JP2006319713A - Ultrasonic probe and body cavity insertion-type ultrasonic diagnostic device mounted with the same - Google Patents

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日出夫 安達
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe in which a low-voltage signal is transmitted to a signal transmission cable between an ultrasonic vibrator and an observation device, the signal is boosted near the ultrasonic vibrator and the boosted voltage is applied to the vibrator. <P>SOLUTION: The above problem is solved by the ultrasonic probe provided with an ultrasonic vibrator 6a for transmitting and receiving an ultrasonic wave; and an high voltage generating means 7 for generating a high voltage on the basis of a driving signal when the driving signal for driving the ultrasonic vibrator is input and applying the high voltage to the ultrasonic vibrator. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波振動子を搭載した体腔内挿入型超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus equipped with an ultrasonic transducer.

体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の1つに超音波内視鏡スコープがある。   An ultrasonic diagnostic method is widely used in which an ultrasonic wave is irradiated toward the inner wall of a body cavity, and an internal state is imaged and diagnosed from the echo signal. One of the equipment used for this ultrasonic diagnostic method is an ultrasonic endoscope scope.

超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波プローブが取り付けてあり、この超音波プローブは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。   An ultrasonic endoscope scope has an ultrasonic probe attached to the distal end of an insertion portion to be inserted into a body cavity. This ultrasonic probe converts an electrical signal into an ultrasonic wave and irradiates it into the body cavity. The reflected ultrasonic waves are received and converted into electric signals.

従来、超音波プローブでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子としてセラミック圧電材PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer(以下、c−MUTと称する))が注目を集めている。これは、マイクロマシン(MEMS:Micro Electro−Mechanical System 、超小型電気的・機械的複合体)と総称される素子の1つである。   Conventionally, in an ultrasonic probe, a ceramic piezoelectric material PZT (lead zirconate titanate) has been used as a piezoelectric element for converting an electrical signal into an ultrasonic wave, but a silicon semiconductor substrate was processed using silicon micromachining technology. Capacitive ultrasonic transducers (hereinafter referred to as “c-MUT”) are attracting attention. This is one of the elements collectively referred to as a micromachine (MEMS: Micro Electro-Mechanical System).

さて、最近ハーモニックイメージングという診断モダリティが、従来に無い高精度超音波診断が可能というから脚光を浴びる様になってきた、そのため、体腔内挿入型超音波診断装置において、この診断モダリティの標準装備が不可欠となってきている。したがって、超音波振動子の更なる広帯域化が望まれていた。   Recently, the diagnostic modality called harmonic imaging has come into the spotlight because it enables unprecedented high-accuracy ultrasonic diagnosis. Therefore, in the intracavitary ultrasonic diagnostic equipment, the standard equipment of this diagnostic modality is It has become indispensable. Therefore, it has been desired to further increase the bandwidth of the ultrasonic transducer.

上述の通り、近年マイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波振動子(cMUT)が注目されつつある。このcMUTは、単に鉛等の重金属を含まないだけでなく、広帯域特性が容易に得ることができる。そのため、上述したハーモニックイメージングに適している。   As described above, a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) using a micromachine process has recently attracted attention. This cMUT not only does not contain heavy metals such as lead, but also can easily obtain broadband characteristics. Therefore, it is suitable for the above-described harmonic imaging.

図19は、従来におけるcMUTの一例を示す。同図は、特許文献1に開示されたcMUTである。超音波振動子は、複数の容量性マイクロマシン超音波振動子(cMUT)によって形成される。cMUTを構成する各セルは、荷電振動板206を有している。この荷電振動板206は、逆に荷電された基板205に容量性をもって対向する。   FIG. 19 shows an example of a conventional cMUT. The figure is a cMUT disclosed in Patent Document 1. The ultrasonic transducer is formed by a plurality of capacitive micromachine ultrasonic transducers (cMUT). Each cell constituting the cMUT has a charged diaphragm 206. The charged vibration plate 206 faces the oppositely charged substrate 205 with a capacity.

この振動板206は、バイアス荷電によって基板205方向へ屈曲する。また、この基板205には、振動板206の振動の中心においてセルの荷電が最大密度となるように、振動板206の中心へ対して隆起した中心部28を有している。高調波による動作のために、セルに給与される駆動パルス波形は、予め歪められている。これは、高調波帯域における送信超音波信号の歪みを低減するために、装置の非線形動作に鑑みてなされたものである。   The diaphragm 206 is bent toward the substrate 205 by bias charging. In addition, the substrate 205 has a central portion 28 that protrudes from the center of the diaphragm 206 so that the charge of the cell has the maximum density at the center of vibration of the diaphragm 206. The drive pulse waveform fed to the cell is distorted in advance for operation by harmonics. This is done in view of the non-linear operation of the apparatus in order to reduce the distortion of the transmitted ultrasonic signal in the harmonic band.

cMUTセルは、従来通りの半導体プロセスによって加工されるため、バイアス荷電レギュレータ201などの補助振動子回路と一体化され得る。cMUTセルは、更に、マイクロステレオリソグラフィによっても加工することができる。そのため、セルは多様なポリマー及び他の物質を用いて形成される。   Since the cMUT cell is processed by a conventional semiconductor process, it can be integrated with an auxiliary vibrator circuit such as the bias charge regulator 201. The cMUT cell can also be processed by microstereolithography. As such, the cells are formed using a variety of polymers and other materials.

この前記超音波観測装置は、高調波により動作させるために前記超音波プローブ内に高耐圧スイッチを設けている。前記超音波観測装置内には、パルス発生手段と、制御手段とを設けている。パルス発生手段は、任意の波形で任意の電圧値を持つパルスを出力できる。制御手段は、前記高耐圧スイッチと前記パルス発生手段の出力を前記超音波振動子の走査タイミングに基づいて制御する。   This ultrasonic observation apparatus is provided with a high voltage switch in the ultrasonic probe in order to operate by harmonics. In the ultrasonic observation apparatus, there are provided pulse generation means and control means. The pulse generating means can output a pulse having an arbitrary voltage value with an arbitrary waveform. The control means controls the outputs of the high voltage switch and the pulse generating means based on the scanning timing of the ultrasonic transducer.

それに対し本発明の出願人は、DC電圧印加のタイミングをrf信号印加のタイミングに合わせた時間だけ印加する方法を提案している(特許文献2)。
図20は、従来における超音波振動子駆動方法の一例(その2)を示す。同図は、特許文献3に開示された試験用プローブである。この試験用プローブは、既知の回路に加えて、試験用プローブと超音波信号評価装置との間の比較的に長い接続用ケーブルに起因して発生する電気的干渉の効果を最小にするために、他の作動回路を含んでいる。なお、特許文献3では、試験用プローブは上述した回路を含んでいるが、その回路が過剰に大きすぎることにならないようにしている。また、超音波試験を遂行するとき操作が困難にならないようにしている。
On the other hand, the applicant of the present invention has proposed a method in which the DC voltage application timing is applied only for a time that matches the rf signal application timing (Patent Document 2).
FIG. 20 shows an example (part 2) of a conventional ultrasonic transducer driving method. This figure is a test probe disclosed in Patent Document 3. This test probe is designed to minimize the effects of electrical interference caused by the relatively long connection cable between the test probe and the ultrasonic signal evaluation device in addition to the known circuit. , Including other actuation circuits. In Patent Document 3, the test probe includes the above-described circuit, but the circuit is not excessively large. Also, the operation is not made difficult when performing the ultrasonic test.

その試験用プローブのプローブハウジング内には、送信回路210が組み込まれている。送信回路210は、昇圧コイル211、VMOS電界効果型トランジスタ213、制御回路214、コンデンサ215を含んでいる。VMOS電界効果型トランジスタ213は、制御信号212によってON/OFF動作を行う。   A transmitter circuit 210 is incorporated in the probe housing of the test probe. The transmission circuit 210 includes a step-up coil 211, a VMOS field effect transistor 213, a control circuit 214, and a capacitor 215. The VMOS field effect transistor 213 performs an ON / OFF operation according to the control signal 212.

送信回路210は、次のように動作する。高密度電荷が、昇圧コイル211を経てコンデンサ215に充電されている。そのコンデンサ215の電荷量が最大なると、制御回路214から制御信号がVMOS電界効果型トランジスタ213のスイッチ駆動端子に出力される。そうすると、VMOS電界効果型トランジスタ213は、ON状態になる。そして、このON抵抗と抵抗器216とコンデンサ215による閉回路で放電が発生する。その放電電流によって抵抗器216に発生する電圧を圧電振動子に印加する。   The transmission circuit 210 operates as follows. The high-density charge is charged in the capacitor 215 through the booster coil 211. When the charge amount of the capacitor 215 is maximized, a control signal is output from the control circuit 214 to the switch drive terminal of the VMOS field effect transistor 213. Then, the VMOS field effect transistor 213 is turned on. Then, a discharge occurs in a closed circuit by the ON resistance, the resistor 216, and the capacitor 215. A voltage generated in the resistor 216 by the discharge current is applied to the piezoelectric vibrator.

しかしながら、この方法で誘起される電圧を高くしようとすると、昇圧コイル211のインダクタンスを大きくしなければならない。そのため、コンデンサ215とコイル211とによる共振が起こり、リンギングを含んだ駆動パルスとなる。このリンギング信号は、そのまま圧電振動子に印加され、S/Nの低下につながる。   However, in order to increase the voltage induced by this method, the inductance of the booster coil 211 must be increased. Therefore, resonance occurs between the capacitor 215 and the coil 211, and a drive pulse including ringing is generated. This ringing signal is directly applied to the piezoelectric vibrator, leading to a decrease in S / N.

図21は、従来における超音波振動子駆動方法の一例(その3)を示す。図21(a)は、特許文献4に開示された超音波診断装置である。図21(b)は、図21(a)を簡略化したものである。特許文献4は、必ずしも上記のリンギング対策を意図したものでは無いが、長い接続用ケーブルに起因する電気的干渉の効果を最小にすることが開示されている。   FIG. 21 shows an example (part 3) of a conventional ultrasonic transducer driving method. FIG. 21A shows an ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 4. FIG. 21 (b) is a simplified version of FIG. 21 (a). Patent Document 4 does not necessarily intend to prevent the above ringing, but discloses that the effect of electrical interference caused by a long connection cable is minimized.

図21では、超音波プローブ220と超音波観測装置221とが記載されている。超音波プローブに設けた超音波振動子222から超音波信号を送受信して被検体を超音波走査する。超音波診断装置221では、受信した超音波信号に基づいて超音波断層画像を得ることができる。   In FIG. 21, the ultrasonic probe 220 and the ultrasonic observation apparatus 221 are described. An ultrasonic signal is transmitted / received from an ultrasonic transducer 222 provided in the ultrasonic probe to ultrasonically scan the subject. The ultrasonic diagnostic apparatus 221 can obtain an ultrasonic tomographic image based on the received ultrasonic signal.

前記超音波プローブ220内には、高耐圧スイッチ223が設けられている。前記超音波観測装置内には、パルス発生手段227と、制御手段228とが設けられている。パルス発生手段227は、任意の波形で任意の電圧値を持つパルスを出力できる。制御手段228は、高耐圧スイッチ223とパルス発生手段227の出力を、前記超音波振動子の走査タイミングに基づいて制御する。   A high voltage switch 223 is provided in the ultrasonic probe 220. In the ultrasonic observation apparatus, pulse generation means 227 and control means 228 are provided. The pulse generating means 227 can output a pulse having an arbitrary voltage value with an arbitrary waveform. The control unit 228 controls the outputs of the high voltage switch 223 and the pulse generation unit 227 based on the scanning timing of the ultrasonic transducer.

このような構成にすることにより、超音波プローブ内部の電気回路を大きくすることない。また、プローブ内で超音波振動子駆動用の高電圧パルス信号を効率良く発生させることができる。かつ、ケーブルでの干渉の影響を受けない良好な超音波画像を得ることができるとともに、外部に放射する雑音を小さく押さえることが可能である。また回路内に、共振する要素が存在しないので、リンギングを起こすことはない。
特表2004−503313号公報 特開2004−176039号公報 特公昭63−026341号公報 特許第3062313号公報 中村僖良、安達義徳,「ニオブ酸リチウム単結晶を用いた圧電トランス」,電子情報通信学会論文誌,A,Vol.J80−A,No.10,pp.1694−1698,1997年10月
With such a configuration, the electric circuit inside the ultrasonic probe is not enlarged. In addition, a high voltage pulse signal for driving the ultrasonic transducer can be efficiently generated in the probe. In addition, it is possible to obtain a good ultrasonic image that is not affected by the interference with the cable, and to suppress the noise radiated outside. Also, since there are no resonating elements in the circuit, ringing does not occur.
JP-T-2004-503313 JP 2004-176039 A Japanese Patent Publication No. 63-026341 Japanese Patent No. 3062313 Nakamura, Y., Adachi, Yoshinori, “Piezoelectric Transformers Using Lithium Niobate Single Crystals”, IEICE Transactions, A, Vol. J80-A, no. 10, pp. 1694-1698, October 1997

しかしながら、従来例では、高いパルス電圧を圧電振動子に印加するには、アンプの出力電圧を高くする必要がある。その高電圧パルスは、そのまま長い接続用ケーブルを伝送される。   However, in the conventional example, in order to apply a high pulse voltage to the piezoelectric vibrator, it is necessary to increase the output voltage of the amplifier. The high voltage pulse is transmitted through a long connection cable as it is.

超音波内視鏡は、超音波振動子と観測装置との間に長い信号伝送ケーブルを必要とする。しかし、そのケーブルに高電圧信号を伝送することはRFノイズの発生源となり、好ましくない。ケーブルに伝送する電圧は低電圧として、超音波を送信する時のみ超音波振動子近傍のみで、十分なエコー信号を受信出来るだけの高い電圧が印加されることが望ましい。   The ultrasonic endoscope requires a long signal transmission cable between the ultrasonic transducer and the observation device. However, transmission of a high voltage signal to the cable becomes a source of RF noise and is not preferable. It is desirable that the voltage transmitted to the cable be a low voltage, and a voltage high enough to receive a sufficient echo signal is applied only in the vicinity of the ultrasonic transducer only when transmitting ultrasonic waves.

体腔内挿入型超音波診断装置では、超音波振動子と信号制御部との間に長いケーブルを配線する。一般的に、高電圧パルスの印加が必要であり、そのケーブルにおけるRFノイズの放射または飛来の影響が問題になっていた。   In the body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus, a long cable is wired between the ultrasonic transducer and the signal control unit. In general, it is necessary to apply a high voltage pulse, and the influence of radiation or flying of RF noise in the cable has been a problem.

しかも、近年診断モダリティとして不可欠なハーモニックイメージングに対応できる広帯域性を有し、かつ環境に優しいキャパシティブマイクロマシン超音波振動子(cMUT)は、高電圧パルス印加だけでなく、高い直流電圧を重畳させる必要があった。   Moreover, in recent years, a capacitive micromachined ultrasonic transducer (cMUT) that has a wide bandwidth that can handle harmonic imaging, which is indispensable as a diagnostic modality, and that is environmentally friendly, needs to superimpose not only high voltage pulses but also high DC voltages. there were.

また、インダクタはスペースを必要とする。そのため、特許文献2に記載された装置では、超音波プローブの小型化が図れない、あるいはIC化ができない等の問題がある。また、立ち上がり、立ち下がりの急峻な高電圧パルスを観測装置と超音波プローブの間を伝送させるため、外部に放射する雑音が大きくなってしまい、雑音に関する規制をクリアすることができない。   In addition, the inductor requires space. For this reason, the apparatus described in Patent Document 2 has a problem that the ultrasonic probe cannot be miniaturized or cannot be made into an IC. In addition, since a high voltage pulse with a steep rise and fall is transmitted between the observation apparatus and the ultrasonic probe, the noise radiated to the outside becomes large, and the regulations regarding noise cannot be cleared.

上記の課題に鑑み、本発明は、超音波振動子と観測装置の間の信号伝送ケーブルに低電圧信号を伝送し、超音波振動子近傍で昇圧して、その昇圧電圧を振動子に印加する超音波プローブ及びその体腔内挿入型超音波診断装置を提供する。   In view of the above problems, the present invention transmits a low voltage signal to the signal transmission cable between the ultrasonic transducer and the observation device, boosts the pressure near the ultrasonic transducer, and applies the boosted voltage to the transducer. An ultrasonic probe and an intra-body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus are provided.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項1に記載の発明によれば、超音波を送受信する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動させる駆動信号が入力された場合、該駆動信号に基づいて高電圧を発生させ、該高電圧を該超音波振動子に印加させる高電圧発生手段と、をその先端に互いに近接配置して備えることを特徴とする超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the first aspect of the present invention, when an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves and a drive signal that drives the ultrasonic transducer are input, the drive signal By providing an ultrasonic probe characterized by comprising high voltage generating means for generating a high voltage based on the above and applying the high voltage to the ultrasonic transducer in close proximity to each other at the tip thereof Can be achieved.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項2に記載の発明によれば、前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される静電容量型超音波振動子(cMUT)であることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the second aspect of the present invention, the ultrasonic transducer is a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) manufactured using a micromachine manufacturing process. This can be achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項3に記載の発明によれば、前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される圧電振動子(p−MUT)であることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 3, the above-described problem is characterized in that the ultrasonic transducer is a piezoelectric transducer (p-MUT) manufactured using a micromachine manufacturing process. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項4に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 4, the high voltage generating means outputs a DC high voltage based on the drive signal when the drive signal is a DC low voltage. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項5に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 5, the high voltage generating means outputs an AC high voltage based on the drive signal when the drive signal is a DC low voltage. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項6に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 6, the high voltage generating means outputs a high DC voltage based on the drive signal when the drive signal is an AC low voltage. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項7に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the seventh aspect of the present invention, when the drive signal is an AC low voltage, the high voltage generating means outputs an AC high voltage based on the drive signal. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 1.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項8に記載の発明によれば、前記交流高電圧の前記駆動信号の周波数は、前記超音波振動子の共振周波数と略同等であることを特徴とする請求項5、又は7に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to an eighth aspect of the present invention, the frequency of the drive signal of the AC high voltage is substantially equal to the resonance frequency of the ultrasonic transducer. This can be achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 5 or 7.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項9に記載の発明によれば、前記交流高電圧は、バースト波であることを特徴とする請求項5、又は7に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   The present invention provides the ultrasonic probe according to claim 5 or 7, wherein the AC high voltage is a burst wave according to the invention described in claim 9. Can be achieved.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項10に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号の電圧を昇圧させる昇圧手段を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 10 of the claim, the high voltage generating means includes a boosting means for boosting the voltage of the drive signal. This can be achieved by providing an ultrasonic probe.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項11に記載の発明によれば、前記昇圧手段は、電磁型トランスであることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   The object is achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 10, wherein the boosting means is an electromagnetic transformer. it can.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項12に記載の発明によれば、前記昇圧手段は、圧電トランスであることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 12, the above-mentioned object can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 10, wherein the boosting means is a piezoelectric transformer. .

上記課題は、特許請求の範囲の請求項13に記載の発明によれば、前記圧電トランスは、ローゼン型であることを特徴とする請求項12に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 13, the above-mentioned object can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 12, wherein the piezoelectric transformer is a Rosen type. .

上記課題は、特許請求の範囲の請求項14に記載の発明によれば、前記圧電トランスは、ニオブ酸リチウムから構成されていることを特徴とする請求項12に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 14 of the claim, the piezoelectric transformer is made of lithium niobate, and the ultrasonic probe according to claim 12 is provided. Can be achieved.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項15に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、さらに、前記駆動信号が直流信号である場合、該駆動信号を交流信号に変換して前記昇圧手段に出力する発振手段を有することを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 15, the high voltage generation means further converts the drive signal into an AC signal when the drive signal is a DC signal. It can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 10, further comprising an oscillating means for outputting to the boosting means.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項16に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、さらに、前記昇圧手段より出力された交流高電圧に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス印加手段を有していることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 16, the high voltage generating means further applies a DC bias voltage to the AC high voltage output from the boosting means. It can achieve by providing the ultrasonic probe of Claim 10 characterized by having.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項17に記載の発明によれば、前記直流バイアス印加手段は、前記昇圧手段より出力された交流高電圧を、第1の交流高電圧と第2の交流高電圧とに分岐する分岐手段と、前記第1の交流高電圧を直流に変換する直流変換手段と、前記直流変換手段より出力された直流電圧と前記第2の交流高電圧とを加算する加算手段と、を有することを特徴とする請求項16に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 17, the DC bias applying unit is configured to convert the AC high voltage output from the boosting unit into a first AC high voltage and a second AC. Branch means for branching to high voltage, DC conversion means for converting the first AC high voltage to DC, and addition for adding the DC voltage output from the DC conversion means and the second AC high voltage It can be achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 16.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項18に記載の発明によれば、前記加算手段は、前記直流電圧が発生している期間に対して、前記第2の交流高電圧を重畳させることを特徴とする請求項17に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 18, the adding means superimposes the second AC high voltage on a period during which the DC voltage is generated. This can be achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 17.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項19に記載の発明によれば、前記直流電圧が発生している前記期間は、10μsecを越えないことを特徴とする請求項18に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   The ultrasonic probe according to claim 18, wherein the subject is according to the invention described in claim 19, wherein the period during which the DC voltage is generated does not exceed 10 μsec. Can be achieved by providing.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項20に記載の発明によれば、前記加算手段は、前記直流電圧の立ち上がり及び立ち下がりを鈍化させる手段を備えていることを特徴する請求項17に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 20, the addition means is provided with means for slowing the rising and falling of the DC voltage. This can be achieved by providing an ultrasonic probe.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項21に記載の発明によれば、前記p−MUTは、シリコン基板上に形成され、さらに該シリコン基板にスイッチ回路及び整流器を設けることを特徴とする請求項3に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 21, the above-described problem is characterized in that the p-MUT is formed on a silicon substrate, and further, a switch circuit and a rectifier are provided on the silicon substrate. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to Item 3.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項22に記載の発明によれば、前記cMUTは、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 22, the object is to provide the ultrasonic probe according to claim 2, wherein the cMUT is an electret capacitor using an electret film. Can be achieved.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項23に記載の発明によれば、前記cMUTのシリコン基板上または内部には、昇圧トランス、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプのうち少なくとも1つが形成可能であることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 23, at least one of a step-up transformer, a switch circuit, a rectifier, and a charge amplifier can be formed on or inside the silicon substrate of the cMUT. This can be achieved by providing the ultrasonic probe according to claim 2.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項24に記載の発明によれば、前記cMUTを構成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプを半導体プロセスを用いて集積させることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 24 of the present invention, the switch circuit, the rectifier, and the charge amplifier are integrated using a semiconductor process on or in the silicon substrate constituting the cMUT. This can be achieved by providing an ultrasonic probe according to claim 2.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項25に記載の発明によれば、前記cMUTを形成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、加算器、遅延回路、及びチャージアンプを、半導体プロセスを用いて集積化することを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 25, the object is to provide a switch circuit, a rectifier, an adder, a delay circuit, and a charge amplifier on or in a silicon substrate on which the cMUT is formed. It can achieve by providing the ultrasonic probe of Claim 2 characterized by the above-mentioned.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項26に記載の発明によれば、請求項1〜25のうちいずれか1項に記載の超音波プローブを備える体腔内挿入型超音波診断装置を提供することによって達成できる。   According to the invention described in claim 26 of the claims, the object is to provide an intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 25. Can be achieved.

本発明を用いることにより、超音波プローブ内部の電気回路を大きくしないで、ケーブルには低電圧信号のみを伝送し、プローブ内で超音波振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。   By using the present invention, it is possible to transmit only a low voltage signal to the cable without efficiently increasing the electrical circuit inside the ultrasonic probe and efficiently generate a high voltage pulse for driving the ultrasonic transducer in the probe. it can. In addition, the influence of noise caused by the cable can be prevented.

<第1の実施形態>
本実施形態では、超音波振動子として圧電振動子を用いた場合の体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
<First Embodiment>
In this embodiment, a body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric vibrator as an ultrasonic vibrator will be described.

図1は、本実施形態における超音波振動子として圧電振動子を用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。同図において、体腔内挿入型超音波診断装置1は、挿入部2と、観測装置5とから構成される。   FIG. 1 is a block diagram of a circuit configuration of a body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric vibrator as an ultrasonic vibrator in the present embodiment. In FIG. 1, the intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an insertion unit 2 and an observation apparatus 5.

挿入部2は、体腔内に挿入されるために細長の管状形状をしている。挿入部2は、先端側から順に、超音波プローブ3、湾曲部及び可撓管部4から構成される。超音波プローブ3には、超音波振動子が設けられており、超音波信号の送受信を行う。湾曲部は、超音波プローブ3の後端に位置する湾曲自在な部分である。可撓管部は、その湾曲部の後端に位置して細径かつ長尺で可撓性を有する。   The insertion part 2 has an elongated tubular shape for insertion into a body cavity. The insertion portion 2 includes an ultrasonic probe 3, a bending portion, and a flexible tube portion 4 in order from the distal end side. The ultrasonic probe 3 is provided with an ultrasonic transducer and transmits and receives an ultrasonic signal. The bending portion is a bendable portion located at the rear end of the ultrasonic probe 3. The flexible tube portion is positioned at the rear end of the curved portion and has a small diameter and a long length and is flexible.

超音波プローブ3には、圧電振動子6a、高電圧発生手段7が内蔵されている。湾曲部及び可撓管部4の内部には、同軸ケーブル8(芯線8a,シールド線8b)が内蔵されている。   The ultrasonic probe 3 includes a piezoelectric vibrator 6a and high voltage generating means 7. A coaxial cable 8 (core wire 8a and shield wire 8b) is built in the bending portion and the flexible tube portion 4.

観測装置5は、高圧高速SWをON/OFFする制御信号を発生させたり、低電圧RFパルス信号を出力したり、受信信号を信号処理して画像信号に変換する機能等を持つものである。   The observation device 5 has a function of generating a control signal for turning on / off the high-voltage high-speed SW, outputting a low-voltage RF pulse signal, processing the received signal to convert it into an image signal, and the like.

ケーブル伝送信号Sg1が、同軸ケーブル8の芯線8aを介して、観測装置5から高電圧発生手段7に伝送される。高電圧発生手段7は、直流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり等する。   The cable transmission signal Sg1 is transmitted from the observation device 5 to the high voltage generation means 7 via the core wire 8a of the coaxial cable 8. The high voltage generating means 7 outputs an alternating high voltage when a direct current low voltage is input, outputs an alternating high voltage when the alternating low voltage is input, and the like.

高電圧発生手段7には、昇圧手段7a(例えば、電磁トランス、圧電トランス)が含まれている。昇圧手段7aは、振動子を駆動させるために必要な電圧を得るために、ケーブル伝送信号Sg1の電圧(例えば、10V以下)を所定値(例えば、50V〜数百V)まで昇圧させる。   The high voltage generating means 7 includes a boosting means 7a (for example, an electromagnetic transformer or a piezoelectric transformer). The booster 7a boosts the voltage (for example, 10 V or less) of the cable transmission signal Sg1 to a predetermined value (for example, 50 V to several hundred V) in order to obtain a voltage necessary for driving the vibrator.

そして、高電圧発生手段7は、その昇圧させた信号(振動子駆動信号)Sg2を圧電振動子6aへ伝送する。また、高電圧発生手段7から交流高電圧信号が出力される場合、その交流高電圧信号の周波数は、圧電振動子の共振周波数とほぼ等しくなるように調整されている。   Then, the high voltage generation means 7 transmits the boosted signal (vibrator drive signal) Sg2 to the piezoelectric vibrator 6a. Further, when an AC high voltage signal is output from the high voltage generating means 7, the frequency of the AC high voltage signal is adjusted to be substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator.

振動子駆動信号Sg2は、圧電振動子6aの一方の電極に入力して、その電極に電圧を印加する。圧電振動子6aの他方の電極は、同軸ケーブル8のシールド線8bと接続されて接地されている。よって、この電極間の電圧差に起因して圧電振動子が振動し、圧電振動子6aの表面から超音波が放射される。   The vibrator drive signal Sg2 is input to one electrode of the piezoelectric vibrator 6a and a voltage is applied to the electrode. The other electrode of the piezoelectric vibrator 6 a is connected to the shield wire 8 b of the coaxial cable 8 and grounded. Therefore, the piezoelectric vibrator vibrates due to the voltage difference between the electrodes, and ultrasonic waves are radiated from the surface of the piezoelectric vibrator 6a.

以下では、昇圧手段7aとして、電磁型昇圧トランス、圧電トランスを用いた実施例について説明する。電磁型昇圧トランスは出力インピーダンスが比較的低いので、比較的低インピーダンスの負荷を駆動できる。一方、圧電トランスは、電磁型昇圧トランスに比べ、昇圧効率が高く小型化である。   Hereinafter, an embodiment in which an electromagnetic step-up transformer and a piezoelectric transformer are used as the step-up means 7a will be described. Since the electromagnetic step-up transformer has a relatively low output impedance, it can drive a load having a relatively low impedance. On the other hand, the piezoelectric transformer has a higher boosting efficiency and is smaller than the electromagnetic boost transformer.

(実施例1)
図2は、本実施例における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段7は、昇圧トランス10、整流器11、スイッチ12から構成される。
Example 1
FIG. 2 shows a block diagram of a circuit configuration of an intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using an electromagnetic step-up transformer as a step-up unit in the present embodiment. The high voltage generating means 7 in this embodiment includes a step-up transformer 10, a rectifier 11, and a switch 12.

昇圧トランス10は、昇圧トランス1次側コイル10a、昇圧トランス2次側コイル10b,10cから構成される。スイッチ12は、スイッチ端子12a,12b,12c,12dを有する。スイッチ12は、超音波送信時と超音波受信時とを切り替えるためのものである。スイッチ12は、超音波送信時以外(スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態)では、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態になっている。   The step-up transformer 10 includes a step-up transformer primary side coil 10a and step-up transformer secondary side coils 10b and 10c. The switch 12 has switch terminals 12a, 12b, 12c, and 12d. The switch 12 is for switching between ultrasonic transmission and ultrasonic reception. The switch 12 is in a state in which the switch terminals 12c and 12d are electrically connected except during ultrasonic transmission (a state in which a DC voltage is not applied to the switch drive terminal).

超音波送信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から送信され、昇圧トランス10の昇圧トランス1次側コイル10aへ入力される。そうすると、昇圧トランス2次側コイル10b,10cに、昇圧された交流信号が発生する。なお、本実施例では、ケーブル伝送信号Sg1は特定の周波数を有するバースト波である。   At the time of ultrasonic transmission, the cable transmission signal Sg1 is transmitted from the observation device 5 and input to the step-up transformer primary coil 10a of the step-up transformer 10. As a result, a boosted AC signal is generated in the step-up transformer secondary coils 10b and 10c. In the present embodiment, the cable transmission signal Sg1 is a burst wave having a specific frequency.

昇圧トランス2次側コイル10c側から出力された高電圧は、整流器11を通って直流化されて直流電圧となる。その直流電圧がスイッチ12のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子12aと12bとが導通される。   The high voltage output from the step-up transformer secondary coil 10c side is converted into a DC voltage through the rectifier 11 to be a DC voltage. When the DC voltage is applied to the switch drive terminal of the switch 12, the switch terminals 12a and 12b are brought into conduction.

そうすると、昇圧トランス2次側コイル10b側から出力された高電圧は、導通しているスイッチ端子12a−12b間を通って、圧電振動子6aの一方の電極に印加される。なお、昇圧トランス2次側コイル10bから出力される振動子駆動信号Sg2は、ケーブル伝送信号Sg1の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。   Then, the high voltage output from the step-up transformer secondary coil 10b side is applied to one electrode of the piezoelectric vibrator 6a through the conductive switch terminals 12a-12b. The vibrator drive signal Sg2 output from the step-up transformer secondary coil 10b is a higher-voltage burst wave in which the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is increased.

高電圧が印加されると、圧電振動子6aは振動して、圧電振動子6aの表面から超音波が放射される。
超音波受信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から送信されないので、昇圧トランス10により交流高電圧が発生しない。したがって、スイッチ12のスイッチ駆動端子に印加する電圧が発生しないため、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態である。
When a high voltage is applied, the piezoelectric vibrator 6a vibrates and ultrasonic waves are emitted from the surface of the piezoelectric vibrator 6a.
At the time of ultrasonic reception, since the cable transmission signal Sg1 is not transmitted from the observation device 5, no AC high voltage is generated by the step-up transformer 10. Therefore, since the voltage applied to the switch drive terminal of the switch 12 is not generated, the switch terminals 12c and 12d are in a conductive state.

このとき、圧電振動子6aは超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Sg3は、スイッチ端子12c−12dを通って同軸ケーブル8の芯線8aを介して観測装置5に伝送される。   At this time, when receiving the ultrasonic wave, the piezoelectric vibrator 6a converts the ultrasonic wave into an electric signal. The ultrasonic reception signal Sg3 converted into this electric signal is transmitted to the observation device 5 through the core wire 8a of the coaxial cable 8 through the switch terminals 12c-12d.

以上より、高電圧発生手段7を圧電振動子6aの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で圧電振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。   As described above, by installing the high voltage generating means 7 in the vicinity of the piezoelectric vibrator 6a, a low voltage signal is transmitted to the cable, and a high voltage pulse for driving the piezoelectric vibrator is efficiently generated in the ultrasonic probe. be able to. In addition, the influence of noise caused by the cable can be prevented.

(実施例2)
図3は、本実施形態における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段7は、圧電トランス20、抵抗体(直流抵抗)21、整流器11、スイッチ12から構成される。
(Example 2)
FIG. 3 is a block diagram of a circuit configuration of an intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric step-up transformer as a step-up unit in the present embodiment. The high voltage generating means 7 in this embodiment is composed of a piezoelectric transformer 20, a resistor (DC resistance) 21, a rectifier 11, and a switch 12.

圧電トランス20は、圧電振動子20a、圧電トランス1次側電極20b,接地電極20c,圧電トランス2次側電極20dから構成される。スイッチ12は、超音波送信時以外(スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態)では、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態になっている。   The piezoelectric transformer 20 includes a piezoelectric vibrator 20a, a piezoelectric transformer primary electrode 20b, a ground electrode 20c, and a piezoelectric transformer secondary electrode 20d. The switch 12 is in a state in which the switch terminals 12c and 12d are electrically connected except during ultrasonic transmission (a state in which a DC voltage is not applied to the switch drive terminal).

超音波送信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から送信される。本実施例では、ケーブル伝送信号Sg1は特定の周波数を有するバースト波である。このケーブル伝送信号Sg1は、圧電トランス20の圧電トランス1次側電極20bに入力される。そうすると、圧電トランス2次側電極20dから高電圧が出力される。圧電トランス2次側電極20dから出力される振動子駆動信号Sg2は、ケーブル伝送信号Sg1の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。   At the time of ultrasonic transmission, the cable transmission signal Sg1 is transmitted from the observation device 5. In the present embodiment, the cable transmission signal Sg1 is a burst wave having a specific frequency. The cable transmission signal Sg1 is input to the piezoelectric transformer primary electrode 20b of the piezoelectric transformer 20. Then, a high voltage is output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20d. The vibrator drive signal Sg2 output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20d is a higher-voltage burst wave in which the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is increased.

1次側電極20bに入力された電圧は直流抵抗21を経て接地されているので、1次側電極20bに入力された電圧による変位電流が直流抵抗21にも流れ、直流抵抗21の両端に起電力を発生させる。この電圧は、整流器11を通って直流化されて直流電圧となる。その直流電圧がスイッチ12のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子12aと12bとが導通される。そうすると、高電圧の振動子駆動信号Sg2が、スイッチ端子12a−12bを通って圧電振動子6aに伝達される。   Since the voltage input to the primary side electrode 20b is grounded via the DC resistor 21, the displacement current due to the voltage input to the primary side electrode 20b also flows to the DC resistor 21 and is generated at both ends of the DC resistor 21. Generate power. This voltage is converted into a direct current voltage through the rectifier 11. When the DC voltage is applied to the switch drive terminal of the switch 12, the switch terminals 12a and 12b are brought into conduction. Then, the high-voltage vibrator drive signal Sg2 is transmitted to the piezoelectric vibrator 6a through the switch terminals 12a-12b.

超音波受信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から伝送されない。従って、直流抵抗21に電流が流れず、SW12a,12bは導通せず、従って圧電トランス20により高電圧が発生しない。したがって、スイッチ12のスイッチ駆動端子に印加する電圧が発生しないため、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態である。   At the time of ultrasonic reception, the cable transmission signal Sg1 is not transmitted from the observation device 5. Accordingly, no current flows through the DC resistor 21 and the SWs 12a and 12b do not conduct, and therefore no high voltage is generated by the piezoelectric transformer 20. Therefore, since the voltage applied to the switch drive terminal of the switch 12 is not generated, the switch terminals 12c and 12d are in a conductive state.

このとき、圧電振動子6aは、超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Sg3は、スイッチ端子12c−12dを通って、同軸ケーブル8の芯線8aを介して観測装置5に伝送される。なお、ここで、圧電振動子6aはバルクの圧電振動子に限定されるものではなく、圧電薄膜をメンブレン上に形成した、いわゆるp−MUTであってもよい。この場合、Si基板に製造され、そのSi基板にSW12a,12bや整流器11を形成すると、コンパクト化が促進され好ましい。   At this time, when receiving the ultrasonic wave, the piezoelectric vibrator 6a converts the ultrasonic wave into an electric signal. The ultrasonic reception signal Sg3 converted into this electric signal is transmitted to the observation device 5 through the core wire 8a of the coaxial cable 8 through the switch terminals 12c-12d. Here, the piezoelectric vibrator 6a is not limited to a bulk piezoelectric vibrator, and may be a so-called p-MUT in which a piezoelectric thin film is formed on a membrane. In this case, it is preferable to manufacture the Si substrate and form the SWs 12a and 12b and the rectifier 11 on the Si substrate, which facilitates compactness.

図4は、本実施形態におけるマイクロマシンプロセスにより製造される圧電振動子(p−MUT)の構成の一例を示す。p−MUTは、シリコン基板上6a−4に(空隙部)6a−3が形成され、そのキャビティ6a−3上部にメンブレン6a−2が形成されている。メンブレン6a−2は下部電極6a−5を含んでおり、下部電極6a−5はメンブレンの上面に設けられている。下部電極6a−5の上面には圧電膜6a−6が形成されている。圧電膜6a−6の上面には上部電極6a−1が形成されている。下部電極6a−5には、スイッチ12を介して信号が伝送される。上部電極6a−1は、接地電極である。   FIG. 4 shows an example of the configuration of a piezoelectric vibrator (p-MUT) manufactured by the micromachine process in the present embodiment. In the p-MUT, a (gap) 6a-3 is formed on a silicon substrate 6a-4, and a membrane 6a-2 is formed on the cavity 6a-3. The membrane 6a-2 includes a lower electrode 6a-5, and the lower electrode 6a-5 is provided on the upper surface of the membrane. A piezoelectric film 6a-6 is formed on the upper surface of the lower electrode 6a-5. An upper electrode 6a-1 is formed on the upper surface of the piezoelectric film 6a-6. A signal is transmitted to the lower electrode 6a-5 via the switch 12. The upper electrode 6a-1 is a ground electrode.

次に、圧電トランス20について説明する。
図5は、圧電トランスのうち、基本的で最もよく研究されてきたRosen型の構造を示す(非特許文献1)。共通接地電極は板の下面の左半分に付けられている。圧電セラミック板は、入力部は厚み方向に、出力部は長さ方向に、それぞれ直流高電圧を印加して分極されている。
Next, the piezoelectric transformer 20 will be described.
FIG. 5 shows a basic and best-studied Rosen structure of a piezoelectric transformer (Non-Patent Document 1). The common ground electrode is attached to the left half of the lower surface of the plate. The piezoelectric ceramic plate is polarized by applying a high DC voltage to the input portion in the thickness direction and the output portion in the length direction.

入力電極に長さ方向の寸法で決まる縦振動の共振周波数の電圧Vinを印加すると、圧電横効果により長さ縦振動が起こり、圧電縦効果を介して端部に付けた出力電極に高電圧Voutが生じる。出力端無負荷時の昇圧比Vout/Vinは式(1)で示される。   When a voltage Vin having a resonance frequency of longitudinal vibration determined by the dimension in the length direction is applied to the input electrode, longitudinal vibration occurs due to the piezoelectric transverse effect, and the high voltage Vout is applied to the output electrode attached to the end via the piezoelectric longitudinal effect. Occurs. The step-up ratio Vout / Vin when there is no load at the output end is expressed by equation (1).

Vout/Vin ∝ k3133Q(L/T) (1)
これより、横効果の電気機械結合係数k31と縦効果の電気機械結合係数k33の積および機械的品質係数Q値の大きな圧電材を用いれば昇圧比の大きなトランスを構成できる。
Vout / Vin ∝ k 31 k 33 Q (L / T) (1)
Accordingly, a transformer having a large step-up ratio can be configured by using a piezoelectric material having a product of the transverse effect electromechanical coupling coefficient k 31 and the longitudinal effect electromechanical coupling coefficient k 33 and a large mechanical quality factor Q value.

本実施例では、圧電トランスとしてニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いることにする。LiNbO3単結晶を用いた圧電トランスは従来のセラミックを用いた圧電トランスに比べて次のような特長を持っている。 In this embodiment, lithium niobate (LiNbO 3 ) is used as the piezoelectric transformer. A piezoelectric transformer using a LiNbO 3 single crystal has the following features compared to a piezoelectric transformer using a conventional ceramic.

まず、LiNbO3結晶は、セラミックのように直流高電圧を印加して入力部と出力部で分極方向が直交するように分極する必要がない。また、1〜2×104の高いQ値を持っている。k3133がセラミックよりも大きいので、高い昇圧比が得られる。また、発熱による動作中の温度上昇が少ない。また、LiNbO3には内部応力は存在せず、破壊されにくい。 First, the LiNbO 3 crystal does not need to be polarized so that the polarization direction is orthogonal between the input part and the output part by applying a DC high voltage like ceramic. Moreover, it has a high Q value of 1-2 × 10 4 . Since k 31 k 33 is larger than ceramic, a high step-up ratio can be obtained. Also, the temperature rise during operation due to heat generation is small. Also, LiNbO 3 has no internal stress and is not easily destroyed.

図6は、本実施例におけるニオブ酸リチウムを用いた圧電トランスを示す。圧電トランス30は、ニオブ酸リチウム単結晶基板31、電圧入力側電極32(すなわち、圧電トランス1次側電極20b)、電圧出力側電極33(すなわち、圧電トランス2次側電極20d)、対向電極33a(電圧出力側電極33に対向するように、ニオブ酸リチウム単結晶基板31の底面に設けられている)、ストライプ電極34,35、圧電トランス支持部36a,36b、入力信号配線37、出力信号配線38から構成されている。   FIG. 6 shows a piezoelectric transformer using lithium niobate in this example. The piezoelectric transformer 30 includes a lithium niobate single crystal substrate 31, a voltage input side electrode 32 (that is, the piezoelectric transformer primary side electrode 20b), a voltage output side electrode 33 (that is, the piezoelectric transformer secondary side electrode 20d), and a counter electrode 33a. (Provided on the bottom surface of the lithium niobate single crystal substrate 31 so as to face the voltage output side electrode 33), stripe electrodes 34 and 35, piezoelectric transformer support portions 36a and 36b, input signal wiring 37, output signal wiring 38.

ニオブ酸リチウム単結晶基板31の横方向の長さをLで表すと、電圧入力側電極32の横方向の長さはL/2となる。圧電トランス支持部36a,36bはそれぞれ、端部からL/4の位置に設けられているが、この理由は図7で説明する。なお、圧電トランス支持部36a,36bはそれぞれ、入力信号配線37、出力信号配線38を、電圧入力側電極32、電圧出力側電極33に接続するための端子である。   When the lateral length of the lithium niobate single crystal substrate 31 is represented by L, the lateral length of the voltage input side electrode 32 is L / 2. The piezoelectric transformer support portions 36a and 36b are respectively provided at positions L / 4 from the end, and the reason will be described with reference to FIG. The piezoelectric transformer support portions 36a and 36b are terminals for connecting the input signal wiring 37 and the output signal wiring 38 to the voltage input side electrode 32 and the voltage output side electrode 33, respectively.

図7は、図6のニオブ酸リチウム単結晶基板31の側面方向から観察した場合の振動変位を示す。41は振動中性面であり、入力信号配線37を介して電圧入力側電極32にバースト波を印加すると、ニオブ酸リチウムの特性として、端部からL/4の位置を節点として振動する(振動変位42)。よって、この節点となる部分に圧電トランス支持部36a,36bを設ける。   FIG. 7 shows vibration displacement when observed from the side surface direction of the lithium niobate single crystal substrate 31 of FIG. Reference numeral 41 denotes a vibration neutral surface. When a burst wave is applied to the voltage input side electrode 32 via the input signal wiring 37, the vibration of the lithium niobate is caused at the position of L / 4 from the end as a node (vibration). Displacement 42). Therefore, the piezoelectric transformer support portions 36a and 36b are provided at the portions serving as the nodes.

圧電トランス支持36bと電圧出力側電極33とをストライプ電極34,35により導通させる。そうすると、電圧出力側電極33の表面に発生した高電圧信号は、ストライプ電極34,35を伝わって出力信号配線38から出力される。   The piezoelectric transformer support 36 b and the voltage output side electrode 33 are electrically connected by the stripe electrodes 34 and 35. Then, the high voltage signal generated on the surface of the voltage output side electrode 33 is output from the output signal wiring 38 through the stripe electrodes 34 and 35.

これにより、電圧出力側電極33に出力信号配線38を接続した場合と比べて、ニオブ酸リチウム単結晶基板31の振動を阻害することを防止することができる。なお、電圧出力側電極33は、端面に対して垂直方向に振動する。   Thereby, compared with the case where the output signal wiring 38 is connected to the voltage output side electrode 33, it is possible to prevent the vibration of the lithium niobate single crystal substrate 31 from being hindered. The voltage output side electrode 33 vibrates in a direction perpendicular to the end face.

図8は、図6の変形例(その1)である。図8では、電圧出力側電極33と出力信号配線38とが引き出し線51により導通されている。
図9は、図6の変形例(その2)である。図9では、電圧出力側電極33と出力信号配線38とが引き出し線52により導通されている。
FIG. 8 is a modification (No. 1) of FIG. In FIG. 8, the voltage output side electrode 33 and the output signal wiring 38 are electrically connected by the lead line 51.
FIG. 9 is a second modification of FIG. In FIG. 9, the voltage output side electrode 33 and the output signal wiring 38 are electrically connected by the lead line 52.

以上より、高電圧発生手段7を圧電振動子6aの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で圧電振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。   As described above, by installing the high voltage generating means 7 in the vicinity of the piezoelectric vibrator 6a, a low voltage signal is transmitted to the cable, and a high voltage pulse for driving the piezoelectric vibrator is efficiently generated in the ultrasonic probe. be able to. In addition, the influence of noise caused by the cable can be prevented.

<第2の実施形態>
本実施形態では、超音波振動子としてマイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波振動子(cMUT)を用いた場合の体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, an intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus using a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) using a micromachine process as the ultrasonic transducer will be described.

cMUTの構造を簡単に説明する。まず、シリコン基板にキャビティ(空隙部、凹部)を設け、そのキャビティの底部に下部電極を配設する。そのキャビティの上方にはメンブレンが形成され、そのメンブレンの構成要素の1つとして上部電極膜が含まれている。なお、上部電極膜は接地電極である。   The structure of cMUT will be briefly described. First, a cavity (gap part, concave part) is provided in a silicon substrate, and a lower electrode is provided at the bottom of the cavity. A membrane is formed above the cavity, and an upper electrode film is included as one of the components of the membrane. The upper electrode film is a ground electrode.

キャビティを形成する凹部及びその凹部を覆うメンブレンからなる単位をセルという。そして、複数の振動子セルの集合体を振動子エレメントという。この振動子エレメントは、駆動制御信号を入出力する最小単位である。   A unit composed of a recess forming a cavity and a membrane covering the recess is called a cell. An assembly of a plurality of transducer cells is referred to as a transducer element. This transducer element is a minimum unit for inputting and outputting drive control signals.

このような構成概要となるcMUTの動作について説明すると、上部電極と下部電極の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を0にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極の上方向に超音波が照射される。   The operation of the cMUT having such a configuration outline will be described. When a voltage is applied to a pair of upper and lower electrodes, the electrodes are pulled together, and when the voltage is reduced to 0, the operation returns. As a result of the vibration of the membrane by this vibration operation, an ultrasonic wave is generated, and the ultrasonic wave is irradiated upward of the upper electrode.

図10は、本実施形態における超音波振動子として静電容量型超音波振動子(cMUT)を用いた体腔内挿入型超音波診断装置のブロック図を示す。図10は、図1の圧電振動子6aを静電容量型超音波振動子(cMUT)6bに置換したものである。図10の基本的な構成及び動作は、図1と同様である。   FIG. 10 is a block diagram of an intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) as an ultrasonic transducer in the present embodiment. FIG. 10 is obtained by replacing the piezoelectric vibrator 6a of FIG. 1 with a capacitive ultrasonic vibrator (cMUT) 6b. The basic configuration and operation of FIG. 10 are the same as those of FIG.

なお、本実施形態における高電圧発生手段7は、直流低電圧が入力されると直流高電圧を出力したり、直流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると直流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり等する。   The high voltage generating means 7 in this embodiment outputs a DC high voltage when a DC low voltage is input, outputs an AC high voltage when a DC low voltage is input, or inputs an AC low voltage. If a low voltage is input, a high DC voltage is output. If a low AC voltage is input, a high AC voltage is output.

高電圧発生手段7には、昇圧手段7a(例えば、電磁トランス、圧電トランス)が含まれている。昇圧手段7aは、振動子を駆動させるために必要な電圧を得るために、ケーブル伝送信号Sg1の電圧(例えば、10V以下)を所定値(例えば、50V〜数百V)まで昇圧させる。   The high voltage generating means 7 includes a boosting means 7a (for example, an electromagnetic transformer or a piezoelectric transformer). The booster 7a boosts the voltage (for example, 10 V or less) of the cable transmission signal Sg1 to a predetermined value (for example, 50 V to several hundred V) in order to obtain a voltage necessary for driving the vibrator.

また、高電圧発生手段7から交流高電圧信号が出力される場合、その交流高電圧信号の周波数は、静電型超音波振動子の共振周波数とほぼ等しくなるように調整されている。
以下では、昇圧手段7aとして、電磁型昇圧トランス、圧電トランスを用いた実施例について説明する。電磁型昇圧トランスは出力インピーダンスが比較的低いので、比較的低インピーダンスの負荷を駆動できる。一方、圧電トランスは、電磁型昇圧トランスに比べ、昇圧効率が高く小型化である。また、圧電トランスは、出力インピーダンスが比較的高いので、高インピーダンスの負荷の必要なcMUTにとっては好ましい。なお、ここで、cMUTは純粋なコンデンサ構造でなくても、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであってもよい。
When an AC high voltage signal is output from the high voltage generating means 7, the frequency of the AC high voltage signal is adjusted to be substantially equal to the resonance frequency of the electrostatic ultrasonic transducer.
Hereinafter, an embodiment in which an electromagnetic step-up transformer and a piezoelectric transformer are used as the step-up means 7a will be described. Since the electromagnetic step-up transformer has a relatively low output impedance, it can drive a load having a relatively low impedance. On the other hand, the piezoelectric transformer has a higher boosting efficiency and is smaller than the electromagnetic boost transformer. In addition, since the piezoelectric transformer has a relatively high output impedance, it is preferable for a cMUT that requires a high impedance load. Here, the cMUT may not be a pure capacitor structure but may be an electret capacitor using an electret film.

(実施例1)
図11は、本実施例における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段7は、昇圧トランス10、整流器11、スイッチ12から構成される。これらは、図2と同様である。また、チャージアンプ60が設けられている。スイッチ12は、超音波送信時以外(スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態)では、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態になっている。
Example 1
FIG. 11 is a block diagram of a circuit configuration of an intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using an electromagnetic step-up transformer as a step-up unit in the present embodiment. The high voltage generating means 7 in this embodiment includes a step-up transformer 10, a rectifier 11, and a switch 12. These are the same as in FIG. A charge amplifier 60 is also provided. The switch 12 is in a state in which the switch terminals 12c and 12d are electrically connected except during ultrasonic transmission (a state in which a DC voltage is not applied to the switch drive terminal).

チャージアンプ60では、インピーダンス変換を行う機能(高インピーダンス→低インピーダンスへ変換する)、cMUT6bの電極表面の電荷の検出を行う機能、及びアンプとしての機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、cMUT6bのメンブレン表面より放射された超音波が体腔内で反射され、cMUT6bがその反射波を受信すると、その反射波の受信強度に応じてメンブレンが振動し、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出する機能をいう。   The charge amplifier 60 has a function of performing impedance conversion (converting from high impedance to low impedance), a function of detecting charge on the electrode surface of the cMUT 6b, and a function of an amplifier. The function of detecting the charge is that the ultrasonic wave emitted from the membrane surface of the cMUT 6b is reflected in the body cavity, and when the cMUT 6b receives the reflected wave, the membrane vibrates according to the received intensity of the reflected wave, Since the charge on the upper electrode fluctuates in response to the vibration, it means a function of detecting the charge.

超音波送信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から送信され、昇圧トランス10の昇圧トランス1次側コイル10aへ入力される。そうすると、昇圧トランス2次側コイル10b,10cに、昇圧された交流信号が発生する。なお、本実施例では、ケーブル伝送信号Sg1は特定の周波数を有するバースト波である。   At the time of ultrasonic transmission, the cable transmission signal Sg1 is transmitted from the observation device 5 and input to the step-up transformer primary coil 10a of the step-up transformer 10. As a result, a boosted AC signal is generated in the step-up transformer secondary coils 10b and 10c. In the present embodiment, the cable transmission signal Sg1 is a burst wave having a specific frequency.

昇圧トランス2次側コイル10c側から出力された電圧は、整流器11直流電圧に変換される。その直流電圧がスイッチ12のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子12aと12bとが導通する。   The voltage output from the step-up transformer secondary coil 10c side is converted into a rectifier 11 DC voltage. When the DC voltage is applied to the switch drive terminal of the switch 12, the switch terminals 12a and 12b become conductive.

そうすると、昇圧トランス2次側コイル10b側から出力された高電圧は、導通しているスイッチ端子12a−12b間を通って、cMUT6bの下部電極(図では上側)に印加される。なお、昇圧トランス2次側コイル10bから出力される振動子駆動信号Sg2は、ケーブル伝送信号Sg1の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。   Then, the high voltage output from the step-up transformer secondary coil 10b side is applied to the lower electrode (upper side in the drawing) of the cMUT 6b through the conducting switch terminals 12a-12b. The vibrator drive signal Sg2 output from the step-up transformer secondary coil 10b is a higher-voltage burst wave in which the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is increased.

高電圧バースト波が印加されると、cMUT6bのメンブレンは振動して、メンブレン表面から超音波が放射される。
超音波受信時、既に駆動バースト波が発生していない時間領域では、ケーブル伝送信号Sg1の振幅は0なので、昇圧トランス10により交流高電圧が発生しない。したがって、スイッチ12のスイッチ駆動端子に印加する電圧は0のため、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態である。
When a high voltage burst wave is applied, the membrane of the cMUT 6b vibrates and ultrasonic waves are emitted from the membrane surface.
At the time of ultrasonic reception, in the time region where no driving burst wave has already occurred, the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is 0, so that no AC high voltage is generated by the step-up transformer 10. Therefore, since the voltage applied to the switch drive terminal of the switch 12 is 0, the switch terminals 12c and 12d are in a conductive state.

このとき、cMUT6bは超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Sg3は、スイッチ端子12c−12dを通って同軸ケーブル8の芯線8aを介して観測装置5に送信される。   At this time, when the cMUT 6b receives the ultrasonic wave, the cMUT 6b converts the ultrasonic wave into an electric signal. The ultrasonic reception signal Sg3 converted into this electric signal is transmitted to the observation device 5 through the core wire 8a of the coaxial cable 8 through the switch terminals 12c-12d.

以上より、高電圧発生手段7を静電容量型超音波振動子6bの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で静電容量型超音波振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。なお、cMUTは前述したように、Si基板上にマイクロマシンプロセスを用いて製造させるが、昇圧トランス以外の構成要素、例えばSW12、整流器11、チャージアンプはcMUTを形成したSi基板上または内部に形成可能であり、こうすることによって更にコンパクト化が可能となる。   As described above, by installing the high voltage generating means 7 in the vicinity of the capacitive ultrasonic transducer 6b, a low voltage signal is transmitted to the cable, and the capacitive ultrasonic transducer is driven in the ultrasonic probe. High voltage pulses can be generated efficiently. In addition, the influence of noise caused by the cable can be prevented. As described above, the cMUT is manufactured on the Si substrate by using a micromachine process. However, components other than the step-up transformer, such as the SW12, the rectifier 11, and the charge amplifier can be formed on or inside the Si substrate on which the cMUT is formed. In this way, further downsizing is possible.

(実施例2)
図12は、本実施例における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段7は、圧電トランス20、抵抗体(直流抵抗)21、整流器11、スイッチ12から構成される。これらは、図2と同様である。また、図11と同様に、チャージアンプ60が設けられている。スイッチ12は、超音波送信時以外(スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態)では、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態になっている。
(Example 2)
FIG. 12 shows a block diagram of a circuit configuration of an intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric step-up transformer as a step-up unit in the present embodiment. The high voltage generating means 7 in this embodiment is composed of a piezoelectric transformer 20, a resistor (DC resistance) 21, a rectifier 11, and a switch 12. These are the same as in FIG. Further, as in FIG. 11, a charge amplifier 60 is provided. The switch 12 is in a state in which the switch terminals 12c and 12d are electrically connected except during ultrasonic transmission (a state in which a DC voltage is not applied to the switch drive terminal).

超音波送信時には、ケーブル伝送信号Sg1が観測装置5から送信される。本実施例では、ケーブル伝送信号Sg1は特定の周波数を有するバースト波である。このケーブル伝送信号Sg1は、圧電トランス20の圧電トランス1次側電極20bに入力される。そうすると、圧電トランス2次側電極20dから高電圧が出力される。圧電トランス2次側電極20dから出力される振動子駆動信号Sg2は、ケーブル伝送信号Sg1の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。   At the time of ultrasonic transmission, the cable transmission signal Sg1 is transmitted from the observation device 5. In the present embodiment, the cable transmission signal Sg1 is a burst wave having a specific frequency. The cable transmission signal Sg1 is input to the piezoelectric transformer primary electrode 20b of the piezoelectric transformer 20. Then, a high voltage is output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20d. The vibrator drive signal Sg2 output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20d is a higher-voltage burst wave in which the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is increased.

入力側に印加された電圧は直流抵抗21と電極20b−20c間インピーダンスによって分圧され、直流抵抗21の両端の分圧圧電信号は、整流器11によって直流電圧に変換される。その直流電圧がスイッチ12のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子12aと12bとが導通する。そうすると、高電圧の振動子駆動信号Sg2が、スイッチ端子12a−12bを通ってcMUT6bに印加する。   The voltage applied to the input side is divided by the impedance between the DC resistor 21 and the electrodes 20b-20c, and the divided piezoelectric signals at both ends of the DC resistor 21 are converted into a DC voltage by the rectifier 11. When the DC voltage is applied to the switch drive terminal of the switch 12, the switch terminals 12a and 12b become conductive. Then, the high-voltage vibrator drive signal Sg2 is applied to the cMUT 6b through the switch terminals 12a-12b.

超音波受信時、既に駆動バースト波が発生していない時間領域では、ケーブル伝送信号Sg1の振幅は0なので、圧電トランス20により高電圧が発生しない。したがって、スイッチ12のスイッチ駆動端子に印加する電圧が0のため、スイッチ端子12cと12dとが導通された状態である。   At the time of receiving the ultrasonic wave, the amplitude of the cable transmission signal Sg1 is 0 in the time region where the driving burst wave has not already been generated, so that no high voltage is generated by the piezoelectric transformer 20. Therefore, since the voltage applied to the switch drive terminal of the switch 12 is 0, the switch terminals 12c and 12d are in a conductive state.

このとき、cMUT6bは、超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Sg3は、スイッチ端子12d−12cを通って、同軸ケーブル8の芯線8aを介して観測装置5に伝送される。   At this time, when the cMUT 6b receives the ultrasonic wave, the cMUT 6b converts the ultrasonic wave into an electric signal. The ultrasonic reception signal Sg3 converted into the electric signal is transmitted to the observation device 5 through the core wire 8a of the coaxial cable 8 through the switch terminals 12d-12c.

なお、本実施形態において、cMUTを構成したSi基板上または内部にSW12,整流器11、チャージアンプ60を半導体プロセスを用いて集積することにより、よりコンパクト化が可能であり、好ましい。   In the present embodiment, it is preferable that the SW 12, the rectifier 11, and the charge amplifier 60 are integrated on the Si substrate constituting the cMUT or inside the semiconductor substrate by using a semiconductor process, which is preferable.

(実施例3)
本実施例では、DCバイアスパルス発生手段と、RFパルスとDCバイアスパルスとを加算する加算手段とを備えた体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
(Example 3)
In this embodiment, an intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus including a DC bias pulse generating means and an adding means for adding an RF pulse and a DC bias pulse will be described.

図13は、本実施例における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。図13は、図12において圧電トランス2次側電極20dとスイッチ端子12aとの間にDCバイアス印加手段70を設けたものである。   FIG. 13 is a block diagram of a circuit configuration of the intra-body-cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 shows a structure in which a DC bias applying means 70 is provided between the piezoelectric transformer secondary electrode 20d and the switch terminal 12a in FIG.

図14は、図13のDCバイアス印加手段70の詳細を示す。図15は、図14の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。DCバイアス印加手段70は、加算器71、整流器72を備えている。   FIG. 14 shows details of the DC bias applying means 70 of FIG. FIG. 15 shows the waveform of each signal in the intracorporeal ultrasound diagnostic apparatus of FIG. The DC bias applying unit 70 includes an adder 71 and a rectifier 72.

まず、ケーブル伝送信号Sg1が圧電トランス20(例えば、ニオブ酸リチウム単結晶基板)の圧電トランス1次側電極20bに入力される(図15(a)参照)。そうすると、第1の実施形態でも説明したように、圧電トランス20の圧電トランス1次側電極20bと接地電極20c間に印加される高電圧信号によって横効果圧電振動を起こし、厚さ方向分極77の作用で縦効果振動に変換され、その結果、電極20dに高電圧の交流信号73が発生する。   First, the cable transmission signal Sg1 is input to the piezoelectric transformer primary side electrode 20b of the piezoelectric transformer 20 (for example, a lithium niobate single crystal substrate) (see FIG. 15A). Then, as described in the first embodiment, a lateral effect piezoelectric vibration is caused by a high voltage signal applied between the piezoelectric transformer primary electrode 20b and the ground electrode 20c of the piezoelectric transformer 20, and the thickness direction polarization 77 is As a result, it is converted into a longitudinal effect vibration, and as a result, a high voltage AC signal 73 is generated at the electrode 20d.

そうすると、高電圧の信号であるRFパルス73が圧電トランス2次側電極20dから出力される。圧電トランス2次側電極20dから出力された高電圧のRFパルス73は、DCバイアス印加手段70に入力される。   Then, an RF pulse 73 that is a high voltage signal is output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20d. The high-voltage RF pulse 73 output from the piezoelectric transformer secondary electrode 20 d is input to the DC bias applying means 70.

RFパルス73は、DCバイアス印加手段70内で2つに分岐される。分岐された一方のRFパルス74(=73)(図15(b)参照)は、加算器71に入力される。分岐された他方のRFパルスは、整流器72を通過してDCバイアスパルス(図15(c)参照)75となり、加算器71に入力される。加算器71では、RFパルス74とDCバイアスパルス75とを加算して、振動子駆動信号Sg2(図15(d)参照)として出力する。なお、図15(d)の80は、DCバイアスレベルを示す。   The RF pulse 73 is branched into two in the DC bias applying means 70. One of the branched RF pulses 74 (= 73) (see FIG. 15B) is input to the adder 71. The other branched RF pulse passes through the rectifier 72 to become a DC bias pulse (see FIG. 15C) 75 and is input to the adder 71. In the adder 71, the RF pulse 74 and the DC bias pulse 75 are added and output as a transducer drive signal Sg2 (see FIG. 15D). Note that 80 in FIG. 15D indicates a DC bias level.

このように、高電圧発生手段7から直流高電圧信号が出力される場合、高電圧発生手段7内部では、高電圧直流信号と高電圧交流信号の双方をほぼ同じタイミングで加算器71に出力する。双方の信号が重畳しやすくするためである。具体的には、高電圧発生手段7から直流高電圧信号が出力される場合、整流器72から出力される直流出力信号75の発生期間が、交流出力信号74の発生期間と同じ、または交流出力信号74の発生期間より長くなるように設定し、両者の信号重畳しやすいようにする。   As described above, when a DC high voltage signal is output from the high voltage generating means 7, both the high voltage DC signal and the high voltage AC signal are output to the adder 71 at substantially the same timing in the high voltage generating means 7. . This is because both signals are easily superimposed. Specifically, when a DC high voltage signal is output from the high voltage generation means 7, the generation period of the DC output signal 75 output from the rectifier 72 is the same as the generation period of the AC output signal 74, or the AC output signal 74 is set so as to be longer than the generation period of 74, so that both signals are easily superimposed.

つまり、図15において、交流出力信号74のパルス幅より直流出力信号75のパルス幅を長くするために、直流出力信号75を先に出力してその後に交流出力信号74を重畳させ、交流出力信号74が出力し終わったのちに、直流出力信号75の出力が終わるようにする。   That is, in FIG. 15, in order to make the pulse width of the DC output signal 75 longer than the pulse width of the AC output signal 74, the DC output signal 75 is output first and then the AC output signal 74 is superimposed. After the output of 74 is finished, the output of the DC output signal 75 is finished.

さらに具体的に説明すると、DCバイアスパルスの立ち上がりタイミングで、トリガー信号を発生させ、そのトリガー信号で、設定した遅延時間経過後RFパルスが発生するようにする。この遅延時間は長く設定しすぎるとRFパルスが、DCバイアスパルスから外れてしまう(重畳しなくなる)ので最適な遅延時間を設定する。したがって、加算器71には、そのような予備処理機能(遅延機能)が含まれている。   More specifically, a trigger signal is generated at the rising timing of the DC bias pulse, and an RF pulse is generated with the trigger signal after the set delay time has elapsed. If this delay time is set too long, the RF pulse deviates from the DC bias pulse (does not overlap), so an optimum delay time is set. Therefore, the adder 71 includes such a preliminary processing function (delay function).

なお、この直流出力信号発生期間は10μsecを越えないようにする。なぜなら、DCバイアスパルスのパルス幅を10μsec以上とすると、すぐ近傍にエコー信号があっても送信信号に重畳してしまい、検出のS/Nが低下してしまい、振動子に近い領域の診断画像が得られなくなってしまうからである。   The DC output signal generation period should not exceed 10 μsec. This is because if the pulse width of the DC bias pulse is 10 μsec or more, even if there is an echo signal in the immediate vicinity, it will be superimposed on the transmission signal, the S / N of detection will be reduced, and a diagnostic image of the area close to the transducer It is because it becomes impossible to obtain.

また、高電圧直流出力信号の立ち上がり、立ち下がりが急激に起こるとcMUTが壊れる可能性がある。それを防止するため、高電圧直流出力信号の立ち上がり、立ち下がりを鈍化させる。つまり、急峻な立ち上がり、立ち下がりは高い周波数成分を持つので、この高い周波数成分を出力端子にコンデンサを並列に接続することによってバイパスさせ、立ち上がり、立ち下がりを鈍化させる。   In addition, the cMUT may be damaged if the high voltage DC output signal rises and falls abruptly. In order to prevent this, the rise and fall of the high voltage DC output signal are slowed down. That is, since the steep rise and fall have a high frequency component, this high frequency component is bypassed by connecting a capacitor in parallel to the output terminal, and the rise and fall are blunted.

なお、本実施例では、圧電トランスを用いた場合を説明したが、電磁トランスに用いても良い。
cMUTの広帯域特性は、DCバイアスに依存するので、以上のようにDCバイアスを発生させることにより広帯域特性を得ることができ、ハーモニックイメージングを用いた超音波診断を行うことができる。なお、本実施形態において、cMUT6bを形成したSi基板上または内部に、図13,図14に記載した構成要素、例えば、SW12、整流器11,72、加算器71、前述した遅延回路(不図示)、チャージアンプ60を、半導体プロセスを用いて一体化(集積化)することが可能であり、これによって更なるコンパクト化が実現され、体腔内挿入用超音波振動子として、より好ましい形態となる。
In this embodiment, the case where a piezoelectric transformer is used has been described, but it may be used for an electromagnetic transformer.
Since the broadband characteristic of the cMUT depends on the DC bias, the broadband characteristic can be obtained by generating the DC bias as described above, and ultrasonic diagnosis using harmonic imaging can be performed. In the present embodiment, the components shown in FIGS. 13 and 14, for example, SW12, rectifiers 11 and 72, adder 71, and the delay circuit (not shown) are formed on or inside the Si substrate on which cMUT 6b is formed. The charge amplifier 60 can be integrated (integrated) by using a semiconductor process, thereby realizing further downsizing and a more preferable form as an ultrasonic transducer for insertion into a body cavity.

(実施例4)
図16は、本実施例における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。同図は、図13の回路に、さらに、昇圧手段7aの入力側に印加する交流信号を発生させる高周波発振器90を設けたものである。これは、圧電トランスは交流信号によって動作するデバイスであり、直流電圧動作を目的とした構成になっている。すなわち、信号91がDC電圧信号であり、これを交流信号92に変換する手段として高周波発振回路90が用いられている。
Example 4
FIG. 16 shows a block diagram of a circuit configuration of the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. In the figure, a high frequency oscillator 90 for generating an AC signal to be applied to the input side of the booster 7a is further provided in the circuit of FIG. This is a device in which a piezoelectric transformer is operated by an AC signal, and has a configuration intended for DC voltage operation. That is, the signal 91 is a DC voltage signal, and a high-frequency oscillation circuit 90 is used as means for converting the signal 91 into an AC signal 92.

図17は、図16の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。ケーブル伝送信号Sg1としてDCパルス91(図17(a)参照)が送信され、高周波発振器90に入力される。高周波発振器90は、DCパルス91を高周波数化させ、バースト波92(図17(b)参照)に変換する。   FIG. 17 shows the waveform of each signal in the body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. A DC pulse 91 (see FIG. 17A) is transmitted as the cable transmission signal Sg1 and input to the high-frequency oscillator 90. The high-frequency oscillator 90 increases the frequency of the DC pulse 91 and converts it into a burst wave 92 (see FIG. 17B).

バースト波92が、圧電トランス20(例えば、ニオブ酸リチウム単結晶基板)の圧電トランス1次側電極20bに入力され、これ以降は実施例3と同様である(図17(b)は、図15(a)に対応する。図17(c)は、図15(b)に対応する。図17(d)は、図15(c)に対応する。図17(e)は、図15(d)に対応する。)。   The burst wave 92 is input to the piezoelectric transformer primary electrode 20b of the piezoelectric transformer 20 (for example, a lithium niobate single crystal substrate), and the subsequent steps are the same as in the third embodiment (FIG. 17B is shown in FIG. 15). Fig. 17 (c) corresponds to Fig. 15 (b), Fig. 17 (d) corresponds to Fig. 15 (c), Fig. 17 (e) corresponds to Fig. 15 (d). ).

このようにすることにより、ケーブル伝送信号Sg1は周波数が低いためケーブル信号ロスがなく、外部へまたは外部からのノイズの授受の影響を受けにくくなる。なお、本実施例では、圧電トランスを用いた場合を説明したが、電磁トランスに用いても良い。   By doing so, the cable transmission signal Sg1 has a low frequency, so there is no cable signal loss, and the cable transmission signal Sg1 is less likely to be affected by the transfer of noise to the outside or from the outside. In this embodiment, the case where a piezoelectric transformer is used has been described, but it may be used for an electromagnetic transformer.

図18は、本実施例におけるアレイ型超音波振動子を用いた体腔内挿入部の回路構成のブロック図を示す。静電容量型超音波振動子アレイ100、図16の振動子エレメント(6b−1,6b−2,6b−3,・・・,6b−n)を複数配列してアレイ状にしたものである。   FIG. 18 shows a block diagram of a circuit configuration of the body cavity insertion portion using the array type ultrasonic transducer in the present embodiment. A capacitive ultrasonic transducer array 100 and a plurality of transducer elements (6b-1, 6b-2, 6b-3,..., 6b-n) of FIG. 16 are arranged in an array. .

第1の実施形態における超音波振動子として圧電振動子を用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。1 is a block diagram of a circuit configuration of a body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric vibrator as an ultrasonic vibrator in the first embodiment. FIG. 第1の実施形態(実施例1)における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。1 is a block diagram of a circuit configuration of a body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using an electromagnetic step-up transformer as a step-up unit in a first mode for embodying the present invention (Example 1); FIG. 第1の実施形態(実施例2)における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。1 is a block diagram of a circuit configuration of a body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric step-up transformer as a step-up unit in the first embodiment (Example 2). FIG. 第1の実施形態におけるp−MUTの構成の一例を示す。An example of the structure of p-MUT in 1st Embodiment is shown. Rosen型圧電トランスの構造を示す。The structure of a Rosen type piezoelectric transformer is shown. 第1の実施形態(実施例2)におけるニオブ酸リチウムを用いた圧電トランスを示す。The piezoelectric transformer using the lithium niobate in 1st Embodiment (Example 2) is shown. 図6のニオブ酸リチウム単結晶基板31の側面方向から観察した場合の振動変位を示す。The vibration displacement when observed from the side surface direction of the lithium niobate single crystal substrate 31 of FIG. 6 is shown. 図6の変形例(その1)である。It is the modification (the 1) of FIG. 図6の変形例(その2)である。It is the modification (the 2) of FIG. 第2の実施形態における超音波振動子として静電容量型超音波振動子(cMUT)を用いた体腔内挿入型超音波診断装置のブロック図を示す。The block diagram of the intracorporeal-insertion type ultrasonic diagnostic apparatus which used the capacitive ultrasonic transducer | vibrator (cMUT) as an ultrasonic transducer | vibrator in 2nd Embodiment is shown. 第2の実施形態(実施例1)における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。The block diagram of the circuit structure of the intracorporeal-insertion type ultrasonic diagnostic apparatus which uses the electromagnetic type | mold pressure | voltage rise transformer as a pressure | voltage rise means in 2nd Embodiment (Example 1) is shown. 第2の実施形態(実施例2)における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。The block diagram of the circuit structure of the intracorporeal-insertion-type ultrasonic diagnostic apparatus which uses the piezoelectric type step-up transformer as a pressure | voltage rise means in 2nd Embodiment (Example 2) is shown. 第2の実施形態(実施例3)における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。The block diagram of the circuit structure of the body-cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus in 2nd Embodiment (Example 3) is shown. 図13のDCバイアス印加手段70の詳細を示す。The details of the DC bias applying means 70 of FIG. 13 are shown. 図14の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。The waveform of each signal in the body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 14 is shown. 第2の実施形態(実施例4)における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。The block diagram of the circuit structure of the body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus in 2nd Embodiment (Example 4) is shown. 図16の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。The waveform of each signal in the body cavity insertion type ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 16 is shown. 第2の実施形態(実施例4)におけるアレイ型超音波振動子を用いた体腔内挿入部の回路構成のブロック図を示す。The block diagram of the circuit structure of the insertion part in a body cavity using the array type | mold ultrasonic transducer | vibrator in 2nd Embodiment (Example 4) is shown. 従来におけるcMUTの一例を示す。An example of a conventional cMUT is shown. 従来における圧電式超音波振動子の駆動回路を用いた制御回路の一例(その1)を示す。An example (part 1) of a conventional control circuit using a drive circuit for a piezoelectric ultrasonic transducer is shown. 従来における圧電式超音波振動子の駆動回路を用いた制御回路の一例(その2)を示す。An example (part 2) of a conventional control circuit using a drive circuit for a piezoelectric ultrasonic transducer is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 体腔内挿入型超音波診断装置
2 挿入部
3 超音波プローブ
4 湾曲部及び可撓管部
5 観測装置
6a 圧電振動子
6a−1 上部電極
6a−2 メンブレン
6a−3 キャビティ
6a−4 シリコン基板
6a−5 下部電極
6a−6 圧電膜
6b cMUT
7 高電圧発生手段
7a 昇圧手段
8 同軸ケーブル8
8a 芯線
8b シールド線
10 昇圧トランス
10a 昇圧トランス1次側コイル
10b,10c 昇圧トランス2次側コイル
11 整流器
12 スイッチ
12a,12b,12c,12d スイッチ端子
20 圧電トランス
20a 圧電振動子
20b 圧電トランス1次側電極
20c 接地電極
20d 圧電トランス2次側電極
21 抵抗体(直流抵抗)
60 チャージアンプ
70 DCバイアス印加手段
71 加算器
72 整流器
90 高周波発振器

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intracorporeal-insertion type ultrasonic diagnostic apparatus 2 Insertion part 3 Ultrasonic probe 4 Bending part and flexible tube part 5 Observation apparatus 6a Piezoelectric vibrator 6a-1 Upper electrode 6a-2 Membrane 6a-3 Cavity 6a-4 Silicon substrate 6a -5 Lower electrode 6a-6 Piezoelectric film 6b cMUT
7 High voltage generating means 7a Boosting means 8 Coaxial cable 8
8a Core wire 8b Shield wire 10 Step-up transformer 10a Step-up transformer primary side coil 10b, 10c Step-up transformer secondary side coil 11 Rectifier 12 Switch 12a, 12b, 12c, 12d Switch terminal 20 Piezoelectric transformer 20a Piezoelectric vibrator 20b Piezoelectric transformer primary side Electrode 20c Ground electrode 20d Piezoelectric transformer secondary electrode 21 Resistor (DC resistance)
60 charge amplifier 70 DC bias applying means 71 adder 72 rectifier 90 high frequency oscillator

Claims (26)

超音波を送受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動させる駆動信号が入力された場合、該駆動信号に基づいて高電圧を発生させ、該高電圧を該超音波振動子に印加させる高電圧発生手段と、
をその先端に互いに近接配置して備えることを特徴とする超音波プローブ。
An ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves;
A high voltage generating means for generating a high voltage based on the drive signal when a drive signal for driving the ultrasonic vibrator is input, and applying the high voltage to the ultrasonic vibrator;
The ultrasonic probe is characterized by being arranged close to each other at its tip.
前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される静電容量型超音波振動子(cMUT)であることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) manufactured using a micromachine manufacturing process. 前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される圧電振動子(p−MUT)であることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a piezoelectric transducer (p-MUT) manufactured using a micromachine manufacturing process. 前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein, when the driving signal is a DC low voltage, the high voltage generating unit outputs a DC high voltage based on the driving signal. 前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein when the drive signal is a direct current low voltage, the high voltage generation unit outputs an alternating current high voltage based on the drive signal. 前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein when the drive signal is an AC low voltage, the high voltage generator outputs a DC high voltage based on the drive signal. 前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein, when the drive signal is an AC low voltage, the high voltage generating unit outputs an AC high voltage based on the drive signal. 前記交流高電圧の前記駆動信号の周波数は、前記超音波振動子の共振周波数と略同等であることを特徴とする請求項5、又は7に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 5 or 7, wherein a frequency of the drive signal of the AC high voltage is substantially equal to a resonance frequency of the ultrasonic transducer. 前記交流高電圧は、バースト波であることを特徴とする請求項5、又は7に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 5 or 7, wherein the AC high voltage is a burst wave. 前記高電圧発生手段は、前記駆動信号の電圧を昇圧させる昇圧手段を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the high voltage generating unit includes a boosting unit that boosts the voltage of the drive signal. 前記昇圧手段は、電磁型トランスであることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 10, wherein the boosting unit is an electromagnetic transformer. 前記昇圧手段は、圧電トランスであることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 10, wherein the boosting unit is a piezoelectric transformer. 前記圧電トランスは、ローゼン型であることを特徴とする請求項12に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 12, wherein the piezoelectric transformer is a Rosen type. 前記圧電トランスは、ニオブ酸リチウムから構成されていることを特徴とする請求項12に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 12, wherein the piezoelectric transformer is made of lithium niobate. 前記高電圧発生手段は、さらに、
前記駆動信号が直流信号である場合、該駆動信号を交流信号に変換して前記昇圧手段に出力する発振手段を有する
ことを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブ。
The high voltage generating means further includes:
The ultrasonic probe according to claim 10, further comprising: an oscillating unit that converts the driving signal into an AC signal and outputs the AC signal to the boosting unit when the driving signal is a DC signal.
前記高電圧発生手段は、さらに、
前記昇圧手段より出力された交流高電圧に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス印加手段
を有していることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブ。
The high voltage generating means further includes:
The ultrasonic probe according to claim 10, further comprising: a DC bias applying unit that applies a DC bias voltage to the AC high voltage output from the boosting unit.
前記直流バイアス印加手段は、前記昇圧手段より出力された交流高電圧を、第1の交流高電圧と第2の交流高電圧とに分岐する分岐手段と、
前記第1の交流高電圧を直流に変換する直流変換手段と、
前記直流変換手段より出力された直流電圧と前記第2の交流高電圧とを加算する加算手段と、
を有することを特徴とする請求項16に記載の超音波プローブ。
The DC bias applying means includes a branching means for branching the AC high voltage output from the boosting means into a first AC high voltage and a second AC high voltage;
DC conversion means for converting the first AC high voltage to DC;
Adding means for adding the DC voltage output from the DC conversion means and the second AC high voltage;
The ultrasonic probe according to claim 16, comprising:
前記加算手段は、前記直流電圧が発生している期間に対して、前記第2の交流高電圧を重畳させることを特徴とする請求項17に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 17, wherein the adding means superimposes the second AC high voltage on a period in which the DC voltage is generated. 前記直流電圧が発生している前記期間は、10μsecを越えないことを特徴とする請求項18に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 18, wherein the period during which the DC voltage is generated does not exceed 10 μsec. 前記加算手段は、前記直流電圧の立ち上がり及び立ち下がりを鈍化させる手段を備えていることを特徴する請求項17に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 17, wherein the adding means includes means for blunting rising and falling of the DC voltage. 前記p−MUTは、シリコン基板上に形成され、さらに該シリコン基板にスイッチ回路及び整流器を設けることを特徴とする請求項3に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the p-MUT is formed on a silicon substrate, and a switch circuit and a rectifier are further provided on the silicon substrate. 前記cMUTは、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the cMUT is an electret condenser using an electret film. 前記cMUTのシリコン基板上または内部には、昇圧トランス、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプのうち少なくとも1つが形成可能であることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 2, wherein at least one of a step-up transformer, a switch circuit, a rectifier, and a charge amplifier can be formed on or inside the silicon substrate of the cMUT. 前記cMUTを構成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプを半導体プロセスを用いて集積させることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。   3. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein a switch circuit, a rectifier, and a charge amplifier are integrated on or inside a silicon substrate constituting the cMUT using a semiconductor process. 前記cMUTを形成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、加算器、遅延回路、及びチャージアンプを、半導体プロセスを用いて集積化することを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。   3. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein a switch circuit, a rectifier, an adder, a delay circuit, and a charge amplifier are integrated on or inside the silicon substrate on which the cMUT is formed using a semiconductor process. . 請求項1〜25のうちいずれか1項に記載の超音波プローブを備える体腔内挿入型超音波診断装置。


An intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 25.


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