JPH06100584B2 - 超音波撮像装置の送受波回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電子スキヤン方式の超音波撮像装置の送受波回
路に係り、特に多数のチヤンネルの集積化に好適な送受
波回路の構成に関する。

〔発明の背景〕 従来この種の送受波回路は振動子側に振動子と対になつ
たスイツチを設け、送波ドライバー及び、前置増幅器
は、口径を構成する振動子の数だけ用意されており、１
回の走査のためにすべての送受波器が動作しており、ま
た半導体集積できる回路構成とはなつていない。各振動
子にパルス発生器（送波器）をそれぞれ設け、振動子と
送波器とが一対一に対応する例としては、特開昭52−13
1679号があるが、送波器のブロツク分割については触れ
ていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、超音波振動子の送受波において所望の
振動子を選択し超音波ビームを形成せしめる送受波回路
において半導体集積技術を用いて小型化する際に適した
送受波回路構成を提供することにある。

〔発明の概要〕

従来の電子スキヤン方式超音波撮像装置は、振動子を高
耐圧のマルチプレクサによつて選択し、口径を構成する
振動子（素子）の数に一致するチヤンネル（以下の説明
では、一つの振動子（素子）につながる送波ドライバ
ー、前置増幅器を含む一つの回路を略してチヤンネルと
表現する）数のすべでが動作状態にある送受信回路を有
すため、集積化において消費電力の点で集積化するチヤ
ンネル数が限定されるとともに、前置増幅器においては
発振が懸念されるものである。本発明は、集積化した多
数のチヤンネルにおいて動作するチヤンネル数を少なく
することによつて消費電力をおさえると共にクロストー
クによる前置増幅器の発振等を抑えるものである。本発
明では、多数の振動子を構成要素とする超音波撮像装置
において、一振動子（素子）と対をなす一送受波回路を
設け、多数の送受波回路をブロツク分割する構成によ
り、半導体集積化に好適な構成を提供する。さらに、よ
り具体的に言えば、本願発明では、送受波回路は超音波
振動子のそれぞれに一対一に対応して設けられ、送受波
口径を形成する超音波振動子の数に基づいて、送受波回
路が、それぞれ同時に動作しない複数の送受波回路から
なる送受波回路ブロックに分割され、送受波回路ブロッ
ク内のそれぞれの送受波回路のオン、オフを制御するデ
コーダを有し、複数の送受波回路ブロックのそれぞれに
おいて送受波を行なう超音波振動子をデコーダの信号に
基づき選択して、送受波口径を形成して送受波を行なう
ことを特徴とする。また、送受波回路が半導体集積化さ
れたことにも特徴がある。このような構成により、本願
発明によれば、複数の送受波回路は、複数の送受波回路
ブロックに分割され、複数の送受波回路ブロックのそれ
ぞれのブロックにおいて送受波を行なう振動子が一つの
み選択されるので、半導体集積化において１送受波回路
ブロツク当りの消費電力をおさえることができ、クロス
トークによる前置増幅器の発振を防止することができる
特徴を有する。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明による送受波回路のブロツク分割手法
の一実施例について示したものである。

第１図（ａ）は超音波振動子の配列を示しており、数字
のブロツクが一素子に対応する。送受波回路のブロツク
分割について説明する。第１図（ａ）に示すように超音
波振動子の素子数がＮ個からなり、一口径がＭ素子で構
成され、一素子ずつ口径位置をずらして送受波を行なう
場合、一つの送受波回路ブロツクにおいて動作する送受
波回路が一チャンネルである場合の、送受波回路の分割
の実施例を第１図（ｂ）に示す。第１図（ｂ）の横の行
は、第１図（ａ）に示す超音波振動子の素子を（N/M）
個の、それぞれＭ個からなる振動子を有する振動子配列
に分けて２次元表示したものである。第１図（ｂ）にお
いて、１番目の振動子配列は、第１行に示される素子
（１、２、３、…、Ｍ−１、Ｍ）からなり、２番目の振
動子配列は、第２行に示される素子（Ｍ＋１、Ｍ＋２、
Ｍ＋３、…、2M−１、2M）からなり、以下同様にして、
ｋ番目の振動子配列は、第ｋ列の素子（（ｋ−１）Ｍ＋
１、（ｋ−１）Ｍ＋２、（ｋ−１）Ｍ＋３、…、（（ｋ
−１）Ｍ−１）、kM）からなる。即ち、配列された超音
波振動子（第１図（ａ））のそれぞれが異なる振動子配
列に重複して属しないように、配列された超音波振動子
は複数の振動子配列に分けられることになる。次に、こ
のように分けられた振動子配列に属する振動子を、分割
された送受波回路のブロツク（送受波回路ブロツク）に
よって、送受波させる構成について説明する。複数の送
受波回路ブロツクのそれぞれは、第１図（ｂ）に示され
る、縦のそれぞれの列に示される超音波振動子の送受波
を行うように分割されている。即ち、送受波回路は、Ｍ
個の送受波回路ブロツクに分割され、第１番目の送受波
回路ブロツクは、左の第１列の素子（１、Ｍ＋１、2M＋
１、…、Ｎ−Ｍ＋１）を送受波させ、第２番目の送受波
回路ブロツクは、左の第２列の素子（２、Ｍ＋２、2M＋
２、…、Ｎ−Ｍ＋２）を送受波させ、以下同様にして、
第ｋ番目の送受波回路ブロツクは、左の第ｋ列の素子
（ｋ、Ｍ＋ｋ、2M＋ｋ、…、Ｎ−Ｍ＋ｋ）のいずれかを
選択し送受波させる。本実施例では、まず最初に、第１
図（ｂ）の上の横の第１行に示される、素子（１、２、
…、Ｍ）が開口に選択され動作して送受波（＊１）を行
なう。次いで、素子（２、３、…、Ｍ＋１）が開口に選
択され動作して送受波（＊２）を行なう。この時、送受
波（＊２）では、送受波（＊１）において動作した先頭
の素子（１）の代わりに第２行の先頭の素子（Ｍ＋１）
が動作しており、縦の各列では複数の素子が動作するこ
となく一素子のみが動作している。以下同様にして、送
受波（＊（2M＋３））では、斜線で示された第３行から
第４行のＭ個の素子（2M＋３、2M＋４、…、3M＋１、3M
＋２）が開口として選択され動作し送受波する。この
時、送受波（＊（2M＋３））では、送受波（＊（2M＋
１））において動作した先頭の２つの素子（2M＋１）、
2M＋２）の素子の代わりに、第４行の先頭の２つの素子
（3M＋１、3M＋２）が動作しており、縦の各列で複数の
素子が動作することなく一素子のみが動作している。こ
のように開口が選択され超音波振動子が動作する動作状
態を一般にSiで表わすと、ｉ＝１、２、…、（Ｎ−Ｍ＋
１）であり、動作状態は（Ｎ−Ｍ＋１）通りあるが、先
に説明したように、いずれの動作状態においても、第１
図（ｂ）の縦の各列では、複数の素子が動作することな
く一素子のみが動作する構成となっている。逆に言え
ば、ある任意の素子は、互いに異なる複数の送受波回路
ブロツクにより送受波されるものではなく、第１図
（ｂ）で示される振動子配列と送受波回路ブロツクの構
成により定まる特定の１個のみの送受波回路ブロツクに
より送受波される。各送受波回路ブロツクは以上の説明
の中の各素子の動作に係り、動作状態Siのそれぞれに対
応して、送受波回路ブロツク−１は第１図（ｂ）に示さ
れる。左の第１列の素子（１、Ｍ＋１、2M＋１、…、Ｎ
−Ｍ＋１）のいずれかの振動子の送受波回路ブロツク−
２は左の第２列の素子（２、Ｍ＋２、2M＋２、…、Ｎ−
Ｍ＋２）のいずれかの振動子の、…、送受波回路ブロツ
ク−ｋは左の第ｋ列の素子（ｋ、Ｍ＋ｋ、2M＋ｋ、…、
Ｎ−Ｍ＋ｋ）のいずれかの振動子のそれぞれに関し送受
波を行う。即ち、縦のそれぞれの列に示される超音波振
動子の送受波は、送受波回路ブロツク内の互いに同時に
動作しない、送受波回路によりなされる。本願発明で
は、一振動子（素子）と対をなす一送受波器を設ける構
成とするので、複数素子からなる超音波振動子の素子は
複数の振動子郡に分割されるが、分割されたそれぞれの
振動子群の素子構成は、第１図（ｂ）に示す縦の各列で
示される。以上が、送受波回路のブロツク分割の構成
と、超音波振動子の素子を複数の振動子群に分割する構
成と、振動子群に分割された超音波振動子の素子の動作
の説明である。振動子群内の素子の送受波を行う送受波
回路ブロツクに関する説明は、後で、第２図、第３図に
示す例により、さらに詳細に説明される。

第２図は、前述したブロツク分割手法を用いて形成した
送受波回路実施例において、ひとつのブロツク80の中の
回路構成を示すものである。この構成の特徴は、前置増
幅器自体と、送波ドライバーにFETを用いることでドラ
イバー自体にスイツチ機能を持たせたことにある。40に
示す振動子素子群の駆動は高圧のドライブ用電源10よ
り、得る送波信号を、FETスイツチ群20により選択し同
調回路群30を経て、振動子群40のうちのひとつに印加す
ることにより行う。すなわち、状態Siの信号によりデコ
ーダ50から送波制御信号がFETスイツチ群20のゲートに
印加され、一回路のみが動作する。例えば、このブロツ
クを第１図（ｂ）の左端のブロツクとし、状態がS_2M+3
するなら、FETスイツチ群20は、上から４番目FETスイツ
チのみ動作し、第１図（ａ）の振動子列のうち3M＋１番
目の振動子が駆動される。一方、受信された超音波信号
は、振動子群40より同調回路群30、アイソレータ群70を
経て、前置増幅器群60へと導かれる。この時、前置増幅
器群60は、同様にデコーダ50のセレクト出力によつて上
から４番目のみ動作せしめられる。したがつて、この受
信波回路ブロツク80の出力線81には第１図（ａ）の3M＋
１番目の振動子の受信信号のみが増幅されて出力され
る。同時点において、第１図（ｂ）の左から２番目のブ
ロツクでは、3M＋２番目の素子のみ動作し、３番目のブ
ロツクでは、2M＋３番目の素子が動作し、Ｍ番目のブロ
ツクでは、3M番目の素子を動作させることにより、（2M
＋３）番目の振動子より順に（3M＋２）番目の振動子ま
でが動作し口径を形成し得ることになる。

第３図（ａ）は、振動子の配列素子数Ｎ＝10、送受波口
径を形成する素子数Ｍ＝５の場合の送受波回路ブロツク
と素子選択用のデコーダの全体を示すブロツク図であ
る。80a〜80eはそれぞれ送受波回路ブロツクを表し第１
図（ｂ）の縦の列において左端から順にB1〜B5としたも
のに相当する。ただし、各送受波回路ブロツクが受持つ
振動子数N/Mは本実施例の場合２である。したがって各
送受波回路ブロツクは第２図に示す構成にて、FETスイ
ツチ前置増幅器等はそれぞれ２組のみ備える。フロツク
間の相互関係は、状態Siが入った時にブロツク間が整合
する様されている。デコーダ50は、信号Siにより、各ブ
ロツクで選択すべき素子を示すデゴード信号を発するデ
ゴーダ51と、この信号に応じて各ブロツクごとに送波制
御パルスζτ，及び受信制御パルスζτを発する出力回
路5a〜5eを用している。出力回路5a〜5eには可変遅延回
路を有し、デコード信号に応じて各出力回路ごとにζτ
の遅延量を選択して送波フオーカスを実現できる。この
場合のブロツク間のタイムチヤートをS3まで第３図
（ｂ）に示す。φｊは送波制御パルス、4iは、受波制御
パルスを示し、送波パルス間の数字は、第１図（ｂ）に
示される横の行を表わし、１は上より第１行、２は上よ
り第２行に、状態Siにより示される素子があることを意
味する。

本発明の別の実施例を第４図に示す。第２図の実施例の
マルチプレクサ機能をもつた前置増幅器60の代りに、デ
ーコダ50の出力により受波信号のひとつを選択するスイ
ツチ90を設け、前置増幅器100はひとつのみ設けたもの
である。他の符号は第２図の同様なものを示す。なお、
アイソレータ70を除き、スイツチ90としてアイソレーシ
ヨンを含めたスイツチとしても良い。

第５図は、さらに別の実施例を示し、第２図の実施例の
前置増幅器群60の代りにマルチプレクサ機能を有しない
前置増幅器110を用いて、これらの出力にマルチプレク
サ90を設けて、さらに増幅器100を接続したものであ
る。第６図はさらに別の実施例を示し、従来の構成に近
いものである。ドライバースイツチ120及び前置増幅器1
00を一つとし、振動子群40に選択スイツチ140を接続し
たものである。130は選択機能を有するアイソレータで
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波撮像装置の送受波回路の多数チ
ヤンネルの半導体集積化において、１送受波ブロツクあ
たりの消費電力をおさえることにより、集積化するチヤ
ンネル数を多数とすることができ、又システムも単純と
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のブロツク分割手法の一実施例を示し
た図、第２図は上記手法を実現する１ブロツクの回路を
示すブロツク図、第３図は、上記実施例のブロツク間の
構成図とタイムチヤートを示す図、第４図，第５図，第
６図は、上記手法によるそれぞれ別の実施例を示すブロ
ツク図である。 Ｎ……振動子数、Ｍ……口径振動子数、Si……状態番
号、φｊ……送波制御パルス位相、4i……受波制御パル
ス位相、10……高圧電源、20……送波ドライバー列、30
……R,L同調回路、40……振動子群、50……デコーダ、6
0……前置増幅器（マルチプレクサ機能有り）、70……
アイソレーター、80……ブロツク、5a〜5e……デコーダ
出力回路、90……N/M to1のマルチプレクサ、110……前
置増幅器群、120……ドライバースイツチ、130……アイ
ソレータ（スイツチ機能有り）、140……高耐圧スイツ
チ群。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の配列された超音波振動子を有し、
   送受波口径を形成する前記超音波振動子のそれぞれの送
   受波信号の位相を制御することにより超音波ビームを形
   成し、前記送受波口径の位置を順次切り換えて、超音波
   断層像を得る超音波撮像装置の送受波回路であり、前記
   送受波回路は送波回路と、スイッチ機能を備えたアイソ
   レータをもつ受波回路からなる超音波撮像装置の送受波
   回路において、前記送受波回路は前記超音波振動子のそ
   れぞれに一対一に対応して前記送受波回路が設けられ、
   前記送受波口径を形成する前記超音波振動子の数に基づ
   いて、前記送受波回路が、それぞれ同時に動作しない複
   数の送受波回路からなる複数の送受波回路ブロックに分
   割され、前記送受波回路ブロック内のそれぞれの送受波
   回路のオン、オフを制御するデコーダを有し、前記複数
   の送受波回路ブロックのそれぞれにおいて送受波を行な
   う前記超音波振動子を前記デコーダの信号に基づき選択
   して、前記送受波口径を形成して送受波を行なうことを
   特徴とする超音波撮像装置の送受波回路。
2. 【請求項２】デコーダは可変遅延回路を有し、前記デコ
   ーダに入力された信号に対応してそれぞれの前記送受波
   回路ブロックごとに位相遅延量を選択して送波制御し送
   波フォーカスすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の超音波撮像装置の送受波回路。