(57)【要約】【課題】  超音波振動子と観測装置の間の信号伝送ケーブルに低電圧信号を伝送し、超音波振動子近傍で昇圧して、その昇圧電圧を振動子に印加する超音波プローブを提供する。【解決手段】  超音波を送受信する超音波振動子６ａと、前記超音波振動子を駆動させる駆動信号が入力された場合、該駆動信号に基づいて高電圧を発生させ、該高電圧を該超音波振動子に印加させる高電圧発生手段７と、を備える超音波プローブにより、上記課題の解決を図る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動させる駆動信号が入力された場合、該駆動信号に基づいて高電圧を発生させ、該高電圧を該超音波振動子に印加させる高電圧発生手段と、
をその先端に互いに近接配置して備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される圧電振動子（ｐ−ＭＵＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記交流高電圧の前記駆動信号の周波数は、前記超音波振動子の共振周波数と略同等であることを特徴とする請求項５、又は７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記交流高電圧は、バースト波であることを特徴とする請求項５、又は７に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記高電圧発生手段は、前記駆動信号の電圧を昇圧させる昇圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記昇圧手段は、電磁型トランスであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記昇圧手段は、圧電トランスであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記圧電トランスは、ローゼン型であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記圧電トランスは、ニオブ酸リチウムから構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記高電圧発生手段は、さらに、
前記駆動信号が直流信号である場合、該駆動信号を交流信号に変換して前記昇圧手段に出力する発振手段を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記高電圧発生手段は、さらに、
前記昇圧手段より出力された交流高電圧に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス印加手段
を有していることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記直流バイアス印加手段は、前記昇圧手段より出力された交流高電圧を、第１の交流高電圧と第２の交流高電圧とに分岐する分岐手段と、
前記第１の交流高電圧を直流に変換する直流変換手段と、
前記直流変換手段より出力された直流電圧と前記第２の交流高電圧とを加算する加算手段と、
を有することを特徴とする請求項１６に記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記加算手段は、前記直流電圧が発生している期間に対して、前記第２の交流高電圧を重畳させることを特徴とする請求項１７に記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記直流電圧が発生している前記期間は、１０μｓｅｃを越えないことを特徴とする請求項１８に記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記加算手段は、前記直流電圧の立ち上がり及び立ち下がりを鈍化させる手段を備えていることを特徴する請求項１７に記載の超音波プローブ。
【請求項２１】
前記ｐ−ＭＵＴは、シリコン基板上に形成され、さらに該シリコン基板にスイッチ回路及び整流器を設けることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項２２】
前記ｃＭＵＴは、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項２３】
前記ｃＭＵＴのシリコン基板上または内部には、昇圧トランス、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプのうち少なくとも１つが形成可能であることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項２４】
前記ｃＭＵＴを構成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプを半導体プロセスを用いて集積させることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項２５】
前記ｃＭＵＴを形成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、加算器、遅延回路、及びチャージアンプを、半導体プロセスを用いて集積化することを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項２６】
請求項１〜２５のうちいずれか１項に記載の超音波プローブを備える体腔内挿入型超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子を搭載した体腔内挿入型超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の１つに超音波内視鏡スコープがある。
【０００３】
超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波プローブが取り付けてあり、この超音波プローブは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。
【０００４】
従来、超音波プローブでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子としてセラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（以下、ｃ−ＭＵＴと称する））が注目を集めている。これは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  、超小型電気的・機械的複合体）と総称される素子の１つである。
【０００５】
さて、最近ハーモニックイメージングという診断モダリティが、従来に無い高精度超音波診断が可能というから脚光を浴びる様になってきた、そのため、体腔内挿入型超音波診断装置において、この診断モダリティの標準装備が不可欠となってきている。したがって、超音波振動子の更なる広帯域化が望まれていた。
【０００６】
上述の通り、近年マイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）が注目されつつある。このｃＭＵＴは、単に鉛等の重金属を含まないだけでなく、広帯域特性が容易に得ることができる。そのため、上述したハーモニックイメージングに適している。
【０００７】
図１９は、従来におけるｃＭＵＴの一例を示す。同図は、特許文献１に開示されたｃＭＵＴである。超音波振動子は、複数の容量性マイクロマシン超音波振動子（ｃＭＵＴ）によって形成される。ｃＭＵＴを構成する各セルは、荷電振動板２０６を有している。この荷電振動板２０６は、逆に荷電された基板２０５に容量性をもって対向する。
【０００８】
この振動板２０６は、バイアス荷電によって基板２０５方向へ屈曲する。また、この基板２０５には、振動板２０６の振動の中心においてセルの荷電が最大密度となるように、振動板２０６の中心へ対して隆起した中心部２８を有している。高調波による動作のために、セルに給与される駆動パルス波形は、予め歪められている。これは、高調波帯域における送信超音波信号の歪みを低減するために、装置の非線形動作に鑑みてなされたものである。
【０００９】
ｃＭＵＴセルは、従来通りの半導体プロセスによって加工されるため、バイアス荷電レギュレータ２０１などの補助振動子回路と一体化され得る。ｃＭＵＴセルは、更に、マイクロステレオリソグラフィによっても加工することができる。そのため、セルは多様なポリマー及び他の物質を用いて形成される。
【００１０】
この前記超音波観測装置は、高調波により動作させるために前記超音波プローブ内に高耐圧スイッチを設けている。前記超音波観測装置内には、パルス発生手段と、制御手段とを設けている。パルス発生手段は、任意の波形で任意の電圧値を持つパルスを出力できる。制御手段は、前記高耐圧スイッチと前記パルス発生手段の出力を前記超音波振動子の走査タイミングに基づいて制御する。
【００１１】
それに対し本発明の出願人は、ＤＣ電圧印加のタイミングをｒｆ信号印加のタイミングに合わせた時間だけ印加する方法を提案している（特許文献２）。
図２０は、従来における超音波振動子駆動方法の一例（その２）を示す。同図は、特許文献３に開示された試験用プローブである。この試験用プローブは、既知の回路に加えて、試験用プローブと超音波信号評価装置との間の比較的に長い接続用ケーブルに起因して発生する電気的干渉の効果を最小にするために、他の作動回路を含んでいる。なお、特許文献３では、試験用プローブは上述した回路を含んでいるが、その回路が過剰に大きすぎることにならないようにしている。また、超音波試験を遂行するとき操作が困難にならないようにしている。
【００１２】
その試験用プローブのプローブハウジング内には、送信回路２１０が組み込まれている。送信回路２１０は、昇圧コイル２１１、ＶＭＯＳ電界効果型トランジスタ２１３、制御回路２１４、コンデンサ２１５を含んでいる。ＶＭＯＳ電界効果型トランジスタ２１３は、制御信号２１２によってＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。
【００１３】
送信回路２１０は、次のように動作する。高密度電荷が、昇圧コイル２１１を経てコンデンサ２１５に充電されている。そのコンデンサ２１５の電荷量が最大なると、制御回路２１４から制御信号がＶＭＯＳ電界効果型トランジスタ２１３のスイッチ駆動端子に出力される。そうすると、ＶＭＯＳ電界効果型トランジスタ２１３は、ＯＮ状態になる。そして、このＯＮ抵抗と抵抗器２１６とコンデンサ２１５による閉回路で放電が発生する。その放電電流によって抵抗器２１６に発生する電圧を圧電振動子に印加する。
【００１４】
しかしながら、この方法で誘起される電圧を高くしようとすると、昇圧コイル２１１のインダクタンスを大きくしなければならない。そのため、コンデンサ２１５とコイル２１１とによる共振が起こり、リンギングを含んだ駆動パルスとなる。このリンギング信号は、そのまま圧電振動子に印加され、Ｓ／Ｎの低下につながる。
【００１５】
図２１は、従来における超音波振動子駆動方法の一例（その３）を示す。図２１（ａ）は、特許文献４に開示された超音波診断装置である。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）を簡略化したものである。特許文献４は、必ずしも上記のリンギング対策を意図したものでは無いが、長い接続用ケーブルに起因する電気的干渉の効果を最小にすることが開示されている。
【００１６】
図２１では、超音波プローブ２２０と超音波観測装置２２１とが記載されている。超音波プローブに設けた超音波振動子２２２から超音波信号を送受信して被検体を超音波走査する。超音波診断装置２２１では、受信した超音波信号に基づいて超音波断層画像を得ることができる。
【００１７】
前記超音波プローブ２２０内には、高耐圧スイッチ２２３が設けられている。前記超音波観測装置内には、パルス発生手段２２７と、制御手段２２８とが設けられている。パルス発生手段２２７は、任意の波形で任意の電圧値を持つパルスを出力できる。制御手段２２８は、高耐圧スイッチ２２３とパルス発生手段２２７の出力を、前記超音波振動子の走査タイミングに基づいて制御する。
【００１８】
このような構成にすることにより、超音波プローブ内部の電気回路を大きくすることない。また、プローブ内で超音波振動子駆動用の高電圧パルス信号を効率良く発生させることができる。かつ、ケーブルでの干渉の影響を受けない良好な超音波画像を得ることができるとともに、外部に放射する雑音を小さく押さえることが可能である。また回路内に、共振する要素が存在しないので、リンギングを起こすことはない。
【特許文献１】特表２００４−５０３３１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６０３９号公報
【特許文献３】特公昭６３−０２６３４１号公報
【特許文献４】特許第３０６２３１３号公報
【非特許文献１】中村僖良、安達義徳，「ニオブ酸リチウム単結晶を用いた圧電トランス」，電子情報通信学会論文誌，Ａ，Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ａ，Ｎｏ．１０，ｐｐ．１６９４−１６９８，１９９７年１０月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来例では、高いパルス電圧を圧電振動子に印加するには、アンプの出力電圧を高くする必要がある。その高電圧パルスは、そのまま長い接続用ケーブルを伝送される。
【００２０】
超音波内視鏡は、超音波振動子と観測装置との間に長い信号伝送ケーブルを必要とする。しかし、そのケーブルに高電圧信号を伝送することはＲＦノイズの発生源となり、好ましくない。ケーブルに伝送する電圧は低電圧として、超音波を送信する時のみ超音波振動子近傍のみで、十分なエコー信号を受信出来るだけの高い電圧が印加されることが望ましい。
【００２１】
体腔内挿入型超音波診断装置では、超音波振動子と信号制御部との間に長いケーブルを配線する。一般的に、高電圧パルスの印加が必要であり、そのケーブルにおけるＲＦノイズの放射または飛来の影響が問題になっていた。
【００２２】
しかも、近年診断モダリティとして不可欠なハーモニックイメージングに対応できる広帯域性を有し、かつ環境に優しいキャパシティブマイクロマシン超音波振動子（ｃＭＵＴ）は、高電圧パルス印加だけでなく、高い直流電圧を重畳させる必要があった。
【００２３】
また、インダクタはスペースを必要とする。そのため、特許文献２に記載された装置では、超音波プローブの小型化が図れない、あるいはＩＣ化ができない等の問題がある。また、立ち上がり、立ち下がりの急峻な高電圧パルスを観測装置と超音波プローブの間を伝送させるため、外部に放射する雑音が大きくなってしまい、雑音に関する規制をクリアすることができない。
【００２４】
上記の課題に鑑み、本発明は、超音波振動子と観測装置の間の信号伝送ケーブルに低電圧信号を伝送し、超音波振動子近傍で昇圧して、その昇圧電圧を振動子に印加する超音波プローブ及びその体腔内挿入型超音波診断装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、超音波を送受信する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動させる駆動信号が入力された場合、該駆動信号に基づいて高電圧を発生させ、該高電圧を該超音波振動子に印加させる高電圧発生手段と、をその先端に互いに近接配置して備えることを特徴とする超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００２６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００２７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記超音波振動子は、マイクロマシン製造プロセスを用いて製造される圧電振動子（ｐ−ＭＵＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００２８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００２９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が直流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて直流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号が交流低電圧である場合、該駆動信号に基づいて交流高電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記交流高電圧の前記駆動信号の周波数は、前記超音波振動子の共振周波数と略同等であることを特徴とする請求項５、又は７に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記交流高電圧は、バースト波であることを特徴とする請求項５、又は７に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、前記駆動信号の電圧を昇圧させる昇圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、前記昇圧手段は、電磁型トランスであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、前記昇圧手段は、圧電トランスであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、前記圧電トランスは、ローゼン型であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、前記圧電トランスは、ニオブ酸リチウムから構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００３９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、さらに、前記駆動信号が直流信号である場合、該駆動信号を交流信号に変換して前記昇圧手段に出力する発振手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、前記高電圧発生手段は、さらに、前記昇圧手段より出力された交流高電圧に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス印加手段を有していることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記直流バイアス印加手段は、前記昇圧手段より出力された交流高電圧を、第１の交流高電圧と第２の交流高電圧とに分岐する分岐手段と、前記第１の交流高電圧を直流に変換する直流変換手段と、前記直流変換手段より出力された直流電圧と前記第２の交流高電圧とを加算する加算手段と、を有することを特徴とする請求項１６に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１８に記載の発明によれば、前記加算手段は、前記直流電圧が発生している期間に対して、前記第２の交流高電圧を重畳させることを特徴とする請求項１７に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１９に記載の発明によれば、前記直流電圧が発生している前記期間は、１０μｓｅｃを越えないことを特徴とする請求項１８に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２０に記載の発明によれば、前記加算手段は、前記直流電圧の立ち上がり及び立ち下がりを鈍化させる手段を備えていることを特徴する請求項１７に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２１に記載の発明によれば、前記ｐ−ＭＵＴは、シリコン基板上に形成され、さらに該シリコン基板にスイッチ回路及び整流器を設けることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２２に記載の発明によれば、前記ｃＭＵＴは、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２３に記載の発明によれば、前記ｃＭＵＴのシリコン基板上または内部には、昇圧トランス、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプのうち少なくとも１つが形成可能であることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２４に記載の発明によれば、前記ｃＭＵＴを構成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、及びチャージアンプを半導体プロセスを用いて集積させることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００４９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２５に記載の発明によれば、前記ｃＭＵＴを形成したシリコン基板上または内部に、スイッチ回路、整流器、加算器、遅延回路、及びチャージアンプを、半導体プロセスを用いて集積化することを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブを提供することによって達成できる。
【００５０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２６に記載の発明によれば、請求項１〜２５のうちいずれか１項に記載の超音波プローブを備える体腔内挿入型超音波診断装置を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明を用いることにより、超音波プローブ内部の電気回路を大きくしないで、ケーブルには低電圧信号のみを伝送し、プローブ内で超音波振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、超音波振動子として圧電振動子を用いた場合の体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
【００５３】
図１は、本実施形態における超音波振動子として圧電振動子を用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。同図において、体腔内挿入型超音波診断装置１は、挿入部２と、観測装置５とから構成される。
【００５４】
挿入部２は、体腔内に挿入されるために細長の管状形状をしている。挿入部２は、先端側から順に、超音波プローブ３、湾曲部及び可撓管部４から構成される。超音波プローブ３には、超音波振動子が設けられており、超音波信号の送受信を行う。湾曲部は、超音波プローブ３の後端に位置する湾曲自在な部分である。可撓管部は、その湾曲部の後端に位置して細径かつ長尺で可撓性を有する。
【００５５】
超音波プローブ３には、圧電振動子６ａ、高電圧発生手段７が内蔵されている。湾曲部及び可撓管部４の内部には、同軸ケーブル８（芯線８ａ，シールド線８ｂ）が内蔵されている。
【００５６】
観測装置５は、高圧高速ＳＷをＯＮ／ＯＦＦする制御信号を発生させたり、低電圧ＲＦパルス信号を出力したり、受信信号を信号処理して画像信号に変換する機能等を持つものである。
【００５７】
ケーブル伝送信号Ｓｇ１が、同軸ケーブル８の芯線８ａを介して、観測装置５から高電圧発生手段７に伝送される。高電圧発生手段７は、直流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり等する。
【００５８】
高電圧発生手段７には、昇圧手段７ａ（例えば、電磁トランス、圧電トランス）が含まれている。昇圧手段７ａは、振動子を駆動させるために必要な電圧を得るために、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の電圧（例えば、１０Ｖ以下）を所定値（例えば、５０Ｖ〜数百Ｖ）まで昇圧させる。
【００５９】
そして、高電圧発生手段７は、その昇圧させた信号（振動子駆動信号）Ｓｇ２を圧電振動子６ａへ伝送する。また、高電圧発生手段７から交流高電圧信号が出力される場合、その交流高電圧信号の周波数は、圧電振動子の共振周波数とほぼ等しくなるように調整されている。
【００６０】
振動子駆動信号Ｓｇ２は、圧電振動子６ａの一方の電極に入力して、その電極に電圧を印加する。圧電振動子６ａの他方の電極は、同軸ケーブル８のシールド線８ｂと接続されて接地されている。よって、この電極間の電圧差に起因して圧電振動子が振動し、圧電振動子６ａの表面から超音波が放射される。
【００６１】
以下では、昇圧手段７ａとして、電磁型昇圧トランス、圧電トランスを用いた実施例について説明する。電磁型昇圧トランスは出力インピーダンスが比較的低いので、比較的低インピーダンスの負荷を駆動できる。一方、圧電トランスは、電磁型昇圧トランスに比べ、昇圧効率が高く小型化である。
【００６２】
（実施例１）
図２は、本実施例における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段７は、昇圧トランス１０、整流器１１、スイッチ１２から構成される。
【００６３】
昇圧トランス１０は、昇圧トランス１次側コイル１０ａ、昇圧トランス２次側コイル１０ｂ，１０ｃから構成される。スイッチ１２は、スイッチ端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する。スイッチ１２は、超音波送信時と超音波受信時とを切り替えるためのものである。スイッチ１２は、超音波送信時以外（スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態）では、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態になっている。
【００６４】
超音波送信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から送信され、昇圧トランス１０の昇圧トランス１次側コイル１０ａへ入力される。そうすると、昇圧トランス２次側コイル１０ｂ，１０ｃに、昇圧された交流信号が発生する。なお、本実施例では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１は特定の周波数を有するバースト波である。
【００６５】
昇圧トランス２次側コイル１０ｃ側から出力された高電圧は、整流器１１を通って直流化されて直流電圧となる。その直流電圧がスイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子１２ａと１２ｂとが導通される。
【００６６】
そうすると、昇圧トランス２次側コイル１０ｂ側から出力された高電圧は、導通しているスイッチ端子１２ａ−１２ｂ間を通って、圧電振動子６ａの一方の電極に印加される。なお、昇圧トランス２次側コイル１０ｂから出力される振動子駆動信号Ｓｇ２は、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。
【００６７】
高電圧が印加されると、圧電振動子６ａは振動して、圧電振動子６ａの表面から超音波が放射される。
超音波受信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から送信されないので、昇圧トランス１０により交流高電圧が発生しない。したがって、スイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加する電圧が発生しないため、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態である。
【００６８】
このとき、圧電振動子６ａは超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Ｓｇ３は、スイッチ端子１２ｃ−１２ｄを通って同軸ケーブル８の芯線８ａを介して観測装置５に伝送される。
【００６９】
以上より、高電圧発生手段７を圧電振動子６ａの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で圧電振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。
【００７０】
（実施例２）
図３は、本実施形態における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段７は、圧電トランス２０、抵抗体（直流抵抗）２１、整流器１１、スイッチ１２から構成される。
【００７１】
圧電トランス２０は、圧電振動子２０ａ、圧電トランス１次側電極２０ｂ，接地電極２０ｃ，圧電トランス２次側電極２０ｄから構成される。スイッチ１２は、超音波送信時以外（スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態）では、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態になっている。
【００７２】
超音波送信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から送信される。本実施例では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１は特定の周波数を有するバースト波である。このケーブル伝送信号Ｓｇ１は、圧電トランス２０の圧電トランス１次側電極２０ｂに入力される。そうすると、圧電トランス２次側電極２０ｄから高電圧が出力される。圧電トランス２次側電極２０ｄから出力される振動子駆動信号Ｓｇ２は、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。
【００７３】
１次側電極２０ｂに入力された電圧は直流抵抗２１を経て接地されているので、１次側電極２０ｂに入力された電圧による変位電流が直流抵抗２１にも流れ、直流抵抗２１の両端に起電力を発生させる。この電圧は、整流器１１を通って直流化されて直流電圧となる。その直流電圧がスイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子１２ａと１２ｂとが導通される。そうすると、高電圧の振動子駆動信号Ｓｇ２が、スイッチ端子１２ａ−１２ｂを通って圧電振動子６ａに伝達される。
【００７４】
超音波受信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から伝送されない。従って、直流抵抗２１に電流が流れず、ＳＷ１２ａ，１２ｂは導通せず、従って圧電トランス２０により高電圧が発生しない。したがって、スイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加する電圧が発生しないため、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態である。
【００７５】
このとき、圧電振動子６ａは、超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Ｓｇ３は、スイッチ端子１２ｃ−１２ｄを通って、同軸ケーブル８の芯線８ａを介して観測装置５に伝送される。なお、ここで、圧電振動子６ａはバルクの圧電振動子に限定されるものではなく、圧電薄膜をメンブレン上に形成した、いわゆるｐ−ＭＵＴであってもよい。この場合、Ｓｉ基板に製造され、そのＳｉ基板にＳＷ１２ａ，１２ｂや整流器１１を形成すると、コンパクト化が促進され好ましい。
【００７６】
図４は、本実施形態におけるマイクロマシンプロセスにより製造される圧電振動子（ｐ−ＭＵＴ）の構成の一例を示す。ｐ−ＭＵＴは、シリコン基板上６ａ−４に（空隙部）６ａ−３が形成され、そのキャビティ６ａ−３上部にメンブレン６ａ−２が形成されている。メンブレン６ａ−２は下部電極６ａ−５を含んでおり、下部電極６ａ−５はメンブレンの上面に設けられている。下部電極６ａ−５の上面には圧電膜６ａ−６が形成されている。圧電膜６ａ−６の上面には上部電極６ａ−１が形成されている。下部電極６ａ−５には、スイッチ１２を介して信号が伝送される。上部電極６ａ−１は、接地電極である。
【００７７】
次に、圧電トランス２０について説明する。
図５は、圧電トランスのうち、基本的で最もよく研究されてきたＲｏｓｅｎ型の構造を示す（非特許文献１）。共通接地電極は板の下面の左半分に付けられている。圧電セラミック板は、入力部は厚み方向に、出力部は長さ方向に、それぞれ直流高電圧を印加して分極されている。
【００７８】
入力電極に長さ方向の寸法で決まる縦振動の共振周波数の電圧Ｖinを印加すると、圧電横効果により長さ縦振動が起こり、圧電縦効果を介して端部に付けた出力電極に高電圧Ｖoutが生じる。出力端無負荷時の昇圧比Ｖout／Ｖinは式（１）で示される。
【００７９】
Ｖout／Ｖin  ∝  ｋ31ｋ33Ｑ（Ｌ／Ｔ）                    （１）
これより、横効果の電気機械結合係数ｋ31と縦効果の電気機械結合係数ｋ33の積および機械的品質係数Ｑ値の大きな圧電材を用いれば昇圧比の大きなトランスを構成できる。
【００８０】
本実施例では、圧電トランスとしてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いることにする。ＬｉＮｂＯ3単結晶を用いた圧電トランスは従来のセラミックを用いた圧電トランスに比べて次のような特長を持っている。
【００８１】
まず、ＬｉＮｂＯ3結晶は、セラミックのように直流高電圧を印加して入力部と出力部で分極方向が直交するように分極する必要がない。また、１〜２×１０4の高いＱ値を持っている。ｋ31ｋ33がセラミックよりも大きいので、高い昇圧比が得られる。また、発熱による動作中の温度上昇が少ない。また、ＬｉＮｂＯ3には内部応力は存在せず、破壊されにくい。
【００８２】
図６は、本実施例におけるニオブ酸リチウムを用いた圧電トランスを示す。圧電トランス３０は、ニオブ酸リチウム単結晶基板３１、電圧入力側電極３２（すなわち、圧電トランス１次側電極２０ｂ）、電圧出力側電極３３（すなわち、圧電トランス２次側電極２０ｄ）、対向電極３３ａ（電圧出力側電極３３に対向するように、ニオブ酸リチウム単結晶基板３１の底面に設けられている）、ストライプ電極３４，３５、圧電トランス支持部３６ａ，３６ｂ、入力信号配線３７、出力信号配線３８から構成されている。
【００８３】
ニオブ酸リチウム単結晶基板３１の横方向の長さをＬで表すと、電圧入力側電極３２の横方向の長さはＬ／２となる。圧電トランス支持部３６ａ，３６ｂはそれぞれ、端部からＬ／４の位置に設けられているが、この理由は図７で説明する。なお、圧電トランス支持部３６ａ，３６ｂはそれぞれ、入力信号配線３７、出力信号配線３８を、電圧入力側電極３２、電圧出力側電極３３に接続するための端子である。
【００８４】
図７は、図６のニオブ酸リチウム単結晶基板３１の側面方向から観察した場合の振動変位を示す。４１は振動中性面であり、入力信号配線３７を介して電圧入力側電極３２にバースト波を印加すると、ニオブ酸リチウムの特性として、端部からＬ／４の位置を節点として振動する（振動変位４２）。よって、この節点となる部分に圧電トランス支持部３６ａ，３６ｂを設ける。
【００８５】
圧電トランス支持３６ｂと電圧出力側電極３３とをストライプ電極３４，３５により導通させる。そうすると、電圧出力側電極３３の表面に発生した高電圧信号は、ストライプ電極３４，３５を伝わって出力信号配線３８から出力される。
【００８６】
これにより、電圧出力側電極３３に出力信号配線３８を接続した場合と比べて、ニオブ酸リチウム単結晶基板３１の振動を阻害することを防止することができる。なお、電圧出力側電極３３は、端面に対して垂直方向に振動する。
【００８７】
図８は、図６の変形例（その１）である。図８では、電圧出力側電極３３と出力信号配線３８とが引き出し線５１により導通されている。
図９は、図６の変形例（その２）である。図９では、電圧出力側電極３３と出力信号配線３８とが引き出し線５２により導通されている。
【００８８】
以上より、高電圧発生手段７を圧電振動子６ａの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で圧電振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。
【００８９】
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、超音波振動子としてマイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）を用いた場合の体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
【００９０】
ｃＭＵＴの構造を簡単に説明する。まず、シリコン基板にキャビティ（空隙部、凹部）を設け、そのキャビティの底部に下部電極を配設する。そのキャビティの上方にはメンブレンが形成され、そのメンブレンの構成要素の１つとして上部電極膜が含まれている。なお、上部電極膜は接地電極である。
【００９１】
キャビティを形成する凹部及びその凹部を覆うメンブレンからなる単位をセルという。そして、複数の振動子セルの集合体を振動子エレメントという。この振動子エレメントは、駆動制御信号を入出力する最小単位である。
【００９２】
このような構成概要となるｃＭＵＴの動作について説明すると、上部電極と下部電極の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を０にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極の上方向に超音波が照射される。
【００９３】
図１０は、本実施形態における超音波振動子として静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）を用いた体腔内挿入型超音波診断装置のブロック図を示す。図１０は、図１の圧電振動子６ａを静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）６ｂに置換したものである。図１０の基本的な構成及び動作は、図１と同様である。
【００９４】
なお、本実施形態における高電圧発生手段７は、直流低電圧が入力されると直流高電圧を出力したり、直流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると直流高電圧を出力したり、交流低電圧が入力されると交流高電圧を出力したり等する。
【００９５】
高電圧発生手段７には、昇圧手段７ａ（例えば、電磁トランス、圧電トランス）が含まれている。昇圧手段７ａは、振動子を駆動させるために必要な電圧を得るために、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の電圧（例えば、１０Ｖ以下）を所定値（例えば、５０Ｖ〜数百Ｖ）まで昇圧させる。
【００９６】
また、高電圧発生手段７から交流高電圧信号が出力される場合、その交流高電圧信号の周波数は、静電型超音波振動子の共振周波数とほぼ等しくなるように調整されている。
以下では、昇圧手段７ａとして、電磁型昇圧トランス、圧電トランスを用いた実施例について説明する。電磁型昇圧トランスは出力インピーダンスが比較的低いので、比較的低インピーダンスの負荷を駆動できる。一方、圧電トランスは、電磁型昇圧トランスに比べ、昇圧効率が高く小型化である。また、圧電トランスは、出力インピーダンスが比較的高いので、高インピーダンスの負荷の必要なｃＭＵＴにとっては好ましい。なお、ここで、ｃＭＵＴは純粋なコンデンサ構造でなくても、エレクトレット膜を用いたエレクトレットコンデンサであってもよい。
【００９７】
（実施例１）
図１１は、本実施例における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段７は、昇圧トランス１０、整流器１１、スイッチ１２から構成される。これらは、図２と同様である。また、チャージアンプ６０が設けられている。スイッチ１２は、超音波送信時以外（スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態）では、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態になっている。
【００９８】
チャージアンプ６０では、インピーダンス変換を行う機能（高インピーダンス→低インピーダンスへ変換する）、ｃＭＵＴ６ｂの電極表面の電荷の検出を行う機能、及びアンプとしての機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、ｃＭＵＴ６ｂのメンブレン表面より放射された超音波が体腔内で反射され、ｃＭＵＴ６ｂがその反射波を受信すると、その反射波の受信強度に応じてメンブレンが振動し、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出する機能をいう。
【００９９】
超音波送信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から送信され、昇圧トランス１０の昇圧トランス１次側コイル１０ａへ入力される。そうすると、昇圧トランス２次側コイル１０ｂ，１０ｃに、昇圧された交流信号が発生する。なお、本実施例では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１は特定の周波数を有するバースト波である。
【０１００】
昇圧トランス２次側コイル１０ｃ側から出力された電圧は、整流器１１直流電圧に変換される。その直流電圧がスイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子１２ａと１２ｂとが導通する。
【０１０１】
そうすると、昇圧トランス２次側コイル１０ｂ側から出力された高電圧は、導通しているスイッチ端子１２ａ−１２ｂ間を通って、ｃＭＵＴ６ｂの下部電極（図では上側）に印加される。なお、昇圧トランス２次側コイル１０ｂから出力される振動子駆動信号Ｓｇ２は、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。
【０１０２】
高電圧バースト波が印加されると、ｃＭＵＴ６ｂのメンブレンは振動して、メンブレン表面から超音波が放射される。
超音波受信時、既に駆動バースト波が発生していない時間領域では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅は０なので、昇圧トランス１０により交流高電圧が発生しない。したがって、スイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加する電圧は０のため、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態である。
【０１０３】
このとき、ｃＭＵＴ６ｂは超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Ｓｇ３は、スイッチ端子１２ｃ−１２ｄを通って同軸ケーブル８の芯線８ａを介して観測装置５に送信される。
【０１０４】
以上より、高電圧発生手段７を静電容量型超音波振動子６ｂの近傍に設置することにより、ケーブルには低電圧信号を伝送し、超音波プローブ内で静電容量型超音波振動子駆動用の高電圧パルスを効率良く発生させることができる。また、ケーブルに起因するノイズの影響を防止することができる。なお、ｃＭＵＴは前述したように、Ｓｉ基板上にマイクロマシンプロセスを用いて製造させるが、昇圧トランス以外の構成要素、例えばＳＷ１２、整流器１１、チャージアンプはｃＭＵＴを形成したＳｉ基板上または内部に形成可能であり、こうすることによって更にコンパクト化が可能となる。
【０１０５】
（実施例２）
図１２は、本実施例における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。本実施例における高電圧発生手段７は、圧電トランス２０、抵抗体（直流抵抗）２１、整流器１１、スイッチ１２から構成される。これらは、図２と同様である。また、図１１と同様に、チャージアンプ６０が設けられている。スイッチ１２は、超音波送信時以外（スイッチ駆動端子に直流電圧が印加されていない状態）では、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態になっている。
【０１０６】
超音波送信時には、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が観測装置５から送信される。本実施例では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１は特定の周波数を有するバースト波である。このケーブル伝送信号Ｓｇ１は、圧電トランス２０の圧電トランス１次側電極２０ｂに入力される。そうすると、圧電トランス２次側電極２０ｄから高電圧が出力される。圧電トランス２次側電極２０ｄから出力される振動子駆動信号Ｓｇ２は、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅が大きくなった、より高電圧のバースト波である。
【０１０７】
入力側に印加された電圧は直流抵抗２１と電極２０ｂ−２０ｃ間インピーダンスによって分圧され、直流抵抗２１の両端の分圧圧電信号は、整流器１１によって直流電圧に変換される。その直流電圧がスイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加されると、スイッチ端子１２ａと１２ｂとが導通する。そうすると、高電圧の振動子駆動信号Ｓｇ２が、スイッチ端子１２ａ−１２ｂを通ってｃＭＵＴ６ｂに印加する。
【０１０８】
超音波受信時、既に駆動バースト波が発生していない時間領域では、ケーブル伝送信号Ｓｇ１の振幅は０なので、圧電トランス２０により高電圧が発生しない。したがって、スイッチ１２のスイッチ駆動端子に印加する電圧が０のため、スイッチ端子１２ｃと１２ｄとが導通された状態である。
【０１０９】
このとき、ｃＭＵＴ６ｂは、超音波を受信すると、その超音波を電気信号に変換する。この電気信号に変換された超音波受信信号Ｓｇ３は、スイッチ端子１２ｄ−１２ｃを通って、同軸ケーブル８の芯線８ａを介して観測装置５に伝送される。
【０１１０】
なお、本実施形態において、ｃＭＵＴを構成したＳｉ基板上または内部にＳＷ１２，整流器１１、チャージアンプ６０を半導体プロセスを用いて集積することにより、よりコンパクト化が可能であり、好ましい。
【０１１１】
（実施例３）
本実施例では、ＤＣバイアスパルス発生手段と、ＲＦパルスとＤＣバイアスパルスとを加算する加算手段とを備えた体腔内挿入型超音波診断装置について説明する。
【０１１２】
図１３は、本実施例における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。図１３は、図１２において圧電トランス２次側電極２０ｄとスイッチ端子１２ａとの間にＤＣバイアス印加手段７０を設けたものである。
【０１１３】
図１４は、図１３のＤＣバイアス印加手段７０の詳細を示す。図１５は、図１４の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。ＤＣバイアス印加手段７０は、加算器７１、整流器７２を備えている。
【０１１４】
まず、ケーブル伝送信号Ｓｇ１が圧電トランス２０（例えば、ニオブ酸リチウム単結晶基板）の圧電トランス１次側電極２０ｂに入力される（図１５（ａ）参照）。そうすると、第１の実施形態でも説明したように、圧電トランス２０の圧電トランス１次側電極２０ｂと接地電極２０ｃ間に印加される高電圧信号によって横効果圧電振動を起こし、厚さ方向分極７７の作用で縦効果振動に変換され、その結果、電極２０ｄに高電圧の交流信号７３が発生する。
【０１１５】
そうすると、高電圧の信号であるＲＦパルス７３が圧電トランス２次側電極２０ｄから出力される。圧電トランス２次側電極２０ｄから出力された高電圧のＲＦパルス７３は、ＤＣバイアス印加手段７０に入力される。
【０１１６】
ＲＦパルス７３は、ＤＣバイアス印加手段７０内で２つに分岐される。分岐された一方のＲＦパルス７４（＝７３）（図１５（ｂ）参照）は、加算器７１に入力される。分岐された他方のＲＦパルスは、整流器７２を通過してＤＣバイアスパルス（図１５（ｃ）参照）７５となり、加算器７１に入力される。加算器７１では、ＲＦパルス７４とＤＣバイアスパルス７５とを加算して、振動子駆動信号Ｓｇ２（図１５（ｄ）参照）として出力する。なお、図１５（ｄ）の８０は、ＤＣバイアスレベルを示す。
【０１１７】
このように、高電圧発生手段７から直流高電圧信号が出力される場合、高電圧発生手段７内部では、高電圧直流信号と高電圧交流信号の双方をほぼ同じタイミングで加算器７１に出力する。双方の信号が重畳しやすくするためである。具体的には、高電圧発生手段７から直流高電圧信号が出力される場合、整流器７２から出力される直流出力信号７５の発生期間が、交流出力信号７４の発生期間と同じ、または交流出力信号７４の発生期間より長くなるように設定し、両者の信号重畳しやすいようにする。
【０１１８】
つまり、図１５において、交流出力信号７４のパルス幅より直流出力信号７５のパルス幅を長くするために、直流出力信号７５を先に出力してその後に交流出力信号７４を重畳させ、交流出力信号７４が出力し終わったのちに、直流出力信号７５の出力が終わるようにする。
【０１１９】
さらに具体的に説明すると、ＤＣバイアスパルスの立ち上がりタイミングで、トリガー信号を発生させ、そのトリガー信号で、設定した遅延時間経過後ＲＦパルスが発生するようにする。この遅延時間は長く設定しすぎるとＲＦパルスが、DCバイアスパルスから外れてしまう（重畳しなくなる）ので最適な遅延時間を設定する。したがって、加算器７１には、そのような予備処理機能（遅延機能）が含まれている。
【０１２０】
なお、この直流出力信号発生期間は１０μｓｅｃを越えないようにする。なぜなら、ＤＣバイアスパルスのパルス幅を１０μｓｅｃ以上とすると、すぐ近傍にエコー信号があっても送信信号に重畳してしまい、検出のＳ／Ｎが低下してしまい、振動子に近い領域の診断画像が得られなくなってしまうからである。
【０１２１】
また、高電圧直流出力信号の立ち上がり、立ち下がりが急激に起こるとｃＭＵＴが壊れる可能性がある。それを防止するため、高電圧直流出力信号の立ち上がり、立ち下がりを鈍化させる。つまり、急峻な立ち上がり、立ち下がりは高い周波数成分を持つので、この高い周波数成分を出力端子にコンデンサを並列に接続することによってバイパスさせ、立ち上がり、立ち下がりを鈍化させる。
【０１２２】
なお、本実施例では、圧電トランスを用いた場合を説明したが、電磁トランスに用いても良い。
ｃＭＵＴの広帯域特性は、ＤＣバイアスに依存するので、以上のようにＤＣバイアスを発生させることにより広帯域特性を得ることができ、ハーモニックイメージングを用いた超音波診断を行うことができる。なお、本実施形態において、ｃＭＵＴ６ｂを形成したＳｉ基板上または内部に、図１３，図１４に記載した構成要素、例えば、ＳＷ１２、整流器１１，７２、加算器７１、前述した遅延回路（不図示）、チャージアンプ６０を、半導体プロセスを用いて一体化（集積化）することが可能であり、これによって更なるコンパクト化が実現され、体腔内挿入用超音波振動子として、より好ましい形態となる。
【０１２３】
（実施例４）
図１６は、本実施例における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。同図は、図１３の回路に、さらに、昇圧手段７ａの入力側に印加する交流信号を発生させる高周波発振器９０を設けたものである。これは、圧電トランスは交流信号によって動作するデバイスであり、直流電圧動作を目的とした構成になっている。すなわち、信号９１がＤＣ電圧信号であり、これを交流信号９２に変換する手段として高周波発振回路９０が用いられている。
【０１２４】
図１７は、図１６の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。ケーブル伝送信号Ｓｇ１としてＤＣパルス９１（図１７（ａ）参照）が送信され、高周波発振器９０に入力される。高周波発振器９０は、ＤＣパルス９１を高周波数化させ、バースト波９２（図１７（ｂ）参照）に変換する。
【０１２５】
バースト波９２が、圧電トランス２０（例えば、ニオブ酸リチウム単結晶基板）の圧電トランス１次側電極２０ｂに入力され、これ以降は実施例３と同様である（図１７（ｂ）は、図１５（ａ）に対応する。図１７（ｃ）は、図１５（ｂ）に対応する。図１７（ｄ）は、図１５（ｃ）に対応する。図１７（ｅ）は、図１５（ｄ）に対応する。）。
【０１２６】
このようにすることにより、ケーブル伝送信号Ｓｇ１は周波数が低いためケーブル信号ロスがなく、外部へまたは外部からのノイズの授受の影響を受けにくくなる。なお、本実施例では、圧電トランスを用いた場合を説明したが、電磁トランスに用いても良い。
【０１２７】
図１８は、本実施例におけるアレイ型超音波振動子を用いた体腔内挿入部の回路構成のブロック図を示す。静電容量型超音波振動子アレイ１００、図１６の振動子エレメント（６ｂ−１，６ｂ−２，６ｂ−３，・・・，６ｂ−ｎ）を複数配列してアレイ状にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】第１の実施形態における超音波振動子として圧電振動子を用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図２】第１の実施形態（実施例１）における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図３】第１の実施形態（実施例２）における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図４】第１の実施形態におけるｐ−ＭＵＴの構成の一例を示す。
【図５】Ｒｏｓｅｎ型圧電トランスの構造を示す。
【図６】第１の実施形態（実施例２）におけるニオブ酸リチウムを用いた圧電トランスを示す。
【図７】図６のニオブ酸リチウム単結晶基板３１の側面方向から観察した場合の振動変位を示す。
【図８】図６の変形例（その１）である。
【図９】図６の変形例（その２）である。
【図１０】第２の実施形態における超音波振動子として静電容量型超音波振動子（ｃＭＵＴ）を用いた体腔内挿入型超音波診断装置のブロック図を示す。
【図１１】第２の実施形態（実施例１）における昇圧手段として電磁型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図１２】第２の実施形態（実施例２）における昇圧手段として圧電型昇圧トランスを用いた体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図１３】第２の実施形態（実施例３）における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図１４】図１３のＤＣバイアス印加手段７０の詳細を示す。
【図１５】図１４の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。
【図１６】第２の実施形態（実施例４）における体腔内挿入型超音波診断装置の回路構成のブロック図を示す。
【図１７】図１６の体腔内挿入型超音波診断装置内における各信号の波形を示す。
【図１８】第２の実施形態（実施例４）におけるアレイ型超音波振動子を用いた体腔内挿入部の回路構成のブロック図を示す。
【図１９】従来におけるｃＭＵＴの一例を示す。
【図２０】従来における圧電式超音波振動子の駆動回路を用いた制御回路の一例（その１）を示す。
【図２１】従来における圧電式超音波振動子の駆動回路を用いた制御回路の一例（その２）を示す。
【符号の説明】
【０１２９】
１      体腔内挿入型超音波診断装置
２      挿入部
３      超音波プローブ
４      湾曲部及び可撓管部
５      観測装置
６ａ    圧電振動子
６ａ−１  上部電極
６ａ−２  メンブレン
６ａ−３  キャビティ
６ａ−４  シリコン基板
６ａ−５  下部電極
６ａ−６  圧電膜
６ｂ    ｃＭＵＴ
７      高電圧発生手段
７ａ    昇圧手段
８      同軸ケーブル８
８ａ    芯線
８ｂ    シールド線
１０    昇圧トランス
１０ａ  昇圧トランス１次側コイル
１０ｂ，１０ｃ  昇圧トランス２次側コイル
１１    整流器
１２    スイッチ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  スイッチ端子
２０    圧電トランス
２０ａ  圧電振動子
２０ｂ  圧電トランス１次側電極
２０ｃ  接地電極
２０ｄ  圧電トランス２次側電極
２１    抵抗体（直流抵抗）
６０    チャージアンプ
７０    ＤＣバイアス印加手段
７１    加算器
７２    整流器
９０    高周波発振器
【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７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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