JP2011004998A - 超音波振動子駆動回路及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数レベルの電圧を出力する超音波振動子駆動回路であって、消費電力が小さく安価な超音波振動子駆動回路及びこのような超音波振動子駆動回路を備えた超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波振動子Ｅと接続される出力ライン２０と、複数のスイッチング回路を有するＰ側スイッチング回路部２１及び複数のスイッチング回路を有するＮ側スイッチング回路部２２と、複数のアクティブグランドクランプ回路を有するＰ側アクティブグランドクランプ回路部２３及びＮ側アクティブグランドクランプ回路部２４と、を備え、前記各スイッチング回路のインピーダンスが異なるとともに、前記各グランドクランプ回路のインピーダンスが異なることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波振動子を駆動させるための電圧を供給する超音波振動子駆動回路及びこの超音波振動子駆動回路を備える超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブから被検体内に超音波を送信し、そのエコーを前記超音波プローブで受信して被検体内の超音波画像を作成している。前記超音波プローブにあっては、圧電セラミックスなどの圧電材料からなる超音波振動子を備え、この超音波振動子に、超音波振動子駆動回路から電圧を供給して超音波の送信を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２９０３２１号公報

ところで、超音波振動子駆動回路は、複数レベルの電圧を出力することができる回路である場合がある。このような超音波振動子駆動回路を備えた超音波診断装置では、前記超音波振動子へ供給する電圧波形として、任意の波形を作り出すことができる。

上述のように任意の波形を作り出すことができる超音波振動子駆動回路においては、従来、Ａ級アンプを用いることにより複数レベルの電圧を出力するようにしている。しかし、Ａ級アンプを用いると消費電力が大きくなる。また、Ａ級アンプにおける抵抗としては、比較的抵抗値が大きい抵抗が必要になることから、ＩＣ化が困難であり安価にすることができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、複数レベルの電圧を出力する超音波振動子駆動回路であって、消費電力が小さく安価な超音波振動子駆動回路及びこのような超音波振動子駆動回路を備えた超音波診断装置を提供することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第１の観点の発明は、超音波振動子と接続される出力ラインと、電源部と前記出力ラインとの接続をオンオフする複数のスイッチング回路と、前記出力ラインとグランドとの接続をオンオフする複数のグランドクランプ回路と、前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路をオンオフさせる制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、前記各スイッチング回路のインピーダンスが異なるとともに、前記各グランドクランプ回路のインピーダンスが異なることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記複数のスイッチング回路は互いに並列に接続され、また、前記複数のグランドクランプ回路は互いに並列に接続されるとともに、前記超音波振動子とも並列に接続され、さらに、前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路は、互いに直列に接続されていることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第３の観点の発明は、第１又は２の観点の発明において、出力ラインの電圧が前記制御信号に対して線形性を有するように、前記各スイッチング回路及び前記グランドクランプ回路のインピーダンスが設定されることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第４の観点の発明は、第１〜３のいずれか一の観点の発明において、前記各スイッチング回路のインピーダンス及び前記各グランドクランプ回路のインピーダンスは、基準となる前記スイッチング回路のインピーダンス及び基準となる前記グランドクランプ回路のインピーダンスに対して、１．８^ｎ〜２．２^ｎ倍（ｎは自然数）に設定されていることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記複数のスイッチング回路のうちのいずれかのスイッチング回路のインピーダンスと、前記複数のグランドクランプ回路のうちのいずれかのグランドクランプ回路のインピーダンスとが等しいことを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第６の観点の発明は、第１〜５のいずれか一の観点の発明において、前記複数のスイッチング回路におけるインピーダンスの大きさの順序と、前記複数のグランドクランプ回路におけるインピーダンスの大きさの順序とが互いに等しい前記スイッチング回路及び前記グランドクランプ回路について、一方がオンになるとともに他方がオフになるように、前記制御部が制御信号を出力することを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第７の観点の発明は、第１〜６のいずれか一の観点の発明において、前記出力ラインの電圧を所望の電圧にするための補正手段を備えることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第８の観点の発明は、第７の観点の発明において、前記補正手段は、前記制御信号出力部から出力された制御信号を、所望の出力電圧が得られる制御信号とし、該制御信号を前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路に出力するルックアップテーブル又は補正計算機により構成されることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第９の観点の発明は、第１〜８のいずれか一の観点の発明において、前記スイッチング回路のスイッチング素子としてトランジスタを備え、前記補正手段は、前記トランジスタと並列にサブアレーとして接続されて該トランジスタよりもオン抵抗が小さいサブトランジスタにより構成されることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第１０観点の発明は、第１〜９のいずれか一の観点の発明において、前記複数のグランドクランプ回路のうち、少なくとも一つの回路が常にオフ状態になることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第１１の観点の発明は、第１〜１０のいずれか一の観点の発明において、インピーダンスが異なる複数の前記スイッチング回路からなるスイッチング回路部を複数組備え、該各スイッチング回路部に、超音波の送信モードに応じた異なる電源電圧が入力されることを特徴とする超音波振動子駆動回路である。

第１２の観点の発明は、第１〜１１のいずれか一の観点の発明に係る超音波振動子駆動回路を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

本発明によれば、Ａ級アンプを用いずに、インピーダンスが異なる複数の前記スイッチング回路及びインピーダンスが異なる複数の前記グランドクランプ回路におけるオンオフの状態を変えることにより、前記出力ラインの電圧を変えることができるので、Ａ級アンプを用いる場合と比べて消費電力を小さくすることができ、またＩＣ化も容易で安価に抑えることができる。

本発明に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波診断装置における超音波振動子駆動回路の構成を示すブロック図である。 図２に示す超音波振動子駆動回路におけるマルチレベルパルサーの概略構成を示すブロック図である。 図３に示すマルチレベルパルサーにおけるＰ側スイッチング回路部の概略構成を示す回路図である。 図３に示すマルチレベルパルサーにおけるＮ側スイッチング回路部の概略構成を示す回路図である。 図３に示すマルチレベルパルサーにおけるＰ側アクティブグランドクランプ回路部の概略構成を示す回路図である。 図３に示すマルチレベルパルサーにおけるＮ側アクティブグランドクランプ回路部の概略構成を示す回路図である。 Ｐ側スイッチング回路部及びＰ側アクティブグランドクランプ回路部の動作を説明するための図である。 各Ｐ側スイッチング回路及び各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路に入力される制御信号を説明するための図である。 送波部から制御信号「０００００」が出力された時のＰ側スイッチング回路部及びＰ側アクティブグランドクランプ回路部の状態を示す図である。 送波部から制御信号「００００１」が出力された時のＰ側スイッチング回路部及びＰ側アクティブグランドクランプ回路部の状態を示す図である。 制御信号と正の出力電圧との関係のグラフを示す図である。 送波部から制御信号「００００１」が出力された時のマルチレベルパルサーのインピーダンス成分を示す回路図である。 送波部から制御信号「０００１０」が出力された時のマルチレベルパルサーのインピーダンス成分を示す回路図である。 制御信号と負の出力電圧との関係のグラフを示す図である。 第一実施形態の第一変形例におけるＬＵＴを示すブロック図である。 第一実施形態の第一変形例において、送波部から出力される制御信号と出力電圧との関係を示す図である。 第一実施形態の第二変形例における第一Ｐ側スイッチング回路を示す回路図である。 第一実施形態の第三変形例における制御信号と正の出力電圧との関係のグラフを示す図である。 第二実施形態におけるマルチレベルパルサーの概略構成を示すブロック図である。 図２０に示すマルチレベルパルサーにおいて、Ｐ側中間電圧スイッチング回路部の概略構成を示す回路図である。 図２０に示すマルチレベルパルサーにおいて、Ｎ側中間電圧スイッチング回路部の概略構成を示す回路図である。 第三実施形態におけるマルチレベルパルサーの概略構成を示すブロック図である。 第四実施形態におけるマルチレベルパルサーの概略構成を示すブロック図である。 Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部の他例の概略構成を示す回路図である。 Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部の他例の概略構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
先ず、第一実施形態について図１〜図１５に基づいて説明する。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波振動子Ｅを有している。前記超音波診断装置１００は、前記超音波振動子Ｅを多数有する。また、前記超音波診断装置１００は、前記超音波振動子Ｅにより超音波を被検体内に送信するとともに被検体内からの超音波エコーを受信する超音波プローブ１と、超音波エコーに基づいて音線信号を作成し出力する受信部２と、音線信号に基づいて超音波画像を作成する画像作成部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前記超音波振動子Ｅを駆動する超音波振動子駆動回路１０と、この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、装置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とを備えている。

前記超音波振動子駆動回路１０は、図２に示すように、前記超音波振動子Ｅへ駆動電圧を供給するマルチレベルパルサー１１と、このマルチレベルパルサー１１へ電源電圧±ＨＶを供給する電源回路１２とを備える。この電源回路１２は、本発明における電源部の実施の形態の一例である。

前記マルチレベルパルサー１１は、図３に示すように、前記超音波振動子Ｅと接続される出力ライン２０と、前記電源部１２の電源電圧＋ＨＶと前記出力ライン２０との間に接続されたＰ側スイッチング回路部２１と、前記電源部１２の電源電圧−ＨＶと前記出力ライン２０との間に接続されたＮ側スイッチング回路部２２と、前記出力ライン２０とグランドとの間に接続されたＰ側アクティブグランドクランプ回路２３及びＮ側アクティブグランドクランプ回路２４とを有している。

前記Ｐ側スイッチング回路部２１、前記Ｎ側スイッチング回路部２２、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３及びＮ側アクティブグランドクランプ回路部２４には、前記送波部５から５ビットの制御信号が入力されるようになっている。この制御信号により、後述する各トランジスタＱ１〜Ｑ２０がオンオフされる。ちなみに、前記送波部５は、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ２０を駆動させるためのドライブ回路を含んで構成され、本発明における制御信号出力部の実施の形態の一例である。

前記Ｐ側スイッチング回路部２１は、図４に示すように、第一Ｐ側スイッチング回路２１１、第二Ｐ側スイッチング回路２１２、第三Ｐ側スイッチング回路２１３、第四Ｐ側スイッチング回路２１４及び第五Ｐ側スイッチング回路２１５からなる。これら第一〜第五Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５は、前記電源電圧＋ＨＶと前記出力ライン２０との間において、互いに並列接続されている。

前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５は、それぞれトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５を有している。これら各トランジスタＱ１〜Ｑ５はＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、前記送波部５からの制御信号によってオンオフする。前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５は、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５により、前記電源電圧＋ＨＶと前記出力ライン２０との接続をオンオフするものであり、本発明におけるスイッチング回路の実施の形態の一例である。

前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５はオン抵抗が異なっており、これにより前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５のインピーダンスが異なっている。具体的には、前記トランジスタＱ１のオン抵抗をＸ（Ω）とすると、前記トランジスタＱ２のオン抵抗は２Ｘ（Ω）であり、前記トランジスタＱ３のオン抵抗は４Ｘ（Ω）であり、前記トランジスタＱ４のオン抵抗は８Ｘ（Ω）であり、前記トランジスタＱ５のオン抵抗は１６Ｘ（Ω）になっている。すなわち、前記各トランジスタＱ２〜Ｑ５のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１のオン抵抗（基準となるオン抵抗）に対して、２^ｎ倍（ｎは自然数）の抵抗値になっている。

前記Ｎ側スイッチング回路部２２は、図５に示すように、第一Ｎ側スイッチング回路２２１、第二Ｎ側スイッチング回路２２２、第三Ｎ側スイッチング回路２２３、第四Ｎ側スイッチング回路２２４及び第五Ｎ側スイッチング回路２２５からなる。これら第一〜第五Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５は、前記電源電圧−ＨＶと前記出力ライン２０との間において、互いに並列接続されている。

前記各Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５は、それぞれトランジスタＱ６、第二トランジスタＱ７、第三トランジスタＱ８、第四トランジスタＱ９、第五トランジスタＱ１０を有している。前記各トランジスタＱ６〜Ｑ１０はＦＥＴであり、前記送波部５からの制御信号によってオンオフする。前記各Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５は、前記各トランジスタＱ６〜Ｑ１０により、前記電源電圧−ＨＶと前記出力ライン２０との接続をオンオフするものであり、本発明におけるスイッチング回路の実施の形態の一例である。

前記各トランジスタＱ６〜Ｑ１０はオン抵抗が異なっており、これにより前記各Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５のインピーダンスが異なっている。具体的には、前記トランジスタＱ６のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１のオン抵抗と同じＸ（Ω）であり、前記トランジスタＱ７のオン抵抗は、前記トランジスタＱ２のオン抵抗と同じ２Ｘ（Ω）であり、前記トランジスタＱ８のオン抵抗は、前記トランジスタＱ３のオン抵抗と同じ４Ｘ（Ω）である。また、前記トランジスタＱ９のオン抵抗は、前記トランジスタＱ４のオン抵抗と同じ８Ｘ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１０のオン抵抗は、前記トランジスタＱ５のオン抵抗と同じ１６Ｘ（Ω）になっている。すなわち、前記各トランジスタＱ７〜Ｑ１０のオン抵抗も、前記トランジスタＱ６のオン抵抗（基準となるオン抵抗）に対して、２^ｎ倍（ｎは自然数）の抵抗値になっている。

前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３は、図６に示すように、第一Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１、第二Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３２、第三Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３３、第四Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３４及び第五Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３５からなる。これら第一〜第五Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５は、前記出力ライン２０とグランドとの間において、互いに並列に接続されている。

前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３１〜２３５は、それぞれトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１５を有するとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５を有している。これら各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５及び各ダイオードＤ１〜Ｄ５は、互いに直列に接続されている。

前記トランジスタＱ１１〜Ｑ１５はＦＥＴであり、前記送波部５からの制御信号によってオンオフする。前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５は、前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５により、前記出力ライン２０とグランドとの接続をオンオフするものであり、本発明におけるグランドクランプ回路の実施の形態の一例である。

前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５には、前記送波部５から前記Ｐ側スイッチング回路部２１へ入力される制御信号が、反転部２５ａ、２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅによって反転されて入力される。

前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５はオン抵抗が異なっており、これにより前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５のインピーダンスが異なっている。具体的には、前記トランジスタＱ１１のオン抵抗はＹ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１２のオン抵抗は２Ｙ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１３のオン抵抗は４Ｙ（Ω）である。また、前記トランジスタＱ１４のオン抵抗は８Ｙ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１５のオン抵抗は１６Ｙ（Ω）になっている。すなわち、前記各トランジスタＱ１２〜Ｑ１５のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１１のオン抵抗（基準となるオン抵抗）に対して、２^ｎ倍（ｎは自然数）の抵抗値になっている。

前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４は、図７に示すように、第一Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１、第二Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４２、第三Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４３、第四Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４４及び第五Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４５からなる。これら第一〜第五Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５は、前記出力ライン２０とグランドとの間において、互いに並列に接続されている。

前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５は、それぞれトランジスタＱ１６，Ｑ１７，Ｑ１８，Ｑ１９，Ｑ２０を有するとともに、ダイオードＤ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０を有している。これら各トランジスタＱ１６〜Ｑ２０及び各ダイオードＤ６〜Ｄ１０は、互いに直列に接続されている。

前記トランジスタＱ１６〜Ｑ２０はＦＥＴであり、前記送波部５からの制御信号によってオンオフする。前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５は、前記各トランジスタＱ１６〜Ｑ２０により、前記出力ライン２０とグランドとの接続をオンオフするものであり、本発明におけるグランドクランプ回路の実施の形態の一例である。

前記各トランジスタＱ１６〜Ｑ２０には、前記送波部５から前記Ｎ側スイッチング回路部２２へ入力される制御信号が、反転部２６ａ、２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅによって反転されて入力される。

前記各トランジスタＱ１６〜Ｑ２０はオン抵抗が異なっており、これにより前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５のインピーダンスが異なっている。具体的には、前記トランジスタＱ１６のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１１のオン抵抗と同じＹ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１７のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１２のオン抵抗と同じ２Ｙ（Ω）であり、前記トランジスタＱ１８のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１３のオン抵抗と同じ４Ｙ（Ω）である。また、前記トランジスタＱ１９のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１４のオン抵抗と同じ８Ｙ（Ω）であり、前記トランジスタＱ２０のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１５のオン抵抗と同じ１６Ｙ（Ω）になっている。すなわち、前記各トランジスタＱ１７〜Ｑ２０のオン抵抗も、前記トランジスタＱ１６のオン抵抗（基準となるオン抵抗）に対して、２^ｎ倍（ｎは自然数）の抵抗値になっている。

ここで、Ｘ＝ＹであってもよくまたＸ≠Ｙであってもよい。ただし、Ｘ＝Ｙである場合、後述のように前記出力ライン２０の電圧を線形性を有するものにすることができる。

さて、本例の超音波振動子駆動回路１０の動作について説明する。この超音波振動子駆動回路１０においては、前記圧電振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、互いに直列に接続された前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる。一方、前記圧電振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、互いに直列に接続された前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる。従って、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３が動作する時には、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４は動作せず、前記トランジスタＱ６〜Ｑ１０及び前記トランジスタＱ１６〜Ｑ２０はオフ状態となる。一方で、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４が動作する時には、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３は動作せず、前記トランジスタＱ１〜Ｑ５及び前記トランジスタＱ１１〜Ｑ１５はオフ状態となる。

前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３の動作について、図８〜図１１に基づいて説明する。図８に示す前記Ｐ側スイッチング回路部２１は、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５がスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５と抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５で示されている。また、同様に前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３は、前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５がスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４，ＳＷ１５と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５で示されている。

前記抵抗Ｒ１〜Ｒ５はトランジスタＱ１〜Ｑ５のオン抵抗を表している。すなわち、Ｒ１＝Ｘ、Ｒ２＝２Ｘ、Ｒ３＝４Ｘ、Ｒ４＝８Ｘ、Ｒ５＝１６Ｘである。また、前記抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５はトランジスタＱ１１〜Ｑ１５のオン抵抗を表している。すなわち、Ｒ１１＝Ｙ、Ｒ１２＝２Ｙ、Ｒ１３＝４Ｙ、Ｒ１４＝８Ｙ、Ｒ１５＝１６Ｙである。ただし、ここではＸ＝Ｙであるものとする。従って、Ｒ１＝Ｒ１１、Ｒ２＝Ｒ１２、Ｒ３＝Ｒ１３、Ｒ４＝Ｒ１４、Ｒ５＝Ｒ１５である。

前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３には、前記送波部５から５ビットの制御信号が入力され、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５、前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５がオンオフする（前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ５、前記スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５がオンオフする）。図９に示すように、前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５には、前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１が最上位ビット（ＭＳＢ：Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）となり、前記第五Ｐ側スイッチング回路２１５が最下位ビット（ＬＳＢ：Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）となるような制御信号が入力される。また、前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５には、前記第一Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１が最上位ビットとなり、前記第五Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３５が最下位ビットとなるような制御信号が入力される。ただし、前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５には、前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５に入力される制御信号が前記反転部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅによって反転されて入力される。

前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５及び前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５に、制御信号として、電圧の低いレベルであるＬレベルの信号が入力された時、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５及び前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５はオフになる。一方、制御信号として、電圧の高いレベルであるＨレベルの信号が入力された時、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５及び前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５はオンになる。

Ｌレベルの信号を「０」で表し、Ｈレベルの信号を「１」で表すとすると、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３には、５ビットの制御信号として「０００００」〜「１１１１１」の３２種類の制御信号が入力される。例えば、前記送波部５から制御信号「０００００」が出力され、前記Ｐ側スイッチング回路部２１に「０００００」の制御信号が入力されるとともに、その反転の制御信号「１１１１１」が前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力された場合、図１０に示すような状態になる。すなわち、前記トランジスタＱ１〜Ｑ５は全てオフとなり、一方で前記トランジスタＱ１１〜Ｑ１５は全てオンになる。

また、前記送波部５から制御信号「００００１」が出力され、前記Ｐ側スイッチング回路部２１に「００００１」の制御信号が入力されるとともに、その反転の制御信号「１１１１０」が前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力された場合、図１１に示すような状態になる。すなわち、前記トランジスタＱ１〜Ｑ４及び前記トランジスタＱ１５がオフとなり、一方で前記トランジスタＱ５及び前記トランジスタＱ１１〜Ｑ１４がオンになる。

このように、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５のオンオフの状態を変えることにより、前記Ｐ側スイッチング回路部２１の合成インピーダンスを変化させることができる。また、前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５のオンオフの状態を変えることにより、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３の合成インピーダンスを変化させることができる。そして、このように前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３の合成インピーダンスを変化させることにより、前記超音波振動子Ｅに供給する電圧、すなわち前記出力ライン２０の電圧（出力電圧）を変化させることができる。

ここで、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力される制御信号と出力電圧との関係について図１２に基づいて説明する。この図１２に示すグラフにおいて、横軸は２進数で表される５ビットの制御信号を１０進数で表している（例えば、制御信号「００００１」は１、制御信号「１１１１１」は３１で表している）。この図１２に示すように、入力される制御信号と前記圧電振動子Ｅに供給される電圧（出力電圧）との関係は線形になる。ただし、上述のように前記各トランジスタＱ１〜Ｑ５のオン抵抗が、それぞれＸ，２Ｘ，４Ｘ，８Ｘ，１６Ｘであり、前記各トランジスタＱ１１〜Ｑ１５のオン抵抗が、それぞれＹ，２Ｙ，４Ｙ，８Ｙ，１６Ｙであり、なおかつＸ＝Ｙという条件が必要になる。

制御信号と出力電圧との関係が線形になる点について詳しく説明する。例えば、前記送波部５から制御信号「００００１」が出力され、前記Ｐ側スイッチング回路部２１に制御信号「００００１」が入力されるとともに、その反転信号である「１１１１０」が前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力される場合、前記マルチレベルパルサー１１は、図１３に示すようなインピーダンス成分を有する回路になる（前記ダイオードＤ１〜Ｄ５は無視して考える）。すなわち、互いに並列に接続されたＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４がＲ５と直列に接続されている。ここで、出力電圧をＶｏ、電源電圧をＨＶとし、前記Ｐ側スイッチング回路部２１の合成インピーダンスをＲＳ、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３の合成インピーダンスをＲＧとし、前記超音波振動子Ｅの抵抗成分を無視して考えると、
Ｖｏ＝｛ＲＧ／（ＲＳ＋ＲＧ）｝・ＨＶ・・・（式１）
となる。そこで、図１２に示す回路について、ＲＳ及びＲＧを求めると、先ずＲＳ＝１６Ｘである。また、ＲＧ＝（８／１５）Ｙとなる。Ｘ＝ＹであるのでＸ，Ｙを無視し、ＲＳ＝１６、ＲＧ＝８／１５を（式１）に代入すると、Ｖｏ＝（１／３１）ＨＶとなる。

また、例えば、前記送波部５から制御信号「０００１０」が出力され、前記Ｐ側スイッチング回路部２１に制御信号「０００１０」が入力されるとともに、その反転信号である「１１１０１」が前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力される場合、前記マルチレベルパルサー１１は、図１４に示すようなインピーダンス成分を有する回路になる（前記ダイオードＤ１〜Ｄ５は無視して考える）。すなわち、互いに並列に接続されたＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１５がＲ４と直列に接続されている。従って、ＲＳ＝８Ｘ、ＲＧ＝（１６／２９）Ｙとなる。Ｘ＝ＹであるのでＸ，Ｙを無視し、ＲＳ＝８、ＲＧ＝１６／２９を（式１）に代入すると、Ｖｏ＝（２／３１）ＨＶとなる。

このように、（式１）において、｛ＲＧ／（ＲＳ＋ＲＧ）｝の部分は、ｎ／３１となる（ただし、ｎ＝３１は除く）。ｎは制御信号を１０進数で表したときの数字であり、例えば「００００１」であればｎ＝１、「０００１０」であればｎ＝２、「０００１１」であればｎ＝３となる。従って、出力電圧Ｖｏは制御信号が桁上がりするにつれて大きくなり、図１２に示すような線形のグラフが得られることになる。

次に、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４の動作について説明する。前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４も、５ビットの制御信号が入力されることにより、前記各トランジスタＱ６〜Ｑ１０及び前記各トランジスタＱ１６〜Ｑ２０がオンオフする。これにより、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２３の合成インピーダンスが変化し、出力電圧を変化させることができる。

ちなみに、前記Ｎ側スイッチング回路部２２においては、前記第一Ｎ側スイッチング回路２２１が最上位ビットであり、前記第五Ｎ側スイッチング回路２２５が最下位ビットである。また、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４においては、前記第一Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１が最上位ビットであり、前記第五Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４５が最下位ビットである。

前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４に入力される制御信号と出力電圧との関係について図１５に基づいて説明する。前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させた場合、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる場合の出力電圧と絶対値が等しくて反対の符号（負）の出力電圧が得られ、図１５に示すように、入力される制御信号と出力電圧との関係が線形になる。

以上のような出力電圧が得られる本例のマルチレベルパルサー１１によれば、所定の制御信号を入力することにより、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。例えば、前記超音波振動子Ｅに正弦波の電圧を供給する場合、先ず前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる。この時、前記送波部５からの制御信号として、「０００００」、「００００１」、・・・、「１１１１０」、「１１１１１」を順に出力した後、「１１１１０」、「１１１０１」、・・・、「０００００」を出力して、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる。次に、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる。この時も、上記と同様に、前記送波部５からの制御信号として、「０００００」、「００００１」、・・・、「１１１１０」、「１１１１１」を順に出力した後、「１１１１０」、「１１１０１」、・・・、「０００００」を出力する。

以上説明した本例の超音波振動子駆動回路１０によれば、Ａ級アンプを用いないので、従来と比べて消費電力を小さくすることができ、またＩＣ化も容易で安価に抑えることができる。

次に、第一実施形態の変形例について説明する。先ず、第一変形例について図１６及び図１７に基づいて説明する。この第一変形例では、前記送波部５から出力される制御信号を、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）３０においてテーブル変換して前記マルチレベルパルサー１１に対して出力する。前記ＬＵＴ２７は、本発明における補正手段の実施の形態の一例である。

前記ＬＵＴ２７においては、所望の出力電圧が得られるようにテーブル変換が行なわれる。例えば、前記トランジスタＱ１〜Ｑ２０のオン抵抗の値が、前記マルチレベルパルサー１１に入力される制御信号と出力電圧との関係が線形にならないような値であっても、線形の出力電圧が得られるように、前記ＬＵＴ２７によってテーブル変換を行なう。具体的に説明すると、例えば前記トランジスタＱ１〜Ｑ２０において、Ｘ≠Ｙであるとする。この場合、前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させた時に、前記ＬＵＴ２７においてテーブル変換を行なわなかった場合には、図１７において曲線Ｃで示すような出力電圧が得られるとする。前記送波部５から制御信号「１００００」（１０進数では１６）が出力された場合、曲線Ｃにおいて出力電圧はＶｏ１となっている。しかし、出力電圧として線形の電圧を得たい場合（直線Ｌ）、制御信号「１００００」が出力される時に得られるべき出力電圧はＶｏ２である。曲線Ｃにおいて、出力電圧がＶｏ２になるのは、送波部５からの制御信号が「０１０１０」（１０進数では１０）である。従って、前記送波部５から出力された制御信号が「１００００」である場合、前記ＬＵＴ２７においてテーブル変換を行なって、このＬＵＴ２７から制御信号「０１０１０」を出力する。

ちなみに、この第一変形例において、前記送波部５から出力された制御信号に基づいて、所望の出力電圧となる制御信号が算出されるような関数が設定された補正計算機を、前記ＬＵＴ２７の代わりに用いてもよい。

次に、第二変形例について説明する。この第二変形例における前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１について図１８に基づいて説明する。この第二変形例においては、前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１は、前記トランジスタＱ１よりもオン抵抗が小さいサブトランジスタＱ１′，Ｑ１′′が、前記トランジスタＱ１と並列にサブアレーとして接続されている。前記サブトランジスタＱ１′，Ｑ１′′のオン抵抗は、前記トランジスタＱ１のオン抵抗に対して１０分の１程度になっている（サブアレー構造）。前記サブトランジスタＱ１′，Ｑ１′′は、本発明における補正手段の実施の形態の一例である。

この第二変形例の前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１においては、初期状態で前記サブトランジスタＱ１′を、前記トランジスタＱ１と同様の動作でこのトランジスタＱ１と同時に動作させる。すなわち、前記トランジスタＱ１をオンにする時には、前記サブトランジスタＱ１′も同時にオンにし、また前記トランジスタＱ１をオフにする時には、前記サブトランジスタＱ１′も同時にオフにする。

そして、上記のように前記トランジスタＱ１及び前記サブトランジスタＱ１′を同時に動作させた時に得られる出力電圧が、所望の電圧になっていない場合は、所望の電圧になるように、前記サブトランジスタＱ１′′を前記トランジスタＱ１及び前記サブトランジスタＱ１′と同時に同様の動作をさせるようにするか、前記サブトランジスタＱ１′を動作させないようにする。これにより、前記第一Ｐ側スイッチング回路部２１の合成インピーダンスを調節することができる。従って、前記トランジスタＱ１のオン抵抗が製造上ばらついても、前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１が所望の合成インピーダンスとなって所望の出力電圧を得ることが可能になる。

以上前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１について説明したが、他の前記各Ｐ側スイッチング回路２１２〜２１５についても、前記第一Ｐ側スイッチング回路と同様のサブアレー構造になっている。また、前記各Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５についても、前記第一Ｐ側スイッチング回路２１１と同様のサブアレー構造になっている。

また、前記各Ｐ側スイッチング回路２１１〜２１５の代わりに、前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５を前記サブアレー構造で構成してもよい。さらに、前記各Ｎ側スイッチング回路２２１〜２２５の代わりに、前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５をサブアレー構造で構成してもよい。このように、前記各アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５及び前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５をサブアレー構造で構成することにより、これら前記各アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５及び前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５のインピーダンスを所望のインピーダンスとすることができ、所望の出力電圧を得ることが可能になる。

次に、第三変形例について説明する。この第三変形例では、前記第一Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１及び前記第一Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１を常にオフ状態にする。これにより、前記第一Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１及び前記第一Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１での電力消費がなくなり、省電力化を図ることができる。

この第三変形例において、例えば前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる場合の出力電圧Ｖｏを求めると、例えば送波部５からの制御信号が「００００１」である場合、前記Ｐ側スイッチング回路部２１の合成インピーダンスＲＳ及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３の合成インピーダンスＲＧは、ＲＳ＝１６Ｘであり、ＲＧ＝（７／８）Ｙである。従って、これらを（式１）に代入すると、Ｖｏ＝（１／１５）ＨＶが得られる。

また、前記送波部５からの制御信号が「０００１０」である場合、ＲＳ＝８Ｘ、ＲＧ＝（１６／１３）Ｙなので、これらを（式１）に代入すると、Ｖｏ＝（２／１５）ＨＶが得られる。以上より、制御信号「０００００」〜「０１１１１」までは、図１９に示すように、上記実施形態と比べて出力電圧が大きくなる。ちなみに、図１９において、破線は上記実施形態の出力電圧を示している。

また、前記送波部５からの制御信号が「１００００」である場合、ＲＳ＝Ｘ、ＲＧ＝（１６／１５）Ｙであるので、これらを（式１）に代入すると、Ｖｏ＝（１６／３１）ＨＶが得られ、制御信号「０１１１１」よりも出力電圧が低くなる。そして、制御信号「１００００」以降「１１１１１」までは、上記実施形態と出力電圧が等しくなる。

この第三変形例では、以上のような出力電圧が得られるので、制御信号「１００００」〜「１１１１１」は用いず、制御信号「０００００」〜「０１１１１」を用いて前記Ｐ側スイッチング回路部２１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３、前記Ｎ側スイッチング回路部２２及び前記Ｎアクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について図２０〜図２２に基づいて説明する。ただし、前記第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第二実施形態の超音波振動子駆動回路１０のマルチレベルパルサー３０は、Ｂモードやドプラモードなどの送信モードに応じて前記電源部１２の電源電圧±ＨＶ１又は電源電圧±ＨＶ２のいずれかと接続される。ちなみに、±ＨＶ１は最大電圧であり、例えばＢモード用の電源電圧として用いられる。一方、±ＨＶ２は±ＨＶ１と零電圧との間の中間電圧であり、例えばドプラモード用の電源電圧として用いられる。

具体的に説明すると、本例のマルチレベルパルサー３０は、図２０に示すように、電源電圧+ＨＶ１と前記出力ライン２０との間にＰ側最大電圧スイッチング回路部３１が接続され、電源電圧+ＨＶ２と前記出力ライン２０との間にＰ側中間電圧スイッチング回路部３２が接続されている。すなわち、本例のマルチレベルパルサー３０は、正電圧側のスイッチング回路部を二組備えている。また、前記出力ライン２０とグランドとの間には、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３が接続されている。

前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部３１は、特に図示しないが第一実施形態における前記Ｐ側スイッチング回路部２１と同一の構成になっており、複数のスイッチング回路からなる。このＰ側最大電圧スイッチング回路部３１にも前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部３１に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２５によって反転されて前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力される。

一方、前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２は、図２１に示すように、前記Ｐ側スイッチング回路部２１と同様に五つのスイッチング回路、すなわち第一Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２１、第二Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２２、第三Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２３、第四Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２４、第五Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２５を有している。これら前記各Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２１〜３２５は、本発明におけるスイッチング回路の実施の形態の一例である。

前記各Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２１〜３２５は、それぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４，Ｑ２５及びダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５を有している。そして、第一実施形態と同様に、前記トランジスタＱ２１のオン抵抗はＸ（Ω）、前記トランジスタＱ２２のオン抵抗は２Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ２３のオン抵抗は４Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ２４のオン抵抗は８Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ２５のオン抵抗は１６Ｘ（Ω）になっている。

前記各ダイオードＤ１１〜Ｄ１５にあっては、アノード側に前記各トランジスタＱ２１〜Ｑ２５が接続され、カソード側に前記出力ライン２０が接続されている。

ここで、前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部３１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させた時には、前記出力ライン２０の電圧（出力電圧）が前記電源電圧＋ＨＶ２よりも高くなる場合がある。このような場合に前記トランジスタＱ２１〜Ｑ２５を保護するため、前記ダイオードＤ１１〜Ｄ１５が設けられている。

前記各Ｐ側中間電圧スイッチング回路３２１〜３２５の前記各トランジスタＱ２１〜Ｑ２５にも、前記送波部５からの制御信号が入力される。前記各Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２１〜３２５に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２５によって反転されて前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３に入力される。

電源電圧−ＨＶ１と前記出力ライン２０との間にはＮ側最大電圧スイッチング回路部３３が接続され、電源電圧−ＨＶ２と前記出力ライン２０との間にＮ側中間電圧スイッチング回路部３４が接続されている。すなわち、本例のマルチレベルパルサー３０は、負電圧側のスイッチング回路部を二組備えている。また、前記出力ライン２０とグランドとの間には、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３が接続されている。

前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部３３は、特に図示しないが第一実施形態における前記Ｎ側スイッチング回路部２３と同一の構成になっている。このＮ側最大電圧スイッチング回路部３３にも前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部３３に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２６によって反転されて前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４に入力される。

一方、前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部３４は、図２２に示すように、前記Ｎ側スイッチング回路部２２と同様に五つのスイッチング回路、すなわち第一Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４１、第二Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４２、第三Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４３、第四Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４４、第五Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４５からなる。これら各Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４１〜３４５は、本発明におけるスイッチング回路の実施の形態の一例である。

前記各Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４１〜３４５は、それぞれトランジスタＱ２６，Ｑ２７，Ｑ２８，Ｑ２９，Ｑ３０及びダイオードＤ１６，Ｄ１７，Ｄ１８，Ｄ１９，Ｄ２０を有している。そして、第一実施形態と同様に、前記トランジスタＱ２６のオン抵抗はＸ（Ω）、前記トランジスタＱ２７のオン抵抗は２Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ２８のオン抵抗は４Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ２９のオン抵抗は８Ｘ（Ω）、前記トランジスタＱ３０のオン抵抗は１６Ｘ（Ω）になっている。

前記各ダイオードＤ１６〜Ｄ２０にあっては、アノード側に前記出力ライン２０が接続され、カソード側に前記各トランジスタＱ２６〜Ｑ３０が接続されている。ちなみに、前記ダイオードＤ１６〜Ｄ２０も、前記トランジスタＱ２６〜Ｑ３０を保護するために設けられている。

前記各Ｎ側中間電圧スイッチング回路３４１〜３４５にも、前記送波部５からの制御信号が入力される。前記各Ｎ側中間電圧スイッチング回路部３４１〜３４５に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２６によって反転されて前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４に入力される。

本例のマルチレベルパルサー３０においては、前記電源電圧±ＨＶ１を用いる場合、前記超音波振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部３１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる。また、前記超音波振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部３３及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる。これにより、第一実施形態と同様に、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。

一方、前記電源電圧±ＨＶ２を用いる場合、前記超音波振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる。また、前記超音波振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部３４及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる。これにより、第一実施形態と同様に、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態について図２３に基づいて説明する。ただし、前記各実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第三実施形態の超音波振動子駆動回路１０のマルチレベルパルサー４０は、前記電源部１２の電源電圧が＋ＨＶのみで、正負両方の電圧を前記超音波振動子Ｅに供給できる回路である。具体的に説明すると、本例のマルチレベルパルサー４０は、図２３に示すように中間タップ付のトランスＴを備えている。このトランスＴの一次側の一端には一次側第一出力ライン４１が接続され、他端には一次側第二出力ライン４２が接続されている。

前記電源電圧＋ＨＶと前記一次側第一出力ライン４１との間には、Ｐ側スイッチング回路部４３が接続されている。また、前記一次側第一出力ライン４１とグランドとの間には、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４が接続されている。

前記Ｐ側スイッチング回路部４３は、特に図示しないが、第二実施形態における前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２と同一の構成になっており、トランジスタとダイオードとが直列に接続されたスイッチング回路を五つ有している。また、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４は、特に図示しないが第一実施形態の前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３と同一の構成になっており、ダイオードとトランジスタとが直列に接続されたアクティブグランドクランプ回路を五つ有している。

前記Ｐ側スイッチング回路部４３にも前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。そして、前記Ｐ側スイッチング回路部４３に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２５によって反転されて前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４に入力される。

前記電源電圧＋ＨＶと前記一次側第二出力ライン４２との間には、前記Ｎ側スイッチング回路部４５が接続されている。さらに、前記一次側第二出力ライン４２とグランドとの間には、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６が接続されている。

前記Ｎ側スイッチング回路部４５は、特に図示しないが、第二実施形態における前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２と同一の構成になっており、トランジスタとダイオードが直列に接続された回路を五つ有する。また、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６は、特に図示しないが第一実施形態の前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３と同一の構成になっている。

前記Ｎ側スイッチング回路部４５にも前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。そして、前記Ｎ側スイッチング回路部４５に入力される５ビットの制御信号は、前記反転部２６によって反転されて前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６に入力される。

前記トランスＴの二次側の一端には二次側出力ライン４７が接続され、また前記トランスＴの二次側の他端はグランドに接続されている。そして、前記二次側出力ライン４７には、前記超音波振動子Ｅが接続されている。この二次側出力ライン４７、前記一次側第一出力ライン４１及び前記一次側第二出力ライン４２は、本発明における出力ラインの実施の形態の一例である。

本例のマルチレベルパルサー４０においても、前記超音波振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様に制御信号を出力し、前記Ｐ側スイッチング回路部４３及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４を動作させる。また、前記超音波振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様に制御信号を出力し、前記Ｎ側スイッチング回路部４５及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６を動作させる。これにより、第一、第二実施形態と同様に、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。

（第四実施形態）
次に、第四実施形態について図２４に基づいて説明する。ただし、前記各実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第四実施形態の超音波振動子駆動回路１０のマルチレベルパルサー５０は、第二実施形態と同様に、異なる電源電圧＋ＨＶ１，＋ＨＶ２のいずれかと接続されるとともに、第三実施形態と同様に前記トランスＴを備えていて正負両方の電圧を前記超音波振動子Ｅに供給できる回路である。

具体的に説明すると、本例のマルチレベルパルサー５０は、図２４に示すように、前記電源電圧＋ＨＶ１と前記一次側第一出力ライン４１との間には、Ｐ側最大電圧スイッチング回路部５１が接続され、前記電源電圧＋ＨＶ２と前記一次側第一出力ライン４１との間には、Ｐ側中間電圧スイッチング回路部５２が接続されている。すなわち、本例のマルチレベルパルサー５０は、第二実施形態と同様に正電圧側のスイッチング回路部を二組備えている。また、前記一次側第一出力ライン４１とグランドとの間には、Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部５３が接続されている。

前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部５１及び前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部５２は、特に図示しないが、第三実施形態における前記Ｐ側スイッチング回路部４３と同一の構成になっている（すなわち、第二実施形態における前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２と同一の構成）。また、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部５３は、特に図示しないが、第三実施形態における前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４と同一の構成になっている（すなわち、第一実施形態の前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３と同一の構成）。

前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部５１及び前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部５２には、前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部５１又は前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部５２に入力される制御信号は、前記反転部２５によって反転されて前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部５３に入力される。

前記電源電圧＋ＨＶ１と前記一次側第二出力ライン４２との間には、Ｎ側最大電圧スイッチング回路部５４が接続され、前記電源電圧＋ＨＶ２と前記一次側第二出力ライン４２との間には、Ｎ側中間電圧スイッチング回路部５５が接続されている。すなわち、本例のマルチレベルパルサー５０は、第二実施形態と同様に負電圧側のスイッチング回路部を二組備えている。また、前記一次側第二出力ライン４２とグランドとの間には、Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部５６が接続されている。

前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部５４及び前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部５５は、特に図示しないが、第三実施形態における前記Ｎ側スイッチング回路部４５と同一の構成になっている（すなわち、第二実施形態における前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部３２と同一の構成）。また、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部５６は、特に図示しないが、第三実施形態における前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６と同一の構成になっている（すなわち、第一実施形態の前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３と同一の構成）。

前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部５４及び前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部５５には、前記送波部５からの５ビットの制御信号が入力される。前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部５４又は前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部５５に入力される制御信号は、前記反転部２６によって反転されて前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部５６に入力される。

本例のマルチレベルパルサー５０においても、前記電源電圧＋ＨＶ１を用いる場合、前記超音波振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｐ側最大電圧スイッチング回路部５１及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部５３を動作させる。また、前記超音波振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｎ側最大電圧スイッチング回路部５４及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部５６を動作させる。これにより、第一実施形態と同様に、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。

一方、前記電源電圧＋ＨＶ２を用いる場合、前記超音波振動子Ｅに正の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｐ側中間電圧スイッチング回路部５２及び前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部５３を動作させる。また、前記超音波振動子Ｅに負の電圧を供給する時には、前記送波部５から第一実施形態と同様にして制御信号を出力して前記Ｎ側中間電圧スイッチング回路部５５及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部５６を動作させる。これにより、第一実施形態と同様に、所望の波形を有する電圧を前記超音波振動子Ｅに供給することができる。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記各トランジスタＱ１〜Ｑ３０にあって、基準となるオン抵抗の２^ｎ倍（ｎは自然数）の抵抗値となっている必要はなく、基準となるオン抵抗の１．８^ｎ〜２．２^ｎ倍（ｎは自然数）に設定されていればよい。

また、第一実施形態で説明した各変形例は、第二〜第四実施形態においても同様に適用することができる。

また、図６に示すＰ側アクティブグランドクランプ回路部２３及び図７に示すＮ側アクティブグランドクランプ回路部２４を用いた場合、前記出力ライン２０の出力電圧は、前記ダイオードＤ５，Ｄ１０による残留電位が接地電位に重畳された電圧となる。そこで、このような残留電位を含まない接地電位とするために、前記各Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３１〜２３５（第三、第四実施形態における前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部４４，５３及び前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部４６，５６を構成する場合を含む）のうちのいずれかの回路、及び前記各Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４１〜２４５のうちのいずれかの回路を、ｐチャネル型ＦＥＴとｎチャネル型ＦＥＴとを直列接続して構成してもよい。例えば、図２５に示すように、ｐチャネル型ＦＥＴで構成されるトランジスタＱ１５′とｎチャネル型ＦＥＴで構成されるＱ１５′′とを直列接続した回路で第五Ｐ側アクティブグランドクランプ回路２３５′を構成し、また図２６に示すようにｐチャネル型ＦＥＴで構成されるトランジスタＱ２０′とｎチャネル型ＦＥＴで構成されるＱ２０′′とを直列接続した回路で第五Ｎ側アクティブグランドクランプ回路２４５′を構成してもよい。

前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３を動作させる場合において、前記トランジスタＱ１５′，Ｑ１５′′は、同期してオンオフさせる。また、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４を動作させる場合において、前記トランジスタＱ２０′，Ｑ２０′′は、同期してオンオフさせる。これにより、前記出力ライン２０の出力電圧を残留電位を含まない接地電位にすることができる。

また、前記各実施形態において、前記出力ライン２０の出力電圧を接地電位にする際に、前記Ｐ側アクティブグランドクランプ回路部２３，４４，５３を構成する前記各回路のうちのいずれかと、前記Ｎ側アクティブグランドクランプ回路部２４，４６，５６を構成する前記各回路のうちのいずれかとを共にオンするようにしてもよい。これにより、前記出力ライン２０の出力電圧が接地電位になる時に、電圧のオーバーシュートを抑制することができる。

５ 送波部（制御信号出力部）
１０ 超音波振動子駆動回路
２０ 出力ライン
２７ ＬＵＴ
４１ 一次側第一出力ライン（出力ライン）
４２ 一次側第二出力ライン（出力ライン）
４７ 二次側出力ライン（出力ライン）
２１１ 第一Ｐ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２１２ 第二Ｐ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２１３ 第三Ｐ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２１４ 第四Ｐ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２１５ 第五Ｐ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２２１ 第一Ｎ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２２２ 第二Ｎ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２２３ 第三Ｎ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２２４ 第四Ｎ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２２５ 第五Ｎ側スイッチング回路（スイッチング回路）
２３１ 第一Ｐ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２３２ 第二Ｐ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２３３ 第三Ｐ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２３４ 第四Ｐ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２３５，２３５′ 第五Ｐ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２４１ 第一Ｎ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２４２ 第二Ｎ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２４３ 第三Ｎ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２４４ 第四Ｎ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
２４５，２４５′ 第五Ｎ側アクティブグランドクランプ回路（グランドクランプ回路）
３２１ 第一Ｐ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３２２ 第二Ｐ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３２３ 第三Ｐ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３２４ 第四Ｐ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３２５ 第五Ｐ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３４１ 第一Ｎ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３４２ 第二Ｎ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３４３ 第三Ｎ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３４４ 第四Ｎ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
３４５ 第五Ｎ側中間電圧スイッチング回路（スイッチング回路）
Ｑ１〜Ｑ３０，Ｑ１５′，Ｑ１５′′，Ｑ２０′，Ｑ２０′′ トランジスタ
Ｑ１′，Ｑ１′′ サブトランジスタ

Claims (12)

1. 超音波振動子と接続される出力ラインと、
   電源部と前記出力ラインとの接続をオンオフする複数のスイッチング回路と、
   前記出力ラインとグランドとの接続をオンオフする複数のグランドクランプ回路と、
   前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路をオンオフさせる制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、
   前記各スイッチング回路のインピーダンスが異なるとともに、前記各グランドクランプ回路のインピーダンスが異なる
   ことを特徴とする超音波振動子駆動回路。
2. 前記複数のスイッチング回路は互いに並列に接続され、
   また、前記複数のグランドクランプ回路は互いに並列に接続されるとともに、前記超音波振動子とも並列に接続され、
   さらに、前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路は、互いに直列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子駆動回路。
3. 出力ラインの電圧が前記制御信号に対して線形性を有するように、前記各スイッチング回路及び前記グランドクランプ回路のインピーダンスが設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動子駆動回路。
4. 前記各スイッチング回路のインピーダンス及び前記各グランドクランプ回路のインピーダンスは、基準となる前記スイッチング回路のインピーダンス及び基準となる前記グランドクランプ回路のインピーダンスに対して、１．８^ｎ〜２．２^ｎ倍（ｎは自然数）に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
5. 前記複数のスイッチング回路のうちのいずれかのスイッチング回路のインピーダンスと、前記複数のグランドクランプ回路のうちのいずれかのグランドクランプ回路のインピーダンスとが等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
6. 前記複数のスイッチング回路におけるインピーダンスの大きさの順序と、前記複数のグランドクランプ回路におけるインピーダンスの大きさの順序とが互いに等しい前記スイッチング回路及び前記グランドクランプ回路について、一方がオンになるとともに他方がオフになるように、前記制御部が制御信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
7. 前記出力ラインの電圧を所望の電圧にするための補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
8. 前記補正手段は、前記制御信号出力部から出力された制御信号を、所望の出力電圧が得られる制御信号とし、該制御信号を前記各スイッチング回路及び前記各グランドクランプ回路に出力するルックアップテーブル又は補正計算機により構成されることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子駆動回路。
9. 前記スイッチング回路のスイッチング素子としてトランジスタを備え、
   前記補正手段は、前記トランジスタと並列にサブアレーとして接続されて該トランジスタよりもオン抵抗が小さいサブトランジスタにより構成される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
10. 前記複数のグランドクランプ回路のうち、少なくとも一つの回路が常にオフ状態になることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
11. インピーダンスが異なる複数の前記スイッチング回路からなるスイッチング回路部を複数組備え、該各スイッチング回路部に、超音波の送信モードに応じた異なる電源電圧が入力されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超音波振動子駆動回路。
12. 請求項１〜１１に記載の超音波振動子駆動回路を備えることを特徴とする超音波診断装置。

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