CN104068888A - 检测电路、驱动方法、探测器以及被检体信息获取设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及检测电路、驱动方法、探测器和被检体信息获取设备。检测电路检测从接收声波的元件输出的信号。检测电路被配置为在元件不接收声波的时段期间不执行检测操作。

Description

检测电路、驱动方法、探测器以及被检体信息获取设备

技术领域

本公开涉及一种用于执行诸如超声波的声波的接收的电气机械换能器（下文，在一些情况中可被简称为换能器等）的检测电路，以及用于该检测电路的驱动方法、探测器和被检体信息获取设备。在本说明书中，声波包含诸如光声波、光学超声波、音波或超声波的弹性波，并且由光照射而产生的声波尤其被称为“光声波”。在某些情况中，声波中的从探测器发送的声波可被称为“超声波”，并且在被发送的超声波在被检体中被反射时获得的波可尤其被称为“反射波”。在一些情况中，术语“超声波”可被用于表示声波。 

背景技术

压电元件（PZT）、聚合物分子膜（聚偏氟乙烯（PVDF））等被用于产生和检测超声波的发送和接收换能器。本说明书中提及的“发送和接收”指的是发送和接收中的至少一个。包含内置的预放大器（电压放大电路）的换能器被提出以改进在超声波检测时的这些换能器的S/N比（参见Improving ultrasound imaging with integrated electronics(Ultrasonics Symposium(IUS),2009IEEE International):2718-2721）。另外，用作静电电容型超声换能器的电容性微机械超声换能器（CMUT）被提出。CMUT是使用其中采用半导体加工的微电气机械系统（MEMS）过程制造的。CMUT包括用于在超声波检测时将电流信号转换成电压信号的电流-电压转换电路。图13示出此电路中的布置，其中布置有超声探测器100、超声换能器101、检测电路102、接收超声波201、检测信号202和检测输出信号203。 

根据在超声探测器中内置预放大器或电流-电压转换电路的配置， 出现了在预放大器或电流-电压转换电路中生热的新问题。探测器包括被配置用于发送或接收超声波的多个元件，并且可从探测器释放的热量的上限也存在限制。因此，探测器整体的温度由于生热而增加。探测器温度的增加尤其在探测器在接触人体的同时被使用的情况下导致问题。另外，探测器的特性可由于温度增加而改变，并且与探测器接触的部分可在一些情况下受影响。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明的实施例提供了一种检测电路，其被配置用于执行用于检测从被配置用于接收声波的元件输出的信号的检测操作，其中所述检测操作在所述元件没有接收声波的时段期间不执行。 

从下文参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。 

附图说明

图1A至1C是描述根据第一示例性实施例的检测电路和超声探测器的说明图。 

图2A至2D是描述根据第二示例性实施例的检测电路和超声探测器的说明图。 

图3A至3F是描述第三示例性实施例的说明图。 

图4A至4G是描述第四示例性实施例的说明图。 

图5A至5F是描述第五示例性实施例的说明图。 

图6A至6F是描述第六示例性实施例的说明图。 

图7A至7D是描述根据第七示例性实施例的检测电路和超声探测器的说明图。 

图8A至8D是描述根据第八示例性实施例的检测电路和超声探测器的说明图。 

图9是描述超声探测器的示例的说明图。 

图10A和10B是描述静电电容型换能器的示例的说明图。 

图11A至11D是描述连接到静电电容型换能器的电流-电压转换电路的示例的说明图。 

图12A和12B示出使用根据实施例的检测电路的被检体信息获取设备。 

图13是描述现有技术中的超声探测器的说明图。 

图14A和14B是用作CMUT的检测电路的跨阻抗电路中使用的的运算放大器的内部部分的电路模式图。 

具体实施方式

本发明的一个方面中的重要之处在于在换能器中的元件没有接收声波的时段期间，检测电路具有远低于正常电流消耗的电流消耗（建立了检测电路的操作停止的状态）。上述检测电路可与换能器一起被设置在被配置用于发送和接收声波的探测器中。 

下文，将通过使用附图详细描述包含检测电路、超声探测器等的本发明的示例性实施例。 

第一示例性实施例 

图1A是用于描述根据本示例性实施例的超声波的配置的说明图。在图1A中，超声探测器100、超声换能器101、检测电路102、接收超声波201、检测信号202和检测输出信号203被示出。当换能器101接收到超声波201时，检测信号202被从换能器101输出，并且被输入检测电路102。由于检测信号202是极微弱的信号，因此检测信号202被检测电路102转换成要被输出至外部部分的信号，并且作为检测输出信号203被输出。 

图1B和1C是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100所执行的操作的说明图。图1B表示超声探测器100的各操作模式的时段。图1C表示检测电路102的操作时段。各水平轴表示时间。超声探测器100的操作时段由其中产生（发送）超声波的时段（A）、其中超声波被换能器101接收的时段（B）、和其中既不 执行发送也不执行接收的其余时段（C）。由于超声波在物质内被以一定速率传送，因此，如果在要被检查的物体存在的范围中距换能器101的距离以及物质的类型（即，依赖于此物质的速率）被确定，则可查明超声波到达换能器101的时段。当此时段被设定为接收时段（B）时，检测输出信号在除此接收时段（B）之外的时段期间没有被被使用，并且可不从检测电路102输出检测输出信号203。 

根据本发明的该方面，为了关注此状态，检测电路102在除了接收时段（B）之外的时段（A和C）中不执行电流检测操作（对应于时段Y）。通过此配置，在检测电路102在接收时段（B）期间执行检测操作（对应于时段X）的情况下，还可缩短检测电路102操作的时段（X）。由于检测电路102的功耗对应于检测电路102操作的时段（X），因此随着操作时段缩短，功耗也降低。在功耗降低的同时，可减少从检测电路102的生热。由于采用了上述技术精神，因此可在不影响接收操作的情况下减少检测电路102的生热。通过此配置，可提供诸如包括几乎不发生温度升高的该检测电路的探测器的设备。根据本示例性实施例，基于从物体存在的范围和物质的类型查明的超声波到达换能器101的时段，检测电路102预先被设定为使得检测电路102在的时段Y期间不执行信号检测操作。 

可在本发明的实施例中使用的换能器101还可使用作为静电电容型换能器的CMUT。CMUT具有比上述电压输出型换能器更宽的频带，并且在接收到超声波时输出对应于所接收到的超声波的电流信号。详细地说，提供了电流输出型元件。由于此电流信号弱并且在信号发送时易于劣化，因此电流信号被电流-电压转换电路转换成电压信号，并且被从探测器输出。这样，在此CMUT中，检测电路（电流-电压转换电路）必须被布置为接近CMUT。出于此原因，对于本发明的实施例的应用，即使在使用CMUT的配置中检测电路被布置为接近CMUT，检测电路的生热量仍可被抑制为低水平，并且可提供具有稳定特性的宽带超声探测器，其中来自检测电路的热几乎对CMUT特性没有影响。 

另外，由于CMUT具有使用静电电容的元件，因此，特性相对于布线部分的寄生电容易于被影响。出于此原因，几乎不会接收到来自寄生电容的影响的跨阻抗电路可被用于用作电流-电压转换电路的检测电路。但是，为了减小来自寄生电容的影响，跨阻抗电路被设定为与普通电压放大电路相比，对于高频高速响应，并且功耗增大。通过将本发明的实施例应用于使用此CMUT和跨阻抗电路的配置，可提供特性稳定的宽带超声探测器，这是因为几乎不会接收到来自布线的寄生电容的影响并且产生的热也低。 

将描述静电电容型换能器的示例和电流-电压转换电路的示例。图9是使用静电电容型换能器的探测器末端部的示意图。在探测器末端部中，CMUT402布置于其上作为接收超声波416的超声波传感器的器件基板400和用于CMUT的保护层404被容纳在壳体406中。壳体406和保护层404被粘合剂408密封，从而声学媒体410不渗入壳体406。本发明不限于此配置，并且还可采用仅在传感器表面上设置保护层的配置。在被配置用于执行超声波的发送和接收的探测器的情况下，优选地对于CMUT的前表面（在被检体侧）设置一般的声学透镜。 

图10A是包括包含多个单元的元件的CMUT的示例的顶视图，并且图10B是图10A的XB-XB截面图。此探测器包括多个元件8，每个元件8包含多个单元7。在图10A中，四个元件8中的每一个包括九个单元结构7，但是可使用任何数量的元件和任何数量的单元结构。如图10B所示，本示例中的单元7由基板1、第一电极（下部电极）2、第一电极2上的绝缘膜3、诸如间隙的腔室5、振动隔膜4和在振动隔膜4上的第二电极（上部电极）6组成。基板1由Si制成，但是可采用诸如玻璃的绝缘基板。第一电极2由诸如钛或铝的金属薄膜形成。在基板1由低电阻硅形成的情况下，基板1本身可用作第一电极2。绝缘膜3可通过沉积硅氧化物等制成的薄膜而形成。振动隔膜4和振动隔膜支撑部件是通过沉积硅氮化物等制成的薄膜而形成。第二电极6可由钛、铝等制成的金属薄膜形成。由于单元7被设置有被布置为将腔室5夹在中间的第一电极2和第二电极6，直流电压被 施加给第一电极2或第二电极6以接收声波。当声波被接收到时，振动隔膜4变形，并且间隙的距离（高度）改变，从而电极之间的静电电容改变。可通过检测根据第一电极2或第二电极6改变的此静电电容来检测声波。该元件还通过向第一电极2或第二电极6施加交流电压以使振动隔膜4振动来发送声波。 

图11A至11D是描述对应于被配置为执行电流-电压转换的第一级中的放大器单元的检测电路的示例的使用高电阻的FET源极跟随器电路（图11A中示出）并且还描述跨阻抗电路的说明图。在图11B的跨阻抗电路中，布置有运算放大器21、电阻22和24、以及电容器23和25。此检测电路被配置用于检测来自第一电极2或第二电极6的由振动隔膜4的振动生成的弱电流。运算放大器21连接到正电源和负电源VDD和VSS（未示出）。运算放大器21的反相输入端子（-IN）连接到CMUT的检测电极（第一电极2或第二电极6）的布线。运算放大器21的输出端子（VOUT）经由并联的电阻22和电容器23连接到反相输入端子（-IN），并且输出信号被反馈。运算放大器201的非反相输入端子（+IN）经由并联的电阻24和电容器25连接到地端子（GND）。地端子（GND）的电压是正电源VDD和负电源VSS之间的中间电势。电阻22和电阻24的电阻值以及电容器23和电容器25的电容值分别为相同的值。来自检测电极的电流改变被跨阻抗电路转换成与电流改变相对应的电压值，然后被输出。跨阻抗电路具有如下特性：通过该特性，与其它电路配置（诸如使用高电阻的FET源极跟随器）相比可获得宽带区域。由于来自检测电路的输出信号被作为电压值输出，在检测电路之后延伸的布线中几乎不发生信号劣化。跨阻抗电路是如下这样的电路：通过该电路通过使用宽带运算放大器可实现高速和高增益电流-电压转换。为了构建根据本发明的示例性实施例的检测电路，例如，在上述FET源极跟随器电路的VCC端子、跨阻抗电路的V+端子或V-端子等的位置处设置ON/OFF（通/断）开关（参见图11C和11D），并且此ON/OFF开关由下文将描述的检测电路操作控制单元103控制。 

图14A和14B示出跨阻抗电路中使用的运算放大器内部的电路模式图。运算放大器由被配置用于放大弱信号的输入单元111和具有驱动外部负载的能力的输出单元112组成。在图14A和14B中，P型MOS晶体管P1至P3、N型MOS晶体管N1至N3、恒流源I1至I3、用于相位补偿的电容C0和用于产生恒定电压的电阻R0被示出。 

输入单元111可由一般的差分放大器电路组成。在图14A中，差分放大器电路的单输出作为示例被描述，但是本发明并不限于此。差分输出类型的差分放大器电路、多级结构的差分放大器电路等中的任一个可被采用，只要电路可被用于运算放大器的输入单元即可，并且可获得类似效果。 

输出单元112也可由一般的运算放大器的输出电路组成。在图14A中，已经作为示例描述了A类放大器的配置，但是本发明并不限于此。例如，除了图14B中所示的AB类放大器之外，可采用AB类放大器的其它电路配置、B类放大器等，只要该放大器可用于运算放大器的输出电路即可，并且可获得类似效果。 

另外，在图14A和14B中，运算放大器中使用的晶体管被描述为MOS晶体管，但是本发明并不限于此。还可使用其中双极性晶体管、FET等被全部或者部分地使用的配置。 

除了CMUT之外，在接收到超声波时输出与接收到的超声波对应的电压信号的压电元件（PZT）、聚合物分子膜（PVDF）等也可用于根据本发明的示例性实施例的换能器。在电压输出类型换能器被使用的情况下，迄今为止，通常采用如下配置：在连接超声探测器的超声成像系统中布置电压放大型预放大器（电压放大电路）。但是，为了减少由从探测器延伸到该系统的电缆等导致的信号劣化，还可使用如下配置，其中在探测器中电压放大型电路（预放大器）被布置为接近换能器。 

根据本示例性实施例，可在探测器中以此方式布置电压输出型换能器的检测电路（电压放大型预放大器）。因此，检测电路中的功耗可被抑制，并且还可抑制生热。另一方面，由于在电压放大型换能器 用于超声波的发送时该电压放大型换能器的元件的转换效率低，因此从换能器发生大的生热。出于此原因，即使在执行发送和接收的情况下，仍可提供如下这样的超声探测器，其中超声波可被高精度地接收，并且通过使用上述配置抑制由于接收导致的生热增加。 

在超声波接收或发送被执行一次的情况下，根据本发明的示例性实施例的探测器可不使用全部元件8。例如，在探测器执行超声波的发送的情况下，可在驱动元件在与探测器连接的设备侧被切换的同时执行电子扫描。详细而言，可通过使用换能器中设置的n个元件8中的m个元件8（m和n都是正整数，并且m<n成立）来执行一次超声波发送（即，发送束形成）。在线性电子扫描的情况中，当元件8在下一定时依次切换时，发送束形成可被以m个元件8为单位来执行。此时，关于除了设备侧的被选择用于发送和接收的那些元件8之外的元件8，对应于元件的检测电路可减少检测操作。出于此原因，通过使用本发明的实施例，在其数量对应于换能器中提供的所有元件8的数量的检测电路被布置的情况下，仅对应于所使用的元件的检测电路被操作，从而即使在执行电子扫描时仍可将功耗抑制为最小。 

第二示例性实施例 

现在，将通过使用图2描述第二示例性实施例。第二示例性实施例与第一示例性实施例的差别在于检测电路包括检测电路操作控制单元103。其它配置与第一示例性实施例相同。根据本示例性实施例，检测电路操作控制单元103基于接收时段信号使得检测电路操作或者不操作。图2A是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100的配置的说明图。在图2A中，检测电路操作控制单元103和操作信号204被示出。图2B、2C和2D是用于描述检测电路102和超声探测器100进行的操作的说明图。图2B表示超声探测器100的各操作模式的时段。图2C表示超声探测器100的操作信号204。图2D表示超声探测器100的检测电路102的操作时段。每个横轴表示时间。 

根据本示例性实施例的检测电路102包括检测电路操作控制单元 103（诸如用于对检测电路进行的操作执行控制的开关）。当表示声波接收时段的操作信号204被输入（ON）时，检测电路操作控制单元103设定检测电路102处于执行检测操作的状态（在时段X期间的状态）。另一方面，当操作信号204表示除声波接收时段之外的时段时（在OFF时段的状态），检测电路操作控制单元103设定检测电路102处于不执行检测操作的状态（Y）。根据本示例性实施例，操作信号204从超声探测器100的外部部分从超声成像系统351被供给。超声成像系统351控制生成超声波的时段，并且把握（grasp）超声波此后到达换能器101的时段。因此，在超声波到达换能器101的时段作为接收时段的情况下，超声成像系统351产生操作信号204。由于检测电路102基于来自超声成像系统351的操作信号204操作，因而检测电路102可仅在要执行接收操作的时段中操作。因此，可将检测电路102中的功耗抑制为所需的最小值。这样，根据本示例性实施例，由于检测电路102包括检测电路操作控制单元103，因此基于操作信号204，可容易地实现检测电路102仅在接收时段期间操作的状态。如上所述，根据本示例性实施例，可容易地实现探测器的如下配置：降低来自检测电路的生热而没有影响接收操作。通过此配置，可容易地提供其中几乎不发生温度升高的超声探测器100。 

第三示例性实施例 

现在，将通过使用图3A至3F描述第三示例性实施例。第三示例性实施例与第二示例性实施例的差别在于被配置为产生操作信号的操作信号产生单元（下文也可被成为信号产生单元）104。其它配置与第二示例性实施例相同。根据本示例性实施例，在超声探测器100中，通过由信号产生电路104产生的操作信号204使得检测电路102操作或不操作。图3A是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100的配置的说明图。在图3A中，被配置用于控制开关的诸如比较器等的信号产生单元104和超声波产生信号205被示出。 

图3B、3C、3D和3E是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100进行的操作的说明图。图3B表示超声探测 器100的各操作模式的时段。图3C表示超声探测器100的超声波产生信号205。图3D表示超声探测器100的操作信号204。图3E表示超声探测器100的检测电路102的操作时段。每个横轴表示时间。 

根据本示例性实施例的信号产生单元104基于超声波产生信号205产生操作信号204。详细而言，基于超声波的发送定时来控制检测电路102的检测操作。具体而言，信号产生单元104通常输出不表示接收操作的操作信号（OFF）。当超声波产生信号205被输入时，在从超声波产生信号205被输入起经过了某一时段TD1之后，操作信号被切换到表示接收操作的操作信号（ON），并且在进一步经过了某一时段TD2之后，操作信号204被恢复为不表示接收操作的操作信号（OFF）。基于由信号产生单元104产生的操作信号204，使得检测电路102仅在声波接收时段期间操作。 

根据本示例性实施例，由于超声探测器100包括信号产生单元104，因此来自外部部分的超声波产生定时被接收作为超声波产生信号205，并且可最优地设定接收操作时段。详细地说，检测电路102被控制为使得对于超声波发送之后的预定时段不执行检测操作。出于此原因，通过简单地将超声波产生信号205输入探测器，检测电路102典型地仅在超声波接收时段期间操作，并且检测电路102中的功耗可被抑制。 

在上述阐述中，仅超声波产生信号205被输入超声探测器100，但是本示例性实施例并不限于此模式。如图3F所示，还可采用如下配置：表示时段TD1的超声波到达延迟信息206和表示时段TD2的超声波接收时段信息207被输入超声探测器100，并且信号产生单元104基于那些信息产生操作信号204。根据此，甚至在要被测量的物体的测量条件改变的情况下，超声探测器100的接收时段也可被改变为最优接收时段。因此，对于每一测量条件，检测电路102中的功耗可被抑制为最小。因而，可提供超声探测器100，其中即使当测量条件改变时要使用的接收时段仍得以确保，并且生热量也被抑制为最小。 

第四示例性实施例 

现在，将通过使用图4A至4F描述第四示例性实施例。第四示例性实施例与其它示例性实施例的差别在于将光声效应用于超声波产生单元。其它配置与第二和第三示例性实施例相同。根据本示例性实施例，物体被光照射，并且从物体产生的超声波（下文，也可被成为光声波）被接收。图4A是用于描述根据本示例性实施例的检测电路和超声探测器100的配置的说明图。在图4A中，光源301和光源驱动单元302被示出。图4B、4C、4D、4E和4F是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100等进行的操作的说明图。图4B表示超声探测器100的各操作模式的时段。图4C表示超声探测器100的光源驱动信号211。图4D表示超声探测器100的光源驱动同步信号212。图4E表示超声探测器100的操作信号204。图4F表示超声探测器100的检测电路102的操作时段。每个横轴表示时间。 

物体350被光源301被光源驱动单元302驱动时所产生的光210照射，并且在物体中通过光声效应产生超声波。由于换能器101接收所产生的超声波201，因此基于所接收的信号检测测量被检体350的形状和位置。这里，光源驱动单元302输出光源驱动信号211和与光源驱动信号211同步的光源驱动同步信号212。根据本示例性实施例，信号产生单元104基于光源驱动同步信号212产生操作信号204。详细而言，基于光发射定时控制检测电路102的检测操作。如上所述，基于光的光发射定时产生操作信号204，该光激发用于换能器101的检测电路102中的光声波，换能器101接收通过光声效应产生的光声波。检测电路操作控制单元103然后基于此操作信号执行检测操作的ON/OFF控制。详细而言，检测电路102被控制以便对于自光照射以来的预定时段不执行检测操作。通过此配置，可执行使用检测电路102根据来自光源的光发射执行检测操作，并且还可抑制检测电路102中的功耗。在使用光声效应的超声成像系统中，通过使用此示例性实施例，可提供其中来自检测电路的生热被抑制的超声探测器100。根据本示例性实施例，已经描述了其中信号产生单元104被布置在超声成像系统351中的配置，但是，信号产生单元104可被布置在超声探测 器100中。 

将通过使用图4G描述本示例性实施例的修改模式。在图4G中，示出光发射检测单元105。本修改模式与图4A的模式的区别在于提供了被配置用于检测光源301的光发射的光发射检测单元105。光发射检测单元105检测从光源301发射的光210，并且产生光发射检测信号213。光的速度极高，从而相对于光的光发射定时几乎没有延时。光发射检测单元105精确地检测光源的光发射定时，并且可产生光发射检测信号213。信号产生单元104基于光发射检测信号213产生操作信号204，并且检测电路102基于操作信号204执行操作。通过使用本修改模式，即使当在使用光声效应的超声成像系统中不存在来自光源驱动单元302的驱动信息时，仍可提供其中来自检测电路的生热被抑制的超声探测器100。 

第五示例性实施例 

现在，将通过使用图5A至5F描述第五示例性实施例。第五示例性实施例与其它示例性实施例的差别在于提供发送信号检测单元。其它配置与第三示例性实施例相同。详细而言，根据本示例性实施例，施加到换能器101的发送电压信号（发送信号）被检测以获得超声波的发送定时，并且基于该信息产生操作信号204。图5A是用于描述根据本示例性实施例的检测电路102和超声探测器100的配置的说明图。在图5A中，发送信号检测单元106、发送超声波221、发送电压信号（发送信号）222、发送检测信号223和发送信号产生单元303被示出。图5B、5C、5D、5E和5F是用于描述根据本示例性实施例的超声探测器等进行的操作的说明图。图5B表示超声探测器100的各操作模式的时段。图5C表示超声探测器100的发送电压信号222。图5D表示根据本示例性实施例的超声探测器100的发送检测信号223。图5E表示超声探测器100的操作信号204。图5F表示超声探测器100的检测电路102的操作时段。每个横轴表示时间。 

发送电压信号222在发送信号产生单元303中产生并且被施加到换能器101。换能器101通过发送电压信号222产生振动并且发送超 声波221。当在一定时间之后发送超声波221到达物体350时，发送超声波222在那里被反射。在一定时间之后，发送超声波221作为接收超声波201返回到换能器101。换能器101检测（接收）在检测电路102中由返回的接收超声波210产生的振动改变。根据本示例性实施例，发送电压信号222被施加到换能器101，并且还同时输入发送信号检测单元106。当在发送信号检测单元106中发送电压信号222具有高于或者等于某一电压的电压时，产生发送检测信号223。此功能可容易地通过使用比较器等实现。所产生的发送检测信号223被输入信号产生单元104。在信号产生单元104中，在发送检测信号223输入之后经过了时段TD1之后，操作信号204被设定为表示接收操作的信号（ON）。详细而言，检测电路102被控制为使得对于超声波发送之后的预定时段不执行检测操作。在进一步经过了时段TD2之后，操作信号204被输出作为不表示接收操作的信号（OFF）。 

按照上述方式，根据本示例性实施例，操作信号产生单元104基于用于换能器101产生超声波的发送信号产生操作信号。检测电路操作控制单元103然后基于来自操作信号产生单元104的操作信号204执行检测操作的ON/OFF控制。这里，操作信号产生单元104包括发送信号检测单元106，其被配置用于检测被施加到换能器101以用于产生超声波的发送电压信号。操作信号产生单元104随后在发送信号检测单元106中检测声波发送操作。对于在声波发送操作被检测到之后的预定时间，操作信号204没有被输出，然后，在经过了该预定时间之后，操作信号204被输出。 

根据本示例性实施例，超声探测器100包括发送信号检测单元106。出于此原因，超声波的发送定时可仅通过发送电压信号222被检测，而不需要其它信号输入，并且可通过控制检测电路102的操作而降低生热。 

第六示例性实施例 

现在，将通过使用图6A至6F描述第六示例性实施例。第六示例性实施例与其它示例性实施例的差别在于提供检测电路的保护开关 107。其它配置与第五示例性实施例相同。根据本示例性实施例，其特征在于发送电压（发送信号）基于检测电路102的保护开关107的开关断开信息224（其起到与发送检测信号223相同的作用）被检测。在图6A中，保护开关107和开关断开信息224被示出。根据本示例性实施例，发送电压信号222连接到换能器101，并且还通过保护开关107连接到检测电路102。当发送电压信号222超过某一电压时，保护开关107检测到该状态并且断开与检测电路102的连接。根据这一点，可减少高电压向检测电路102的施加以及检测电路102的损坏。另一方面，由于在换能器101接收到超声波的时段期间在保护开关107中仅产生弱电压，因此保持布线与检测电路102连接。根据这一点，换能器101由于接收到超声波而产生的检测信号202经由保护开关107被输入检测电路102，并且被改变为检测输出信号203以被输出。图6B至6F是与图5B至5F类似的示图。按照上述方式，当施加到换能器101的发送电压信号高于或者等于某一电压时，发送信号检测单元106基于断开检测电路102与换能器101的连接的保护开关107的开关断开信息224检测发送电压信号。 

根据本示例性实施例，保护开关107的断开信息224被输入信号产生单元104。当发送电压信号222被施加到换能器101时，相同电压还被施加到保护开关107，从而保护开关107到检测电路102的布线被断开。发送电压信号222被施加到换能器101的状态可通过检查保护开关107的断开信息224被检测，并且可检测发送超声波的定时。断开信息224被输入信号产生单元104，并且操作信号204基于断开信息224被产生。如上所述，根据本示例性实施例，保护开关107用作发送信号检测单元106。 

根据本示例性实施例，由于超声探测器101中提供的保护开关107具有发送信号检测单元106的功能，因此在不添加构成元件的情况下可检测发送电压信号，并且通过控制检测电路102的操作可降低生热。 

第七示例性实施例 

接下来，将通过使用图7A至7D描述第七示例性实施例。第七示 例性实施例与其它示例性实施例的差别在于检测电路的操作的控制方法。其它配置与第一到第六示例性实施例相同。根据本示例性实施例，其特征在于检测电路102的操作通过到检测电路102的电压供给被控制。 

在图7A至7D中，供给单元108、检测电路102的电压放大单元110以及检测电路102的输出单元112被示出。根据本示例性实施例，检测电路操作控制单元103用作偏置电压的供给单元108。操作信号204被输入供给单元108。在操作信号204表示接收操作的情况下，检测电路102中的电压放大单元110和输出单元112中的至少一个被供给供给单元118中的偏置电压113。另一方面，在操作信号204不表示接收操作的情况下，偏置电压113向检测电路102中的电压放大单元110和输出单元112中的至少一个的供给被停止。按照上述方式，根据本示例性实施例，当操作信号204指示接收时段时，检测电路操作控制单元103向检测电路102的电源供给预定电压，并且当操作信号204不指示接收时段时，检测电路操作控制单元103不向检测电路102的电源供给预定电压。根据本示例性实施例，检测电路102的操作通过到检测电路102的构成元件的电压供给被控制，从而通过使用简单配置可仅在接收时段期间可靠地操作检测电路102。出于此原因，可提供具有低生热的紧凑的超声探测器，其中可容易地控制多个检测电路。 

另外，根据本示例性实施例，本发明并不局限于上述配置，并且如图7C所示，还可采用控制偏置电压113向电流-电压转换电路中的跨阻抗电路的输入单元111的供给的配置。由于高偏置电流流过跨阻抗电路的输入单元111以减少噪声，当偏置电流停止时，功耗可显著降低。因此，通过采用此模式，可有效地降低尤其在使用高速跨阻抗电路的配置中的功耗，在该配置中，要使用检测电路以高精度检测电容型CMUT。 

另外，如图7D所示，控制偏置电压113向电流-电压转换电路中的跨阻抗电路的输出单元112的供给的配置可被采用，并且也可与图 7C中所示的配置相组合地使用。根据这一点，检测电路的功耗可进一步被抑制。 

第八示例性实施例 

接下来，将通过使用图8A至8D描述第八示例性实施例。第八示例性实施例与其它示例性实施例的差别在于检测电路102的操作的控制方法。其它配置与第一到第六示例性实施例相同。根据本示例性实施例，用于使检测电路102的电压放大单元110和输出单元112操作的偏置电流的供给单元被布置在检测电路102中的电压放大单元110和输出单元112的外部部分。其特征在于，通过布置在检测电路102的外部部分的偏置电流供给单元109来切换对于检测电路102的偏置电流供给的有无，以控制检测电路102的操作。 

在图8A中，偏置电流供给单元109、检测电路102中的电压放大单元110以及输出单元112被示出。根据本示例性实施例，用于检测电路102的检测电路操作控制单元103是偏置电流供给单元109。操作信号204被输入偏置电流供给单元109。在操作信号204表示偏置电流接收单元109中的接收操作的情况下，检测电路102中的被连接部分被供给偏置电流114。在操作信号204不表示接收操作的情况下，偏置电流114向检测电路102内的被连接部分的供给被停止。 

在图8A中，偏置电流供给单元109连接到检测电路102的电压放大单元110的偏置电流端子。电压放大单元110在预定电流流过此偏置电流端子的同时执行电压放大操作。出于此原因，如果电流没有流过此偏置电流端子，则不执行电压放大操作。这样，通过使用本示例性实施例可将检测电路102的电压放大操作控制为任意状态，并且可降低功耗。此偏置电流供给单元控制电流供给是足够的，从而偏置电流供给单元可通过使用紧凑型开关简单地实现。布线和开关的数量依赖于检测电路的数量，但是整个电路可由集成电路构成，并且电路面积可通过集成而大大减小。这样，根据本示例性实施例，由于偏置电流供给单元109被提供，因此可通过电流供给的有无来容易地控制检测电路102的操作。出于此原因，可提供在电路被集成的情况下具 有小电路面积的超声探测器，并且功耗也被降低。 

另外，如图8B中那样，控制偏置电流114向检测电路102的输出单元112的供给的配置可被采用，并且还可与图8A中所示的配置组合地使用。此外，如图8B中那样，同时控制针对作为输入单元的电压放大单元110的偏置电流114以及针对输出单元112的偏置电流114的配置也可被采用。按照上述方式，根据图8A至8D的示例性实施例，当操作信号指示声波接收时段时，检测电路操作控制单元103向检测电路102供给偏置电流。另一方面，当操作信号不指示声波接收时段时，偏置电流没有被供给检测电路102的电压放大单元或输出单元。 

在从探测器到系统的布线长度长（电缆中的驱动负荷高）的情况下，输出单元的电流驱动能力被设定为高以发送信号。根据该设定，输出单元的偏置电流值也被设定为具有高的值。通过采用上述模式，即使在使用长输出电缆的配置中仍可有效地降低功耗。 

另外，根据本示例性实施例，本发明并不局限于上述配置，并且如图8C中那样，控制偏置电流114向电流-电压转换电路的跨阻抗电路的输入单元111的供给的配置可被采用。由于高偏置电流流过跨阻抗电路的输入单元111以减小噪声，当偏置电流停止时，功耗可显著降低。因此，通过采用此模式，尤其在使用将使用检测电路以高精度检测电容型CMUT的高速跨阻抗电路的配置中可有效地降低功耗。 

此外，类似于图8D，控制偏置电流114向电流-电压转换电路中的跨阻抗电路的输出单元112的供给的配置可被采用，并且也可与图8C中所示的配置组合地使用。根据这一点，检测电路102中的功耗可被进一步抑制。 

第九示例性实施例 

上述示例性实施例中描述的检测电路、换能器等可被应用于使用声波的被检体信息获取设备。换能器接收来自被检体的声波，并且通过使用经由根据本示例性实施例的检测电路输出的电信号，可获得反映诸如光学吸收系数的被检体的光学特性值的被检体信息、反映声学 阻抗的差别的被检体信息。根据上述示例性实施例的超声成像系统351对应于本示例性实施例的处理单元。 

更具体而言，通过根据本示例性实施例的被检体信息获取设备中的至少一个，用光（包括可视射线或红外射线的电磁波）照射被检体。通过此配置，在被检体中的多个位置（地点）处产生的光声波被接收到，并且指示对应于被检体中的多个位置中的每一个的特性信息的分布的特性分布被获得。经由光声波获得的特性信息指示与光吸收有关的特性信息，并且包括如下特性信息，该特性信息反映通过光照射产生的光声波的初始升压或由初始升压导出的光能量吸收密度、吸收系数、构成组织的材料的浓度等。材料的浓度包括例如氧饱和度、总血红蛋白浓度、氧合血红蛋白或去氧血红蛋白浓度等。被检体信息获取设备也可用于人或者动物的恶性肿瘤、血管病等的诊断、化学处理的观望方法等。因此，假定被检体包含活体，具体地是诊断目标（诸如人或动物的胸部、颈部、或者腹部）。存在于被检体中的光吸收体指的是被检体中吸收系数相对高的组织。例如，当人体的一部分为被检体时，光吸收体包括包含大量氧合血红蛋白和去氧血红蛋白、或者这些的组合的血管、包含许多新生血管的肿瘤、颈动脉壁的斑块等。此外，光吸收体包括通过使用金颗粒、石墨等特异地附接到恶性肿瘤的分子探测器、传递医用制剂的胶囊等。 

与被检体中的声学特性相关的分布也可通过不仅接收光声波而且通过超声波回波接收反射波来获得，在该回波中从包含换能器的探测器发送的超声波在被检体中反射。与声学特性相关的此分布包括反映被检体内部的组织的声学阻抗的差异的分布。但是，应指出，超声波的发送和接收以及与声学特性相关的分布的获得可被跳过。 

图12A示出使用光声效应的被检体信息获取设备。被检体2014被从光源2010发射的经由光学部件2012（诸如透镜、反射镜、光纤等）的脉冲光照射。被检体2014中存在的光吸收体2016吸收脉冲光的能量，并且产生对应于声波的光声波2018。探测器（搜索探测器）2022内的换能器2020接收光声波2018以将其变换至电信号，并且经 由检测电路将该电信号输出至信号处理单元2024。信号处理单元2024对输入的电信号执行信号处理（诸如A/D转换或者放大），并且将电信号输出至数据处理单元2026。数据处理单元2026使用输入信号并且获得被检体信息（反映诸如光学吸收系数的被检体的光学特性值的特性信息）作为图像数据。这里，图像处理单元2024和数据处理单元2026被共同称为处理单元。显示单元2028显示基于从数据处理单元2026输入的该图像数据的图像。 

图12B示出被检体信息获取设备（诸如使用声波（超声波）的反射的超声波回波诊断设备）。从探测器（搜索探测器）2122内的换能器2120向被检体2114发送的声波被反射部件2116反射。换能器2120接收反射声波（反射波）2118以将其转换成电信号，并且经由检测电路将该电信号输出至信号处理单元2124。信号处理单元2124对输入的电信号执行信号处理（诸如A/D转换或者放大），并且将电信号输出至数据处理单元2126。数据处理单元2126使用输入信号并且获得被检体信息（反映声学阻抗的差异的特性信息）作为图像数据。这里，图像处理单元2124和数据处理单元2126被共同称为处理单元。显示单元2128显示基于从数据处理单元2126输入的该图像数据的图像。 

探测器可机械地执行扫描或者也可被诸如医生或操作员的用户相对于被检体移动（手持型）。但是，应指出，在被用户持在手中并且操作的手持型探测器中，生热的问题更加显著，并且示例性实施例优选地被应用于手持型探测器。在如图12B所示的使用反射波的设备的情况下，除了接收声波的探测器之外，还可分离地设置发送声波的探测器。此外，被配置为具有图12A和12B中所示的设备两者的功能的设备可获得反映被检体的光学特性值的被检体信息以及反映声学阻抗的差别的被检体信息两者。在此情况下，图12A的换能器2020不仅可接收光声波，而且还可执行声波的发送以及反射波的接收。 

根据本发明的示例性实施例，用于换能器的检测电路、设置有检测电路的检测器等的内部的生热可被抑制，并且可提供其中几乎不发生温度升高的检测电路、超声探测器等。 

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变型以及等同的结构和功能。 

Claims (17)

1.一种检测电路，被配置用于执行用于检测从被配置用于接收声波的元件输出的信号的检测操作，

其中，在所述元件不接收所述声波的时段期间不执行所述检测操作。

2.根据权利要求1所述的检测电路，包括跨阻抗电路，所述跨阻抗电路用作用于静电电容型元件的电流-电压转换电路。

3.根据权利要求1所述的检测电路，包括用于压电元件的电压放大电路。

4.根据权利要求1所述的检测电路，包括被配置用于控制所述检测电路的检测操作的操作控制单元。

5.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述检测电路的检测操作基于从所述元件发送的声波的发送定时被控制。

6.一种探测器，包括：

根据权利要求1所述的检测电路；

被配置用于接收声波的元件；以及

发送信号检测单元，被配置用于检测用于使得所述元件产生声波的发送信号，

其中，所述检测电路的检测操作基于来自所述发送信号检测单元的信号被控制。

7.根据权利要求6所述的探测器，进一步包括：

操作信号产生单元，被配置用于基于来自所述发送信号检测单元的所述信号产生操作信号，

其中，所述检测电路的检测操作基于来自所述操作信号产生单元的所述操作信号被控制。

8.根据权利要求6或7所述的探测器，进一步包括：

保护开关，被配置用于在被施加于所述元件的发送信号高于或等于某一值时，断开所述元件与所述检测电路之间的连接，

其中，所述检测电路的检测操作基于所述保护开关的断开信息被控制。

9.根据权利要求6所述的探测器，其中，操作控制单元不向所述检测电路供给偏置电压，使得所述检测电路不执行检测操作。

10.根据权利要求6所述的探测器，其中，操作控制单元不向所述检测电路的输入单元或输出单元供给偏置电流，使得所述检测电路不执行检测操作。

11.一种探测器，包括：

根据权利要求1所述的检测电路；以及

被配置用于接收被光照射的被检体中产生的声波的元件，

其中，所述检测电路的检测操作基于所述光的光发射定时被控制。

12.根据权利要求11所述的探测器，进一步包括：

信号产生单元，被配置用于基于来自被配置用于检测所述光的光发射的光发射检测单元的信号产生操作信号，

其中，所述检测电路的检测操作基于来自所述信号产生单元的所述操作信号被控制。

13.一种探测器，包括：

被配置用于发送声波并且接收反射波的元件，所述反射波是在被发送的声波在被检体中反射时获得的；以及

检测电路，被配置用于执行用于检测从所述元件输出的信号的检测操作，

其中，所述检测电路对于从声波的发送开始的预定时段不执行所述检测操作。

14.一种探测器，包括：

被配置用于接收被光照射的被检体中产生的声波的元件；以及

检测电路，被配置用于检测从所述元件输出的信号，

其中，所述检测电路对于从光的发送开始的预定时段不执行检测操作。

15.一种被检体信息获取设备，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的检测电路；

被配置用于接收声波的元件；以及

处理单元，被配置用于通过使用从所述检测电路输出的信号获得被检体的信息。

16.一种用于检测电路的驱动方法，所述检测电路被配置用于执行用于检测从被配置用于接收声波的元件输出的信号的检测操作，所述驱动方法包括：

使得所述检测电路在所述元件不接收所述声波的时段期间不执行所述检测操作。

17.一种被检体信息获取设备，包括：

根据权利要求6至14中任一项所述的探测器；以及

处理单元，被配置用于通过使用从所述探测器输出的信号获得被检体的信息。