(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流を制御することにより導通、非導通が制御される第一のダイオードを有し、入力信号を開閉するスイッチ回路において、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードと、上記第一のダイオード及び上記第二のダイオードに流れる電流を制御する回路とを具備したことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
複数の振動子素子が配列され超音波を送受波する探触子と、この探触子内の各振動子素子に所定の遅延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス発生器と、この送波パルス発生器から上記探触子へ印加される送波パルスと該探触子からの受波信号とを切り換える送受分離回路と、この送受分離回路を介して出力される探触子からの受波信号を増幅する受信増幅器と、この受信増幅器からの受波信号に所定の遅延時間を与える遅延回路を有しこれらの遅延回路で位相が揃えられた受波信号を加算して出力する整相回路と、この整相回路で整相された信号を検波する検波器と、この検波器からの出力信号を画像として表示する表示装置とを備えて成る超音波診断装置において、
上記送受分離回路として、バイアス電流を制御することにより導通、非導通が制御される第一のダイオードと、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードと、上記第一のダイオード及び上記第二のダイオードに流れる電流を制御する回路とを具備したスイッチ回路を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さくすることができるスイッチ回路、及びこのスイッチ回路を送波パルス発生器から印加される送波パルスを遮断し、探触子からの受波信号のみを通過させる送受分離回路として用いた超音波信診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の超音波診断装置は、図４に示すように、例えば短冊状に形成された複数の振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎが吸音材の上に隣接して配列され超音波を送受波する探触子２と、この探触子２内の各振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎに所定の遅延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス発生器３と、上記探触子２の振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎを選択し切り換える切換スイッチ４と、上記送波パルス発生器３から上記探触子２へ印加される送波パルスと該探触子２からの受信信号とを切り換える送受分離回路５ａ〜５ｅと、この送受分離回路５ａ〜５ｅを介して出力される探触子２からの受波信号を時間と共に利得を変化させて増幅する受信増幅器６ａ〜６ｅと、この各受信増幅器６ａ〜６ｅからの出力信号に所定の遅延時間を与える複数の遅延回路７ａ〜７ｅを有しこれらの遅延回路７ａ〜７ｅで位相が揃えられた受波信号を加算する加算器８を備えた整相回路９と、この整相回路９で整相された信号を検波する検波器１０と、この検波器１０からの出力信号を画像として表示する表示装置１１とを備えて成っていた。
【０００３】
ここで、上記送受分離回路５ａ〜５ｅとして用いられるスイッチ回路は、例えば図５，図６及び図７で示す第一〜第三の従来例のような構成となっていた。まず、第一の従来例としてのスイッチ回路１２は、図５に示すように、二つのダイオードＤ１，Ｄ２と、一つの抵抗Ｒとを有し、上記探触子２及び送波パルス発生器３と入力インピーダンスＲｉｎを有する上記受信増幅器６との間に配置されていた。このスイッチ回路１２に上記送波パルス発生器３で発生された高電圧の送波信号が印加すると、上記ダイオードＤ１，Ｄ２は導通するため、上記受信増幅器６に対しては送波信号の振幅が制限され、高電圧の送波信号は印加されない。一方、探触子２からの受波信号は、微小電圧であるためダイオードＤ１，Ｄ２は導通せず、抵抗Ｒを介して受信増幅器６に印加される。
【０００４】
次に、第二の従来例としてのスイッチ回路１２’は、図６に示すように、四つのダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されるダイオードブリッジを具備し、電圧源により該ダイオードブリッジに対して電圧Ｖが印加されているものである。このスイッチ回路１２’に送波パルス発生器３で発生された高電圧の送波信号を印加すると、上記ダイオードブリッジにより該送波信号の振幅が制限され、受信増幅器６に対しては高電圧の送波信号は印加されない。一方、探触子２からの受波信号は微小電圧であるため、ダイオードブリッジのダイオードＤ１〜Ｄ４は導通状態のままとなっている。よって、受波信号はスイッチ回路１２’を通過して受波増幅器６に対して印加される。
【０００５】
次に、第三の従来例としてのスイッチ回路１２”は、図７に示すように、二つのダイオードＤ１，Ｄ２に対して電圧を印加する構成のものである。このスイッチ回路１２”に受波信号が入力されない状態では、ダイオードＤ１，Ｄ２に抵抗Ｒと電圧Ｖとによって決まる定常電流が流れている。そして、高電圧の送波信号が入力され、点Ａの電位が＋Ｖより大きくなるか或いは−Ｖより小さくなると、ダイオードＤ１，Ｄ２には逆バイアス電位が印加される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置における送受分離回路５ａ〜５ｅとして用いられるスイッチ回路は、以下に示すような問題があった。超音波診断装置において受信増幅器６ａ〜６ｅの入力インピーダンスを低くすることは、切換スイッチ４のオフアイソレーションや探触子２のケーブルに接続された信号線のクロストークを低減させる効果があるため必要であるが、この効果を得ると共に挿入損失を抑制するためには、受信増幅器６ａ〜６ｅと送受分離回路５ａ〜５ｅの双方のインピーダンスを低くする必要がある。しかし、第一の従来例としてのスイッチ回路１２は、入力インピーダンスが高いため、上記効果を得ることが不可能であった。
【０００７】
一方、第二の従来例としてのスイッチ回路１２’では、ダイオードＤ１，Ｄ２の動作電流を大きくすることにより、そのインピーダンスを小さくすることができる。しかし、振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎが多い探触子２を用いた超音波診断装置でダイオードＤ１，Ｄ２の動作電流を大きくすることは、装置の消費電力を大きくすることになり、電源の大型化，過大な発熱等の問題が発生する。更に、ダイオードＤ１，Ｄ２からの雑音が増加し、装置のＳ／Ｎを劣化させる虞もあった。なお、上記問題を解決するために、ダイオードＤ１，Ｄ２としてＰＩＮダイオードを用いることが考えられる。このＰＩＮダイオードは、小さい動作電流にもかかわらず、その動作抵抗が非常に小さいことが知られており、装置の消費電力が大きくなることを抑制する効果が期待できるからである。しかし、このＰＩＮダイオードのような高周波での動作抵抗の小さいダイオードは、一般に逆回復時間が長く、ダイオードＤ１，Ｄ２の逆回復時間が送波パルス発生器３で発生された駆動パルスのパルス幅より長いと、導通していたダイオードＤ１，Ｄ２が逆バイアスされても直ちに非導通とはならず、スイッチ回路としての動作が妨げられる虞があった。
【０００８】
また、第三の従来例としてのスイッチ回路１２”は、ダイオードＤ１，Ｄ２に定常電流が流れていると、スイッチング速度が遅くなり、図７に示す点Ｂの電位が＋Ｖ或いは−Ｖでクランプされる虞があった。よって、第二の従来例においてダイオードＤ１，Ｄ２をＰＩＮダイオードとした場合と同様、導通していたダイオードＤ１，Ｄ２が逆バイアスされても直ちに非導通とはならず、スイッチ回路としての動作が妨げられる虞があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さくすることができるスイッチ回路及びそれを用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるスイッチ回路は、バイアス電流を制御することにより導通、非導通が制御される第一のダイオードを有し、入力信号を開閉するスイッチ回路において、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードと、上記第一のダイオード及び上記第二のダイオードに流れる電流を制御する回路とを具備したものである。
【００１１】
また、関連発明としての超音波診断装置は、複数の振動子素子が配列され超音波を送受波する探触子と、この探触子内の各振動子素子に所定の遅延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス発生器と、この送波パルス発生器から上記探触子へ印加される送波パルスと該探触子からの受波信号とを切り換える送受分離回路と、この送受分離回路を介して出力される探触子からの受波信号を増幅する受信増幅器と、この受信増幅器からの受波信号に所定の遅延時間を与える遅延回路を有しこれらの遅延回路で位相が揃えられた受波信号を加算して出力する整相回路と、この整相回路で整相された信号を検波する検波器と、この検波器からの出力信号を画像として表示する表示装置とを備えて成る超音波診断装置において、上記送受分離回路として、バイアス電流を制御することにより導通、非導通が制御される第一のダイオードと、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードと、上記第一のダイオード及び上記第二のダイオードに流れる電流を制御する回路とを具備したスイッチ回路を備えた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明によるスイッチ回路の実施形態を示す回路図である。このスイッチ回路は、例えば図４に示す超音波診断装置において送波パルス発生器３から探触子２へ印加される送波パルスと該探触子２からの受波信号との切り換えを行なう送受分離回路５ａ〜５ｅとして用いるもので、第一のダイオードＤ１，Ｄ２を有し、更に第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’と、トランジスタＱ１，Ｑ１’及びＱ２，Ｑ２’と、定電流源Ｉとを具備したものである。これにより、スイッチ回路１４が構成されている。なお、符号Ｃはコンデンサを示し、符号Ｒ１〜Ｒ４は同一の抵抗値の抵抗を示し、符号ｒ１〜ｒ４は同一の抵抗値の抵抗を示し、符号Ｔはトランスを示している。また、符号３は例えば超音波診断装置の送波パルス発生器、符号６は内部インピーダンスＲｉｎを有する受信増幅器、符号１３は電圧制御部、符号１６は入力端子を示している。
【００１３】
上記第一のダイオードＤ１，Ｄ２は、バイアス電流を制御することにより導通、非導通が制御されるもので、入力信号を開閉するものである。この第一のダイオードＤ１，Ｄ２は、第三の従来例のスイッチ回路１２”で用いられたダイオードＤ１，Ｄ２と同様なもので、電圧Ｖ１によってバイアス電流が制御されるものである。
【００１４】
ここで、本発明においては、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’と、上記第一のダイオードＤ１，Ｄ２のバイアス電流と上記第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’の電流を制御する差動増幅回路（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ２’，Ｉ）とが具備されている。そして、上記差動増幅回路には、電圧制御部１３が接続されている。
【００１５】
上記第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’は、第一のダイオードＤ１，Ｄ２が非導通とされた時に導通状態とされるものである。この第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’には差動増幅回路が接続されており、この差動増幅回路は、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ２’と定電流源Ｉとから成っている。尚、該トランジスタＱ１とＱ１’及びＱ２とＱ２’は、それぞれ特性の近似したものである。以下、上記差動増幅回路について図２を参照して説明する。
【００１６】
図２は、本発明によるスイッチ回路１４の差動増幅回路部分をスイッチＳ，Ｓ’として説明するための説明図である。まず、スイッチＳを閉じスイッチＳ’を開いた状態にすると、ダイオードＤ１，Ｄ２に電圧Ｖが印加され、該ダイオードＤ１，Ｄ２は導通状態とされるため、入力した入力信号は受信増幅器６に送り出される。また、スイッチＳを開きスイッチＳ’を閉じた状態にすると、ダイオードＤ１，Ｄ２には電圧Ｖは印加されず、ダイオードＤ１’，Ｄ２’に電圧Ｖが印加される。このため、入力した入力信号は受信増幅器６には送り出されない。このように、上記スイッチＳが開いている時にはスイッチＳ’が閉じ、スイッチＳが閉じている時にはスイッチＳ’が開くようにしたものが、図１のトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ２’及び定電流源Ｉで構成された差動増幅回路である。
【００１７】
次に、上記のように構成された図１に示すスイッチ回路１４の動作について説明する。まず、入力端子１６からの入力信号をＯＮするには、電圧制御部１３により電圧Ｖ１の大きさを調整し、ダイオードＤ１，Ｄ２に電流Ｉｃ１が流れるようにする。この電流Ｉｃ１は、ダイオードＤ１，Ｄ２を通った後、抵抗Ｒ２，Ｒ３、抵抗ｒ２，ｒ３及び定電流源Ｉを通って接地される。よって、ダイオードＤ１，Ｄ２には電圧が印加され、該ダイオードＤ１，Ｄ２が導通され、入力信号がＯＮされる。次に、入力端子１６からの入力信号をＯＦＦするには、電圧制御部１３により電圧Ｖ１の大きさを調整し、ダイオードＤ１’，Ｄ２’に電流Ｉｃ１’が流れるようにする。この電流Ｉｃ１’は、ダイオードＤ１，Ｄ２を迂回する形で流れ、ダイオードＤ１’，Ｄ２’を通った後、抵抗Ｒ１，Ｒ４、抵抗ｒ１，ｒ４及び定電流源Ｉを通って接地される。よって、ダイオードＤ１，Ｄ２には電圧が印加されず、該ダイオードＤ１，Ｄ２が非導通とされ、入力信号はＯＦＦされる。
【００１８】
以上述べたとおり、本発明によるスイッチ回路１４は、トランジスタＱ１とＱ１’及びＱ２とＱ２’の特性が近似していることから、図３で示すように、Ｉｃ１≒Ｉｃ１’となり、スイッチの切換による図１に示すＡ点とＢ点の電位の変動が抑制され、この電位の変動によるノイズの発生を抑制することができる。よって、スイッチ回路のＳ／Ｎを向上することができる。
【００１９】
図４は図１に示すスイッチ回路の関連発明としての超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の診断部位について断層像を得るもので、例えば電子リニア走査型とされており、短冊状に形成された複数の振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎが配列され超音波を送受波する探触子２と、この探触子２内の各振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎに所定の遅延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス発生器３と、上記探触子２の振動子素子１1，１2，１3，…，１ｎを選択し切り換える切換スイッチ４と、上記送波パルス発生器３から上記探触子２へ印加される送波パルスと該探触子２からの受波信号とを切り換える送受分離回路５ａ〜５ｅと、この送受分離回路５ａ〜５ｅを介して出力される探触子２からの受波信号を時間と共に利得を変化させて増幅する受信増幅器６ａ〜６ｅと、この各受信増幅器６ａ〜６ｅからの出力信号に所定の遅延時間を与える複数の遅延回路７ａ〜７ｅを有しこれらの遅延回路７ａ〜７ｅで位相が揃えられた受波信号を加算する加算器８を備えた整相回路９と、この整相回路９で整相された信号を検波する検波器１０と、この検波器１０からの出力信号を画像として表示する表示装置１１とを備えて成る。
【００２０】
なお、切換スイッチ４は例えば五つに分けられた振動子素子群を一端方から順次選択してそれぞれ次段の送受分離回路５ａ〜５ｅに接続するようになっており、上記五つの振動子素子群を順次切り換えて並進させるようになっている。従って、送受分離回路は５個（５ａ〜５ｅ）設けられている。また、上記各構成要素の動作は、制御部１５からの制御信号で制御されるようになっている。
【００２１】
ここで、本発明においては、上記送受分離回路５ａ〜５ｅとしては、図１に示す回路構成とされ、消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さくすることができるスイッチ回路１４が用いられている。このような構成により、本発明の超音波診断装置においては、装置の信頼性を向上することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオードと、上記第一のダイオードのバイアス電流と上記第二のダイオードの電流を制御する差動増幅回路とを具備することにより、消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さくすることができる。
【００２３】
また、本発明による超音波診断装置は以上のように構成されたので、送波パルス発生器からの探触子へ印加される送波パルスと該探触子からの受波信号とを切り換える送受分離回路として、前記のスイッチ回路を用いることにより、装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスイッチ回路の実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明によるスイッチ回路の差動増幅回路部分をスイッチＳ，Ｓ’として説明するための説明図である。
【図３】上記差動増幅回路を構成するトランジスタの電圧−電流特性を示すグラフである。
【図４】図１に示すスイッチ回路の関連発明としての超音波診断装置の実施の形態及び従来の技術を説明するためのブロック図である。
【図５】第一の従来例によるスイッチ回路を示す回路図である。
【図６】第二の従来例によるスイッチ回路を示す回路図である。
【図７】第三の従来例によるスイッチ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１1〜１ｎ  振動子素子
２  探触子
３  送波パルス発生器
４  切換スイッチ
５ａ〜５ｅ  送受分離回路
６ａ〜６ｅ  受信増幅器
７ａ〜７ｅ  遅延回路
８  加算器
９  整相回路
１０  検波器
１１  表示装置
Ｄ１，Ｄ２  第一のダイオード
Ｄ１’，Ｄ２’  第二のダイオード
Ｑ１，Ｑ１’，Ｑ２，Ｑ２’  トランジスタ
Ｉ  定電流源
【図１】
0003970383.tif 000002
【図２】
0003970383.tif 000003
【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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