JP5967949B2 - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特に、プリアンプのバイアス電位をフローティング状態にする超音波探触子及び超音波診断装置に関する。

一般に、超音波診断装置は、装置内部に高電圧交流信号を発生する送信回路を内蔵する。送信回路により生成される高電圧の送信パルス（送信信号）が、ケーブルを介して超音波探触子に伝送され、超音波探触子内の超音波振動子を励振する。また、生体から反射し戻ってきた超音波は、超音波振動子により受信される。受信信号は、送信信号と同様に、ケーブルを介して超音波診断装置内部へ伝送され、ＴＲ分離回路（送受分離回路）で分離された後に受信回路へ伝送され、増幅されて画像処理部へ伝送される。

受信信号は、数十〜数百ｍＶ程度の非常に微弱な信号である。したがって、受信信号は、ケーブルの寄生容量に伴う分圧によって信号レベルが低下したり、ケーブルの挿入損失や高電圧スイッチの寄生抵抗の影響により著しくＳＮＲが悪化したりする。そのため、超音波探触子（プローブ）内のグリップエンド部にプリアンプを設け、ケーブルに伝送される際の受信信号を増幅することにより、雑音による影響を相対的に少なくすることが提案されている。

例えば、プリアンプを超音波探触子内に設ける回路（送受分離回路及び高耐圧スイッチなどを含む）として、特許文献１や特許文献２が知られている。

特開昭６３−１７７８３９号公報 特開２００７−３１９２８６号公報

しかしながら、従来の超音波診断装置では、プリアンプを超音波探触子内のグリップエンド部に収容する場合、グリップエンド部は、術者が直接手にする場所であるため、その形状及び重さによって使い勝手が大きく影響される。したがって、プリアンプをグリップエンド部に収納するためには、回路が小規模で軽いことが、非常に重要になる。一方、高圧部品を多く要する送受分離回路や高耐圧スイッチは、回路規模が比較的大きくなる。また、スイッチの開閉のための制御回路や開閉信号が必要となり、回路規模が比較的大きくなる。また、高耐圧部品は、低耐圧部品と比較して、周波数特性、動作速度、及び消費電力などの点で性能が劣る。したがって、これら高耐圧部品点数が可能な限り少ない回路構成であり、スイッチ開閉などを行う制御を不要とする簡単な回路構成が望まれる。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、送信機能、受信機能、及び送受信機能に付随する回路の回路規模の増大を防ぎ、小型で軽量な超音波探触子とこれを備える超音波診断装置とを提供することを目的とする。

本発明の超音波探触子は、振動子と、前記振動子側に入力側が接続され、送信信号及び受信信号を送受信する送受信部側に出力側が接続されるプリアンプと、前記送受信部と前記振動子との間に接続され、前記送信信号を通過させて前記受信信号を遮断する送信バイパス部と、前記プリアンプの電源端子と第１の電源との間に接続され、前記送信信号の送信時に、前記プリアンプのバイアス電位を電気的にフローティング状態にし、前記受信信号の受信時に、前記バイアス電位を電気的に非フローティング状態にするフローティング部とを備え、前記フローティング部は、第２の電源と、前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続され、前記第１の電源へ流れる電流量を抑制する抑制回路と、前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続される第１のダイオードと、前記抑制回路と前記第１のダイオードとの間の接続部と前記プリアンプの電源端子の間に接続される第２のダイオードとを備える。

この構成によれば、フローティング状態を実現するフローティング部が、大規模回路に代えて、第２の電源、抑制回路、及び第１のダイオードを備えることで、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記抑制回路は、インピダンスである。

この構成によれば、フローティング状態を実現するフローティング部が、大規模回路に代えて、小規模回路であるインピダンスを備えることにより、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記インピダンスは、直列接続される抵抗とインダクタとを含む。

この構成によれば、フローティング状態を実現するフローティング部が、大規模回路に代えて、小規模回路である直列接続される抵抗とインダクタとを備えることにより、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記抵抗は、前記送信信号に対して高耐圧である。

この構成によれば、高電圧の送信信号に対するフローティング部の耐圧性（高耐圧性）を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記抑制回路は、定電流回路である。

この構成によれば、抑制回路として、定電流回路を備えることにより、送信信号の送信時における抑制回路の電流を小さくすることができるので、消費電力を抑えることができ、リカバリ時間を短くすることができる。

本発明の超音波探触子では、前記定電流回路のトランジスタは、前記送信信号に対して高耐圧である。

この構成によれば、高電圧の送信信号に対するフローティング部の耐圧性（高耐圧性）を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードは、前記送信信号に対して高耐圧である。

この構成によれば、高電圧の送信信号に対するフローティング部の耐圧性（高耐圧性）を実現することができる。

本発明の超音波探触子では、前記第１の電源が正電源である場合は、前記第１の電源の電位は、前記第２の電源の電位よりも高く、前記第１の電源が負電源である場合は、前記第１の電源の電位は、前記第２の電源の電位よりも低い。

この構成によれば、定常状態では正電源側では第１の電源から第２の電源に電流が流れ、負電源側では第２の電源から第１の電源に電流が流れると同時にプリアンプに電流が流れるが、送信信号の大振幅電圧が印加されると、フローティング部がプリアンプ自体の電位をフローティングさせることができる。

本発明の超音波探触子は、前記プリアンプの入出力端子と前記電源端子との間に接続されるバイアス回路を備える。

この構成によれば、高電圧の送信信号をプリアンプの電源側へ導くことにより、プリアンプの各端子間にかかる電圧を低電圧に保つことができる。

本発明の超音波探触子では、前記バイアス回路は、前記プリアンプの前記入力側に接続される入力バイアス回路及び前記プリアンプの前記出力側に接続される出力バイアス回路のうち少なくとも１つを含む。

この構成によれば、高電圧の送信信号をプリアンプの電源側へ導くことにより、プリアンプの各端子間にかかる電圧を低電圧に保つことができる。

本発明の超音波探触子では、前記プリアンプは、トランジスタによるエミッタフォロア及びＦＥＴによるソースフォロアのうち少なくとも１つを含む。

つまり、本発明の探触子では、前記プリアンプを、トランジスタによるエミッタフォロア又はＦＥＴによるソースフォロアで構成することができる。この構成で且つ高耐圧のトランジスタを用いることにより、フローティング部の第２のダイオードが不要となり、回路規模が小さい回路構成を実現することができる。

本発明の超音波探触子は、複数の前記振動子を含み、前記振動子毎に、前記プリアンプ及び前記バイアス回路が接続され、前記第１の電源、前記第２の電源、前記抑制回路、及び前記第１のダイオードは、前記複数の振動子に対して共有されている。

この構成によれば、振動子が複数ある場合にも、第１の電源、第２の電源、抑制回路、及び第１のダイオードを共通化することにより、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明の超音波診断装置は、振動子を含む超音波探触子と、前記超音波探触子へ送信信号を送信し、前記超音波探触子からの受信信号を受信する送受信部と、入力側が前記振動子側に接続され、出力側が前記送受信部側に接続されるプリアンプと、前記送受信部と前記振動子との間に接続され、前記送信信号を通過させて前記受信信号を遮断する送信バイパス部と、前記プリアンプの電源端子と第１の電源との間に接続され、前記送信信号の送信時に、前記プリアンプのバイアス電位を電気的にフローティング状態にし、前記受信信号の受信時に、前記バイアス電位を電気的に非フローティング状態にするフローティング部とを備え、前記フローティング部は、第２の電源と、前記第１の電源と前記プリアンプとの間に直列に接続され、前記第１の電源へ流れる電流量を抑制する抑制回路と、前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続される第１のダイオードと、前記抑制回路と前記第１のダイオードとの間の接続部と前記プリアンプの電源端子の間に接続される第２のダイオードとを備える。

この構成によれば、フローティング状態を実現するフローティング部が、大規模回路に代えて、第２の電源、抑制回路、及び第１のダイオードを備えることで、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができる。

本発明は、フローティング状態を実現するフローティング部が、大規模回路に代えて、第２の電源、抑制回路、及び第１のダイオードを備えることで、回路規模の増大を防ぎ、小型化及び軽量化を実現することができるという効果を有する超音波探触子及び超音波診断装置を提供することができるものである。

本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の一例を示した図である。 インピダンスである抑制回路の一例を示した図である。 受信信号の受信時における超音波診断装置の動作について説明する図である。 送信信号の送信時における超音波診断装置の動作について説明する図である。 入力バイアス回路の一例を示した図である。 出力バイアス回路の一例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の一例を示した図である。 定電流回路である抑制回路の一例を示した図である。 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた定電流回路の一例を示す図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１００を図１に示す。

図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波探触子１、送受信部２、プリアンプ（受信用プリアンプ）４、送信バイパス部７、及びフローティング部３１を備える。超音波探触子１は、振動子３を含む。送受信部２は、送信用アンプと受信回路と（図示せず）を含み、超音波探触子１へ送信信号を送信し、超音波探触子１からの受信信号を受信する。ケーブル８は、超音波探触子１と送受信部２とを接続する。プリアンプ４は、入力側（入力端子４１）が振動子３側に接続され、出力側（出力端子４２）が送受信部２側に接続される。送信バイパス部７は、送受信部２と振動子３との間に接続され、送信信号を通過させて受信信号を遮断する。

フローティング部３１は、プリアンプ４の電源端子４０と第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１との間に接続され、送信信号の送信時に、プリアンプ４のバイアス電位を電気的にフローティング状態にし、受信信号の受信時に、バイアス電位を電気的に非フローティング状態にする。フローティング部３１は、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２と、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１と第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２との間に直列に接続され、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１へ流れる電流量を抑制する抑制回路１２と、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１と第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２との間に直列に接続される第１のダイオード１８と、抑制回路１２と前記第１のダイオード１８との間の接続部４５とプリアンプ４の間に接続される第２のダイオード１５と、プリアンプ４の入出力端子４１、４２と電源端子４０との間に接続されるバイアス回路２９、３０とを備える。入力バイアス回路２９は、プリアンプ４の入力端子４１側（入力側）に接続される。出力バイアス回路３０は、プリアンプ４の出力端子４２側（出力側）に接続される。

抑制回路１２は、インピダンスである。図２に示すように、インピダンス（抑制回路）１２は、直列接続される抵抗１７とインダクタ１６とを含む。抵抗１７は、送信信号に対して高耐圧である。第１のダイオード１８及び第２のダイオード１５は、送信信号に対して高耐圧である。

第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１から、インピダンス１２及び逆流防止用の第２のダイオード１５を介して、プリアンプ４の電源端子４０に電流が供給される。第１の電源が正電源である場合は、第１の電源Ｖｄｄ１の電位は、第２の電源Ｖｄｄ２の電位よりも高くなるように設定される。第１の電源が負電源である場合は、第１の電源Ｖｓｓ１の電位は、第２の電源Ｖｓｓ２の電位よりも低くなるように設定される。例えば、第１の電源Ｖｄｄ１が＋３Ｖに、第１の電源Ｖｓｓ１が−３Ｖに、第２の電源Ｖｄｄ２が＋１．５Ｖに、第２の電源Ｖｓｓ２が−１．５Ｖに設定される。この結果、第１の電源Ｖｄｄ１から、インピダンス１２及び第１のダイオード１８を介して、第２の電源Ｖｄｄ２に電流が流れる。また、第２の電源Ｖｓｓ２から、インピダンス１２及び第１のダイオード１８を介して、第１の電源Ｖｓｓ１に電流が流れる。

第１のダイオード１８の順方向降下電圧を０．６Ｖとすると、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２が±１．５Ｖ（正電源側が＋１．５Ｖ、負電源側が−１．５Ｖ）であるので、インピダンス１２と第１のダイオード１８との間の接続部４５の電圧は、±２．１Ｖ（正電源側が＋２．１Ｖ、負電源側が−２．１Ｖ）となる。

第２のダイオード１５の順方向降下電圧を０．６Ｖとすると、インピダンス１２と第１のダイオード１８の接続部４５の電圧が±２．１Ｖ（正電源側が＋２．１Ｖ、負電源側が−２．１Ｖ）であるので、プリアンプ４の電源端子４０の電圧は、±１．５Ｖ（正電源側が＋１．５Ｖ、負電源側が−１．５Ｖ）となる。

フローティング部３１におけるフローティング電源の電源インピダンスは、第１のダイオード１８へ流れる電流によって設定される。第１のダイオード１８へ流れる電流は、インピダンス１２の抵抗１７の大きさによって決まる。

プリアンプ４の定常電流が１ｍＡであって、抵抗１７の値が４５０Ωであると仮定する。この場合、式（１）によりインピダンス１２の電位差は０．９Ｖとなる。なお、式（１）〜（３）において、電源（正電源及び負電源）の極性（±）は省略されている。

０．９Ｖ（インピダンス１２の電位差）＝３．０Ｖ（第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１の電圧）−２．１Ｖ（接続部４５の電圧） ・・・・・（１）

また、第１の電源を流れる電流は、式（２）により２ｍＡとなる。

２ｍＡ＝０.９Ｖ（インピダンス１２の電位差）／４５０Ω（インピダンス１２の抵抗１７） ・・・・・（２）

したがって、第１のダイオード１８を流れる電流は、式（３）により１ｍＡとなる。

１ｍＡ＝２ｍＡ（第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１を流れる電流）−１ｍＡ（プリアンプ４の定常電流） ・・・・・（３）

この結果、第１のダイオード１８の定常電流を増やすことによって、プリアンプ４の電源端子４０とグランド間の電源インピダンスを小さくすることができる。ただし、第１のダイオード１８の定常電流を増やすと消費電力が大きくなるので、フローティング部３１におけるフローティング電源の電源インピダンスは、抵抗１７の値によって調整される。

また、第１のダイオード１８として、逆回復時間が比較的長いダイオードを使うと、プリアンプ４の電源端子４０とグランド間のインピダンスを小さくすることができる。

次に、本実施の形態の超音波診断装置１００の動作について説明する。図３は、受信信号の受信時における超音波診断装置１００の動作について説明する図である。図３に示すように、プリアンプ４の電源端子４０に印加される電圧±１．５Ｖより小さい受信信号（〜数百ｍＶｐｐ程度）が、振動子３により受信される。受信信号は、プリアンプ４の入力端子４１に入力され、プリアンプ４によって増幅されて出力端子４２から出力される。プリアンプ４により増幅された受信信号は、ケーブル８を介して送受信部２へ入力される。実線の波形は、正極の受信信号を示し、実線の矢印は、正極の受信信号の流れを示している。点線の波形は、負極の受信信号を示し、点線の矢印は、負極の受信信号の流れを示している。

ここで、逆並列接続ダイオードで構成される送信バイパス部（バック・ツー・バック接続ダイオード）７のインピダンスは、当該ダイオードの順方向降下電圧以下の信号に対して高インピダンスとなり、受信信号を遮断する。

図４は、送信信号の送信時における超音波診断装置１００の動作について説明する図である。図４に示すように、送受信部２により生成される送信信号（数Ｖ〜数百Ｖｐｐ程度）が、ケーブル８及び送信バイパス部７を介して振動子３に入力され、超音波が照射される。実線の波形は、正極の受信信号を示し、実線の矢印は、正極の受信信号の流れを示している。点線の波形は、負極の受信信号を示し、点線の矢印は、負極の受信信号の流れを示している。

正極の送信信号がプリアンプ４の入出力端子４１、４２に入力されると、入力バイアス回路２９及び出力バイアス回路３０のうち少なくとも１つにより、プリアンプ４の電源端子４０の電圧は、送信信号とほぼ同等（若しくは、やや小さめ）の電圧となる。送信信号が正極である場合、正電源Ｖｄｄ側の第２のダイオード１５−ｐが通過から遮断に変化するので、正電源Ｖｄｄ側の第１のダイオード１８−ｐ及び抑制回路（インピダンス）１２−ｐへ、電流は流れない。一方、送信信号が正極である場合、負電源Ｖｓｓ側の第２のダイオード１５−ｎは通過の状態のまま、負電源Ｖｓｓ側の第１のダイオード１８−ｎが通過から遮断へ変化するので、抑制回路（インピダンス）１２−ｎを介して第１の電源Ｖｓｓ１へ電流は流れるが、第２の電源Ｖｓｓ２へ電流は流れない。ここで、抑制回路（インピダンス）１２−ｎのインダクタ１６は、送信信号（交流信号）の周波数ωに応じたインピダンスωＬとなり、ＤＣ信号（直流信号）と比べ大きな値となるので、第１の電源Ｖｓｓ１へ流れる電流量が抑制される。

負極の送信信号がプリアンプ４の入出力端子４１、４２に入力されると、入力バイアス回路２９及び出力バイアス回路３０のうち少なくとも１つにより、プリアンプ４の電源端子４０の電圧は、送信信号とほぼ同等（若しくは、やや小さめ）の電圧となる。送信信号が負極である場合、負電源Ｖｓｓ側の第２のダイオード１５−ｎが通過から遮断に変化するので、負電源Ｖｓｓ側の第１のダイオード１８−ｎ及び抑制回路（インピダンス）１２−ｎへは電流が流れない。一方、送信信号が負極である場合、正電源Ｖｄｄ側の第２のダイオード１５−ｐは通過の状態のまま、正電源Ｖｄｄの第１のダイオード１８−ｐは通過から遮断へ変化するので、抑制回路（インピダンス）１２−ｐを介して第１の電源Ｖｄｄ１へ電流は流れるが、第２の電源Ｖｄｄ２へ電流は流れない。ここで、抑制回路（インピダンス）１２−ｐのインダクタ１６は、送信信号の周波数ωに応じたインピダンスωＬとなり、ＤＣ信号に比べ大きな値となるので、第１の電源Ｖｄｄ１へ流れる電流量が抑制される。

以上のように、正弦波状の送信信号の正極及び負極に応じて、第２のダイオード１５（１５−ｐ、１５−ｎ）と第１のダイオード１８（１８−ｐ、１８−ｎ）が動作するので、図４の波形図４００、４０１に示すように、接続部４５（第１のダイオード１８と第２のダイオード１５との間）の電圧波形は、送信信号を半波した電圧となる。高電圧の送信信号が流れるので、第２のダイオード１５、第１のダイオード１８、及び抑制回路（インピダンス）１２の抵抗１７には、送信信号の波高値以上の耐圧性（高耐圧性）が要求される。一方、逆並列接続されているダイオードで構成される送信バイパス部７があるので、プリアンプ４の入出力端子４１、４２間の電圧は、低電圧に保たれる。

このように、送信信号の大振幅電圧（高電圧）に対して、プリアンプ４の入出力端子４１、４２間、及び電源端子４０間の電圧が低電圧で保たれた状態になり、プリアンプ４のバイアス電位が送信パルス（送信信号）と共に変動してフローティング状態となる。この結果、プリアンプ４の回路耐電圧保護を実現することができる。すなわち、送信パルスが正極（正電圧）のときは、正電源Ｖｄｄ側の第２のダイオード１５−ｐが逆バイアスされて遮断状態となり、送信パルスが負極（負電圧）のときは、負電源Ｖｓｓ側の第２のダイオード１５−ｎが逆バイアスされて遮断状態となり、プリアンプ４はフローティング状態となる。

そして、受信信号の受信時になると、プリアンプ４のバイアス電位が、元の状態（非フローティング状態）に戻り、送信バイパス部７で阻止された微弱な交流信号である受信信号は、プリアンプ４に導かれて所定のゲインで増幅される。

つまり、フローティング部３１が、超音波探触子１に収容されたプリアンプ４を、プリアンプ４の電源端子４０を第１の電源Ｖｄｄ，Ｖｓｓと電気的に切り離すことで、送信信号の送信時にプリアンプ自体の電位を電気的にフローティングさせ、高電圧の送信パルスからプリアンプ４が保護される。また、受信信号の受信時にプリアンプ４のバイアス電位が回復し、プリアンプ４が通常の受信用プリアンプとして使用される。

次に、図５及び図６を用いて、入力バイアス回路２９及び出力バイアス回路３０について説明する。入力バイアス回路２９及び出力バイアス回路３０は、プリアンプ４の入出力端子４１、４２に印加される大振幅電圧（高電圧）を、プリアンプ４の電源側（正電源Ｖｄｄ側及び負電源Ｖｓｓ側）へ導くことにより、プリアンプ４の各端子間にかかる電圧を低電圧に保つ。

図５に示すように、入力バイアス回路２９では、プリアンプ４の入力端子４１と各電源端子４０の間に保護ダイオード２１が接続される。正電源Ｖｄｄ側の電源端子４０−ｐと負電源Ｖｓｓ側の電源端子４０−ｎとの間に、直列接続された２つのコンデンサ１９と、直列接続された２つの抵抗２０が接続される。２つのコンデンサ１９間と２つの抵抗２０との中点４６が中点接続される。

中点４６とプリアンプ４の入力端子４１との間に抵抗２２が接続される。この結果、プリアンプ４の電源端子４０間の中点電圧が、入力端子４１の電圧になる。

送信信号がプリアンプ４の入力端子４１に入力されるとき、入力端子４１の電圧が、保護ダイオード２１の順方向降下電圧付近になると、保護ダイオード２１が、遮断から通過へ変化し、プリアンプ４の入力端子４１と電源端子４０間の電位差を順方向降下電圧に保つように動作する。また、コンデンサ１９は、両電源端子４０に生じた変化を平滑化する。抵抗２０は、平滑化の際のチャージを放電する。抵抗２２は入力端子４１が中点電位となるようにする。

この場合、出力端子４２と電源端子４０との間の電圧は、送信バイパス部７のダイオードと保護ダイオード２１との２段の順方向降下電圧の電位差に留まる。

図６に示すように、出力バイアス回路３０では、プリアンプ４の出力端子４２と電源端子４０間に保護ダイオード２１（ツエナーダイオード）が接続され、両電源端子４０間にコンデンサ１９が接続される。両電源端子４０の電圧が±１．５Ｖである場合、ツエナーダイオード（保護ダイオード２１）のツエナー電圧（順方向降下電圧）の大きさは、１．５Ｖを超える値（例えば、１．８Ｖ）に設定される必要がある。つまり、ツエナーダイオード（保護ダイオード２１）のツエナー電圧の大きさは、電源端子４０の電圧より大きく設定される必要がある。

プリアンプ４の出力端子４２側に送信信号が入力されるとき、出力端子４２の電圧が、保護ダイオード２１の順方向降下電圧付近になると、ツエナーダイオードからなる保護ダイオード２１は、遮断から通過へ変化し、プリアンプ４の出力端子４２と電源端子４０間の電位差を順方向降下電圧に保つように動作する。出力端子４２の電圧がツエナー電圧（順方向降下電圧）以下になると、通過から遮断へと変化する。両電源端子４０間は、コンデンサ１９で平滑化される。

この場合、入力端子４１と電源端子４０との間の電圧は、送信バイパス部７のダイオードと保護ダイオード２１との２段の順方向降下電圧の電位差に留まる。

なお、逆並列接続されているダイオードで構成されている送信バイパス部７により、プリアンプ４の入出力端子４１、４２間の電圧が低電圧に保たれるので、送信信号の大振幅電圧（高電圧）に対して、プリアンプ４の入出力端子４１、４２間及び電源端子４０間が低電圧で保たれた状態になり、プリアンプ４のバイアス電位が送信パルス（送信信号）と共に変動してフローティング状態となるためには、入力バイアス回路２９又は出力バイアス回路３０のうち少なくとも１つがあれば、フローティング状態が実現される。

このように、フローティング状態を実現するフローティング部３１が、コンデンサなどの大規模回路の代わりに、小規模回路であるインピダンス１２（インダクタ１６及び抵抗１７）及び第１のダイオード１８を備えることにより、回路規模の増大を防ぎ、小型で軽量な超音波探触子とこれを備える超音波診断装置とを提供することができる。

（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態にかかる超音波診断装置について、図面を用いて説明する。特に言及しない場合は、他の構成は、第１の実施の形態にかかる超音波診断装置と同様である。本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置１０１を図７に示す。図７は、複数の振動子にそれぞれ対応する複数のプリアンプ４及び出力バイアス回路３０を備える超音波診断装置１０１を示す図である。

図７に示すように、超音波探触子１は、複数の振動子３を含む。振動子３毎に、プリアンプ４及びバイアス回路（出力バイアス回路３０）が接続される。第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２、抑制回路１２（インピダンス）、及び第１のダイオード１８は、複数の振動子３に対して共有されている。

このように、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１、抑制回路１２、第１のダイオード１８、及び第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２は共通化される。第２のダイオード１５−ｘ（１５−１、１５−２、１５−３・・・・・）間のプリアンプ４（４−１、４−２、４−３・・・・・）と出力バイアス回路３０（３０−１、３０−２、３０−３）は、各振動子３に対応して構成される。

この場合、コンデンサ１９の容量を大きくすることによって、相互クロストークを低減することができる。また、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２及び第１のダイオード１８に通常流れる電流量を増やすことにより、相互クロストークを低減することができる。さらに、第１のダイオード１８として逆回復時間が長いダイオードを選定することにより、相互クロストーク低減することができる。また、コンデンサ１９の容量を大きくすること、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２及び第１のダイオード１８に通常流れる電流量を増やすこと、及び第１のダイオード１８として逆回復時間が長いダイオードを選定することによって、送信信号の送信後にフローティング状態から通常のバイアス状態（非フローティング状態）に戻るまでの時間（リカバリ時間）を短くすることができる。

また、各振動子３を駆動する送信信号の位相の差が１８０°となる場合を想定して、第２のダイオード１５の耐圧は送信信号の送信電圧の２倍以上あればよい。

このように、振動子３が複数ある場合にも、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１、第２の電源Ｖｄｄ２、Ｖｓｓ２、抑制回路１２（インピダンス）、及び第１のダイオード１８を共通化することにより、回路規模の増大を防ぎ、小型で軽量な超音波探触子とこれを備える超音波診断装置とを提供することができる。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

例えば、抑制回路１２は、定電流回路であってもよい。図８は、インピダンスの代わりに、抑制回路１２が定電流回路２８（２８−１、２８−２）である場合を示す図である。図９は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた定電流回路２８を示す図である。図９に示すように、第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１と各ＦＥＴ（ＮチャネルＦＥＴ２６及びＰチャネルＦＥＴ２７）のゲートとの間に、抵抗２３がそれぞれ接続される。すなわち、第１の電源Ｖｄｄ１とＮチャネルＦＥＴ２６のゲートとの間に抵抗２３が接続され、第１の電源Ｖｓｓ１とＰチャネルＦＥＴ２７のゲートとの間に抵抗２３が接続される。ＦＥＴ２６、２７のゲート間に抵抗２４が接続され、ＦＥＴ２６、２７のゲート電圧を設定する。第１の電源Ｖｄｄ１、Ｖｓｓ１と各ＦＥＴ２６、２７のソースとの間の抵抗２５により、定電流量が設定される。

このように、抑制回路１２として、インピダンスの代わりに定電流回路２８を備えることにより、送信信号の送信時における抑制回路１２の電流を小さくすることができるので、消費電力を抑えることが出来る。また、リカバリ時間を短くすることができる。

なお、定電流回路２８のＦＥＴ２６、２７（トランジスタ）は、送信信号に対して高耐圧である。つまり、各ＦＥＴ２６、２７は、抵抗１７と同様に、送信信号の波高値以上の高耐圧が要求される。

また、プリアンプ４は、トランジスタによるエミッタフォロア及びＦＥＴによるソースフォロアのうち少なくとも１つを含んでもよい。つまり、プリアンプ４を、低耐圧トランジスタによるエミッタフォロア又は低耐圧ＦＥＴによるソースフォロアで構成することができる。また、プリアンプ４を、高耐圧トランジスタによるエミッタフォロア回路又は高耐圧ＦＥＴによるソースフォロア回路で構成した場合、フローティング部３１の高耐圧である第２のダイオード１５が不要となり、回路規模が小さい回路構成を実現することができる。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。本実施の形態によれば、フローティング部３１を用いることにより、低耐圧プロセスや低耐圧の部品を使用することができるので、回路規模が小さく、高速で、低消費電力の少ない回路構成を実現することができる。また、スイッチ素子などを用いないので、開閉など制御が不要な簡単な回路構成を実現することができる。

本発明にかかる超音波探触子は、回路規模が小さく、高速で、低消費電力の少ない回路構成を実現することができるという効果を有し、プリアンプのバイアス電位をフローティング状態にする超音波探触子などとして有用である。

１ 超音波探触子
２ 送受信部
３ 振動子
４ プリアンプ
７ 送信バイパス部
８ ケーブル
１６ インダクタ
１７ 抵抗
２１ 保護ダイオード
２８ 定電流回路
２９ 入力バイアス回路
３０ 出力バイアス回路
３１ フローティング部

Claims (13)

1. 振動子と、
   前記振動子側に入力側が接続され、送信信号及び受信信号を送受信する送受信部側に出力側が接続されるプリアンプと、
   前記送受信部と前記振動子との間に接続され、前記送信信号を通過させて前記受信信号を遮断する送信バイパス部と、
   前記プリアンプの電源端子と第１の電源との間に接続され、前記送信信号の送信時に、前記プリアンプのバイアス電位を電気的にフローティング状態にし、前記受信信号の受信時に、前記バイアス電位を電気的に非フローティング状態にするフローティング部とを備え、
   前記フローティング部は、
   第２の電源と、
   前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続され、前記第１の電源へ流れる電流量を抑制する抑制回路と、
   前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続される第１のダイオードと、
   前記抑制回路と前記第１のダイオードとの間の接続部と前記プリアンプの電源端子の間に接続される第２のダイオードと
   を備えることを特徴とする超音波探触子。
2. 前記抑制回路は、インピダンスであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記インピダンスは、直列接続される抵抗とインダクタとを含むことを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
4. 前記抵抗は、前記送信信号に対して高耐圧であることを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
5. 前記抑制回路は、定電流回路であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
6. 前記定電流回路のトランジスタは、前記送信信号に対して高耐圧であることを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
7. 前記第２のダイオード及び前記第１のダイオードは、前記送信信号に対して高耐圧であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の超音波探触子。
8. 前記第１の電源が正電源である場合は、前記第１の電源の電位は、前記第２の電源の電位よりも高く、
   前記第１の電源が負電源である場合は、前記第１の電源の電位は、前記第２の電源の電位よりも低いことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の超音波探触子。
9. 前記プリアンプの入出力端子と前記電源端子との間に接続されるバイアス回路を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の超音波探触子。
10. 前記バイアス回路は、前記プリアンプの前記入力側に接続される入力バイアス回路及び前記プリアンプの前記出力側に接続される出力バイアス回路のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の超音波探触子。
11. 前記プリアンプは、トランジスタによるエミッタフォロア及びＦＥＴによるソースフォロアのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の超音波探触子。
12. 複数の前記振動子を含み、
    前記振動子毎に、前記プリアンプ及び前記バイアス回路が接続され、
    前記第１の電源、前記第２の電源、前記抑制回路、及び前記第１のダイオードは、前記複数の振動子に対して共有されていることを特徴とする請求項９乃至１０の何れかに記載の超音波探触子。
13. 振動子を含む超音波探触子と、
    前記超音波探触子へ送信信号を送信し、前記超音波探触子からの受信信号を受信する送受信部と、
    入力側が前記振動子側に接続され、出力側が前記送受信部側に接続されるプリアンプと、
    前記送受信部と前記振動子との間に接続され、前記送信信号を通過させて前記受信信号を遮断する送信バイパス部と、
    前記プリアンプの電源端子と第１の電源との間に接続され、前記送信信号の送信時に、前記プリアンプのバイアス電位を電気的にフローティング状態にし、前記受信信号の受信時に、前記バイアス電位を電気的に非フローティング状態にするフローティング部とを備え、
    前記フローティング部は、
    第２の電源と、
    前記第１の電源と前記プリアンプとの間に直列に接続され、前記第１の電源へ流れる電流量を抑制する抑制回路と、
    前記第１の電源と前記第２の電源との間に直列に接続される第１のダイオードと、
    前記抑制回路と前記第１のダイオードとの間の接続部と前記プリアンプの電源端子の間に接続される第２のダイオードと
    を備えることを特徴とする超音波診断装置。

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