，由基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215產(chǎn)生的電壓具有處于其中接收電流檢測(cè)單元212執(zhí)行檢測(cè)操作的電壓范圍內(nèi)的值。
[0048]并且，接收電流檢測(cè)單元212能夠檢測(cè)在第二電極103中靜電感應(yīng)的電流的值并輸出檢測(cè)的值作為檢測(cè)信號(hào)。在這種情況下，接收電流檢測(cè)單元212的輸入阻抗Zd在接收超聲波的頻率區(qū)域中具有比CMUT的元件的阻抗Zc足夠低的值(Zc>Zd)。因此，接收電流檢測(cè)單元212可以高的精度檢測(cè)由第二電極103產(chǎn)生的電流，從而能夠執(zhí)行高度精確的接收操作。以這種方式，通過(guò)使用根據(jù)本實(shí)施例的接收電流檢測(cè)單元212，可在執(zhí)行接收操作的同時(shí)調(diào)整相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差。
[0049]圖7B是示出接收電流檢測(cè)單元212和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生源302(圖7A的基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215)的示意圖。在圖7B中，接收電流檢測(cè)單元212是使用運(yùn)算放大器的跨阻抗(transimpedance)電路。運(yùn)算放大器301的反相輸入端子(_IN)311與并聯(lián)連接的電阻器303和電容器304連接，并且其輸出端子(0UT)313的輸出信號(hào)反饋到反相輸入端子(_IN)311。運(yùn)算放大器301的非反相輸入端子(+IN)312作為基準(zhǔn)電勢(shì)端子與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生源302連接。運(yùn)算放大器301操作，使得反相輸入端子(-1N) 311與非反相輸入端子(+IN)312之間的電勢(shì)差可以為零。通過(guò)該功能，從反相輸入端子(_IN)311輸入的電流可作為輸出電壓被提取。并且，由與非反相輸入端子(+IN) 312連接的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生源302(215)產(chǎn)生的電壓Vr被施加到第二電極(VI = Vr)。換句話講，通過(guò)改變由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生源302(215)產(chǎn)生的電壓Vr，可改變胞元的相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差。
[0050]根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)在接收電路中添加基準(zhǔn)電勢(shì)產(chǎn)生單元215來(lái)調(diào)整電極之間的電勢(shì)差。并且，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生源僅需要產(chǎn)生低可變電壓，并因此有利于電路集成，并且可提供更緊湊的電容換能器。
[0051]第六實(shí)施例
[0052]本發(fā)明的第六實(shí)施例涉及調(diào)整胞元的相對(duì)的電極之間的電勢(shì)差的方法。其它方面與第一至第五實(shí)施例中的任意一個(gè)相同。本實(shí)施例的特征存在于:電極之間的電勢(shì)差被調(diào)整，使得收發(fā)器特性在元件之間可以是均一(uniform)的。以下描述細(xì)節(jié)。
[0053]圖8是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。在本實(shí)施例中，對(duì)于各元件提供第二施加單元203。根據(jù)元件111、112以及113的收發(fā)器特性由各個(gè)第二施加單元203調(diào)整電壓V11、V12和V13。具體地，當(dāng)一個(gè)元件的傳送效率或接收靈敏度比其它元件低時(shí)，要產(chǎn)生的電壓Vl被減小以增加電極之間的電勢(shì)差，以從而增加操作期間的傳送效率或接收靈敏度。另一方面，當(dāng)一個(gè)元件的傳送效率或接收靈敏度比其它元件高時(shí)，要產(chǎn)生的電壓Vl被增加以降低電極之間的電勢(shì)差，以從而降低操作期間的傳送效率或接收靈敏度。因此，即使當(dāng)同時(shí)使用原始的傳送效率或接收靈敏度彼此不同的多個(gè)元件時(shí)，也可以基本上相同的傳送效率或接收靈敏度執(zhí)行收發(fā)器操作。
[0054]根據(jù)本實(shí)施例，可以提供即使當(dāng)收發(fā)器特性在元件之間改變時(shí)也能夠以均一的收發(fā)器特性執(zhí)行收發(fā)器操作的電容換能器。
[0055]第七實(shí)施例
[0056]本發(fā)明的第七實(shí)施例涉及調(diào)整電極之間的電勢(shì)差的方法。其它方面與第一至第五實(shí)施例中的任意一個(gè)相同。本實(shí)施例的特征存在于:電極之間的施加的電勢(shì)差根據(jù)包含在元件中的胞元的形狀的類型在元件之間不同。以下描述細(xì)節(jié)。
[0057]圖9是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。以下給出包含僅直徑不同的胞元的元件的描述。然而，即使當(dāng)在胞元結(jié)構(gòu)的其它因素(振動(dòng)膜片厚度、振動(dòng)膜片材料、間隙高度、電極厚度、電極材料)上存在差異時(shí)，也同樣成立。在具有相同的層配置的CMUT中，當(dāng)元件的胞元直徑變得更小時(shí)，操作所需要的電勢(shì)差變得更大。另一方面，當(dāng)元件的胞元直徑變得更大時(shí)，操作所需要的電勢(shì)差變得更小。對(duì)于具有小的胞元直徑的元件111，從第二施加單元203施加的電壓Vll被設(shè)定為低，使得電勢(shì)差可以大。對(duì)于具有大的胞元直徑的元件113，從第二施加單元203施加的電壓Vl2被設(shè)定為高，使得電勢(shì)差可以小。
[0058]如上所述，即使在包含具有不同的胞元直徑的元件的電容換能器中，也可根據(jù)各個(gè)胞元直徑施加最適宜的電勢(shì)差。換句話講，電容換能器包含多個(gè)元件，并且第二施加單元能夠?qū)τ诰哂邢嗤陌螤畹母鞑煌脑┘硬煌腄C電壓。因此，對(duì)于具有不同的胞元形狀的元件，可對(duì)于各胞元形狀獲得希望的收發(fā)器特性。根據(jù)本實(shí)施例，可提供能夠以適合于具有不同的胞元形狀的各元件的收發(fā)器特性執(zhí)行收發(fā)器操作的電容換能器。
[0059]第八實(shí)施例
[0060]本發(fā)明的第八實(shí)施例涉及調(diào)整電極之間的電勢(shì)差的方法。其它方面與第一至第五實(shí)施例中的任意一個(gè)相同。本實(shí)施例的特征存在于:向執(zhí)行收發(fā)器操作的周邊元件施加的電壓與向其它的中心元件施加的電壓不同。以下描述細(xì)節(jié)。
[0061]圖10是根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器的示意圖。在圖10中，依次布置元件111、112、113,114以及115。以下，給出其中元件111、112、113、114以及115基本上同時(shí)執(zhí)行傳送操作的配置的描述。元件111、112、113、114以及115分別以稍許的時(shí)間滯后被施加圖5C所示的傳送電壓。時(shí)間滯后被設(shè)定，使得從各個(gè)元件傳送的超聲波可同時(shí)到達(dá)稍許分開(kāi)的位置。這樣，從多個(gè)元件傳送的超聲波被成束(beam-formed)。在本說(shuō)明書(shū)中，定義當(dāng)通過(guò)以這樣的時(shí)間滯后被施加AC電壓的多個(gè)元件執(zhí)行傳送操作時(shí)多個(gè)元件基本上同時(shí)執(zhí)行傳送操作。
[0062]向執(zhí)行收發(fā)器操作的側(cè)元件111和115施加的電壓V12被設(shè)定為比向其它元件112、113以及114施加的電壓Vll高。這樣，側(cè)元件111和115的傳送效率或接收靈敏度可被設(shè)定為比其它元件112、113以及114的傳送效率或接收靈敏度低。因此，可降低當(dāng)通過(guò)使用多個(gè)元件傳送和接收超聲波時(shí)出現(xiàn)的超聲波的旁瓣(side lobe)。
[0063]根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器能夠容易地降低當(dāng)通過(guò)多個(gè)元件執(zhí)行收發(fā)器操作時(shí)出現(xiàn)的旁瓣。因此，可提供能夠傳送和接收幾乎理想的超聲束的電容換能器。
[0064]第九實(shí)施例
[0065]本發(fā)明的第九實(shí)施例涉及諸如超聲圖像形成設(shè)備的被檢體信息獲取設(shè)備，該諸如超聲圖像形成設(shè)備的被檢體信息獲取設(shè)備使用在第一至第八實(shí)施例中的任意一個(gè)中描述的電容換能器。在圖1lA中，示出被檢體(測(cè)量對(duì)象)402、電容換能器403、作為圖像信息產(chǎn)生設(shè)備的圖像再現(xiàn)設(shè)備404以及圖像顯示部分405。并且，示出傳送超聲波501、接收超聲波502、超聲傳送信息503、超聲接收信號(hào)504、再現(xiàn)圖像信息505以及超聲圖像形成設(shè)備400。
[0066]從電容換能器403朝向要被測(cè)量的對(duì)象402輸出的超聲波501由于要被測(cè)量的對(duì)象402的界面處的特定聲阻抗的差異而在要被測(cè)量的對(duì)象402的表面上被反射。反射的超聲波502被電容換能器403接收，并且關(guān)于接收信號(hào)的大小、形狀以及時(shí)間的信息作為超聲接收信號(hào)504被傳送到圖像再現(xiàn)設(shè)備404。另一方面，關(guān)于傳送超聲波的大小、形狀以及時(shí)間的信息作為超聲傳送信息503被傳送到圖像再現(xiàn)設(shè)備404。圖像再現(xiàn)設(shè)備404基于超聲接收信號(hào)504和超聲傳送信息503再現(xiàn)要被測(cè)量的對(duì)象402的圖像，并且作為再現(xiàn)圖像信息505傳送該圖像，該圖像然后在圖像顯示部分405上被顯示。
[0067]根據(jù)本實(shí)施例的電容換能器403使用在第一至第五實(shí)施例中的任意一個(gè)中描述的CMUT。這樣，元件被調(diào)整以具有希望的收發(fā)器特性，并且可更精確地傳送和接收超聲波。因此，可獲得關(guān)于在要被測(cè)量的對(duì)象402上反射的超聲波的更精確的信息，從而能夠更精確地再現(xiàn)要被測(cè)量的對(duì)象402。
[0068]并且，作為本實(shí)施例的另一配置，如圖1lB所示，電容換能器403可以高的精度檢測(cè)通過(guò)使用另一傳送聲源401產(chǎn)生的超聲波。更進(jìn)一步，可以使用光源以通過(guò)光照射要被測(cè)量的對(duì)象，并且可以通過(guò)電容換能器403接收通過(guò)光聲效應(yīng)產(chǎn)生的超聲波(光聲波)。在本發(fā)明中，不管如上所述的傳送聲源的類型如何，電容換能器403可被用作接收元件。
[0069]根據(jù)本實(shí)施例，可提供能夠以高的精度再現(xiàn)圖像信息的諸如超聲圖像形成設(shè)備的被檢體信息獲取設(shè)備。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的圖像形成設(shè)備包含本發(fā)明的被配置為執(zhí)行向被檢體傳送聲波或從被檢體接收聲波中的至少一個(gè)的電容換能器。然后，圖像信息產(chǎn)生設(shè)備通過(guò)使用向換能器傳送的信號(hào)或從換能器接收的信號(hào)中的至少一個(gè)來(lái)產(chǎn)生關(guān)于被檢體的圖像信息。并且，如上所述的信息獲取設(shè)備包含本發(fā)明的電容換能器和被配置為通過(guò)使用從換能器輸出的電信號(hào)來(lái)獲取關(guān)于被檢體的信息的處理器。然后，換能器可被配置為從被檢體接收聲波并輸出電信號(hào)。更進(jìn)一步，如上所述的信息獲取設(shè)備可包含本發(fā)明的電容換能器、光源以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備。然后，換能器接收當(dāng)通過(guò)從光源振蕩的光照射被檢體時(shí)產(chǎn)生的聲波，并將接收的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)據(jù)處理設(shè)備通過(guò)使用電信號(hào)來(lái)獲取關(guān)于被檢體的信息。
[0070]其它實(shí)施例
[0071]本發(fā)明的實(shí)施例還可通過(guò)系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)和通過(guò)由所述系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)讀出并執(zhí)行記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))上的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行本發(fā)明的上述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的功能，所述方法由所述系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)通過(guò)例如從存儲(chǔ)介質(zhì)讀出并執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的功能來(lái)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)或其它電路中的一個(gè)或多個(gè)，并且可包含單獨(dú)的計(jì)算機(jī)或單獨(dú)的計(jì)算機(jī)處理器的網(wǎng)絡(luò)?？衫鐝木W(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)介質(zhì)向計(jì)算機(jī)提供計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。存儲(chǔ)介質(zhì)可包含例如硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、分布式計(jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、光盤(pán)(諸如緊湊盤(pán)(CD)、數(shù)字多用盤(pán)(DVD)或藍(lán)光盤(pán)(BD)?)、閃存設(shè)備、存儲(chǔ)卡等中的一個(gè)或多個(gè)。
[0072]根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的配置調(diào)整在胞元的電極之間施加的電勢(shì)差的電容換能器驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。
[0073]盡管已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。隨附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以便包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備， 所述電容換能器包括胞元， 所述胞元包括振動(dòng)膜片、包含在所述振動(dòng)膜片中的第一電極、以及形成為通過(guò)間隙的中介與所述第一電極相對(duì)的第二電極， 所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括: 第一 DC電壓施加單元，所述第一 DC電壓施加單元與包含在所述胞元中的第一電極和第二電極中的一個(gè)電連接；和 第二 DC電壓施加單元，所述第二 DC電壓施加單元與包含在所述胞元中的第一電極和第二電極中的另一個(gè)電連接， 其中，所述第二 DC電壓施加單元被配置為向所述第一電極和第二電極中的所述另一個(gè)施加比由所述第一 DC電壓施加單元向所述第一電極和第二電極中的所述一個(gè)所施加的電壓低的電壓，并且， 其中，由所述第二 DC電壓施加單元施加的電壓是可變的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其被配置為執(zhí)行通過(guò)響應(yīng)于傳送電壓信號(hào)而振動(dòng)所述振動(dòng)膜片來(lái)傳送聲波的功能或響應(yīng)于接收電流信號(hào)而接收聲波的功能中的至少一個(gè)，所述接收電流信號(hào)在所述第一電極響應(yīng)于聲波而振動(dòng)時(shí)被獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，還包括收發(fā)器電路，所述收發(fā)器電路包括傳送電壓產(chǎn)生單元或接收電流檢測(cè)單元中的至少一個(gè)， 其中，所述收發(fā)器電路對(duì)于各元件被連接，所述元件是其中至少一個(gè)胞元的第二電極被電連接的至少一個(gè)胞元的組，并且， 其中，所述第二 DC電壓施加單元經(jīng)由所述收發(fā)器電路與第二電極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備， 其中，所述第二 DC電壓施加單元經(jīng)由包含在所述收發(fā)器電路中的配線與第二電極連接，并且， 其中，所述傳送電壓產(chǎn)生單元經(jīng)由AC耦合單元與所述配線連接，并且所述接收電流檢測(cè)單元經(jīng)由另一 AC耦合單元與所述配線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述傳送電壓產(chǎn)生單元包括所述第二 DC電壓施加單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述接收電流檢測(cè)單元包括所述第二 DC電壓施加單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其被配置為改變要由所述第二DC電壓施加單元施加的DC電壓以調(diào)整所述第一電極與第二電極之間的電勢(shì)差，使得所述電勢(shì)差接近所述元件的傳送效率或接收靈敏度中的至少一個(gè)的特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備， 其中，所述電容換能器包括多個(gè)所述元件，并且， 其中，所述第二 DC電壓施加單元被配置為施加對(duì)于具有相同形狀的胞元的各不同元件而不同的DC電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其被配置為在基本上同時(shí)執(zhí)行傳送操作的多個(gè)所述元件中設(shè)定要由所述第二 DC電壓施加單元向多個(gè)所述元件施加的電壓，以在所述多個(gè)元件中的周邊元件與中心元件之間具有不同的值。
10.一種被檢體信息獲取設(shè)備，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備；和 處理器，所述處理器被配置為通過(guò)使用從所述電容換能器輸出的電信號(hào)來(lái)獲取關(guān)于被檢體的信息， 其中，所述電容換能器被配置為從所述被檢體接收聲波并輸出所述電信號(hào)。
11.一種被檢體信息獲取設(shè)備，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電容換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備； 光源；以及 數(shù)據(jù)處理設(shè)備， 其中，所述電容換能器被配置為接收由從所述光源振蕩以照射被檢體的光產(chǎn)生的聲波并將接收的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且， 其中，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備被配置為通過(guò)使用所述電信號(hào)來(lái)獲取關(guān)于被檢體的信息。
12.—種驅(qū)動(dòng)電容換能器的方法， 所述電容換能器包括胞元， 所述胞元包括振動(dòng)膜片、包含在所述振動(dòng)膜片中的第一電極、以及形成為通過(guò)間隙的中介與所述第一電極相對(duì)的第二電極， 所述方法包括: 將向包含在所述胞元中的第一電極和第二電極中的另一個(gè)所施加的電壓設(shè)定為比向包含在所述胞兀中的第一電極和第二電極中的一個(gè)所施加的電壓低；和改變向所述第一電極和第二電極中的所述另一個(gè)所施加的電壓。
【文檔編號(hào)】G05F1/14GK104238606SQ201410249634
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月7日
【發(fā)明者】香取篤史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社