JPH01214346A - 超音波送信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野（第４図、第５図） 従来の技術（第６図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 （ａ）一実施例の説明（第２図、第３図）（ｂ）他の実
施例の説明 発明の効果 〔概要〕 アレイ型トランスデユーサをドライバで駆動し、超音波
を送信する超音波送信装置において、サイドロープの小
さい超音波を送信するための超音波送信回路において、 駆動電圧の変化によって、伝播遅延時間が変化すること
を防止し、サイドローブを低減したビーム集束等を所望
通り実現することを目的とし、超音波トランスデユーサ
を複数個配列してなるアレイ型トランスデユーサと、各
超音波トランスデユーサを駆動するドライバと、該ドラ
イバに超音波トランスデユーサの駆動タイミング信号と
サイドローブの低減のための駆動電圧を与える送信制御
部とを有する超音波送信回路において、該ドライバは、
ソース接地され、該駆動タイミング信号で動作するＭＯ
Ｓ　Ｆ　ＥＴと、該ＭＯ３ＦＥＴのドレインがエミッタ
に接続され、抵抗を経由して該駆動電圧がコレクタに供
給されるバイポーラトランジスタとを含み、該バイポー
ラトランジスタのベースに抵抗を経由して一定電圧源を
接続した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、アレイ型トランスデユーサをドライバで駆動
し、超音波を送信する超音波送信装置において、サイド
ローブの小さい超音波を送信するための超音波送信回路
に関する。

超音波を利用した計測は、超音波診断装置等に広く利用
されており、そのため超音波送信回路が用いられる。

例えば、第４図に示す超音波診断装置においては、多数
の超音波トランスデユーサ（超音波送受信素子）１１〜
１Ｎを配列したアレイ型探触子（トランスデユーサ）１
が用いられる。

アレイ型探触子１の各素子１１〜１Ｎは、ドライバＤ１
〜ＤＮを介し送信回路系２に、プリアンプＲ１〜ＲＮを
介し受信回路系３に接続される。

各送信回路系２と受信回路系３は、制御回路系４に接続
され、同期制御されるとともに、受信回路系３に表示装
置５が接続される。

このような超音波診断装置において、各素子１１〜１Ｎ
の駆動回路に適当な遅延素子を挿入すると、第４図（Ｂ
）、（Ｃ）に示すようにビーム方向を放射状にすること
ができ、扇形走査を行うことができる。またビームの集
束が可能である。

即ち、第５図（Ａ）のように、遅延回路を介在させ同時
駆動する素子のうち両端付近のものは早目に、中央付近
のものは遅目に駆動すると各素子から送出される超音波
ビームの波面はＷの如くなり、合成ビームが集束される
。

このような送信超音波に対し、被検体より反射した超音
波は再び素子１１〜１Ｎに入り電気信号に変換され、プ
リアンプＲ１〜ＲＮを経由し、受信回路系３で加算、増
幅され表示装置５に表示される。

このようにして、被検体の断層像や血流情報が表示装置
５に表示され、被検体の診断に供することができる。

このような送信超音波の合成ビームの強度分布をとると
、第５図（Ａ）に示すように、波面進行方向にメインロ
ープＭＲが現れる他に、それより斜め左及び右へ延びる
サイドローブＳＲが現れる。

このサイドローブＳＲは、実際の開口が有限長であるた
めに、不要な方向に生成される。

このサイドローブＳＲの存在は好ましくないので、これ
は小さい（弱い）ことが望まれる。第５図（Ｂ）に示す
ようにサイドローブの低減は、両端部から中央部に向か
い素子１１〜１Ｎの駆動電圧Ｖｄｄを徐々に上げ、強度
分布をガウス分布にすることにより可能である。

このように、サイドローブＳＲの低減のため、各素子１
１〜１Ｎを異なる駆動電圧で送信回路が駆動するが、こ
れによって駆動特性を劣化しないことが望められている
。

〔従来の技術〕

第６図は従来技術の説明図である。

第６図（Ａ）に示すように、ドライバ６は、トランリス
タＱ、−Ｑ、　、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオードｄ、コン
デンサＣＩからなり、超音波送受信素子１１は結合コン
デンサＣＩ、抵抗Ｒ２を介して前述の出力電圧Ｖｄｄで
駆動される。

図示しないが、超音波送受信素子１２．１３、−１１Ｎ
についても同様であり、ドライバ６及びプリアンプＲ等
は各素子に対しそれぞれ設けられる。

ここで、トランジスタＱ、　、Ｑ、等は、増幅器を構成
している。

非送信時には、タイミング信号ＤＴはオンとなっており
、トランジスタＱ、をオンにしており、従ってトランジ
スタＱ２はオフ、トランジスタＱ３もオフで、素子１１
は抵抗Ｒ２、結合コンデンサＣ１を通して駆動出力電圧
Ｖｄｄを受けている。

送信のため、タイミング信号ＤＴがオフとなると、トラ
ンジスタＱ１がオフとなり、トランジスタＱ２はオン、
トランジスタＱ３もオンとなり、素子１１、結合コンデ
ンサＣ１、トランジスタＱ３の回路で蓄積電圧の放電が
生じ、これが素子１１に超音波振動を発生させる。

サイドローブを低減させるための素子駆動電圧Ｖｄｄを
低下させることによって行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ドライバ６の出力トランジスタＱ３は、ＭＯ
Ｓ　Ｆ　ＥＴ構成されており、このＭＯＳＦＥＴにより
、オン抵抗を小として、素子１１の効率の良い、送信動
作を実現している。

しかしながら、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　３はゲート
信号を与えると直ちにオンになるのではなく、若干の伝
播遅延がある。しかもこの遅延はドレイン・ソース間電
圧により変わるので、サイドローブを低減すべく駆動電
圧を低下させると、第６図（Ｂ）のように遅延時間τも
変わり、ビーム集束のため或いは扇形走査のために加え
る遅延時間が所望値からずれ、ビームの集束又は走査に
支障を与える恐れがあるという問題があった。

例えば、超音波送信周波数ｆを３．５Ｍ）Ｉｚとすると
、周期は２８６　ｎｓであるが、約ｌ／１６周期、即ち
１８ｎａ以上の時間差はビーム集束、扇形走査に影響を
与えるが、駆動電圧Ｖｄｄを４０Ｖ変化すると、２５ｎ
３の遅延時間差が生じていた。

本発明は、駆動電圧の変化によって、伝播遅延時間が変
化することを防止し、サイドローブを低減したビーム集
束等を所望通り実現することのできる超音波送信回路を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図である。

図中、第４図及び第６図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、Ｑ４はバイポーラトランジスタ
であり、Ｑ４のエミッタはＭＯ３Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　３の
ドレインと接続され、そのコレクタに抵抗Ｒ２を経由し
て駆動電圧Ｖｄｄが与えられるものである。

本発明は、ドライバ６のＭＯ３ＦＥＴＱ、のドレインに
バイポーラトランジスタＱ４のエミッタを接続したもの
である。

又本発明は、更に、ＭＯ３ＦＥＴＱ３のゲートとＱ４の
ベースをコンデンサＣ２で接続したものである。

〔作用〕

ＭＯ３ＦＥＴＱ、は、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの
変化によって、遅延時間が変化する。

そこで、本発明は、駆動電圧Ｖｄｄの大きさにかかわら
ず、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓを一定にするため、
バイポーラトランジスタＱ４をＭＯ３ＦＥＴＱ、のドレ
インとＲ２の間に接続するようにしたものである。

ＭＯ３ＦＥＴＱ３のドレインを、バイポーラトランジス
タＱ４のエミッタに接続し、Ｑ４のコレクタをＲｔ、Ｑ
ａのベースをＲ３を経由してＶｃに接続すればエミッタ
電位はベース電位により決まり、はぼＶｃに等しい。

したがって、駆動電圧の大小に関係なくＱ３のドレイン
・ソース間電圧は一定となる。

このため、サイドロープ低減のための各素子毎の送信強
度の重み付けを行う際、各ドライバに与える駆動電圧は
重み付は値に応じて異ならしめても、伝播遅延は全ドラ
イバで同じ値となる。従ってビーム集束、扇形走査等に
影響を与える遅延差は生じない。

又コンデンサＣ２を設けることによって、抵抗Ｒ３、コ
ンデンサＣ２の微分回路を形成し、バイポーラトランジ
スタＱ４を高速動作させ、−層伝播遅延を防いでいる。

〔実施例〕

（ａ）一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例構成図である。

図中、第１図及び第６図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、Ｒ１は抵抗であり、電源Ｖｃと
バイポーラトランジスタＱ４のベースを接続するもの、
Ｃ２は結合コンデンサであり、バイポーラトランジスタ
Ｑ４のベースとＭＯ３ＦＥＴＱ、のゲートとを接続する
ものである。

２１は送信制御回路であり、第４図（Ａ）の制御回路系
４からの遅延量ｄβに応じて遅延させたタイミング信号
ＴＤを発生するとともに、重み付は値Ｗａを受け、後述
する記憶装置をアドレスするもの、２２は記憶装置であ
り、各重み付は値Ｗａに応じた駆動電圧値を格納し、送
信制御回路２１の重み付は値Ｗａに応じた駆動電圧値を
出力するものである。

２３はＤ／Ａ　（デジタル／アナログ）変換器であり、
記憶装置２２の駆動電圧値をアナログ量に変換するもの
、２４は増幅器であり、Ｄ／Ａ変換器２３の出力を増幅
し、駆動電圧Ｖｄｄをドライバ６に供給するものである
。

第３図はＭＯＳＦＥＴのグイナミソク特性図である。

Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　ｓを駆動するには、ゲート
入力容量を充放電する必要がある。

第３図（Ａ）においては、横軸をゲート電荷ＱＧ（ピコ
クーロン）、縦軸をゲート・ソース電圧ＶＣＳ（ボルト
）としてダイナミック特性を示している。

このＶＧＳ特性には３つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３があり
、領域Ａ１は、ＶＣＳが零と闇値電圧（■い）の間にあ
る領域で、トランジスタＱ３はオフである。この間はゲ
ート容量は、一定であることが分かる。

領域Ａ２では、ＶＣＳの増加割合は急激に減少しており
、従ってゲート容量が大きく増加していることが分かる
。この領域Ａ２では、ドレイン・ソース１ｍ電圧ＶＯＳ
が急速に低下しくトランジスタＱ３はターン・オンを開
始する）、ミラー容量が入力側に現れる。

領域Ａ３ではＶＣＳの傾きは、再び大になるが、領域Ａ
１とは異なって相当にリニアである。この領域では、ト
ランジスタＱ３はオン状態であり、■。、は変化せず、
ミラー効果は現れない。

このようなダイナミック特性を示すＭＯ３ＦＥＴＱ、に
おいて、駆動電圧（トランジスタ電源電圧）Ｖ（Ｉｄを
変化してドレイン・ソース間電圧Ｖ。、を変化させたと
きのＶＧ３ダイナミック特性の一例を第３図（Ｂ）に示
す。

図中、曲線ａ３　、ａｘ　％　ａｌ　は、ＶＤ！特性で
電源電圧Ｖｄｄが６０Ｖ、４０Ｖ、２０Ｖのときの特性
である。曲線ｂ０、ｂｌ、ｂ２、ｂ３は、■、３特性で
、ＶｄｄがＯＶ、２０Ｖ、４０Ｖ、６゜■のときの特性
である。

この特性図より、Ｖｄｄを高くする程領域Ａ２が拡がる
ことが分かる。

即ち駆動電圧Ｖｄｄが高くなる程、ゲートへ充電しなけ
ればならない電荷量が増加し、ＭＯＳＦＥＴがオンする
タイミングが遅れることになる。

例えば、駆動電圧を６０Ｖと２０Ｖの時を比較すると、
第３図（Ｂ）を見ると、６０Ｖ、２０Ｖの時のゲート蓄
積電荷Ｑ、の差は、約２５００ピコクーロンである。制
御回路２１からの信号を増幅シ、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ
　Ｑ　３を駆動する小トランジスタＱ＋　、Ｑｚに出力
電流は、高々１ｏｏＩＩＩＡ程度テあるので、その差は
、 ２５００Ｘ１０−”／　１　ｏｏｘ　１０−３＝２５Ｘ
１０−’＝２５ｎｓとなる。

超音波送受信素子が発生する超音波の周波数ｆを３．５
Ｍ１（ｚとすると、周期は２８６ｎｓである。計算によ
れば、１／１６周期、１８ｎｓ以上の時間差はビーム集
束、扇形走査等に影響を与える。

そこで第２図の実施例の如く、ＭＯ３ＦＥＴＱ３のドレ
インとＲ２の間にバイポーラトランジスタＱ４を接続す
る。Ｑ３のドレイン、即ちＱ４のエミッタの電位はＱ４
のベース電位により決まり、はぼＶｃに等しい。

このため、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　３がオフの時は
バイポーラトランジスタＱ、もオフとなり、バイポーラ
トランジスタＱ４のベース電位はＶｃに等しく、Ｑ４の
エミッタ、部ちＱ３のドレイン電位もほぼＶｃに等しく
なる。

したがって、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　３のドレイン
・ソース間電圧はＶｄｄ、即ち駆動電圧には依存しない
。またＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　ｓがオンとなる信号
がゲートに印加された時、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３に
より、その信号の微分電流がバイポーラトランジスタＱ
４のベースへ印加されるので、ＭＯ３ＦＥ　Ｔ　Ｑ　ｓ
とバイポーラトランジスタＱ４は同時にオンとなり、従
来の場合と同様に超音波送受信素子へ駆動パルスが送出
される。

尚、駆動電圧値は、記憶装置２２に格納してあり、これ
を読出し、変換器２３でＤ／Ａ変換し、増幅器２４に入
力し、所要の駆動電圧を得る。

ビーム集束、扇形走査等に対する駆動タイミングの遅延
は、制御回路２１がトランジスタＱ、をオンするタイミ
ングの調整により行う。

（ｂ）他の実施例の説明 上述の実施例では、超音波送信回路を超音波診断装置に
用いた例について説明したが、他の超音波機器に用いて
もよく、送信制御部２も他の構成のものであってもよい
。

又、ドライバ６の増幅段を他の構成のものとしてもよい
。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、サイドローブ減少
のため素子駆動電圧を変えても、伝播遅延時間を変化す
ることを防止でき、素子駆動タイミングがずれることを
防げるという効果を奏し、ビーム集束及び走査を予定通
り行うことができる。

又、ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの耐圧が低くてよいため、高価な
耐圧の高いＭＯＳ　Ｆ　ＥＴを用いな（てもよく、更に
構成や制御も簡単であるという効果を奏する。

またＭＯＳＦＥＴのドレイン側の電圧変化が従来に比べ
小さくなり、ミラー効果による帰還容量の増大を防ぐこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の一実施例構成図、 第３図はＭＯＳＦＥＴの特性図、 第４図は超音波診断装置の説明図、 第５図はサイドローブ低減の説明図、 第６図は従来技術の説明図である。 図中、１−アレイ型探触子（トランスデユーサ）、２−
送信制御部、 ６−　ドライバ、 １１〜１Ｎ−超音波トランスデユーサ、Ｑ、　−、Ｍ　
ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ。 Ｑ４・・−バイポーラトランジスタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波トランスデューサ（１１〜１Ｎ）を複数個
   配列してなるアレイ型トランスデューサ（１）と、 各超音波トランスデューサ（１１〜１Ｎ）を駆動するド
   ライバ（６）と、 該ドライバ（６）に超音波トランスデューサ（１１〜１
   Ｎ）の駆動タイミング信号とサイドローブの低減のため
   の駆動電圧を与える送信制御部（２）とを有する超音波
   送信回路において、該ドライバ（６）は、 ソース接地され、該駆動タイミング信号で動作するＭＯ
   ＳＦＥＴ（Ｑ＿３）と、 該ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ＿３）のドレインがエミッタに接続
   され、抵抗（Ｒ＿２）を経由して該駆動電圧がコレクタ
   に供給されるバイポーラトランジスタ（Ｑ＿４）とを含
   み、 該バイポーラトランジスタ（Ｑ＿４）のベースに抵抗（
   Ｒ＿３）を経由して一定電圧源（Ｖｃ）を接続したこと
   を 特徴とする超音波送信回路。
2. （２）前記バイポーラトランジスタ（Ｑ＿４）のベース
   と前記ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ＿３）のゲートとをコンデンサ
   （Ｃ＿２）で接続したことを 特徴とする請求項（１）記載の超音波送信回路。