特許 5958814 半導体スイッチ回路及び異常組織検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5958814

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】半導体スイッチ回路及び異常組織検出装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/687 20060101AFI20160719BHJP

   H03K 17/693 20060101ALI20160719BHJP

   A61B 5/05 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   H03K17/687 G

   H03K17/693 A

   A61B5/05 Z

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-178289(P2012-178289)

(22)【出願日】2012年8月10日

(65)【公開番号】特開2014-36411(P2014-36411A)

(43)【公開日】2014年2月24日

【審査請求日】2015年6月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100138955

【弁理士】

【氏名又は名称】末次 渉

(74)【代理人】

【識別番号】100109449

【弁理士】

【氏名又は名称】毛受 隆典

(72)【発明者】

【氏名】吉川 公麿

(72)【発明者】

【氏名】アズハリ アフリーン

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０５５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３５９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８２９４３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｋ １７／００−１７／７０

Ａ６１Ｂ ５／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する信号入出力部と、
の間に設けられた半導体スイッチ回路であって、
前記各アンテナと前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ挿入される第１の半導体スイッチング素子と、
前記各第１の半導体スイッチング素子と前記各アンテナとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第２の半導体スイッチング素子と、
送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオンする選択回路と、
を備え、
同じアンテナに接続する前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とから成る回路が、複数のグループに分けられ、
前記各グループに対応する前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ直列に２つずつ挿入される第３の半導体スイッチング素子と、
直列に接続された前記第３の半導体スイッチング素子の連接部分と、前記グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第４の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用又は受信用として選択されたアンテナのグループに対応する前記第３の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第３の半導体スイッチング素子に接続された前記第４の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第３の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第３の半導体スイッチング素子に接続された前記第４の半導体スイッチング素子をオンする、
ことを特徴とする半導体スイッチ回路。

【請求項2】

マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する信号入出力部と、
の間に設けられた半導体スイッチ回路であって、
前記各アンテナと前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ挿入される第１の半導体スイッチング素子と、
前記各第１の半導体スイッチング素子と前記各アンテナとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第２の半導体スイッチング素子と、
送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオンする選択回路と、
を備え、
同じアンテナに接続する前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とから成る回路が、第１のグループと第２のグループとに分けられ、
前記第１のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の送信ポートとの間にそれぞれ挿入される第５の半導体スイッチング素子と、
前記第２のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の受信ポートとの間にそれぞれ挿入される第６の半導体スイッチング素子と、
前記第１のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の受信ポートとの間にそれぞれ挿入される第７の半導体スイッチング素子と、
前記第２のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の送信ポートとの間にそれぞれ挿入される第８の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用アンテナが前記第１のグループに対応し、受信用アンテナが前記第２のグループに対応する場合には、前記第５の半導体スイッチング素子及び前記第６の半導体スイッチング素子をオンするとともに、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子をオフし、
送信用アンテナが前記第２のグループに対応し、受信用アンテナが前記第１のグループに対応する場合には、前記第５の半導体スイッチング素子及び前記第６の半導体スイッチング素子をオフするとともに、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子をオンする、
ことを特徴とする半導体スイッチ回路。

【請求項3】

前記第５の半導体スイッチング素子、前記第６の半導体スイッチング素子、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子は、直列に２つ接続され、
直列に接続された前記第５の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間、直列に接続された前記第６の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間にそれぞれ接続された第９の半導体スイッチング素子と、
直列に接続された前記第７の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間と、直列に接続された前記第８の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間にそれぞれ接続された第１０の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用アンテナが前記第１のグループに対応し、受信用アンテナが前記第２のグループに対応する場合には、前記第９の半導体スイッチング素子をオフするとともに、前記第１０の半導体スイッチング素子をオンし、
送信用アンテナが前記第２のグループに対応し、受信用アンテナが前記第１のグループに対応する場合には、前記第９の半導体スイッチング素子をオンするとともに、前記第１０の半導体スイッチング素子をオフする、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチ回路。

【請求項4】

前記各アンテナは、正極側の電気信号と負極側の電気信号との差分である差動信号に基づくマイクロ波の送受信を行い、
前記信号入出力部は、前記差動信号の正極側の電気信号及び負極側の電気信号の入出力を行い、
前記各半導体スイッチング素子が、前記差動信号の正極側の電気信号と、負極側の電気信号とにそれぞれ対応して挿入されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体スイッチ回路。

【請求項5】

マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力し、入力したマイクロ波の電気信号に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う信号入出力部と、
前記複数のアンテナと前記信号入力部との間に設けられた請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体スイッチ回路と、
を備える異常組織検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体スイッチ回路及び異常組織検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

癌の診断は、例えば、Ｘ線や核磁気共鳴装置（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））により対象部位の画像を撮像し、撮像した画像を分析することにより行われるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、Ｘ線の生体への悪影響が懸念されるうえ、Ｘ線装置、ＭＲＩ装置は、小型化が困難である。さらに、これらの装置を用いて診断を行うためには、専門機関での受診が必須になる。

【0003】

そこで、Ｘ線装置やＭＲＩ装置を用いずに、簡易な構成で簡単に異常組織を検出することが可能な異常組織検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００７−０７１８７３号公報

【特許文献2】特開２０１０−６９１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献２に開示された異常組織検出装置には、複数、例えば１６個のアンテナの中からマイクロ波を送受信するアンテナのペアを選択するためのスイッチ回路が設けられている。このようなスイッチ回路としては、小型で消費電力の低いＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチ回路が用いられる。ＣＭＯＳスイッチ回路では、半導体スイッチング素子が用いられている。すなわち、ＣＭＯＳスイッチ回路は、リレー回路のように、選択されていないアンテナを物理的に絶縁しているわけではないので、リーク電流が選択されていないアンテナに流れ、リーク電流による成分が送受信されるマイクロ波の信号に混入し、混信が起こる可能性がある。

【0006】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、リーク電流による混信を防ぐことができる半導体スイッチ回路及び異常組織検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る半導体スイッチ回路は、
マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する信号入出力部と、
の間に設けられた半導体スイッチ回路であって、
前記各アンテナと前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ挿入される第１の半導体スイッチング素子と、
前記各第１の半導体スイッチング素子と前記各アンテナとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第２の半導体スイッチング素子と、
送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオンする選択回路と、
を備え、
同じアンテナに接続する前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とから成る回路が、複数のグループに分けられ、
前記各グループに対応する前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ直列に２つずつ挿入される第３の半導体スイッチング素子と、
直列に接続された前記第３の半導体スイッチング素子の連接部分と、前記グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第４の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用又は受信用として選択されたアンテナのグループに対応する前記第３の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第３の半導体スイッチング素子に接続された前記第４の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第３の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第３の半導体スイッチング素子に接続された前記第４の半導体スイッチング素子をオンする。

【0009】

また、本発明の第２の観点に係る半導体スイッチ回路は、
マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する信号入出力部と、
の間に設けられた半導体スイッチ回路であって、
前記各アンテナと前記信号入出力部の信号ポートとの間にそれぞれ挿入される第１の半導体スイッチング素子と、
前記各第１の半導体スイッチング素子と前記各アンテナとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第２の半導体スイッチング素子と、
送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオンするとともに、オンとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオフする一方で、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナに接続された前記第１の半導体スイッチング素子をオフするとともに、オフとなった前記第１の半導体スイッチング素子に接続された前記第２の半導体スイッチング素子をオンする選択回路と、
を備え、
同じアンテナに接続する前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とから成る回路が、第１のグループと第２のグループとに分けられ、
前記第１のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の送信ポートとの間にそれぞれ挿入される第５の半導体スイッチング素子と、
前記第２のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の受信ポートとの間にそれぞれ挿入される第６の半導体スイッチング素子と、
前記第１のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の受信ポートとの間にそれぞれ挿入される第７の半導体スイッチング素子と、
前記第２のグループの前記各第１の半導体スイッチング素子と、前記信号入出力部の送信ポートとの間にそれぞれ挿入される第８の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用アンテナが前記第１のグループに対応し、受信用アンテナが前記第２のグループに対応する場合には、前記第５の半導体スイッチング素子及び前記第６の半導体スイッチング素子をオンするとともに、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子をオフし、
送信用アンテナが前記第２のグループに対応し、受信用アンテナが前記第１のグループに対応する場合には、前記第５の半導体スイッチング素子及び前記第６の半導体スイッチング素子をオフするとともに、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子をオンする。

【0010】

この場合、前記第５の半導体スイッチング素子、前記第６の半導体スイッチング素子、前記第７の半導体スイッチング素子及び前記第８の半導体スイッチング素子は、直列に２つ接続され、
直列に接続された前記第５の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間、直列に接続された前記第６の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間にそれぞれ接続された第９の半導体スイッチング素子と、
直列に接続された前記第７の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間と、直列に接続された前記第８の半導体スイッチング素子の連接部分とグラウンドとの間にそれぞれ接続された第１０の半導体スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記選択回路は、
送信用アンテナが前記第１のグループに対応し、受信用アンテナが前記第２のグループに対応する場合には、前記第９の半導体スイッチング素子をオフするとともに、前記第１０の半導体スイッチング素子をオンし、
送信用アンテナが前記第２のグループに対応し、受信用アンテナが前記第１のグループに対応する場合には、前記第９の半導体スイッチング素子をオンするとともに、前記第１０の半導体スイッチング素子をオフする、
こととしてもよい。

【0011】

また、前記各アンテナは、正極側の電気信号と負極側の電気信号との差分である差動信号に基づくマイクロ波の送受信を行い、
前記信号入出力部は、前記差動信号の正極側の電気信号及び負極側の電気信号の入出力を行い、
前記各半導体スイッチング素子が、前記差動信号の正極側の電気信号と、負極側の電気信号とにそれぞれ対応して挿入されている、
こととしてもよい。

【0012】

また、本発明の第３の観点に係る異常組織検出装置は、
マイクロ波の信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力し、入力したマイクロ波の電気信号に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う信号入出力部と、
前記複数のアンテナと前記信号入力部との間に設けられた前記第１又は第２の観点に係る半導体スイッチ回路と、
を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１の半導体スイッチング素子と各アンテナとの接続部分と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される第２の半導体スイッチング素子を備えている。このため、送信用アンテナ又は受信用アンテナとして選択されていないアンテナに接続された第１の半導体スイッチング素子に流れるリーク電流を、グラウンドに流すことができる。これにより、リーク電流による混信を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】癌組織を検出する手法を説明するための図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る癌検出装置の斜視図である。

【図3】図２の癌検出装置の内部構造を示す模式図である。

【図4】図３のアンテナアレイの配置例を示す図である。

【図5】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図３のスイッチ回路の一部の構成を示す回路図である。

【図6】図３のスイッチ回路の全体構成を示す回路図である。

【図7】図６の送信信号スイッチの回路構成を示す回路図である。

【図8A】図６の基本回路のグループの回路構成を示す回路図（その１）である。

【図8B】図６の基本回路のグループの回路構成を示す回路図（その２）である。

【図9】リーク電流の流れの一例を示す模式図である。

【図10】癌検出装置の各種特性を示すグラフである。

【図11】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の全体構成を示す回路図である。

【図12】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、図１１の切替回路の回路構成を示す回路図である。

【図13】本発明の実施の形態３に係る切替回路の回路構成及び信号の流れ（その１）を示す回路図である。

【図14】本発明の実施の形態３に係る切替回路の回路構成及び信号の流れ（その２）を示す回路図である。

【図15】アイソレーション特性を示すグラフである。

【図16】挿入損失特性を示すグラフである。

【図17】リターン損失特性を示すグラフである。

【図18】本発明の実施の形態４に係る基本回路の回路構成を示す回路図である。

【図19】本発明の実施の形態４に係る癌検出装置の各種特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態に係る半導体スイッチ回路及び異常組織検出装置を、乳癌を検出する乳癌センサを例に、図面を参照して詳細に説明する。

【0016】

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、説明する。

【0017】

まず、癌組織を検出する手法について図１を参照して説明する。

【0018】

まず、図１に模式的に示すように、生体表面に複数のアンテナＡ_１〜Ａ_４を一定間隔で配置する。

【0019】

続いて、アンテナＡ_１からマイクロ波を放射する。放射されたマイクロ波の一部は、生体内に伝播する。一般に、癌組織ＣＡは、通常の生体組織に比して、５〜１０倍程度の高い誘電率を有することが知られている。したがって、癌組織ＣＡが存在する場合には、誘電率の異なる領域の界面、即ち、癌組織ＣＡの表面で、マイクロ波が反射され、アンテナＡ_２〜Ａ_４で受信される。

【0020】

ここで、マイクロ波を放射してからアンテナＡ_２が反射波を受信するまでの時間をＴ_１２［ｓ］とすると、Ｔ_１２・ｃ（ｃ：生体中の光の速度）が、マイクロ波の行程距離となる。

【0021】

従って、癌組織ＣＡは、アンテナＡ_１とＡ_２を焦点とし、アンテナＡ_１とＡ_２からの距離の和がＴ_１２・ｃとなる楕円Ｅ_１２上に位置することになる。

【0022】

アンテナＡ_３〜Ａ_４が受信したマイクロ波についても同様の処理を行い、複数の楕円Ｅ_１２、Ｅ_１3、…の交点を求めることにより、癌組織ＣＡの位置を求めることができる。

【0023】

さらに、送信用のアンテナをＡ_２に切替て、アンテナＡ_２からマイクロ波を放射し、これをアンテナＡ_１，Ａ_３、Ａ_４で受信して、同様の処理を行い、以後、送信アンテナをＡ_３、Ａ_４に順次切替ながら、マイクロ波を放射し、他のアンテナで反射波を受信し、同様の処理を行うことにより、癌組織ＣＡの位置をより正確に特定することが可能となる。

【0024】

なお、上述の例では、理解を容易にするため、２次元で説明したが、実際は、３次元で上述の処理を行うことになる。

【0025】

次に、このような手法を用いて、癌組織の有無及び位置を判別する癌検出装置１０について、説明する。

【0026】

癌検出装置１０は、図２に示すように、本体１１と、表示装置１２とを備える。

【0027】

本体１１には、図３に示すように、アンテナアレイ１３と、スイッチ回路１４と、信号処理回路１５とが積層配置されている。

【0028】

アンテナアレイ１３は、図４に模式的に示すように、マトリクス状に配置された複数のアンテナＡ１〜Ａｎのアレイから構成されている。このアンテナアレイ１３が、マイクロ波の信号を送受信する。

【0029】

スイッチ回路１４は、半導体スイッチング素子を用いた半導体スイッチ回路である。スイッチ回路１４は、アンテナアレイ１３と信号処理回路１５との間に設けられている。スイッチ回路１４は、信号処理回路１５の制御の下、送受信を行うアンテナＡｎの切替を行う。

【0030】

信号処理回路１５は、受信したマイクロ波の電気信号に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う。信号処理回路１５は、マイクロ波の送信信号をアンテナアレイ１３に出力するとともに、そのマイクロ波の受信信号をアンテナアレイ１３から入力する信号入出力部として動作する。また、信号処理回路１５は、スイッチ回路１４を制御するための制御信号をスイッチ回路１４に出力している。マイクロ波の送信信号、受信信号の入出力と、制御信号の出力とにより、信号処理回路１５は、アンテナアレイ１３のいずれかのアンテナＡｎから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、アンテナアレイ１３のいずれかのアンテナＡｎで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する。

【0031】

スイッチ回路１４の詳細な構成について説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）には、スイッチ回路１４の一部の回路構成が示されている。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、スイッチ回路１４は、半導体スイッチング素子２１と、半導体スイッチング素子２２と、インバータ２５と、を備える。

【0032】

半導体スイッチング素子２１のソースは、信号処理回路１５の信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）に接続されている。また、半導体スイッチング素子２１のドレインは、アンテナＡｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）に接続されている。すなわち、半導体スイッチング素子２１は、アンテナＡｎと、信号処理回路１５の信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）との間に挿入されている。また、半導体スイッチング素子２１のゲートは、信号処理回路１５の制御信号ポートに接続されている。制御信号ポートからは制御信号ＣＴｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）が出力される。すなわち、本実施の形態では、半導体スイッチング素子２１が第１の半導体スイッチング素子に対応する。

【0033】

半導体スイッチング素子２２のソースは、半導体スイッチング素子２１のドレインに接続されている。また、半導体スイッチング素子２２のドレインは、接地されている。すなわち、半導体スイッチング素子２２は、半導体スイッチング素子２１のドレイン側とアンテナＡｎとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入されている。また、半導体スイッチング素子２２のゲートは、インバータ２５を介して、信号処理回路１５の制御信号ポートに接続されている。したがって、半導体スイッチング素子２２のゲートには、制御信号ＣＴｎの反転信号が入力される。

【0034】

図５（Ａ）に示すように、信号処理回路１５から出力される制御信号ＣＴｎがハイレベル（１）となると、半導体スイッチング素子２１はオンとなり、半導体スイッチング素子２２はオフとなる。この状態であれば、信号処理回路１５の送信ポート（Ｒｘ Ｐｏｒｔ）から出力されたマイクロ波の電気信号は、アンテナＡｎに出力され、アンテナＡｎからマイクロ波が放射されるか、アンテナＡｎで受信されたマイクロ波の電気信号は、信号処理回路１５の受信ポート（Ｒｘ Ｐｏｒｔ）に入力される。

【0035】

図５（Ｂ）に示すように、信号処理回路１５から出力される制御信号ＣＴｎがローレベル（０）となると、半導体スイッチング素子２１はオフとなり、半導体スイッチング素子２２はオンとなる。この状態であれば、信号処理回路１５の送受信ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）と、アンテナＡｎとは非接続となり、アンテナＡｎではマイクロ波の送受信は行われない。仮に、信号処理回路１５から半導体スイッチング素子２１を通してアンテナＡｎの方へリーク電流が流れたとしても、そのリーク電流は、半導体スイッチング素子２２を通ってグラウンドに流れるようになる。

【0036】

スイッチ回路１４は図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示されるようなアンテナＡｎに接続される回路を基本回路としている。以下では、この回路構成を基本回路３０とする。

【0037】

図６には、スイッチ回路１４の全体回路の回路構成が示されている。図６に示すように、スイッチ回路１４は、アンテナＡｎに接続する１６個の基本回路３０を有している。基本回路３０は、４個ずつの４グループに分けられている。

【0038】

スイッチ回路１４は、送信信号スイッチ（１Ｐ４Ｔスイッチ）３１と受信信号スイッチ（１Ｐ４Ｔスイッチ）３２とをさらに備えている。送信信号スイッチ３１は、インダクタ２３を介して信号処理回路１５の送信ポートと接続されている。

【0039】

送信信号スイッチ３１は、信号処理回路１５の送信ポートから出力された送信信号を入力する。送信信号スイッチ３１は、４つの送信ポートを有しており、送信するアンテナに接続された基本回路３０が属するグループにインダクタ２３を介して接続された送信ポートから、入力した送信信号を出力する。

【0040】

受信信号スイッチ３２は、インダクタ２３を介して信号処理回路１５の受信ポートと接続されている。受信信号スイッチ３２は、受信アンテナとして選択されたアンテナＡｎから出力されたマイクロ波の受信信号をインダクタ２３を介して４つの受信ポートから入力する。受信信号スイッチ３２は、入力した受信信号を信号処理回路１５の受信ポートに出力する。

【0041】

図７には、送信信号スイッチ３１の回路構成が示されている。図７に示すように、送信信号スイッチ３１には、半導体スイッチング素子４０、４１、４２によって構成される回路が４組設けられている。半導体スイッチング素子４０、４１は、送信ポートの入力と、送信ポート出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとの間にそれぞれ直列に挿入されている。また、半導体スイッチング素子４２は、半導体スイッチング素子４０と半導体スイッチング素子４１との間と、グラウンド（ＧＮＤ）との間に挿入されている。

【0042】

送信ポート出力Ａから送信信号を出力する場合には、送信ポート出力Ａに接続された半導体スイッチング素子４０、４１をオンとし、オンとなった半導体スイッチング素子４０、４１に接続された半導体スイッチング素子４２をオフとする。その他の送信ポート出力Ｂ、Ｃ、Ｄに接続された半導体スイッチング素子４０、４１についてはオフとし、半導体スイッチング素子４２についてはオンとする。送信ポート出力Ｂ、Ｃ、Ｄから出力する場合も同様である。

【0043】

なお、半導体スイッチング素子４０、４１、４２のゲートには、信号処理回路１５から出力された制御信号ＣＴｎに基づく信号が入力される。この信号の入力により、半導体スイッチング素子４０、４１、４２の上述の制御が実施される。

【0044】

受信信号スイッチ３２の回路構成も図７と同じであり、半導体スイッチング素子４０、４１、４２によって構成される回路が４組設けられており、その回路が、信号処理回路１５の受信ポートと、４つの受信ポート入力との間に挿入されている。なお、受信信号スイッチ３２の４つの受信ポートを、受信ポート入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。

【0045】

図６に戻り、送信信号スイッチ３１の送信ポート出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、インダクタ２３を介して対応するグループを構成する４つの基本回路３０に接続されている。例えば、送信ポート出力Ａから送信信号が出力された場合には、グループＡの各基本回路３０に送信信号が入力される。

【0046】

スイッチ回路１４は、４つのデマルチプレクサ３３をさらに備える。デマルチプレクサ３３は、基本回路３０のグループ毎に設けられている。４つのデマルチプレクサ３３には、信号処理回路１５から出力される制御信号が入力されている。制御信号には、どのアンテナＡｎを送信用、受信用として選択すべきか否かを示す情報が含まれている。各マルチプレクサ３３は、この制御信号ＣＴｎに基づいて、送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれているか否かを判定する。

【0047】

デマルチプレクサ３３は、送信用又は受信用として選択されたアンテナＡｎに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれている場合には、そのアンテナＡｎに接続された基本回路３０に出力する制御信号ＣＴｎをハイレベルとし、他の基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎについてはローレベルとする。図８Ａでは、制御信号ＣＴ１がハイレベルとなり、制御信号ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４がローレベルとなって、アンテナＡ１が選択される様子が示されている。なお、図８Ｂに示すように、アンテナＡｎと基本回路３０とが、インダクタとしてのボンディングワイヤ２４を介して接続されるようにしてもよい。

【0048】

また、デマルチプレクサ３３は、送信用又は受信用として選択されたアンテナに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれていない場合には、すべての基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎをローレベルとする。

【0049】

図６に戻り、アンテナＡ１が送信用アンテナとして選択され、アンテナＡ１３が受信用アンテナとして選択された場合が示されている。図６に示すように、この場合、信号処理回路１５から出力された送信信号はインダクタ２３を介してグループＡの各基本回路３０に入力される。ここで、アンテナＡ１に接続された各基本回路３０がハイレベルの制御信号ＣＴｎを入力している。この結果、送信信号に基づくマイクロ波はアンテナＡ１から放射される。

【0050】

一方、受信信号スイッチ３２及びデマルチプレクサ３３の選択動作により、アンテナＡ１３が、受信用アンテナとして選択されているので、アンテナＡ１３で受信されたマイクロ波の電気信号は、信号処理回路１５の受信ポートへ入力される。この場合、アンテナＡ１、Ａ１３以外のアンテナに対応する基本回路３０では、半導体スイッチング素子２２がオンとなっているため、リーク電流が流れたとしても、そのリーク電流をグラウンドに流すことができる。

【0051】

信号処理回路１５は、このようにして、送信用、受信用のアンテナを切替ながら、受信したマイクロ波の電気信号を入力して、その電気信号に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う。

【0052】

以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、半導体スイッチング素子２１と各アンテナとの接続部分と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入される半導体スイッチング素子２２を備えている。このため、送信用アンテナ又は受信用アンテナとして選択されていないアンテナＡｎに流れるリーク電流を、グラウンドに流すことができる。これにより、リーク電流による混信を防ぐことができる。

【0053】

また、本実施の形態によれば、送信信号スイッチ３１及び受信信号スイッチ３２を備えている。これらの回路には、半導体スイッチング素子４０、４１、４２が設けられている。対応するグループのアンテナＡｎが、送信用又は受信用として選択されていない場合には、半導体スイッチング素子４０、４１はオフとなるが、図９に示すように、例えば受信信号スイッチ３２から、送信信号スイッチ３１に向けてリーク電流が流れる可能性がある。しかしながら、送信信号スイッチ３１では、オフとなっている半導体スイッチング素子４０、４１に接続された半導体スイッチング素子４２がオンとなっているので、リーク電流はそのままグラウンドに流れ、送信信号にリーク電流の成分が流れることはない。

【0054】

図１０には、本実施の形態に係るスイッチ回路１４のＳ−Ｐパラメータ、すなわち挿入損失、入力リターン損失、アイソレーションの特性が示されている。挿入損失は、半導体スイッチング素子２１、２２等を挿入することにより発生する損失を示している。また、入力リターン損失は、反射によるマイクロ波の損失を示している。アイソレーションは、半導体スイッチング素子２１、２２による絶縁性を示している。図１０に示すように、挿入損失は全帯域において０ｄＢ以下であり、入力リターン損失、アイソレーションとともに良好となっている。

【0055】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

【0056】

本実施の形態に係る癌検出装置１０は、スイッチ回路１４の一部の構成が、上記実施の形態１と異なる。図１１には、本実施の形態に係るスイッチ回路１４の回路構成が示されている。

【0057】

図１１に示すように、本実施の形態に係るスイッチ回路１４も、基本回路３０を回路の基本構成としているが、同じアンテナＡｎに接続する半導体スイッチング素子２１と半導体スイッチング素子２２とから成る基本回路３０が、グループＡとグループＢとに分けられている。本実施の形態では、グループＡが第１のグループに対応し、グループＢが第２のグループに対応する。

【0058】

このスイッチ回路１４は、グループＡのアンテナＡｎを送信用として用いる場合には、グループＢのアンテナＡｎを受信用として選択する。また、スイッチ回路１４は、グループＢのアンテナＡｎを送信用として用いる場合には、グループＡのアンテナＡｎを受信用として選択する。

【0059】

そこで、スイッチ回路１４は、送信用のアンテナＡｎのグループと、受信用のアンテナのグループとを切替る切替回路（２Ｐ２Ｔスイッチ）３５をさらに備えている。

【0060】

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）には、切替回路３５の回路構成が示されている。図１２（Ａ）に示すように、切替回路３５は、半導体スイッチング素子５０、５１、５２、５３を備えている。

【0061】

半導体スイッチング素子５０は、グループＡの各半導体スイッチング素子２１と信号処理回路１５の送信ポートとの間に挿入されている。本実施の形態では、半導体スイッチング素子５０が第５の半導体スイッチング素子に対応する。

【0062】

また、半導体スイッチング素子５１は、グループＢの各半導体スイッチング素子２１と信号処理回路１５の受信ポートとの間に挿入されている。本実施の形態では、半導体スイッチング素子５１が第６の半導体スイッチング素子に対応する。

【0063】

また、半導体スイッチング素子５２は、グループＡの各半導体スイッチング素子２１と信号処理回路１５の受信ポートとの間に挿入されている。本実施の形態では、半導体スイッチング素子５２が第７の半導体スイッチング素子に対応する。

【0064】

また、半導体スイッチング素子５３は、グループＢの各半導体スイッチング素子２１と信号処理回路１５の送信ポートとの間に挿入されている。本実施の形態では、半導体スイッチング素子５３が第８の半導体スイッチング素子に対応する。

【0065】

半導体スイッチング素子５０、５１のゲートには、信号処理回路１５から出力される制御信号ＣＴが入力される。一方、切替回路３５には、インバータ５４がさらに設けられている。インバータ５４は、制御信号ＣＴを反転させる。半導体スイッチング素子５２、５３のゲートには、制御信号ＣＴの反転信号が入力される。

【0066】

例えば、図１２（Ａ）に示すように、送信用アンテナをグループＡに属するアンテナＡｎとし、受信用アンテナをグループＢに属するアンテナＡｎとする場合には、制御信号ＣＴをハイレベルとする。これにより、半導体スイッチング素子５０、５１がオンとなり、半導体スイッチング素子５２、５３がオフとなる。このようにすれば、送信ポートから出力された送信信号は、グループＡに対応するアンテナＡｎに出力され、グループＢに対応するアンテナＡｎで受信された受信信号は、受信ポートへ出力される。

【0067】

また、図１２（Ｂ）に示すように、送信用アンテナをグループＢに属するアンテナＡｎとし、受信用アンテナをグループＡに属するアンテナＡｎとする場合には、制御信号ＣＴをローレベルとする。これにより、半導体スイッチング素子５０、５１がオフとなり、半導体スイッチング素子５２、５３がオンとなる。このようにすれば、信号処理回路１５の送信ポートから出力された送信信号は、グループＢに対応するアンテナＡｎに出力され、グループＡに対応するアンテナＡｎで受信された受信信号は、信号処理回路１５の受信ポートへ出力される。

【0068】

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。

【0069】

本実施の形態では、切替回路３５の構成が上記実施の形態２と異なる。図１３及び図１４には、切替回路３５の回路構成が示されている。図１３に示すように、切替回路３５には、半導体スイッチング素子５０、５１、５２、５３の代わりに、それぞれ半導体スイッチング素子６０、６１、６２の組み合わせから成る回路が挿入されている。半導体スイッチング素子５０、５１、５２、５３の代わりに挿入されている回路をそれぞれ回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。

【0070】

より詳細には、本実施の形態では、回路Ａでは、第５の半導体スイッチング素子としての半導体スイッチング素子６０、６１が直列に２つ接続されている。また、回路Ｂでは、第６の半導体スイッチング素子としての半導体スイッチング素子６０、６１が直列に２つ接続されている。また、回路Ｃでは、第７の半導体スイッチング素子としての半導体スイッチング素子６０、６１が直列に２つ接続されている。回路Ｄでは、第８の半導体スイッチング素子としての半導体スイッチング素子６０、６１が直列に２つ接続されている。

【0071】

さらに、回路Ａにおいて、直列に接続された半導体スイッチング素子６０、６１の連接部分とグラウンドとの間には、第９の半導体スイッチング素子としての半導体スイッチング素子６２が挿入されている。また、回路Ｂにおいて、直列に接続された半導体スイッチング素子６０、６１の連接部分とグラウンドとの間には、半導体スイッチング素子６２が挿入されている。

【0072】

また、回路Ｃでも、直列に接続された半導体スイッチング素子６０、６１の連接部分とグラウンドとの間に半導体スイッチング素子６２が挿入されている。さらに、回路Ｄでも、直列に接続された半導体スイッチング素子６０、６１の連接部分とグラウンドとの間にそれぞれ接続された半導体スイッチング素子６２が挿入されている。

【0073】

例えば、図１３に示すように、送信用アンテナをグループＡに対応するアンテナＡｎとし、受信用アンテナをグループＢに対応するアンテナＡｎとする場合には、回路Ａ、Ｂの半導体スイッチング素子６０、６１をオンするとともに半導体スイッチング素子６２をオフする一方、回路Ｃ、Ｄの半導体スイッチング素子６０、６１をオフするとともに半導体スイッチング素子６２をオンする。このようにすれば、信号処理回路１５の送信ポートから出力された送信信号は、グループＡに対応するアンテナＡｎに出力され、グループＢに対応するアンテナＡｎで受信された受信信号は、信号処理回路１５の受信ポートへ出力される。

【0074】

このとき、グループＣ、Ｄにリーク電流が流れ込んだ場合でも、そのリーク電流は、半導体スイッチング素子６２を介してグラウンドに流れ込むため、リーク電流による混信の発生が防止されている。

【0075】

例えば、図１４に示すように、送信用アンテナをグループＢに対応するアンテナＡｎとし、受信用アンテナをグループＡに対応するアンテナＡｎとする場合には、回路Ａ、Ｂの半導体スイッチング素子６０、６１をオフするとともに半導体スイッチング素子６２をオンする一方、回路Ｃ、Ｄの半導体スイッチング素子６０、６１をオンするとともに半導体スイッチング素子６２をオフする。このようにすれば、信号処理回路１５の送信ポートから出力された送信信号は、グループＢに対応するアンテナＡｎに出力され、グループＡに対応するアンテナＡｎで受信された受信信号は、信号処理回路１５の受信ポートへ出力される。

【0076】

このとき、グループＡ、Ｂにリーク電流が流れ込んだ場合でも、そのリーク電流は、半導体スイッチング素子６２を介してグラウンドに流れ込むため、リーク電流による混信の発生が防止されている。

【0077】

図１５には、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０のアイソレーション特性が示されている。図１５では、上記実施の形態１に係る癌検出装置１０のアイソレーション特性が実線で示されている。また、上記実施の形態２に係る癌検出装置１０のアイソレーション特性が点線で示されている。上記実施の形態３に係る癌検出装置１０のアイソレーション特性が一点鎖線で示されている。図１５に示すように、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０のアイソレーション特性は全帯域で、０ｄＢ以下となり安定しているが、本実施の形態１、３に係る癌検出装置１０は、本実施の形態２に係る癌検出装置１０よりも良好な特性となっている。これは、送信信号スイッチ３１、受信信号スイッチ３２や切替回路３５において、半導体スイッチング素子を２つ直列に接続し、直列に接続された部分を接地することによって実現されるものである。

【0078】

図１６には、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０の挿入損失特性が示されている。図１６では、上記実施の形態１の癌検出装置１０の挿入損失特性が実線で示されている。また、上記実施の形態２に係る癌検出装置１０の挿入損失特性が点線で示され、上記実施の形態３に係る癌検出装置１０の挿入損失特性が一点鎖線で示されている。図１６に示すように、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０の挿入損失特性は、全帯域で０ｄＢ以下となっており、良好な特性を示している。

【0079】

図１７には、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０のリターン損失特性が示されている。図１７では、上記実施の形態１の癌検出装置１０のリターン損失特性が実線で示されている。また、上記実施の形態２に係る癌検出装置１０のリターン損失特性が点線で示され、上記実施の形態３に係る癌検出装置１０のリターン損失特性が一点鎖線で示されている。図１７に示すように、上記実施の形態１、２、３に係る癌検出装置１０のリターン損失特性は、全帯域で０ｄＢ以下となっており、良好な特性を示している。

【0080】

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。

【0081】

本実施の形態では、アンテナＡｎは、正極側の電気信号と負極側の電気信号との差分である差動信号に基づくマイクロ波の送受信を行う。また、信号処理回路１５の信号ポートは、差動信号の正極側の電気信号及び負極側の電気信号の入出力を行う。

【0082】

図１８には、本実施の形態に係る基本回路３０の回路構成が示されている。図１８に示すように、基本回路３０は、送信信号回路８０と、受信信号回路８１とに分けられている。

【0083】

送信信号回路８０は、半導体スイッチング素子７０、７１、７２、７３を備えている。
半導体スイッチング素子７０、７１が、差動信号の正極側の電気信号に対応して挿入されている。また、半導体スイッチング素子７２、７３は、負極側の電気信号に対応して挿入されている。

【0084】

半導体スイッチング素子７０、７２は、図５（Ａ）等の半導体スイッチング素子２１と同じであり、半導体スイッチング素子７１、７３は、図５（Ａ）等の半導体スイッチング素子２２と同じである。

【0085】

すなわち、送信信号回路８０は、差動信号の正極側、負極側の送信信号をアンテナＡｎに送信するための半導体スイッチング素子７０、７２と、送信信号を送信しない時に、正極側の送信信号と負極側の送信信号の送信経路を接地するための半導体スイッチング素子７１、７３を備える。

【0086】

受信信号回路８１の構成は、送信信号回路８０の構成とほぼ同じである。

【0087】

アンテナＡｎにより送信信号を送信する場合には、送信信号回路８０では、半導体スイッチング素子７０、７２をオンするとともに、半導体スイッチング素子７１、７３をオフする。また、受信信号回路８１では、半導体スイッチング素子７０、７２をオフするとともに、半導体スイッチング素子７１、７３をオンする。このようにすれば、受信信号回路８１において、送信信号によるリーク電流は、半導体スイッチング素子７１、７３からグラウンドに流れるようになる。

【0088】

アンテナＡｎから受信信号を受信する場合には、送信信号回路８０では、半導体スイッチング素子７０、７２をオフするとともに、半導体スイッチング素子７１、７３をオンする。また、受信信号回路８１では、半導体スイッチング素子７０、７２をオンするとともに、半導体スイッチング素子７１、７３をオフする。このようにすれば、送信信号回路８０において、受信信号によるリーク電流は、半導体スイッチング素子７１、７３からグラウンドに流れるようになる。

【0089】

図１９には、本実施の形態に係る癌検出装置１０の各種特性が示されている。図１９に示すように、癌検出装置１０では、挿入損失、入力リターン損失、及びアイソレーションは、全帯域で０ｄＢ以下となっている。

【0090】

上記各実施の形態では、アンテナの数を１６個としたが、本発明はこれには限られず、アンテナの数は任意でよい。

【0091】

本発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明は、乳癌センサなどに用いられる半導体スイッチ回路に好適である。また、本発明は、乳癌センサに限らず、他の腫瘍等、生体内の誘電率の異なる領域の検出・判別に応用可能である。

【符号の説明】

【0093】

１０ 癌検出装置
１１ 本体
１２ 表示装置
１３ アンテナアレイ
１４ スイッチ回路
１５ 信号処理回路
２１、２２ 半導体スイッチング素子
２３ インダクタ
２４ ボンディングワイヤ
２５ インバータ
３０ 基本回路
３１ 送信信号スイッチ
３２ 受信信号スイッチ
３３ デマルチプレクサ
３５ 切替回路
４０、４１、４２ 半導体スイッチング素子
５０、５１、５２、５３ 半導体スイッチング素子
５４ インバータ
６０、６１、６２ 半導体スイッチング素子
７０、７１、７２、７３ 半導体スイッチング素子
８０ 送信信号回路
８１ 受信信号回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】