JPH0461506A

JPH0461506A - 電磁遅延素子及び電磁遅延線

Info

Publication number: JPH0461506A
Application number: JP2171858A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshimura; 弘幸吉村
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電磁遅延素子及び電磁遅延線に関し、例えば、
超音波診断装置において送受信信号を遅延させるための
電磁遅延素子及び電磁遅延線に関する。

（従来の技術）従来のこの種の電磁遅延素子及び電磁遅延線を第６図に
示す。同図において、遅延素子３１は、インダクタ３２
及びコンデンサ３３から構成される装置素子３１の遅延
時間ｔｄ、特性インピーダンスＺ０は周知のように次式
で与えられる。なお１次式において、Ｌはインダクタ３
２のインダクタンス値、Ｃはコンデンサ３３の静電容量
値である。

ｔｄ＝ｆＴで−（ｓｅｃ）ｚｏ＝ｍで　〔Ω〕この遅延素子３１を、第６＠に示すように所望の遅延量
ｔｄＸｎが得られるように複数段（ｎ段）カスケード接
続して電磁遅延線を構成し、この電磁遅延線の初段と終
段にインピーダンスマツチングを行うための終端抵抗３
４を接続する。ここで、遅延素子３１における遅延時間
ｔｄの決定に当たっては、通常、次の２点が考慮されて
いる。

■電磁遅延線に要求される周波数特性すなわち、遅延時間ｔｄが短く、カスケード接続段数が
多い程、周波数特性の偏位量、信号の歪みが少なくなる
。

■電磁遅延線の寸法遅延素子３１のカスケード接続段数が多い程、電磁遅延
線の寸法は当然長くなるため、小型化を図るにはカスケ
ード接続段数が少ないことが望まれる。

さて、上述したような電磁遅延線が多く用いられている
装置として、例えば特願平１−２９３７３６号に示され
るように超音波の送受信により被検体の断層画像を得る
超音波診断装置を挙げることができる。以下、この種の
超音波診断装置において電磁遅延線がどのような形で用
いられるかについて説明する。

一般的な超音波診断装置においては、複数個の超音波振
動子による送受信信号に遅延をかけて、特定の観測点に
送信超音波が収束して受信感度が向上するようになって
いる。この様子を第７図に示す。同図において、送信回
路３５からの送信信号が、全体として遅延時間を段階的
に可変とした電磁遅延線すなわち可変遅延線３６を通過
して所定の時間遅延され、複数の超音波振動子３７に加
えられてこれらをそれぞれ励振させる。これにより、各
々の超音波振動子３７から位相制御された形で超音波が
出射され、観測点Ｐにおいて各超音波の位相が合致して
送信超音波が観測点Ｐに収束することになる。

一方、受信の場合には観測点Ｐからの超音波が各々の超
音波振動子３７により受信され、可変遅延線３６によっ
て観測点Ｐからの信号に対して位相が合致するように整
相され、加算されて受信回路３８に導かれる。なお、こ
の第７図では便宜上、送受信共同−の可変遅延線３６を
使用しているが、実際には送受信各々専用の可変遅延線
が使用される。

第８図は、第７図における可変遅延線３６を実現する受
信用の回路構成を示している。第７図に示したように、
超音波振動子３７の数に対応する可変遅延線３６を設け
ると非常に高価になるため、実際には遅延時間の短い電
磁遅延素子を複数個カスケード接続して電磁遅延線３９
を構成し、長い遅延時間の実現を可能としている。第８
図において、複数個の超音波振動子３７からの受信信号
を前置増幅器４０により増幅し、クロスポイントスイッ
チ４１へ導く。このクロスポイントスイッチ４１は、第
９図に示すようにＸ、Ｙ方向に複数の信号線が直交する
ように配置され、直交する各交点にスイッチ４２を有す
るいわゆるマトリックススイッチである。

前記第８図では、クロスポイントスイッチ４１のＸ方向
の信号線に前置増幅器４０の出力側が接続され、Ｙ方向
の信号線は電磁遅延線３９の各タップに接続されている
。このクロスポイントスイッチ４１を構成する個々のス
イッチ４２を１図示されていない制御回路により制御し
、個々の超音波振動子３７からの受信信号に対して電磁
遅延線３９により所望の遅延時間を与える。なお、第８
図において４３はアンプ、４４は遅延時間設定ユニット
を示す。

第１０図は、受信時のフォーカスを深さ方向に切り換え
て多段受信フォーカスを可能とする超音波診断装置用受
信ダイナミックフォーカス回路を示している。すなわち
、２系統の遅延時間設定ユニット４４Ａ、４４Ｂを備え
、これらにより遅延時間の設定を交互に行い、遅延時間
の設定が行われていない区間をゾーン切換スイッチ４５
により選択、加算して受信中のダイナミックフォーカス
を可能とするものである。例えば、８段ダイナミックフ
ォ−カスの場合、一方の設定ユニット４４Ａは８つのゾ
ーンのうちゾーン１，３，５．７を、また他方の設定ユ
ニット４４Ｂはゾーン２，４，６．８を受は持ち、ゾー
ン切換スイッチ４５により各設定ユニット４４Ａ、４４
Ｂの出力を切換えて一画面を構成するようになっている
。

この回路の欠点としては、ダイナミックフォーカスのフ
ォーカス切り換えが連続的に行われず、準連続的である
ことである。すなわち、クロスポイントスイッチ４１に
スイッチ４２の選択データを設定している間はフォーカ
スを切り換えることができない。例えば、超音波振動子
３７の周波数を７．５ＭＨｚ、その配列数を９６とし、
クロスポイントスイッチ４１の１個のスイッチ４２の設
定に要する時間を５０ｎｓとすると、総てのスイッチ４
２を設定するには４．８μｓ必要となる。この時間は超
音波距離で３．７ｍに相当し、表示深度を５０１ｏｍと
するとフォーカス段数は１４段となるため、準連続的な
受信ダイナミックフォーカスを可能にするものではあっ
ても、連続ダイナミックフォーカスとは言えないもので
あつた・（発明が解決しようとする課題）上述した如〈従来の電磁遅延線では、各電磁遅延素子の
遅延時間が固定されているため、電磁遅延線にタップを
複数設けると共に、これらのタップをクロスポイントス
イッチにより選択する制御回路が必要であり、超音波診
断装置においてはこの制御回路によるスイッチの設定に
要する時間のために連続的な受信ダイナミックフォーカ
スを実現することができず、深度方向の分解能が不十分
であった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、各電磁遅延素子の遅延時間を
可変として連続的な受信ダイナミックフォーカスを可能
にした電磁遅延素子及び電磁遅延線を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明にかかる電磁遅延素子
は、この遅延素子を構成するインダクタンスとして可変
インダクタンストランスの２次側インダクタンスを用い
、前記トランスの１次側の直流電流を制御して前記２次
側インダクタンスを可変にすると共に、遅延素子を構成
する静電容量として可変容量ダイオードの静電容量を用
い、このダイオードの両端電圧を制御してその静電容量
を可変にしたものである。

また、本発明にかかる電磁遅延線は、上記電磁遅延素子
を複数個直列に接続したものであり、この電磁遅延線の
両端に特性インピーダンスマツチング用の終端抵抗手段
を接続する場合には、ＰＩＮダイオードやＦＥＴを用い
た可変抵抗手段を接続することが望ましい。

（作用）本発明によれば、電磁遅延素子を構成する可変インダク
タンストランスの２次側インダクタンス値が１次側直流
電流（直流バイアス磁界）によって変化すると共に、可
変容量ダイオードの静電容量値がその両端に加えられる
バイアス電圧によって変化するため、これらのインダク
タンス値及び静電容量値に基づく遅延時間が可変となる
。一方、これにともなって電磁遅延素子の特性インピー
ダンスも変化するので、この特性インピーダンスに合わ
せてＰＩＮダイオード等の終端可変抵抗手段のバイアス
電流を制御し、その抵抗値を特性インピーダンスとマツ
チングさせることにより、連続可変で歪みの少ない電磁
遅延線を実現することができる。

（実施例）以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すもので。

同図において１０は電磁遅延素子であり、この電磁遅延
素子１０を複数個直列（カスケード）接続してその終端
に可変抵抗２０をそれぞれ接続することにより、電磁遅
延線が構成されている。なお、３１．３２はぞれぞれ受
信信号の入力端子、出力端子である。

ここで、電磁遅延素子１０は、静電容量値が可変のコン
デンサとして機能する可変容量ダイオード１１と、イン
ダクタンス値が可変のコイルとして機能する可変インダ
クタンストランス１２とを備えている。また、電磁遅延
素子１０の特性インビーダンスとマツチングさせるため
の終端可変抵抗手段２０としては、ＰＩＮダイオード２
１が用いられている。

なお、第２図は可変容量ダイオード１１の逆バイアス電
圧に対する容量変化を、また、第３図はＰＩＮダイオー
ド２１の順電流に対する抵抗値の変化を、更に、第４図
は可変インダクタンストランス１２における強磁性体（
コア）のＢ−Ｈ曲線をそれぞれ示している。

再び第１図において、可変インダクタンストランス１２
の１次側には、可変インダクタンスバイアス電流設定信
号がベースに加えられるトランジスタ１３により所望の
直流電流が流れ、第４図に示したＢ−Ｈ曲線のＰ点（ト
ランジスタで例えれば動作点）が決定される。一方、ト
ランス１２の２次側は受信信号の入力端子３１及び出力
端子３２に接続されていて受信電流が流れることにより
、上記Ｐ点を中心としてトランス１２が動作することに
なる。

従って、トランス１２の２次側から見た時のインダグタ
ンス値りは、以下の式のようになる。

μ０　μｒ　　　　１　　　δＢここで、μ０は真空の透磁率、μｒは比透磁率である。

上式から、トランス１２の１次側のバイアス直流電流の
値を制御することにより、２次側のインダクタンス値り
を可変できることになる。

この実施例では、以上のような特性を持った各素子を組
合せることにより遅延時間を可変とした電磁遅延素子１
０が構成されるが、実際にバイアス電圧／電流を設定す
る回路を含めて、この電磁遅延素子１０の作用を第１図
に基づき説明する。

まず、可変容量ダイオード１１に逆バイアス電圧が印加
されるように、オペアンプ１４の入力信号として可変容
量ダイオードバイアス電圧設定信号を加える。なお、１
５は交流成分（具体的には電磁遅延線の入力端子３１か
らの信号）を阻止し、オペアンプ１４に対する交流成分
の影響をなくすことを目的とするインダクタンスである
。

一方、可変インダクタンストランス１２の１次側には、
トランジスタ１３及び抵抗１６からなる定電流回路によ
り、トランジスタ１３のベースに印加された可変インダ
クタンスバイアス電流設定信号に応じた所定の直流電流
が電源より供給される。この直流電流により、前述した
ようにトランス１２の２次側のインダクタンス値が変化
するものである。

ここで、抵抗１６に並列接続されたコンデンサＩ７は、
交流成分に対する上記定電流回路の動作阻止を目的とす
るものである。

以上のようにして、可変インダクタンストランス１２の
２次側インダクタンス値し及び可変ダイオード１１の容
を値Ｃを変化させることにより、遅延時間ｔ　ｄ（＝　
ｆ丁で）及び特性インピーダンスｚ０（＝ｖ”ｆ７で）
が可変となる。通常はＺｏを一定とし、すなわちＬ／Ｃ
を一定として遅延時間ｔｄを変化させるが、可変範囲等
の問題により特性インピーダンスｚ０をずらす必要があ
る場合には、終端可変抵抗手段２０内のＰＩＮダイオー
ド２１に流れる直流電流を、可変抵抗バイアス電流設定
信号に基づいてトランジスタ２２及び抵抗２３からなる
定電流回路により制御し、ＰＩＮダイオード２１の抵抗
値を変えて前記Ｚ。と整合させればよい。なお、終端可
変抵抗手段２０内のコンデンサ２４は、交流成分に対す
る定電流回路の動作阻止用である。

また、終端可変抵抗手段２０は、電磁遅延線の前段の増
帽器側でインピーダンスマツチングが行われる場合には
不要になるため、本発明に必要不可欠の構成要素ではな
い。

次に、第５図は本発明の他の実施例であり、この実施例
はインピーダンスマツチング用の終端可変抵抗手段２０
としてＦＥＴ２５を用いたものである。

すなわち第５図に示すように、ＦＥＴ２５のゲートには
可変抵抗バイアス電圧設定信号が加えられており、この
設定信号に応じてＦＥＴ２５のソース・ドレイン間電流
を制御し、ソース・ドレイン間抵抗を変えて特性インピ
ーダンスＺ０と整合させるものである。なお、電磁遅延
素子１０の構成及び動作は第１図と同一であるため、説
明を省略する。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、可変インダクタンストラ
ンス及び可変容量ダイオードにより遅延時間を可変とし
た電磁遅延素子を構成し、この電磁遅延素子を複数個直
列接続して電磁遅延線を構成すると共に、必要に応じて
ＰＩＮダイオードやＦＥＴを用いた終端可変抵抗手段に
よりインピーダンスマツチングを行うものであるため、
遅延時間を少なくとも１０倍まで可変にすることができ
、超音波診断装置における連続的な受信ダイナミックフ
ォーカスを可能にして深度方向の分解能を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電磁遅延線の構成図、
第２図は可変容量ダイオードの電気的特性図、第３図は
ＰＩＮダイオードの電気的特性図、第４図は強磁性体の
Ｂ−Ｈ曲線の説明図、第５図は本発明の他の実施例を示
す電磁遅延線の構成図、第６図ないし第１０図は従来の
技術を説明するためのもので、第６図は電磁遅延線の構
成図、第７図は超音波診断装置において電磁遅延線を用
いた音波の収束を示す説明図、第８図は同じく受信信号
に対する可変遅延ユニットの説明図、第９図はクロスポ
イントスイッチの等価回路図、第１０図は超音波診断装
置におレブる受信ダイナミックフォーカスの回路図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）インダクタンス及び静電容量により入力信号を遅
延させて出力する電磁遅延素子において、前記インダク
タンスとして可変インダクタンストランスの２次側イン
ダクタンスを用い、前記トランスの１次側の直流電流を
制御して前記２次側インダクタンスを可変にすると共に
、前記静電容量として可変容量ダイオードの静電容量を用
い、前記可変容量ダイオードの両端電圧を制御してその
静電容量を可変にしたことを特徴とする電磁遅延素子。
（２）インダクタンス及び静電容量により入力信号を遅
延させて出力する電磁遅延素子であって、前記インダク
タンスとして可変インダクタンストランスの２次側イン
ダクタンスを用い、前記トランスの１次側の直流電流を
制御して前記２次側インダクタンスを可変にすると共に
、前記静電容量として可変容量ダイオードの静電容量を
用い、前記可変容量ダイオードの両端電圧を制御してそ
の静電容量を可変にした電磁遅延素子を形成し、この電
磁遅延素子を複数個直列に接続したことを特徴とする電
磁遅延線。
（３）複数個の電磁遅延素子の直列回路の始端及び終端
に、前記電磁遅延素子の特性インピーダンスにマッチン
グさせるための終端可変抵抗手段を備えた請求項（２）
記載の電磁遅延線。