(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部と、
前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行う整合回路を含む整合部と、
を有する超音波診断装置であって、
前記整合回路は、前記信号伝送経路上において直列接続された複数のＬＣ回路によって構成され、前記各ＬＣ回路はインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を含み、各ＬＣ回路の整合の中心周波数は前記超音波振動子の周波数帯域上において互いに異なる周波数にずらして設定される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波診断装置であって、
前記各ＬＣ回路の特性インピーダンスは、前記送受信部の入力インピーダンスよりも大きく、且つ、前記超音波振動子のインピーダンスよりも小さく、且つ、前記信号線の近くのＬＣ回路ほど大きく設定される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波診断装置であって、
前記複数のＬＣ回路の中で、少なくとも一つのＬＣ回路が有する整合の中心周波数は、前記送受信部が前記超音波振動子へ出力する送信信号の周波数に対応して設定され、また、少なくとも一つのＬＣ回路が有する整合の中心周波数は、前記送受信部が前記超音波振動子から取得する受信信号の周波数に対応して設定される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３項記載の超音波診断装置であって、
前記整合部は、前記信号線の前記送受信部側端部に設けられたコネクタ内に設けられることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、
前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、送信用整合回路、受信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、
を有する超音波診断装置であって、
前記送信用整合回路および前記受信用整合回路はそれぞれ、直列接続された複数のＬＣ回路によって構成され、前記各ＬＣ回路はインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を含み、各ＬＣ回路の整合の中心周波数は前記超音波振動子の周波数帯域上において互いに異なる周波数にずらして設定され、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、
前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記送信用整合回路と前記受信用整合回路とを切り替えることを特徴とする、
超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の超音波診断装置であって、
前記超音波振動子は、複数の振動素子で構成されるアレイ振動子であり、
前記信号線は、前記各振動素子ごとに設けられ、
前記送信用整合回路および前記受信用整合回路は、前記各信号線ごとに設けられ、
前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記各信号線ごとにそれに対応する前記送信用整合回路と前記受信用整合回路とを切り替えることを特徴とする、
超音波診断装置。
【請求項７】
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、
前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、受信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、
を有する超音波診断装置であって、
前記受信用整合回路は、直列接続された複数のＬＣ回路によって構成され、前記各ＬＣ回路はインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を含み、各ＬＣ回路の整合の中心周波数は前記超音波振動子の周波数帯域上において互いに異なる周波数にずらして設定され、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、
前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記受信用整合回路を介した前記信号線と前記受信部との接続、および、前記信号線と前記送信部との直接接続、のいずれか一方を選択することを特徴とする、
超音波診断装置。
【請求項８】
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、
前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、送信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、
を有する超音波診断装置であって、
前記送信用整合回路は、直列接続された複数のＬＣ回路によって構成され、前記各ＬＣ回路はインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を含み、各ＬＣ回路の整合の中心周波数は前記超音波振動子の周波数帯域上において互いに異なる周波数にずらして設定され、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、
前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記送信用整合回路を介した前記信号線と前記送信部との接続、および、前記信号線と前記受信部との直接接続、のいずれか一方を選択することを特徴とする、
超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波振動子から装置本体までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を施した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置において、３次元空間内に超音波を送受波する２Ｄアレイ振動子が利用されている。２Ｄアレイ振動子は、複数の振動素子で構成されており、その素子面積は１Ｄアレイ振動子のものに比べて小さい。この結果、２Ｄアレイ振動子における振動素子の電気的インピーダンスは比較的大きいものとなる。つまり、２Ｄアレイ振動子に接続される伝送ケーブルや、伝送ケーブルを介して振動子に接続される超音波診断装置本体の入力インピーダンスは、数１０〜１００Ω程度であるのに対し、２Ｄアレイ振動子における振動素子の電気的インピーダンスは数１０００Ω程度にもなる。このため、２Ｄアレイ振動子を利用する超音波診断装置では、振動素子と伝送ケーブルとの間で電気的インピーダンスの差が大きくなり、この不整合の影響により受信信号のレベルが小さくなるなどの悪影響が生じる。
【０００３】
この不整合の対策として、振動素子と伝送ケーブルの間にインピーダンス変換器を挿入する、あるいは、振動素子を積層タイプのものにするなどの手法が考えられる。しかしながら、これらの手法では、２Ｄアレイ振動子のコストアップ、あるいは振動子の製造が困難になるなどの欠点が生じる。
【０００４】
さらに、この欠点を克復するために、伝送ケーブルと超音波診断装置本体の間にインダクタンスを挿入して電気的インピーダンス整合を行う手法が、文献“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｐｕｌｓｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  Ｔｕｎｉｎｇ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ”（１９９７  ＩＥＥＥ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  １６３７頁〜１６４２頁）に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
伝送ケーブルと超音波診断装置本体の間にインダクタンスを挿入してインピーダンス整合を行う手法では、整合の周波数帯域を広くすることが困難であり周波数帯域が狭くなるため、その結果、振動素子から超音波診断装置本体へ出力されるパルス特性が悪化し、また、振動素子の周波数領域における比帯域特性が狭くなるなどの問題が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、振動子に対して整合のための構成変更を伴うことなく、振動子と装置本体の間において、より効率よく信号伝送が行える超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部と、前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行う整合回路を含む整合部と、を有する超音波診断装置であって、前記整合回路は、前記信号線に対して直列接続された少なくとも一つのインダクタ素子と、前記信号線に対して並列接続された少なくとも一つのキャパシタ素子と、を含み、前記信号線のキャパシタンス成分、前記キャパシタ素子のキャパシタンス成分および前記インダクタ素子のインダクタンス成分により、電気的インピーダンス整合を行うものとする。
【０００８】
上記構成によれば、信号線と送受信部との間に設けられた整合回路が、超音波振動子と送受信部との間における電気的インピーダンス整合を行うため、超音波振動子に対して整合対策を行うことなく、より効率よく、超音波振動子と超音波診断装置本体の間の信号伝送を行うことができる。その上、個々の超音波振動子に対して整合対策を施すことによるコストアップや製造工程の複雑化が回避できる。
【０００９】
望ましくは、前記整合回路は、直列接続された複数のＬＣ回路によって構成され、前記各ＬＣ回路はそれぞれ固有の素子から成るＬＣ回路であり、前記複数のＬＣ回路の中で、前記信号線に最も近くに設けられる初段ＬＣ回路は、前記信号線のキャパシタンス成分と前記インダクタ素子とによるＬＣ回路であり、その他のＬＣ回路は前記キャパシタ素子と前記インダクタ素子によるＬＣ回路とする。
【００１０】
上記構成によれば、インダクタ素子のみによる整合に比べ、整合の周波数帯域が広くなり、これに伴い信号伝送特性が良好になる。
【００１１】
望ましくは、前記初段ＬＣ回路は、さらに、補助的に設けられた前記キャパシタ素子を含むものとする。
【００１２】
上記構成によれば、信号線のキャパシタンス成分が小さい場合でも、補助的に設けられたキャパシタ素子により所望のキャパシタンス成分に設定できる。
【００１３】
望ましくは、前記各ＬＣ回路の整合の中心周波数は、互いに異なる周波数に設定され、且つ、前記信号線の近くに設けられるＬＣ回路ほど低い周波数に設定されるものとする。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、超音波振動子の周波数帯域を網羅するように、複数のＬＣ回路それぞれの整合の中心周波数をずらして設計することで、超音波振動子本来の周波数特性を保持しつつ、信号線および送受信部との整合が可能になる。
【００１５】
望ましくは、前記各ＬＣ回路の特性インピーダンスは、前記送受信部の入力インピーダンスよりも大きく、且つ、前記超音波振動子のインピーダンスよりも小さく、且つ、前記信号線の近くのＬＣ回路ほど大きく設定されるものとする。
【００１６】
望ましくは、前記複数のＬＣ回路の中で、少なくとも一つのＬＣ回路が有する整合の中心周波数は、前記送受信部が前記超音波振動子へ出力する送信信号の周波数に対応して設定され、また、少なくとも一つのＬＣ回路が有する整合の中心周波数は、前記送受信部が前記超音波振動子から取得する受信信号の周波数に対応して設定されるものとする。
【００１７】
上記構成によれば、例えば、２次高周波成分を利用した超音波診断装置、つまり、送信信号の周波数と異なる周波数の受信信号をも利用する超音波診断装置において、送受信それぞれの信号周波数を効率よく伝送する整合が可能になる。
【００１８】
望ましくは、前記整合部は、前記信号線の前記送受信部側端部に設けられたコネクタ内に設けられるものとする。
【００１９】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、送信用整合回路、受信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、を有する超音波診断装置であって、前記送信用整合回路および前記受信用整合回路はそれぞれ、前記信号線に対して直列接続された少なくとも一つのインダクタ素子と、前記信号線に対して並列接続された少なくとも一つのキャパシタ素子と、を含み、前記信号線のキャパシタンス成分、前記キャパシタ素子のキャパシタンス成分および前記インダクタ素子のインダクタンス成分により、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記送信用整合回路と前記受信用整合回路とを切り替えるものとする。
【００２０】
上記構成によれば、送信、受信それぞれ独立に整合を行うことができるため、送信、受信それぞれに最適な整合を実現できる。
【００２１】
望ましくは、前記超音波振動子は、複数の振動素子で構成されるアレイ振動子であり、前記信号線は、前記各振動素子ごとに設けられ、前記送信用整合回路および前記受信用整合回路は、前記各信号線ごとに設けられ、前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記各信号線ごとにそれに対応する前記送信用整合回路と前記受信用整合回路とを切り替えるものとする。
【００２２】
（３）さらにまた、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、受信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、を有する超音波診断装置であって、前記受信用整合回路は、前記信号線に対して直列接続された少なくとも一つのインダクタ素子と、前記信号線に対して並列接続された少なくとも一つのキャパシタ素子と、を含み、前記信号線のキャパシタンス成分、前記キャパシタ素子のキャパシタンス成分および前記インダクタ素子のインダクタンス成分により、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記受信用整合回路を介した前記信号線と前記受信部との接続、および、前記信号線と前記送信部との直接接続、のいずれか一方を選択するものとする。
【００２３】
（４）さらにまた、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子に対して信号線を介して接続された送受信部であって、前記超音波振動子に対して送信信号を出力する送信部と、前記超音波振動子から受信信号を取得する受信部とを含む送受信部と、前記信号線と前記送受信部との間に設けられた整合部であって、送信用整合回路および送受切替回路を含む整合部と、を有する超音波診断装置であって、前記送信用整合回路は、前記信号線に対して直列接続された少なくとも一つのインダクタ素子と、前記信号線に対して並列接続された少なくとも一つのキャパシタ素子と、を含み、前記信号線のキャパシタンス成分、前記キャパシタ素子のキャパシタンス成分および前記インダクタ素子のインダクタンス成分により、前記超音波振動子から前記送受信部までの信号伝送経路における電気的インピーダンス整合を行い、前記送受切替回路は、送受信動作に応じて、前記送信用整合回路を介した前記信号線と前記送信部との接続、および、前記信号線と前記受信部との直接接続、のいずれか一方を選択するものとする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。アレイ振動子１０は、複数の振動素子１２で構成されており、電子走査により３次元空間内に超音波を送受波する。アレイ振動子１０には、複数の信号線１４を有する伝送ケーブル１６が接続されており、伝送ケーブル１６内の各信号線１４はアレイ振動子１０内の各振動素子１２とそれぞれ接続されている。さらに、伝送ケーブル１６の他端にはコネクタ１８が設けられている。コネクタ１８内には複数の整合回路２０が設けられており、これら複数の整合回路２０により整合部が構成されている。各整合回路２０は伝送ケーブル１６内を通る各信号線１４にそれぞれ接続されており、各整合回路２０の他端は、超音波診断装置の装置本体２２内の送受信部２４に接続されている。もちろん、送受信部２４は、装置本体２２内の図示しない他回路にも接続されている。
【００２６】
このように、アレイ振動子１０と装置本体２２の間には、各振動素子１２ごとに送受信部２４までの信号伝送経路が形成されている。各振動素子１２は素子面積が小さく、このため、その電気的インピーダンスが数１０００Ω程度にもなる。これに対し、伝送ケーブル１６内を通る各信号線１４および送受信部２４の入力インピーダンスは数１０〜１００Ω程度であるため、振動素子１２から送受信部２４までの信号伝送経路には電気的インピーダンスの不整合が生じている。これを解消するのが整合回路２０である。整合回路２０はインダクタ素子であるコイル２６とキャパシタ素子であるコンデンサ２８で構成されており、コイル２６は信号線１４に対して直列に接続され、コンデンサ２８は並列に接続されている。なお、この整合回路２０による電気的インピーダンス整合の原理については、後に図３から図５を利用して詳述する。
【００２７】
図２は、整合部の他の実施形態を示す図である。伝送ケーブル１６および伝送ケーブル１６の図示しない他端に接続されるアレイ振動子は、図１におけるものと同じ構成である。つまり、伝送ケーブル１６内を通る各信号線１４の図示しない他端は、アレイ振動子内の各振動素子にそれぞれ接続されている。各信号線１４は、整合部３０内の送受切替回路３２に接続され、送受切替回路３２を介して、送信用整合回路３４と受信用整合回路３６に接続される。送信用整合回路３４の他端は送受信部２４内の送信部３８に、受信用整合回路３６の他端は送受信部２４内の受信部４０に、それぞれ接続されている。
【００２８】
このように、送受切替回路３２によって、各信号線１４ごとに送信用信号伝送経路と受信用信号伝送経路が選択的に形成される。したがって、送信用伝送経路、受信用伝送経路それぞれに適した整合を行うことが可能になる。送信用整合回路、受信用整合回路については図１における各整合回路と同様な構成である。
【００２９】
なお、図２では、送信用整合回路３４と受信用整合回路３６の両方を用いる例を示しているが、必要に応じていずれか一方を無くしてもよい。つまり、例えば、受信用整合回路３６のみを設けて、送受信部２４が超音波振動子から受信信号を取得する時にのみ、送受切替回路３２および受信用整合回路３６を介して受信信号を取得し、超音波振動子へ送信信号を出力する時には整合回路を介さずに送受切替回路３２のみを介して送信信号を出力することも可能である。一方、送信用整合回路３４のみを設けて、送受信部２４が超音波振動子へ送信信号を出力する時にのみ、送信用整合回路３４および送受切替回路３２を介して送信信号を出力し、超音波振動子から受信信号を取得する時には整合回路を介さずに送受切替回路３２のみを介して受信信号を取得することも可能である。
【００３０】
また、送受切替回路３２は、装置本体（図１の符号２２）から送信、受信のタイミングに基づく制御信号を受けて、送受の切り替えを行う構成にしてもよい。
【００３１】
次に、図３から図５を利用して、本実施の形態の整合回路における電気的インピーダンス整合の原理について説明する。
【００３２】
図３は、図１の超音波診断装置における、各振動素子から送受信部までの信号伝送経路を表わす回路図である。アレイ振動子内の振動素子が受波した超音波は電気信号に変換される。そこで、ある振動素子に注目しこの振動素子が出力する電気信号の電圧値をＥｔとすると、振動子の出力は電圧値Ｅｔを出力する電圧源Ｅｔで表現できる。また、この振動素子のインピーダンスＺｔは、インピーダンスＺｔを有する負荷Ｚｔを電圧源Ｅｔへ直列に接続することで表現できる。振動素子に接続される信号線の容量をＣｃとすると、信号線は容量Ｃｃを有するコンデンサＣｃを電圧源Ｅｔへ並列に接続することで表現できる。
【００３３】
ここで、整合回路としてＬＣ回路を二段接続した回路を考える。信号線に最も近い位置に、信号線に対して直列に接続されるインダクタ素子をコイルＬ１とすると、信号線の容量Ｃｃ、つまりコンデンサＣｃとコイルＬ１により初段ＬＣ回路が形成される。さらに、この初段ＬＣ回路の右側には、コイルＬ３およびコンデンサＣ２から成る第二段目ＬＣ回路が接続されている。このように、ＬＣ回路を二段接続した整合回路が形成されている。さらに、整合回路の右端には送受信部の入力インピーダンスがＲ０である負荷Ｒ０が接続されている。このように、アレイ振動子内の振動素子から送受信部までの信号伝送経路が、図３の回路で表現される。なお、初段ＬＣ回路において信号線の容量成分Ｃｃを変化させたい場合は、信号線に対して並列に、補助的な容量としてコンデンサを挿入してもよい。
【００３４】
図３において、端子１−１´から右を見たインピーダンスをＺ１とすると、図４の等価回路が得られる。また、端子２−２´を開放した際に、開放端に発生する電圧をＥｔ´とおき、端子２−２´から右を見たインピーダンスをＺ２、電圧源Ｅｔを短絡し端子２−２´から左を見たインピーダンスをＺｔ´とすると、テブナンの定理により、図５の等価回路が得られる。
【００３５】
図４、図５より、図３の電圧源Ｅｔから負荷Ｒ０へ最大電力が供給される条件は次のようになる。
【００３６】
【数１】
0003702259.tif 000002
【数２】
0003702259.tif 000003
つまり、Ｚ１の複素共役とＺｔが等しく、且つ、Ｚ２の複素共役とＺｔ´が等しい場合に整合条件が成立する。
【００３７】
したがって、数式１および数式２を満たすように図３に示す整合回路の各素子Ｌ１、Ｃ２、Ｌ３を設定することにより、図３の回路においてインピーダンス整合を行うことができる。この際、初段ＬＣ回路および第二段目ＬＣ回路の、それぞれの整合の中心周波数をずらして設定することもできる。
【００３８】
図６は、二段ＬＣ回路による整合回路において、各段における整合の中心周波数をずらして設定した整合回路の周波数特性を示す図である。すなわち図６は、初段ＬＣ回路、つまりコンデンサＣｃとコイルＬ１で構成されるＬＣ回路（図３参照）における整合の中心周波数をｆ１とし、第二段目ＬＣ回路、つまりコンデンサＣ２とコイルＬ３で構成されるＬＣ回路（図３参照）における整合の中心周波数をｆ２とした場合に、周波数ｆ１とｆ２をずらして設定した整合回路の周波数特性を示している。このように、周波数ｆ１とｆ２をずらして、整合回路の各素子を設定するためには、数式１および数式２の条件に加え、数式３を満たす必要がある。
【００３９】
【数３】
0003702259.tif 000004
数式３において、（１）は第二段目ＬＣ回路の特性インピーダンスを、（２）は初段ＬＣ回路の特性インピーダンスを示している。また、各段の整合の中心周波数の関係は数式４のようになる。
【００４０】
【数４】
0003702259.tif 000005
このように、初段ＬＣ回路、第二段目ＬＣ回路それぞれの整合の中心周波数ｆ１、ｆ２を、例えば、振動素子の周波数帯域上においてずらして設定することにより、振動素子をより広帯域に利用できる整合が実現できる。
【００４１】
一方、送受信兼用の整合回路（例えば、図１に示す整合回路２０）においては、各ＬＣ回路における整合の中心周波数を、送信信号の周波数と受信信号の周波数、それぞれに対応して設定することも可能である。近年の超音波診断装置において、例えば、周波数ｆの送信波に対して、周波数２ｆの超音波をも受波して受信信号を形成する技術や、周波数ｆの送信波によって、血液中に送り込まれたマイクロバブルを破壊し、マイクロバブルから発生する周波数２ｆの超音波を受波する技術などがある。本実施の形態は、このような技術に適用すると効果的である。
【００４２】
図７は、二段ＬＣ回路による整合回路において、初段ＬＣ回路における整合の中心周波数をｆ、二段目ＬＣ回路における整合の中心周波数を２ｆと設定した整合回路の周波数特性を示す図である。このように、送信時において周波数ｆの信号を効率よく伝送し、受信時において周波数２ｆの信号を効率よく伝送するように、整合回路内の各素子を設定することで、送受信兼用の整合回路においても、両周波数を効率よく伝送できる。
【００４３】
以上のように、整合回路内の各素子を設定するためには、数式１、数式２および数式３を満たすことが必要であった。ところが、振動素子のインピーダンスＺｔは周波数特性を持っているため、厳密に数式１から数式３を解くことは困難な場合がある。この場合、コンピュータを利用した数値計算によりＬ１、Ｃ２、Ｌ３の値を調整しながら、各式を満足する値を決定してもよい。
【００４４】
本実施の形態における整合回路は、ＬＣ回路が二段接続のものに限定されるものではなく、ＬＣ回路が三段以上の複数段直列接続されたものであってもよい。図８は、ｎ段のＬＣ回路で構成される整合回路を有する信号伝送経路を表わす回路図である。電圧源Ｅｔ、負荷Ｚｔ、コンデンサＣｃおよび負荷Ｒ０については、図３におけるものと同じ構成である。図８と図３を比較すると、図３において二段のＬＣ回路で構成されていた整合回路が、図８ではｎ段に拡張されている。つまり、図８において、コンデンサＣｃとコイルＬ１により初段ＬＣ回路が形成され、コンデンサＣ１およびコイルＬ２により第二段目ＬＣ回路が形成され、さらに、コンデンサＣｎ−１およびコイルＬｎにより第ｎ段目ＬＣ回路が形成されている。図８においてｆ１からｆｎは、各段のＬＣ回路における整合の中心周波数を示している。
【００４５】
ｎ段への拡張に伴い、数式３および数式４を、ｎ段のものに拡張すると次のようになる。
【００４６】
【数５】
0003702259.tif 000006
【数６】
0003702259.tif 000007
数式５は、各段のＬＣ回路の特性インピーダンスの大きさを示す式である。各ＬＣ回路の特性インピーダンスが、送受信部の入力インピーダンスＲ０よりも大きく、且つ、アレイ振動子内の振動素子のインピーダンスＺｔよりも小さく、且つ、信号線に近いＬＣ回路ほど、つまりｎが小さいＬＣ回路ほど大きく設定されることを示している。数式６は、各段のＬＣ回路における整合の中心周波数の大きさを示す式であり、ｎが小さいＬＣ回路ほど低い周波数に設定されることを示している。このように、三段以上のＬＣ回路による整合回路も実現される。
【００４７】
次に、本実施の形態における整合回路と、従来の整合回路との比較を示す。図９は、本実施の形態との比較のために利用した、従来のコイルのみで構成された整合回路による信号伝送経路を表わす回路図である。本実施の形態を示す図３の回路図と、図９の回路図とでは、整合回路部のみが異なる。つまり、図３におけるコイルＬ１、コンデンサＣ２、コイルＬ３による整合回路に換えて、図９ではコイルＬのみによる整合回路となる。
【００４８】
図１０は、本実施の形態の整合回路による周波数特性と、従来の整合回路による周波数特性を示す図である。なお、図１０の結果を取得するにあたり、本実施の形態の整合回路による特性は、図３の回路における各素子を、表１のように設定した。
【００４９】
【表１】
0003702259.tif 000008
また、従来の整合回路による特性は、図９の回路におけるコイルＬを例えば、２２μＨとし、その他、図３における素子と同じ素子は、表１における値に設定している。図１０において、従来の整合回路では、比帯域が３３％であるのに対し、本実施の形態による整合回路では、比帯域は４５％と広がっている。ここで比帯域とは次のとおりである。
【００５０】
すなわち、Ｇａｉｎの周波数依存性を示すグラフにおいて、Ｇａｉｎの最大値に対し、Ｇａｉｎが−３ｄＢとなる周波数幅がΔｆである場合、その周波数幅Δｆの中央に位置する周波数をｆｃとすると、（Δｆ／ｆｃ）が比帯域である。本実施の形態による整合回路は、従来の整合回路よりも整合の周波数帯域が広くなり、より良好な信号伝送特性が実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る超音波診断装置により、振動子に対して電気的なインピーダンス整合のための構成変更を伴うことなく、振動子と装置本体の間において、より効率よく信号伝送が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  整合部の他の実施形態を示す図である。
【図３】  図１の超音波診断装置における、各振動素子から送受信部までの信号伝送経路を表わす回路図である。
【図４】  電気的なインピーダンス整合の原理を説明するための図である。
【図５】  電気的なインピーダンス整合の原理を説明するための図である。
【図６】  中心周波数をずらして設定した整合回路の周波数特性を示す図である。
【図７】  中心周波数をｆと２ｆに設定した整合回路の周波数特性を示す図である。
【図８】  ｎ段のＬＣ回路で構成される整合回路を有する信号伝送経路を表わす回路図である。
【図９】  従来の各振動素子から送受信部までの信号伝送経路を表わす回路図である。
【図１０】  本発明の実施形態の整合回路による周波数特性と、従来の整合回路による周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  アレイ振動子、１２  振動素子、１４  信号線、１６  伝送ケーブル、１８  コネクタ、２０  整合回路、２２  装置本体、２４  送受信部、２６  コイル、２８  コンデンサ、３０  整合部、３２  送受切替回路、３４  送信用整合回路、３６  受信用整合回路、３８  送信部、４０  受信部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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