JPS5928295B2 - 超音波振動子励振用スイツチ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波振動子の励振回路に関するものである
。

最近の超音波診断装置は短冊状の超音波振動素子を複数
並べたアレー状の探触子を用いた電子走査形のものが開
発されている。

こ＼で、電子走査形のうち、リニア走査形のものについ
てその原理を第１図を用いて説明する。

同時に励振する振動素子１（以下エレメントと称す）ｋ
個（第１図ではに〜４）をひとつのグループとして、こ
れを１個のエレメントずつ切換えて選択移動させながら
、図のようにアレー状に配置された振動子に沿って超音
波ビームを走査線Ｌ１〜”ｎＫ＋１で示す如く励振する
つまり順次走査するものである。

ここでエレメント総数をｎ１同時動作させるエレメント
数をｋとすれば、リニア走査による。

超音波ビームの走査総数Ｍは、Ｍ ＝ ｎ −ｋ ＋
１である。

今、ｎ＝１．００ 、 ｋ 〜４とすれば、第１走査ラ
インＬ１は、＃工〜＃４のエレメントに接続されている
パルサＰ１〜Ｐ４を駆動する。

次に第２走査ラインＬ２は、Ｐ２〜Ｐ、のパルサを駆動
すすことにより得られる。

以下、同様の手順を繰り返し、上記アレーに沿って９７
本の走査ラインを得ることができる。

このため、走査ラインを大きくすると、それだけパルサ
の数が増加する。

したがって、実用的には、切換回路を用いてパルサの数
を大巾に減らしている。

この場合の装置を第２図に示す。

第２図の装置は、エレメント１とパルサＰ１〜Ｐｎをマ
トリックス状に配置し、図に示す対角線上の交点にのみ
スイッチ８１〜Ｓｎを設けたものである。

第２図に示す構成により、パルサの数は最低同時に動作
するエレメント数にまで減少できる。

しかしながら、パルサで発生する超音波診断装置用の圧
電振動子励振用パルスは一般に周波数１．〜１． ｏ
ＭＨ２％約２％０ＶＰ−Ｐのバースト波が用いられる。

このような高周波かつ高圧の正負のパルスを切換えるに
は、両極性に信号を通過させることのできる高耐圧のス
イッチング素子を必要とする。

このための切換手段として、第３図に示す構成が考えら
れる。

すなわちダイオードＤ１及びＤ２を互いに逆方向に接続
し、両極性信号を通過、阻止させるものである。

このような手段では、ダイオードＤ１及びＤ２の制御端
子Ｔ１及びＴ２には、正負の高圧制御電圧をＶａ及びｖ
ｂを印加することが必要となり、制御回路が複雑となる
。

さらに信号の正負の極性の変り目すなわち、一方のダイ
オードが０ＦＦ（遮断）され、他方がＯＮ（導通）状態
となる付近においては、通過信号に歪を生ずるなどの欠
点がある。

かかる欠点について第４図ａ −ｃを用いて説明する。

第４図すは一方向のみを通す従来のダイオードをスイッ
チング素子に利用した回路である。

図においてダイオードＤに印加される制御電圧Ｖｃ（端
子Ｔを介して印加される）を第４図ａに示す入力パルス
電圧の最小値−Ｖｘより十分低くとればダイオードは入
力パルス電圧を阻止する働らきをする。

すなわち、スイッチがＯＦＦの状態である。

次に電圧Ｖｃをパルスの最高電圧Ｖｐより高くすること
により、入力パルス電圧はダイオードを通過することが
できる。

すなわちスイッチがＯＮの状態となる。

したがってこのようなスイッチ回路では制御電圧が入力
パルス波形の谷よりも低い電圧と、山より高い電圧を必
要とする。

このため、正負の高い制御電圧を必要とし、このための
発生回路が複雑となり、実用的ではない。

又この制御電圧Ｖｃが片極性の時たとえば、０点から−
Ｖｘに変化する時は、第４図Ｃに示す如く、入力パルス
電圧の正側の電圧が阻止され整流された電圧波形となる
。

かかる点に鑑み本発明は、超音波振動子の励振用パルス
を歪なく簡単な構成で伝送することのできる超音波振動
子励振用スイッチ回路を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明は、超音波振動子励
振用スイッチ回路を構成するのに逆回復時間の長いダイ
オードを用いることを特徴とする。

この逆回復時間とは、第４図Ｃから明らかなように、そ
の最小時間巾は阻止される時間巾ｈｐち励振用人力パル
ス信号の半周期以上であればよい。

この逆回復時間内にあっては正側信号が阻止されること
なくダイオードを通過できることになる。

本発明は、スイッチング素子として逆回復時間の長い即
ちホール（Ｈｏｌｅ）蓄積効果の大きいダイオードをオ
リ用することを特徴とするが、ホール（Ｈｏｌｅ）蓄積
効果とは、順方向に動作させているダイオードを急に逆
方向にバイアスした時に逆電流を流す現象であり、通常
のダイオードはこの蓄積効果をなくすためダイオードの
不純物拡散層に金を拡散するなどの工程を加えている。

しかし本発明においては、積極的にこの現象を利用し、
ダイオードを瞬間的に双極性のスイッチング素子として
利用するものである。

特に超音波振動素子励振用パルスとしては、数Ａｌ５ｅ
ｃ間の持続時間を有するバースト波を用いているため、
この現象を効果的に利用することができる。

すなわち、スイッチング素子のダイオードとしてホール
蓄積効果の大きいものを選択し使用することである。

このような特性のダイオードとして型式ｌ５Ｓ１２２の
ダイオードが存在する。

このダイオードは、第５図に示す如き構造をしている。

即ち、Ｎ型シリコンＮ十上にエピタキシャル成長で薄い
不純物濃度の低いＮ層Ｎ−ＥＰを作り、その上にＰ層Ｐ
を拡散で作る。

さらにオーミックコンタクトをとるため金属極Ａｕが上
下の面に作られている。

第７図すは、本発明の一実施例の構成を示す回路図であ
り、第６図に示すような逆回復時間の長い（例えば１０
μＳｅｃ程度）ダイオードＤＰとこれに接続された抵抗
素子Ｒとからなる。

なお、第７図すにおいて、Ｉｎは入力端子、Ｏｕは出力
端子及びＣｏは制御端子である。

かかる構成において、数μｓｅ屯の持続時間を有する第
７図ａに示すような正負のパルスを入力電圧として入力
端子Ｉｎから印加すると、ダイオードＤＰを介して出力
端子Ｏｕに第７図Ｃに示すような正負のパルスを出力電
圧として得ることができる。

制御端子ＴＯには、入力電圧より低い正の電圧が印加さ
れる。

なお第７図ａ及びｂでは入力電圧のパルスの立ち上りの
向きは、ダイオードＤＰを順方向にバイアスする方向が
選択されているが、ダイオードＤＰの極性を逆にすれば
パルスの立ち上りの向きは逆にするのは勿論である。

第８図は本発明を反射エコーを受信する一般の超音波診
断装置に適用した装置であり、送信波形と受信波形の切
換えが行なわれる。

図において、ダイオードＤＰの制御電圧ＶｏがパルサＰ
で発生するパルス電圧より十分低ければダイオードはＯ
ＦＦの状態である。

次にＶｏが正の低い電圧になれば前述の説明の如く、送
信パルス電圧は超音波振動子Ｕｏに印加されることにな
る。

すなわち瞬間的に双方向の通電状態となり、このパルス
により振動子Ｕ。

は超音波を発生する。またエコーとして反射してきた超
音波は振動子で圧電変換され微小信号を発生するがＶｏ
が数Ｖ程度の正の電圧であるため、この微小信号はダイ
オードＤＰを通過し、アンプＡに供給される。

すなわち、送信波形、受信波形ともに切換えることがで
きる。

以上説明した如く逆回復時間の長いダイオードにより、
実用的な超音波振動子の送受信波形の切換器の構成を提
供できる。

なお、以上の説明ではダイオードについて説明をしたが
、このような逆回復時間を有する半導体、たとえばシリ
コン制御整流素子（ＳＣＲ）などにおいても同様の効果
があることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のリニア電子スキャンの概念的
説明図、第３図は従来の両極性ヌイツチの一構成例、第
４図は本発明を説明するための回路図、第５図は、本発
明で用いられるダイオードの構成図、第６図はその特性
曲線図、第γ図ａ〜Ｃは本発明の一実施例を説明するた
めの図、第８図は本発明を超音波診断装置に適用した場
合を説明するための図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人・出力端子間に接続され入力端子に印加される超
   音波励振用入力信号の半周期以上の逆回復時間のダイオ
   ード又はシリコン制御整流素子と、該ダイオードの出力
   端子又は前記素子のゲート端に接続された該ダイオ−又
   は前記素子の出力を制御する制御電圧を印加する端子と
   からなり、該ダイオード又は前記素子の入力側に超音波
   振動子励振用信号を印加し、その出力側にその信号を通
   過させることを特徴とする超音波振動子励振用スイッチ
   回路。