(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、
送信制御系に設けられて、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整手段と、
受信制御系に設けられて、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、これらの帯域特性の中からいずれか１つの特性を選択可能な帯域処理手段と、
前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の帯域特性選択とを連動して制御する手段と、
を備えたことを特徴とする超音波プローブ装置、
【請求項２】
前記複数の異なる帯域特性は、低域通過特性と、高域通過特性と、該低域通過特性と高域通過特性の中間の帯域通過特性の３つであることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ装置。
【請求項３】
前記直流バイアス電圧を低く設定したときは、前記帯域処理手段を低域通過特性とし、前記直流バイアス電圧を高く設定したときは、前記帯域処理手段を高域通過特性と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装置。
【請求項４】
前記静電容量型超音波振動子が、複数の振動子エレメントからなる配列構造をなし、
該複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段、選択した送信用振動子エレメントのそれぞれに駆動信号を印加する駆動手段、送信超音波ビームを走査する為の送信用遅延手段、該複数の配列振動子エレメント群から受信用振動子エレメントを選択する手段、選択した受信用振動子エレメントのそれぞれからの受信信号を増幅する増幅手段、帯域処理する帯域処理手段、アナログ／デジタル信号変換手段、複数の受信信号を合成するビーム合成手段、画像構築手段、及び画像呈示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装置。
【請求項５】
前記駆動手段からの駆動信号が、高周波パルス信号に、直流パルス信号を重畳させたパルス信号であることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ装置。
【請求項６】
前記直流パルス信号が、立ち上がり部および立ち下がり部で、ガウス関数またはＣＯＳ関数状の曲線を描くことを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ装置。
【請求項７】
前記高周波パルス信号がスパイク状パルスであることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ装置。
【請求項８】
高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、
送信制御系に設けられて、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整手段と、
受信制御系に設けられて、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、これらの帯域特性の中からいずれか１つの特性を選択可能な帯域処理手段と、を備え、
前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、それらを合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することを特徴とする超音波プローブ装置。
【請求項９】
前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記帯域処理手段が低域通過特性を選択し、高電圧を設定する時は、前記帯域処理手段が高域通過特性を選択することを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ装置。
【請求項１０】
前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記静電容量型超音波振動子を複数の振動子エレメントからなる配列構造で構成した場合における複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の開口周縁近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択し、高電圧を設定する時は、前記複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の中心部近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択する制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、体腔内に挿入される挿入部の先端部に静電容量型超音波振動子を回転可能に支持して超音波観測、診断を行う超音波プローブ装置及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば内視鏡の鉗子孔を挿通させ、先端部で超音波振動子装着部を突き出し、生体組織、例えば胃壁に接触させ、胃壁の深部情報、例えば粘膜の層状構造を高い解像度で超音波像描出する超音波診断技術が重要視されつつある。【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又は共振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（特に第２高調波成分）抽出技術が利用されている。【０００８】  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注目されている。【０００９】  静電容量型超音波振動子については、先行例として特表２００４−５０３３１２号公報、及び特表２００４−５０３３１３号公報に次のように開示されている。即ち、複数の静電容量形超音波振動子（ｃ−ＭＵＴと略す）のそれぞれは荷電振動板を有し、この荷電振動板は逆に荷電された基板に容量性をもって対向する。この振動板は、バイアス荷電によって基板へ向けて引きつけられる。この基板は、振動板の移動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中心へ対して隆起した中心部を有する。高調波動作のために、セルに印加される駆動パルスは、高調波帯域における送信信号の歪成分の混入を低減するために、装置の非線形動作に鑑みて予め歪められる。この歪成分の混入した送信超音波には、最初から高周波成分を含んでしまう為、受信した受信した高周波成分が最初から、混入高周波成分を検出しているのか本来の生体からの高周波成分か判別不可能になる。ｃ−ＭＵＴセルは、従来通りの半導体プロセスによって加工され得るため、バイアス荷電レギュレータなどの補助振動子回路と一体化され得る。ｃ−ＭＵＴ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され得るた��、セルは多様なポリマ及び他の物質を用いて形成され得る。【００１０】  静電容量型超音波振動子では、一般に超音波を発生させるため高周波パルス信号だけでなくて直流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、高周波パルス信号に直流バイアス電圧を重畳させた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】  ところで、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、直流バイアス電圧及び高周波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、動作実効電圧が高くなること、又、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、更に、圧電型の超音波振動子に比較し、送信感度が低く、超音波の深達度が低く、診断領域が狭まり、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。【００１２】  一方、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。【００１３】  そこで、本発明は、上記の問題等に鑑み、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、高感度で高い深達度を持つことができ、ハーモニックイメージング診断に利用可能で、しかも振動子の劣化の少ない超音波プローブ装置及び超音波診断装置を提供することを目的とするものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の超音波プローブ装置は、高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、送信制御系に設けられて、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整手段と、受信制御系に設けられて、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、これらの帯域特性の中からいずれか１つの特性を選択可能な帯域処理手段と、前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の帯域特性選択とを連動して制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】  本発明において、前記複数の異なる帯域特性は、低域通過特性と、高域通過特性と、該低域通過特性と高域通過特性の中間の帯域通過特性の３つであることを特徴とする。【００１７】  例えば、前記直流バイアス電圧を低く設定したときは、前記帯域処理手段を低域通過特性とし、前記直流バイアス電圧を高く設定したときは、前記帯域処理手段を高域通過特性とする。【００１８】  この発明によれば、直流バイアス電圧を変えることによって、送信超音波のピーク周波数（振幅レベルが最大になる周波数）が変化することを、本件出願人が実験により見出したので、この結果を利用するものである。すなわち、送信制御系で直流バイアス電圧を低く設定し、かつ受信制御系で帯域処理手段を低域通過特性とした場合には、低周波成分の超音波が送受信される（図１Ａに対応）ので、生体組織の深部を感度を維持して観察することができる。また、送信制御系で直流バイアス電圧を高く設定し、かつ受信制御系で帯域処理手段を高域通過特性とした場合には、高周波成分の超音波が送受信される（図１Ｃに対応）ので、近距離場で分解能を上げた観察を行うことができる。【００１９】  また、本発明において、前記静電容量型超音波振動子が、複数の振動子エレメントからなる配列構造をなし、該複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段、選択した送信用振動子エレメントのそれぞれに駆動信号を印加する駆動手段、送信超音波ビームを走査する為の送信用遅延手段、該複数の配列振動子エレメント群から受信用振動子エレメントを選択する手段、選択した受信用振動子エレメントのそれぞれからの受信信号を増幅する増幅手段、帯域処理する帯域処理手段、アナログ／デジタル信号変換手段、複数の受信信号を合成するビーム合成手段、画像構築手段、及び画像呈示手段を有することを特徴とする。【００２０】  そして、前記駆動手段からの駆動信号が、高周波パルス信号に、直流パルス信号を重畳させたパルス信号であることが望ましい。【００２１】  この発明によれば、動作実効電圧を低くする配慮から、直流バイアス電圧印加は常時行うのではなく、直流パルス電圧を、高周波パルス信号に重畳した駆動パルス信号を静電容量型超音波振動子に印加する。【００２２】  本発明において、前記直流パルス信号が、立ち上がり部および立ち下がり部で、ガウス関数またはＣＯＳ関数状の曲線を描くことを特徴とする。【００２３】  このように、直流直流パルス信号が、立ち上がり部、立ち下がり部において、ガウス関数またはＣＯＳ関数状の曲線を描くことにより、すそ引きを持ったなだらかな傾斜にすることができるので、急峻に高電圧が静電容量型超音波振動子に加わるのを防ぐことができ、静電容量型の振動子が劣化して、寿命が短くなるのを防ぐことができる。【００２４】  本発明において、前記高周波パルス信号がスパイク状パルスであることを特徴とする。【００２５】  高周波パルス信号としては、通常は正弦波状パルス波が用いられるが、これに代えてスパイク波を使用して前記直流パルス信号に重畳してもよい。この場合にも、直流バイアス成分を調整することにより、正弦波状パルス波を用いた場合と同様に、直流バイアス電圧に依存した振幅特���、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。【００２６】
本発明の超音波プローブ装置は、高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、送信制御系に設けられて、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整手段と、受信制御系に設けられて、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、これらの帯域特性の中からいずれか１つの特性を選択可能な帯域処理手段と、を備え、前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、これらを合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することを特徴とする。
【００２７】  そして、前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記帯域処理手段が低域通過特性を選択し、高電圧を設定する時は、前記帯域処理手段が高域通過特性を選択することを特徴とする。【００２８】  また、前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記の送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の開口周縁近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択し、高電圧を設定する時は、前記の送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の中心部近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択する制御を行うことを特徴とする。【００２９】  この発明によれば、静電容量型超音波振動子の開口の円周部の振動子エレメントからは低周波成分の超音波が送信される様に、直流バイアス電圧を小さくし、開口の中心部の振動子エレメントからは高周波成分の超音波が送信される様に、直流バイアス電圧を高く制御する。深部は低周波で、感度を維持し、近距離場では高周波で分解能を上げ、全開口では、両者を合成した深部にまで良好な感度（即ち高い音圧）を持った音場が得られる。【００３０】  以上の構成において、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、高感度で高い深達度を持つことができ、ハーモニックイメージング診断に利用可能で、しかも振動子の劣化の少ない超音波プローブ装置を実現することができる。【００３１】  本発明の超音波プローブ装置は、直流バイアス電圧を高周波パルス信号に重畳させて静電容量型超音波振動子に印加する駆動信号発生手段を有し、その駆動信号印加によって超音波を送受する静電容量型超音波プローブ装置であって、
前記直流バイアス電圧を供給する手段は、直流パルス信号を一定の周期で出力し、かつ該直流パルス信号のパルス発生のタイミング、パルス幅、及びパルス電圧を制御する手段を備えている。【００３２】  この発明によれば、静電容量型超音波振動子に対して、直流バイアス電圧の印加を常時行うのではなく、直流パルス電圧を高周波パルス信号に重畳した駆動パルス信号を印加する。これにより、動作実効電圧が低く安全管理上も好都合である。【００３３】  また、本発明の超音波プローブ装置において、前記駆動信号発生手段は、一方の極性の直流パルス信号に前記高周波パルス信号を重畳させた第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直流パルス信号とは逆極性の直流パルス信号に、第１の重畳パルス信号形成時に用いた高周波パルス信号と同形の高周波パルス信号を重畳させた第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することを特徴とする。【００３４】  この発明によれば、正の直流バイアス信号に高周波パルス信号を重畳したパルスと、負の直流バイアス信号に高周波パルス信号を重畳したパルスを連結したダブルパルスを駆動パルスとし、超音波パルスの受信エコー信号（これもダブルパルス）の先行して発生するパルスを一時メモリに貯え、後続パルスが発生すると同時に、両者を加算することにより、高調波成分を分離して画像化する手法により、ハーモニックイメージング診断に利用することができる。【００３５】  また、本発明の超音波プローブ装置が、マイクロマシン技術を用いて組み立てられた静電容量型超音波振動子と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段を備えている。【００３６】  この発明によれば、小型化でき、体腔内で使用することができる。【００３７】  さらに、本発明の超音波診断装置は、前記超音波プローブ装置が、マイクロマシン技術を用いて組み立てられた静電容量型超音波振動子と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段を備えた超音波プローブ装置であり、この超音波プローブ装置と、該超音波プローブ装置からの出力信号を信号処理し、画像信号を構築し、体腔内超音波診断画像を呈示する本体装置と、を備えて超音波診断装置を構成している。前記超音波プローブ装置は、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。【００３８】  この発明によれば、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可能な超音波診断装置を実現できる。【００３９】  以上の構成において、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超音波プローブ装置及び超音波診断装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を低電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスペクトル特性を示す図。
【図１Ｂ】静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を中電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスペクトル特性を示す図。
【図１Ｃ】静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を高電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスペクトル特性を示す図。
【図２】図１Ａ〜図１Ｃを基にして作成した、横軸を直流バイアス電圧の変化に対する振幅特性，低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を示す図。
【図３】図１Ａ〜図１Ｃの特性測定を行った際の測定回路の回路図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。
【図５】図４におけるフィルタ回路の構成を示すブロック図。
【図６】駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の波形図。
【図７】本発明の第２の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。
【図８】駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の他の例を示す波形図。
【図９】駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の他の例を示す波形図。
【図１０】本発明の第３の実施例の超音波プローブ装置に適用される静電容量型超音波振動子の断面図。
【図１１】送受信分離型の静電容量型超音波振動子の構成を示す図。
【図１２】送受信兼用型の静電容量型超音波振動子の構成を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施例における、静電容量型超音波振動子駆動信号の波形を示す図。
【図１４】本発明の第３の実施例に係る、静電用形超音波振動子アレイを用いた超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。
【図１５】図１４の動作を説明する、制御パルス信号及び静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号の波形図。
【図１６】高調波抽出技術を説明する波形図。
【図１７】静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の一の変形例を示す波形図。
【図１８】静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の他の変形例を示す波形図。
【図１９】本発明の第４の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】  発明の実施の形態について図面を参照して説明する。【００４２】  ＜第１の実施例＞
図１Ａ〜図１Ｃは静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を低，中，高と変えたときに送信される超音波パルスの時間軸上における振幅レベル（実線にて示す）の変化、及び、その実時間波形をフーリエ変換して得られる周波数軸上における周波数特性（スペクトル、点線にて示す）を示す図である。ただし、受信用直流バイアス電圧は０として送信用直流バイアス電圧を変化させた場合の測定値である。本出願人は、受信用直流バイアス電圧は０であっても受信可能であることを、実験的に確認している。【００４３】  図２は、横軸を直流バイアス電圧として変化させた場合に、実時間波形における振幅のピークレベルの変化、低周波成分及び高周波成分の各ピーク周波数（振幅レベルが最大になる周波数）での振幅レベルの変化を示した図である。【００４４】  図３は図１Ａ〜図１Ｃの測定を行った際の測定回路の回路図を示している。【００４５】  図３において、符号３０１は送受兼用静電容量型超音波振動子、３０２は直流電圧遮断コンデンサ、３０３は送受切り替えスイッチ、３０４は可変の直流バイアス電圧電源、３０５は駆動信号入力端子、３０６は駆動信号、３０７は受信信号出力端子、３０８は受信信号、３０９は送信超音波パルス、３１０は受信超音波パルスをそれぞれ示している。図１Ａ〜図１Ｃの測定は、送信入力信号３０６として所定の周波数及び振幅の高周波パルス信号を使用し、直流バイアス電圧電源３０４を変化させた場合に、送信される超音波パルス３０９の信号振幅を測定することによって行われる。【００４６】  図１Ａは送信用及び受信用ともに直流バイアス電圧を０という状態で超音波を送受した場合であり、実線１０２は横軸が時間である振幅レベルを、点線１０１は横軸が周波数である振幅レベルをそれぞれ示している。時間軸上の信号波形１０２に対して、これをフーリエ変換して周波数軸に変換したのが点線のスペクトル波形１０１である。図１Ａでは、スペクトル波形１０１の振幅が最大となる周波数（以下、ピーク周波数）は周波数軸上で比較的低いところにある。【００４７】  図１Ｂは図１Ａに対して送信用直流バイアス電圧を少し上げた場合であり、送信用直流バイアス電圧を少しずつ上げていくと、実線にて示す時間軸上の信号波形の振幅レベルはあるところで最小となる。図１Ｂの実線１１３は時間軸上での信号波形の振幅レベルが最小になったときの状態を示している。最小値になっても超音波振動が全く得られないというわけではなく、ある程度の振幅が得られている。それをフーリエ変換してスペクトルを見ると、点線１１１，１１２にて示すスペクトルが得られる。点線における１１１の部分（低い周波数部分）と図１Ａの符号１０１の部分（低い周波数部分）とを比較すると、１０１に相当する部分が符号１１１の部分として残っていると同時に符号１１２にて示す高い周波数部分のレベルが増加してきている。【００４８】  図１Ｃは更に直流バイアス電圧を上げた場合であり、図１Ａ，図１Ｂに示した符号１０１，１１１の部分（低い周波数部分）でのピークレベルが相対的に下がり、それと対照的に図１Ｂに示した１１２の部分（高い周波数部分）に相当する部分が符号１２２に示すように高いレベルになっている。このように直流バイアス電圧を変えていくと、周波数軸上における点線にて示すスペクトルが、図１Ａ〜図１Ｃのように変わってくる。その様子を横軸に直流バイアス電圧をとって図２に示している。【００４９】  図２は、横軸に直流バイアス電圧、縦軸に振幅或いはピーク周波数での振幅レベルを取って表している。実線２０１は、直流バイアス電圧の変化に応じた、図１Ａ〜図１Ｃにおける１０２，１１３，１２３といった時間軸上の信号のピーク電圧（振幅）の変化を示している。それに対して、直流バイアス電圧の変化に応じた、図１Ａ〜図１Ｃにおける周波数軸上の低い周波数１０１，１１１，１２１での振幅レベルを示しているのが細かい点線２０２に示すカーブ、高い周波数１１２，１２２での振幅レベルを示しているのが粗い点線２０３に示すカーブである。このように低い周波数成分でのピークレベルと高い周波数成分でのピークレベルは、直流バイアス電圧によってその変化の仕方が変わってくる。【００５０】  従って、直流バイアス電圧を変えることによって周波数分布（スペクトル）を変え、ある場合には高い周波数成分を使い、ある場合には低い周波数成分を使うと、以下に示すように超音波像構築時に便利な場合がある。【００５１】  超音波振動子の開口の周縁部近傍の振動子エレメントから低周波の成分を出力し、開口の中心部近傍から高周波の成分を出力すると、深部は低周波で感度を維持し、近距離場は高周波で分解能を上げることができるので、全開口では、両者を合成した深部にまで良好な感度を持つ音場が得られる。【００５２】  図４は本発明の第１の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示している。【００５３】  図４において、超音波プローブ装置は、静電容量型の超音波振動子を構成する振動子エレメント１−１〜１−ｍと、送受信モードを選択可能な操作手段としてのキーボード２と、送信と受信を切り替える電子スイッチ回路３と、ｍ個の振動子エレメントをそれぞれ駆動する駆動信号を生成する駆動回路４−１〜４−ｍと、高周波パルス信号を入力して、ｍ個の振動子エレメントごとに時間遅延制御して時間差を与えた高周波パルス信号を生成する送信用ビームフォーマとして機能する送信用遅延回路５−１〜５−ｍと、低電圧の直流バイアス電圧を調整可能に生成するためのバイアス調整器６−１〜６−ｍと、低電圧の高周波パルス信号を発生して、前記送信用遅延回路５−１〜５−ｍに供給するための波形発生器７と、制御コードを送出可能なコントロール部８と、受信信号（エコー信号）を増幅するアンプ（Ａｍｐ）９−１〜９−ｎと、異なった帯域特性の複数のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎからなる帯域処理部１０と、デジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎと、複数本の信号を１本にまとめるビーム合成回路１２と、画像化するための画像構築手段としてのデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１３と、表示装置（画像呈示手段）としてのモニタ１４と、帯域制御部１５と、を備えている。【００５４】  駆動回路４−１〜４−ｍは、バイアス調整器６−１〜６−ｍから入力される低電圧の直流バイアス電圧に対して、送信用遅延回路５−１〜５−ｍから入力される時間遅延制御された低電圧の高周波パルス信号を重畳することによって、低電圧の駆動信号を生成した後、これを増幅して、高電圧の駆動信号を生成し出力する機能を有している。ここで、低電圧とは１０Ｖ以下の低い電圧、高電圧とは１５０〜２００Ｖ程度の高い電圧を意味する。【００５５】  キーボード２、駆動回路４−１〜４−ｍ、送信用遅延回路５−１〜５−ｍ、バイアス調整器６−１〜６−ｍ、波形発生器７、コントロール部８及び帯域制御部１５は、送信制御系を構成している。また、アンプ９−１〜９−ｎ、帯域処理部１０、Ａ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎ、ビーム合成回路１２、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１３及びモニタ１４は、受信制御系を構成している。【００５６】  符号ｍとｎの関係については、振動子エレメントと送信制御系の回路では１〜ｍ、受信制御系の回路では１〜ｎを用いており、ｍ≧ｎの関係があり、振動子エレメント１−１〜１−ｍについて言えば、送信時はｍ個全て使用して送信し、受信時はｍ個のうちのｎ個を使用して受信することになる。従って、送信制御系の各回路では、送信時、ｍ個の回路が送信動作に関わり、受信制御系の各回路では、受信時、ｎ個の回路が受信動作に関わることになる。【００５７】  静電容量型の超音波振動子のアレイは、振動子エレメント１−１〜１−ｍからなる超音波振動子の開口における振動子エレメントのアレイでも、開口における周辺部と中心部のそれぞれの振動子エレメントのアレイであってもよい。電子スイッチ回路３は送信と受信を切り替えるのに必要とされる。駆動回路４−１〜４−ｍは直流バイアス電圧を高周波パルス信号に加えた高電圧の駆動パルス信号を、駆動回路４−１〜４−ｍと同数の振動子エレメントに供給する。なお、電子スイッチ回路３は、送信の場合はｍ個の振動子エレメントを選択してｍ個の駆動回路４−１〜４−ｍからの駆動パルス信号を入力し、受信の場合はｎ個の振動子エレメントを選択して、ｎ個の振動子エレメントからの受信信号を出力する。【００５８】  送信用遅延回路５−１〜５−ｍは例えばある対象物の一点を観察したいときに超音波ビームをそこに集束させる手段であって、送信用のビームフォーミングに相当するものである。受信用のビームフォーミングとしては、ビーム合成回路１２を使用している。【００５９】  バイアス調整器６−１〜６−ｍは低電圧の直流バイアス電圧を調整可能に生成し、波形発生器７は低電圧の高周波パルス信号を発生する回路である。波形発生器７とバイアス調整器６−１〜６−ｍと送信用遅延回路５−１〜５−ｍでは低電圧信号が使われ、駆動回路４−１〜４−ｍの内部では前段からの低電圧信号を受け、バイアス調整器６−１〜６−ｍからの直流バイアス電圧と送信用遅延回路５−１〜５−ｍからの高周波パルス信号とを低電圧の状態で加算し、この加算信号を増幅して高電圧信号として出力する。【００６０】  前述したように直流バイアス電圧を変えることによって超音波の周波数スペクトルを変えることができるので、まず、バイアス調整器６−１〜６−ｍで直流バイアス電圧を設定して具体的にスペクトルを作成し、そのスペクトルに合わせて受信時にそのスペクトルに対応させたフィルタリングをする。例えば、直流バイアス電圧を高めに設定して高周波成分の信号を抽出しようとするときには、帯域処理部１０を構成するフィルタ回路は受信信号の高周波領域を捉えるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を選択し、直流バイアス電圧を低めに設定して低周波成分の信号を抽出しようとするときには、帯域処理部１０を構成するフィルタ回路は受信信号の低周波領域を捉えるローパスフィルタ（ＬＰＦ）を選択する。このように直流バイアス電圧の高低と連動させて受信側の帯域処理部１０を構成するフィルタ回路の周波数通過帯域（帯域特性という）を選択する。帯域処理部１０を構成する複数のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎを通過した複数の信号はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎで複数のデジタル信号に変換されて、ビーム合成回路１２に供給されて１本化される。ビーム合成回路１２で１本になった信号をデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１３で画像化してモニタ１４にて呈示、即ち表示する。【００６１】  なお、図４では、Ａ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎが帯域処理部１０の後段に配設されているが、Ａ／Ｄ変換器の位置は帯域処理部１０の後段でなくてもよい。例えば、アンプ９−１〜９−ｎの後段にＡ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎを配設し、帯域処理部１０を構成する複数のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎをｎ個のデジタルフィルタ回路で構成してもよい。【００６２】  帯域処理部１０は、受信する振動子エレメント数に相当する数のｎ個のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎを備えていて、そのうちの１つのフィルタ回路、例えばフィルタ回路１０−ｎは図５に示すように構成されている。【００６３】  図５に示すフィルタ回路１０−ｎは、異なった通過周波数帯域の３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３と、これらの３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３の入力側，出力側にそれぞれ設けられて、３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３のうちの１種のフィルタを選択するためのマルチプレクサ１６−１，１６−２とで構成されている。２つのマルチプレクサ１６−１，１６−２は、帯域制御部１５からの制御コード信号にて３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３の中から同時に同じフィルタの入出力を選択するように制御される。３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３の周波数帯域は、低域通過用ＬＰＦであったり、高域通過用ＨＰＦであったり、或いは低域と高域の中間の帯域通過用ＢＰＦであったりする。フィルタ回路１０−ｎには、振動子エレメント１−ｎに対応したアンプ９−ｎからの信号がマルチプレクサ１６−１に入力し、３種のフィルタ１７−１，１７−２，１７−３のうち、帯域制御部１５からの制御コード信号にて選択された何れかのフィルタを通しかつマルチプレクサ１６−２を通して後段のＡ／Ｄ変換器１１−ｎに出力される。フィルタ回路１０−１〜１０−ｎ−１についても同様である。【００６４】  本発明による第１の実施例の作用について、図１〜図５を参照して説明する。【００６５】  操作者が、キーボード２から超音波を送受信するモードを選択することにより、コントロール部８へ送受信モード情報を送出する。コントロール部８では、上述した送受信モード情報を帯域制御部１５へ制御コードとして送出する。帯域制御部１５では、バイアス調整器６−１〜６−ｍへは上述した制御コードに��応した直流バイアス信号の電圧値を選択する選択信号を、受信部の帯域処理部１０のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎへは上述した制御コードに対応したフィルタを選択する選択信号を送出する。【００６６】  ここで、送受信モードの選択について説明する。静電容量型の超音波振動子では、図１及び図２で述べたように直流バイアス電圧を調整することで、送信パルスの帯域を変化させることができる。図１Ａに示すように送信信号に低いバイアスを印加した場合、低周波領域にピークをもつ超音波が送信できる。前述のバイアス電圧を高くすることで、図１Ｂに示すように高域成分を含む超音波が送信できる。さらにバイアス電圧を上げていくと、図１Ｃに示すように広帯域の特性をもつ超音波が送信できる。【００６７】  送信用高周波パルス信号に印加したバイアス電圧の変化による送信超音波波形の帯域の変化を利用して、観察対象部位に応じた超音波信号の送信を行う。【００６８】  例えば、比較的深部に位置する部位を観察するには、図４のバイアス調整器６−１〜６−ｍのバイアス電圧を図１Ａの送信帯域となるように設定し、図４の帯域処理部１０では低域でのピークを含むようなフィルタを選択する。また、分解能を優先にするモードでは、図４のバイアス調整器６−１〜６−ｍのバイアス電圧を図１Ｂの送信帯域となるように設定し、図４の帯域処理部１０では広帯域の特性をもつフィルタを選択する。そして、ハーモニックに代表される高調波を捉える場合は、バイアス調整器６−１〜６−ｍのバイアス電圧を図１Ｃの送信帯域となるように設定し、図４の帯域処理部１０では高域側の成分のみ抽出できる帯域をもつフィルタを選択する。なお、ここでは、同一音線を１回の送信で処理することのみを説明しているが、同一音線を複数回送信するモードにおいて、送信毎に上述した図４のバイアス調整器６−１〜６−ｍの電圧設定と図４の帯域処理部１０の帯域特性選択を逐次的に切り換えて（変更して）もよい。例えば、同一音線の１回目の送信は図１Ａの帯域で行い、２回目の送信は図１Ｂの帯域で行い、得られた受信データを差分することで、高調波のみを取り出すこともできる。これらの動作では、送信ごとに得られる受信データを一時的に格納するための記憶手段としてのバッファメモリが必要となる。【００６９】  これらの作用をなすため、図５のフィルタ回路１０−ｎでは、上述した図４の帯域制御部１５から送出された制御コードより、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１６−１及びマルチプレクサ（ＭＵＸ）１６−２でフィルタ群１７−１〜１７−３のいずれかのフィルタを選択する。【００７０】  再び、図４の説明に戻る。キーボード２より、送受信開始を指示されることにより、コントロール部８より送信トリガ信号が波形発生器７に送られ、波形発生器７より送信信号（高周波パルス信号）が出力され、バイアス調整器６−１〜６−ｍにおいて、上述した帯域制御部１５により設定されたバイアス電圧を送信信号に印加し、バイアス電圧を調整された送信信号は送信用遅延回路５−１〜５−ｍにおいて、被検体の任意の焦点を形成するように送信信号に遅延をかけ、駆動回路４−１〜４−ｍで増幅され、電子スイッチ回路３により駆動する振動子エレメントを切り換えて、例えば振���子エレメント１−１〜１−ｍから被検体内へ超音波が放射される。放射され対象物体から反射された超音波は、振動子エレメント１−１〜１−ｎより受信され、電子スイッチ回路３により受信制御系へ切り換えられ、アンプ９−１〜９−ｎで増幅され、帯域処理部１０のフィルタ回路１０−１〜１０−ｎに入り、設定された帯域のフィルタを通して、Ａ／Ｄ変換器１１−１〜１１−ｎにてディジタル信号に変換され、ビーム合成回路１２において、ビーム合成され、ＤＳＣ１３にて画像信号変換して画像を構築し、構築された画像をモニタ１４に表示する。【００７１】  図４の第１の実施例では、バイアス調整器（６−１〜６−ｍ）と帯域処理部１０の組み合わせで、バイアス調整器６−１〜６−ｍが低電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部１０はＬＰＦが動作する様に帯域制御部１５からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の周縁部（＝開口の周縁部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スイッチ回路３で選択され、受信信号も開口の周縁部からの送受信号（低周波成分）を扱うことになる。この信号は深部に届く高深達度診断画像信号を提供する。【００７２】  一方、バイアス調整器（６−１〜６−ｍ）が高電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部１０はＨＰＦが動作する様に帯域制御部１５からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の中心部（＝開口の中心部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スイッチ回路３で選択され、受信信号も開口の中心部からの送受信号（高周波成分）を扱うことになる。この信号は深部に届かないが、近距離部で高分解能診断画像を提供する。【００７３】  図６は上記駆動回路４−１〜４−ｍから静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の波形図を示している。【００７４】  駆動回路４−１〜４−ｍにおける直流バイアス電圧発生手段は、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを一定の周期で所定のパルス幅を有した実効電圧の小さな直流パルス信号１９として生成し、この信号１９のパルス幅期間内に本来の高周波パルス信号２０をバースト波として重畳させる。ｔｒｆは高周波パルス信号期間を示している。このように、駆動回路４−１〜４−ｍはそれぞれ、高周波パルス信号２０に、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを持った一定周期の直流パルス信号１９を重畳させた駆動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信及び受信する。この場合、直流バイアス電圧発生手段は、直流バイアス電圧成分Ｖｂｉａｓを持った直流パルス信号１９を一定の周期で発生し、直流パルス信号１９のパルス発生のタイミング、パルス幅、及びパルス電圧Ｖｂｉａｓを制御する機能を備えていてもよい。【００７５】  このように、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを調整することにより、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２に示すような直流バイアス電圧に依存した振幅特性、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。【００７６】  さらに、直流パルス信号１９の立ち上がり部２１、立ち下がり部２２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ことにより、静電容量型の振動子が劣化して���振動子としての寿命が短くなるのを防ぐことができる。より具体的には、直流直流パルス信号が、立ち上がり部２１、立ち下がり部２２に於いて、ガウス関数またはＣＯＳ関数状の曲線を描くことにより、すそ引きを持ったなだらかな傾斜にすることができる。
なお、図４では、単に開口の中心部、周縁部に対応して高周波成分、低周波成分という様に、個別に超音波診断像を描出するものである。これに対して、次に、開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分の両信号を合成することによって全領域（全開口）で診断しやすい超音波診断像が得られるようにした実施例について説明する。【００７７】  ＜第２の実施例＞
図７は本発明の第２の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示している。【００７８】  図７において、図４と異なる点は、ビーム合成回路１２の前段にメモリ回路１８を設けたことである。その他の構成は図４と同様である。【００７９】  メモリ回路１８を設けたのは、開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分が時間間隔をおいて検出されると、例えば先に高周波成分を抽出したときにはそれを予めメモリ回路１８に記憶しておいて後で低周波成分がきたときに両成分を合成して合成信号をビーム合成回路１２に供給する。時間的に先行した信号と後続した信号を時間的に一致させて連結させるための手段としてメモリ回路１８を設けている。つまり、高周波成分の信号をまず受信してメモリ回路１８に入れ記憶しておいて後続する低周波成分の信号がきたときに同時に両信号を一組の信号として取り扱ってビームフォーミングをかける。【００８０】  図７の第２の実施例では、図４の第１の実施例と同様に、バイアス調整器（６−１〜６−ｍ）と帯域処理部１０の組み合わせで、バイアス調整器６−１〜６−ｍが低電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部１０はＬＰＦが動作する様に帯域制御部１５からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の周縁部（＝開口の周縁部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スイッチ回路３で選択され、受信信号も開口の周縁部からの送受信号（低周波成分）を扱うことになる。この信号は深部に届く高深達度診断画像信号を提供する。【００８１】  一方、バイアス調整器（６−１〜６−ｍ）が高電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部１０はＨＰＦが動作する様に帯域制御部１５からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の中心部（＝開口の中心部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スイッチ回路３で選択され、受信信号も開口の中心部からの送受信号（高周波成分）を扱うことになる。この信号は深部に届かないが、近距離部で高分解能診断画像を提供する。【００８２】  そして、本第２の実施例の特徴は、上記の開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分の両信号をメモリ回路１８を用いて合成することによって全領域（全開口）で診断しやすい超音波診断像が得られる点にある。これは、前述したように、合成時に先行する受信信号を一時的にメモリ回路１８に記憶することによって可能としている。【００８３】  従って、本第２の実施例によれば、次のように表現することができる。バイアス調整手段の電圧設定と、帯域処理手段の帯域特性選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、それらを合成手段にて合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することができる。【００８４】  尚、以上述べた第１，第２の実施例では、図６に示したような直流パルス信号１９のパルス幅内に、駆動パルス信号として高周波パルス信号２０のバースト波を重畳した駆動信号を使用しているが、そのようなバースト波に代えて図８に示すように直流パルス信号１９にスパイク波２３を重畳させて駆動パルス信号としてもよい。図８のような駆動パルス信号を用いた場合にも、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓ���調整することにより、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２に示すような直流バイアス電圧に依存した振幅特性、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。【００８５】  また、直流パルス信号に高周波信号が重畳した信号は、図９に示すように高周波信号が櫛状の矩形波２４でも良い。【００８６】  以上述べた第１の実施例の図４の回路、及び第２の実施例の図７の回路で、前述した高調波抽出技術を用いたハーモニックイメージング診断像を得たい場合には、図４又は図７のビーム合成回路１２の後段に、超音波の基本波（先行パルス）とこれを一定時間間隔をおき極性反転した反転波（後続パルス）とで１組の基本波ダブルパルスを生成して診断対象物に送信し、該診断対象物で反射して戻ってくるダブルパルスの超音波エコー信号を受信し、その受信信号に含まれる第２高調波成分だけを基本波成分から分離抽出するために、メモリ回路を使うが、この第２高調波抽出のために用いるメモリ回路は、図４又は図７におけるビーム合成回路１２の後段に配設することが望ましい。すなわち、ハーモニックイメージング診断技術を用いたい場合には、図４又は図７のビーム合成回路１２の後段にメモリ回路を配置して、受信したダブルパルスの超音波エコー信号における先行パルスを一時的にメモリ回路に記憶し、後続パルスが来たときに記憶した先行パルスに加算することで基本波成分を消去して第２高調波成分を倍加して取り出すことができる。【００８７】  ＜第３の実施例＞
図１０は本発明の第３の実施例の超音波プローブ装置に適用される超音波振動子の断面図を示している。【００８８】  図１０において、複数（図では２つ）の振動子セル３１で１つの振動子エレメント３２が構成されており、この振動子エレメント３２がシリコン基板３３の上に横方向及び奥行き方向に２次元的に集積された形となっている。【００８９】  まず、シリコン基板３３があって、その上にセル毎に下部電極３４が形成され、さらにその上に空気又は真空の空洞部であるキャビティ３５が形成され、その上にメンブレン３６と呼ばれる振動する膜が支柱部３７にて支持されるようにして形成され、さらにそのメンブレン３６の上に上部電極３８が形成されている。支柱部３７はシリコン或いはシリコンの窒化物を材料として形成されている。超音波が出る側の上部電極３８は接地されており、シリコン基板３３及び支柱部３７の例えば中央部にはエレメント毎に上部電極３８からシリコン基板３３の背面側の電極４０に貫通して両電極間を導通させる導電性のコネクトホール３９が設けられている。なお、図示していないが、シリコン基板３３は導電率が非常に高いので、コネクトホール３９を形成する当たっては導電膜を形成する前に予め絶縁処理して絶縁領域を形成した上で導電性のコネクトホール３９が形成される。【００９０】  一方、下部電極３４には図示しない電極端子から信号が入出力される。即ち、上部電極３８はエレメント単位で接地され、下部電極３４に対する信号の入出力もエレメント単位で行うようになっている。なお、隣接するエレメント間は互いに絶縁された構造となっている。【００９１】  超音波振動子の使い方には、２通りある。即ち、図１１に示すように、送信用静電容量型超音波振動子４１１と受信用静電容量型超音波振動子４１２が別体になっている送受信分離型の構成と、図１２に示すように、１つの送受兼用静電容量型超音波振動子４２３を送受切替えスイッチ４２４にて送信時と受信時とで切り替えて送信及び受信する送受信兼用型の構成とがある。【００９２】  図１１の送受信分離型の超音波振動子において、符号４１１は送信用静電容量型超音波振動子、４１２は受信用静電容量型超音波振動子、４１３は送信用直流バイアス電源、４１４は受信用直流バイアス電源、４０１，４０２は直流阻止コンデンサ、４１５は送信用高周波パルス信号、４１６は受信パルスエコー信号、４１７は送信駆動入力端子、４１８はパルスエコー信号出力端子、４１９は送信超音波、４２０はパルスエコー信号、４２１は生体組織、４２２は異常組織を、それぞれ示している。【００９３】  送信駆動入力端子４１７より入力した送信用高周波パルス信号４１５は直流阻止コンデンサ４０１で高周波成分のみとなって、送信用直流バイアス電源４１３からの直流バイアス電圧と重畳され、駆動パルス信号として送信用静電容量型超音波振動子４１１に印加される。この駆動パルス信号印加によって、送信用静電容量型超音波振動子４１１から超音波４１９が送信され、診断対象である例えば生体組織４２１の異常組織４２２に到達すると、該組織で反射し、パルスエコー信号４２０となって戻り、受信用静電容量型超音波振動子４１２に受信される。受信用静電容量型超音波振動子４１２は、少なくともパルスエコー信号４２０を受信するタイミングで、受信用直流バイアス電源４１４からの直流バイアス電圧によって受信可能状態とされており、パルスエコー信号４２０によって静電容量が変化することで、受信用静電容量型超音波振動子４１２はパルスエコー信号を電気信号として出力する。そして、直流阻止コンデンサ４０２で高周波の電気信号の交流成分のみがパルスエコー信号出力端子４１８から出力される。上記の動作では、送信超音波４１９が送信される生体組織４２１の位置を変えながらパルスエコー信号４２０を受信することによって、生体組織４２１の反射位置の状態によってパルスエコー信号４２０の強弱が変化することで異常組織４２２として確認することが可能となる。【００９４】  また、図１２の送受信兼用型の超音波振動子において、符号４１３は送信用直流バイアス電源、４１４は受信用直流バイアス電源、４０１，４０２は直流阻止コンデンサ、４１５は送信用高周波パルス信号、４１６は受信パルスエコー信号、４１７は送信駆動入力端子、４１８はパルスエコー信号出力端子、４２３は送受兼用静電容量型超音波振動子、４２４は送受切り替えスイッチを、それぞれ示している。【００９５】  図１２の場合は、送受兼用静電容量型超音波振動子４２３に対して、送信用高周波パルス信号４１５と送信用直流バイアス電源４１３からの直流バイアス電圧とを重畳した駆動パルス信号を印加する送信時のタイミングと、受信用直流バイアス電源４１４から受信用直流バイアス電圧を印加する受信時のタイミングとを、送受切り替えスイッチ４２４によって切り替えることによって、１つの静電容量型超音波振動子４２３を送信時と受信時とで兼用して、送受信を行なうものである。【００９６】  どちらのタイプの超音波振動子でも、基本的には、送信用直流バイアス電圧と受信用直流バイアス電圧が必要とされるが、本出願人は受信用直流バイアス電源を無くし受信時の直流バイアス電圧がなくても受信可能てあることを実験的に確認している。【００９７】  図１３は本発明の第３の実施例における、送信時における超音波振動子駆動信号の波形の一例を示すものである。直流バイアス電圧を供給する手段は、直流バイアスの実効電圧を少なくするために、一定の周期ｔｒｅｐｅａｔの期間ごとに一定振幅の直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを有しかつ所定のパルス幅ｔｂｉａｓを有した直流パルス信号１５１を直流バイアス振幅として生成する。そして、この直流パルス信号１５１のパルス幅期間内に本来の高周波パルス信号１６１を重畳させる。符号ｔｒｆは直流パルス信号のパルス幅ｔｂｉａｓの期間内に重畳される高周波パルス信号期間を示している。このように、送信時は、高周波パルス信号１６１に対して、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを持った一定周期の直流パルス信号１５１を重畳させて駆動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発生して生体組織に送信する。【００９８】  このとき、直流バイアス電圧を供給する手段、即ち、直流バイアス電源手段は、直流バイアス電圧成分Ｖｂｉａｓを持った直流パルス信号１５１を一定周期ｔｒｅｐｅａｔで出力する機能を備えると共に、直流パルス信号１５１のパルス発��のタイミング、パルス幅ｔｂｉａｓ、及びパルス電圧Ｖｂｉａｓを制御する機能を備えている。【００９９】  なお、受信時に必要とされる直流バイアス電圧についても、受信時のタイミングに合わせて、直流バイアス成分Ｖｂｉａｓを一定の周期ｔｒｅｐｅａｔの期間こどにパルス幅ｔｂｉａｓを有した直流パルス信号１５１として生成して静電容量型超音波振動子に印加することで、受信をおこなえばよい。受信時は高周波パルス信号の重畳は不要である。【０１００】  図１４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、超音波プローブ装置のブロック図を示している。なお、図１４では、受信側の直流バイアス電圧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、本出願人は受信用直流バイアス電源を無くし受信時の直流バイアス電圧がなくても受信可能てあることを実験的に確認している。【０１０１】  図１４において、符号４７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４５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４５については、片側の端子は接地され、もう一方の片側の端子は、送受切り替えスイッチアレイ４６を構成する各送受切り替え回路５６の振動子端子ａに接続している。送受切り替え回路５６は、静電容量型超音波振動子エレメント４５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。符号６３はグランド（ＧＮＤ）を示す。【０１０２】  静電容量型超音波振動子エレメント４５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４６を構成する複数の送受切り替え回路５６は、送受切り替え制御信号５９によって送受信が切り替えられる。【０１０３】  符号４８は送信ビームフォーマ、４９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、５０は直流バイアス電圧を供給する手段である送信用直流バイアス発生回路、５１は高周波パルス発生回路である。【０１０４】  高周波パルス発生回路５１は、１０Ｖ以下の低い振幅レベルを有する高周波パルス信号を生成する機能を有する。この高周波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９３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。【０１０５】  送信ビームフォーマ４８は、静電容量型超音波振動子アレイ４７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５にそれぞれ対応する複数の遅延回路で構成され、高周波パルス発生回路５１からの高周波パルス信号を入力し、該高周波パルス信号を基に前記制御回路９３の制御によって前記複数の遅延回路ごとの時間差、即ち遅延時間を有した高周波パルス信号を生成して各振動子エレメント対応の各チャンネルに出力する。【０１０６】  送信ビームフォーマ４８で各超音波振動子エレメントへの遅延時間設定を行なうが、この遅延時間設定によって焦点位置をセクタ状に走査したり焦点位置を遠近方向に変化することが可能となる。【０１０７】  直流バイアス発生回路��０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直流パルス信号を生成する機能を有する。直流バイアス発生回路５０は、制御回路９３の制御に基づいて、送信ビームフォーマ４８を構成する各遅延回路から出力される各高周波パルス信号の遅延のタイミングに合った遅延タイミングで直流バイアス信号、即ち直流パルス信号を生成して、駆動回路アレイ４９に供給する。すなわち、直流バイアス発生回路５０からは、駆動回路アレイ４９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、送信高周波パルス信号の遅延タイミングに合った遅延直流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供給されるようになっている。【０１０８】  駆動回路アレイ４９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、直流バイアス発生回路５０からの各チャンネルに合った遅延を持った低電圧の直流パルス信号と送信ビームフォーマ４８の各遅延回路から出力される低電圧の高周波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４６の各送受切り替え回路５６の送信側端子ｂに供給するようになっている。【０１０９】  送受切り替えスイッチアレイ４６の各送受切り替え回路５６は、送信時に駆動回路アレイ４９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４７の各静電容量型超音波振動子エレメント４５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、静電容量型超音波振動子アレイ４７の各静電容量型超音波振動子エレメント４５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。【０１１０】  送受切り替えスイッチアレイ４６を構成する複数の送受切り替え回路５６はそれぞれ静電容量型超音波振動子アレイ４７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５に一対一に対応している。複数の送受切り替え回路５６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４５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。【０１１１】  静電容量型超音波振動子アレイ４７の各静電容量型超音波振動子エレメント４５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超音波振動子アレイ４７の各超音波振動子エレメント４５で受信して、チャージアンプアレイ５２を構成する各チャージアンプに送り、前置増幅する。【０１１２】  このチャージアンプアレイ５２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４５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４５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���わち、静電容量型超音波振動子エレメント４５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５２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４５からの出力エコー信号も電圧に変換した場合、０．５Ｖ〜０．００５１位の小さなものであり、例えば１００〜１０００倍に電圧増幅することが必要となる。【０１１３】  チャージアンプアレイ５２の出力信号は、フィルタアレイ５３に送られ、高周波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５４に送られてデジタル信号に変換され、次段の受信ビームフォーマ５５に送られる。受信ビームフォーマ５５はデジタル的にビームフォーミングするデジタルビームフォーマで構成されている。【０１１４】  図１４では、複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５が並んだ静電容量型超音波振動子アレイ４７を使用しているので、多数の超音波振動子エレメント４５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ビームフォーマ５５を用いている。【０１１５】  ビームフォーミングについては、送信側でも送信ビームフォーマ４８があり、遅延時間制御信号によって遅延時間を適宜に制御してやると、その遅延時間に相当して生体組織内での超音波の焦点距離を決めることができる。【０１１６】  受信ビームフォーマ５５は、静電容量型超音波振動子アレイ４７を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５にそれぞれ対応する複数の遅延回路で構成され、各振動子エレメントに対する遅延時間設定が行なわれ、この遅延時間設定によって目的とする焦点距離からの超音波を受信することができる。【０１１７】  受信ビームフォーマ５５では、目的とする焦点距離からの超音波を各振動子エレメントで受信した後にそれぞれの遅延回路で位相を合わせて一まとめにする。【０１１８】  受信ビームフォーマ５５でビームフォーミングすると、一まとめの受信信号４２となって出力される。【０１１９】  受信ビームフォーマ５５からの受信信号４２は、高調波信号処理回路としての位相反転合成回路９７に入力される。位相反転合成回路９７は、後述の図１６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。【０１２０】  なお、静電容量型超音波振動子エレメント４５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４５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９７にて第２高調波信号を抽出することになる。【０１２１】  そして、デジタルスキャンコンバータ９８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９９に表示することで、超音波診断を行うことができる。【０１２２】  制御回��９３は、高周波パルス発生回路５１の高周波パルス発生制御、直流バイアス発生回路５０，送信ビームフォーマ４８及び受信ビームフォーマ５５の遅延制御、駆動回路アレイ４９，チャージアンプアレイ５２，フィルタアレイ５３，位相反転合成回路９７，デジタルスキャンコンバータ９８の制御のほかに、送受切り替え制御信号５９にて、送受切り替えスイッチアレイ４６を構成する複数の送受切り替え回路５６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。【０１２３】  次に、図１５を参照して図１４の静電容量型超音波振動子アレイの動作を説明する。【０１２４】  図１５の上段は、駆動回路アレイ４９を制御するために、制御回路９３で生成される制御パルス信号６５の波形を示している。図１５の下段は駆動回路アレイ４９の各駆動信号発生回路で生成される、低電圧の超音波振動子エレメント駆動パルス信号６６の波形を示している。【０１２５】  図１５の上段の制御パルス信号６５の制御によって、駆動回路アレイ４９の各駆動信号発生回路では、直流バイアス発生回路５０からの各送信チャンネルに対応した遅延を持った低電圧の直流パルス信号と送信ビームフォーマ４８の各遅延回路から出力される低電圧の高周波パルス信号とを加算して図１５の下段に示す低電圧の駆動パルス信号６６を生成した後、該駆動パルス信号６６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６７を生成して、送受切り替えスイッチアレイ４６の各送受切り替え回路５６の送信側端子ｂに供給する。【０１２６】  図１５の上段で、符号３８１は＋直流バイアス起動タイミングパルス、３８２は高周波信号発生タイミングパルス、３８３は＋直流バイアス停止タイミングパルス、３８４は−直流バイアス起動タイミングパルス、３８５は高周波信号発生タイミングパルス、３８６は−直流バイアス停止タイミングパルス、Ｖｒｆは高周波パルス信号発生期間ｔｒｆを指定するための高周波パルス信号電圧、Ｖｄｃ＋は＋直流バイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｄｃ−は−直流バイアス起動／停止パルス電圧、をそれぞれ示している。【０１２７】  図１５の下段で、符号１５１は＋直流パルス信号、１５２は−直流パルス信号、１６１，１６２は高周波パルス信号、ｔｒｆは高周波パルス信号発生期間、ｔｂｉａｓは直流バイアス信号発生期間、Ｖｄｃ＋は＋直流バイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｄｃ−は−直流バイアス起動／停止パルス電圧、Ｖｂｉａｓ＋は＋直流バイアス電圧、Ｖｂｉａｓ−は−直流バイアス電圧、をそれぞれ示している。【０１２８】  図１５の上段に示す制御パルス信号６５における正電圧パルス３８２，３８５のパルス幅ｔｒｆは図１５の下段の高周波パルス信号１６１，１６２を出力している期間を指定するものである。図１５の上段の負電圧パルス３８１，３８３は図１５の下段の正の直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＋の印加開始と停止のタイミングを指定し、図１５の上段の負電圧パルス３８４，３８６は図１５の下段の負の直流バイアス電圧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３８１，３８３，３８４，３８６は高周波信号出力期間に対応したパルス３８２，３８５とはパル��極性を逆にしてある。また、図１５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１５の下段に示す直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＋，Ｖｂｉａｓ−の極性の違いを指定している。【０１２９】  図１５の下段の信号波形で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は高周波パルス信号１６１，１６２の振幅を表している。【０１３０】  駆動回路アレイ４９の各駆動信号発生回路は、直流パルス信号１５１，１５２に高周波パルス信号１６１，１６２を重畳した駆動パルス信号６６を生成する機能を有しており、一方の極性、例えば正極性の直流パルス信号１５１に高周波パルス信号１６１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直流パルス信号とは逆極性、例えば負極性の直流パルス信号１５２に、第１の重畳パルス信号形成時に用いた高周波パルス信号１６１と振幅，周波数及び極性が同じである同形の高周波パルス信号１６２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、超音波振動子エレメント駆動パルス信号６６として出力する。【０１３１】  駆動回路アレイ４９の各駆動信号発生回路から各送受切り替え回路５６を通して各超音波振動子エレメント４５へ、図１５の下段に示すような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６６が印加されると、各超音波振動子エレメント４５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高周波パルス信号に対応した超音波信号と後の高周波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波数で示すと図１６の上段のパルス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、各超音波振動子エレメント４５で受信される超音波信号の基本波は図１６の中段に示すように図１６の上段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１６の下段のように正の成分のみとなる。【０１３２】  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。【０１３３】  例えば、前述した位相反転合成回路９７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）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。【０１３４】  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。【０１３５】  ところで、図１３又は図１５に示した直流バイアス信号である直流パルス信号は、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直流バイアス電圧（１００Ｖ位）を超音波振動子に印加したり印加しなかったりすると、静電容量型の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。【０１３６】  一方、図１３又は図１５に示した高周波パルス信号についても、信号が持つ高周波成分が多くなると、駆動信号発生回路の負担が大きくなる可能性がある。【０１３７】  そこで、次に、これらの問題に対する対策を、図１７及び図１８にて説明する。【０１３８】  図１７は静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の一の変形例を示すものである。直流パルス信号１５１の立ち上がり部１５５、立ち下がり部１５６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いる。Ｖｂｉａｓは直流バイアス成分を表し、ｔｒｆは高周波パルス信号期間を表している。【０１３９】  図１８は静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の他の変形例を示すものである。図１７と同様に立ち上がり部１５５、立ち下がり部１５６をなだらかな傾斜にすることのほかに、高周波パルス信号１６１を、窓関数１５７が乗算されたバースト波に構成するものである。窓関数１５７としては、ガウス、ハミング、ハニング、ブラックマンのいずれでも良い。【０１４０】  窓関数を適用することにより、信号が持つ高周波成分がなくなり、駆動信号発生器内の高電圧出力アンプの負担が減り、駆動信号発生器（パルサー）の負担が軽減される。また、時間軸サイドローブの発生を抑圧することができ、静電容量型超音波振動子の本来の広帯域特性を生かすことができ、高い分解能の超音波診断画像が得られることになる。【０１４１】  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超音波プローブ装置を実現することが可能となる。【０１４２】  ＜第４の実施例＞
図１９は本発明の第４の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図を示している。本第４の実施例は、第３の実施例における図１４の超音波振動子アレイを用いた超音波プローブ装置８０と、その超音波プローブ装置からの出力信号を処理し超音波画像信号を生成し、表示装置に呈示する本体装置９０とで構成される。なお、超音波プローブ装置８０は、外形部分は保護シースで覆われている。【０１４３】  超音波プローブ装置８０は、例えばマイクロマシン技術を用いてシリコン基板上に組み立てられたアレイ状の複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段とを備えて構成されている。前記静電容量型超音波振動子エレメント４５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。【０１４４】  超音波プローブ装置８０は、複数の静電容量型超音波振動子エレメント４５から成る超音波振動子アレイ４７と、超音波振動子アレイ４７の各静電容量型超音波振動子エレメント４５に対して超音波駆動信号を送信処理したり、又は各静電容量型超音波振動子エレメント４５から出力されるエコー信号を受信処理する駆動制御手段としての送受信処理部９１と、本体装置９０にあるＣＰＵ９３の動作指示信号に基づいて指示された所定の超音波振動子エレメント４５に対してパルス信号を伝送するための信号伝達手段としてのセレクタ９２とを備えている。【０１４５】  送受信処理部９１は、送信遅延回路１３１と、バイアス信号印加回路１３２と、駆動信号発生回路１３３と、送受信切替回路１３４と、プリアンプ１３５と、ビームフォーマ１３６とを少なくとも備えている。【０１４６】  本体装置９０は、超音波プローブ装置８０からの出力信号を信号処理し、画像信号を構築し、体腔内超音波診断画像を、表示装置であるモニタに表示する。【０１４７】  本体装置９０は、ＣＰＵ９３、トリガー信号発生回路９４、エコー信号処理回路９５、ドップラー信号処理回路９６、高調波信号処理回路９７、超音波画像処理部９８を備えている。【０１４８】  前記ＣＰＵ９３は、この超音波診断装置に設けられている各種回路及び処理部に動作指示信号を出力したり、各種回路及び処理部からのフィードバック信号を受信して、各種制御を行う。【０１４９】  前記トリガー信号発生回路９４は、各超音波振動子エレメント４５を駆動させる際の送波及び受波のタイミング信号である繰り返しのパルス信号を出力する。【０１５０】  前記エコー信号処理回路９５は、各超音波振動子エレメント４５から出力される超音波から生体内の臓器及びその境界などで反射し、前記超音波振動子エレメント４５に戻ってきて受信された受信ビーム信号を基に可視像のＢモード画像データを生成する。【０１５１】  前記ドップラー信号処理回路９６は、前記超音波振動子エレメント４５から出力される受信ビーム信号からドップラー効果を利用して組織の移動成分、すなわち血流成分を抽出し、超音波断層像内における血流の位置を着色するためのカラーデータを生成する。【０１５２】  前記高調波信号処理回路９７は、前述（図１４）の位相反転合成回路９７と同じ機能を有するもので、各超���波振動子エレメント４５から出力される受信ビーム信号から第２高調波周波数（又は第３高調波周波数）を中心周波数とするフィルタでその周波数成分の信号を抽出、増幅してハーモニックイメージング診断用の画像データを生成する。【０１５３】  前記超音波画像処理部９８は、例えばデジタルスキャンコンバータで構成され、前記エコー信号処理回路９５、前記ドップラー信号処理回路９６、前記高調波信号処理回路９７等で生成された画像データを基に、それぞれＢモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等を構築する。また、同時に、ＣＰＵ９３を介して文字等のキャラクタのオーバーレイを行う。そして、この超音波画像処理部９８で構築した映像信号をモニタ９９に出力して、モニタ９９の画面上に観察画像の１つである超音波断層画像を表示させることができる。【０１５４】  前記送信遅延回路１３１は各静電容量型超音波振動子エレメント４５に駆動電圧を印加するタイミングを決定して、所定のセクタ走査等を行うように設定する。【０１５５】  前記バイアス信号印加回路１３２は前記駆動信号発生回路１３３に所定のバイアス信号を印加する。このバイアス信号としては、送受信時に同じ直流電圧を使用するもの、送信時に高い電圧に設定して受信時には低い電圧に変化させるもの、例えば相関を取るために直流成分に交流成分を重畳させたものなどがある。【０１５６】  直流バイアス電圧は、送信時においては送信電圧波形と同じ波形の超音波送信波形を得るために必要である。なお、受信時には直流バイアス電圧が必ずしも必要ないことは前述した通りである。【０１５７】  前記駆動信号発生回路１３３は前記送信遅延回路１３１からの出力信号に基づいて、所望する超音波波形に対応する駆動パルス信号であるバースト波を発生する。【０１５８】  前記送受信切換回路１３４は１つの静電容量型超音波振動子エレメント４５を送波状態と受波状態とに切り換えるものである。送波状態のときには前記駆動パルス信号を静電容量型超音波振動子エレメント４５に印加し、受波状態では前記エコー情報を受信することによって静電容量型超音波振動子エレメント４５の電極間に発生した電荷信号をプリアンプ１３５に出力する。【０１５９】  前記プリアンプ１３５は前記送受信切換回路１３４から出力された電荷信号を電圧信号に変化するとともに増幅する。【０１６０】  前記ビームフォーマ１３６は前記プリアンプ１３５から出力された各超音波エコー信号を前記送信遅延回路１３１での遅延と同様又は異なる遅延時間で合成した受信ビーム信号を出力する。【０１６１】  ＣＰＵ９３の動作指示信号に基づいて、所定の位相差を与えて、それぞれの静電容量型超音波振動子エレメント４５を駆動して、静電容量型超音波振動子アレイ４７の超音波走査面から所定の焦点距離に設定した超音波を送波して、前記ビームフォーマ１３６で前記送信遅延回路１３１での遅延と同様な遅延をかけて合成して受信ビーム信号として出力することによって、前記焦点距離に設定した超音波による超音波観測を行える。【０１６２】  以上述べた本発明の第４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��診断に利用できる超音波診断装置を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】  本発明は、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１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【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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