(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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１１】
請求項５，６，７，１０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１２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気を介して伝搬される弾性波を検出する検出装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のように、検出装置は、所定の距離を隔てて対向する板状の第１及び第２の電極を備える。第１の電極は、所定の方向における両端がそれぞれ固定端及び自由端であるカンチレバー構造を有する。第１の電極は、弾性波によって湾曲することにより振動する。検出装置は、第１及び第２の電極の間の静電容量の変化に基づいて弾性波を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の電極の自由端は、第１の電極のうちの振動による変位が最大である部分である。ところで、固定端から自由端へ向かう方向における第２の電極の端の、固定端からの距離は、第１の電極の自由端の、固定端からの距離よりも長い。従って、上記検出装置においては、第１の電極の自由端と対向する位置に、第２の電極が存在する。このため、第１及び第２の電極の間の空気によって第１の電極の振動が減衰する程度が大きくなりやすい。その結果、弾性波を高い精度にて検出できない虞があった。
【０００５】
本発明の目的の一つは、弾性波を高い精度にて検出できる検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの側面では、検出装置は、空気を介して伝搬される弾性波を検出する。
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。
【発明の効果】
【０００７】
弾性波を高い精度にて検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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の一例を表すグラフである。
【図２】第１実施形態の検出装置の構成の一例を表すブロック図である。
【図３】図２の検出器の斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線による検出器の断面図である。
【図５】図２の検出器の正面図である。
【図６】図２の検出器を製造する工程の一例を表す説明図である。
【図７】図２の検出器に弾性波が到来した場合における、電極間の電位の差の振幅の、当該弾性波の周波数に対する変化の一例を表すグラフである。
【図８】図２の光源の変形例を表すブロック図である。
【図９】第１実施形態の第１変形例の検出器の正面図である。
【図１０】第１実施形態の第２変形例の検出器の正面図である。
【図１１】ヘルムホルツ共振の一例を表す説明図である。
【図１２】第２実施形態の検出装置の断面図である。
【図１３】第２実施形態の第１変形例の検出装置の断面図である。
【図１４】第２実施形態の第２変形例の検出装置の断面図である。
【図１５】第２実施形態の第３変形例の検出装置の断面図である。
【図１６】第３実施形態の検出装置の構成の一例を表すブロック図である。
【図１７】図１６の処理装置による波源の位置の推定を表す説明図である。
【図１８】第３実施形態の変形例の処理装置による波源の位置の推定を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の検出装置に関する各実施形態について図１乃至図１８を参照しながら説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
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
【００１１】
対象物は、粉末状のグルコース、粉末状のアルブミン、粉末状のコレステロール、水、又は、濃度が１０ｇ／ｄＬであるグルコース水溶液である。なお、図１においては、グルコース水溶液に対する吸光度に代えて、グルコース水溶液の吸光度から水の吸光度を減じた値が、グルコース水溶液の水に対する差分として表されている。
【００１２】
図１に表されるように、光が対象物に照射された場合において、当該対象物の吸光度の、当該光の波長に対する変化は、物質毎に異なる。また、対象物が照射された光に応じて生成する弾性波の強度は、吸光度と強い相関を有する。従って、生体に含まれる対象物に対応する特定の波長の光を当該生体に照射することにより、当該対象物を高い精度にて検出できる。そこで、第１実施形態の検出装置は、光音響効果を用いて、生体に含まれる対象物を検出する。
【００１３】
（構成）
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。
【００１４】
光源２は、所定の波長を有するレーザー光を生成する。本例では、光源２は、パルス発振動作を行なう。具体的には、光源２は、所定の発振周期が経過する毎に、所定の発振時間に亘って所定の強度を有するレーザー光（換言すると、パルス状のレーザー光）を生成する。本例では、発振周期は、後述する第１の電極１２の共振周波数ｆ０に対応する周期に設定される。
【００１５】
例えば、波長は、５００ｎｍ乃至３０００ｎｍの長さであり、発振周期は、０．１ｍｓ乃至１ｓの長さであり、発振時間は、０．０１ｎｓ乃至０．１ｍｓの長さである。本例では、波長は、９０５ｎｍであり、発振周期は、５ｍｓであり、発振時間は、０．５ｎｓである。
【００１６】
図３に表されるように、検出器１は、空気を介して伝搬される弾性波を検出するセンサである。検出器１は、空気を介して伝搬される弾性波を電気信号に変換することにより、当該弾性波を検出する。例えば、弾性波は、超音波、又は、音波である。
【００１７】
本例では、検出器１は、静電容量型のセンサである。検出器１は、音響トランスデューサ、マイクロフォン、又は、圧力センサと表されてもよい。検出器１は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）として実現されてよい。
【００１８】
検出器１は、図３に表されるように、長方形状（本例では、正方形状）を有する板状である。例えば、検出器１の一辺の長さは、１ｍｍ乃至１０ｍｍの長さである。本例では、検出器１の一辺の長さは、６ｍｍである。検出器１は、図３及び図４に表されるように、板状の第１の電極層１０と、板状の絶縁層２０と、板状の第２の電極層３０と、を備える。図４は、図３のＡ−Ａ線による検出器１の断面を表す。
【００１９】
絶縁層２０は、第１の電極層１０と接する。第２の電極層３０は、第１の電極層１０と反対側にて絶縁層２０と接する。換言すると、第１の電極層１０、絶縁層２０、及び、第２の電極層３０は、順に並ぶように積層されている。また、換言すると、絶縁層２０は、第１の電極層１０及び第２の電極層３０に挟まれている。
【００２０】
例えば、第１の電極層１０の厚さは、１μｍ乃至２０μｍの厚さであり、絶縁層２０の厚さは、０．１μｍ乃至１０μｍの厚さであり、第２の電極層３０の厚さは、１０μｍ乃至１ｍｍの厚さである。本例では、第１の電極層１０の厚さは、７μｍであり、絶縁層２０の厚さは、１μｍであり、第２の電極層３０の厚さは、３００μｍである。
【００２１】
図３乃至図５に表されるように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する右手系の直交座標系を用いて検出器１について説明を加える。Ｚ軸は、検出器１に直交する方向（換言すると、検出器１の厚み方向）に沿って延びる。Ｚ軸の正方向は、第２の電極層３０から第１の電極層１０へ向かう方向である。
【００２２】
Ｙ軸は、後述する第１の電極１２の固定端ＦＸから自由端ＦＲへ向かう方向に沿って延びる。Ｙ軸の正方向は、後述する第１の電極１２の固定端ＦＸから自由端ＦＲへ向かう方向である。Ｘ軸は、後述する第１の電極１２の固定端ＦＸ又は自由端ＦＲに沿って延びる。
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。
【００２３】
本例では、第１の電極層１０は、シリコン（Ｓｉ）からなる。第１の電極層１０は、第１の支持部１１と、第１の電極１２と、を含む。
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。
【００２４】
第１の電極１２は、Ｚ軸に沿った方向にて第１の電極１２を見た場合において、長方形状（本例では、正方形状）を有する。
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。
【００２５】
第１の電極１２の端（換言すると、外縁）のうちの、Ｙ軸の負方向側の端ＦＸ以外の部分は、第１の支持部１１との間に所定の間隙（換言すると、スリット）１３を有する。換言すると、第１の電極１２のＹ軸に沿った方向における一方の端ＦＸは、検出器１に固定され、且つ、第１の電極１２のうちの、当該一方の端ＦＸ以外の部分は、検出器１に固定されない（換言すると、他の部材と接しない）。
【００２６】
これにより、第１の電極１２は、弾性波によって湾曲することにより、図４の矢印ＳＡにより表されるように振動する。第１の電極１２のうちの、Ｙ軸の負方向側の端ＦＸは、固定端ＦＸの一例である。また、第１の電極１２のうちの、Ｙ軸の正方向側の端ＦＲは、自由端ＦＲの一例である。
【００２７】
このように、第１の電極１２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。本例では、第１の電極１２は、Ｓｑｕａｒｅ  Ｂｅａｍである、と捉えられてもよい。
【００２８】
絶縁層２０は、絶縁体からなる。本例では、絶縁層２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。絶縁層２０は、シリコン酸化膜と表されてもよい。
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。
【００２９】
換言すると、外縁部２１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。絶縁層２０は、絶縁層２０のうちの第１の電極１２と対向する部分にて開口するとともに、Ｚ軸に沿った方向にて絶縁層２０を貫通する第１の貫通孔２２を有する、と捉えられてもよい。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、外縁部２１の幅は、第１の支持部１１の幅と同じである。
【００３０】
本例では、第２の電極層３０は、シリコン（Ｓｉ）からなる。第２の電極層３０は、第２の支持部３１と、第２の電極３２と、エレクトレット層３３と、を含む。
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。
【００３１】
第２の電極３２は、Ｚ軸に沿った方向にて第２の電極３２を見た場合において、長方形状を有する。第２の電極３２のＹ軸に沿った方向における長さは、第１の電極１２のＹ軸に沿った方向における長さよりも短い。第２の電極３２の、Ｙ軸の正方向側の端は、Ｙ軸に沿った方向において、自由端ＦＲよりも固定端ＦＸ側に位置する。本例では、第２の電極３２の、Ｙ軸の正方向側の端は、Ｙ軸に沿った方向において、自由端ＦＲ及び固定端ＦＸの中間に位置する。
【００３２】
第２の電極層３０は、第２の電極層３０のうちの第１の電極１２と対向する部分の中で、Ｙ軸に沿った方向において第２の電極３２よりも自由端ＦＲ側の部分にて開口するとともに、Ｚ軸に沿った方向にて第２の電極層３０を貫通する第２の貫通孔３４を有する、と捉えられてもよい。
【００３３】
第２の電極３２は、第２の支持部３１の、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の負方向側の部分から、Ｘ軸の正方向へ向かって延出する。換言すると、第２の電極３２のうちの、Ｘ軸の負方向側の端は、第２の支持部３１の、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の負方向側の部分と連接する。
【００３４】
加えて、第２の電極３２は、第２の支持部３１の、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の正方向側の部分から、Ｘ軸の負方向へ向かって延出する。換言すると、第２の電極３２のうちの、Ｘ軸の正方向側の端は、第２の支持部３１の、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の正方向側の部分と連接する。
【００３５】
換言すると、第２の電極３２のＸ軸に沿った方向における両方の端は、検出器１に固定される。これにより、第２の電極３２は、第２の支持部３１によって支持されている。
【００３６】
本例では、図３及び図４に表されるように、第２の電極３２は、絶縁層２０の厚さと等しい距離を隔てて第１の電極１２と対向する。本例では、第２の電極３２の厚さは、第２の支持部３１の厚さよりも僅かに薄い。
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。
【００３７】
図３及び図４に表されるように、エレクトレット層３３は、第２の支持部３１及び第２の電極３２の、Ｚ軸の正方向側の表面を被覆する。エレクトレット層３３は、エレクトレットからなる。例えば、エレクトレット層３３は、フッ素樹脂等の高分子化合物を含む。本例では、エレクトレット層３３は、コロナ放電によって帯電させられる。
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。
【００３８】
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、弾性波を検出する。本例では、検出装置１００は、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差を検出することにより、弾性波を検出する。なお、検出装置１００は、第１の電極１２と第２の電極３２との間を流れる電流を検出することにより、弾性波を検出してもよい。
【００３９】
例えば、第１の電極１２の、ｎ次の共振に対する共振周波数ｆ０は、数式１により表される。ｎは、自然数を表す。Ｌは、第１の電極１２のＹ軸に沿った方向における長さを表す。αｎは、ｎ次の共振に対して予め定められた係数を表す。例えば、α１は、０．１６２であってよい。ｄは、第１の電極１２の厚さ（換言すると、第１の電極１２のＺ軸に沿った方向における長さ）を表す。ρは、第１の電極１２の材料の密度を表す。Ｅは、第１の電極１２の材料のヤング率を表す。
【数１】
0006604626.tif 000002
【００４０】
例えば、対象物に強度Ｉ０を有する光を照射した場合に、対象物が、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数ｆを有する弾性波を生成する場合を想定する。この場合、第１の電極１２の自由端ＦＲのＺ軸に沿った方向における振幅Ａは、数式２により表される。αは、対象物の吸収係数を表す。吸収係数は、吸光係数と表されてもよい。γは、対象物の比熱比を表す。Ｑは、第１の電極１２のＱ値を表す。
【数２】
0006604626.tif 000003
【００４１】
数式２により表されるように、Ｑ値が高くなるほど、第１の電極１２の振幅Ａが大きくなるので、弾性波を高い精度にて検出できる。また、数式２により表されるように、周波数ｆが低くなるほど、第１の電極１２の振幅Ａが大きくなるので、弾性波を高い精度にて検出できる。また、数式２により表されるように、第１の電極１２の厚さｄが小さくなるほど、第１の電極１２の振幅Ａが大きくなるので、弾性波を高い精度にて検出できる。
【００４２】
本例では、検出器１の少なくとも一部は、図６に表される工程に従って製造される。なお、検出器１の少なくとも一部は、図６に表される工程と異なる工程に従って製造されてもよい。
【００４３】
先ず、図６の（Ａ）に表されるように、第１のシリコン層ＬＡと、第１のシリコン層ＬＡに接する絶縁層ＬＢと、絶縁層ＬＢに接する第２のシリコン層ＬＣと、からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する。本例では、絶縁層ＬＢは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。
【００４４】
次に、図６の（Ｂ）に表されるように、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、所定のパターンを有するフォトレジスト膜ＰＲを、第２のシリコン層ＬＣの、絶縁層ＬＢと反対側の表面に形成する。そして、エッチング技術を用いることにより、第２のシリコン層ＬＣのうちの、フォトレジスト膜ＰＲが形成されていない部分を除去する。
【００４５】
次いで、図６の（Ｃ）に表されるように、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、所定のパターンを有するフォトレジスト膜ＰＲを、第１のシリコン層ＬＡの、絶縁層ＬＢと反対側の表面に形成する。そして、エッチング技術を用いることにより、第１のシリコン層ＬＡのうちの、フォトレジスト膜ＰＲが形成されていない部分を除去する。
【００４６】
その後、図６の（Ｄ）に表されるように、フォトレジスト膜ＰＲを除去する。更に、臨界点乾燥（換言すると、超臨界乾燥）を含むエッチング技術を用いることにより、絶縁層ＬＢのうちの、第１のシリコン層ＬＡと接していない部分を除去する。
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。
【００４７】
図７は、弾性波が検出器１に到来した場合における、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差の振幅の、当該弾性波の周波数に対する変化を表す。図７に表されるように、振幅は、周波数に対して、特定の周波数ｆｐにて急峻なピークを有するように変化する。検出器１の特性を測定した結果において、Ｑ値は、約１０４であり、感度は、１６ｄＢであり、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）は、４２ｄＢである。従って、検出器１は、特定の周波数の弾性波を高い精度にて検出できる。
【００４８】
（動作）
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。
【００４９】
この結果、第１の電極１２と第２の電極３２との間の静電容量が変化するので、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差も変化する。本例では、発振周期は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０に対応する周期に設定される。従って、対象物が照射されたレーザー光に応じて生成する弾性波の周波数は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数を有する。その結果、第１の電極１２は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数にて振動する。
【００５０】
従って、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差も、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数にて振動する。検出装置１００は、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差の振動を検出することにより、弾性波を検出する。これにより、検出装置１００は、生体に含まれる対象物を検出する。
【００５１】
以上、説明したように、第１実施形態の検出装置１００において、第１の電極１２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、弾性波によって湾曲することにより振動する板状である。更に、第２の電極３２は、第１の電極１２と所定の距離を隔てて対向する板状である。加えて、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弾性波を検出する。更に、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。
【００５２】
これによれば、第２の電極３２は、第１の電極１２の自由端ＦＲと対向する位置に存在しない。これにより、第１の電極１２及び第２の電極３２の間の空気によって第１の電極１２の振動が減衰する程度を抑制できる。この結果、弾性波を高い精度にて検出できる。
【００５３】
ところで、光音響効果を用いて対象物を検出する場合、対象物は、特定の周波数を有する弾性波を生成する。従って、特定の周波数を有する弾性波を高い精度にて検出する検出装置を用いなければ、対象物を高い精度にて検出できない虞がある。
【００５４】
これに対し、検出装置１００によれば、第１の電極１２の共振周波数の近傍の周波数の弾性波が第１の電極１２に到達した場合、第１の電極１２は共振する。従って、第１の電極１２の共振周波数の近傍の周波数の弾性波を高い精度にて検出できる。この結果、光音響効果を用いて、生体に含まれる対象物を高い精度にて検出できる。
【００５５】
更に、第１実施形態の検出装置１００において、第２の電極層３０は、第２の電極層３０のうちの第１の電極１２と対向する部分の中で、固定端ＦＸから自由端ＦＲへ向かう方向において第２の電極３２よりも自由端ＦＲ側の部分にて開口する第２の貫通孔３４を有する。
【００５６】
これによれば、第１の電極１２の自由端ＦＲと対向する位置に第２の貫通孔３４が存在する。これにより、第１の電極層１０及び第２の電極層３０の間の空気によって第１の電極１２の振動が減衰する程度を抑制できる。この結果、弾性波を高い精度にて検出できる。
【００５７】
加えて、第１実施形態の検出装置１００において、第２の電極３２は、複数の貫通孔３５を有する。
【００５８】
これによれば、第１の電極１２及び第２の電極３２の間の空気によって第１の電極１２の振動が減衰する程度を抑制できる。この結果、弾性波を高い精度にて検出できる。
【００５９】
なお、検出装置１００は、光源２に代えて、図８に表されるように、互いに異なる複数の波長をそれぞれ有する複数のレーザー光を生成する光源２Ａを備えてもよい。光源２Ａは、第１の光生成器２０１と、第２の光生成器２０２と、ハーフミラー２０３と、を備える。光源２Ａが備える光生成器の数は、３つ以上であってもよい。
【００６０】
第１の光生成器２０１は、第１の波長を有するレーザー光を生成する。第２の光生成器２０２は、第１の波長と異なる第２の波長を有するレーザー光を生成する。ハーフミラー２０３は、第１の波長を有する光を透過するとともに、第２の波長を有する光を反射する。
【００６１】
このような構成により、光源２Ａは、第１の波長を有するレーザー光と、第２の波長を有するレーザー光と、を同じ位置に照射する。検出装置１００は、２つのレーザー光が照射されることによってそれぞれ生成された２つの弾性波を検出し、当該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。
【００６２】
物体が、光の照射に応じて生成する弾性波の強度は、照射される光の波長に伴って変化する。従って、この変形例によれば、検出された弾性波から、対象物と異なる物体によって生成された弾性波の成分を除去できる。この結果、対象物を高い精度にて検出できる。
【００６３】
例えば、対象物が、第１の波長に対して生成する弾性波の強度が、対象物が、第２の波長に対して生成する弾性波の強度よりも大きい場合、検出装置１００は、第１の波長に対する弾性波の検出の結果から、第２の波長に対する弾性波の検出の結果を減じた値に基づいて、対象物によって生成された弾性波を検出してよい。
【００６４】
なお、検出装置１００は、生体と異なる物体に含まれる対象物を検出してもよい。例えば、検出装置１００は、装置、部品、又は、構造物等に含まれる傷又は欠陥等を検出する探傷試験に用いられてもよい。探傷試験は、探傷検査、又は、非破壊検査と表されてもよい。また、検出装置１００は、水に含まれる、ミネラル又は細菌等の種々の成分を検出する水質検査に用いられてもよい。また、検出装置１００は、食品に含まれる、水、ビタミン、ミネラル、塩、糖又は添加物等の種々の成分を検出する食品検査に用いられてもよい。また、検出装置１００は、気体に含まれる、水蒸気又は二酸化炭素等の種々の成分を検出する気体センサとして用いられてもよい。
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。
【００６５】
＜第１実施形態の第１変形例＞
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。
【００６６】
図９に表されるように、第１実施形態の第１変形例の検出器１は、第１実施形態の第１の電極層１０に代えて、第１の電極層１０Ａを備える。
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。
【００６７】
第１の支持部１１Ａは、Ｚ軸に沿った方向にて第１の支持部１１Ａ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１０Ａ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１１Ａ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。
【００６８】
第１の支持部１１Ａ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は、Ｘ軸に沿った方向における中央部にて幅広部１１Ａ１を有する。幅広部１１Ａ１は、Ｚ軸に沿った方向にて第１の支持部１１Ａを見た場合において、第１の支持部１１Ａのうちの幅広部１１Ａ１以外の部分よりも幅が広い。
【００６９】
本体部１２Ａ１は、Ｚ軸に沿った方向にて第１の電極１２Ａを見た場合において、Ｘ軸に沿った方向に延びる長辺と、Ｙ軸に沿った方向に延びる短辺と、を有する長方形状を有する。２つの脚部１２Ａ２は、本体部１２Ａ１の、Ｙ軸の負方向側の端のうちの、Ｘ軸に沿った方向における両端部から、Ｙ軸の負方向へ向かってそれぞれ延出する。更に、２つの脚部１２Ａ２は、第１の支持部１１Ａ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。
【００７０】
換言すると、各脚部１２Ａ２のうちの、Ｙ軸の負方向側の端ＦＸは、第１の支持部１１Ａ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１２Ａは、第１の支持部１１Ａによって支持されている。
【００７１】
第１の電極１２Ａの端（換言すると、外縁）のうちの、Ｙ軸の負方向側の端ＦＸ以外の部分は、第１の支持部１１Ａとの間に所定の間隙（換言すると、スリット）１３Ａを有する。換言すると、第１の電極１２ＡのＹ軸に沿った方向における一方の端ＦＸは、検出器１に固定され、且つ、第１の電極１２Ａのうちの、当該一方の端ＦＸ以外の部分は、検出器１に固定されない（換言すると、他の部材と接しない）。
【００７２】
これにより、第１の電極１２Ａは、弾性波によって湾曲することにより振動する。第１の電極１２Ａのうちの、Ｙ軸の負方向側の端ＦＸは、固定端ＦＸの一例である。また、第１の電極１２Ａのうちの、Ｙ軸の正方向側の端ＦＲは、自由端ＦＲの一例である。
【００７３】
このように、第１の電極１２Ａ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。本例では、第１の電極１２Ａは、Ｌｏｎｇ  Ｌｅｇ  Ｂｅａｍである、と捉えられてもよい。
【００７４】
第１実施形態の第１変形例の検出装置１００によっても、第１実施形態の検出装置１００と同様の作用及び効果が奏される。
【００７５】
＜第１実施形態の第２変形例＞
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。
【００７６】
図１０に表されるように、第１実施形態の第２変形例の検出器１は、第１実施形態の第１の電極層１０に代えて、第１の電極層１０Ｂを備える。
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。
【００７７】
第１の支持部１１Ｂは、Ｚ軸に沿った方向にて第１の支持部１１Ｂ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１０Ｂ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１１Ｂ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。
【００７８】
第１の支持部１１Ｂの、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のそれぞれは、Ｙ軸の負方向側の端部以外の部分にて幅広部１１Ｂ１を有する。幅広部１１Ｂ１は、Ｚ軸に沿った方向にて第１の支持部１１Ｂを見た場合において、第１の支持部１１Ｂのうちの幅広部１１Ｂ１以外の部分よりも幅が広い。
【００７９】
本体部１２Ｂ１は、Ｚ軸に沿った方向にて第１の電極１２Ｂを見た場合において、Ｙ軸に沿った方向に延びる長辺と、Ｘ軸に沿った方向に延びる短辺と、を有する長方形状を有する。
【００８０】
第１の脚部１２Ｂ２は、本体部１２Ｂ１の、Ｘ軸の負方向側の端のうちの、Ｙ軸の負方向側の端部から、Ｘ軸の負方向へ向かって延出する。更に、第１の脚部１２Ｂ２は、第１の支持部１１Ｂの、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の負方向側の部分から、Ｘ軸の正方向へ向かって延出する。換言すると、第１の脚部１２Ｂ２のうちの、Ｘ軸の負方向側の端ＦＸは、第１の支持部１１Ｂの、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の負方向側の部分と連接する。
【００８１】
第２の脚部１２Ｂ３は、本体部１２Ｂ１の、Ｘ軸の正方向側の端のうちの、Ｙ軸の負方向側の端部から、Ｘ軸の正方向へ向かって延出する。更に、第２の脚部１２Ｂ３は、第１の支持部１１Ｂの、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の正方向側の部分から、Ｘ軸の負方向へ向かって延出する。換言すると、第２の脚部１２Ｂ３のうちの、Ｘ軸の正方向側の端ＦＸは、第１の支持部１１Ｂの、Ｙ軸に沿った方向に延びる２つの部分のうちの、Ｘ軸の正方向側の部分と連接する。
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。
【００８２】
第１の電極１２Ｂの端（換言すると、外縁）のうちの、Ｘ軸に沿った方向における両端のうちの、Ｙ軸の負方向側の端部ＦＸ以外の部分は、第１の支持部１１Ｂとの間に所定の間隙（換言すると、スリット）１３Ｂを有する。換言すると、第１の電極１２ＢのＹ軸に沿った方向における一方の端部ＦＸは、検出器１に固定され、且つ、第１の電極１２Ｂのうちの、当該一方の端部ＦＸ以外の部分は、検出器１に固定されない（換言すると、他の部材と接しない）。
【００８３】
これにより、第１の電極１２Ｂは、弾性波によって湾曲することにより振動する。第１の電極１２Ｂのうちの、Ｙ軸の負方向側の端部ＦＸは、固定端ＦＸの一例である。また、第１の電極１２Ｂのうちの、Ｙ軸の正方向側の端ＦＲは、自由端ＦＲの一例である。
【００８４】
このように、第１の電極１２Ｂ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。本例では、第１の電極１２Ｂは、Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂｅａｍである、と捉えられてもよい。
【００８５】
第１実施形態の第２変形例の検出装置１００によっても、第１実施形態の検出装置１００と同様の作用及び効果が奏される。
【００８６】
＜第２実施形態＞
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。
【００８７】
先ず、図１１に表される容器９０におけるヘルムホルツ共振について説明する。
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。
【００８８】
基部９０２は、体積Ｖを有する。管部９０３は、断面積Ｓの断面形状を有するとともに長さＬを有する柱状である。なお、本例では、管部９０３の体積ＬＳは、基部９０２の体積Ｖよりも十分に小さい。
【００８９】
基部９０２における空気がバネのように機能するので、管部９０３における空気は、剛体であるとともに質量ρＳＬを有し且つ管部９０３にて往復動するピストンである、と見なされ得る。ρは、空気の密度を表す。従って、空間９００における空気の固有角振動数ω０は、数式３により表される。
【数３】
0006604626.tif 000004
【００９０】
ｃは、数式４により表されるように、音速を表す。γは、空気の比熱比を表す。ｐは、空気の圧力を表す。
【数４】
0006604626.tif 000005
【００９１】
従って、開口９０１の近傍にて、固有角振動数ω０に対応する周波数を有する弾性波が到来すると、空間９００における空気は、共振（換言すると、共鳴）する。空間９００における空気の、固有角振動数ω０に対応する周波数を有する弾性波による共振は、ヘルムホルツ共振、又は、ヘルムホルツ共鳴と表されてよい。
【００９２】
そこで、第２実施形態の検出装置は、ヘルムホルツ共振を用いて、生体に含まれる対象物を検出する。
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。
【００９３】
本体１０１は、内部に空間１０２を有するとともに、空間１０２と連通する開口１０３を有する。本体１０１のうちのＺ軸の正方向側の端は、平面状である。開口１０３は、本体１０１のうちのＺ軸の正方向側の端面に位置する。
【００９４】
空間１０２は、基部１０２ａと、基部１０２ａと開口１０３とを連通する管部１０２ｂと、を含む。
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。
【００９５】
管部１０２ｂは、第１の管１０２ｂ１と、第２の管１０２ｂ２と、を含む。本例では、第１の管１０２ｂ１、及び、第２の管１０２ｂ２のそれぞれの断面は、円形状を有する。例えば、第１の管１０２ｂ１、及び、第２の管１０２ｂ２のそれぞれの断面の直径は、０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの長さである。例えば、管部１０２ｂの長さは、１ｍｍ乃至１００ｍｍの長さである。なお、第１の管１０２ｂ１、及び、第２の管１０２ｂ２のそれぞれの断面は、円形状と異なる形状（例えば、長方形状）を有していてもよい。
【００９６】
第１の管１０２ｂ１は、基部１０２ａのうちの、Ｚ軸の負方向側の端部であり且つＹ軸の正方向側の端部である位置から、Ｙ軸の正方向へ向かって延出する。第２の管１０２ｂ２は、第１の管１０２ｂ１のうちのＹ軸の正方向側の端部から、Ｚ軸の正方向へ向かって延出する。換言すると、第１の管１０２ｂ１は、基部１０２ａと、第２の管１０２ｂ２と、を連通する。第２の管１０２ｂ２は、第１の管１０２ｂ１と、開口１０３と、を連通する。
【００９７】
検出器１は、第１の電極層１０が基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に埋設されている。これにより、検出器１は、本体１０１に固定されている。本例では、検出器１は、基部１０２ａのうちのＺ軸の負方向側の端面を形成する壁に位置する。
【００９８】
更に、本体１０１は、管部１０２ｂを形成する壁に、光が透過する窓１０４を有する。窓１０４は、管部１０２ｂのうちのＺ軸の負方向側の端部を形成する壁に位置する。換言すると、窓１０４は、Ｚ軸に沿った方向において、空間１０２に対して検出器１と同じ側に位置する。本例では、窓１０４は、管部１０２ｂのうちの、第１の管１０２ｂ１と第２の管１０２ｂ２とが連接する部分と接する。換言すると、窓１０４は、第２の管１０２ｂ２に沿って延びる直線上に位置する。換言すると、第２の管１０２ｂ２は、窓１０４と開口１０３とを結ぶ直線に沿って延びている。本例では、窓１０４は、光が透過する材料からなる。なお、窓１０４は、開口であってもよい。
【００９９】
光源２は、生成したレーザー光が、窓１０４及び第２の管１０２ｂ２を介して本体１０１の開口１０３を照射するように本体１０１に固定される。本例では、光源２は、窓１０４に対してＺ軸の負方向側に位置する。
【０１００】
本体１０１は、空間１０２におけるヘルムホルツ共振の共振周波数が、第１の電極１２の共振周波数と一致する形状を有する。なお、空間１０２の形状は、上述した形状と異なっていてもよい。本体１０１は、ヘルムホルツ共振器の一例である。
【０１０１】
（動作）
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。
【０１０２】
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、窓１０４及び第２の管１０２ｂ２を介して生体に照射される。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、生成された弾性波によって、空間１０２において空気が共振する。
【０１０３】
空間１０２において共振した空気は、弾性波として第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。
【０１０４】
この結果、第１の電極１２と第２の電極３２との間の静電容量が変化するので、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差も変化する。本例では、発振周期は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０に対応する周期に設定される。従って、対象物が照射されたレーザー光に応じて生成する弾性波の周波数は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数を有する。第１の電極１２は、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数にて振動する。
【０１０５】
従って、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差も、第１の電極１２の共振周波数ｆ０の近傍の周波数にて振動する。検出装置１００Ａは、第１の電極１２と第２の電極３２との間の電位の差の振動を検出することにより、弾性波を検出する。これにより、検出装置１００Ａは、生体に含まれる対象物を検出する。
【０１０６】
以上、説明したように、第２実施形態の検出装置１００Ａによれば、第１実施形態の検出装置１００と同様の作用及び効果が奏される。
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。
【０１０７】
これによれば、本体１０１の内部の空間１０２における空気を、特定の周波数を有する弾性波によって共振させることができる。この結果、特定の周波数を有する弾性波を高い精度にて検出できる。
【０１０８】
更に、第２実施形態の検出装置１００Ａにおいて、本体１０１は、光源２により生成された光が透過する窓１０４を有する。
【０１０９】
これによれば、窓１０４から入射した光を、本体１０１の開口１０３を介して、対象物に照射できる。更に、対象物が生成した弾性波を検出器１によって検出できる。従って、検出装置１００Ａを移動させた場合であっても、光が照射される位置と、検出器１の位置と、の関係を維持できるので、弾性波を高い精度にて検出できる。この結果、対象物を高い精度にて検出できる。
【０１１０】
加えて、第２実施形態の検出装置１００Ａにおいて、窓１０４は、空間１０２に対して検出器１と同じ側に位置する。
【０１１１】
窓１０４の近傍には、光源２が設けられる。従って、検出装置１００Ａによれば、検出器１を、空間１０２に対して光源２と同じ側に設けることができる。この結果、検出器１が、空間１０２に対して光源２と異なる側に設けられる場合よりも、検出装置１００Ａの大きさを小さくすることができる。
【０１１２】
更に、第２実施形態の検出装置１００Ａにおいて、空間１０２は、基部１０２ａと、基部１０２ａと開口１０３とを連通する管部１０２ｂと、を含み、管部１０２ｂのうちの第２の管１０２ｂ２は、窓１０４と開口１０３とを結ぶ直線に沿って延びる。
【０１１３】
これによれば、ヘルムホルツ共振に用いられる管部１０２ｂのうちの第２の管１０２ｂ２を、光源２により生成されたレーザー光が通る光路としても用いることができる。従って、本体１０１のうちの管部１０２ｂと異なる位置に、光源２により生成されたレーザー光が通る光路を設ける必要がないので、検出装置１００Ａの大きさを小さくすることができる。
【０１１４】
更に、第２実施形態の検出装置１００Ａにおいて、本体１０１は、空間１０２におけるヘルムホルツ共振の共振周波数が、第１の電極１２の共振周波数と一致する形状を有する。
【０１１５】
これによれば、第１の電極１２の共振周波数と一致する周波数の弾性波によって、本体１０１の内部の空間１０２における空気が共振する。これにより、第１の電極１２の共振周波数と一致する周波数の弾性波を高い精度にて検出できる。
【０１１６】
なお、検出装置１００Ａは、検出器１に代えて、カンチレバー構造を有する振動板と、振動板の変形を検出する圧電体と、を備えるとともに振動板の変形に基づいて弾性波を検出する検出器を備えてもよい。また、検出装置１００Ａは、検出器１に代えて、カンチレバー構造を有する振動板と、振動板に照射されるレーザー光を生成する光源と、振動板から反射されたレーザー光を複数の位置にてそれぞれ検出することにより振動板によるレーザー光の反射方向の変化を検出する複数の光検出器と、を備えるとともに、振動板によるレーザー光の反射方向の変化に基づいて弾性波を検出する検出器を備えてもよい。
【０１１７】
＜第２実施形態の第１変形例＞
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。
【０１１８】
図１３に表されるように、第２実施形態の第１変形例の検出装置１００Ｂは、第２実施形態の検出装置１００Ａが備える構成に加えて、検出器１０５と、振動板１０６と、振動制御器１０７と、を備える。
【０１１９】
検出器１０５は、空気を介して伝搬される弾性波を検出するセンサである。本例では、検出器１０５は、検出器１よりも、検出可能な弾性波の周波数の帯域が広い。更に、本例では、検出器１０５は、検出器１よりも、弾性波の検出に対する応答が速い。例えば、検出器１０５は、ダイヤフラム構造を有する静電容量型のセンサである。
【０１２０】
検出器１０５は、基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に埋設されている。これにより、検出器１０５は、本体１０１に固定されている。本例では、検出器１０５は、基部１０２ａのうちのＺ軸の負方向側の端面を形成する壁に位置する。
【０１２１】
振動板１０６は、基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に振動可能に埋設されている。本例では、振動板１０６は、基部１０２ａのうちのＹ軸の負方向側の端面を形成する壁に位置する。振動板１０６は、アクチュエータを含み、アクチュエータによって振動させられる。本例では、アクチュエータは、圧電式のアクチュエータである。なお、アクチュエータは、圧電式と異なる方式（例えば、電磁式）のアクチュエータであってもよい。
【０１２２】
振動制御器１０７は、検出器１０５による検出の結果に基づいて、振動板１０６の振動を制御する。本例では、振動制御器１０７は、検出器１０５により検出された信号から、フィルタ（例えば、ローパスフィルタ）によってノイズを除去し、除去後の信号の振幅及び位相を調整し、調整後の信号を駆動信号としてアクチュエータに出力する。
【０１２３】
振動制御器１０７による振動板１０６の振動の制御は、フィードバック制御と表されてよい。本例では、振動制御器１０７は、フィードバック制御による発振を抑制するように、振幅の調整を行なう。例えば、フィードバック制御におけるゲインの総和は、１以下に設定されてよい。更に、本例では、振動制御器１０７は、駆動信号の位相が、検出器１０５により検出された信号の位相に対して、９０°だけ遅延するように、位相の調整を行なう。
【０１２４】
このようにして、フィードバック制御によって、本体１０１の内部の空間１０２における空気の共振を増幅することができる。本例では、フィードバック制御は、ヘルムホルツ共振器のＱ値に対する、電気機械的なアクティブ制御である、と捉えられてよい。
【０１２５】
以上、説明したように、第２実施形態の第１変形例の検出装置１００Ｂによれば、第２実施形態の検出装置１００Ａと同様の作用及び効果が奏される。
【０１２６】
更に、第２実施形態の第１変形例の検出装置１００Ｂにおいて、本体１０１は、空間１０２を形成する壁に振動可能に設けられた振動板１０６を有する。更に、検出装置１００Ｂは、第１の検出器としての検出器１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、空間１０２と接する第２の検出器１０５を備える。加えて、検出装置１００Ｂは、第２の検出器１０５による検出の結果に基づいて振動板１０６の振動を制御する振動制御器１０７を備える。
【０１２７】
これによれば、本体１０１の内部の空間１０２における空気の共振を増幅することができる。この結果、特定の周波数を有する弾性波をより一層高い精度にて検出できる。
【０１２８】
なお、検出装置１００Ｂは、検出器１０５を備えずに、検出器１による検出の結果に基づいて、振動板１０６の振動を制御してもよい。
【０１２９】
＜第２実施形態の第２変形例＞
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。
【０１３０】
図１４に表されるように、第２実施形態の第２変形例の検出装置１００Ｃは、第２実施形態の検出装置１００Ａが備える構成に加えて、照射制御器１０８を備える。
【０１３１】
第２実施形態の第２変形例の本体１０１は、内部に第１の空間１０２を有するとともに、第１の空間１０２と連通する開口１０３を有する。本体１０１のうちのＹ軸の負方向側の端は、凹部１０１ａを有する。開口１０３は、凹部１０１ａのうちの中央部に位置する。
【０１３２】
凹部１０１ａは、第２の空間１０９を形成する。本例では、第２の空間１０９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、第２の空間１０９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。
【０１３３】
第１の空間１０２は、基部１０２ａと、管部１０２ｂと、を含む。
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。
【０１３４】
本例では、管部１０２ｂの断面は、円形状を有する。例えば、管部１０２ｂの断面の直径は、０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの長さである。例えば、管部１０２ｂの長さは、１ｍｍ乃至１００ｍｍの長さである。なお、管部１０２ｂの断面は、円形状と異なる形状（例えば、長方形状）を有していてもよい。
【０１３５】
管部１０２ｂは、基部１０２ａのうちの、Ｙ軸の負方向側の端面の中央部から、Ｙ軸の負方向へ向かって延出する。管部１０２ｂは、基部１０２ａと、開口１０３と、を連通する。
【０１３６】
検出器１は、第１の電極層１０が基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に埋設されている。これにより、検出器１は、本体１０１に固定されている。本例では、検出器１は、基部１０２ａのうちのＺ軸の負方向側の端面を形成する壁に位置する。
【０１３７】
更に、本体１０１は、凹部１０１ａに、光が透過する窓１０４を有する。窓１０４は、第２の空間１０９のうちのＺ軸の負方向側の端面を形成する壁に位置する。換言すると、窓１０４は、Ｚ軸に沿った方向において、空間１０２に対して検出器１と同じ側に位置する。本例では、窓１０４は、光が透過する材料からなる。なお、窓１０４は、開口であってもよい。
【０１３８】
光源２は、生成したレーザー光が、窓１０４及び第２の空間１０９を介して照射制御器１０８に入射されるように、本体１０１に固定される。本例では、光源２は、窓１０４に対してＺ軸の負方向側に位置する。
【０１３９】
本体１０１は、第１の空間１０２におけるヘルムホルツ共振の共振周波数が、第１の電極１２の共振周波数と一致する形状を有する。なお、第１の空間１０２の形状は、上述した形状と異なっていてもよい。本体１０１は、ヘルムホルツ共振器の一例である。
【０１４０】
照射制御器１０８は、本体１０１に支持されている。照射制御器１０８は、第２の空間１０９のうちの、管部１０２ｂに沿って延びる直線上の位置と異なる位置を有する。本例では、照射制御器１０８は、Ｚ軸に沿った方向において、管部１０２ｂよりもＺ軸の負方向側に位置する。なお、照射制御器１０８は、Ｚ軸に沿った方向において、管部１０２ｂよりもＺ軸の正方向側に位置してもよい。
【０１４１】
照射制御器１０８は、光源２により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。本例では、照射制御器１０８は、窓１０４を介して入射したレーザー光を反射する反射面を有するミラー（例えば、マイクロミラー、又は、ガルバノミラー等）を備え、当該反射面の方向を変更することにより、レーザー光が照射される位置を変更する。レーザー光が照射される位置の変更は、レーザー光の走査と表されてもよい。なお、照射制御器１０８は、焦点を変更する機構（例えば、デフォーマブルミラー等）を備え、当該機構を用いて、レーザー光が照射される位置を変更してもよい。
【０１４２】
以上、説明したように、第２実施形態の第２変形例の検出装置１００Ｃによれば、第２実施形態の検出装置１００Ａと同様の作用及び効果が奏される。
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。
【０１４３】
これによれば、複数の位置のそれぞれにおいて対象物を検出できる。従って、例えば、対象物の空間的な分布を取得できる。
【０１４４】
加えて、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、管部１０２ｂに沿って延びる直線上の位置と異なる位置を有する。
【０１４５】
これによれば、開口１０３への弾性波の伝搬が照射制御器１０８によって阻害される程度を抑制できる。
【０１４６】
＜第２実施形態の第３変形例＞
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。
【０１４７】
図１５に表されるように、第２実施形態の第３変形例の検出装置１００Ｄは、第２実施形態の第２変形例の検出装置１００Ｃが備える構成に加えて、検出器１０５と、振動板１０６と、振動制御器１０７と、を備える。
【０１４８】
検出器１０５は、空気を介して伝搬される弾性波を検出するセンサである。本例では、検出器１０５は、検出器１よりも、検出可能な弾性波の周波数の帯域が広い。更に、本例では、検出器１０５は、検出器１よりも、弾性波の検出に対する応答が速い。例えば、検出器１０５は、ダイヤフラム構造を有する静電容量型のセンサである。
【０１４９】
検出器１０５は、基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に埋設されている。これにより、検出器１０５は、本体１０１に固定されている。本例では、検出器１０５は、基部１０２ａのうちのＺ軸の正方向側の端面を形成する壁に位置する。
【０１５０】
振動板１０６は、基部１０２ａに接するように、本体１０１の、基部１０２ａを形成する壁に振動可能に埋設されている。本例では、振動板１０６は、基部１０２ａのうちのＹ軸の正方向側の端面を形成する壁に位置する。振動板１０６は、アクチュエータを含み、アクチュエータによって振動させられる。本例では、アクチュエータは、圧電式のアクチュエータである。なお、アクチュエータは、圧電式と異なる方式（例えば、電磁式）のアクチュエータであってもよい。
【０１５１】
振動制御器１０７は、検出器１０５による検出の結果に基づいて、振動板１０６の振動を制御する。本例では、振動制御器１０７は、検出器１０５により検出された信号から、フィルタ（例えば、ローパスフィルタ）によってノイズを除去し、除去後の信号の振幅及び位相を調整し、調整後の信号を駆動信号としてアクチュエータに出力する。
【０１５２】
振動制御器１０７による振動板１０６の振動の制御は、フィードバック制御と表されてよい。本例では、振動制御器１０７は、フィードバック制御による発振を抑制するように、振幅の調整を行なう。例えば、フィードバック制御におけるゲインの総和は、１以下に設定されてよい。更に、本例では、振動制御器１０７は、駆動信号の位相が、検出器１０５により検出された信号の位相に対して、９０°だけ遅延するように、位相の調整を行なう。
【０１５３】
このようにして、フィードバック制御によって、本体１０１の内部の第１の空間１０２における空気の共振を増幅することができる。本例では、フィードバック制御は、ヘルムホルツ共振器のＱ値に対する、電気機械的なアクティブ制御である、と捉えられてよい。
【０１５４】
以上、説明したように、第２実施形態の第３変形例の検出装置１００Ｄによれば、第２実施形態の第２変形例の検出装置１００Ｃと同様の作用及び効果が奏される。
【０１５５】
更に、第２実施形態の第３変形例の検出装置１００Ｄにおいて、本体１０１は、第１の空間１０２を形成する壁に振動可能に設けられた振動板１０６を有する。更に、検出装置１００Ｄは、第１の検出器としての検出器１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、第１の空間１０２と接する第２の検出器１０５を備える。加えて、検出装置１００Ｄは、第２の検出器１０５による検出の結果に基づいて振動板１０６の振動を制御する振動制御器１０７を備える。
【０１５６】
これによれば、本体１０１の内部の第１の空間１０２における空気の共振を増幅することができる。この結果、特定の周波数を有する弾性波をより一層高い精度にて検出できる。
【０１５７】
なお、検出装置１００Ｄは、検出器１０５を備えずに、検出器１による検出の結果に基づいて、振動板１０６の振動を制御してもよい。
【０１５８】
＜第３実施形態＞
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。
【０１５９】
図１６に表されるように、第３実施形態の検出装置１００Ｅは、２つの検出器１−１，１−２と、光源２と、レンズ１１１と、照射制御器１１２と、処理装置１１３と、を備える。
【０１６０】
各検出器１−１，１−２は、第１実施形態の検出器１と同じ構成を有する。レンズ１１１は、光源２から入射したレーザー光を生体ＢＤ内の所定の位置にて結像させる。
【０１６１】
照射制御器１１２は、光源２により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。本例では、照射制御器１１２は、レンズ１１１を介して入射したレーザー光を反射する反射面を有するミラー（例えば、マイクロミラー、又は、ガルバノミラー等）を備え、当該反射面の方向を変更することにより、レーザー光が照射される位置を変更する。レーザー光が照射される位置の変更は、レーザー光の走査と表されてもよい。なお、照射制御器１１２は、焦点を変更する機構（例えば、デフォーマブルミラー等）を備え、当該機構を用いて、レーザー光が照射される位置を変更してもよい。
【０１６２】
処理装置１１３は、光源２によってレーザー光が生成されてから、２つの検出器１−１，１−２のそれぞれにより弾性波が検出されるまでの時間を取得する。処理装置１１３は、取得した時間に基づいて、弾性波の波源の位置ＷＳを推定する。
【０１６３】
例えば、処理装置１１３は、光源２によってレーザー光が生成されてから、検出器１−１により弾性波が検出されるまでの時間ｔ１と、光源２によってレーザー光が生成されてから、検出器１−２により弾性波が検出されるまでの時間ｔ２と、を取得する。
【０１６４】
処理装置１１３は、検出器１−１から、弾性波の波源の位置ＷＳまでの距離Ｒ１を、時間ｔ１に弾性波の速度ｖを乗じることにより推定する。例えば、処理装置１１３は、弾性波の速度ｖを予め保持する。なお、処理装置１１３は、温度を検出し、検出した温度に基づいて弾性波の速度ｖを推定してもよい。同様に、処理装置１１３は、検出器１−２から、弾性波の波源の位置ＷＳまでの距離Ｒ２を、時間ｔ２に弾性波の速度ｖを乗じることにより推定する。
【０１６５】
更に、処理装置１１３は、図１７に表されるように、検出器１−１の位置ＳＰ１を中心とする半径Ｒ１の円Ｃ１と、検出器１−２の位置ＳＰ２を中心とする半径Ｒ２の円Ｃ２と、の交点の位置ＷＳ１，ＷＳ２を算出する。処理装置１１３は、算出した位置ＷＳ１，ＷＳ２のうちの一方を、弾性波の波源の位置ＷＳとして推定する。
【０１６６】
以上、説明したように、第３実施形態の検出装置１００Ｅによれば、第１実施形態の検出装置１００と同様の作用及び効果が奏される。
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。
【０１６７】
これによれば、複数の位置のそれぞれにおいて対象物を検出できる。従って、例えば、対象物の空間的な分布を取得できる。
【０１６８】
加えて、第３実施形態の検出装置１００Ｅにおいて、処理装置１１３は、複数の検出器１−１，１−２のそれぞれに対して、レーザー光が生成されてから当該検出器１−１，１−２により弾性波が検出されるまでの時間に基づいて、弾性波の波源の位置ＷＳを推定する。
【０１６９】
これによれば、弾性波の波源の位置ＷＳを高い精度にて推定できる。従って、弾性波を生成した対象物の位置を高い精度にて推定できる。従って、例えば、対象物の空間的な分布を高い精度にて取得できる。
【０１７０】
なお、検出装置１００Ｅが備える検出器の数は、３つ以上であってもよい。例えば、検出装置１００Ｅが備える検出器の数が３つである場合、処理装置１１３は、光源２によってレーザー光が生成されてから、３つの検出器により弾性波が検出されるまでの時間ｔ１〜ｔ３をそれぞれ取得する。更に、処理装置１１３は、３つの検出器から、弾性波の波源の位置ＷＳまでの距離Ｒ１〜Ｒ３を、時間ｔ１〜ｔ３に弾性波の速度ｖを乗じることによりそれぞれ推定する。
【０１７１】
更に、処理装置１１３は、図１８に表されるように、３つの検出器の位置ＳＰ１〜ＳＰ３をそれぞれ中心とし、且つ、半径Ｒ１〜Ｒ３をそれぞれ有する３つの円Ｃ１〜Ｃ３の交点の位置ＷＳを算出する。処理装置１１３は、算出した位置ＷＳを、弾性波の波源の位置ＷＳとして推定する。
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。
【０１７２】
また、検出装置１００Ｅは、検出器１−１，１−２に代えて、カンチレバー構造を有する振動板と、振動板の変形を検出する圧電体と、を備えるとともに振動板の変形に基づいて弾性波を検出する検出器を備えてもよい。また、検出装置１００Ｅは、検出器１−１，１−２に代えて、カンチレバー構造を有する振動板と、振動板に照射されるレーザー光を生成する光源と、振動板から反射されたレーザー光を複数の位置にてそれぞれ検出することにより振動板によるレーザー光の反射方向の変化を検出する複数の光検出器と、を備えるとともに、振動板によるレーザー光の反射方向の変化に基づいて弾性波を検出する検出器を備えてもよい。
【０１７３】
また、検出装置１００Ｅは、第２実施形態の検出装置１００Ａと同様に、弾性波によって空気を共振させる空間を内部に有する本体を備えてよい。この場合、本体には、複数の検出器１−１，１−２が設けられる。また、検出装置１００Ｅは、弾性波によって空気を共振させる空間を内部に有する本体を検出器毎に備えていてもよい。
【０１７４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態の他の変形例として、上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが採用されてもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
１００，１００Ａ〜１００Ｅ  検出装置
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
【図１】
0006604626.tif 000006
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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