JPH0933638A

JPH0933638A - 超音波送受波回路

Info

Publication number: JPH0933638A
Application number: JP7186996A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Takeuchi; 康人竹内
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波プローブに内蔵可能なように小型に構
成し、また、受信アンプの入力インピーダンスを高イン
ピーダンスとせずに構成した超音波送受波回路を実現す
る。【解決手段】超音波を送受波する振動子ＴＤを含む超
音波プローブと、この超音波プローブに駆動パルスを供
給し、この超音波プローブから得られた受信信号を処理
する処理部を備えた本体と、この本体と超音波プローブ
との間で駆動パルス若しくは受信信号を伝達するケーブ
ルとを備えた超音波送受波回路であって、前記超音波プ
ローブ内に設けられ、受信時に前記振動子の各エレメン
トの出力をエミッタで受け、前記ケーブルにコレクタよ
り出力するベース接地のトランジスタＱ１と、送信時に
駆動パルスを伝達するため、前記トランジスタのエミッ
タ・コレクタ間に配置されたダイオードＤ１〜Ｄ４とを
備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波送受波回路に
関し、特に、ソナー，医用超音波装置，金属探傷機等の
超音波パルスエコーシステムにおける探触子若しくは振
動子エレメントに直結される超音波の送受に直接かかわ
る電子回路としての超音波送受波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波送受波回路の一例を図４に
示す。このような回路において、パルサ（図示せず）よ
り急峻な立上りで幅の狭い送波パルスをコンデンサＣ01
を介して与えると、ケーブルＣＡＢを介して振動子エレ
メントＴＤに印加され、振動子エレメントはこれにより
付勢されて超音波を送出する。

【０００３】抵抗Ｒ01及びＲ02は振動子エレメントの等
価インピーダンス比べて十分大きくしておくことによ
り、前記パルスが受信回路側に入ってくる量は実質上無
視できる。

【０００４】送波後に振動子エレメントＴＤで超音波を
受波し電気信号に変換して得られるエコー信号は、抵抗
Ｒ02及びコンデンサＣ02（直流カット用）を介してトラ
ンジスタＱ01に導かれる。この場合、コンデンサＣ01と
パルサ間は電気的に開放となっている。尚、トランジス
タＱ01のベースにはエコー信号の低周波成分をカットす
るためのインダクタンスＬ1 及び過大入力防止のための
ダイオードＤ1 ，Ｄ2 がコモンライン間に接続されてい
る。

【０００５】トランジスタＱ01で増幅されたエコー信号
はトランス1 を介して受波出力として出力され、処理回
路（図示せず）へ送られる。このような従来回路におい
て、常識的諸元値で言って振動子エレメントの等価イン
ピーダンスが数１０Ω乃至数１００Ω位（超音波周波数
を３ＭＨz 程度とすると１０００ｐＦ〜１００ｐＦに相
当）までの場合は支障はないが、それより小さい値にな
った場合は、ケーブルＣＡＢの容量が影響するようにな
る。

【０００６】即ち、ケーブルの容量が回路に並列に入っ
て見掛上の結合係数を低下させるようになる。これは特
に周波数が高く、振動子エレメントが小さくならざるを
得ない場合、或いは周波数によらずとも振動子アレイの
波源のピッチを細かくする場合に副作用として効果す
る。

【０００７】更に、圧電物質としてセラミックではな
く、ＰＶＤＦや複合材料のような圧電セラミックより２
桁程度も誘電率εの小さい、従って静電容量の小さい圧
電材料を振動子として用いるときは著しい問題と化す。
そのような場合、アレイの中の１個のエレメントの静電
容量が数１０ｐＦ乃至数ｐＦでインピーダンスが１ｋΩ
乃至数ｋΩということはしばしばある。このようなアレ
イに対して１ｍ当り１００ｐＦ程度も呈するようなシー
ルド線や同軸ケーブルを直結することは著しく結合係数
を低下することになる。

【０００８】但し、このような場合にその同軸ケーブル
より手前にバッファアンプ等のインピーダンス変換手段
を入れれば上記問題は解決するものの、構成が複雑化し
小形化することが難しくなる欠点がある。

【０００９】このような小型化困難な問題を克服するた
めに、本件出願の発明者は実願昭５９−８６５２８号に
より、プローブに内蔵可能な超音波送受波回路を提案し
ている。

【００１０】この超音波送受波回路は図５に示したよう
なものである。ここでは、１つの振動子エレメントに直
結する１組の送受波回路を示し、他のエレメントについ
ても同様の構成である。この図５において、Ｑ1 はジャ
ンクションＦＥＴ（以下ＪＦＥＴという）であり、Ｑ2
はトランジスタである。トランスＴ１とコモンライン間
にはダイオードＤ3 ，ＪＦＥＴＱ1 ，トランジスタＱ2
の直列回路が挿入されている。ＪＦＥＴＱ1 のゲートは
振動子エレメントに直結し、更にＪＦＥＴＱ1 のゲート
・ソース間には互いに逆向きの並列接続のダイオードＤ
1 ，Ｄ2 及び抵抗Ｒ1 が接続され、又ＪＦＥＴＱ1 のソ
ースとコモンライン間（トランジスタＱ2 のコレクタ・
エミッタ間にも相当する）に抵抗Ｒ2 が接続されてい
る。

【００１１】このＪＦＥＴＱ1 とトランジスタＱ2 の共
通接続点にはコンデンサＣ1 を介してパルサ（図示せ
ず）からのエレメント付勢用の送波パルスが与えられ
る。そして、トランジスタＱ2 のベースにはストローブ
信号（ロー・アクティブ）が与えられる。

【００１２】このような構成における動作を説明する。
まず送波に先立ってトランジスタＱ2 にストローブ信号
（ローレベル）を与えてＯＦＦにしておく。次に、コン
デンサＣ1 を介してパルサより図中に示すような等価ス
テップ（単極性）が与えられると、ダイオードＤ2 を介
してその立上りがエレメントＴＤに印加される。このと
き印加波形の立上りで超音波が発生する。この場合ＪＦ
ＥＴＱ1 は全体がパルス波形にのって持上げられるが、
ダイオードＤ3 でカットオフされるためトランスＴ1 側
には影響しない。

【００１３】エレメントＴＤの付勢が終了した後にトラ
ンジスタＱ2 に与えられているストローブ信号をハイレ
ベルにもどし、トランジスタＱ2 をＯＮに復帰させる。
これによりＪＦＥＴＱ1 は通常動作域に復帰し、エレメ
ントＴＤからの受波信号をバッファ及び増幅しつつダイ
オードＤ3 を介してトランスＴ1 に渡す。トランスＴ1
の２次側では受波信号が得られ図示しない処理回路へ送
られる。

【００１４】このような超音波送受波回路では、図６に
示すように、送波パルス（図６（ａ））と共にストロー
ブ信号（図６（ｂ））が必要になり、ストローブ信号発
生のための回路が必要になる等、構成が複雑になるとい
う問題を有している。

【００１５】図７はストローブ信号を必要としない超音
波送受波回路として、本件出願の発明者が実願昭５９−
８６５２８号として既に提案したものである。ここで
は、送波パルスとして単極性ながら立上りも立下りも送
波に寄与させるようにしている。トランジスタＱ2 のコ
レクタには抵抗Ｒ6 及びトランジスタＱ3 を介して高圧
（例えば＋１００Ｖ）が印加されている。

【００１６】トランジスタＱ3 のベースは抵抗Ｒ7 を介
してエミッタに接続されると共にコンデンサＣ2 を介し
てＴＴＬインバータＧ1 の出力端に接続されている。
又、トランジスタＱ2 のベースは抵抗Ｒ4 を介してコモ
ンラインに接続されると共にコンデンサＣ3 と抵抗Ｒ3
の並列接続回路を介してインバータＧ1 の出力端に接続
されている。

【００１７】このような構成によれば、トランジスタＱ
2 は平常時にはＯＮとなっていて、インバータＧ1 に送
波パルスが与えられたときそのパルス印加の区間のみト
ランジスタＱ2 がＯＦＦ，トランジスタＱ3 がＯＮとな
る。コンデンサＣ2 の効果によりある時定数でトランジ
スタＱ2 がＯＮ，トランジスタＱ3 がＯＦＦの状態に戻
る。このような動作によりエレメントＴＤには図中に示
した如きピーク値１００Ｖの付勢パルスが印加される。

【００１８】このような構成によれば、ストローブ信号
が不要になるものの、トランジスタとＦＥＴとで３素子
になり構成が複雑化する問題を有している。また、トラ
ンジスタやＦＥＴの素子数を少なく構成したものとし
て、特公平６−９６００５号公報や特公平６−９６００
９号公報に記載された超音波診断装置が存在している。
これらの公報の超音波診断装置に使用される超音波送受
波回路は、トランジスタやＦＥＴをエミッタフォロワと
して１素子だけ使用している。この超音波送受波回路
は、エミッタフォロワを使用しているので、受信アンプ
は高入力インピーダンスの回路になっている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】既に説明したように、
超音波プローブに内蔵する超音波送受波回路としては小
型であることが望ましいため、トランジスタやＦＥＴな
どは少ない素子で構成することが好ましい。

【００２０】また、解析の結果、超音波プローブの送受
信回路の受信アンプとして従来のハイインピーダンス入
力のものを用いた場合、信号のエネルギー伝達効率の点
で良好な状態にないことを見出した。すなわち、振動子
エレメントが中・低インピーダンスである場合に、高イ
ンピーダンス入力の受信アンプで受けた場合、効率が悪
くなり、また、ノイズ指数（ＮＦ）も悪化することが分
かった。

【００２１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、超音波プローブに内蔵可能なよう
に小型に構成し、また、受信アンプの入力インピーダン
スを高インピーダンスとせずに構成した超音波送受波回
路を実現することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】発明者は振動子エレメン
トのインピーダンスと受信アンプの入力インピーダンス
との関係について研究を重ねた結果、受信アンプをハイ
インピーダンス入力とするのでなく、若干低い入力イン
ピーダンスに構成する方が、以下に述べるような点で好
ましいことを新たに発見した。

【００２３】すなわち、受信アンプの入力を中・低イン
ピーダンスとすることで、圧電素子とインピーダンス・
マッチングに近い状態が実現されることを発見した。振
動子エレメントのインピーダンスは数十〜数百Ω程度の
中・低インピーダンスであり、これに近い入力インピー
ダンスを有する受信アンプで受けることにより、振動子
エレメントのインピーダンスに近い中・低インピーダン
スで終端することに相当する。

【００２４】従って、低インピーダンス出力を高インピ
ーダンスで受ける従来の場合と比較して、信号源から初
段の受信アンプへ最大若しくはそれに近い効率で信号エ
ネルギーが伝達されることになる。このことは、信号伝
達効率の向上とノイズ指数（ＮＦ）の低減の両方の効果
をもたらすことになる。

【００２５】以上のような目的を達成する第１の発明
は、超音波を送受波する振動子を含む超音波プローブ
と、この超音波プローブに駆動パルスを供給し、この超
音波プローブから得られた受信信号を処理する処理部を
備えた本体と、この本体と超音波プローブとの間で駆動
パルス若しくは受信信号を伝達するケーブルとを備えた
超音波送受波回路であって、前記超音波プローブ内に設
けられ、受信時に前記振動子の各エレメントの出力をエ
ミッタで受け、前記ケーブルにコレクタより出力するベ
ース接地のトランジスタと、送信時に駆動パルスを伝達
するため、前記トランジスタのエミッタ・コレクタ間に
配置されたダイオードと、を備えたことを特徴とする超
音波送受波回路である。

【００２６】尚、以上のトランジスタは、バイポーラト
ランジスタが適しており、ダイオードはスイッチング用
のダイオードであれば良い。また、ダイオードは、送波
パルスが立ち上がりと立ち下がりの両方を用いる双方向
である場合には、互いに逆向きに接続したものであるこ
とが好ましい。

【００２７】このような第１の発明において、送波時に
はトランジスタを経由せずに、ダイオードを経由して送
波パルスを振動子のエレメントに与え、受波時にダイオ
ードの両端で生じる電位差がベース・エミッタ間の電位
差となることでトランジスタがオン状態になっており、
エレメントからの受波信号はトランジスタで増幅されて
コレクタ側から出力される。

【００２８】この場合、トランジスタがベース接地の受
信アンプを構成するので、周波数特性が良好であるとい
う特徴を有している。また、ストローブ信号等を供給す
る必要もなく、構成を簡素化できる。そして、振動子エ
レメントはトランジスタとローインピーダンス接続され
ているため、振動子エレメントと受信アンプとのインピ
ーダンスが近くなって受信信号を効率良く抽出できると
いう点で、従来のハイインピーダンス入力のものより良
好な動作を実現することができる。更に、矩形パルスの
立ち上がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるため、
ドプラ用のバースト波の送波に使用することも可能であ
る。

【００２９】また、第２の発明は、超音波を送受波する
振動子を含む超音波プローブと、この超音波プローブに
駆動パルスを供給し、この超音波プローブから得られた
受信信号を処理する処理部を備えた本体と、この本体と
超音波プローブとの間で駆動パルス若しくは受信信号を
伝達するケーブルとを備えた超音波送受波回路であっ
て、前記超音波プローブ内に設けられ、受信時に前記振
動子の各エレメントの出力をゲートで受け、前記ケーブ
ルにソースより出力するソース接地のジャンクションＦ
ＥＴと、送信時に駆動パルスを伝達するため、前記ジャ
ンクションＦＥＴのゲート・ドレイン間に配置されたダ
イオードと、を備えたことを特徴とする超音波送受波回
路である。

【００３０】尚、以上のＦＥＴは、ジャンクション型が
適しており、ダイオードはスイッチング用のダイオード
であれば良い。また、ダイオードは、送波パルスが立ち
上がりと立ち下がりの両方を用いる双方向である場合に
は、互いに逆向きに接続したものであることが好まし
い。

【００３１】このような第２の発明において、送波時に
はＦＥＴを経由せずに、ダイオードを経由して送波パル
スを振動子のエレメントに与え、受波時にダイオードの
両端で生じる電位差がゲート・ドレイン間の電位差とな
ることでＦＥＴがオン状態になっており、エレメントか
らの受波信号はＦＥＴで増幅されてドレイン側から出力
される。

【００３２】この場合、ＦＥＴがソース接地の受信アン
プを構成するので、ソースフォロワの従来の受信アンプ
等と比較して、電圧増幅が可能であるという特徴を有し
ている。また、ストローブ信号等を供給する必要もな
く、構成を簡素化できる。そして、振動子エレメントは
ＦＥＴと中程度のインピーダンス接続されているため、
振動子エレメントと受信アンプとのインピーダンスが近
くなって受信信号を効率良く抽出できるという点で、従
来のハイインピーダンス入力のものより良好な動作を実
現することができる。更に、矩形パルスの立ち上がりと
立ち下がりの両方で送波を行なえるため、ドプラ用のバ
ースト波の送波に使用することも可能である。

【００３３】そして、第３の発明は、超音波を送受波す
る振動子を含む超音波プローブと、この超音波プローブ
に駆動パルスを供給し、この超音波プローブから得られ
た受信信号を処理する処理部を備えた本体と、この本体
と超音波プローブとの間で駆動パルス若しくは受信信号
を伝達するケーブルとを備えた超音波送受波回路であっ
て、前記超音波プローブ内に設けられ、受信時に前記振
動子の各エレメントの出力をベースで受け、前記ケーブ
ルにコレクタより出力するエミッタ接地のトランジスタ
と、送信時に駆動パルスを伝達するため、前記トランジ
スタのベース・コレクタ間に配置されたダイオードと、
を備えたことを特徴とする超音波送受波回路である。

【００３４】尚、以上のトランジスタは、バイポーラト
ランジスタが適しており、ダイオードはスイッチング用
のダイオードであれば良い。また、ダイオードは、送波
パルスが立ち上がりと立ち下がりの両方を用いる双方向
である場合には、互いに逆向きに接続したものであるこ
とが好ましい。

【００３５】このような第３の発明において、送波時に
はトランジスタを経由せずに、ダイオードを経由して送
波パルスを振動子のエレメントに与え、受波時にダイオ
ードの両端で生じる電位差がベース・エミッタ間の電位
差となることでトランジスタがオン状態になっており、
ベースからの受波信号はトランジスタで増幅されてコレ
クタ側から出力される。

【００３６】この場合、トランジスタがエミッタ接地の
受信アンプを構成するので、従来のエミッタフォロワの
受信アンプ等と比較して、電圧増幅が可能であるという
特徴を有している。また、ストローブ信号等を供給する
必要もなく、構成を簡素化できる。そして、振動子エレ
メントはトランジスタと中程度のインピーダンス接続さ
れているため、振動子エレメントと受信アンプとのイン
ピーダンスが近くなって受信信号を効率良く抽出できる
という点で、従来のハイインピーダンス入力のものより
良好な動作を実現することができる。更に、矩形パルス
の立ち上がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるた
め、ドプラ用のバースト波の送波に使用することも可能
である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態
の一例としての超音波送受波回路の構成を示すブロック
図である。

【００３８】図１に示した実施の形態は１つの振動子エ
レメントＴＤに直結する１組の超音波送受波回路であ
り、他のエレメントについても同様の構成であるものと
する。尚、ここで振動子エレメントは複数のエレメント
がアレイ状に配列されているものである。

【００３９】ここで、トランジスタＱ１は超音波プロー
ブ内に設けられたベース接地のバイポーラトランジスタ
で構成された受信アンプである。そして、このトランジ
スタＱ１のコレクタ側に送受信回路からのケーブルが接
続されている。また、エミッタ側にはベース・エミッタ
電流の向きにダイオードＤ５が接続されて、このダイオ
ードＤ５のカソード側に抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧
−ＶEEが供給され、また、ダイオードＤ５のカソード側
に振動子エレメントＴＤが接続されている。

【００４０】また、トランジスタＱ１のコレクタ（送受
信回路からのケーブル）とダイオードＤ５のカソード
（振動子エレメントＴＤ）との間に、ダイオードＤ１〜
Ｄ４の直並列回路が接続されており、直列接続されたダ
イオードＤ１〜Ｄ４はケーブルからの送波信号の立ち上
がりを振動子エレメントに伝達し、また、バンドギャッ
プ電圧（０．６Ｖ）を３素子分生じさせる。そして、ダ
イオードＤ４は送波信号の立ち下がりを伝達する。尚、
振動子エレメントの他方の端子，トランジスタＱ１のベ
ース，ケーブルの他方はコモンラインに接続されてい
る。

【００４１】このような構成における動作を説明する。
まず送波の際に図外の送受信回路より図中に示すような
正極性の矩形パルスをケーブルを介してトランジスタＱ
１のコレクタ側に与える。この矩形パルスとしては、例
えば、受波時に＋１Ｖ，送波時に＋１００Ｖ程度となる
ようなものが考えられる。この送波の際の＋１００Ｖの
矩形パルスはダイオードＤ１〜Ｄ３を通って振動子エレ
メントＴＤに供給される。このとき、ダイオードＤ５の
カソード側もほぼ＋１００Ｖに上昇するが、ダイオード
Ｄ５の働きによりトランジスタＱ１のエミッタに電圧が
かかることはない。また、トランジスタＱ１のベースが
接地されており、ベース・エミッタ間電圧は逆方向のバ
イアスになるため、トランジスタＱ１のコレクタ・エミ
ッタ間は非導通状態になっている。尚、トランジスタＱ
１のベース・エミッタ間耐圧が充分なものであれば、ダ
イオードＤ５を省略することが可能である。

【００４２】尚、この際、矩形パルスの立ち上がりの際
はダイオードＤ１〜Ｄ３を電流が流れ、矩形パルスの立
ち下がりの際はダイオードＤ４を電流が流れ、振動子エ
レメントに供給される。従って、矩形パルスの立ち上が
りと立ち下がりの両方で、振動子エレメントＴＤから超
音波が発生する。

【００４３】また、受波の際にはケーブルから＋１Ｖ程
度の電圧がダイオードＤ３のアノードに印加されてお
り、また、ダイオードＤ１のカソード側には抵抗Ｒ１を
介して−５Ｖ程度の−ＶEEが印加されている。この場
合、ダイオードＤ３〜Ｄ１を電流が流れることで、３素
子分のバンドギャップ電圧に相当する電圧降下が発生す
る。ここで使用しているダイオードがシリコントダイオ
ードであれば、１素子あたり０．６Ｖのバンドギャップ
電圧が生じるので、３素子で１．８Ｖの電圧降下が生じ
る。従って、ダイオードＤ５のカソード側は−０．８Ｖ
程度の電圧になる。この場合、トランジスタＱ１のベー
スは接地されているので、順方向のベース・エミッタ電
圧がバイアス電圧として作用して、トランジスタＱ１は
ベース接地の受信アンプとして動作する。従って、振動
子エレメントＴＤからの受波信号がトランジスタＱ１で
増幅されて、コレクタ側からケーブル側に出力される。

【００４４】尚、図１中の実線矢印は送信時の電流の流
れを示しており、また、破線矢印は受信時の電流の流れ
を示している。また、ここに示した電圧値は一例であ
り、素子の耐圧などによって変更することが可能であ
り、送波パルスやバイアス電圧として動作可能な範囲で
電圧を自由に変更することが可能である。

【００４５】この場合、トランジスタがベース接地の受
信アンプを構成するので、周波数特性が良好であるとい
う特徴を有している。また、ストローブ信号等を供給す
る必要もなく、構成を簡素化でき、超音波プローブの小
型化に適している。そして、振動子エレメントＴＤはト
ランジスタＱ１とローインピーダンス接続されているた
め、振動子エレメントと受信アンプとのインピーダンス
が近くなって受信信号を効率良く抽出できるという点
で、従来のハイインピーダンス入力のものより良好な動
作を実現することができる。更に、矩形パルスの立ち上
がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるため、ドプラ
用のバースト波の送波に使用することも可能である。

【００４６】尚、送波パルスが立ち上がりか立ち下がり
かの一方向を使用するものである場合には、ダイオード
Ｄ１〜Ｄ３かＤ４かのいずれか一方で構わない。次に、
本発明の実施の形態の第２の例を図２を参照して説明す
る。

【００４７】図２に示した実施の形態は１つの振動子エ
レメントＴＤに直結する１組の超音波送受波回路であ
り、他のエレメントについても同様の構成であるものと
する。ここで、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１は
超音波プローブ内に設けられたソース接地のジャンクシ
ョンＦＥＴで構成された受信アンプである。そして、こ
のＦＥＴＱ１のドレイン側にダイオードＤ７を介して送
受信回路からのケーブルが接続されている。また、ゲー
ト側は抵抗Ｒ１を介して接地され、また、ゲート側に振
動子エレメントＴＤが接続されている。

【００４８】また、ダイオードＤ７のアノード（送受信
回路からのケーブル）とＦＥＴＱ１のゲート（振動子エ
レメントＴＤ）との間に、ダイオードＤ１〜Ｄ６の直並
列回路が接続されており、直列接続されたダイオードＤ
２〜Ｄ６はケーブルからの送波信号の立ち上がりを振動
子エレメントに伝達し、また、バンドギャップ電圧
（０．６Ｖ）を５素子分生じさせる。そして、ダイオー
ドＤ１は送波信号の立ち下がりを伝達する。尚、振動子
エレメントの他方の端子，ＦＥＴＱ１のソース，ケーブ
ルの他方はコモンラインに接続されている。

【００４９】このような構成における動作を説明する。
まず送波の際に図外の送受信回路より図中に示すような
負極性の矩形パルスをケーブルを介してＦＥＴＱ１のド
レイン側に与える。この矩形パルスとしては、例えば、
受波時に＋３Ｖ，送波時に−４０Ｖ程度となるようなも
のが考えられる。この送波の際の−４０Ｖの矩形パルス
はダイオードＤ１を通って振動子エレメントＴＤに供給
される。尚、ダイオードＤ７の作用により、この送波時
の負極性のパルスはＦＥＴＱ１のドレインには印加され
ないようになっている。

【００５０】このとき、ＦＥＴＱ１のゲートもほぼ−４
０Ｖに低下するが、ＦＥＴＱ１のゲート・ドレイン間耐
圧やゲート・ソース間耐圧が−５０Ｖ程度である一般的
な素子では全く問題はない。尚、この耐圧に応じて、矩
形パルスの電圧を調整できることは言うまでもない。

【００５１】また、ＦＥＴＱ１のソースが接地されてお
り、ゲート・ソース間電圧は逆方向のバイアスになるた
め、ＦＥＴＱ１のドレイン・ソース間は非導通状態にな
っている。

【００５２】尚、この際、矩形パルスの立ち下がりの際
はダイオードＤ１を電流が流れ、矩形パルスの立ち上が
りの際はダイオードＤ２〜Ｄ６を電流が流れ、振動子エ
レメントに供給される。従って、矩形パルスの立ち下が
りと立ち上がりの両方で、振動子エレメントＴＤから超
音波が発生する。

【００５３】また、受波の際にはケーブルから＋３Ｖ程
度の電圧がダイオードＤ６のアノードに印加されてお
り、また、ダイオードＤ２のカソード側には抵抗Ｒ１を
介して接地されている。この場合、ダイオードＤ６〜Ｄ
２を電流が流れることで、５素子分のバンドギャップ電
圧に相当する電圧降下が発生する。ここで使用している
ダイオードがシリコンダイオードであれば、１素子あた
り０．６Ｖのバンドギャップ電圧が生じるので、５素子
で３Ｖの電圧降下が生じる。従って、ＦＥＴＱ１のゲー
トは０Ｖ程度の電圧になる。この場合、ドレイン・ゲー
ト電圧がバイアス電圧として作用して、ＦＥＴＱ１はソ
ース接地の受信アンプとして動作する。従って、振動子
エレメントＴＤからの受波信号がＦＥＴＱ１で増幅され
て、ドレイン側からケーブル側に出力される。

【００５４】尚、図２中の実線矢印は送信時の電流の流
れを示しており、また、破線矢印は受信時の電流の流れ
を示している。また、ここに示した電圧値は一例であ
り、素子の耐圧などによって変更することが可能であ
り、送波パルスやバイアス電圧として動作可能な範囲で
電圧を自由に変更することが可能である。

【００５５】この場合、ＦＥＴがソース接地の受信アン
プを構成するので、ソースフォロワの従来の受信アンプ
等と比較して、電圧増幅が可能であるという特徴を有し
ている。また、ストローブ信号等を供給する必要もな
く、構成を簡素化でき、超音波プローブの小型化に適し
ている。そして、振動子エレメントＴＤはＦＥＴＱ１と
中程度のインピーダンス接続されているため、振動子エ
レメントと受信アンプとのインピーダンスが近くなって
受信信号を効率良く抽出できるという点で、従来のハイ
インピーダンス入力のものより良好な動作を実現するこ
とができる。更に、ＦＥＴＱ１の相互コンダクタンスｇ
m の関係で、５０Ω負荷であっても充分なＮＦ（Noise
Figure：ノイズ指数）を得ることができる。更に、矩形
パルスの立ち上がりと立ち下がりの両方で送波を行なえ
るため、ドプラ用のバースト波の送波に使用することも
可能である。

【００５６】尚、送波パルスが立ち上がりか立ち下がり
かの一方向を使用するものである場合には、ダイオード
Ｄ１かＤ２〜Ｄ６かのいずれか一方で構わない。次に、
本発明の実施の形態の第３の例を図３を参照して説明す
る。

【００５７】図３に示した実施の形態は１つの振動子エ
レメントＴＤに直結する１組の超音波送受波回路であ
り、他のエレメントについても同様の構成であるものと
する。ここで、トランジスタＱ１は超音波プローブ内に
設けられたエミッタ接地のバイポーラトランジスタで構
成された受信アンプである。そして、このトランジスタ
Ｑ１のコレクタ側にダイオードＤ６を介して送受信回路
からのケーブルが接続されている。また、ベース側には
ダイオードＤ７及び抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧ＶBB
が供給され、また、ダイオードＤ７のアノード側に振動
子エレメントＴＤが接続されている。

【００５８】また、ダイオードＤ６のアノード（送受信
回路からのケーブル）とダイオードＤ７のアノード（振
動子エレメントＴＤ）との間に、ダイオードＤ１〜Ｄ５
の直並列回路が接続されており、直列接続されたダイオ
ードＤ２〜Ｄ５はケーブルからの送波信号の立ち上がり
を振動子エレメントに伝達し、また、バンドギャップ電
圧（０．６Ｖ）を４素子分生じさせる。そして、ダイオ
ードＤ１は送波信号の立ち下がりを伝達する。尚、振動
子エレメントの他方の端子，トランジスタＱ１のエミッ
タ，ケーブルの他方はコモンラインに接続されている。

【００５９】このような構成における動作を説明する。
まず送波の際に図外の送受信回路より図中に示すような
負極性の矩形パルスをケーブルを介してトランジスタＱ
１のコレクタ側に与える。この矩形パルスとしては、例
えば、受波時に＋１Ｖ，送波時に−１００Ｖ程度となる
ようなものが考えられる。この送波の際の−１００Ｖの
矩形パルスはダイオードＤ１を通って振動子エレメント
ＴＤに供給される。尚、ダイオードＤ６の作用により、
この送波時の負極性のパルスはトランジスタＱ１のコレ
クタには印加されないようになっている。また、負極性
のパルスはダイオードＤ５で阻止されてトランジスタＱ
１のベースに負電圧がかかることはない。また、トラン
ジスタＱ１のエミッタが接地されており、ベース・エミ
ッタ間電圧は逆方向のバイアスになるため、トランジス
タＱ１のコレクタ・エミッタ間は非導通状態になってい
る。

【００６０】尚、この際、矩形パルスの立ち下がりの際
はダイオードＤ１を電流が流れ、矩形パルスの立ち上が
りの際はダイオードＤ２〜Ｄ５を電流が流れ、振動子エ
レメントに供給される。従って、矩形パルスの立ち下が
りと立ち上がりの両方で、振動子エレメントＴＤから超
音波が発生する。

【００６１】また、受波の際にはバイアス電圧が抵抗Ｒ
１及びダイオードＤ７経由でトランジスタＱ１のベース
に印加されている。この場合、ベース・エミッタ間電圧
がバイアス電圧として作用して、トランジスタＱ１はエ
ミッタ接地の受信アンプとして動作する。従って、振動
子エレメントＴＤからの受波信号がトランジスタＱ１で
増幅されて、コレクタ側からケーブル側に出力される。

【００６２】尚、図３中の実線矢印は送信時の電流の流
れを示しており、また、破線矢印は受信時の電流の流れ
を示している。また、ここに示した電圧値は一例であ
り、素子の耐圧などによって変更することが可能であ
り、送波パルスやバイアス電圧として動作可能な範囲で
電圧を自由に変更することが可能である。

【００６３】この場合、トランジスタがエミッタ接地の
受信アンプを構成するので、従来のエミッタフォロワの
受信アンプ等と比較して、電圧増幅が可能であるという
特徴を有している。また、ストローブ信号等を供給する
必要もなく、構成を簡素化でき、超音波プローブの小型
化に適している。そして、振動子エレメントＴＤはトラ
ンジスタＱ１と中程度のインピーダンス接続されている
ため、振動子エレメントと受信アンプとのインピーダン
スが近くなって受信信号を効率良く抽出できるという点
で、従来のハイインピーダンス入力のものより良好な動
作を実現することができる。更に、矩形パルスの立ち上
がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるため、ドプラ
用のバースト波の送波に使用することも可能である。

【００６４】尚、送波パルスが立ち上がりか立ち下がり
かの一方向を使用するものである場合には、ダイオード
Ｄ１かＤ２〜Ｄ５かのいずれか一方で構わない。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、超音波プローブ内
に設けられ、受信時に前記振動子の各エレメントの出力
をエミッタで受け、前記ケーブルにコレクタより出力す
るベース接地のトランジスタと、送信時に駆動パルスを
伝達するため、前記トランジスタのエミッタ・コレクタ
間に配置されたダイオードと、を備えたことを特徴とす
る超音波送受波回路の発明によれば、トランジスタがベ
ース接地の受信アンプを構成するので、周波数特性が良
好であるという特徴を有し、また、ストローブ信号等を
供給する必要もなく、構成を簡素化できる。そして、振
動子エレメントはトランジスタとローインピーダンス接
続されているため、振動子エレメントと受信アンプとの
インピーダンスが近くなって受信信号を効率良く抽出で
きるという点で、従来のハイインピーダンス入力のもの
より良好な動作を実現することができる。更に、矩形パ
ルスの立ち上がりと立ち下がりの両方で送波を行なえる
ため、ドプラ用のバースト波の送波に使用することも可
能である。

【００６６】また、超音波プローブ内に設けられ、受信
時に前記振動子の各エレメントの出力をゲートで受け、
前記ケーブルにソースより出力するソース接地のジャン
クションＦＥＴと、送信時に駆動パルスを伝達するた
め、前記ジャンクションＦＥＴのゲート・ドレイン間に
配置されたダイオードと、を備えたことを特徴とする超
音波送受波回路の発明によれば、ＦＥＴがソース接地の
受信アンプを構成するので、ソースフォロワの従来の受
信アンプ等と比較して、電圧増幅が可能であるという特
徴を有しており、また、ストローブ信号等を供給する必
要もなく、構成を簡素化できる。そして、振動子エレメ
ントはＦＥＴと中程度のインピーダンス接続されている
ため、振動子エレメントと受信アンプとのインピーダン
スが近くなって受信信号を効率良く抽出できるという点
で、従来のハイインピーダンス入力のものより良好な動
作を実現することができる。更に、矩形パルスの立ち上
がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるため、ドプラ
用のバースト波の送波に使用することも可能である。

【００６７】そして、超音波プローブ内に設けられ、受
信時に前記振動子の各エレメントの出力をベースで受
け、前記ケーブルにコレクタより出力するエミッタ接地
のトランジスタと、送信時に駆動パルスを伝達するた
め、前記トランジスタのベース・コレクタ間に配置され
たダイオードと、を備えたことを特徴とする超音波送受
波回路の発明によれば、トランジスタがエミッタ接地の
受信アンプを構成するので、従来のエミッタフォロワの
受信アンプ等と比較して、電圧増幅が可能であるという
特徴を有し、また、ストローブ信号等を供給する必要も
なく、構成を簡素化できる。そして、振動子エレメント
はトランジスタと中程度のインピーダンス接続されてい
るため、振動子エレメントと受信アンプとのインピーダ
ンスが近くなって受信信号を効率良く抽出できるという
点で、従来のハイインピーダンス入力のものより良好な
動作を実現することができる。更に、矩形パルスの立ち
上がりと立ち下がりの両方で送波を行なえるため、ドプ
ラ用のバースト波の送波に使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波送受波
回路の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る超音波送受波
回路の構成を示す回路図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る超音波送受波
回路の構成を示す回路図である。

【図４】従来の超音波送受波回路の構成を示す回路図で
ある。

【図５】超音波プローブに内蔵可能な従来の超音波送受
波回路の構成を示す回路図である。

【図６】図５に示した超音波送受波回路での送波信号と
ストローブ信号との信号波形を示すタイミングチャート
である。

【図７】ストローブ信号を使用しない従来の超音波送受
波回路の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

ＴＤ振動子エレメントＱ１トランジスタＤ１〜Ｄ５ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送受波する振動子を含む超音波
プローブと、この超音波プローブに駆動パルスを供給し、この超音波
プローブから得られた受信信号を処理する処理部を備え
た本体と、この本体と超音波プローブとの間で駆動パルス若しくは
受信信号を伝達するケーブルとを備えた超音波送受波回
路であって、前記超音波プローブ内に設けられ、受信時に前記振動子
の各エレメントの出力をエミッタで受け、前記ケーブル
にコレクタより出力するベース接地のトランジスタと、送信時に駆動パルスを伝達するため、前記トランジスタ
のエミッタ・コレクタ間に配置されたダイオードと、を
備えたことを特徴とする超音波送受波回路。
【請求項２】超音波を送受波する振動子を含む超音波
プローブと、この超音波プローブに駆動パルスを供給し、この超音波
プローブから得られた受信信号を処理する処理部を備え
た本体と、この本体と超音波プローブとの間で駆動パルス若しくは
受信信号を伝達するケーブルとを備えた超音波送受波回
路であって、前記超音波プローブ内に設けられ、受信時に前記振動子
の各エレメントの出力をゲートで受け、前記ケーブルに
ソースより出力するソース接地のジャンクションＦＥＴ
と、送信時に駆動パルスを伝達するため、前記ジャンクショ
ンＦＥＴのゲート・ドレイン間に配置されたダイオード
と、を備えたことを特徴とする超音波送受波回路。
【請求項３】超音波を送受波する振動子を含む超音波
プローブと、この超音波プローブに駆動パルスを供給し、この超音波
プローブから得られた受信信号を処理する処理部を備え
た本体と、この本体と超音波プローブとの間で駆動パルス若しくは
受信信号を伝達するケーブルとを備えた超音波送受波回
路であって、前記超音波プローブ内に設けられ、受信時に前記振動子
の各エレメントの出力をベースで受け、前記ケーブルに
コレクタより出力するエミッタ接地のトランジスタと、送信時に駆動パルスを伝達するため、前記トランジスタ
のベース・コレクタ間に配置されたダイオードと、を備
えたことを特徴とする超音波送受波回路。