JPH02156933A

JPH02156933A - 超音波駆動装置

Info

Publication number: JPH02156933A
Application number: JP63310708A
Authority: JP
Inventors: Hideo Harada; 英郎原田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1990-06-15
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0616781B2

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】［発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、超音波プローブに対し共振駆動による共振波
形または非共振駆動による矩形波形を印加する超音波駆
動装置に関する。

（従来の技術）従来、超音波振動子を駆動する回路は第６図（ａ）に示
すような構成が一般に用いられている。

すなわち駆動回路はスイッチングトランジスタＴＲ，抵
抗Ｒおよび電源Ｖ１１で構成されている。

超音波プローブ２２は浮遊容量が存在する接続用ケーブ
ルと振動子２１とで構成され、前記駆動回路により、ケ
ーブルを介して超音波振動子２１が駆動される。ここで
容量Ｃ１は振動子２１の並列容量分。

ケーブル、駆動回路の並列浮遊容量の合成容量である。

振動子２１はある周波数帯域（例えば中心周波数５ＭＨ
ｚ±２ＭＨｚ）で電気−音響変換を効率良く行なうよう
に設計されている。

第６図（ａ）でベースＢに正極性パルスを入力すると、
振動子２１には第６図（ｂ）に示すインパルス電圧が印
加される。入力パルスが終了すると、Ｖｌｌから抵抗Ｒ
を介して容量　Ｃ１に充電する時定数に従って電圧が上
昇する。このインパルスは広帯域であるので、振動子２
１の周波数特性に応じた超音波が発生する。この超音波
を被検体内に送波し、反射エコーを同一振動子で受波し
、再び電気信号に変換して受信回路で受信する。

然し乍ら、前記方法では振動子２１の中心周波数付近で
のパワースペクトルがそれ以外の周波数成分と同程度で
あり、必要なパワーが相対的に小さい。また振動子２１
の直列抵抗分と並列容量成分Ｃ１により受信信号が減衰
してしまう。すなわち送信、受信の両駆動効率が悪く、
このため高電圧で駆動しなければならないという問題が
あった。

そこで駆動効率を改善するために並列共振駆動を行なう
ことが広く用いられている。この共振駆動は第７図（ａ
）に示すように、駆動回路出力と振動子２１とに並列に
コイルＬを装荷する方法である。コイルＬを装荷する部
位として超音波プローブにこのコイルＬを挿入したもの
を共振プローブと称する。コイルＬの値は、振動子２１
の中心周波数付近で並列容量Ｃ１と共振するように選択
する。

共振プローブ２３を前記駆動回路で駆動すると、第７図
（ｂ）に示すように駆動電圧Ｖ１１の２倍程度の電圧振
幅が得られる。受信時にはコイルＬと容量Ｃ１の共振に
より中心周波数付近での並列インピーダンスが上昇し、
減衰が低減するので、受信効率が改善できる。

しかし、この共振駆動によれば、そのスペクトルは狭帯
域となり、反射エコーの振動が長い時間繰返す（波連長
が長くなる）ので、Ｂモー、ド像の距離分解能が悪化す
る。

そこで、前記インパルス駆動を改善したものとして非共
振矩形駆動方式を採用するようになってきた。これは電
子部品が技術的に進歩し、ＮチャンネルおよびＰチャン
ネル素子の高耐圧高速のパワー−ＭＯＳ−ＦＥＴが製作
できるようになってきたことも寄与している。

第８図（ａ）は非共振プローブ２２を矩形駆動する矩形
駆動装置を示す図、第８図（ｂ）はＱｌ。

Ｑ２の動作を制御するゲート電圧Ｖ　Ｇｌ、　　Ｖ　Ｇ
２および振動子２１に印加される駆動電圧のタイミング
図である。この駆動装置は、ＱｌとＱ２とを電源ＶＨに
対して直列に接続し２つのＱｌ、Ｑ２の間の中点に振動
子２１が接続され、並列容量Ｃ１が存在する。第８図（
ｃ）は第８図（ｂ）に示す期間Ａの動作を示す図であり
、第８図（ｄ）は期間Ｂの動作を示す図である。第８図
（ｃ）（ｄ）に示す如＜Ｑｌ、Ｑ２は相補的に動作する
ものとなっている。すなわち第８図（ｄ）に示す如＜Ｑ
ｌは、ゲート電圧ＶＧＩが電圧ＶＨ−Ｖｔｈのときにの
みＯＮ動作し、また第８図（ｃ）に示す如＜Ｑ２は、ゲ
ート電圧ＶＧ２が電圧ｖｔｈのときにのみＯＮ動作する
ものとなっている。

この、ような構成によれば、（ｄ）に示すようにＱｌの
ゲート電圧ＶＧＩが期間ＢにおいてＶ　ＨからＶＨ−Ｖ
ｔｈに変化し、かつゲート電圧ＶＧ２がｖｔｈから零電
圧に変化すると、ＱｌのみがＯＮ動作する。そうすると
、電源ＶＨにより振動子２１に電流が流れ、駆動電圧Ｐ
Ｏが迅速にＶｌｌに上昇する。

駆動電圧ＰＯは、期間ＢだけＶｌｌなる電圧を持続する
。

次に期間Ａにおいてゲート電圧ＶＧ２がｖｔｈになると
、第８図（ｃ）に示すようにＱ２がＯＮ動作する。そう
すると、駆動電圧ＰＯはＱ２を介して接地されるので、
急速にＶ　ｌｉから零電圧に減少する。したがって、駆
動電圧ＰＯは（ｂ）に示す如く矩形波形となり、振動子
２１への矩形駆動が可能となる。この矩形駆動は前記イ
ンパルス駆動と比較すると、同じパルス幅で駆動した場
合、矩形駆動の方が６ｄＢ程度パワースペクトルが高い
。したがって、矩形駆動は効率が良く、低電圧により同
様な特性が得られる。さらに矩形駆動はバースト駆動が
容易であり、同一電圧のまま送信パワーを増加できる。

以上の理由から従来のインパルス駆動に対して最近では
駆動効率改善、バースト駆動可能のため矩形駆動を採用
している。

（発明が解決しようとする課題）然し乍ら、ドツプラ信号を′受信するなどＢモードの距
離分解能を犠牲にしても更に受信感度の効率を向上させ
たい場合がある。この場合には、コイルＬを振動子２１
に対して並列に装荷する。すなわち前述した共振プロー
ブ２３を使用して、矩形パルスによる矩形共振駆動を行
なうこともある。

第９図（ａ）は前記共振プローブ２３に対する矩形駆動
を示す図である。共振プローブ２３は前記振動子２１に
コイルＬを並列に接続したものである。

この共振プローブ２３の場合にも第８図に示すようにＱ
ｌとＱｌとを相補的にスイッチ動作を行なうと、Ｑｌが
動作し振動子２１がＱｌを介して接地される際、同時に
コイルＬがショートされる。第９図（ｂ）に示すように
本来ならば破線部分に示す自然共６振波形になるわけで
あるが、コイルＬがショートされることにより、斜線部
分のエネルギーがクランプされ大電流がコイルに発生し
てしまう。

このためコイルが過飽和状態になり、期間Ｃの間だけ飽
和電圧が発生し、超音波エコーを受信できなくなるとい
う問題があった。また飽和が回復する時に期間りの間だ
け不要なリンギングが発生してしまう。

そこで本発明の目的は、共振駆動におけるコイルの過飽
和状態と、過飽和状態回復時におけるリンギングをなく
して自然共振駆動を行い、しかも非共振駆動時には効率
の良いバースト可能な矩形駆動を行い得る超音波駆動装
置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の問題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講じた。本発明は、超音波プローブに対し共
振駆動による共振波形または非共振駆動による矩形波形
を印加するものであって、電源と接地との間に直列接続
された第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子と、こ
の第１または第２のスイッチ素子を動作させてこれらス
イッチ素子間の中点に接続される前記超音波プローブに
前記電源の電圧を印加させる制御手段と、からなる超音
波駆動装置において、前記制御手段は、非共振駆動する
際には、前記第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子
とを相補的に動作させて前記超音波プローブを矩形駆動
させ、共振駆動する際には、前記第１のスイッチ素子の
動作、非動作に関係なく前記第２のスイッチ素子を常に
非動作させ前記超音波プローブを共振駆動させるもので
ある。

（作用）このような手段を講じたことにより次のような作用を呈
する。制御手段により非共振駆動する際には、第１のス
イッチ素子、第２のスイッチ素子が相補的に動作するの
で、超音波プローブを通常の矩形駆動でき、共振プロー
ブを駆動する際には、第２のスイッチ素子が非動作する
ので、自然共振駆動できる。したがって、１つの駆動装
置を用いることにより共振プローブ使用時にはコイルを
過飽和状態にすることがなく、しかもエコー受信できな
くなる現象や過飽和時のリンギングをなくすことができ
る。さらに非共振プローブ使用時隔には矩形駆動により
効率の良いバースト駆動か可能となる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例としてフェイズアレイ方式に
より電子セクタ走査するセクタプローブからなる超音波
駆動装置を示す図であり、第２図は本発明の一実施例と
して電子リニア走査するリニアプローブからなる超音波
駆動装置を示す図である。第１図における駆動装置は、
基本的には駆動回路であるそれぞれパルスを発生するパ
ルサー群１　　（ｌａｌ−１ａｎ　）と受信回路群４　
　（４ａｌ　−４ａｎ　）と、このパルサー群ｌおよび
受信回路群４に対応する複数の振動子２ａｌ・・・２ａ
ｎからなるセクタプローブ２ａと、このセクタプローブ
２ａを駆動すべく切換えるプローブ切換スイッチ３ａ（
３ａｌ・・・３ａｎ　）と、で構成されている。また複
数の振動子２ｂｌ・・・２ｂｎからなるセクタプローブ
２ａと、このセクタプローブ２ｂを駆動すべく選択的に
切換えるプローブ切換スイッチ３ｂ（３ｂｌ・・・３ｂ
ｎ　）と、が前記パルサー群ｌに対して並列に接続され
、さらにはその他の複数のセクタプローブ２Ｃ・・・も
並列に接続されている。一方、第２図における駆動装置
は、パルサー群１と、このパルサー群１に対応する複数
の振動子ＢａＬ　＝［ａｎ　、　６ａｎ＋１−８ａ＋１
からなるリニアプローブ６と、このリニアプローブ６を
駆動すべく選択的に切換えるプローブ切換スイッチ５（
５ａ１・・・５ａｎ　、　５ａｎ＋１・・・５ａｍ　）
と、で構成されている。

第３図は振動子２１を共振駆動制御するためのＱ２をイ
ンヒビットする回路を含む駆動回路を示す図である。第
３図において、ＦＥＴからなるＱｌ、Ｑ２は直列に接続
され、Ｖｌｌなる電源が供給されている。またＱｌとＱ
２との中点には振動子２１．ケーブル、コイルＬからな
る共振プローブ２３が並列接続され並列容量Ｃ１が存在
する。バッファ１１１、コンデンサＣ２を介してＱｌの
ゲート端子Ｇ１にＣ０ＮＴ端子からは正極性パルス（Ｏ
Ｖまたは５Ｖ）が入力されるものとなっている。またバ
ッファ１２．抵抗Ｒ２を介してＱ２のゲート端子Ｇ２に
Ｃ０ＮＴ端子から前記パルス（ＯＶまたは５Ｖ）が入力
されるものとなっている。Ｑ２のゲート端子Ｇ２にはイ
ンヒビット回路１３が接続されている。すなわちインヒ
ビット回路１３は、ダイオードＤ１．トランジスタＱＩ
ＮＨ，抵抗Ｒ３で構成され、抵抗Ｒ３の他端すなわちＩ
ＮＨ端子からインヒビット電圧（ＯＶまたは５Ｖ）が入
力されるものとなっている。このインヒビット回路１３
は、前記Ｑｌの動作、非動作に関係なくＱ２を常に非動
作させるようになされている。

第４図は第３図に示すインヒビット回路により振動子２
１への共振駆動を示す図である。第５図はインヒビット
回路１３を動作する時と動作しない時の各部の動作を示
す図である。

次にこのように構成された実施例の作用を説明する。第
１図または第２図に示すパルサー群１から発生したパル
スは、プローブ切換スイッチ３により特定のプローブ２
に与えられる。はじめにＩＮＨ端子に＋■が印加された
状態を考える。まｆｃＯＮＴ端子にＯＶからｖｔｈにな
る正極性パルスが入力される。そうすると、Ｃ０ＮＴ端
子のパルスによりバッファ１１と０２を介してＱｌのゲ
ート端子Ｇ１には電圧ＶＨ−Ｖｔｈが与えられ、且つバ
ッファ１２．抵抗Ｒ２を介してゲート電圧ＶＧ２はＯｖ
になる。すなわち期間Ｂにおいて第４図（ｄ）に示す如
＜ＱｌはＯＮ動作し、Ｑ２はＯＦＦ動作するので、駆動
電圧ＰＯは電圧Ｖ　ＩＩとなり、この電圧Ｖ）Ｉが振動
子２１に印加される。

次にＩＮＴ端子に＋■が入力されたままの状態で、Ｃ０
ＮＴ端子のパルスがｖｔｈから０■に戻ると、期間Ｅに
おいてゲート電圧ＶＧＩはＶｌｌとなるので、第４図（
Ｃ）に示すようにＱｌはＯＦＦ動作する。ところがＩＮ
Ｈ端子の＋Ｖにより抵抗Ｒ３を介してＱＩＮＨが動作す
る。したがって、ダイオードＤ１を介してゲート電圧Ｖ
Ｇ２はＯＶとなるので、Ｑ２はＯＦＦ動作する。すなわ
ち第４図（ｃ）Ｉ；示すようにＱｌおよびＱ２ともにＯ
ＦＦ動作し、第４図（ｂ）に示すように駆動電圧ＰＯは
振動子２１を自然共振駆動させる。

したがって、共振駆動にあってもクランプ（ショート）
を生じることなく、コイルの過飽和状態を防止できる。

その結果、正常な共振動作が行なえ、良好な超音波診断
を行なうことができる。

次に第３図に示す共振プローブ２３を取除き、非共振プ
ローブ２２を挿入した場合の非共振駆動について説明す
る。この非共振駆動にあっては、前述した第８図を参照
して説明する。この時にはＩＮＨ端子にＯｖを印加する
。Ｃ０ＮＴ端子にＯＶからｖｔｈになる正極性パルスが
入力される。

そうすると、Ｃ０ＮＴ端子のパルスによりバッファ１１
を介してＱｌのゲート端子Ｇ１には電圧Ｖ　ＩＩ−ｖ　
ｔｈが与えられ、且つバッファ１２．抵抗Ｒ２を介して
ゲート電圧ＶＧ２は０■になる。すなわち期間Ｂにおい
て第８図（ｄ）に示す如＜ＱｌはＯＮ動作し、Ｑ２はＯ
ＦＦ動作するので、駆動電圧ＰＯは電圧ＶＨとなり、こ
の電圧ＶＨが振動子２１に印加される。

次にＩＮＴ端子にＯＶが人力されたままの状態で、Ｃ０
ＮＴ端子のパルスがＶｔｈからＯｖに戻ると、期間Ａに
おいてゲート？Ｓ圧ＶＧＩはＶｌｌとなるので、第８図
（Ｃ）に示すようにＱｌはＯＦＦ動作する。ところでＱ
ＩＮＨはＯＦＦ動作するので、バッファ１２の出力は＋
ｖｔｈとなり抵抗Ｒ２を介してゲート電圧ＶＣ２はｖｔ
ｈとなるので、Ｑ２はＯＮ動作する。すなわち第８図（
ｃ）に示すようにＱ２がＯＮ動作し、振動子２■の電圧
ＰＯはＱ２を介してショートされる。したがって、第８
図（ｂ）に示すように駆動電圧ＰＯは振動子２１を矩形
駆動させる。

このように本実施例によれば、非共振プローブ２２を駆
動する際には通常の矩形駆動として動作し、共振プロー
ブ２３を駆動する際にはインヒビット回路１３によりＱ
２が非動作するので、共振時には自然共振駆動となり、
コイルを過飽和状態にすることがな（、しかもエコー受
信できなくなる現象。

過飽和時のリンギングをなくすことができる。さらに非
共振する際には矩形駆動により効率の良いバースト駆動
が可能となる。

なお本発明は、上述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
であるのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、制御手段により非共振駆動する際には
、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子が相補的に
動作するので、超音波プローブを通常の矩形駆動でき、
共振駆動する際には、第２のスイッチ素子が非動作する
ので、自然共振駆動できる。したがって、１つの駆動装
置で、共振駆動する際にはコイルを過飽和状態にするこ
とがなく、しかもエコー受信できなくなる現象や過飽和
時のリンギングをなくすことができ、非共振駆動する際
には矩形駆動により効率の良いバースト駆動が可能とな
る超音波駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてフェイズアレイ方式に
より電子セクタ走査するセクタプローブからなる超音波
駆動装置を示す図、第２図は本発明の一実施例として電
子リニア走査するリニアプローブからなる超音波駆動装
置を示す図、第３図は振動子を共振駆動制御するだめの
０２をインヒビットする回路を含む駆動回路を示す図、
第４図は第３図に示すインヒビット回路により振動子へ
の共振駆動を示す図、第５図は第４図に示すインヒビッ
ト回路を動作する時と動作しない時の各部の動作を示す
図、第６図はトランジスタによる非共振プローブのイン
パルス駆動を示す図、第７図は並列共振駆動を示す図、
第８図は非共振プローブの矩形駆動を示す図、第９図は
共振プローブの共振駆動を示す図である。 ■　・・パルサー群、２・・・セクタプローブ、３５・
・・プローブ切換スイッチ、４・・・受信回路群、６・
・・リニアプローブ、　１１．　１２・・・バッファ、
１３・・・インヒビット回路、２１・・振動子、２２・
・・非共振プローブ、２３・・・共振プローブ、Ｑｌ・
・・ＰチャンネルＭＯ８−ＦＥＴ、Ｑ２・・・Ｎチャン
ネルＭＯ５−Ｆ　ＥＴ、　ＱＩＮＩＩ　、　ＴＲ・・・
トランジスタ、Ｌ・・コイル、Ｃ，Ｉ・・・並列容器。第４図出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第５図（ｂ）（ａ）第図（ａ）（ｂ）第５ｉ３

Claims

【特許請求の範囲】

超音波プローブに対し共振駆動による共振波形または非
共振駆動による矩形波形を印加するものであって、電源
と接地との間に直列接続された第１のスイッチ素子、第
２のスイッチ素子と、この第１または第２のスイッチ素
子を動作させてこれらスイッチ素子間の中点に接続され
る前記超音波プローブに前記電源の電圧を印加させる制
御手段と、からなる超音波駆動装置において、前記制御
手段は、非共振駆動する際には、前記第１のスイッチ素
子と第２のスイッチ素子とを相補的に動作させて前記超
音波プローブを矩形駆動させ、共振駆動する際には、前
記第１のスイッチ素子の動作、非動作に関係なく前記第
２のスイッチ素子を常に非動作させ前記超音波プローブ
を共振駆動させることを特徴とする超音波駆動装置。