(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子に素子信号ラインを介して接続された送信回路であって、
一方極性パルス出力期間において前記素子信号ラインに対して一方極性の電源を接続する第１スイッチング回路と、
前記素子信号ラインに出力側が接続されたコンデンサＣ２と、
他方極性パルス出力期間において、充電済み状態にある前記コンデンサＣ２の入力側に対してグランドを接続することにより、前記コンデンサＣ２の出力側に他方極性パルスを生じさせる第２スイッチング回路と、
送受信シーケンスの空き時間を使って、前記コンデンサＣ２の入力側と前記電源との間に設けられたスイッチング素子Ｑ４をオン動作させて前記コンデンサＣ２が前もって充電されるようにする制御回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
【請求項２】
請求項１記載の送信回路において、
前記制御回路は、前記他方極性パルスに続いて前記一方極性パルスが出力される場合に、前記コンデンサＣ２が前もって充電されるようにする、ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
【請求項３】
請求項２記載の送信回路において、
前記第２スイッチング回路は、
前記スイッチング素子Ｑ４と、
前記コンデンサＣ２の入力側と前記スイッチング素子Ｑ４との間に設けられたダイオードＤ２と、
前記コンデンサＣ２の入力側と前記グランドとの間に設けられたスイッチング素子Ｑ３と、
前記コンデンサＣ２の入力側と前記電源との間に設けられた抵抗Ｒ４と、
を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記制御回路は、
前記第１スイッチング回路に対して、前記一方極性パルス送信期間外において前記素子信号ラインに対してグランドが接続され且つ前記一方極性パルス送信期間において前記素子信号ラインに対して前記電源が接続されるようにする第１制御信号ＳＧ１を出力し、
前記第２スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ３に対して、前記他方極性パルス出力期間において前記コンデンサＣ２の入力側に前記グランドが接続されるようにする第２制御信号ＳＧ２を出力し、
前記第２スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ４に対して、前記送受信シーケンスの空き時間において前記コンデンサＣ２の入力側に前記電源が接続され且つ前記他方極性パルス出力期間直後において前記コンデンサＣ２の入力側に前記電源が接続されるようにする第３制御信号ＳＧ３を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記送受信シーケンスの空き時間は、受信期間後であって送信期間前のシステム設定期間である、ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に振動素子へ送信信号（正負パルス）を出力する送信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、送信部及び受信部を備えた本体と、それに接続された超音波探触子と、を有する。超音波探触子内には一般にアレイ振動子が設けられる。アレイ振動子は複数の振動素子によって構成される。アレイ振動子に複数の送信信号を供給するのが送信部であり、送信部は複数の送信回路により構成される。
【０００３】
図４には特許文献１に記載された送信回路が示されている。送信回路２０は、送信駆動回路２２と、送信制御回路２４とにより構成される。各振動素子１６ごとに送信回路２０が設けられる。振動素子１６に接続された素子信号ライン上には送受分離回路（Ｄ３，Ｄ４）が設けられている。素子信号ラインには第１スイッチング回路２００と第２スイッチング回路２０２が接続されている。第１スイッチング回路２０２は２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有する。それらはＦＥＴにより構成されている（後述するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４も同じ）。スイッチング素子Ｑ１はそのオン動作時に素子信号ラインをグランドに接続する。スイッチング素子Ｑ１と素子信号ラインとの間にはダイオードＤ１が設けられている。素子信号ラインと電源（＋ＨＶ）との間にはスイッチング素子Ｑ２が設けられている。スイッチング素子Ｑ２はそのオン動作時に電源を素子信号ラインに接続する。これにより正パルスが出力される。電源とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの間には抵抗Ｒ１が設けられている。送信制御回路２４らの制御信号２５は第１スイッチング素子Ｑ１のゲートに入力され、同時に、第２スイッチング素子Ｑ２のゲートにコンデンサＣ１を介して入力されている。正パルス送信時以外において、スイッチング素子Ｑ１がオン動作し、スイッチング素子Ｑ２がオフ動作する。正パルス送信時において、スイッチング素子Ｑ１はオフ動作し、スイッチング素子Ｑ２がオン動作する。
【０００４】
第２スイッチング回路２０２は、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４を有する。両者の接続点と素子信号ラインとの間には負パルス生成用のコンデンサＣ２が設けられている。スイッチング素子Ｑ４は、そのオン動作時に電源にコンデンサＣ２の入力側を接続する。スイッチング素子Ｑ３は、そのオン動作時にグランドにコンデンサＣ２の入力側を接続する。スイッチング素子Ｑ４のソースとコンデンサＣ２の入力側との間には保護用ダイオードＤ２が設けられている。送信制御回路２４からの制御信号２６は、スイッチング素子Ｑ３のゲートに入力され、同時に、コンデンサＣ３を介してスイッチング素子Ｑ４のゲートに入力されている。制御信号ＶＧは、スイッチング素子Ｑ４をオン状態にするための所定の電位を持った信号であり、その信号が抵抗Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ４のゲートに与えられている。負パルス送信時以外において、スイッチング素子Ｑ４は、制御信号ＶＧの供給により、常にオン状態にある。つまり、コンデンサＣ２の入力側に＋ＨＶが印加され、それが充電される（コンデンサＣ２の出力側は０Ｖ）。負パルス送信時に、送信制御回路２４から制御信号２６が出力されると、スイッチング素子Ｑ４がオフ動作し、スイッチング素子Ｑ３がオン動作する。コンデンサＣ２がチャージされている状況において、その入力側の電位が＋ＨＶからグランドレベルに急激に引き下げられると、それに引きずられて、その出力側の電位がグランドレベルから−ＨＶレベルに変化する。このように、コンデンサ動作点を浮動的に制御することによって、一方極性の電源しか利用しないにもかかわらず、負パルスを生成することができる。負パルス生成後に、スイッチング素子Ｑ３がオフ動作し、スイッチング素子Ｑ４がオン動作し、これによってコンデンサＣ２が再充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４５８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低廉な装置を実現するためには、相補型のスイッチング素子ペアと周辺回路とが実装されたパッケージＩＣを活用することが望まれるが、そのような場合、図４に示した制御信号ＶＧを必要な箇所へ外部から供給するのが困難であるという問題が指摘されている。あるいは、負パルス生成に続いて正パルスを生成する場合、場合によってはコンデンサＣ２の入力側が＋ＨＶ以上となって、コンデンサＣ２を適正に充電できない可能性がある。両極性パルスを送信するモードにおいては、正負の波形対称性が求められるから、コンデンサの充電不足の問題を解消すべき必要性が高い。
【０００７】
本発明の目的は、パルス生成用のコンデンサの充電を適正に行えるようにすることにある。
【０００８】
本発明の目的は、一方極性電源を使って両極性パルスの生成を行う場合に波形対称性を良好にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、振動素子に素子信号ラインを介して接続された送信回路であって、一方極性パルス出力期間において前記素子信号ラインに対して一方極性の電源を接続する第１スイッチング回路と、前記素子信号ラインに出力側が接続されたコンデンサＣ２と、他方極性パルス出力期間において、充電済み状態にある前記コンデンサＣ２の入力側に対してグランドを接続することにより、前記コンデンサＣ２の出力側に他方極性パルスを生じさせる第２スイッチング回路と、送受信シーケンスの空き時間を使って、前記コンデンサＣ２の入力側と前記電源との間に設けられたスイッチング素子Ｑ４をオン動作させて前記コンデンサＣ２が前もって充電されるようにする制御回路と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、一方極性パルス（例えば正パルス）が第１スイッチング回路の動作により生成される。他方極性パルス（例えば負パルス）がコンデンサＣ２及び第２スイッチング回路により生成される。コンデンサの充電が送受信シーケンスの空き時間を使って行われるので、コンデンサの充電状態を常に良好にして、適正な他方極性パルスを生成させることができる。もっとも、他方極性パルスの送信後においてもコンデンサＣ２の充電作用が発揮されてもよい。そのような送受信期間内での充電が不十分となる場合であっても、上記構成によれば、送受信シーケンスの空き時間を使ってコンデンサＣ２を確実に充電できる。よって、一方極性をもった電源だけを使って両極パルスを生成できる共に、正負パルスの対称性を良好なものにできる。空き時間を使用するので、超音波画像への影響はないし、送信信号への影響もない。
【００１１】
望ましくは、前記制御回路は、前記他方極性パルスに続いて前記一方極性パルスが出力される場合に、前記コンデンサＣ２が前もって充電されるようにする。このような構成の場合、他方極性パルス送信後におけるコンデンサＣ２の充電が一方極性パルスの送信の影響を受け易いため、上記空き時間を利用した充電を採用する必要性が高い。
【００１２】
望ましくは、前記第２スイッチング回路は、前記コンデンサＣ２の入力側と前記電源との間に設けられたスイッチング素子Ｑ４と、前記コンデンサＣ２の入力側と前記スイッチング素子Ｑ４との間に設けられたダイオードＤ２と、前記コンデンサＣ２の入力側と前記グランドとの間に設けられたスイッチング素子Ｑ３と、前記コンデンサＣ２の入力側と前記電源との間に設けられた抵抗Ｒ４と、を含む。抵抗Ｒ４が挿入されたバイパス路もある意味では充電経路と言えるが、抵抗Ｒ４としては通常抵抗値の大きなものが使われるので、急速充電を期待することは困難である。他方極性パルスの送信後に、スイッチング素子Ｑ４をオン動作させれば、コンデンサＣ２の入力側に電源を接続して充電状態を構築できできる。但し、その際に一方極性パルスが生成されるならば、やはりコンデンサＣ２の充電を十分に行えない可能性がある。そこで、上記構成を採用するのが望ましい。他方極性のパルスだけを単独で繰り返し送信するような場合において、スイッチング素子Ｑ４のオン動作による充電を十分期待できるならば、送受信シーケンスにおける空き時間を利用した充電を行わなくてもよい。
【００１３】
望ましくは、前記制御回路は、前記第１スイッチング回路に対して、前記一方極性パルス送信期間外において前記素子信号ラインに対してグランドが接続され且つ前記一方極性パルス送信期間において前記素子信号ラインに対して前記電源が接続されるようにする第１制御信号ＳＧ１を出力し、前記第２スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ３に対して、前記他方極性パルス出力期間において前記コンデンサＣ２の入力側に前記グランドが接続されるようにする第２制御信号ＳＧ２を出力し、前記第２スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ４に対して、前記送受信シーケンスの空き時間において前記コンデンサＣ２の入力側に前記電源が接続され且つ前記他方極性パルス出力期間直後において前記コンデンサＣ２の入力側に前記電源が接続されるようにする第３制御信号ＳＧ３を出力する。望ましくは、前記送受信シーケンスの空き時間は、受信期間後であって送信期間前のシステム設定期間である。システム設定時間は、デジタルビームフォーマーへのディレイデータのセット等が行われる期間であり、送受信が行われない期間である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パルス生成用のコンデンサの充電を適正に行える。あるいは、一方極性電源を使って両極性パルスの生成を行う場合に波形対称性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る送信回路の実施形態を示す図である。
【図２】３つの制御信号の関係を示す図である。
【図３】送受信シーケンスにおけるコンデンサの充電期間を示す図である。
【図４】従来の送信回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１には本発明に係る送信回路の実施形態が示されている。この送信回路は振動素子ごとに設けられる回路である。但し、複数の振動素子間で一部の構成が共用されてもよい。送信回路は医療用超音波診断装置の送信部内に設けられるものである。なお、図４に示した構成と同様の構成には同一符号を付す。
【００１８】
図１において、送信回路１０は、送信駆動回路１２と送信制御回路１４とで構成される。送信駆動回路１２は、第１スイッチング回路２００と第２スイッチング回路２０２とを有する。また、負パルス生成用のコンデンサＣ２を有する。コンデンサＣ２の入力側がＢ点であり、その出力側がＡ点（素子信号ライン上の接続点）である。第１スイッチング回路２００の構成及び動作は図４に示したものと同様である。
【００１９】
第２スイッチング回路２０２は、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４とを有する。それらはＦＥＴで構成されている。電源（＋ＨＶ）とＢ点との間の経路には抵抗Ｒ４が設けられている。電源とスイッチング素子Ｑ４のゲートとの間の経路には抵抗Ｒ２が設けられている。制御信号ＳＧ１がスイッチング回路２００に与えられ、制御信号ＳＧ２がスイッチング素子Ｑ３に与えられ、制御信号ＳＧ３がスイッチング素子Ｑ４に与えられている。スイッチング素子Ｑ３は負パルス生成期間においてオン動作し、Ｂ点をグランドに接続する。すると、Ｂ点の電位が＋ＨＶからグランドレベルへ変化するのに相応して、Ａ点の電位がグランドレベルから−ＨＶに変化する。これにより負パルスがＡ点に生じる。スイッチング素子Ｑ４は、負パルス送信期間後の一定期間に限りオン動作して、電源をコンデンサＣ２の入力側（Ｂ点）に接続する。これによりＡ点の電位が強制的にグランドレベルに引き戻される（Ｂ点は＋ＨＶまで引き戻される）。但し、負パルスに続いて正パルスが生成される場合、Ｂ点の電位が＋ＨＶよりも高いレベル（例えば＋２ＨＶ）まで上昇する可能性もある。その場合には、ダイオードＤ２が働くので、適正な充電を行うことはできない。送信を繰り返す都度、コンデンサＣ２の電荷が減り、負パルスのレベルが落ち込み、正負パルスの対称性が大きく崩れることになる。そこで、以下に説明するように、空き時間においてコンデンサＣ２の充電工程が実行される。なお、スイッチング素子Ｑ４は、負パルス送信直後の期間以外においてオフ状態にある。
【００２０】
以上の内容を図２及び図３を用いてより詳しく説明する。図２には、制御信号ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３の波形が示されている。正パルスを送信したい場合には、制御信号ＳＧ１として、符号１００で示すようなパルスが供給される。これにより、スイッチング回路の作用により、符号１０２で示すような正パルスが生成され、それが振動素子へ供給される。一方、負パルスを送信したい場合には、制御信号ＳＧ２として、符号１０４で示すパルスが供給され、その直後に電位を急速に回復させるために、制御信号ＳＧ３として、符号１０８で示すパルスが供給される。これにより、符号１０６で示すように矩形の負パルスが生成される。次に、負パルスと正パルスの組を送信したい場合には、制御信号ＳＧ２として符号１０４で示すパルスが与えられ、その直後に制御信号ＳＧ３として符号１０８で示すパルスが与えられる。これにより、符号１０３で示す負パルス１０６と正パルス１０２の組が生成される。
【００２１】
図３には送受信シーケンスが示されている。２００は受信期間であり、２０２はシステム設定期間であり、２０４は送信期間である。負パルスと正パルスの組を送信する場合、制御信号ＳＧ２として符号１０４で示されるパルスが与えられ、その直後に、制御信号ＳＧ３として符号１０８で示されるパルスが与えられる。同時に、制御信号ＳＧ１として符号１００で示されるパルスが与えられる。このような場合、図１に示したＢ点の電位が＋ＨＶを超えて上昇するならば、ダイオードＤ２の作用により、コンデンサＣ２の充電を行えなくなる。パルス１０８の出力期間を引き延ばすことでコンデンサＣ２を充電することは可能であるが、その後の受信期間中２００にスイッチング素子Ｑ４がオン状態からオフ状態に切り換わることで超音波画像に影響が及ぶおそれがある。そこで、システム設定期間２０２内に充電期間が２０６が定められ、当該期間において制御信号ＳＧ３を使ってスイッチング素子Ｑ４をオン動作させている。システム設定期間であれば、超音波画像への影響はないし、送信動作にも影響を与えない。毎周期のシステム設定期間ごとに充電期間２０６を確保するようにしてもよいし、複数個おきに充電期間２０６を設定するようにしてもよい。図１に示した回路構成では、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４へ個別的に制御信号を与えればよいので、普及品パッケージを送信回路として利用することが容易である。
【００２２】
以上のように、送受信に影響ない期間を使って、事前にコンデンサＣ２の充電を十分に行うようにすれば、負パルスのレベル低下、正負パルスの対称性の崩れといった問題を未然に防止することが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  送信回路、１２  送信駆動回路、１４  送信制御回路、１６  振動素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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