(57)【要約】【課題】振動子の数に比べ送信器の数を少なくして低コスト化を図るとともに、振動子と送信器を結合する結合ケーブルの信号線数も少なくすることで、結合ケーブルを細くしその柔軟性を向上させた超音波送波器を提供する。【解決手段】２次元状に配列された振動子１〜１６と、振動子と同一の探触子ケース１８に収納され、振動子に供給される送信信号の経路を切り替えるスイッチ１７と、送信信号を供給する送信器２１〜２８と、送信器と同一の本体３０に収納され、スイッチおよび送信器を制御する制御部２９と、探触子ケースと本体とを結合する結合ケーブル１９とが設けられ、制御部は、少なくとも１つの送信器からの送信信号が複数の振動子に供給されるように、スイッチを切り替える遅延時間および送信器から出力される送信信号の遅延時間を制御する。【選択図】  図１
2004290509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列されたＮ個の振動子と、
前記振動子に供給される送信信号の経路を切り替えるスイッチと、
前記スイッチを介して送信信号を前記振動子に供給するＭ（Ｍ＜Ｎ）個の送信器と、
前記送信器と同一の本体に収納され、前記スイッチおよび前記送信器を制御する制御部と、
前記送信器からの送信信号および前記制御部からの制御信号を前記スイッチへ供給する結合ケーブルとを備え、
前記制御部は、少なくとも１つの送信器からの送信信号が複数の振動子に供給されるように、前記制御信号により前記スイッチを制御することを特徴とする超音波送波器。
【請求項２】
前記制御部は、前記スイッチにより送信信号の経路を切り替えるためのデータおよび前記送信器から出力される送信信号の遅延時間を計算する遅延時間計算部を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波送波器。
【請求項３】
前記制御部は、前記遅延時間計算部からの遅延時間を受けて、１つの送信器に接続される振動子の数が概略等しくなるように前記スイッチを制御する遅延時間ソート部を備えることを特徴とする請求項２記載の超音波送波器。
【請求項４】
前記Ｎ個の振動子はＬ個のグループに分けられ、前記スイッチは、前記Ｌ個のグループに対応してＬ個設けられることを特徴とする請求項１記載の超音波送波器。
【請求項５】
前記Ｎ個の振動子はＬ個のグループに分けられ、前記Ｍ個の送信器はＫ個のグループに分けられ、前記スイッチは、前記送信器のＫ個のグループに対応してＫ個ずつのＬ個のグループに分けられ、前記Ｌ個のグループそれぞれにおける前記Ｋ個のスイッチの各々は、前記Ｌ個のグループの振動子に並列接続され、また前記Ｋ個のいずれかのグループの送信器に接続されることを特徴とする請求項１記載の超音波送波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元状に配列された超音波振動子を用いた超音波送波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波送波器は、超音波診断装置の超音波プローブとして、圧電素子をマトリクス状に分割し、それらに送信器が接続され、各振動子を別個に励振制御することにより超音波ビームを３次元的に送波している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−９９８４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波送波器においては、振動子の数と送信器の数が同数であるため、振動子の数が増えるにつれて送信器の数が増え、それによりコストが高くなるという問題があった。また、振動子と送信器を結合する信号線の数も増え、信号線を束ねた結合ケーブルが太くなり、柔軟性に乏しくなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動子の数に比べ送信器の数を少なくして低コスト化を図るとともに、振動子と送信器を結合する結合ケーブルの信号線数も少なくすることで、結合ケーブルを細くしその柔軟性を向上させた超音波送波器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波送波器の第１の構成は、２次元状に配列されたＮ個の振動子と、振動子に供給される送信信号の経路を切り替えるスイッチと、スイッチを介して送信信号を振動子に供給するＭ（Ｍ＜Ｎ）個の送信器と、送信器と同一の本体に収納され、スイッチおよび送信器を制御する制御部と、送信器からの送信信号および制御部からの制御信号をスイッチへ供給する結合ケーブルとを備え、制御部は、少なくとも１つの送信器からの送信信号が複数の振動子に供給されるように、制御信号（遅延データＤ）によりスイッチを制御することを特徴とする。
【０００７】
この場合、制御部は、スイッチにより送信信号の経路を切り替えるためのデータおよび送信器から出力される送信信号の遅延時間を計算する遅延時間計算部を備えることが好ましい。
【０００８】
上記第１の構成によれば、振動子の数に比べ送信器の数を少なくできるので、低コスト化を図ることができる。また、振動子と送信器を結合する信号線の数も少なくすることができるので、探触子ケースと本体とを結合する結合ケーブルを細くしその柔軟性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る超音波送波器の第２の構成において、制御部は、遅延時間計算部からの遅延時間を受けて、１つの送信器に接続される振動子の数が概略等しくなるようにスイッチを制御する遅延時間ソート部を備えることが好ましい。
【００１０】
この第２の構成によれば、上記第１の構成による利点に加えて、特定の送信器に多数の振動子が接続されることが回避され、安定した振動子の駆動が可能になる。
【００１１】
また、本発明に係る超音波送波器の第３の構成において、Ｎ個の振動子はＬ個のグループに分けられ、スイッチは、Ｌ個のグループに対応してＬ個設けられることが好ましい。
【００１２】
この第３の構成によれば、上記第１の構成による利点に加えて、スイッチ１個あたりの入出力端子数を減らすことができるので、回路の集積化が容易となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る超音波送波器の第４の構成において、Ｎ個の振動子はＬ個のグループに分けられ、Ｍ個の送信器はＫ個のグループに分けられ、スイッチは、送信器のＫ個のグループに対応してＫ個ずつのＬ個のグループに分けられ、Ｌ個のグループそれぞれにおけるＫ個のスイッチの各々は、Ｌ個のグループの振動子に並列接続され、またＫ個のいずれかのグループの送信器に接続されることが好ましい。
【００１４】
この第４の構成によれば、スイッチ１個あたりの入出力端子数を減らすことができるので、回路の集積化が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、Ｎ個の振動子１〜１６（Ｎ＝１６）は２次元状に配列され、スイッチ１７に接続される。振動子１〜１６とスイッチ１７は探触子ケース１８に収納される。スイッチ１７は、結合ケーブル１９を介して、Ｍ個の送信器２１〜２８（Ｍ＝８）と制御部２９に接続され、制御部２９からの制御信号に従って送信器１〜２８から振動子１〜１６への送信信号の経路を切り替える。送信器２１〜２８と制御部２９は本体３０に収納される。
【００１８】
図２は、図１の制御部２９の内部構成を示すブロック図である。
【００１９】
図２において、遅延時間計算部２９１からの出力信号は、スイッチ制御部２９２と送信器制御部２９３に供給される。スイッチ制御部２９２からの出力信号は、結合ケーブル１９を介してスイッチ１７に供給される。送信器制御部２９３からの出力信号は、送信器２１〜２８に供給される。
【００２０】
次に、以上のように構成された超音波送波器の動作について説明する。
【００２１】
まず、遅延時間計算部２９１は、各振動子１〜１６を駆動する送信信号である送信パルスの遅延時間ｔｄを計算する。次に、遅延時間ｔｄを量子化時間単位ｔｑにより整数化して、以下の式（１）で表される遅延データＤを求める。
【００２２】
Ｄ＝ｔｄ／ｔｑ                          …（１）
送信器制御部２９３は、遅延データＤと量子化時間単位ｔｑを送信器２１〜２８に送る。一例として、送信器２１の遅延データＤ＝０、送信器２２の遅延データＤ＝１、送信器２３の遅延データＤ＝２、…の様にする。次に、スイッチ制御部２９２は、制御信号として遅延データＤをスイッチ１７へ送る。スイッチ１７は、各振動子１〜１６の遅延データＤに基づき、各振動子１〜１６と送信器２１〜２８を結びつける。このため、少なくとも一つの送信器には複数の振動子が接続されることになる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態によれば、２次元状に配列された１６個の振動子１〜１６すべてを８個の送信器２１〜２８により駆動することができるため、低コストで超音波ビームを３次元的に走査することができる。また、振動子それぞれに対して送信器を設けた場合に比べ、信号線の数を少なくすることができるため、探触子ケース１８と本体３０の間の結合ケーブル１９を細くすることができ、柔軟性を向上させることができる。
【００２４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る超音波送波器における制御部２９の内部構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、制御部２９の構成にある。
【００２５】
図３において、本実施の形態の制御部２９は、遅延時間計算部２９１と、スイッチ制御部２９２と、送信制御部２９３と、遅延時間ソート部２９４とで構成されている。
【００２６】
次に、以上のように構成された超音波送波器の動作について、図３に加えて、図１を参照して説明する。
【００２７】
まず、遅延時間計算部２９１は、各振動子１〜１６を駆動する送信信号である送信パルスの遅延時間ｔｄを計算する。次に、遅延時間ソート部２９４は、遅延時間ｔｄを昇順、あるいは降順にならべ、さらに一つの送信器に接続される振動子の数が概略等しくなるようにする。振動子の数Ｎは１６、送信器の数Ｍは８であるから、この場合１個の送信器により２個の振動子が駆動される。遅延時間ソート部２９４は、遅延時間ｔｄを２個ずつ組にし平均の遅延時間ｔｄを求める。次に、遅延時間ソート部２９４は、遅延時間ｔｄを量子化時間単位ｔｑにより整数化て、上記の式（１）で表される遅延データＤを求める。
【００２８】
送信器制御部２９３は、遅延データＤと量子化時間単位ｔｑを送信器２１〜２８に送る。次に、スイッチ制御部２９２は、制御信号として遅延データＤをスイッチ１７へ送る。スイッチ１７は、各振動子１〜１６の遅延データＤに基づき、各振動子１〜１６と送信器２１〜２８を結びつける。ここで、遅延データＤの値が同じ場合には、スイッチ制御部２９２は異なる送信器を選択する。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、２次元状に配列された１６個の振動子１〜１６すべてを８個の送信器２１〜２８により駆動することができ、低コストで超音波ビームを３次元的に走査できる。また、振動子それぞれに対して送信器を設けた場合に比べ、信号線の数を少なくすることができるため、探触子ケース１８と本体３０の間の結合ケーブル１９を細くすることができ、柔軟性を向上させることができる。さらに、特定の送信器に多数の振動子が接続されることが回避され、安定した振動子の駆動が可能になる。
【００３０】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図である。
【００３１】
図４において、Ｎ個の振動子１〜１６（Ｎ＝１６）は２次元状に配列され、Ｌ個のグループに分けられる。本実施の形態ではＬ＝４としたので、振動子はＮ／Ｌ＝１６／４＝４個ずつのグループに分けている。すなわち、振動子１〜４はスイッチ１７１に接続され、振動子５〜８はスイッチ１７２に接続され、振動子９〜１２はスイッチ１７３に接続され、振動子１３〜１６はスイッチ１７４に接続される。振動子１〜１６とスイッチ１７１〜１７４は探触子ケース１８に収納される。スイッチ１７１〜１７４は、結合ケーブル１９を介して、Ｍ個の送信器２１〜２８（Ｍ＝８）と制御部２９に接続され、制御部２９からの制御信号に従って送信器１〜２８から振動子１〜１６への送信信号の経路を切り替える。送信器２１〜２８と制御部２９は本体３０に収納される。
【００３２】
次に、以上のように構成された超音波送波器の動作について説明する。
【００３３】
まず、制御部２９は、遅延データＤと量子化時間単位ｔｑを送信器２１〜２８に送る。一例として、送信器２１の遅延データＤ＝０、送信器２２の遅延データＤ＝１、送信器２３の遅延データＤ＝２、…の様にする。次に、制御部２９は、遅延データＤをスイッチ１７１〜１７４へ送る。スイッチ１７１〜１７４は、各振動子１〜１６の遅延データＤに基づき、各振動子１〜１６と送信器２１〜２８を結びつける。このため、少なくとも１つの送信器には複数の振動子が接続されることになる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、２次元状に配列された振動子１〜１６すべてを送信器２１〜２８により駆動することができるため、低コストで超音波ビームを３次元的に走査することができる。また、振動子それぞれに送信器を設けた場合に比べ、信号線の数を少なくすることができるため、探触子ケース１８と本体３０の間の結合ケーブル１９を細くすることができ、柔軟性を向上させることができる。さらに、スイッチ１個あたりの入出力端子数を減らすことができるので、回路の集積化が容易となる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、Ｎ個の振動子をＬ個のグループに均等に同じ個数毎に配置したが、割り切れない場合などは、グループ間で若干振動子数が異なってもよい。
【００３６】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図５において、Ｎ個（Ｎ＝１６）の振動子１〜１６は２次元状に配列され、Ｌ＝４個ずつのグループに分けられる。Ｌ個の振動子１〜４に対してＫ個（Ｋ＝２）のスイッチ１８１と１８２が並列接続され、Ｌ個の振動子５〜８に対してＫ個（Ｋ＝２）のスイッチ１８３と１８４が並列接続され、Ｌ個の振動子９〜１２に対してＫ個（Ｋ＝２）のスイッチ１８５と１８６が並列接続され、Ｌ個の振動子１３〜１６に対してＫ個（Ｋ＝２）のスイッチ１８７と１８８が並列接続される。振動子１〜１６とスイッチ１８１〜１８８は探触子ケース１８に収納される。
【００３８】
Ｍ個の送信器２１〜２８（Ｍ＝８）は、Ｋ＝２個ずつのグループ、すなわち送信器２１〜２４のグループと送信器２５〜２８のグループに分けられる。スイッチ１８１、１８３、１８５、１８７は、結合ケーブル１９を介して、送信器２５〜２８と制御部２９に接続される。一方、スイッチ１８２、１８４、１８６、１８８は、結合ケーブル１９を介して、送信器２１〜２４と制御部２９に接続される。送信器２１〜２８と制御部２９は本体３０に収納される。
【００３９】
次に、以上のように構成された超音波送波器の動作について説明する。
【００４０】
まず、制御部２９は、遅延データＤと量子化時間単位ｔｑを送信器２１〜２８に送る。一例として、送信器２１の遅延データＤ＝０、送信器２２の遅延データＤ＝１、送信器２３の遅延データＤ＝２、…の様にする。次に、制御部２９は、遅延データＤをスイッチ１８１〜１８８へ送る。スイッチ１８１〜１８８は、各振動子１〜１６の遅延データＤに基づき、各振動子１〜１６と送信器２１〜２８を結びつける。このため、少なくとも一つの送信器には複数の振動子が接続されることになる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、２次元状に配列された振動子１〜１６すべてを送信器２１〜２８により駆動することができるため、低コストで超音波ビームを３次元的に走査することができる。また、振動子それぞれに送信器を設けた場合に比べ、信号線の数を少なくすることができるため、探触子ケース１８と本体３０の間の結合ケーブル１９を細くすることができ、柔軟性を向上させることができる。さらに、スイッチ１個あたりの入出力端子数を減らすことができるので、回路の集積化が容易となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動子の数に比べ送信器の数を少なくして低コスト化を図るとともに、振動子と送信器を結合する結合ケーブルの信号線数も少なくすることで、結合ケーブルを細くしその柔軟性を向上させた超音波送波器を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図
【図２】図１の制御部２９の内部構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態２に係る超音波送波器における制御部の内部構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態４に係る超音波送波器の一構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１〜１６  振動子
１７、１７１〜１７４、１８１〜１８８  スイッチ
１８  探触子ケース
１９  結合ケーブル
２１〜２８  送信器
２９  制御部
２９１  遅延時間計算部
２９２  スイッチ制御部
２９３  送信器制御部
２９４  遅延時間ソート部
３０  本体
【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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