(57)【要約】【課題】静電容量変化を利用した電気機械変換装置などの装置において、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技術を提供する。【解決手段】電気機械変換装置などの装置は、セル１０６を有するエレメント１０９と、電極間に直流電圧を印加する第一の印加手段１１１と、エレメントの静電容量を検出するための検出信号を一方の電極に印加する第二の印加手段１１２を有する。信号変換部１１４は、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。帯域阻止フィルタ部１１３は、他方の電極と信号変換部との間に設けられ、音響波の受信による振動膜の振動により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。【選択図】図１
2015173841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
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。
【請求項２】
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請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記静電容量検出手段により検出された前記エレメントの静電容量の変化量に基づいて、前記音響波の受信による前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生し前記信号変換部により変換される前記電圧信号を補正するための補正手段を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記エレメントの静電容量の変化量に基づいて決定される前記直流電圧の目標値を前記一方の電極に印加するよう前記第一の印加手段に指示する指示手段を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記音響波の受信による前記振動膜の振動により前記他方の電極で発生する前記電流信号を検出するときは、前記一方の電極と前記第一の印加手段とを接続し、前記エレメントの静電容量の変化量を検出するときは、前記一方の電極と前記第二の印加手段とを接続するように接続を切り替える切替手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記エレメント、前記信号変換部、前記帯域阻止フィルタ部を、それぞれ複数有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
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装置であって、
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。
【請求項８】
前記帯域阻止フィルタ部は、コイルとコンデンサを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記信号変換部は、演算増幅器を含むトランスインピーダンス回路を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の装置と、処理部と、を有し、
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。
【請求項１１】
光源をさらに有し、
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。
【請求項１２】
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方法であって、
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。
【請求項１３】
前記静電容量を検出する工程において検出された前記エレメントの静電容量の変化量に基づいて、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し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において変換される前記電圧信号を補正する工程を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
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前記電流信号を検出するときに、前記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前記第一の電極と前記第二の電極との間に印加するよう指示する工程を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
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前記電流信号を検出するときは、直流電圧を前記第一の電極と前記第二の電極との間に印加し、前記エレメントの静電容量の変化量を検出するときは、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一方の電極に印加するよう、接続を切り替える工程を有することを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気機械変換装置などの本発明の装置の基本的な構成例を示す図。
【図２】本発明の第一の実施例を示す図。
【図３】本発明の第二の実施例を示す図。
【図４】本発明の第四の実施例を示す図。
【図５】静電容量検出時における信号変換部の電圧信号振幅の周波数特性の図。
【図６】第二の電極から信号変換部までの電流電圧変換係数の周波数特性の図。
【図７】本発明の第一の実施例における信号変換部の電圧信号振幅の周波数特性の図。
【図８】本発明の第一の実施例における第二の電極から信号変換部までの電流電圧変換係数の周波数特性の図。
【図９】本発明の第五の実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）
【００１７】
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）
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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］
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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