(57)【要約】【課題】近接した変換器の同時駆動を提供する改善されたセンサシステムを提供する。【解決手段】複数の変換器を各々有する複数の変換器グループを含むセンサシステム。各グループの変換器は、サンプル材料と有効に作用するよう近接して配置される。各変換器グループ内で、各変換器は、局部発振器信号の異なる移相変異信号を加えることで駆動される。該センサシステムはまた、各変換器グループ毎に、出力処理中に局部発振器信号の移相変異信号を選択的に使用して、同時に駆動されている変換器間に生じる変換器間干渉を阻止する。【選択図】図１
2004151110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサシステムであって、
複数の変換器グループであって、該変換器グループの各々が、サンプル材料に有効に作用するよう近接して配置されるよう構成された複数の変換器を含む、複数の変換器グループを備えており、
各変換器グループ内の各変換器が、局部発振器信号の複数の異なる移相変異信号を受信することにより駆動されるよう構成されており、
該センサシステムが、出力処理中に前記局部発振器信号の移相変異信号を選択的に使用して、同時に駆動されている変換器間に生じる変換器間干渉を阻止するよう構成されている、センサシステム。
【請求項２】
各変換器グループ内の複数の変換器が、機械的な懸架装置を介してベース構造体に可動状態で結合されている、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記移相変異信号を生成して各変換器グループ内の前記変換器に加えるよう構成された発振器サブシステム更に含み、各変換器グループ内で、前記局部発振器信号から0°移相した変異信号が第１の変換器に加えられ、前記局部発振器信号から90°移相した変異信号が第２の変換器に加えられ、前記局部発振器信号から180°移相した変異信号が第３の変換器に加えられ、前記局部発振器信号から270°移相した変異信号が第４の変換器に加えられる、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項４】
各変換器グループが４つの変換器のみを含む、請求項３に記載のセンサシステム。
【請求項５】
各変換器グループ内で、前記局部発振器信号の前記移相変異信号の各々が、該変換器グループ内で使用される前記移相変異信号の少なくとも他の１つに対して直交する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項６】
各変換器グループが、該変換器グループ内の他の同時に駆動されている変換器によって生じる信号の影響をフィルタリング除去することにより該変換器グループ内の変換器の各々毎に出力信号を分離させるよう構成された出力処理サブシステムを含む、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項７】
各出力処理サブシステムが、周波数ベースのフィルタを用いることにより出力信号を分離させるよう構成されている、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記周波数ベースのフィルタが、少なくとも部分的にディジタル信号プロセッサにより実施される、請求項７に記載のセンサシステム。
【請求項９】
前記ディジタル信号プロセッサが、線形位相応答処理を用いて望ましくない信号の除去を実施する、請求項８に記載のセンサシステム。
【請求項１０】
各出力処理サブシステムが、位相ベースのフィルタを用いることにより出力信号を分離させるよう構成されている、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記位相ベースのフィルタが、少なくとも部分的にディジタル信号プロセッサにより実施される、請求項１０に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
前記ディジタル信号プロセッサが、線形位相応答処理を用いて望ましくない信号の除去を実施する、請求項１１に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
各変換器グループ内の各変換器毎に、該変換器が、複数の移相変異信号のうちの１つによって駆動され、該変換器の出力信号経路内でそれと同じ移相変異信号を使用して、該変換器グループ内で同時に駆動されている他の変換器によって生じる信号の影響のフィルタリング除去を容易にする、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項１４】
各変換器グループ毎に、前記局部発振器信号から0°,90°,180°,270°だけ移相された異なる移相変異信号により駆動される４つの変換器を含む、請求項１３に記載のセンサシステム。
【請求項１５】
各変換器グループ毎に、前記局部発振器信号から0°,(1/N×360)°,(2/N×360)°,……,((N-1)/N×360)°だけ移相されたＮ個の対応する移相変異信号により駆動されるＮ個の変換器を含む、請求項１３に記載のセンサシステム。
【請求項１６】
前記出力処理サブシステムが、前記出力信号経路内のノイズ成分をフィルタリングするよう構成されたディジタル信号プロセッサを含む、請求項１３に記載のセンサシステム。
【請求項１７】
各出力処理サブシステムが、線形位相法を用いて信号成分を処理して位相のずれた定常成分を除去するよう構成されたディジタル信号プロセッサを含む、請求項１３に記載のセンサシステム。
【請求項１８】
変換器ベースのセンサ方法であって、
局部発振器信号の複数の移相変異信号を変換器アレイに供給し、該供給が、
前記アレイ内の第１の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第１の信号を加え、
前記アレイ内の第２の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第２の信号を加える、
という各ステップを含み、
前記アレイ内の個々の変換器からの出力信号をフィルタリングし、該フィルタリングを周波数及び位相の少なくとも一方に基づいて実施して変換器間ノイズを含む信号成分を除去する、
という各ステップを含む方法。
【請求項１９】
局部発振器信号の複数の異なる移相変異信号を変換器アレイに供給する前記ステップが、
前記アレイ内の第３の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第３の信号を加え、
前記アレイ内の第４の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第４の信号を加える、
という各ステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記局部発振器信号の前記第１、第２、第3、及び、第4の移相変異信号が、それぞれ、前記局部発振器信号に対して異なる位相関係を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記局部発振器信号の前記第１の移相変異信号が前記局部発振器信号から0°移相しており、前記局部発振器信号の第２の移相変異信号が前記局部発振器信号から90°移相しており、前記局部発振器信号の第３の移相変異信号が前記局部発振器信号から180°移相しており、前記局部発振器信号の第４の移相変異信号が前記局部発振器信号から270°移相している、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記変換器アレイが複数の変換器グループを含み、該複数の変換器グループの各々が複数の変換器を含み、前記変異信号を供給し加えるステップが前記複数の変換器グループの各々で実行される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
周波数に基づいて前記変換器の出力をフィルタリングして変換器間ノイズ成分を除去することにより前記第１及び第２の変換器に対応する個別のノイズのない出力信号を得るステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記局部発振器信号の前記移相変異信号を使用して、前記第１及び第２の変換器により生成される出力信号を処理するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記局部発振器信号の前記移相変異信号を使用して、前記第１及び第２の変換器により生成される出力信号を処理する前記ステップが、
前記第１の移相変異信号を使用して前記第１の変換器からの出力を処理し、
前記第２の移相変異信号を使用して前記第２の変換器からの出力を処理する、
という各ステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記局部発振器信号の複数の異なる移相変異信号を前記変換器アレイに供給する前記ステップが、前記移相変異信号の各々が他の移相変異信号の少なくとも１つと直交するように実行される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
変換器ベースのセンサシステムであって、
サンプル材料に有効に作用するよう近接して配置されるよう構成された複数の変換器を含む変換器アレイと、
該変換器アレイに動作可能な状態で結合された発振器回路網であって、局部発振器信号の複数の移相変異信号を複数の変換器に加えるよう構成されており、該複数の変換器のうちの少なくとも幾つかが前記局部発振器信号の異なる移相変異信号により駆動される、発振器回路網と、
前記変換器アレイ内の個々の変換器から受信した出力信号をフィルタリングするよう構成された出力処理サブシステムであって、該フィルタリングを周波数に基づいて実行して出力信号から変換器間ノイズ成分を除去するよう構成されている、出力処理サブシステムとを含む、変換器ベースのセンサシステム。
【請求項２８】
ベース構造体と、該ベース構造に対して前記複数の変換器を可動状態で結合する機械的な懸架装置都を含む、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項２９】
前記発振器回路網が、前記移相変異信号を生成して前記変換器に加えるよう構成され、及び前記局部発振器信号から0°移相した変異信号を第１の変換器に加え、前記局部発振器信号から90°移相した変異信号を第２の変換器に加え、前記局部発振器信号から180°移相した変異信号を第３の変換器に加え、前記局部発振器信号から270°移相した変異信号を第４の変換器に加えるよう構成されている、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項３０】
前記変換器アレイが複数の変換器グループを含み、該複数の変換器グループの各々が４つの変換器を含み、前記発振器回路網が、各変換器グループ内の４つの変換器に対して、それぞれ、0°の移相変異信号、90°の移相変異信号、180°の移相変異信号、及び270°の移相変異信号を加えるよう構成されている、請求項２９に記載のセンサシステム。
【請求項３１】
前記局部発振器信号の前記複数の移相変異信号の各々が、該移相変異信号の他の少なくとも１つと直交する、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項３２】
前記出力処理サブシステムが、前記出力信号を周波数に基づいてフィルタリングするよう構成されたディジタル信号プロセッサを含む、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項３３】
前記出力処理サブシステムが、線形位相法を用いて信号成分を処理して位相のずれた定常成分を除去するよう構成されたディジタル信号プロセッサを含む、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項３４】
前記変換器アレイが複数のグループを含み、該複数のグループの各々が複数の変換器を含む、請求項２７に記載のセンサシステム。
【請求項３５】
各変換器グループ内の各変換器毎に、該変換器が前記複数の移相変異信号のうちの１つにより駆動され、該変換器の出力信号経路内で該移相変異信号と同じ移相変異信号を使用して、該変換器グループ内で同時に駆動されている他の変換器によって生じる信号の影響をフィルタリング除去するのを容易にする、請求項３４に記載のセンサシステム。
【請求項３６】
各変換器グループが、前記局部発振器信号から0°,90°,180°,270°だけそれぞれ移相された異なる移相変異信号により駆動される４つの変換器を含む、請求項３５に記載のセンサシステム。
【請求項３７】
各変換器グループが、前記局部発振器信号から0°,(1/N×360)°,(2/N×360)°,……,((N-1)/N×360)°だけ移相したＮ個の対応する移相変異信号により駆動されるＮ個の変換器を含む、請求項３４に記載のセンサシステム。
【請求項３８】
変換器ベースのセンサシステムであって、
局部発振器信号の複数の異なる移相変異信号を変換器アレイに供給する手段であって、
前記アレイ内の第１の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第１の信号を加える手段と、
前記アレイ内の第２の変換器に前記複数の移相変異信号のうちの第２の信号を加える手段とを含む、前記供給手段と、
前記アレイ内の個々の変換器からの出力信号をフィルタリングする手段であって、周波数及び位相の少なくとも一方に基づいてフィルタリングを行って変換器間ノイズを含む信号成分を除去する、フィルタリング手段と
を含む、変換器ベースのセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の変異駆動信号を用いた変換器ベースのセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変換器は、電気的なシステムと機械的なシステムとの間でエネルギーを伝達するために様々な用途で使用されている。例えば、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance：微量天秤）は、様々な構成で圧電変換器を使用して検知機能を実施することが可能な変換器ベースの技術である。ＱＣＭ技術は、変換器の共振周波数が、一般に変換器の有効質量と共に変化するという事実を利用したものである。したがって、サンプル材料の一部が変換器と結合した場合に、所定の基準に対する振動中の質量の共振周波数を監視することにより、該結合したサンプル材料の質量を検出することができる。
【０００３】
これに関連する技術として、破断事象走査（ＲＥＳ:Rupture Event Scanning）があり、同技術では、変換器を使用してサンプル材料内の結合を破壊する機械的なエネルギーを生成することが可能である。結合を破壊するエネルギーを提供することに加えて、変換器は、結合の破壊時に生じ得る音響事象（例えば圧力波）を解析するためにセンサとして使用することも可能である。異なるタイプの結合は、固有の音響事象を生成する一意の特性を有している。結合は、様々な技術を使用して音響事象を調べることにより識別し及び解析することが可能である。
【０００４】
上述のような変換器システムは、一般に複数の異なる変換器を使用するものである。該複数の変換器は、アレイという形で提供される場合が多く、この場合、何らかの形式の機械的な懸架装置を使用して、システムのベースその他の静止した構成要素に対して所定の位置に変換器が懸架される。
【０００５】
従来の多くのシステムは、複数の変換器を有しているが、一般に、任意の所与の時点で駆動される変換器は１つのみである。代替的に、複数の変換器が同時に駆動される場合には、該駆動される複数の変換器は、一般に比較的長い物理的距離だけ離隔されなければならない。この理由は、物理的に近接した変換器が同時に駆動されると、望ましくない信号結合が生じ得ることにある。
【０００６】
望ましくない結合の一種として、ＱＣＭ及びＲＥＳ用途で生体サンプルの水和によく使用される液体から生じるものが挙げられる。１つの液体溜めが、複数の変換器にわたって延びている場合、また別個の液体溜めが、複数の変換器からなる構成における各変換器毎に用いられる場合であっても、１つの変換器により生成される機械的な振動は、該液体を介して（及び介在する構造を介して）システム内の他の変換器に伝達され得る。したがって、複数の変換器が同時に駆動されると、第２の変換器で検知される電気信号は、第１の変換器の振動により生成された干渉を含むものとなる。また、変換器を所定位置に保持する機械的な懸架装置は、一般に変換器間の振動伝達を最小限に抑えるよう設計されてはいるものの、かかる振動を伝達し得るものである。最後に、物理的に近接した変換器が同時に駆動される場合には、漂遊容量その他の間接的な電気的な結合によって干渉が生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のシステムは、一般に、物理的に近接した変換器の同時駆動を提供しないため、処理速度が制限される可能性があり、また複数の変換器を同時に動作させることが望ましい用途で満足のいくレベルの性能を提供することができない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、センサシステムが提供される。該センサシステムは複数の変換器グループを含み、その各変換器グループは複数の変換器を有する。各変換器グループの複数の変換器は、サンプル材料と適当に近接して配置されるよう構成される。該センサシステムは、各変換器グループ内で各変換器が局部発振器信号の異なる移相した変異信号を受信することにより駆動されるよう構成される。該センサシステムはまた、各変換器グループ毎に、出力処理中に局部発振器信号の移相した変異信号を選択的に使用して、同時に駆動されている変換器間に生じる変換器間干渉を阻止するよう構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１には、複数の変換器12a,12b,12c,12dからなる変換器グループ12を含む例示的なセンサシステム10を示している。該複数の変換器は、サンプル14等のテスト材料と接触させて配置し、又は該テスト材料に近接して配置することが可能である。該テスト材料は、複数の変換器間にわたって延びる１つの連続したサンプルとして配設することが可能であり、又は、図示の実施形態のように、各変換器に関連するウェル、レセプタクル、又はそれらと同様の容器内の別個の部分14a,14b,14c,14dとして配設することが可能である。典型的には、該複数の変換器は、発振器サブシステム16等の１つの信号発生器に結合され、該信号発生器を介して複数の変換器に駆動信号が加えられる。複数の変換器はまた、典型的には、後に詳述するように、検知機能を促進させるよう構成された更なる電子的構成要素に結合される。
【００１０】
図示の変換器は、様々な構成をとることが可能であり、所与の用途にとって望ましく、また適切となるように、様々な大きさ及び形状で、及び様々な材料で実施することが可能である。実施形態によっては、複数の変換器は、圧電結晶のアレイとして、又は、表面弾性波デバイス、表面スキミング（surface-skimming）バルク波デバイス、若しくはラブ波デバイスのアレイとして、マイクロチップ内で実施される。図２は、複数の変換器グループ22を含む例示的なアレイ20を示している。図１に示す例示的な変換器グループ（すなわち変換器グループ12）の場合と同様に、図２に示す各変換器グループは、それぞれ４つの変換器を含むことが可能である。代替的には、個々のグループ内で他の任意の実践的な数の変換器を用いることが可能である。単一チップによる実施形態の場合、典型的には複数の変換器と共に補助的な電子回路が少なくとも部分的にチップ上に実装される。
【００１１】
ここで図１を再び参照する。発振器サブシステム16から加えられる駆動信号は、複数の変換器を振動させ、又は複数の変換器に他の動きを生じさせることが可能なものである。典型的には、変換器の動きは、駆動信号の特性だけでなく、変換器の物理的な特性及び／又は該変換器の周りに生じる物理的な現象によっても左右される。例えば、所与の駆動信号に対する変換器の応答は、該変換器の共振周波数によって決まる。該共振周波数もまた、該変換器に結合した質量に応じて変動する。したがって、変換器の振動の特性は、変換器の表面に結合することで該変換器の有効質量を変動させる物質による影響を受ける可能性がある。更に、サンプル14内で又は変換器の表面で生じる現象が、変換器の動きに影響を及ぼす可能性がある。例えば、化学結合が破壊されると、変換器の振動動作に影響を与え得る音波事象（音響事象とも呼ばれる）が生じる可能性がある。
【００１２】
典型的な実施形態では、振動その他の動きは、出力ライン18a,18b,18c,18dに電気出力信号を生成することが可能である。かかる電気信号を解析することにより、サンプル14に関する有用な情報を得ることができる。例えば、こうした解析により、サンプルの一部が変換器の表面に結合しているか否か、及びその結合がどの程度のものかに関する情報を得ることができる。例えば、破壊その他の事象により生成される信号を解析することにより、サンプルが特定の種類の物質を含むか否かに関する情報を得ることが可能である。
【００１３】
多くの用途では、十分に正確な検知を達成するために、任意の所与の変換器出力ライン（例えばライン18a,18b,18c,18d）上の信号が、特定の変換器に関連し又は該変換器のすぐ近くにあるサンプル14内で生じる現象に関連する、物理的及び電気的な事象にしか対応しないことが望ましい。しかし、実際には、２つ以上の変換器が同時に動作すると、個々の変換器出力ラインに変換器間ノイズ成分が生じることになり得る。例えば、理想的でないノイズの多いシステムの場合には、出力ライン18a上の電気信号は、変換器12b,12c,又は12dの動きによって生じる成分を含む可能性がある。かかる信号成分は、一般に望ましくないものであり、また変換器12a以外の変換器に対応するものであるため、変換器間ノイズ又は変換器間ノイズ成分と称することが可能である。
【００１４】
多くの実施形態では、変換器（例えば変換器12a,12b,12c,12d）は、機械的な懸架装置（図示せず）によって基台その他の静止した構造体（図示せず）に対して懸架される。典型的には、該機械的な懸架装置は、変換器の全てに接続されるが、各変換器がそれぞれ独立して動くことができるように設計される。更に、該懸架装置の構造は、特に、該独立性を最大限にして、クロストークすなわち変換器間の結合を最小限にするよう設計される。複数の変換器は、互いに実質的に独立しているが、懸架装置を介して振動及び／又は他の動きの望ましくない変換器間結合が存在する場合が多い。例えば、変換器12aの振動は、機械的な懸架装置を介して結合して変換器12bに振動が生じさせる可能性がある。これは、出力ライン18b上の電気信号に対する変換器間ノイズ成分の一因となる。
【００１５】
典型的には、変換器に結合した様々な回路は、各変換器毎にノイズのない出力信号を得るのを促進するために少なくとも部分的に絶縁される。しかし、実際には、同時に駆動されている複数の変換器の回路間に望ましくない電気的な結合が存在する場合が多い。これは、例えば、漂遊容量、漂遊相互インダクタンス、及び／又は他の間接的な電気的結合の結果として生じる可能性がある。例えば、出力ライン18a,18b間の漂遊容量は、それらのライン上の信号に望ましくないノイズ成分を導入するものとなり得る。
【００１６】
多くの場合、サンプル14内またはサンプル14の周りに液体を使用することが望ましい。例えば、生体走査システムでは、様々な種類のサンプル材料を水和させるために液体を使用することが可能である。典型的には、該液体は、変換器アレイの一方の側に位置するサンプル材料の各部内又はその周りに収容され、これにより、変換器アレイは、図１の実施形態に示すように「ウェット側」と「ドライ側」を有することになる。かかる液体環境の使用は、上述のように、もう１つの変換器間ノイズ源になる可能性がある。
【００１７】
図１に示すように、発振器サブシステム16は、発振器信号の異なる変異信号をセンサシステム10の他の構成要素に加えるよう構成することが可能である。典型的には、ベースとなる信号は正弦波であり、サブシステムは、該ベース信号の幾つかの移相した変異信号（以下「移相変異信号」と称す）を、センサシステム10内で使用するために生成する。以下で詳述するように、移相変異信号は、変換器の振動その他の動きを生じさせるための入力として使用することが可能である。更に、やはり後述するように、移相変異信号は、変換器により生成された出力信号の処理中に使用することも可能である。
【００１８】
図示の実施形態では、発振器サブシステム16は、正弦波局部発振器(LO)信号の４つの異なる変異信号、すなわち、（1）LOと同相、すなわちLOからの移相が0°の第１の変異信号30a、（2）LOから90°移相した第２の変異信号30b、（3）LOから180°移相した第３の変異信号30c、及び（4）LOから270°移相した第４の変異信号30dを出力するよう構成される。これらの移相変異信号は、典型的には、その全てが局部発振器と同じ周波数であり、それぞれ、0°変異信号、90°変異信号、180°変異信号、及び270°変異信号と称することが可能である。
【００１９】
図１に示すように、異なる移相変異信号は、それぞれ、対応する１つの変換器に対する入力として加えることが可能である。図示の例では、0°変異信号は変換器12aに加えられ、90°変異信号は変換器12bに加えられる、といった具合である（以下同様）。後述するように、各変換器にそれぞれ異なる移相変異信号を加えることにより、出力処理サブシステム34が、上述の変換器間干渉の存在しない出力信号を個々の変換器から分離し抽出することが可能となる。
【００２０】
変換器間干渉を抑制するために、多くの場合、変換器により生成された出力信号の処理中に同じ移相変異信号を使用することが望ましい。実際に、例示的な出力処理サブシステム34は、移相変異信号を使用して複数の変換器からの出力信号を分離し抽出するよう構成することが可能である。
【００２１】
図示の実施形態のように、出力処理サブシステム34は、変換器12a,12b,12c,12dの各々毎に、対応するミキサ部（それぞれ36a,36b,36c,36d）及びローパスフィルタ（それぞれ38a,38b,38c,38d）（LFP）を含むことが可能である。別個のデバイスとして示したが、個々のミキサデバイスを包括的にミキサと称することが可能であり、また個々のフィルタデバイスを包括的にフィルタと称することが可能である。実際に、個々のデバイスは、複数の信号を処理するよう構成された１つ又は２つ以上の単一構成要素に統合することが可能である。各フィルタは、受動及び／又は能動フィルタ構成要素を組み込んだ構成を含む、様々な構成で実施することが可能である。フィルタリングは、例えば、ＲＣ受動回路網を使用して実施することが可能である。これに加えて、又はその代わりに、ディジタル信号プロセッサ等の能動構成要素を使用してフィルタリングを実施することも可能である。フィルタリングは、入力信号の周波数及び／又は位相に基づいて実施することが可能である。実際に、実施形態によっては、ディジタル信号プロセッサを使用して線形位相処理を施し、これにより望ましくない信号成分を除去することが可能である。所望の信号分離を達成するために、ディジタル信号プロセッサは、所与の変換器出力について位相のずれた定常成分を除去するよう構成することが可能なものである。
【００２２】
ここで、図示の出力処理サブシステムに関する典型的な動作モードについて解説する。特に変換器12aを参照すると、該変換器12aは、正弦波局部発振器信号の0°変異信号を加えることにより刺激することが可能である。その結果として変換器の動きが生じることになる。上述のように、変換器の動きは、入力駆動信号の特性以外の様々な因子に依存する可能性がある。例えば、サンプル14の一部が変換器の表面に結合する可能性がある。その結果として生じる質量の変化（すなわち無負荷状態からの質量変化）により、変換器12aが振動する共振周波数が変化することになる。更に、様々な「音響」又は「音波」事象が変換器12aの動きに影響を及ぼす可能性がある。例えば、変換器表面又はその近くにおける破壊事象（例えば変換器の結合位置からのサンプル14の一部の剥離、又はサンプル14内の化学結合の破壊等）により圧力波が生成されて変換器に作用する可能性がある。
【００２３】
変換器12aの様々な異なる動きが、出力ライン18a上に生じる出力信号に影響する。上述のように、殆どの場合、出力ライン18a上の信号は、変換器12aの物理的な特性及び／又は変換器12aのすぐ近くのサンプル14内に生じた事象しか反映しないものであることが望ましい。しかし、変換器12a以外の変換器が同時に駆動される場合には、ライン18a上の信号は、典型的には、変換器間ノイズ（すなわち他の駆動状態の変換器に起因するノイズ）を含むことになる。
【００２４】
例えば、上述のように、多くの実施形態では、変換器12a,12b（並びに変換器12c,12d）は、共用される機械的な懸架装置を使用して静止したベースに結合される。理想的でない機械的な懸架装置の場合には、変換器12aの振動は変換器12bを振動させ（逆も同様）、これが、ライン18a及び／又は18b上の電気信号にノイズ成分を加えるものとなる。ノイズ成分はまた、やはり後述するように、液体サンプルを介して伝搬する圧力波から、及び変換器の補助回路における間接的な電気結合から生じる可能性がある。
【００２５】
多くの従来のシステムでは、かかるノイズ問題は、一度に単一の変換器しか駆動しないことにより、又は、同時に駆動される変換器を互いに隔置してノイズの影響を確実に減衰させることにより、回避される。しかし、かかる解決策は、センサシステムの処理能力を制限するものとなり得る。例えば、変換器の駆動に関する制約は、一般にセンサシステムの処理速度を制限するものとなる。例えば、生体走査用途におけるかかるセンサシステムの使用は、走査速度を低下させ、他の処理のボトルネックを生じさせるものとなり得る。
【００２６】
同じ領域内の複数の変換器が同時に駆動される場合に、既述のようにベース駆動信号の複数の異なる移相変異信号を使用すると、実質的にノイズのない出力信号を得ることが容易になる。変換器12a及びその補助回路を再び参照する。ライン18a上の信号は、変換器12aに入力駆動信号として加えられたものと同じ移相変異信号30a（0°変異信号）と共に、ミキサ部36aに加えられる。変換器の駆動に使用される変異信号と同じ変異信号の使用は、出力処理サブシステム34内における「同期」利用（synchronous deployment）と称することができる。これは、変異信号が、一般にライン18a上の変換器出力信号と同期しているからである。ミキサ部36aにおける混合により、周波数の和及び差周波数の差が生成され、これがＬＰＦ38aを使用して選択的にフィルタリングされる。ＬＰＦ38aは、変換器12aに対応する所定範囲の周波数及び位相しか通過させないよう調整される。このため、結果的に出力ライン40a上に生じる信号は実質的に変換器間ノイズを有さないものとなる。
【００２７】
既述のように、何らかの変換器間ノイズ結合が生じる可能性がある。しかし、変換器の駆動信号間の所定の位相差は、他の変換器からのノイズに、所望のベース出力信号とは異なる電気的な特性を持たせる。このノイズ信号の特性は、フィルタ38a,38b,38c,38dで行われる周波数／位相依存性のフィルタリングを介してノイズの抑制又は除去を容易に行うことを可能にする。例えば、変換器12a,12bは両方とも、それぞれの移相変異発振器信号（例えば変異信号30a,30b）により同時に駆動されるものと仮定する。変換器12aの動きは、サンプル14内の液体を介して生じる圧力波の結合により、又は、変換器の機械的な懸架装置を介して、変換器12bにノイズの動きを生じさせる可能性がある。これは、ライン18b上の電気的な出力信号に対するノイズの一因となる。これに加えて、又はそれに代えて、漂遊容量が、出力ライン上にノイズを結合させる可能性がある。しかし、各変換器に使用される発振器信号間の位相差は、フィルタリングにより出力信号からノイズを容易に除去することが可能となるように、かかるノイズの影響をライン上に生じさせるものとなる。
【００２８】
更に、複数の変換器に関する特定の実施形態では、周期的な信号の異なる変異信号を用いた場合に、「純粋でない」（例えばノイズを含む）変換器出力信号が、ノイズのないベース出力とは異なる周波数成分を有する可能性がある。例えば、ノイズが存在しない場合には、所与の出力ライン上の信号は、ベースとなる局部発振器信号に近い周波数又はそれと同一の周波数を有するものとなる。所与のグループ内の異なる変換器は、局部発振器信号の異なる移相変異信号によって駆動されることになるので、それら変換器の振動出力は互いに時間的にずれることになる。したがって、２つ以上の変換器からの振動が、所与の変換器出力ライン上の出力に影響を及ぼす場合には、結果的に生じるノイズを含む出力は、ノイズの存在しない出力よりも高い周波数成分を有するものとなる。該ノイズ成分は、次いでミキサ部及び周波数／位相ベースのフィルタリングの作用により、フィルタリングされることになる。
【００２９】
上述のように、異なる変異駆動信号の使用は、多くの異なる態様で実施することが可能である。例えば、既述の例示的な実施形態は、ベース発振器信号の１周期にわたって位相が均等に分布する４つの変異駆動信号を、３つ以下又は５つ以上の変異駆動信号を使用するよう変更することが可能である。Ｎ個の変換器を有する変更されたシステムを想定すると、この変更されたシステムは、Ｎ個（各変換器毎に１つずつ）の対応する変異駆動信号により実施することが可能である。かかる変異駆動信号は、局部発振器信号からの移相が、0°、（1/N×360)°、（2/N×360)°、……、及び（(N-1)/N×360)°となる。
【００３０】
変換器に変異信号を加える駆動信号回路は、様々な異なる態様で実施することが可能である。図１に示すように、各変換器グループ12には、その個々の変換器グループに専用の発振器サブシステム16を設けることが可能である。これに加えて又はその代わりに、大域発振器96（図２）を配設し、多重化、スイッチング、及び／又は他の装置／方法を介して個々の変換器グループ22に発振器信号（及びその変異信号）を提供することが可能である。
【００３１】
ここで図３を参照して変換器ベースのセンサ方法について解説する。この方法は、様々な異なる態様で実施することが可能である。下記の解説は、単なる例示に過ぎないものである。図３に符号60で示すように、この方法の例示的な実施形態は、周期的な信号の第１の移相変異信号を変換器に加えるステップを含む。この実施形態はまた、符号62で示すように、前記周期的な信号の第２の異なる変異信号を別の変換器に加えるステップを含む。上述の実施形態の場合と同様に、所与の用途にとって望ましく適切な場合には、符号64で示すように更に別の変異信号を使用することも可能である。
【００３２】
上述のように、変異信号間の差は、典型的には２つの変換器に関する信号に異なる特性を持たせるものとなる。これは、ノイズのある出力信号（例えば２つ以上の変換器に関連する成分を有する信号）に、ノイズのない信号とは異なる特性を持たせるものとなる。典型的には、ノイズのある信号とノイズのない信号との相違は、周波数又は周波数範囲の相違として現れるので、バンドパスフィルタリングによりノイズ抑制を容易に実施することが可能となる。実際に、上述の例示的な実施形態は、周波数に基づき出力信号をフィルタリングして変換器間ノイズを除去するステップ66を含む。また、上述のように、周波数に基づくフィルタリングに加えて又はそれに代えて位相弁別法を用いることも可能である。
【００３３】
上述の実施形態は、３つ以上の変換器及びそれに対応する３つ以上の変異駆動信号へと拡張させることが可能であることが理解されよう。例えば、上述の例示的なシステムの場合のように、４つの変換器からなるグループを用いた直角位相方式では、４つの（例えばベース信号からの移相が0°,90°,180°,270°の）変異信号を用いることが望ましい場合が多い。実際に、上記の方法は、上記のシステムに関連して実施することが可能であり、このため、それらシステムに用いることが可能な様々な異なる構成に従って修正することが可能である、ということが理解されよう。ただし、この方法は広く適用可能なものであり、上述の特定のシステムに関連して実施する必要はないことが理解されよう。
【００３４】
上述のシステム及び方法は、比較的ノイズのない出力を個々の変換器から得ることが望ましい複数の変換器を用いる様々な用途に適用することが可能である。上述の特定の例示的な実施形態で解説したように、駆動信号の複数の変異信号がシステム中の異なる変換器に加えられる。駆動信号の様々な変異信号を使用することにより、異なる変換器から生じる信号に異なる特性を持たせることが可能になる。これにより、フィルタリングその他の技術の使用を介したノイズ成分の抑制が容易となる。
【００３５】
本発明の特定の実施形態について詳述し図示したが、当業者には明らかなように、特許請求の範囲に規定する本発明の思想及び範囲から逸脱することなく多くの変更を加えることが可能である。本発明に関する解説は、本書で解説した構成要素の新規で非自明の組み合わせの全てを含むものと解釈すべきであり、特許請求の範囲は、これら構成要素の新規で非明白の組み合わせに対する応用も提示するものである。請求項に「１つの」又は「第１の」構成要素又はその等価物が記載されている場合、かかる請求項は、１つ又は２つ以上のかかる構成要素を包含するものであると共に、２つ又は３つ以上のかかる構成要素を必要とするものでも排除するものでもないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】変換器ベースのセンサシステムの一実施形態の概要を示す説明図である。
【図２】図１に示す変換器グループと同様に構成することが可能な複数の変換器グループを含む変換器アレイの一実施形態の概要を示す説明図である。
【図３】複数の変換器を同時に使用することが可能な、本発明による複数の変換器による検知方法の例示的な実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
10          センサシステム
12          変換器グループ
12a〜12d    変換器
14          サンプル
16          発振器サブシステム
30a〜30d    移相変異信号
34          出力処理サブシステム
36a〜36d    ミキサ部
38a〜38d    ローパスフィルタ
【図１】
2004151110.tif 000003
【図２】
2004151110.tif 000004
【図３】
2004151110.tif 000005