JP2008067886A - 超音波振動子駆動回路および超音波診断装置 - Google Patents

超音波振動子駆動回路および超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】超音波振動子への出力ラインの電圧を正電圧または負電圧からグランド電圧に迅速に戻す。回路サイズを小型化する。
【解決手段】Ｐ側送波信号（ＰＰ）に応じてＰ側ＦＥＴ（１１Ｐ）をオンしてからオフした直後に出力ライン（Ｗ）がグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけＮ側ＦＥＴ（１１Ｎ）をオンする。また、Ｎ側送波信号（ＰＮ）に応じてＮ側ＦＥＴ（１１Ｎ）をオンしてからオフした直後に出力ライン（Ｗ）がグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけＰ側ＦＥＴ（１１Ｐ）をオンする。
【効果】出力ライン（Ｗ）の電圧を正電圧（＋ＨＶ）または負電圧（−ＨＶ）からグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。ドライバ回路（１２Ｐ，１２Ｎ）は論理回路なので、ＦＥＴを使うアクティブ・グランド・クランプ回路に比べて回路サイズを小型化できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波振動子駆動回路および超音波診断装置に関し、さらに詳しくは、正電圧または負電圧またはグランド電圧を超音波振動子へ出力する出力ラインの電圧を正電圧または負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができ且つ回路サイズを小型化しうる超音波振動子駆動回路および超音波診断装置に関する。
従来、オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＰ側ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）と、オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＮ側ＦＥＴと、それらＰ側ＦＥＴおよびＮ側ＦＥＴをオン／オフするドライバ回路とを具備した超音波診断装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００６−１０１９９７号公報（図１０、図１２、図１４） 特開２００４−３５８１３３号公報（図２）
上記従来の超音波診断装置では、出力ラインのキャパシタンスのため、出力ラインに正電圧または負電圧をパルス状に印加したとき、出力ラインの電圧が正電圧または負電圧からグランド電圧に迅速に戻らない問題点がある。
これに対し、出力ラインを強制的にグランド電圧に戻すアクティブ・グランド・クランプ回路を設けることが考えられるが、アクティブ・グランド・クランプ回路には１Ａ以上の容量のＦＥＴが必要となるため、回路サイズが大型化してしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、出力ラインの電圧を正電圧または負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができ且つ回路サイズを小型化しうる超音波振動子駆動回路および超音波診断装置を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＰ側電界効果トランジスタと、オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＮ側電界効果トランジスタと、入力されたＰ側送波信号に応じて前記Ｐ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけ前記Ｎ側電界効果トランジスタをオンすること及び入力されたＮ側送波信号に応じて前記Ｎ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけ前記Ｐ側電界効果トランジスタをオンすることの少なくとも一方を行うドライバ回路とを具備したことを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第１の観点による超音波振動子駆動回路では、Ｐ側送波信号に応じてＰ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後にＮ側電界効果トランジスタを引戻時間だけオンして出力ラインをグランド電圧に強制的に戻すので、出力ラインの電圧を正電圧からグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。また、Ｎ側送波信号に応じてＮ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後にＰ側電界効果トランジスタを引戻時間だけオンして出力ラインをグランド電圧に強制的に戻すので、出力ラインの電圧を負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。そして、ドライバ回路は、ほとんど電流が流れない論理回路なので、アクティブ・グランド・クランプ回路に比べて回路サイズを小型化することが出来る。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による超音波振動子駆動回路において、前記ドライバ回路は、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記出力ラインから帰還した帰還電圧とに基づいてＰ側電界効果トランジスタおよびＮ側電界効果トランジスタをドライブすることを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第２の観点による超音波振動子駆動回路では、出力ラインから帰還した帰還電圧を用いるので、出力ラインの電圧を正電圧または負電圧からグランド電圧に戻すための引戻時間を適正に決めることが出来る。
第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による超音波振動子駆動回路において、前記ドライバ回路は、前記Ｐ側電界効果トランジスタをドライブするＰ側ドライバ回路と、前記Ｎ側電界効果トランジスタをドライブするＮ側ドライバ回路とからなることを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第３の観点による超音波振動子駆動回路では、Ｐ側ドライバ回路とＮ側ドライバ回路とに分けているので、それぞれの論理を構成しやすくなる。
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による超音波振動子駆動回路において、前記Ｐ側ドライバ回路は、Ｐ側閾値と前記帰還電圧とを比較するＰ側比較器と、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記Ｐ側比較器の出力電圧とを基にドライブ信号を出力するＰ側論理回路とを含むことを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第４の観点による超音波振動子駆動回路では、Ｐ側閾値を調整することにより、引戻時間を調整できる。
第５の観点では、本発明は、前記第４の観点による超音波振動子駆動回路において、前記Ｐ側閾値は、負の送信電圧に依存した電圧であることを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第５の観点による超音波振動子駆動回路では、例えば負電圧の０％〜２０％とすることで負電圧からグランド電圧に戻る少し手前で引戻時間を終わらせることが出来るので、大きなオーバーシュートを生じることを防止できる。
第６の観点では、本発明は、前記第３から前記第５のいずれかの観点による超音波振動子駆動回路において、前記Ｎ側ドライバ回路は、Ｎ側閾値と前記帰還電圧とを比較するＮ側比較器と、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記Ｎ側比較器の出力電圧とを基にドライブ信号を出力するＮ側論理回路とを含むことを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第６の観点による超音波振動子駆動回路では、Ｎ側閾値を調整することにより、引戻時間を調整できる。
第７の観点では、本発明は、前記第６の観点による超音波振動子駆動回路において、前記Ｎ側閾値は、正の送信電圧に依存した電圧であることを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第７の観点による超音波振動子駆動回路では、例えば正電圧の０％〜２０％とすることで正電圧からグランド電圧に戻る少し手前で引戻時間を終わらせることが出来るので、大きなオーバーシュートを生じることを防止できる。
第８の観点では、本発明は、超音波探触子と、前記第１から前記第７のいずれかの観点による超音波振動子駆動回路と、前記超音波探触子でエコー信号を受信し音線信号を出力する受信回路と、前記音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示する表示手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第８の観点による超音波診断装置では、超音波振動子駆動回路の回路サイズを小型化することが出来る。
本発明の超音波振動子駆動回路および超音波診断装置によれば、正電圧または負電圧またはグランド電圧を超音波振動子へ出力する出力ラインの電圧を正電圧または負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。また、回路サイズを小型化することが出来る。
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１に係る超音波診断装置１００を示す構成図である。
この超音波診断装置１００は、多数の超音波振動子Ｅが内設され且つそれらにより超音波を被検体内へ送信すると共に被検体内から超音波エコーを受信する超音波探触子１と、超音波エコーから音線信号を生成し出力する受信部２と、音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成部３と、超音波画像を表示する表示部４と、超音波を送信するために超音波振動子Ｅを駆動する超音波振動子駆動回路１０と、超音波振動子駆動回路１０へ送信のための信号を入力する送波部５と、全体を制御する制御部６と、操作者が操作するための入力部７とを具備している。
図２は、実施例１に係る超音波振動子駆動回路１０を示す回路図である。
超音波振動子駆動回路１０は、オン状態で正電圧＋ＨＶを超音波振動子Ｅへの出力ラインＷへ出力するＰ側ＦＥＴ１１Ｐと、オン状態で負電圧−ＨＶを出力ラインＷへ出力するＮ側ＦＥＴ１１Ｎと、送波部５から入力されたＰ側送波信号ＰＰおよびＮ側送波信号ＰＮおよびＰ側閾値ＴＨＰと出力ラインＷから帰還した帰還電圧Ｖｏとに基づいてＰ側ＦＥＴ１１ＰをドライブするＰ側ドライバ回路１２Ｐと、Ｐ側送波信号ＰＰおよびＮ側送波信号ＰＮおよびＮ側閾値ＴＨＮと帰還電圧Ｖｏとに基づいてＮ側ＦＥＴ１１ＮをドライブするＮ側ドライバ回路１２Ｎとを具備している。
Ｐ側閾値ＴＨＰは、送信電圧である負電圧−ＨＶに応じた値であり、送波部５から入力される。
Ｎ側閾値ＴＨＮは、送信電圧である正電圧＋ＨＶに応じた値であり、送波部５から入力される。
Ｐ側ドライバ回路１２Ｐは、帰還電圧ＶｏがＰ側閾値ＴＨＰより高いときに「Ｈ」となりそれ以外は「Ｌ」となるＰ側比較信号ＬＶＰを出力する比較器１３Ｐと、Ｐ側送波信号ＰＰとＮ側送波信号ＰＮとＰ側比較信号ＬＶＰとに基づいてＰ側駆動信号ＤＶＰを出力するＰ側論理回路１４Ｐとを含んでいる。
Ｎ側ドライバ回路１２Ｎは、帰還電圧ＶｏがＮ側閾値ＴＨＮより高いときに「Ｈ」となりそれ以外は「Ｌ」となるＮ側比較信号ＬＶＮを出力する比較器１３Ｎと、Ｐ側送波信号ＰＰとＮ側送波信号ＰＮとＰ側比較信号ＬＶＮとに基づいてＮ側駆動信号ＤＶＮを出力するＮ側論理回路１４Ｎとを含んでいる。
なお、図２中の抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ５は省略可能である。
図３は、Ｐ側論理回路１４Ｐの論理を示す真理値テーブルおよびＮ側論理回路１４Ｎの論理を示す真理値テーブルである。
「Ｘh」は、「Ｈ」でも「Ｌ」でもよいが、フェールセーフの観点から「Ｈ」が望ましいことを示す。
「Ｘl」は、「Ｈ」でも「Ｌ」でもよいが、フェールセーフの観点から「Ｌ」が望ましいことを示す。
図４は、超音波振動子Ｅに正電圧＋ＨＶを印加し、グランド電圧に戻してから、負電圧−ＨＶを印加する場合のタイミングチャートである。また、図５は、各時相での各信号の論理値である。
Ｐ側駆動信号ＤＶＰが「Ｌ」のとき、Ｐ側ＦＥＴ１１Ｐがオン状態になる。また、Ｎ側駆動信号ＤＶＮが「Ｈ」のとき、Ｎ側ＦＥＴ１１Ｎがオン状態になる。
Ｐ側駆動信号ＤＶＰおよびＮ側駆動信号ＤＶＮから判るように、Ｐ側送波信号ＰＰに応じてＰ側ＦＥＴ１１Ｐをオンしてからオフした直後に短い引戻時間Ｔ２ｄだけＮ側ＦＥＴ１１Ｎをオンして出力ラインＬをグランド電圧に迅速に戻している。また、Ｎ側送波信号ＰＮに応じてＮ側ＦＥＴ１１Ｎをオンしてからオフした直後に短い引戻時間Ｔ４ｄだけＰ側ＦＥＴ１１Ｐをオンして出力ラインＬをグランド電圧に迅速に戻している。
図６は、超音波振動子Ｅに正電圧＋ＨＶを印加し、次いで負電圧−ＨＶを印加する場合のタイミングチャートである。また、図７は、各時相での各信号の論理値である。
Ｐ側駆動信号ＤＶＰおよびＮ側駆動信号ＤＶＮから判るように、Ｎ側送波信号ＰＮに応じてＮ側ＦＥＴ１１Ｎをオンしてからオフした直後に短い引戻時間Ｔ４ｄだけＰ側ＦＥＴ１１Ｐをオンして出力ラインＬをグランド電圧に迅速に戻している。
実施例１の超音波振動子駆動回路１０および超音波振動子駆動回路１００によれば、Ｐ側送波信号ＰＰに応じてＰ側ＦＥＴ１１Ｐをオンしてからオフした直後にＮ側ＦＥＴ１１Ｎを引戻時間Ｔ２ｄだけオンするため、出力ラインＷの電圧を正電圧＋ＨＶからグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。また、Ｎ側送波信号ＰＮに応じてＮ側ＦＥＴ１１Ｎをオンしてからオフした直後にＰ側ＦＥＴ１１Ｐを引戻時間Ｔ４ｄだけオンするため、出力ラインＷの電圧を負電圧−ＨＶからグランド電圧に迅速に戻すことが出来る。そして、ドライバ回路１２Ｐ，１２Ｎは、ほとんど電流が流れない論理回路なので、アクティブ・グランド・クランプ回路に比べて回路サイズを小型化することが出来る。
超音波振動子Ｅに負電圧−ＨＶを印加し、グランド電圧に戻してから、正電圧＋ＨＶを印加する場合、及び、超音波振動子Ｅに負電圧−ＨＶを印加し、次いで正電圧＋ＨＶを印加する場合にも、実施例１と同様に本発明を適用しうる。
本発明の超音波振動子駆動回路および超音波診断装置は、超音波診断装置の性能向上および小型化に利用できる。
実施例１に係る超音波診断装置を示すブロック図である。 実施例１に係る超音波振動子駆動回路を示す回路図である。 実施例１に係るＰ側論理回路およびＮ側論理回路の真理値図である。 超音波振動子に正電圧を印加し、グランド電圧に戻してから、負電圧を印加する場合のタイミングチャートである。 図４における各時相での各信号の論理値である。 超音波振動子に正電圧を印加し、次いで負電圧を印加する場合のタイミングチャートである。 図６における各時相での各信号の論理値である。
符号の説明
１ 超音波探触子
１０ 超音波振動子駆動回路
１１Ｐ Ｐ側電界効果トランジスタ
１１Ｎ Ｎ側電界効果トランジスタ
１２Ｐ Ｐ側ドライバ回路
１２Ｎ Ｎ側ドライバ回路
１００ 超音波診断装置
Ｅ 超音波振動子
＋ＨＶ 正電圧
−ＨＶ 負電圧
ＰＰ Ｐ側送波信号
ＰＮ Ｎ側送波信号
ＴＨＰ Ｐ側閾値
ＴＨＮ Ｎ側閾値
Ｖｏ 帰還電圧
Ｗ 出力ライン

Claims (8)

  1. オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＰ側電界効果トランジスタと、オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するＮ側電界効果トランジスタと、入力されたＰ側送波信号に応じて前記Ｐ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけ前記Ｎ側電界効果トランジスタをオンすること及び入力されたＮ側送波信号に応じて前記Ｎ側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る程度の引戻時間だけ前記Ｐ側電界効果トランジスタをオンすることの少なくとも一方を行うドライバ回路とを具備したことを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  2. 請求項１に記載の超音波振動子駆動回路において、前記ドライバ回路は、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記出力ラインから帰還した帰還電圧とに基づいて前記Ｐ側電界効果トランジスタおよび前記Ｎ側電界効果トランジスタをドライブすることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  3. 請求項２に記載の超音波振動子駆動回路において、前記ドライバ回路は、前記Ｐ側電界効果トランジスタをドライブするＰ側ドライブ回路と、前記Ｎ側電界効果トランジスタをドライブするＮ側ドライブ回路とからなることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  4. 請求項３に記載の超音波振動子駆動回路において、前記Ｐ側ドライブ回路は、Ｐ側閾値と前記帰還電圧とを比較するＰ側比較器と、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記Ｐ側比較器の出力電圧とを基にドライブ信号を出力するＰ側論理回路とを含むことを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  5. 請求項４に記載の超音波振動子駆動回路において、前記Ｐ側閾値は、負の送信電圧に依存した電圧であることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の超音波振動子駆動回路において、前記Ｎ側ドライブ回路は、Ｎ側閾値と前記帰還電圧とを比較するＮ側比較器と、前記Ｐ側送波信号と前記Ｎ側送波信号と前記Ｎ側比較器の出力電圧とを基にドライブ信号を出力するＮ側論理回路とを含むことを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  7. 請求項６に記載の超音波振動子駆動回路において、前記Ｎ側閾値は、正の送信電圧に依存した電圧であることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
  8. 超音波探触子と、請求項１から請求項７のいずれかに記載の超音波振動子駆動回路と、前記超音波探触子でエコー信号を受信し音線信号を出力する受信回路と、前記音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示する表示手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
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