(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入可能な挿入部の先端側に設けられる略円筒形状の外側面に沿って、電極が共通となる複数個の静電容量型超音波振動子セルを配置して形成した駆動単位の超音波振動子エレメントを、前記略円筒形状の中心軸と平行な方向に複数個配列したものを分割単位とした超音波振動子ユニットを形成し、該超音波振動子ユニットを前記略円筒形状の外周に沿って複数個配列した構造を有し、
前記複数個の超音波振動子ユニットは、略円筒状に形成されたフレキシブル回路基板に接合されており、
前記円筒状に形成されたフレキシブル回路基板の内側には、前記超音波振動子エレメントを個別に制御する制御回路手段を配置し、
前記制御回路手段は、複数に分割された制御回路ユニットにより構成され、かつ前記超音波振動子ユニットと対向する内周面側に各制御回路ユニットを配置したことを特徴とする静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項２】
前記制御回路ユニットは、複数の制御回路エレメントに分割され、各制御回路エレメントは、各対向した位置の前記超音波振動子エレメントに駆動信号を印加する駆動手段と、受信信号に対する受信処理を行う受信手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項３】
前記フレキシブル回路基板の内側に、前記超音波振動子ユニットと前記制御回路ユニットとのセットを切り替えるスイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項４】
体腔内に挿入可能な挿入部の先端側に設けられる略円筒形状の外側面に沿って、電極が共通となる複数個の静電容量型超音波振動子セルを配置して形成した駆動単位の超音波振動子エレメントを、前記略円筒形状の中心軸と平行な方向に複数個配列したものを分割単位とした超音波振動子ユニットを形成し、該超音波振動子ユニットを前記略円筒形状の外周に沿って複数個配列した構造を有し、
前記超音波振動子ユニット内の複数個の超音波振動子エレメントに対して、位相差をもって駆動信号を印加し、超音波ビームの走査を行う走査手段を有し、
前記位相差の制御が、外部の制御手段によって行われ、信号ケーブルと、前記スイッチ回路を経て行われることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項５】
外部からの駆動信号の印加により、前記超音波振動子ユニット内の複数個の超音波振動子エレメントによる超音波ビーム走査をセクタ走査可能にしたことを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項６】
外部からの駆動信号の印加により、前記超音波振動子ユニットの順次切り替え走査によりラジアル走査可能であることを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項７】
前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、ＲＦ信号にＤＣバイアス信号が重畳された駆動信号を生成することを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項８】
前記ＲＦ信号に重畳させるＤＣバイアス信号は、ＤＣパルス信号であることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項９】
前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、高電圧ＲＦパルス信号を出力することを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１０】
前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、ＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号を出力することを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１１】
前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、正のＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号と負のＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号が連結したダブルパルスを出力することを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１２】
前記円筒状の内側に配置した駆動制御ユニット間の隙間に熱伝導性樹脂を充填した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１３】
前記挿入部の先端側は、複数本の同軸ケーブルと、これらを収容するように配置する超音波透過率の優れた円筒状シースと、前記円筒外側面に配列した複数の超音波振動子と前記円筒状シースとの間に充満させる音響結合液とから構成されることを特徴とする請求項１または４に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１４】
前記超音波透過率の優れた円筒状シースが、前記音響結合液の圧力によって、バルーン変形可能であることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１５】
駆動制御によって得られる、連結した受信超音波信号に関し、先行して発生する超音波応答信号を一時的に保存し、後続する超音波応答信号が発生する時点で、両者の信号を重ね合わせる手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の静電容量型超音波プローブ装置。
【請求項１６】
静電容量型超音波プローブ装置の製造方法は、以下の工程Ｓ１〜Ｓ７を含む。
フレキシブルプリント基板の片側に、静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されたシリコン基板を、他の面側に、駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を接合する工程（Ｓ１）、
次いで駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を、ユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ２）、
更に静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されてシリコン基板をユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ３）、
次いで、ＦＰＣ露出部にマスクをして、金属膜コーティングし、両ユニットの側面を導電コート処理する工程（Ｓ４）、
これを所定の内径の管内に配置し、管壁に沿わせて円筒状のフレキシブルプリント基板と、駆動制御回路ユニットと、静電容量型超音波振動子ユニットとからなる管状構造体を形成する工程（Ｓ５）、
更に、他の駆動制御集積回路基板を内径部の中心部に配置させ、前記した他の駆動制御回路ユニット間の配線、及び同軸ケーブルを接続した上で、絶縁、熱伝導性に優れた複合樹脂を充填する工程（Ｓ６）、
かかる後、前記管状構造体をシースに内装し、前記管状構造体とシースの間の空間に音響結合剤を満たして、最後に封止する工程（Ｓ７）。
【請求項１７】
前記熱伝導性に優れた複合樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂のいずれかに炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のいずれかの微粉末を分散した複合樹脂であることを特徴とする請求項１６に記載の静電容量型超音波プローブ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、体腔内に挿入して超音波診断に使用される静電容量型超音波プローブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、超音波プローブ装置は、音響的な診断に広く利用されるようになった。また、この超音波プローブ装置には、通常、圧電現象を利用した圧電素子が用いられるが、最近、静電容量型の超音波振動子を用いた静電容量型の超音波プローブ装置が提案されている。【０００３】  一方、近年、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。【０００４】  ハーモニックイメージング診断法は、（１）超音波が生体中を伝播する時に、生体組織の非線形性の影響を受け基本波超音波に重畳する高調波を種々の方法で分離し、この信号を用いて画像化するティッシューハーモニックイメージング法と、（２）体内に造影剤バブルを注入し、送信超音波の照射によってバブルが破裂する時に発生する高調波を受信し、基本波超音波に重畳した高調波を種々の方法で分離し、この信号を用いて画像化するコントラストハーモニックイメージング法に分類される。【０００５】  これらはいずれも、従来のＢモード断層像では得られないほどＳ／Ｎが良く、分解能の良好な診断画像が得られることが分かり、医療診断の診断精度の向上に寄与している。【０００６】  従来の体外用のハーモニックイメージング診断装置に用いられている超音波振動子は、基本波送信も高調波受信も、例えば同一の送受信兼用の超音波振動子が用いられてきた。なお、生体組織から反射される超音波パルスのエコーを送信用とは別体に設けた超音波振動子で受信する構成も可能である。【０００７】  高調波信号の信号レベルが基本波に比べはるかに小さいので、ハーモニック画像の劣化に関わる基本波成分を効率よく除去する必要がある。そのために、周知の高調波成分抽出技術（特に第２高調波成分の抽出技術）が利用されている。【０００８】  上述したように、超音波振動子としては、従来の圧電タイプの超音波振動子のほかに、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシン技術を用いて加工した、静電容量型の超音波振動子が提案されている。【０００９】  静電容量型超音波振動子に関しては、従来例として、特表２００４−５０３３１２号公報及び特表２００４−５０３３１３号公報がある。これらの公報には、体外用を目的とした静電容量型の超音波プローブ装置が開示されている。【００１０】  上記公報の従来例は、体外用の目的とした静電容量型の超音波プローブ装置であり、そのため体内用には適用できない欠点があった。また、従来例では感度が低くなる欠点があった。また、体内用の超音波プローブ装置としては、セクタ走査或いはラジアル走査ができるものが望まれている。
静電容量型超音波振動子では、超音波を発生させるため高周波（以下、ＲＦ）パルス信号だけでなくて直流（以下、ＤＣ）バイアス電圧が送信時，受信時ともに必要とされている。つまり、ＲＦパルス信号にＤＣバイアス電圧を重畳させた重畳パルス信号を生成して静電容量型超音波振動子に印加し、それによって超音波を送受信することになる。【００１１】  そのため、従来の静電容量型の超音波プローブ装置では、ＤＣバイアス電圧の印加を必要とし、駆動電圧の実効値が高くなる問題があった。【００１２】  なお、静電容量型超音波振動子については、米国特許６，５５８，３３０号公報に示すように超音波振動子（ｃ−ＭＵＴ）を積層することによって構成したものもある。【００１３】  ところで、従来提案されているラジアル走査型超音波プローブは、圧電型を含めて振動子エレメントは、その長手方向が、挿入軸に平行に、且つ挿入軸の周りに、配列された構造を有するが、この様な構造にするには加工・組み立てが難しい。【００１４】  従来提案されているメカラジアル走査型超音波プローブは、その横方向即ち回転方向分解能が、シースと音響結合体とからなるレンズ効果に強く依存され、音響焦点を深部に設定するのが難しい。【００１５】  一方、静電容量型超音波振動子には、次のような問題がある。第１に、ＤＣバイアス電圧及びＲＦパルス信号としてはそれぞれ、比較的高電圧（例えば１００Ｖ）を常時かけることになるので、駆動電圧の実効値が大きくなること、第２に、体腔内に挿入するタイプを考える場合、体外用とは異なり、外形寸法に制約があり、小型化することが必要となること、第３に、圧電型の超音波振動子に比較し、送信感度が低い為、超音波の深達度が低くなり、診断領域が狭まったり、高調波が発生しにくくなり、静電容量型超音波振動子の特徴である広帯域性を利用出来ないことである。【００１６】  ハーモニックイメージング技術を使うには、広帯域特性を持った超音波振動子が必要となるが、静電容量型超音波振動子は広帯域特性を持つため、ハーモニックイメージング診断に適している。【００１７】  上記の事情に鑑み、本発明の第１の目的は、上述した点に鑑みてなされたもので、体内用でセクタ走査或いはラジアル走査等に使用できると共に、感度も高くできる体腔内挿入用静電容量型超音波プローブ装置を提供する。
本発明の第２の目的は、駆動電圧の実効値を低減でき、安全に体内用に使用できる体腔内挿入用静電容量型超音波プローブ装置を提供する。【００１８】  本発明の第３の目的は、挿入軸の周方向に超音波ビームをラジアル走査でき、生体との音響整合が効率的に実現でき、加工・組み立てが容易であり、静電容量型超音波振動子を用いて、音響焦点を遠方へ配置することが可能となり高感度で高い深達度を持つことができ、従来の基本波Ｂモード診断だけでなくハーモニックイメージング診断に利用可能な静電容量型超音波プローブ装置を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の静電容量型超音波プローブ装置は、体腔内に挿入可能な挿入部の先端側に設けられる略円筒形状の外側面に沿って、電極が共通となる複数個の静電容量型超音波振動子セルを配置して形成した駆動単位の超音波振動子エレメントを、前記略円筒形状の中心軸と平行な方向に複数個配列したものを分割単位とした超音波振動子ユニットを形成し、該超音波振動子ユニットを前記略円筒形状の外周に沿って複数個配列した構造を有し、前記複数個の超音波振動子ユニットは、略円筒状に形成されたフレキシブル回路基板に接合されており、前記円筒状に形成されたフレキシブル回路基板の内側には、前記超音波振動子エレメントを個別に制御する制御回路手段を配置し、前記制御回路手段は、複数に分割された制御回路ユニットにより構成され、かつ前記超音波振動子ユニットと対向する内周面側に各制御回路ユニットを配置したことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記制御回路ユニットは、複数の制御回路エレメントに分割され、各制御回路エレメントは、各対向した位置の前記超音波振動子エレメントに駆動信号を印加する駆動手段と、受信信号に対する受信処理を行う受信手段とを有することを特徴とする。 
本発明において、前記フレキシブル回路基板の内側に、前記超音波振動子ユニットと前記制御回路ユニットとのセットを切り替えるスイッチ回路を設けたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の静電容量型超音波プローブ装置は、体腔内に挿入可能な挿入部の先端側に設けられる略円筒形状の外側面に沿って、電極が共通となる複数個の静電容量型超音波振動子セルを配置して形成した駆動単位の超音波振動子エレメントを、前記略円筒形状の中心軸と平行な方向に複数個配列したものを分割単位とした超音波振動子ユニットを形成し、該超音波振動子ユニットを前記略円筒形状の外周に沿って複数個配列した構造を有し、前記超音波振動子ユニット内の複数個の超音波振動子エレメントに対して、位相差をもって駆動信号を印加し、超音波ビームの走査を行う走査手段を有し、前記位相差の制御が、外部の制御手段によって行われ、信号ケーブルと、前記スイッチ回路を経て行われることを特徴とする。
【００２２】
本発明において、外部からの駆動信号の印加により、前記超音波振動子ユニット内の複数個の超音波振動子エレメントによる超音波ビーム走査をセクタ走査可能にしたことを特徴とする。  
本発明において、外部からの駆動信号の印加により、前記超音波振動子ユニットの順次切り替え走査によりラジアル走査可能であることを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、ＲＦ信号にＤＣバイアス信号が重畳された駆動信号を生成することを特徴とする。
【００２４】
本発明において、前記ＲＦ信号に重畳させるＤＣバイアス信号は、ＤＣパルス信号であることを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、高電圧ＲＦパルス信号を出力することを特徴とする。
【００２６】
本発明において、前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、ＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号を出力することを特徴とする。
【００２７】
本発明において、前記超音波振動子エレメントに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、該駆動信号生成手段は、低電圧パルスの入力で、正のＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号と負のＤＣバイアス電圧が重畳された高電圧ＲＦパルス信号が連結したダブルパルスを出力することを特徴とする。
【００２８】
本発明において、前記円筒状の内側に配置した駆動制御ユニット間の隙間に熱伝導性樹脂を充填した構造を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明において、前記挿入部の先端側は、複数本の同軸ケーブルと、これらを収容するように配置する超音波透過率の優れた円筒状シースと、前記円筒外側面に配列した複数の超音波振動子と前記円筒状シースとの間に充満させる音響結合液とから構成されることを特徴とする。
【００３０】
本発明において、前記超音波透過率の優れた円筒状シースが、前記音響結合液の圧力によって、バルーン変形可能であることを特徴とする。
【００３１】
本発明において、駆動制御によって得られる、連結した受信超音波信号に関し、先行して発生する超音波応答信号を一時的に保存し、後続する超音波応答信号が発生する時点で、両者の信号を重ね合わせる手段を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明の静電容量型超音波プローブ装置の製造方法は、以下の工程Ｓ１〜Ｓ７を含む。
フレキシブルプリント基板の片側に、静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されたシリコン基板を、他の面側に、駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を接合する工程（Ｓ１）、
次いで駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を、ユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ２）、
更に静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されてシリコン基板をユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ３）、
次いで、ＦＰＣ露出部にマスクをして、金属膜コーティングし、両ユニットの側面を導電コート処理する工程（Ｓ４）、
これを所定の内径の管内に配置し、管壁に沿わせて円筒状のフレキシブルプリント基板と、駆動制御回路ユニットと、静電容量型超音波振動子ユニットとからなる管状構造体を形成する工程（Ｓ５）、
更に、他の駆動制御集積回路基板を内径部の中心部に配置させ、前記した他の駆動制御回路ユニット間の配線、及び同軸ケーブルを接続した上で、絶縁、熱伝導性に優れた複合樹脂を充填する工程（Ｓ６）、
かかる後、前記管状構造体をシースに内装し、前記管状構造体とシースの間の空間に音響結合剤を満たして、最後に封止する工程（Ｓ７）。
【００３３】
本発明において、前記熱伝導性に優れた複合樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂のいずれかに炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のいずれかの微粉末を分散した複合樹脂であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施例の静電容量型超音波プローブ装置を備えた内視鏡・超音波システムの全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の静電容量型超音波プローブ装置の先端側の構成を一部を切り欠いて示す斜視図。
【図３】超音波診断装置の電気系の全体構成を示すブロック図。
【図４】図２の円筒形状の超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの断面構造を示す図。
【図５】図４における矢視方向Ａから見た静電容量型超音波振動子ユニットの構造を示す図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面により静電容量型超音波振動子エレメントの構造を示す断面図。
【図７】図４における矢視方向Ｃから見た振動子制御回路ユニットの構造を示す図。
【図８】図７のＤ−Ｄ線断面により振動子制御回路エレメントの構造を示す断面図。
【図９Ａ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｂ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｃ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｄ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｅ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｆ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図９Ｇ】超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示す図。
【図１０Ａ】超音波駆動の説明図。
【図１０Ｂ】超音波駆動の説明図。
【図１０Ｃ】超音波駆動の説明図。
【図１０Ｄ】超音波駆動の説明図。
【図１０Ｅ】超音波駆動の説明図。
【図１１】超音波駆動信号の波形を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施例の静電容量型超音波プローブ装置を備えた超音波診断装置の電気系の構成を示すブロック図。
【図１３】パルスインバージョンによるティッシュハーモニックイメージングでの動作例におけるＤＣバイアス波形制御信号及び超音波振動子エレメントの駆動信号を示す図。
【図１４Ａ】パルスインバージョンの原理説明図。
【図１４Ｂ】パルスインバージョンの原理説明図。
【図１５】本発明の第３の実施例の静電容量型超音波プローブ装置を示す図。
【図１６】図１５の超音波プローブ先端部を拡大して示す図。
【図１７】図１６における超音波ビーム伝播方向変換ロッドの上面図。
【図１８】図１７のＡ−Ａ’線縦断面図。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ’線から見た図。
【図２０】図１８から制御回路及びこれ接続する同軸ケーブル束の線束を取り去った状態を示す縦断面図。
【図２１】超音波ビーム伝播方向変換ロッドの底面に配した超音波振動子の平面図。
【図２２】図２１における超音波振動子エレメントの詳細な構成例を示す図。
【図２３】図２２のＣ−Ｃ’線断面に相当する縦断面図。
【図２４】キャビティとロッドとの間に設けた音響整合手段の一例を示す図。
【図２５Ａ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法のロッド側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｂ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法のロッド側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｃ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法のロッド側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｄ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｅ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｆ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｇ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｈ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｉ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２５Ｊ】超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法の振動子側の製造工程を説明する断面図。
【図２６】本発明の本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面形状の他の例を示す図。
【図２７】本発明の本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面形状のもう１つの他の例を示す図。
【図２８】本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面構造の変形例を示す断面図。
【図２９】図２８における光ファイバーの拡大断面図。
【図３０】本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面構造の他の変形例を示す断面図。
【図３１】本発明の第３の実施例に係る、送受信兼用型の静電容量型超音波プローブ装置のブロック図。
【図３２】ＲＦパルス信号とＤＣパルス信号とを重畳した超音波振動子駆動パルス信号の波形図。
【図３３】超音波振動子駆動パルス信号の他の波形例を示す図。
【図３４】送受信兼用タイプの静電容量型超音波振動子アレイを用いて構成される、静電容量型超音波プローブ装置のブロック図。
【図３５】図３４のアレイ型の超音波振動子の動作を説明する、制御パルス信号及び超音波振動子エレメント駆動パルス信号の波形例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】  以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。【００３６】  ＜第１の実施例＞
図１ないし図１１は本発明の第１の実施例に係り、図１は本発明の第１の実施例を備えた内視鏡・超音波システムの全体構成を示し、図２は本実施例の静電容量型超音波プローブ装置の先端側の構成を示し、図３は超音波診断装置の電気系の全体構成を示し、図４は図２の円筒形状の超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの断面構造を示し、図５は図４における矢視方向Ａから見た静電容量型超音波振動子ユニットの構造を示し、図６は図５のＢ−Ｂ線断面により静電容量型超音波振動子エレメントの断面構造を示す。【００３７】  図７は図４における矢視方向Ｃから見た振動子制御回路ユニットの構造を示し、図８は図７のＤ−Ｄ線断面により振動子制御回路エレメントの断面構造を示し、図９Ａ〜図９Ｇは超音波振動子及び振動子制御回路ブロックの製造工程の手順を示し、図１０Ａ〜図１０Ｅは超音波駆動の説明図を示し、図１１は超音波駆動信号の波形を示す。【００３８】  図１に示す内視鏡・超音波システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡装置２と、本実施例の体腔内挿入用静電容量型超音波プローブ装置（以下、静電容量型超音波プローブ装置と略記）３を備え、超音波診断を行う超音波診断装置４と、により構成されている。【００３９】  内視鏡装置２は、体腔内に挿入され、光学的に観察する内視鏡５と、この内視鏡５に挿通された図示しないライトガイドに照明光を供給する光源装置６と、この内視鏡５に内蔵された撮像素子に対する信号処理を行うビデオプロセッサ（或いはカメラコントロールユニット）７と、このビデオプロセッサ７から出力される映像信号が入力されることにより、撮像素子で撮像した内視鏡画像を表示する内視鏡用モニタ８とにより構成される。【００４０】  この内視鏡５は、体腔内に挿入される細長の挿入部１１を備え、この挿入部１１の後端には操作部１２が設けてある。【００４１】  挿入部１１の先端部１３には照明光を出射する照明窓１４と照明された体腔内の患部等の被検体の光学像を結像する対物レンズが取り付けられた観察窓１５とが設けてある。【００４２】  先端部１３には、チャンネル出口１６が設けてあり、このチャンネル出口１６は、挿入部１１の基端付近の処置具挿入口１７と内部の図示しないチャンネルによって連通している。【００４３】  そして、この処置具挿入口１７から本実施例の静電容量型超音波プローブ装置３を挿入することにより、チャンネルを通してチャンネル出口１６から静電容量型超音波プローブ装置３の先端側を突出させて、患部等の被検体に接触させた状態で使用することにより超音波診断画像を得ることができるようにしている。【００４４】  なお、挿入部１１の先端部１３に隣接して湾曲部１８が設けてあり、操作部１２の湾曲操作ノブ１９を操作することにより、湾曲部１８を所望の方向に湾曲することができる。
一方、超音波診断装置４は、本実施例の静電容量型超音波プローブ装置３と、この静電容量型超音波プローブ装置３の末端に着脱自在に接続される中継ケーブル部２１と、この中継ケーブル部２１の末端に設けたコネクタ２２が着脱自在に接続される超音波観測装置２３と、この超音波観測装置２３から出力される映像信号が入力されることにより、静電容量型超音波プローブ装置３により得た超音波エコー信号から生成した超音波断層像を表示する超音波用モニタ２４とより構成される。【００４５】  本実施例の静電容量型超音波プローブ装置３は、細長で可撓性を有するシース２５により覆われて挿入部２６が形成され、この挿入部２６は内視鏡５のチャンネル内に挿通できるようにしている。【００４６】  この挿入部２６の先端には、図２に示すような超音波プローブヘッド部２７が設けられている。また、この挿入部２６の末端には、ジョイント部２８が設けてあり、中継ケーブル部２１のジョイント部２１ａに着脱自在に接続できるようにしている。【００４７】  図２に示すように円筒形状のシース２５の先端には先端側を閉塞して側面部分は少なくとも超音波の透過率が高い特性を有すると共に、バルーンのように膨張及び収縮等の変形性に富む円筒状のシース先端部材３１を設けて超音波プローブヘッド部２７のハウジングを形成している。【００４８】  このシース先端部材３１内には、円柱形状或いは円筒形状の超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２が収納されている。【００４９】  この超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２における円筒状の外周面に、アレイタイプの静電容量型超音波振動子３３を設け、かつ内周面側には振動子制御回路ユニット３４を設けている。【００５０】  また、このシース先端部材３１内におけるこの超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の周囲は、超音波を伝達する音響伝達媒体３５が充満されている。【００５１】  また、この超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２における後端側には複数の同軸線等の信号線からなるケーブル３６の一端が接続されており、このケーブル３６はシース２５内を挿通され、さらに中継ケーブル部２１内の図示しないケーブルを介して超音波観測装置２３に接続される。【００５２】  このアレイタイプの静電容量型超音波振動子３３は、駆動単位となる静電容量型超音波振動子エレメント３７が円筒面の軸方向にｍ個、円筒面の周方向にｋ個配列して２次元アレイタイプの静電容量型超音波振動子が形成されている。
本実施例においては、後述するように静電容量型超音波振動子エレメント３７を円筒面の軸方向にｍ個配列した静電容量型超音波振動子ユニット３８を形成することにより、円筒面に静電容量型超音波振動子エレメント３７を２次元配列し易い構造にしている。【００５３】  つまり、平板状に２次元配列されたアレイタイプの静電容量型超音波振動子のままでは、円筒面状に簡単に配置することはできないが、円筒面の軸方向のユニットに分割することにより簡単に円筒面状に配置することができるようにしている。この場合、フレキシブル基板上に実装した状態において、フレキシブルプリント回路基板には接続された状態で、各ユニットを分割することにより、フレキシブルプリント回路基板と共に円筒状にすることができるようにしている。【００５４】  この静電容量型超音波振動子ユニット３８を用いて表現すると、円筒面状に２次元配列されるアレイタイプの静電容量型超音波振動子３３は、静電容量型超音波振動子ユニット３８を円筒面の周方向にｋ個配列して形成されていることになる。【００５５】  そして、円筒面の周方向にｋ個配列された静電容量型超音波振動子ユニット３８を順次駆動信号で駆動することにより、駆動された静電容量型超音波振動子ユニット３８の面に垂直な方向に超音波ビームを送出して、図２の矢印で示すようにラジアル走査を行うことができるようにしている。また、ラジアル走査を行う場合とは異なるビームフォーマを行うことによりセクタ走査も行うことができる。【００５６】  超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の立体的な構造を説明する前に、図３を参照して、この超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の構成を含む超音波診断装置４の電気系の全体構成を説明する。【００５７】  図３に示すようにこの超音波診断装置４は、主に超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２と、ケーブル３６により接続される超音波観測装置２３とにより構成されている。超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２は、上述した各静電容量型超音波振動子ユニット３８がそれぞれ振動子エレメント選択ユニット４１に接続されている。つまり、各静電容量型超音波振動子ユニット３８を構成する各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、振動子エレメント選択ユニット４１を構成する振動子エレメント選択スイッチ４２にそれぞれ直列に接続されている。【００５８】  また、各振動子エレメント選択ユニット４１は、超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２を構成する周回選択回路４３と接続され、周回選択回路４３からのオン／オフ選択信号４３ａにより各振動子エレメント選択ユニット４１に属する全ての振動子エレメント選択スイッチ４２全体を同時にオン／オフできるようにしている。このようにしてラジアル走査ができるようにしている。【００５９】  なお、図３の長円により拡大して示すように、各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、電極が共通化された複数の静電容量型超音波振動子セル４４により構成されている。図３の場合には、各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、４個の静電容量型超音波振動子セル４４により構成されている。【００６０】  このように各静電容量型超音波振動子エレメント３７を複数��静電容量型超音波振動子セル４４により構成することにより、単一の静電容量型超音波振動子セルにより形成した場合における変位量が制限されることを防止している。【００６１】  つまり、各静電容量型超音波振動子エレメント３７を小さく区分けした構造にすることにより、分解能を高くできる高周波で効率良く使用できるようにしている。また、各静電容量型超音波振動子ユニット３８ごとにｍ個の静電容量型超音波振動子エレメント３７を位相差を持たせて駆動することにより、生体側に送信される超音波ビームを集束したり、挿入軸方向にセクタ走査を行うことが可能となる。【００６２】  なお、各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、超音波出射面側が接地電極により共通化されて接地され、他方の信号入力側の電極が振動子エレメント選択スイッチ４２に接続されてＲＦ駆動信号が印加される。【００６３】  上記各静電容量型超音波振動子ユニット３８は、直列に接続された振動子エレメント選択ユニット４１を介して、ｍ個のパルサー４５から構成されるパルサー部４６及びｍ個のレシーバ４７から構成されるレシーバ部４８にそれぞれ接続されている。【００６４】  つまり、各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、それぞれ振動子エレメント選択スイッチ４２を介して振幅の小さいＲＦ信号から振幅の大きいＲＦ駆動信号を生成するパルサー４５の出力端及びエコー信号を増幅するレシーバ４７の入力端に接続されている。また、各パルサー４５の入力端は、ケーブル３６を形成する信号線を介して超音波観測装置２３内の送信用遅延部４９を介して送信用波形発生回路５０に接続されている。
そして、送信用波形発生回路５０により発生された送信用のＲＦ信号を、例えばラジアル走査の場合には送信用遅延部４９により、ｍ個の送信用遅延回路における中央側のもの程大きく遅延させる等してパルサー部４６により増幅した後、周回選択回路４３によりオン状態にされた静電容量型超音波振動子ユニット３８の例えばｍ個の静電容量型超音波振動子エレメント３７に上記遅延による位相差だけずれた状態で印加されるようにする。【００６５】  また、パルサー部４６には、ＤＣバイアス電圧発生制御回路（図３中ではＤＣＢＳと略記）５１から低電圧のＤＣバイアス電圧制御信号がパルス状に入力される。そして、パルサー部４６は、ＤＣバイアス電圧制御信号を元にＤＣバイアスパルス信号を発生させ、この低電圧のＤＣバイアスパルス信号と低電圧のＲＦ信号とを加算したものを増幅して、高電圧のＤＣバイアス電圧に高電圧のＲＦ信号が重畳された波形のパルスを生成して、静電容量型超音波振動子ユニット３８側に出力する。この場合におけるタイミング制御は、制御回路５２からの制御信号により行われる。【００６６】  このようにＤＣバイアス電圧を短い期間のみ発生することにより、そのＤＣバイアス電圧の実効値を低減して、使用できるようにしている。また、短い期間のみＤＣバイアス電圧を発生することにより、その発生回路内での電力消費を低減化できる。【００６７】  従って、超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２を構成する各電子部品のサイズ等をより小型化或いは高密度実装をし易くできる効果を有することになる。【００６８】  一方、高入力インピーダンスのチャージアンプにより構成されるレシーバ４７により増幅された受信信号は、低インピーダンスに変換された後、Ａ／Ｄ変換部５３を構成するＡ／Ｄ変換器５４、ケーブル３６の信号線を介して超音波観測装置２３内のフィルタ部５５を構成するフィルタに入力される。【００６９】  なお、本実施例では、Ａ／Ｄ変換部５３を超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２側に設けているが、超音波観測装置２３側に設けるようにしても良い。
本実施例では、Ａ／Ｄ変換部５３を超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２側に設けることにより、受信信号をデジタル信号にできるので、ケーブル３６による伝送の際の劣化を低減できるようにしている。そして、挿入部２６が長いような場合にも、その長さに殆ど影響されないで、Ｓ／Ｎの良い信号を超音波観測装置２３側に伝送できるようにしている。【００７０】  上記フィルタ部５５は、超音波エコー信号成分を抽出する。フィルタの特性は制御回路５２によって決定される。フィルタ部５５を通過した信号は、受信用遅延部５６を経てビーム合成回路５７に入力され、ビーム合成される。【００７１】  このビーム合成回路５７によりビーム合成された後、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣと略記）５８に入力され、映像信号に変換された後、超音波用モニタ２４に出力され、超音波用モニタ２４の表示面に超音波画像を表示できるようにしている。【００７２】  また、レシーバ部４８には、ＤＣバイアス電圧発生制御回路５９から低電圧のＤＣバイアス電圧制御信号を印加できるようにしている。そして、レシーバ部４８は、ＤＣバイアス電圧が印加された静電容量型超音波振動子エレメント３７からＲＦ信号が入力される。静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加されるＤＣバイアス電圧は、制御回路５２からの制御信号により、レシーバ部４８にＲＦ信号が入力される期間のみで発生するようにしている。【００７３】受信時は、入力されるＲＦ信号の振幅が小さいので、本実施例ではＤＣバイアス電圧の値を送信時よりも小さくしてその実効値を低減して、上述したメリット（電力消費の低減化）を保持するようにしている。【００７４】  なお、図３に示すように制御回路５２は、周回選択回路４３、送信用遅延部４９、送信用波形発生回路５０、ＤＣバイアス電圧発生制御回路５１、フィルタ部５５、受信用遅延部５６、ビーム合成回路５７、ＤＣバイアス電圧発生制御回路５９をそれぞれ制御する。また、この制御回路５２には、選択スイッチなどにより構成される走査設定部６０が接続されており、ユーザはこの走査設定部６０を選択操作することにより、ラジアル走査及びセクタ走査から所望とする走査モードを選択したり、走査条件を選択設定できるようにしている。【００７５】  図４は、図２における超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の横断面により、円筒面に沿って形成されたアレイタイプの静電容量型超音波振動子３３の断面と、その内側に形成した振動子制御回路の構造を示す。【００７６】  図４に示すように円筒状のフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ基板と略記）６１の外面にはアレイタイプの静電容量型超音波振動子３３が形成され、またＦＰＣ基板６１の内面には振動子制御回路ユニット３４が形成されている。【００７７】  この場合、静電容量型超音波振動子３３は、両側をユニット間溝６２で挟まれるようにして静電容量型超音波振動子ユニット３８がＦＰＣ基板６１上に形成されている。また、この静電容量型超音波振動子ユニット３８における図４の断面部分は、ユニット３８を構成する静電容量型超音波振動子エレメント３７となる。【００７８】  また、各静電容量型超音波振動子ユニット３８に対向して、ＦＰＣ基板６１の内��の面には、この静電容量型超音波振動子ユニット３８に対応する選択制御や駆動及び増幅等の信号処理を行う振動子制御回路ユニット６３が設けてある。【００７９】  この振動子制御回路ユニット６３においても、各振動子制御回路ユニット６３の両側はユニット間溝６４で挟まれるようにしてＦＰＣ基板６１上に形成されている。【００８０】  なお、後述する製造方法により説明するように、シート状のＦＰＣ基板６１の各面に静電容量型超音波振動子ユニット３８及び振動子制御回路ユニット６３がユニット間溝６２、６４が形成されない状態で一体的に形成された集積回路を、ダイシングソー等により静電容量型超音波振動子ユニット３８及び振動子制御回路ユニット６３を分離するように形成したものを円筒状に加工して図４に示す円筒形状の超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２を形成している。【００８１】  図５は図４における矢視Ａ方向から見た静電容量型超音波振動子ユニット３８を示している。ＦＰＣ基板６１上には、図６にその断面構造を示す適度の厚み（高さ）を持つ静電容量型超音波振動子エレメント３７が円筒の軸方向にｍ個配列して静電容量型超音波振動子ユニット３８が形成されている。【００８２】  図６は図５のＢ−Ｂ線断面による静電容量型超音波振動子エレメント３７の断面構造を示す。【００８３】  各静電容量型超音波振動子エレメント３７は、例えば２行２列で４個、配置した静電容量型超音波振動子セル４４により構成されている。それぞれ４個の静電容量型超音波振動子セル４４の上面には上部電極６５が取り付けられ、これら４つの上部電極６５は共通に接続され、かつ接地される上部共通接地電極６６となる。【００８４】  各静電容量型超音波振動子セル４４は、例えばシリコン基板７１上に、絶縁材料７２２からなる犠牲層エッチング等のプロセスにより設けられた空洞部７２を有し、この空洞部７２の上面を覆う部分を薄膜状にして、振動可能なメンブレン部７３が形成されている。また、メンブレン部７３の上面には、上部電極６５を設け、単位の静電容量型超音波振動子エレメント３７を構成する４つの上部電極６５は、隣接する空洞部７２の間に設けたインターコネクトホール内に配線したコネクト配線７４によりシリコン基板７１の底面（背面）に設けた接地電極パッド７５に接続される。なお、低抵抗のシリコン基板７１を貫通する部分のコネクト配線７４はシリコン基板７１とは絶縁されている。【００８５】  また、各空洞部７２の底面には、それぞれ下部電極７６が配置されていて、単位の静電容量型超音波振動子エレメント３７を構成する４つの下部電極７６は、低抵抗のシリコン基板７１を介して互いに導通している。【００８６】  下部電極７６は、セル毎に分割されていて、低抵抗のシリコン基板７１上にオーミック接触しているので、低抵抗のシリコン基板７１を介して４個の下部電極７６は、エレメント単位で同電位接続となっている。【００８７】  そして、４つの下部電極７６は、１つの空洞部７２の下の低抵抗のシリコン基板７１底面に設けた信号入力用電極パッド７７と導通している。【００８８】  また、低抵抗のシリコン基板７１における外部に露出する底面及び側面部分は、絶縁膜７１１で覆われている。【００８９】  このような構造にすることにより、上部電極６５と下部電極７６との間にコンデンサ構造が形成されるようにしている。そして、ＤＣバイアス電圧に高電圧のＲＦ信号を重畳印加することにより、ＲＦ信号で超音波を発生させることができる電気音響変換の機能を持つと共に、超音波信号によりメンブレンが超音波振動をおこし、ＤＣバイアス電圧の印加により超音波振動に対応する電荷信号に変換される。【００９０】  本実施例では、複数の静電容量型超音波振動子セル４４により静電容量型超音波振動子エレメント３７を構成するので、高い周波数においても効率良く電気音響変換及び音響電気変換ができ、分解能が高い超音波画像が得られる。【００９１】  図７は、図４におけるＣ矢視方向から見た振動子制御回路ユニット６３の構造を示す。また、図８は、図７におけるＤ−Ｄ線断面により振動子制御回路エレメントの構造例を示す。【００９２】  図７に示すようにＦＰＣ基板６１上に形成された振動子制御回路ユニット６３は、図５で説明した静電容量型超音波振動子エレメント３７に対向する位置にそれぞれ形成したｍ個の振動子制御回路エレメント８１により構成される。【００９３】  各振動子制御回路エレメント８１における超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の円筒内面側には電極パッド８２（図７では簡単化のため１つ示しているが、図８に示すように例えば３つの電極パッド８２ａ、８２ｂ、８２ｃからなる）が設けられている。
また、各振動子制御回路エレメント８１におけるＦＰＣ基板６１側の外面側にも図８に示すように電極パッド８３と接地電極パッド８４とが設けてある。【００９４】  図８に示すように振動子制御回路エレメント８１は、例えば振動子第１制御回路８５と振動子第２制御回路８６とにより構成される。【００９５】  振動子第１制御回路８５は、例えば図３に示したように振動子エレメント選択スイッチ４２と、この振動子エレメント選択スイッチ４２のオン／オフを行う周回選択回路４３の一部を構成している。【００９６】  これに対して、振動子第２制御回路８６は、例えば図３における１つのパルサー４５及びレシーバ４７、ＤＣバイアス電圧発生制御回路５１、５９，Ａ／Ｄ変換器５４を構成している。【００９７】  この場合、振動子第１制御回路８５側は、個々の静電容量型超音波振動子エレメント３７に対応して形成されている。これに対して、振動子第２制御回路８６側は、１つの振動子制御回路ユニット６３において、パルサー４５等をそれぞれ１つ設けた構造となっている。【００９８】  図８に示すように振動子制御回路エレメント８１の外周面は、例えば接地される導電膜の外周面を絶縁被覆した接地被覆８７により覆われており、その内部にノイズが混入するのを防止すると共に、内部から外部にノイズを放射することを防止している。
次に図９Ａ〜図９Ｇを参照して本実施例における超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の製造方法を説明する。【００９９】  図９Ａに示すように所定パターンを形成したＦＰＣ基板６１に対して、図９Ｂに示すようにその両面に振動子制御回路ＩＣ基板９１と加工前のアレイタイプの静電容量型超音波振動子９２とを実装する。【０１００】  そして、上面側の振動子制御回路ＩＣ基板９１に対してダイシングソー等により、ダイシング溝９３を形成する。【０１０１】  このように、振動子制御回路ＩＣ基板９１に対してダイシングソー等によりダイシング溝９３を形成したことにより、図９Ｃに示すようにｋ個の振動子制御回路ユニット６３が形成される。【０１０２】  この後、図９Ｄに示すように、上面と下面とをひっくり返す。図９Ｄの状態において、ＦＰＣ基板６１の上面側の加工前のアレイタイプの静電容量型超音波振動子９２に対してダイシングソーにより、ダイシング溝９４を形成すると図９Ｅに示すようにｋ個のアレイタイプの静電容量型超音波振動子ユニット３８が形成される。【０１０３】  このようにＦＰＣ基板６１の両面に実装した振動子制御回路ＩＣ基板９１及び加工前のアレイタイプの静電容量型超音波振動子９２をダイシングソーにより、それぞれダイシング溝９３、９４を形成し、更に図９Ｆに示すように屈曲させ、次いで屈曲させてシース先端部材３１の内部に収まる円筒面形状にすると、図９Ｇに示したものができる。その後、図９Ｇに示すように円筒面の内側の中空部に、例えば円柱形状の第３の振動子制御回路９５を配置し、この第３の振動子制御回路９５と振動子制御回路ユニット６３の内面とを配線９６で接続する。【０１０４】  また、円柱形状の第３の振動子制御回路９５の外周面と振動子制御回路ユニット６３の内周面との間の円環状の空隙部には、熱伝導性が良く、かつ絶縁性を有する熱伝導性樹脂９７を充填して円柱形状の第３の振動子制御回路９５を固定する。【０１０５】  なお、熱伝導性樹脂９７としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂のいずれか、又は混合した樹脂に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のいずれかの微粉末を分散した複合樹脂を用いることができる。【０１０６】  このような構成の静電容量型超音波プローブ装置３による超音波ビーム発生の動作を図１０Ａ〜図１０Ｅ及び図１１を参照して説明する。【０１０７】  電源が投入されると、図３に示すように制御回路５２は、図１０Ａの上段に示すように所定周期Ｔｒｅｐのタイミング信号を送信用波形発生回路５０に送り、送信用波形発生回路５０はこの信号に同期して、図１０Ａの下段に示すように送信用ＲＦ信号をパルス状に発生し、送信用遅延部４９に出力する。【０１０８】  送信用遅延部４９は、制御回路５２からの遅延時間設定信号に応じて遅延時間が設定されるｍ個の遅延回路により形成されている。そして、ｍ個の遅延回路は、入力される送信用ＲＦ信号を、それぞれ設定された遅延時間だけ遅延して出力する。【０１０９】  従って、送信用遅延部４９は、同一ユニット内ではエレメント毎に遅延時間等を与え、例えばビーム集束したり、ビームセクタ走査を行う。【０１１０】  例えば、通常のラジアル走査等に用いられるビームフォーカスの場合には、図１０Ａの下段の送信用ＲＦ信号に対して、送信用遅延部４９は、図１０Ｂの２点鎖線で示す円弧状１０１となる遅延時間を与える。【０１１１】  そして、それぞれ遅延された送信用ＲＦ信号は、それぞれパルサー４５を経て増幅されて、オン状態にされた静電容量型超音波振動子ユニット３８内のｋ個の各静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加されることになる。【０１１２】  この場合、パルサー部４６の各パルサー４５は、低電圧の前記ＲＦ信号と低電圧のＤＣバイアス電圧制御信号が重畳制御された上で、この重畳信号を増幅する。ＤＣバイアス電圧制御信号は、ＤＣバイアス電圧のパルスの極性、パルス幅等を設定する制御信号の入力に伴ってパルサー部４６の中で形成され、オン状態となった静電容量型超音波振動子ユニット３８内の各静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加される。【０１１３】  つまり図１０Ｂの低電圧の送信用ＲＦ信号群は、パルサー部４６にて図１０Ｃに示す高電圧の駆動用ＲＦ信号群となる。【０１１４】  なお、図１０Ｂ及び図１０Ｃでは、紙面の上下方向が、ユニット３８内のｍ個の静電容量型超音波振動子エレメント３７の配列方向となる。【０１１５】  上述のようにＤＣバイアス電圧が加算されるため、図１０Ｃに示す駆動信号波形は、拡大して示すと図１１のようになる。つまり、この駆動信号波形は、高電圧のＤＣバイアス電圧Ｖｄｃが印加されたパルス状のＤＣバイアス波形におけるパルスの中央付近に、高電圧のＶｒｆのＲＦ信号成分が重畳されたものとなっている。【０１１６】  そして、ｍ個の静電容量型超音波振動子エレメント３７から生体側に送信される超音波の波面は、図１０Ｄに示すように円弧状となり、配列方向の中央位置で、配列方向と直交する方向（図１０Ｄでは水平方向）で超音波ビームの集束点となる。なお、エレメント配列方向は円筒面における挿入軸と平行な方向である。【０１１７】  ラジアル走査の場合には、周回選択回路４３により、オンされる振動子エレメント選択ユニット４１が順次移動する。このため、円筒面の周方向に配置されたユニット３８が順次超音波を送信することになり、超音波が挿入軸の回りに放射状に順次送受信されるラジアル走査となる。【０１１８】  一方、制御回路５２から送信用遅延部４９に与える遅延時間設定信号を変更することにより、挿入軸方向にセクタ走査を行うようにすることもできる。【０１１９】  つまり、図１０Ｂで示す遅延時間の分布を示す円弧の中心をエレメント配列方向の中心とし、その配列方向に走査させることにより、セクタ走査できる。【０１２０】  図１０Ｅは、セクタ走査の場合におけるエレメント配列方向の一方に向けて超音波を送信させた時を示す。このようにセクタ走査を行う場合には、制御回路５２から送信用遅延部４９に与える遅延時間設定信号を所定時間Ｔｒｅｐ毎に変更し、かつ、その様な走査を超音波振動子ユニット内で行いながらユニットの選択を周回させ、セクタ走査しながらラジアル走査することが可能となる。【０１２１】  一方、駆動するユニットとしては同じユニットを繰り返し選択する。このようにすることにより、挿入軸方向にセクタ走査することができる。【０１２２】  このようにｍ個の静電容量型超音波振動子エレメント３７を位相差を持たせて同時に駆動することにより、超音波ビームの集束やセクタ走査ができ、体腔内の患部等の検査対象部位側に送信でき、また、その反射超音波を位相差を与えたビーム合成等を行うことにより、特定の点にフォーカシングした超音波エコー信号を得ることができる。【０１２３】  従って、本実施例によれば、中心軸回りのラジアル走査と挿入軸方向にセクタ走査が同時に可能となり、その結果、体腔内３次元超音波像が得られることになる。【０１２４】  また、ＤＣバイアス電圧を印加する期間をＲＦ駆動信号の印加時付近の短い時間や受信時におけるエコー信号が入力される期間ではその値を小さくすることにより、その実効値を低減して体腔内でも使用できる。【０１２５】  また、各静電容量型超音波振動子エレメント３７の近傍において、超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２の電子回路素子を小型化や高密度実装することにより、同軸ケーブルによる信号伝送の際のロスやノイズを低減できる。従って、体腔内に挿入する場合の超音波プローブヘッド部２７の外径などを小さくでき、チャンネル径の小さい細い挿入部の内視鏡を使用できるようになるため、挿入の際に患者に与える苦痛を軽減することもできる。【０１２６】  また、ラジアル走査は、周回選択回路４３からの制御信号によって、振動子ユニットの選択が行われるので、セクタ走査に関わるｍ本の同軸ケーブルで済み、制御する振動子エレメントの数に比例して極めて少ない本数の同軸ケーブルでこと足りることになる。【０１２７】  なお、本実施例においては、図９Ｇに示すように円筒面の内側の中空部に、円柱形状の第３の振動子制御回路９５を配置し、この第３の振動子制御回路９５と振動子制御回路ユニット６３の内面とを配線９６で接続した構造にしているが、以下の変形例のような構造にしても良い。【０１２８】  例えば第３の振動子制御回路９５も含めて中空の円筒形状にする。その場合、円筒形状の内側の中空部の内径が小さくなっても良い。そして、第２のＦＰＣ基板の一方の面にケーブル３６を構成するフラットケーブルの先端側を接続し、その接続後、この第２のＦＰＣ基板を円筒状にして、その円筒面の外周側に形成した電極パッドを振動子制御回路ユニット６３の内面にフリップチップ接続等により接続し、このＦＰＣ基板の内周面に絶縁性の熱伝導性樹脂９７を充填するようにしても良い。【０１２９】  或いは、図９Ｅの状態にした後、この第２のＦＰＣ基板を接続し、円筒形状にしても良い。この場合には、平板形状の状態で、電気的な接続を行うことができるので、接続作業を簡単にできるメリットがある。【０１３０】  以上説明した本実施例は、以下の効果を有する。【０１３１】  パルサーやレシーバ等の回路を各超音波振動子エレメントのすぐ近傍に配置しているので、ケーブルによる大きな信号ロスやケーブルに重畳するノイズを低下できる。【０１３２】  また、挿入軸の回りのラジアル走査と挿入軸方向のセクタ走査を同時に行うことが可能で、体腔内３次元超音波像が得られる。【０１３３】  また、少ない配線数で３次元超音波像が得られる。例えば、上述したエレメント数ｍ＝６４、ユニット数ｋ＝２５６とした場合、従来��では１６３８４本のケーブルが必要になるが、これを（２５６＋α）本の同軸ケーブルでＯＫとなる。ここで、αは制御信号用ケーブル数を示す。【０１３４】  ＜第２の実施例＞
次に本発明の第２の実施例を図１２〜図１４Ｂを参照して説明する。図１２は第２の実施例を備えた超音波診断装置の電気系の構成を示し、図１３はパルスインバージョンによるティッシュハーモニックイメージング（ＴＨＩと略記）での動作例におけるＤＣバイアス電圧制御信号と超音波振動子エレメント駆動信号を示し、図１４Ａ及び図１４Ｂはパルスインバージョンの原理を説明するための、超音波振動子エレメント駆動信号と受信信号からの高調波成分抽出を説明する図を示している。【０１３５】  図１２に示す超音波診断装置４は、図２における超音波振動子及び振動子制御回路ブロック３２において、さらにＡ／Ｄ変換部５３の出力部にメモリ部９９を設け、このメモリ部９９における超音波エコー信号の書き込み及び読み出しを制御回路５２により制御する構成にしている。【０１３６】  つまり、本実施例の静電容量型超音波プローブ装置３は、第１の実施例の静電容量型超音波プローブ装置３において、さらにメモリ部９９を設けた構成である。なお、メモリ部９９を超音波観測装置２３側に設けるようにすることもできる。【０１３７】  また、本実施例では、図３におけるＤＣバイアス電圧発生制御回路５１の代わりに、正及び負極性のＤＣバイアス電圧制御信号を発生するＤＣバイアス電圧発生制御回路５１′を採用している。なお、図１２では簡単化のためＤＣバイアス電圧発生制御回路５１′をＤＣＢＳ５１′と略記している。また、本実施例におけるパルサー部４６における各パルサー４５′は、所定の時間Ｔｉｎｖだけ遅延する遅延回路を有し、先行する駆動信号の後この期間Ｔｉｎｖだけ遅延して後続して駆動信号を出力できるようにしている。【０１３８】  本実施例では、制御回路５２は、パルサー部４６及びＤＣバイアス電圧発生制御回路５１′に対して、図１３の上段に示すＤＣバイアス電圧制御信号を出力し、パルサー部４６は、このＤＣバイアス電圧制御信号により、図１３の下段に示すようにＴＨＩ用の超音波振動子エレメント駆動信号を生成する。その他は、第１の実施例と同様である。【０１３９】  本実施例においては、第１の実施例と同様に動作させることができると共に、メモリ部９９等を設けたことにより、パルスインバージョンを用いてＴＨＩを行うこともできるようにしている。【０１４０】  この場合には、図１３に示すような駆動方法を採用することができる。図１３の上段は、制御回路５１’が出力する低電圧のＤＣバイアス電圧制御信号を示し、図１３の下段はパルサー部４６から出力される高電圧の超音波振動子エレメント駆動信号を示す。【０１４１】  パルスインバージョンを利用してハーモニックイメージングを行う場合の動作原理を、まず図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、パルスインバージョンの原理図を示す。【０１４２】  図１４Ａに示すように駆動信号として、パルスＡと時間差ｔｄ（図１３の期間Ｔｉｎｖに相当）で逆位相のパルスＢからなるダブルパルスを超音波振動子に印加し、生体組織側に超音波を送信する。送信信号も図１４Ａと同形の波形となる。【０１４３】  生体組織の非線形性により、超音波の基本波成分と共に、基本波成分の音圧に対して、例えば数１０ｄＢ小さな音圧を持つ高調波成分が混ざった受信信号が得られることになり、両者が混在した受信信号から基本波成分を除去する必要がある。これによって高調波成分のみを取り出すことができる。【０１４４】  この場合、図１４Ｂに示すように受信信号における基本波成分のパルスＡ、Ｂは送信時と同じ位相関係を保つのに対して、偶数次の高調波成分は、基本波の２乗、４乗、…となるため、全て正のパルスＡ，Ｂとなる。図１４Ｂにおける高調波は第２高調波で示している。【０１４５】  従って、受信信号における基本波成分のパルスＡ及びパルスＢは、時間差ｔｄを０にして和を取るとゼロになる。【０１４６】  これに対して、高調波成分は、時間差ｔｄを０にして和を取ると、倍加することになる。【０１４７】  このようにして、高調波成分のみを抽出することができる。なお、時間差ｔｄを０にする手段としては、本実施例における図１２のメモリ部９９を利用することができる。【０１４８】  つまり、先行する受信パルスＡを一時メモリ部９９に格納し、後続する受信パルスＢが到達した時点で、メモリ部９９から先行する受信パルスＡを読み出して後続する受信パルスＢとの和を取ることにより、基本波成分を０に、偶数次の高調波成分を倍加して得ることができる。【０１４９】  図１４Ａ及び図１４Ｂは、原理図であり、静電容量型に依存しない方法である。これに対して、図１３に示す方法は、静電容量型であるので、極性の異なるＤＣバイアス電圧パルスに同じ位相の駆動信号を重畳して静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加することにより、逆位相の超音波を発生させて、これを生体側に送信する。【０１５０】  受信時には一方の極性のＤＣバイアス電圧を印加した状態で受信信号を得るようにすることにより、図１４Ａ及び図１４Ｂで説明した場合と同様の動作となる。【０１５１】  次に図１３を参照して、パルスインバージョン用の駆動信号の生成方法を説明する。【０１５２】  本実施例では図１３の上段に示すＤＣバイアス電圧制御信号における＋ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰａに同期してＤＣバイアス電圧発生制御回路５１′からの低電圧のＤＣバイアス電圧制御信号がパルサー４５′に入力されると、パルサー４５′はその直後に入力される低電圧のＲＦ信号と加算増幅して、図１３の下段に示すように高電圧の駆動信号を生成する。【０１５３】  つまり、パルサー４５′は、＋ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰａに同期して図１３の下段に示すように電圧値が＋Ｖｄｃの正となる高電圧のＤＣバイアス電圧パルスＢ１を出力し、その際、ＤＣバイアス電圧パルスＢ１に、高電圧のＲＦ信号Ｓ１が重畳した波形の駆動信号を出力する。【０１５４】  高電圧のＤＣバイアス電圧パルスＢ１の発生期間Ｔｄｃは、ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰａから出力停止となる＋ＤＣバイアス停止タイミングパルスＰｂまでとなる。
また、高電圧のＲＦ信号Ｓ１は、＋ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰａの直後の信号電圧値がＶｒｆのＲＦ信号発生タイミングパルスＰｒｆにおいて入力される低電圧のＲＦ信号を増幅するため、そのＲＦ発生タイミングパルスＰｒｆの発生期間Ｔｒｆは、ＤＣバイアス電圧パルスＢ１の発生期間Ｔｄｃより短い。【０１５５】  このように正のＤＣバイアス電圧パルスＢ１に、ＲＦ信号Ｓ１が重畳された駆動信号が静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加される。そして、静電容量型超音波振動子エレメント３７により超音波に変換されて、その超音波が体腔内の生体組織側に送信される。【０１５６】  この超音波による例えば画像生成可能な送信範囲に対応する所定時間Ｔｒｅｐの１／２程度の所定時間Ｔｉｎｖの後、ＤＣバイアス電圧制御信号は、図１３の上段に示すように−ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰｃを伴ったものとなる。この−ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰｃの電圧は、上記＋ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰａの値とは異なる。【０１５７】  そして、この−ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰｃに同期してＤＣバイアス電圧発生制御回路５１′から低電圧のＤＣバイアス制御信号がパルサー４５′に入力されると、パルサー４５′は、その直後に入力される低電圧のＲＦ信号と加算増幅して、図１３の下段に示すように高電圧の駆動信号を出力する。【０１５８】  この場合には、パルサー４５′からは、−ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰｃに同期して図１３の下段に示すように電圧値が−Ｖｄｃの負のＤＣバイアス電圧パルスＢ２が出力され、−ＤＣバイアス停止タイミングパルスＰｄにより出力停止となる。このＤＣバイアス電圧パルスＢ２の発生期間は、Ｔｄｃとなる。【０１５９】  また、上記ＤＣバイアス電圧パルスＢ２の発生期間Ｔｄｃの間における−ＤＣバイアス起動タイミングパルスＰｃの直後の信号電圧値がＶｒｆのＲＦ信号発生タイミングパルスＰｒｆに同期して、パルサー４５′は、低電圧のＲＦ信号を増幅して、図１３の下段に示すように高電圧のＲＦ信号Ｓ２を出力する。この場合には、パルサー４５′は、図示しない遅延回路を用いて低電圧のＲＦ信号を増幅して高電圧のＲＦ信号Ｓ１と同じ波形の高電圧のＲＦ信号Ｓ２を生成する。【０１６０】  ＲＦ発生タイミングパルスＰｒｆの発生期間Ｔｒｆは、ＤＣバイアス電圧パルスＢ２の発生期間Ｔｄｃより短い。【０１６１】  そして、このように負のＤＣバイアス電圧パルスＢ２にＲＦ信号Ｓ２が重畳された駆動信号が静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加される。そして、静電容量型超音波振動子エレメント３７により超音波に変換されて、その超音波が体腔内の生体組織側に送信される。【０１６２】  この場合、先行する正のＤＣバイアス電圧パルスＢ１の場合とは逆に、負のＤＣバイアス電圧パルスＢ２が印加された状態で、ＲＦ信号Ｓ２が静電容量型超音波振動子エレメント３７に印加されるため、この場合には静電容量型超音波振動子エレメント３７は先行する超音波と逆位相の（１８０°ずれた）超音波を発生する。【０１６３】  このようにダブルパルスで静電容量型超音波振動子エレメント３７を駆動する。そして先に送信した超音波を受信した場合には、メモリ���９９に一時格納する。その後、所定時間Ｔｉｎｖだけ経過したタイミングの受信ＲＦ信号とメモリ部９９から読み出した受信ＲＦ信号とを加算することにより、基本波の受信ＲＦ信号は、逆位相となるため、互いにキャンセルでき、高調波（特に第２高調波や偶数次の高調波）成分を２倍で得ることができる。【０１６４】  この高調波成分により基本波の場合と同様の処理を行うことにより、ＴＨＩの超音波断層像を得ることができる。【０１６５】  このように本実施例によれば、第１の実施例と同様の作用効果が得られると共に、さらにＴＨＩの超音波断層像を得る場合にも使用できる。【０１６６】  なお、上述の説明では、周回選択回路４３は、各振動子エレメント選択ユニット４１内に属する全て任意の振動子エレメント選択スイッチ４２のオン／オフができる構成で説明したが、これに限定されるものでなく、周回選択回路４３は、振動子エレメント選択ユニット４１内の任意の振動子エレメント選択スイッチ４２をオン／オフできる構成にしても良い。【０１６７】  この場合においては、ラジアル走査やセクタ走査の他にリニア走査を行うことができる。【０１６８】  なお、本発明は、上述した各実施例を部分的に変更するなどして構成される実施例等も本発明に属する。例えば、第１の実施例においては、円筒面全周に静電容量型超音波振動子エレメント３７を２次元的に形成しているが、円筒面の一部に形成したものも本発明に属する。【０１６９】  尚、静電容量型超音波プローブ装置の製造方法は、以下の工程Ｓ１〜Ｓ７から成っていてもよい。【０１７０】  フレキシブルプリント基板の片側に、静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されたシリコン基板を、他の面側に、駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を接合する工程（Ｓ１）、
次いで駆動制御回路が多数配列形成されたシリコン基板を、ユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ２）、
更に静電容量型超音波振動子セルが、多数配列形成されてシリコン基板をユニット単位でフレキシブルプリント基板表面にダイシングの刃先が、到達する深さでダイシングする工程（Ｓ３）、
次いで、ＦＰＣ露出部にマスクをして、金属膜コーティングし、両ユニットの側面を導電コート処理する工程（Ｓ４）、
これを所定の内径の管内に配置し、管壁に沿わせて円筒状のフレキシブルプリント基板と、駆動制御回路ユニットと、静電容量型超音波振動子ユニットとからなる管状構造体を形成する工程（Ｓ５）、
更に、他の駆動制御集積回路基板を内径部の中心部に配置させ、前記した他の駆動制御回路ユニット間の配線、及び同軸ケーブルを接続した上で、絶縁、熱伝導性に優れた複合樹脂を充填する工程（Ｓ６）、
かかる後、前記管状構造体をシースに内装し、前記管状構造体とシースの間の空間に音響結合剤を満たして、最後に封止する工程（Ｓ７）。【０１７１】  ＜第３の実施例＞
図１５は本発明の第３の実施例の静電容量型超音波プローブ装置を示す図であり、図１５６は図１５の超音波プローブ先端部１を拡大して示している。【０１７２】  図１５において、符号２０１は超音波プローブ先端部、２０２は静電容量型超音波プローブ装置、２０３は超音波プローブ本体、２０３ａは挿入部、２０３ｂはジョイント、２０４は駆動制御部、２０４ａ，２０４ｂはジョイント、２０５は観測装置、２０６はモニターである。【０１７３】  超音波プローブ先端部２０１は超音波センサーとしての超音波振動子を備えていて、細い管で構成される挿入部２０３ａを超音波の鉗子孔の中に挿入し、先端の突き出したところで光学的な画像を内視鏡で見ながら、超音波の画像を観測する、といった使い方をしている。超音波プローブ先端部２０１の超音波振動子としては、従来の圧電型の超音波振動子に代えて、静電容量型の超音波振動子を使用する。【０１７４】  超音波プローブ先端部２０１の構造は、図１６に示すようになっている。図１６において、符号２０１は超音波プローブ先端部、２０７はシース、２０８は超音波伝播媒体である超音波ビーム伝播方向変換ロッド、２０９は液状音響結合媒体である音響結合液、２１０は超音波ビーム、２１１は超音波振動子、２１２は制御回路、２１３は隔壁、２１４は同軸ケーブル束である。【０１７５】  制御回路２１２で超音波振動子２１１が駆動され、超音波振動子２１１で発生した超音波ビームは、ガラス等音響伝播ロスの小さな部材で構成される超音波ビーム伝播方向変換ロッド２０８を挿入軸方向に伝播し、ロッド２０８の先端部分で反射し音響結合液２０９を経てシース２０７の外部へ出射される。シース２０７は先端が球形に閉じた管であって、隔壁２１３を境にして、隔壁２１３の図示左側には水で構成される音響結合液２０９が充填され、超音波をロスなくシース外部へ伝播させる。【０１７６】  図１７は、図１６における超音波ビーム伝播方向変換ロッド２０８，超音波振動子２１１，制御回路２１２及び同軸ケーブル束２１４の部分における上面図である。図１８は図１７のＡ−Ａ’線縦断面図、図１９は図１８のＢ−Ｂ’線から見た図（超音波振動子部分の平面図）である。【０１７７】  これらの図において、符号２１５は超音波反射面、２１６は中空孔、２１７はロッド内超音波ビーム、２１８は超音波ビーム反射点、２１９はロッド底面である。【０１７８】  ロッド２０８は肉厚の円筒状に形成され、その先端面は円錐状に抜いてある。図１８の断面でみると、ロッド２０８の先端面にはテーパが付いた形状となっている。ロッド２０８の先端面は挿入軸方向に対して例えば４５°の角度成分（傾斜）を有していて、挿入軸方向へ出射、伝播した超音波を挿入軸に対し所定の角度である９０°の方向に反射させる。なお、４５°の角度成分は、この値に限定されるものでなく、診断部位に応じて、適宜異なる角度にすることができる。ロッド２０８の挿入軸に相当する部分は中空孔２１６となっている。ロッド２０８の底面２１９はフラットに形成されており、そのフラットの部分にリング状の超音波振動子２１１が接合されている。ロッド２０８と超音波振動子２１１は、両者の内径円の中心が互いに一致する様に配置して接合さ���た構造となっている。さらに、超音波振動子２１１の近傍に接するように制御回路２１２がリング状に配設されている。【０１７９】  超音波振動子２１１については、図１９に示すように複数（図では４つ）の静電容量型超音波振動子セル２２０からなる静電容量型超音波振動子エレメント２２１がリング状超音波振動子の円周方向に多数形成してある。【０１８０】  図２０は、図１８から制御回路２１２及びこれ接続する同軸ケーブル束２１４の線束を取り去った状態を示している。同軸ケーブル束２１４のうち、超音波振動子２１１の電極に接続する線束２１４’のみが示されている。【０１８１】  このような状態で、超音波振動子２１１が振動すると、その振動が超音波ビーム伝播方向変換ロッド２０８に入り挿入軸方向に伝播していく。そして、ロッド２０８の先端面である円錐の反射面２１５で反射すると、挿入軸の方向に対して９０°の方向に反射する。多数の静電容量型超音波振動子エレメント２２１をエレメント単位で回転方向Ｒ（図１７参照）に逐次走査すると、超音波ビーム２１０を回転させてラジアル走査することができる。【０１８２】  なお、図１７乃至図２０に示した超音波プローブ先端部の構成については、また静電容量型超音波振動子を用いた場合のほか、圧電型超音波振動子を用いた場合でも、適用することができる。【０１８３】  超音波反射面２１５を形成する円錐加工面は超音波入射側からみた時凸曲面のため、そこで反射した超音波ビームは、ファンビームに変換される。従って、同じ寸法、材質のシースと音響結合剤を用いた従来構造のプローブに比べ、音響焦点を遠方にシフトでき、深達度が上がる。即ち、超音波反射面２１５は曲面を持っているために超音波ビームが拡がり、大きなレンズ効果を持った音響結合剤が存在していても遠方に集束することになる。このビームが拡がることが、深達度を上げる結果となり、好都合である。【０１８４】  図２１は超音波ビーム伝播方向変換ロッド２０８の底面に配した超音波振動子の平面図を示し、図２２は図２１における超音波振動子エレメントの詳細な構成例を示し、図２３は図２２のＣ−Ｃ’線断面に相当する断面図を示している。【０１８５】  図２２において、静電容量型超音波振動子エレメント２２１を詳しく見ると、静電容量型超音波振動子エレメント２２１は沢山の静電容量型超音波振動子セル２２０の集まりである。静電容量型超音波振動子エレメント２２１には、横方向に複数（図では４つ）の静電容量型超音波振動子セル２２０が集まった静電容量型超音波振動子サブエレメント２２２がある。従って、その静電容量型超音波振動子サブエレメント２２２が幾つか集まって静電容量型超音波振動子エレメント２２１という１つの単位を構成している。【０１８６】  図２３はその静電容量型超音波振動子サブエレメント２２２の断面をＣ−Ｃ’線という切り口で見たものであり、静電容量型超音波振動子セル２２０が４つ並んでいる。【０１８７】  図２３において、符号２２０は静電容量型超音波振動子セル、２２３はシリコン基板、２２４はキャビティ内の第１のメンブレン、２２５は電極（信号用）、２２６，２２７はキャビティ、２２８は第２のメンブレン、２２９は接地（グランド）、２３０はケ��ブル、２３１は超音波、３５１は電極（接地用）である。なお、キャビティ２２６，２２７内には空気が入っている。【０１８８】  四角形の点線枠は静電容量型超音波振動子セル２２０であって、４つのセル２２０が並んでいる。これら４つのセル２２０それぞれのキャビティ２２７を２分割するように（４つのキャビティ共通にではなく）個々に内部メンブレン２２４の膜が入っている。内部メンブレン２２４の片側に電極２２５が形成されており、キャビティ２２７，２２６を区別している。つまり、キャビティ内メンブレン２２４を境にしてキャビティが分断されて２つのサブキャビティ２２７，２２６となっている。もう１つのメンブレン２２８はキャビティの中に形成された膜ではなく、外部メンブレンである。内部メンブレン２２４，外部メンブレン２２８とも、シリコン半導体プロセスによって作成される膜である。【０１８９】  静電容量（コンデンサ）を構成する部分は、外部メンブレン２２８の上に乗った電極３５１と内部メンブレン（キャビティ内メンブレン）２２４の上に配置した電極２２５との間に電圧を印加して、その両電極間に静電引力を発生させる。超音波２３１はその２つの電極２２５，３５１だけから発生する。超音波２３１を発生はするが、基本的には伝播媒体は空気である。空気の音響インピーダンスは非常に小さい。それに対してロッド２０８の音響インピーダンスは非常に高い。つまり、非常に音響インピーダンスの高いロッド２０８と音響的なマッチングをとらなければならない。キャビティ２２６とロッド２０８との間に音響インピーダンスを少しずつ変えていくような音響整合手段を形成することが必要である。【０１９０】  図２４は、キャビティ２２６とロッド２０８との間に設けた音響整合手段の一例を示す図である。キャビティ２２６とロッド２０８との間の、ロッド２０８の底面に近い位置に音響整合層３１６を設けた構成としている。換言すれば、キャビティ２２６のロッド２０８に近い側に音響整合層３１６を形成している。このような音響整合層としては、音響インピーダンスを少しずつ変えていくような一層以上の音響整合層を設けてもよいことは勿論である。【０１９１】  次に、上記の音響整合層３１６の形成をも含めた、超音波プローブ先端部における静電容量型超音波振動子の製造方法を、図２５Ａ〜図２５Ｊを参照して説明する。【０１９２】  図２５Ａ〜図２５Ｊに示す製造方法において、符号２０８は超音波ビーム伝播方向変換ロッド、２２３はシリコン基板、２２４はメンブレン膜、２２５は下部電極（信号電極）、２２６はキャビティ、２２７はキャビティ、３１６は音響整合層、３１７は別体支持部、３２２はエッチング部、３２４はインターコネクトビアホール、３２５は絶縁膜、３２６はコンタクトパッド（共通接地電極（３５１）用）、３２７はコンタクトパッド（信号電極（２２５）用）、３２８はメンブレン支持部、３２９は犠牲層、３３１は犠牲層除去孔、３３３は孔遮蔽膜つきメンブレン、３５１は上部電極（共通接地電極）、である。【０１９３】  図２５Ａ〜図２５Ｊに示す製造方法は、図２５Ａ〜図２５Ｃに示すロッド２０８側の製造工程と、図２５Ｄ〜図２５Ｊに示す静電容量型超音波振動子側の製造工程の２つ��製造工程の組み合わせとなっている。【０１９４】  図２５Ａ〜図２５Ｊにおいて、ロッド２０８側の製造工程は、図２５Ａ（ロッド底面のエッチング）、図２５Ｂ（音響整合層形成）、図２５Ｃ（静電容量型超音波振動子との接合）、の順に製造工程が進行する。【０１９５】  一方、静電容量型超音波振動子側の製造工程は、図２５Ｄ（シリコン基板エッチング・下部電極形成）、図２５Ｅ（犠牲層形成）、図２５Ｆ（メンブレン層形成）、図２５Ｇ（犠牲層除去孔形成）、図２５Ｈ（犠牲層除去）、図２５Ｉ（孔遮蔽膜形成）、図２５Ｊ（上部電極形成）、の順に製造工程が進行する。【０１９６】  ロッド２０８側の製造工程における図２５Ｃの静電容量型超音波振動子との接合では、ロッド２０８側の製造工程での図２５Ｂの音響整合層形成がなされたロッド２０８に対して、静電容量型超音波振動子側の製造工程における図２５Ｊの上部電極形成後の、静電容量型超音波振動子が形成されたシリコン基板２２３を接合している。なお、図２５Ａ〜図２５Ｊの例では、信号電極２２５と接地電極３５１の位置関係は図２３及び図２４の場合とは反対の構成例を示している。【０１９７】  図２６は本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面形状の他の例を示している。符号２３２は錐曲面、２３３は集束超音波ビーム、２３４は超音波ビーム回転軸、２３５は超音波ビーム回転面である。【０１９８】  図２６に示すロッド部分の断面形状の特徴は、円錐状の部分が直線的ではなくて曲線的な形状となっていることである。つまり、円錐状の部分がラッパ状に曲面に形成されている。このように曲面を持たせると、図１６のように超音波振動子と超音波伝播媒体であるロッドとが、水などの液状音響結合媒体とともにシース内に格納された状態では、液状音響結合媒体によるレンズ効果で超音波ビームを挿入軸方向と直交する方向に集束できる。すなわち、焦点を結ばせる手段として錐曲面２３２を設けている。【０１９９】  図２７は本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面形状のもう１つの他の例を示している。符号２３６は音響レンズ、２３７は集束超音波ビーム、２３８はレンズ中心軸である。【０２００】  図２７に示すものは、超音波ビームを集束する手段として、ロッド２０８の先端側外周に音響レンズ２３６を配設したものである。【０２０１】  図２８は本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面構造の変形例を示している。図２９は図２８の光ファイバー２３９の拡大断面図である。これらの図において、符号２３９は光ファイバー、２４０は光照射、２４１は光漏洩処理部、２４２は拡散光である。【０２０２】  図２８において、肉厚の円筒状のロッド２０８は挿入軸部分が中空になっているので、その円筒の内径部に例えば光ファイバー２３９を配置し、光ファイバー２３９の先端で光を送出し、また被写体からの光を受光することで光学像を観察する。これは、内視鏡の鉗子孔を使って体内の超音波診断をする場合とは異なり、内視鏡を用いない超音波診断システムの場合には、内視鏡の代わりになるように光学的に観察するものが必要になるためである。【０２０３】  光ファイバー２３９は、図２９に示すように複数本のファイバを束ねたファイババンドルになっているが、ファイババンドルのうちの外周側の何本かはライトガイドの部分（光照射用の部分）２３９ａであり、残りの中心側の何本かはイメージガイドの部分（光学像観察用の部分）２３９ｂとして用いる構成となっている。つまり、ファイババンドルを同心円状にバンドルし、外側のバンドル２３９ａが光を照射し、内側のバンドル２３９ｂで光を受けて観察することになる。【０２０４】  光ファイバー２３９の先端部分にある光漏洩処理部２４１は、バンドル外周部分が光を外周辺に拡散できるように多数の凹凸のある（所謂ザラザラな）外面に形成してあって、ライドガイド用のファイバから光が外周面側にも滲み出すように構成している。従って、光ファイバー２３９からは光照射２４０のように前方だけでなく、挿入軸と略直交する横方向にも拡散光２４２が出射され、ロッド２０８の超音波反射面２１５の外面で反射させて略前方方向に拡散照射することができる。【０２０５】  図３０は本発明の第３の実施例に係る超音波プローブのロッド部分の断面構造の他の変形例を示している。符号２３６は音響レンズ、２３７は集束超音波ビーム、２３８はレンズ中心軸、２４３は制御回路である。図２７の構成に、制御回路２４３を付加した構成を示している。【０２０６】  図３０では、円筒上のロッド２０８の中空孔２１６の内部に制御回路２４３を配置した構成としたものである。これは、スペースを有効に利用し、かつＩＣ技術を使って小型の制御回路を配置するものである。制御回路２４３としては超音波振動子２１１の制御回路などであり、このように構成することにより超音波振動子２１１の近傍に沢山の信号処理回路をまとめて配設することができる。制御回路としては、図３１或いは図３４に示すような各種の回路がある。【０２０７】  図３１は本発明の第３の実施例に係る、送受信兼用型の静電容量型超音波プローブ装置のブロック図を示している。また、図３２は図３１における静電容量型超音波振動子エレメントの駆動パルス信号波形の一例を示している。【０２０８】  これらの図おいて、符号４４は静電容量型超音波振動子エレメント、２４５，２４６はＤＣバイアス電源、２４７は送受切り替えスイッチ、２４８は振動子エレメント駆動用のＲＦパルス信号、２４９はＲＦパルス信号の入力端子、２５０は受信信号、２５１は受信信号の出力端子、２５２はＲＦパルス信号とＤＣバイアス信号との加算器、２５３は加算命令信号、２５４はパワーアンプ、２５５はチャージアンプ、３０１，３０２は直流阻止コンデンサ、２５６は振動子エレメント駆動信号波形、２５７はバースト波であるＲＦパルス信号成分、ｔｒｆはＲＦパルス信号期間、２５８はＤＣバイアス信号、ＶｂｉａｓはＤＣバイアス電圧、ｔｂｉａｓはＤＣバイアス信号期間、２６０はＤＣバイアス信号の立ち上がり部、２６１はＤＣバイアス信号の立ち下がり部を、それぞれ示している。【０２０９】  図３１では、静電容量型超音波振動子エレメントの単位で超音波の送信及び受信時に駆動信号を入力し、超音波を送信及び受信するもので、基本的にＤＣ電圧と超音波を出力するためのＲＦ電圧とを加算した駆動信号が必要となる。【０２１０】  入力端子２４９にＲＦパルス信���２４８を入力し、直流阻止コンデンサ３０１で直流成分を除去した後、加算器２５２にてＤＣバイアス電源２４５からの一定周期のＤＣバイアス信号と加算させると、図３２のような駆動パルス信号が得られる。【０２１１】  ＲＦパルス信号２４８、及びＤＣバイアス電源２４５からのＤＣバイアス信号は、低電圧の信号であって、加算器２５２で加算された後の定電圧の駆動パルス信号はパワーアンプ２５４で増幅されて高電圧の駆動パルス信号となって静電容量型超音波振動子エレメント２４４に印加され、該静電容量型超音波振動子エレメント２４４を駆動し、超音波を生成する。【０２１２】  送受切り替えスイッチ２４７は、一種の方向性結合器であって、超音波を送信する場合は、入力端子２４９から入ってきたＲＦパルス信号とＤＣバイアス信号の加算信号を増幅した高電圧の駆動パルス信号を静電容量型超音波振動子エレメント２４４に印加することによって、超音波を送信し、超音波を受信する場合は、スイッチ２４７の切替えによって受信用に切り替えられて、診断対象物から反射してくる超音波を受信し、受信した静電容量型超音波振動子エレメント２４４からのエコー信号がチャージアンプ２５５で増幅され、直流阻止コンデンサ３０２で直流成分が除去された後、受信信号２５０として出力端子２５１から出力される。【０２１３】  チャージアンプ２５５の機能は、静電容量型超音波振動子エレメント２４４の出力として電荷の信号が出力されるので、その電荷を受けて電圧信号に変換する機能と、その電圧信号を高い電圧に増幅する機能と、静電容量型超音波振動子エレメント２４４の出力インピーダンスは非常に高いインピーダンスを有しているので、静電容量型超音波振動子エレメント２４４の出力を後段の回路系にマッチングするように低インピーダンスの信号に変換する機能と、の３つの機能がある。インピーダンス変換機能については、出力端子２５１には通常、長いケーブルが接続し、長いケーブルはインピーダンスが低く例えば５０Ω程度のインピーダンスである。従って、この低いインピーダンスのケーブルと整合しないと、ロスが大きくなったり反射が大きくなってノイズが多くなる。そこで、このようなロスやノイズが生じないようにするために、出来るだけ振動子エレメントの近傍で高いインピーダンスを低いインピーダンスに変換することが必要になる。【０２１４】  なお、図３２において、ＤＣバイアス信号２５８の立ち上がり部２６０と立ち下がり部２６１とがなだらかな曲線を描くようになっている。これは、静電容量型超音波振動子エレメント２４４に実際に印加されるＤＣバイアス信号は高電圧であるため、その立ち上がり部及び立ち下がり部が急峻であると、静電容量型超音波振動子エレメント２４４の劣化を早めることになるので、これを防止するためである。図３２では、ＤＣバイアス信号２５８に加算されるＲＦパルス信号２５７はバースト波を形成しているが、ＲＦパルス信号２５７としては図３３に示すようなスパイク波２５９であってもよい。図３３のようなスパイク波２５９をＲＦパルス信号として用いた場合にも、ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓを調整することにより、受信されるエコー信号に関して、ＤＣバイアス電圧に依存した振幅特性、及び、周波数分布特性即ちスペクトル特性を得ることができる。【０２１５】  図３４は、送受信兼用タイプの静電容量型超音波振動子アレイを用いて構成される、静電容量型超音波プローブ装置のブロック図を示している。なお、図３４では、受信側のＤＣバイアス電源を無くした構成を示している。これは、静電容量型超音波振動子について、本出願人が実験をした結果、受信用ＤＣバイアス電源によって供給する受信時のＤＣバイアス電圧がなくても診断対象物にて反射してくる超音波を正常に受信できることを確認しているためである。【０２１６】  図３４において、符号４７０は静電容量型超音波プローブ装置である。符号４２７は複数の送受信兼用タイプの静電容量型超音波振動子エレメント４２５を並べて構成される静電容量型超音波振動子アレイであり、各静電容量型超音波振動子エレメント４２５については、片側の端子はグランド４４３に接地され、もう一方の片側の端子は、送受切り替えスイッチアレイ４２６を構成する各送受切り替え回路４３６の振動子端子ａに接続している。送受切り替え回路４３６は、静電容量型超音波振動子エレメント４２５に接続する振動子端子ａと、送信側回路に接続する送信側端子ｂと、受信側回路に接続する受信側端子ｃとを備えて構成されている。【０２１７】  静電容量型超音波振動子エレメント４２５は、例えば、超音波ビームを体腔内挿入軸の回りに走査するラジアル走査型のアレイ型振動子である。送受切り替えスイッチアレイ４２６を構成する複数の送受切り替え回路４３６は、送受切り替え制御信号４３９によって送受信が切り替えられる。【０２１８】  符号４２８は送信順次切り替えスイッチ、４２９は複数の駆動信号発生器を並べて構成される駆動回路アレイ、４３０はＤＣバイアス電圧を供給する手段である送信用ＤＣバイアス発生回路、４３１はＲＦパルス発生回路である。【０２１９】  ＲＦパルス発生回路４３１は、１０Ｖ以下の低い振幅レベルを有するＲＦパルス信号を生成する機能を有する。このＲＦパルス信号は周波数が１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであり、マイクロプロセッサなどで構成される制御回路４７３の制御に基づいて周波数，パルス幅及び繰り返し時間の情報を持って生成されている。【０２２０】  送信順次切り替えスイッチ４２８は、静電容量型超音波振動子アレイ４２７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４２５に対応したチャンネルを順次一つずつ選択する機能を有する。即ち、ＲＦパルス発生回路４３１からのＲＦパルス信号を入力し、前記制御回路４７３の制御によって順次切り替えタイミングを決め、高速で順次切り替えを行う。スイッチ切り替え手順ａ，ｂ，ｃ…ｎ，ａ，ｂ，ｃ…ｎというように１つ１つ順序正しく切替わってゆく機能を有する。そして、ＲＦパルス信号を各振動子エレメント対応の各チャンネルに出力する。【０２２１】  ＤＣバイアス発生回路４３０は、一定の周期ごとに１０Ｖ以下の低い電圧レベルを有する所定のパルス幅を備えたＤＣパルス信号を生成する機能を有する。ＤＣバイアス発生回路４３０は、制御回路４７３の制御に基づいて、送信順次切り替えスイッチ４２８から出力される各ＲＦパルス信号の切替タイミングに合わせてＤＣバイアス信号、即ちＤＣパル���信号を生成して、駆動回路アレイ４２９に供給する。すなわち、ＤＣバイアス発生回路４３０からは、駆動回路アレイ４２９を構成する振動子エレメントの数に対応した複数の駆動信号発生回路に対応して図示しない複数の出力線が出ており、送信ＲＦパルス信号の切替タイミングに合ったＤＣパルス信号が順次生成されて、複数の駆動信号発生回路に順次供給されるようになっている。【０２２２】  駆動回路アレイ４２９は、複数の駆動信号発生回路で構成され、各駆動信号発生回路は、ＤＣバイアス発生回路４３０からの各チャンネルに合った遅延を持った低電圧のＤＣパルス信号と送信順次切り替えスイッチ４２８の各スイッチ回路から出力される低電圧のＲＦパルス信号とを加算して低電圧の駆動パルス信号を生成した後、該駆動パルス信号を増幅して１５０Ｖ〜２００Ｖの高電圧の超音波振動子エレメント駆動用の駆動パルス信号を生成して、送受切り替えスイッチアレイ４２６の各送受切り替え回路４３６の送信側端子ｂに供給するようになっている。【０２２３】  送受切り替えスイッチアレイ４２６の各送受切り替え回路４３６は、送信時に駆動回路アレイ４２９の各駆動信号発生回路からの駆動パルス信号を入力する送信側端子ｂと、受信時に静電容量型超音波振動子アレイ４２７の各静電容量型超音波振動子エレメント４２５からのパルスエコー信号を出力する受信側端子ｃと、送信時又は受信時に送信側端子ｂ又は受信側端子ｃに切り替えられたときに、静量容量型超音波振動子アレイ４２７の各静電容量型超音波振動子エレメント４２５に対する信号の入力又は出力を行なうための共通端子ａと、を備えている。【０２２４】  送受切り替えスイッチアレイ４２６を構成する複数の送受切り替え回路４３６はそれぞれ静電容量型超音波振動子アレイ４２７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４２５に一対一に対応している。複数の送受切り替え回路４３６でそれぞれの送信タイミングになっているときにそれぞれに対応した静電容量型超音波振動子エレメント４２５に超音波振動子エレメント駆動用の前記高電圧の駆動パルス信号を送って、超音波を発生させる。【０２２５】  静電容量型超音波振動子アレイ４２７の各静電容量型超音波振動子エレメント４２５から送信された超音波に対して生体組織からエコー信号が戻ってくる。そのエコー信号を受信タイミングに従って静電容量型超音波振動子アレイ４２７の各静電容量型超音波振動子エレメント４２５で受信して、チャージアンプアレイ４３２を構成する各チャージアンプに送り、前置増幅する。【０２２６】  このチャージアンプアレイ４３２は、チャージアンプ前段の高インピーダンスの静電容量型超音波振動子エレメント４２５とチャージアンプ後段の低インピーダンスの回路系とをインピーダンスマッチングするためのインピーダンス変換機能と、静電容量型超音波振動子エレメント４２５からの微小信号を電圧増幅する増幅機能とを有するものである。すなわち、静電容量型超音波振動子エレメント４２５は非常に高い出力インピーダンスを有しているので、その振動子エレメントエコー出力信号を、入力インピーダンスの高いプリアンプとして動作するチャージアンプアレイ４３２の各チャージアンプに送って増幅する。また、エコー信号として戻ってくる超音波信号は非常の微弱であり、静電容量型超音波振動子エレメント４２５からの出力エコー信号も電圧に変換した場合、０．５Ｖ〜０．００５Ｖ位の小さなものであり、チャージアンプアレイ４３２では例えば１００〜１０００倍に電圧増幅することが必要となる。【０２２７】  チャージアンプアレイ４３２の出力信号は、フィルタアレイ４３３に送られ、ＲＦノイズを含む各種のノイズ成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器４３４に送られてデジタル信号に変換され、次段の受信順次切り替えスイッチ４３５に送られる。受信順次切り替えスイッチ４３５は一定の速度で順次一つずつ切替わるスイッチで構成されている。【０２２８】  図３４では、複数の静電容量型超音波振動子エレメント４２５が並んだ静電容量型超音波振動子アレイ４２７を使用しているので、多数の静電容量型超音波振動子エレメント４２５で個別のエコー信号が受信できるが、それら受信した多数のエコー信号を一まとめにするために受信順次切り替えスイッチ４３５を用いている。【０２２９】  受信順次切り替えスイッチ４３５は、静電容量型超音波振動子アレイ４２７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４２５に対応したチャンネルを順次一つずつ選択する機能を有する。即ち、Ａ／Ｄ変換器４３４からのデジタル信号を入力し、前記制御回路４７３の制御によって順次切り替えタイミングを決め、高速で順次切り替えを行う。スイッチ切り替え手順ａ，ｂ，ｃ…ｎ，ａ，ｂ，ｃ…ｎというように１つ１つ順序正しく切替わってゆく機能を有する。この切り替えタイミングによって各振動子エレメント対応の各チャンネルからのエコー信号を受信することができる。【０２３０】  受信順次切り替えスイッチ４３５の順次切り替えによって得られる受信信号４４２は、高調波信号処理回路としての位相反転合成回路４７７に入力される。位相反転合成回路４７７は、後述の図３６で説明する第２高調波抽出技術を用いて、受信信号中の第２高調波信号を抽出し、ハーモニックイメージング診断用の信号を生成する。【０２３１】  なお、静電容量型超音波振動子エレメント４２５から生体組織に対して送信する超音波パルス信号は周波数ｆ０の基本波のみから成る信号であるが、基本波ｆ０が生体組織を伝播するときに、生体組織の非線形性によって高調波を発生する。この高調波が反射信号であるエコー信号の中に入って戻り、静電容量型超音波振動子エレメント４２５で受信される。反射されるエコー信号の中から、位相反転合成回路４７７にて第２高調波信号を抽出することになる。【０２３２】  そして、デジタルスキャンコンバータ（図ではＤＳＣと略記）４７８では、ハーモニックイメージング診断用の信号を使って映像化しモニタ４７９に表示することで、超音波診断を行うことができる。【０２３３】  制御回路４７３は、ＲＦパルス発生回路４３１のＲＦパルス発生制御、ＤＣバイアス発生回路４３０，順次切り替えスイッチ４２８及び受信順次切り替えスイッチ４３５の遅延制御、駆動回路アレイ４２９，チャージアンプアレイ４３２，フィルタアレイ４３３，位相反転合成回路４７７，デジタルスキャンコンバータ４７８の制御のほかに、送受切り替え制御信号４３９���て、送受切り替えスイッチアレイ４２６を構成する複数の送受切り替え回路４３６における送信用振動子エレメント及び受信用振動子エレメントの選択制御をも行なう。【０２３４】  次に、図３５を参照して図３４の静電容量型超音波振動子アレイの動作を説明する。【０２３５】  図３５の上段は、駆動回路アレイ４２９を制御するために、制御回路４７３で生成される制御パルス信号４４５の波形を示している。図３５の下段は駆動回路アレイ４２９の各駆動信号発生回路の内部で生成される、低電圧状態の超音波振動子エレメント駆動パルス信号４４６（この符号４４６については図示していない）の波形を示している。【０２３６】  図３５の上段の制御パルス信号４４５の制御によって、駆動回路アレイ４２９の各駆動信号発生回路では、順次切り替えスイッチ４２８の順次切り替えによって得られる低電圧のＲＦパルス信号とＤＣバイアス発生回路４３０からのＲＦパルス信号のタイミングに合った低電圧のＤＣパルス信号とを加算して図３５の下段に示す低電圧の駆動パルス信号４４６を生成した後、該駆動パルス信号４４６を増幅して高電圧の超音波振動子エレメント駆動用の駆動パルス信号４４７を生成して、送受切り替えスイッチアレイ４２６の各送受切り替え回路４３６の送信側端子ｂに供給する。【０２３７】  図３５の上段で、符号５８１は＋ＤＣバイアス起動タイミングパルス、５８２はＲＦ信号発生タイミングパルス、５８３は＋ＤＣバイアス停止タイミングパルス、５８４は−ＤＣバイアス起動タイミングパルス、５８５はＲＦ信号発生タイミングパルス、５８６は−ＤＣバイアス停止タイミングパルス、ＶｒｆはＲＦパルス信号発生期間ｔｒｆを指定するためのＲＦパルス信号電圧、Ｖｄｃ＋は＋ＤＣバイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｄｃ−は−ＤＣバイアス起動／停止パルス電圧、をそれぞれ示している。【０２３８】  図３５の下段で、符号４５１は＋ＤＣパルス信号、４５２は−ＤＣパルス信号、４６１，４６２はＲＦパルス信号、ｔｒｆはＲＦパルス信号発生期間、ｔｂｉａｓはＤＣバイアス信号発生期間、Ｖｄｃ＋は＋ＤＣバイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｄｃ−は−ＤＣバイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｂｉａｓ＋は＋ＤＣバイアス電圧、Ｖｂｉａｓ−は−ＤＣバイアス電圧、をそれぞれ示している。【０２３９】  図３５の上段に示す制御パルス信号４４５における正電圧パルス５８２，５８５のパルス幅ｔｒｆは図３５の下段のＲＦパルス信号４６１，４６２を出力している期間を指定するものである。図３５の上段の負電圧パルス５８１，５８３は図３５の下段の正のＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＋の印加開始と停止のタイミングを指定し、図３５の上段の負電圧パルス５８４，５８６は図３５の下段の負のＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−の印加開始と停止のタイミングを指定するものであり、これらの負電圧パルス５８１，５８３，５８４，５８６はＲＦ信号出力期間に対応したパルス５８２，５８５とはパルス極性を逆にしてある。また、図３５の上段における電圧値の大きさの差異（Ｖｄｃ＋とＶｄｃ−）によって、図３５の下段に示すＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＋，Ｖｂｉａｓ−の極性の違いを指定している。【０２４０】  図３５の下段の信号波形に基づい��超音波振動子エレメント４２５を駆動すると位相の反転した超音波信号が送信される。パルスの最初のピークを見ると、先行したパルスでは、Ｖｂｉａｓ＋＋Ｖｏｐ（＝振幅の最大値）となり、後続パルスではＶｂｉａｓ−＋Ｖｏｐ（＝振幅の最小値）となり位相が反転することになる。ただし、ＶｏｐはＲＦパルス信号６１，６２の振幅を表している。【０２４１】  駆動回路アレイ４２９の各駆動信号発生回路は、ＤＣパルス信号４５１，４５２にＲＦパルス信号４６１，４６２を重畳した駆動パルス信号４４６を生成する機能を有しており、一方の極性、例えば正極性のＤＣパルス信号４５１にＲＦパルス信号４６１を重畳させた第１の重畳パルス信号と、第１の重畳パルス信号形成時に用いたＤＣパルス信号とは逆極性、例えば負極性のＤＣパルス信号４５２に、第１の重畳パルス信号形成時に用いたＲＦパルス信号４６１と振幅，周波数及び極性が同じである同形のＲＦパルス信号４６２を重畳させた第２の重畳パルス信号とが、所定の時間間隔で連なるように組み合わされたダブルパルス信号を生成し、図３５の下段に示すような低電圧の超音波振動子エレメント駆動パルス信号４４６を生成する。【０２４２】  駆動回路アレイ４２９の各駆動信号発生回路から各送受切り替え回路４３６を通して各静電容量型超音波振動子エレメント４２５へ、ダブルパルス信号波形を持った超音波振動子エレメント駆動パルス信号４４６を増幅した高電圧信号４４７が印加されると、各静電容量型超音波振動子エレメント４２５より出力される超音波信号は、前記ダブルパルス信号のうちの最初のＲＦパルス信号に対応した超音波信号と後のＲＦパルス信号に対応した超音波信号とでは、例えばモデル的に２波数で示すと前述した図１４ＡのパルスＡ，Ｂに示すように位相が反転した関係になる。そして、このように位相が反転したパルスを連結させたダブルパルス信号を生体組織に送信すると、生体組織の非線形性の影響で高調波が基本波超音波に重畳する。この場合、基本波の応答は１次即ち１乗、また第２高調波の応答は２乗になる。２乗とは、負の成分も正になることを意味する。基本波は１乗だから正は正、負は負のままである。従って、各静電容量型超音波振動子エレメント４２５で受信される超音波信号の基本波成分は図１４Ｂの上段に示すように図１４Ａの送信超音波信号と同様になるが、受信超音波信号の第２高調波成分は図１４Ｂの下段のように正の成分のみとなる。【０２４３】  従って、受信側の回路系で、受信超音波信号におけるダブルパルスを構成するパルスＡとパルスＢの時間差ｔｄを０にしてそれらの和をとると、基本波成分については正成分と負成分の加算によって基本波成分は無くなり、第２の高調波成分については正成分と正成分の加算により第２の高調波成分は倍加する。つまり、第２の高調波成分だけ抽出できる。これが、静電容量型超音波振動子における、ハーモニックイメージング技術の高調波成分抽出技術である。このような高調波成分抽出技術によって、基本波成分の音圧に対し、１０〜２０ｄＢ小さな音圧を持つ高調波成分を両者混在した受信信号から分離抽出することができる。【０２４４】  例えば、前述した位相反転合成回路４７７において、時間差ｔｄを０にする手段として、最初のパルスＡを一時的にメモリに保存し、後続するパルスＢが到達した時点で和をとる。この様に、一対の、位相が反転したパルスを連結させたダブルパルスを生体組織に印加し、基本波（厳密には奇数次すべて）の応答は１次即ち１乗、また第２高調波（厳密には偶数次全て）の応答は負の信号がなくなり、したがって位相を揃えて両パルスを加算すると基本波（厳密には奇数次すべて）成分は消滅し、第２高調波（厳密には偶数次全て）のみが残る。【０２４５】  なお、実際の超音波診断では、高調波のほかに基本波も観察しなくてはならない。基本波については、従来から行われている別の手段で抽出することになる。そして、最終的に両者の抽出画像を加算して超音波画像にする。【０２４６】  ところで、図３５の下段に示した超音波振動子エレメント駆動パルス信号のＤＣバイアス電圧であるＤＣパルス信号は、そのパルスの立ち上がり、立ち下がりが殆ど垂直である。このように急峻に高いＤＣバイアス電圧（１００Ｖ位）を超音波振動子に断続的に印加すると、静電容量型の超音波振動子が劣化し易く、振動子としての寿命が短くなる可能性がある。従って、ＤＣパルス信号４５１，４５２の立ち上がり部、立ち下がり部についても、図３２に示したようにそれらの立ち上がり部、立ち下がり部を鈍らせてなだらかな傾斜にすることにより、急峻に高電圧が超音波振動子に加わるのを防ぐようにしてもよい。【０２４７】  以上述べた本発明の第３の実施例によれば、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低く、体腔内で使用でき、しかもハーモニックイメージング診断に利用できる静電容量型超音波プローブ装置を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０２４８】  本発明は、静電容量型超音波プローブ装置及びこれを用いた超音波診断装置のほか、電子内視鏡装置と超音波診断装置を組み合わせて内視鏡画像と超音波画像とを同時的に得るようにした超音波内視鏡診断装置にも応用できることは勿論である。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２５Ｆ】
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【図２５Ｇ】
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【図２５Ｈ】
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【図２５Ｉ】
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【図２５Ｊ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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