調相加法運算器以及超聲波探頭的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠維持所取得的信號的SNR并有效地抑制電力消耗的調相加法運算裝置以及超聲波探頭。具備：延遲電荷傳送部，根據分別具有生成與所輸入的超聲波的聲壓相應的電荷的壓電體的多個壓電元件中分別產生的電荷，取得未被放大而得到的量的信號電荷，分別保持期望的時間；以及延遲加法運算部，對在延遲電荷傳送部中分別被保持了期望的時間的信號電荷的量進行調相加法運算。
【專利說明】調相加法運算器以及超聲波探頭
【技術領域】
[0001] 該發明涉及調相加法運算器以及超聲波探頭。
【背景技術】
[0002] 以往，存在對被檢體內部照射超聲波，接收其反射波并分析，從而進行內部結構的 檢查的超聲波診斷裝置。在超聲波診斷中，能夠非破壞、非侵入地對被檢體進行調查，因此， 廣泛地用于醫療目的的檢查或建筑物內部的檢查那樣的各種用途。
[0003] 在超聲波診斷裝置中，將接收到的超聲波變換為與其強度相應的電信號而取得。 在該超聲波的接收中，使用壓電元件那樣的變換器（transducer)，基于超聲波的聲壓的壓 電元件的機械變形（伸縮）被變換為與其變形量相應的電信號（電荷量）而被檢測。此 時，來自檢查對象點（point)的反射波通過多個壓電元件分別接收的定時偏離，因此各自 設定適合的延遲時間并進行加法運算，從而能夠取得與來自該檢查對象點的反射波有關的 數據。
[0004] 近年來，在超聲波診斷裝置中，由于伴隨圖像的高精度化的接收用壓電元件數的 增加和接收數據的采樣率（sampling rate)的增大，電力的消耗正在增大。因此，在專利文 獻1中，公開了以下技術：對于分別對各壓電元件并聯地設置的不同的傳輸柵（gate)數的 CCD(Charge Coupled Device,電荷f禹合器件）延遲元件中的任一個選擇性地輸出電信號， 將與多個壓電元件有關的電荷數據分別延遲適當的階數并進行加法運算的調相加法運算 之后，在一個FGA (Floating Gate Amlifier,浮柵放大器）中變換為電壓數據，從而減少以往 對調相加法運算前的各數據使用的FGA的數而實現消耗電力的降低。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :(日本）專利第4557575號公報
[0008] 可是，根據這樣的在超聲波診斷時所接收的超聲波的強度，通過變換器得到的電 信號的強度非常小，因此，通常該電信號在變換器取得之后，立即被各自放大后，被傳輸并 處理。此時，在不提高噪聲電平而放大信號的低噪聲放大器（LNA)中，存在以下課題：由于 根據噪聲的削減量而供給電流增大，因此以往難以兼顧信號噪聲比（SNR)的提高和電力消 耗的抑制。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于，提供能夠維持所取得的信號的SNR并有效地控制電力消耗的 調相加法運算裝置以及超聲波探頭。
[0010] 用于解決課題的手段
[0011] 為了達成上述目的，技術方案1記載的發明是調相加法運算器，該調相加法運算 器的特征在于，具備：
[0012] 延遲電荷傳送部，根據分別具有生成與所輸入的超聲波的聲壓相應的電荷的壓電 體的多個壓電元件中分別產生的電荷，取得未被放大而得到的量的信號電荷，分別保持期 望的時間；以及
[0013] 延遲加法運算部，對在所述延遲電荷傳送部中分別被保持了所述期望的時間的所 述信號電荷的量進行調相加法運算。
[0014] 技術方案2記載的發明的特征在于，在技術方案1記載的調相加法運算器中，
[0015] 所述信號電荷的量與設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所述壓電體兩端 的電極中感應的電荷量對應。
[0016] 技術方案3記載的發明的特征在于，在技術方案1記載的調相加法運算器中，具 備：開關部，該開關部具有連接到規定的偏置電壓發生部的源區域和決定該源區域與所述 延遲電荷傳送部之間的導通狀態的柵電極，
[0017] 所述柵電極連接到設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所述壓電體兩端的 電極中的一方，
[0018] 所述延遲電荷傳送部基于根據在所述壓電體中產生的電荷而變化的所述柵電極 的電位，從所述源區域取得所述信號電荷。
[0019] 技術方案4記載的發明的特征在于，在技術方案3記載的調相加法運算器中，
[0020] 所述偏置電壓與在所述壓電體中產生的電荷量的變動周期同步地施加。
[0021] 技術方案5記載的發明的特征在于，在技術方案1?4的任一項記載的調相加法 運算器中，
[0022] 在所述延遲電荷傳送部中，使用CXD。
[0023] 技術方案6記載的發明的特征在于，在技術方案1?4的任一項記載的調相加法 運算器中，
[0024] 所述延遲電荷傳送部經由中介層與設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所 述壓電體兩端的電極連接。
[0025] 技術方案7記載的發明是超聲波探頭，其特征在于，具備：
[0026] 技術方案1?4的任一項記載的調相加法運算器；
[0027] 所述壓電元件，分別連接到該調相加法運算器；
[0028] 信號放大器，將進行了所述調相加法運算的電荷量作為電壓信號進行放大；以及
[0029] 信號輸出部，輸出進行了該放大的電壓信號。
[0030] 技術方案8記載的發明的特征在于，在技術方案7記載的超聲波探頭中，
[0031] 所述信號輸出部具備：無線通信部，通過無線將所述信號輸出至外部設備。
[0032] 技術方案9記載的發明的特征在于，在技術方案7記載的超聲波探頭中，具備：
[0033] 發送驅動部，使所述壓電元件輸出規定的波長的超聲波；以及
[0034] 發送接收切換驅動部，根據控制信號，將所述發送驅動部和所述延遲電荷傳送部 中的任一個與所述壓電元件擇一地連接。
[0035] 發明的效果
[0036] 根據本發明，存在以下效果：在調相加法運算器以及超聲波探頭中，能夠維持所取 得的信號的SNR并有效地抑制電力消耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1是表示包含本發明的實施方式的超聲波探頭的超聲波診斷裝置的整體結構 的圖。
[0038] 圖2是表示超聲波探頭的內部結構的方框圖。
[0039] 圖3是說明基于超聲波探頭的超聲波的接收的截面圖。
[0040] 圖4(a)?（d)是說明基于C⑶的電荷的運送步驟的圖。
[0041] 圖5是說明調相加法運算器的圖。
[0042] 圖6(a)?（b)是說明第二實施方式的超聲波探頭的內部結構、以及基于超聲波探 頭的超聲波的接收的圖。
[0043] 圖7(a)?（b)是說明第三實施方式的超聲波探頭的內部結構、以及基于超聲波探 頭的超聲波的接收的圖。
[0044] 圖8a是表示將加法運算部與延遲電荷傳送部一體地構成的例子的示意圖。
[0045] 圖8b是示意性地表示在通過傳送電極按每個溝道傳送電荷的狀態下的動作原理 的圖。
[0046] 圖8c是示意性地表示在通過加法運算電極而鄰接溝道的電荷被傳送且進行了加 法運算的狀態下的動作原理的圖。
[0047] 圖9是表示加法運算部的其他的例子的具體的結構的圖。
[0048] 標號說明
[0049] 1 超聲波診斷裝置主體
[0050] 2 超聲波探頭
[0051] 18 操作輸入部
[0052] 19 輸出顯示部
[0053] 21 振子排列
[0054] 21c 振子排列
[0055] 22 接收部
[0056] 23 發送部
[0057] 24 驅動控制部
[0058] 25 通信部
[0059] 26 天線
[0060] 27 電源部
[0061] 28 發送接收切換部
[0062] 210 振子
[0063] 210c 振子
[0064] 211 壓電體
[0065] 212 電極
[0066] 212c 電極
[0067] 213 電極
[0068] 213c 電極
[0069] 214 導電部件
[0070] 215 中介層基板
[0071] 220 調相加法運算器
[0072] 220b調相加法運算器
[0073] 220c調相加法運算器
[0074] 2201半導體基板
[0075] 2202 N 型區域
[0076] 2203 P 型區域
[0077] 2204 絕緣層
[0078] 221 CCD
[0079] 2216 IG 電極
[0080] 2217a ?2219a、2217b、2218b 傳送電極
[0081] 222 加法運算部
[0082] 223 LNA
[0083] 224 ADC
[0084] S 超聲波診斷裝置
【具體實施方式】
[0085] 以下，基于【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0086] 圖1是表示包含本實施方式的超聲波探頭2的超聲波診斷裝置S的整體結構的 圖。
[0087] 該超聲波診斷裝置S由超聲波診斷裝置主體1和超聲波探頭2構成。超聲波診斷 裝置主體1具備：操作輸入部18、輸出顯示部19、省略圖示的控制部以及通信部。超聲波診 斷裝置主體1的控制部基于對于操作輸入部18的鍵盤或鼠標等的來自外部的輸入操作，經 由通信部將控制信號輸出給超聲波探頭2并使其輸出超聲波，此外，從超聲波探頭2接收超 聲波的輸入檢測數據并進行各種處理，根據需要使輸出顯示部19的液晶畫面等顯示結果 等。
[0088] 超聲波探頭2對被檢體發送超聲波（在此為1?30MHz左右），并且接收在發送的 超聲波之中通過被檢體反射而返回來的反射波（echo,回波）。該超聲波探頭2通過無線通 信在與超聲波診斷裝置主體1之間進行控制信號和數據的交換。
[0089] 圖2是表示超聲波探頭2的內部結構的方框圖。
[0090] 超聲波探頭2具備：振子排列21、接收部22、發送部23 (發送驅動部）、驅動控制 部24、通信部25 (信號輸出部、無線通信部）、天線26、電源部27、發送接收切換部28 (發送 接收切換驅動部）等。
[0091] 振子排列21是具備壓電元件的多個振子210的排列，該壓電元件具有壓電體和設 置在由于其變形（伸縮）而出現電荷的兩端的電極，這些振子210例如在規定的方向上排 列為一維陣列狀。在振子210上施加電壓脈沖（脈沖信號），從而壓電體變形，以與該電壓 的大小相應的振幅發送超聲波。此外，若規定的頻帶的超聲波傳到振子210,則通過其聲壓， 壓電元件的壓電體的厚度變動（振動），從而出現與該變動量相應的電荷，在壓電元件兩端 的電極中感應與該電荷相應的量的電荷。
[0092] 作為用于振子210的壓電體的壓電部件，舉出例如PZT (鋯鈦酸鉛）。或者，也可 以使用其他的各種壓電部件，例如作為單晶體的LiNb03、LiTa03、KNbO3、水晶等，作為多晶 體的Pb (Mg1/3Nb2/3) 03、（Pb、Sm) TiO3等，作為弛豫強電介質的PMN-PT (鉛鎂鈮酸-鈦酸鉛）、 PZN-PT (鋯鈦酸鉛-鈦酸鉛）等，或者作為有機部件的PVDF (聚偏氟乙烯）或者PVDF系共 聚物、聚偏二氰乙烯或者偏二氰乙烯系共聚物、尼龍9或者尼龍11那樣的奇數尼龍、芳香族 尼龍、脂環族尼龍、聚乳酸、PHB(聚羥基丁酸酯）那樣的聚羥基羧酸、纖維素衍生物、聚脲等 之中的任一個。此外，也可以使用兼用了無機壓電材料和有機壓電材料的混合材料。
[0093] 本實施方式的超聲波探頭2在振子排列21中，具有例如192個振子210。或者， 各振子210也可以排列為二維陣列狀而取得三維超聲波圖像。此外，振子210的個數能夠 根據分辨率、消耗電力、以及數據傳輸可能速度等的各種條件而適當地設定。超聲波探頭2 也可以米用電子掃描方式和機械掃描方式中的任一個。此外，作為掃描方式，也可以米用線 性（Linear)掃描方式、扇形（Sector)掃描方式和凸面（Convex)掃描方式中的任一個。此 夕卜，能夠任意地設定超聲波探頭2中的帶寬。
[0094] 此外，該超聲波診斷裝置S可以設為能夠根據診斷對象將不同的多個超聲波探頭 2中的任一個與超聲波診斷裝置主體1進行組合而利用的結構。
[0095] 接收部22將在振子排列21的各振子210中伴隨超聲波的輸入而感應到的電荷 變換為與其電荷量相應的電壓信號，并在進行了放大后，以規定的采樣頻率進行數字變換 后的數據作為接收信號輸出。該接收部22具備：調相加法運算部220、LNA(Low Noise Amplifier，低噪聲放大器）223 (信號放大部）、以及ADC (模擬/數字變換器）224等（參照 圖5)。關于該接收部22,在后面進行敘述。
[0096] 發送部23將用于使從根據來自驅動控制部24的控制信號而指定的振子210輸出 規定振幅以及頻率的超聲波的電壓脈沖信號輸出給該振子210。
[0097] 發送接收切換部28基于來自驅動控制部24的控制信號，對振子排列21連接發送 部23和接收部22中的任一個，從發送部23發送與振子210的驅動有關的電壓脈沖信號， 或者將與輸入到振子210的超聲波有關的電信號發送到接收部22。
[0098] 驅動控制部24根據從通信部25輸入的控制信號將控制信號發送到發送接收切換 部28并將向振子排列21的連接切換設定到發送部23和接收部22中的任一個，并且使發 送部23動作而從各振子210輸出超聲波，或者從振子排列21將與在該超聲波輸出的期間 內輸入到各振子210的超聲波相應的電荷信號輸出到接收部22,從接收部22取得接收信 號。此外，驅動控制部24將該超聲波的接收信號從通信部25以及天線26發送到超聲波診 斷裝置主體1。
[0099] 通信部25是用于在與超聲波診斷裝置主體1之間進行控制信號或取得數據的發 送接收的通信接口。作為該通信接口，使用用于進行各種眾所周知的無線通信方法之中的 任一種的通信的接口。作為該無線通信方法，舉出與充分得到從超聲波探頭2向超聲波 診斷裝置主體1的數據傳送速度的通信規格有關的方法，例如基于無線LAN(IEEE802. Iln 等）、Bluetooth通信（注冊商標：Bluetooth)、體域網（BAN ;ΙΕΕΕ802· 15. 6)的各頻帶中的 通信方式。
[0100] 天線26是通信部25在與超聲波診斷裝置主體1的通信部之間進行無線通信時， 用于發送接收通信電波的天線，使用與通信頻率和超聲波探頭2的大小相應的尺寸和形狀 的天線。
[0101] 電源部27是用于對超聲波探頭2的各部分供給電力并使其動作的電源。該電源 27沒有特別限定，包括通常的干電池。此外，該電源部27可以構成為：具備升壓回路，根據 來自振子210的超聲波輸出使干電池的輸出電壓升壓至適合的電壓后供給至振子210。
[0102] 接著，說明本實施方式的超聲波探頭2中的超聲波的接收。
[0103] 圖3是說明本實施方式的超聲波探頭2的超聲波接收的截面圖。該截面是以包含 一個振子210和與其對應的(XD221的面來切斷半導體基板2201的面。
[0104] 在本實施方式的超聲波探頭2中，振子210連接到設置在半導體基板2201上的電 路而配置。該半導體基板2201為P型基板。設置在振子210的壓電體211的一端的電極 212連接到設置在半導體基板2201的上面的N型區域2202。此外，設置在壓電體211的另 一端的電極213經由導電部件214連接到半導體基板2201。該連接部分通過B (硼元素） 等的雜質離子的摻雜而成為雜質濃度升高的P型區域2203,在與金屬的導電部件214之間 形成歐姆接觸，使得在導電部件214和半導體基板2201之間電流流動。
[0105] 電極212、213優選電阻小的導體，例如使用鋁。在此，鋁的標準氣壓下的凝固點約 為660°C。在本實施方式的超聲波探頭2中，在半導體基板2001或其上部按順序疊層形成 各區域、電極、振子210。因此，該疊層形成之后的工序中的熱平衡影響通過先前的工序所形 成的部分。即，在半導體基板2201上形成電路后，進而，在疊層形成振子210的情況下，需要 壓電部件的壓電相（強電介質的情況下為強介質）在該凝固點以下的溫度（例如，650°C ) 生成。
[0106] 作為P型基板的半導體基板2201和N型區域2202進行PN結合而成為二極管結 構。N型區域2202是摻雜了例如P(磷）或As(砷）那樣的雜質離子的導電區域。若振子 210通過超聲波變形而出現電荷，則在電極212、213中，分別感應相反極性的電荷。
[0107] 在半導體基板2201的區域的上部中，設置絕緣層2204,在該絕緣層2204中，排列 多個電極。在這些電極中，包含設置在N型區域2202 -側的IG(輸入柵）電極2216、傳送 電極2217a?2219a、2217b、2218b。由這些電極和半導體基板2201中的該電極的下部區 域形成CCD(Charge Coupled Device,電荷稱合器件）221，按照對各電極按順序施加的電 壓，依次傳送根據在電極212、213中感應的電荷而從N型區域2202被導入的信號電荷（電 子）。
[0108] 圖4是說明基于(XD221的電子的運送步驟的圖。相對于與各電極對應的位置（橫 軸），縱軸向下示出了半導體基板2201的該電極下部中的電位。
[0109] 在N型區域2202中電子被蓄積（a0,斜線部分）的情況下，若以對傳送電極2217a、 2217b施加了正的電壓Vcpl的狀態，進一步對IG電極2216施加正的電壓VIG，則電子通過 在IG電極2216的下部形成的溝道（channel)區域而從N型區域2202流入至半導體基板 2201中在傳送電極2217a的下部形成的電位的勢阱（al)(圖4(a))。
[0110] 接著,解除IG電極2216中施加的正電壓，從N型區域2202切離電位的勢阱（al) (圖4(b))。其后，若對傳送電極2218a、2218b施加正的電位V(p2,則電位的勢阱（al)擴展 至傳送電極2217a、2218a的區域（cl)，電子大致均勻地分布在該電位的勢阱內（圖4(c))。
[0111] 其后，進而，若解除對傳送電極2217a、2217b所施加的正電壓，則電位的勢阱（cl) 被縮窄為僅傳送電極2218的下部的區域，由此，位于傳送電極2217a的下部的電子匯集到 在傳送電極2218a的下部形成的電位的勢阱（dl)內。即，在該階段，圖4(b)中所示的電位 的勢阱（al)內的電子移動到右側一個的傳送電極下部。這樣，在CCD221中，通過對傳送電 極施加正的電壓的位置發生偏移（shift)，從而依次傳送電位的勢阱中所捕獲到的電子。
[0112] 各電位的勢阱中所捕獲到的電荷的量能夠選擇性地讀取。此時的讀取沒有特別的 限制，但是并不直接取出電位的勢阱中所捕獲的電荷，而是非破壞地通過鏡像（mirroring) 等而進行。即，通過設為這樣的結構，能夠從多個電位的勢阱以不同的延遲階數（延遲時 間）而多次讀取同一數據。被傳送到與CCD221中的最后的傳送電極有關的電位的勢阱的 電荷，根據向OG (輸出柵）電極的施加電壓VOG而基板接地并被釋放。
[0113] 圖5是說明接收部22中的數據的流向的方框圖。
[0114] 調相加法運算器220具備：分別傳送從各振子210取得的電荷的多個(XD221 (延 遲電荷傳送部）、將通過各CCD221而規定階段傳送的電荷量進行累加（調相加法運算）的 加法運算部222 (延遲加法運算部）。由調相加法運算器220累加的電荷變換為電壓值（例 如，浮動擴散（floating diffusion))通過LNA223放大后，輸出至ADC224并以規定的采樣 頻率變換為數字值。
[0115] 如圖3以及圖4A?圖4D所示那樣，在本實施方式的調相加法運算器220中，不放 大與根據各振子210的變形而在兩端的電極212、213中感應的電荷對應的量的電荷，直接 從N型區域2202取入至(XD221。取入的電荷在(XD221中形成的多個電位的勢阱之間被 傳送后，根據延遲時間選擇性地從其中一個電位的勢阱讀取。即，在該調相加法運算器220 中，對每個CCD221設定要讀取電荷量的電位的勢阱的位置，從而獨自地設定與調相加法運 算有關的延遲階數。另外，在(XD221中能夠形成的電位的勢阱的數、即延遲階數被適當地 設定，但是，由于隨著數變多而電荷的損失以及傳送電力增大，因此優選為不要太大（例 如，10步以下）。
[0116] 從與一個加法運算部222對應的多個(XD221讀取到的電荷在加法運算部222中 進行累加。累加后的電荷量變換為電壓值后，匯總地通過LNA223進行放大。即，從多個振 子210取得的數據，并不是分別獨自地放大，而是累加后僅放大一次。
[0117] 在圖8a?c以及圖9中表示加法運算部222的具體的結構的例子。圖8a是表示 將加法運算部222與作為延遲電荷傳送部的(XD221 -體地構成的例子的示意圖。在本實 施方式中，將通過多個CCD221傳送來的電荷，以與該CCD221中的電荷傳送相同的原理，通 過橫跨鄰接溝道的加法運算電極2221來傳送，從而進行加法運算。圖8b以及圖8c是示意 性地表示本方式的動作原理的圖，圖8b示出了通過傳送電極按圖8a的每個溝道傳送電荷 的狀態，圖8c示出了通過加法運算電極2221而鄰接溝道的電荷被傳送且進行了加法運算 的狀態。
[0118] 此外，圖9是表示加法運算部222的其他的實施方式的示意圖。在本實施方式中， 在通過(XD221的傳送電極按每個溝道對電荷進行了傳送后，從NSD2222 (N+的注入區域） 將電荷提取作為電流，通過加法運算放大器（LNA223)進行加法運算。LNA223也可以在與 (XD221共同的基板上作為一個半導體芯片而構成，也可以設為與(XD221獨立的電路。
[0119] 這樣，本實施方式的調相加法運算器220具備：(XD221，在具有與輸入的超聲波 的聲壓相應的電荷出現的壓電體211的振子210的各自中，不放大與根據通過輸入的超聲 波而出現的電荷的量在電極212中感應的電荷有關的電荷量，而是直接作為信號電荷而取 得，保持規定的時間；以及加法運算部222,對與在各CCD221中分別被保持規定的時間而產 生了延遲時間的信號電荷有關的電荷量進行調相加法運算。即，在該調相加法運算器220 中，不分別放大從各振子210取得的電荷信號，因此，能夠降低以往與對應于多個振子210 而設置的低噪聲放大器的動作有關的電力消耗。另一方面，由于直接將從各振子210取得 的電荷信號進行加法運算，因此能夠降低熱噪聲對于電荷信號的電平的比例，提高SNR。因 此，能夠抑制電力消耗并且維持檢測數據的精度。
[0120] 此外，尤其，作為信號電荷而根據設置在振子210中的電極212、213中感應的電荷 量，從N型區域2202將電荷直接導入到(XD221，因此，通過簡便并且損失少的結構，能夠取 得與各振子210中檢測到的超聲波的聲壓相應的信號。
[0121] 此外，設為以下結構：通過使用（XD221(在此為三相（XD)，根據對傳送電極 2217a?2219a、2217b、2218b按順序施加的電壓模式（pattern)，將信號電荷導入到半導體 基板2201中的該傳送電極的下部區域中形成的電位的勢阱，在該電位的勢阱之間移動規 定次數后讀取并將該電荷量發送到加法運算部222。因此，能夠利用以往已知的結構并且能 夠進行低噪聲且低成本地簡單地抑制電力消耗的超聲波檢測。
[0122] 此外，本實施方式的超聲波探頭2具備：調相加法運算器220、分別連接到各調 相加法運算器220的振子210、將進行了調相加法運算的電荷量作為電壓信號進行放大的 LNA223、輸出與放大后的電壓信號相關的數據信號的通信部25。即，一起提高信號電平和 S/N比的LNA223對進行了調相加法運算的數據各設置一個，因此，與對振子210獨自設置的 情況相比，能夠降低電力消耗并且高效地取得精度良好的超聲波檢測數據。此外，由此能夠 降低超聲波探頭2中的發熱量，因此，能夠防止超聲波探頭2在活體檢查中上升至不適當的 溫度。
[0123] 此外，由于將進行了調相加法運算后的數據發送至超聲波診斷裝置主體1，因此， 能夠不會降低取得圖像精度并且防止數據傳送量的不必要的增大。
[0124] 此外，由于通信部25是通過無線LAN或Bluetooth通信等的無線通信將數據信號 輸出到超聲波診斷裝置主體1的無線通信部，因此，在超聲波檢查時能夠不煩惱于電纜的 長度或配置而簡單地進行檢查。
[0125] 此外，尤其省略在進行對數據傳輸量產生限制的無線通信的數據傳輸的超聲波探 頭2中的信號放大那樣的消耗電力大的處理，并且進行超聲波診斷所需的適當的數據處 理，從而能夠降低數據傳輸量。
[0126] 此外，具備：從振子210輸出規定的波長的超聲波的發送部23、根據來自驅動控制 部24的控制信號，將發送部23和接收部22的調相加法運算器220中的任一個與振子210 擇一地連接的發送接收切換部28。因此，能夠在超聲波的發送接收中兼用地使用振子210， 因此能夠抑制超聲波探頭2的尺寸的增大。
[0127] [第二實施方式]
[0128] 接著，說明第二實施方式的超聲波探頭。
[0129] 圖6是說明第二實施方式的超聲波探頭2的內部結構的方框圖（圖6 (a))，以及是 說明與第二實施方式的超聲波探頭2的調相加法運算器220b的超聲波的接收有關的結構 的截面圖（圖6(b))。
[0130] 本實施方式的超聲波探頭2如圖6 (a)所示那樣，除了第一實施方式中的調相加法 運算器220被置換為調相加法運算器220b的點以外，與第一實施方式的超聲波探頭2相 同，賦予相同的標號并省略說明。
[0131] 本實施方式的調相加法運算器220b如圖6(b)所示那樣，除了 IG電極2216(柵 電極）連接到設置在壓電體211的一端的電極212,此外，半導體基板2201的N型區域 2202 (源區域）連接到電源部27的電源Vdd (偏置電壓發生部）以外，與第一實施方式的調 相加法運算器220相同，對相同部分賦予相同的標號并省略說明。在此，由IG電極2216和 N型區域2202構成開關部。
[0132] 在本實施方式的調相加法運算器220b中，超聲波輸入到振子210且通過其聲壓而 壓電體211變形，若出現電荷，則電極212以及IG電極2216的電位相對于接地的電極213 發生變化。由此，在IG電極2216下形成溝道，N型區域2202和與(XD221中的第一傳送電 極2217a有關的電位的勢阱之間導通。
[0133] 另一方面，從電源Vdd周期性地輸出電壓脈沖（在此為方波）。由此對N型區域 2202供給電子，供給的電子經由IG電極2216下的溝道而傳送到傳送電極2217a下部的電 位的勢阱。該脈沖電壓的輸出周期與檢測對象的超聲波的頻率對應地設定，即與形成溝道 而成為電荷能夠流出的定時對應地設定。
[0134] 在此，在電極212、213中感應的電荷量左右的電荷導入至調相加法運算器220b即 可，即，在本實施方式的超聲波探頭2中，不放大向調相加法運算器220輸入的電荷量，因此 不需要將電源Vdd相對于接地電壓設定為不必要地高的電壓。此外，通過設為這樣的電壓 設定，能夠抑制電力消耗的增大。
[0135] 如上那樣，第二實施方式的超聲波探頭2構成為：具備調相加法運算器220b，在 該調相加法運算器220b中，設置IG電極2216、和與在電源部27中產生規定的偏置電壓的 電源Vdd連接的N型區域2202, IG電極2216與設置在振子210的一方的電極212連接， 基于根據壓電體211中出現的電荷而變化的IG電極2216的電位來決定N型區域2202和 CDD221的區域之間的導通狀態。因此，不放大與超聲波的輸入相應的信號也能夠取得適當 的模擬的電信號，與該電信號有關的電荷之和進行調相加法運算，從而進行精度良好的超 聲波診斷。即，該調相加法運算器220b以及超聲波探頭2能夠節省與LNA的放大有關的電 力消耗，有效地實現消耗電力的降低。
[0136] 此外，與根據輸入超聲波的頻率在壓電體211中出現的電荷量的變動周期，即通 過IG電極2216形成溝道的周期同步地施加偏置電壓的電源Vdd，因此將能夠通過IG電極 2216流過的最大的電荷量決定為規定的值，能夠將精度良好的電荷量輸出到CCD221。
[0137] [第三實施方式]
[0138] 接著，說明第三實施方式的超聲波探頭。
[0139] 圖7是表示第三實施方式的超聲波探頭2的內部結構的方框圖（圖7(a))，以及是 說明通過第三實施方式的超聲波探頭2具備的調相加法運算器220c接收超聲波時的關于 該接收的結構的圖（圖7(b))。
[0140] 本實施方式的超聲波探頭2如圖7 (a)所示，除了第一實施方式的超聲波探頭2中 振子排列21以及調相加法運算器220分別置換為振子排列21c以及調相加法運算器220c 的點以外，與第一實施方式的超聲波探頭2相同，針對相同的結構賦予相同的標號而省略 說明。
[0141] 本實施方式的超聲波探頭2中的振子排列21c具備振子210c。振子210c如圖 7(b)所示，壓電體211的兩端的電極212c、213c分別經由中介層基板215連接到半導體基 板2201的N型區域2202以及P型區域2203。其他的結構和與第一實施方式的超聲波探頭 2有關的結構相同，賦予相同的記號而省略說明。
[0142] 中介層基板215是眾所周知的，例如是Si中介層。振子210c的壓電體211的大 小根據要檢測的超聲波的頻率或敏感度而設定，與此相對，半導體基板2201上的電路能夠 以根據成本決定的尺寸來形成，因此通過夾著中介層基板215,從而能夠獨自地設計、形成 振子排列21c和半導體基板2201。在該中介層基板215形成的連接布線期望配置為：不將 傳送到N型區域2202的電信號衰減到需要以上，且盡量不產生在鄰接的布線之間的寄生電 容。即，通過從振子210c向半導體基板2201的電信號的傳遞率成為規定的比例（例如， 50% )以上那樣的長度、材質、以及布線來形成中介層基板215。
[0143] 以上那樣，第三實施方式的超聲波探頭2具備中介層基板215,與在半導體基板 2201設置的調相加法運算器220c有關的電路經由該中介層基板215與振子210c的電極 212c、213c連接。因此，能夠獨自地制造振子210c和調相加法運算器220c，使用中介層基 板215組裝超聲波探頭2,因此能夠改善超聲波探頭2的成品率。
[0144] 此外，由于獨自地制造所要求的間距不同的振子排列21c和調相加法運算器 220c，從而能夠更簡單地進行各自的設計以及制造，因此容易實現成本的削減。
[0145] 另外，本發明不限于上述的實施方式，能夠進行各種變更。
[0146] 例如，上述實施方式中，設為利用CXD(電位的勢阱）作為電荷的延遲傳送路徑， 但是也可以利用與其他的延遲傳送有關的結構，例如BBD(Bucket Brigade Device,斗鏈器 件）（電容器）。
[0147] 此外，在上述實施方式中，說明了與超聲波診斷裝置主體1進行無線通信的超聲 波探頭2,但是不限定于此。即使是進行了有線連接的超聲波探頭2、或與從超聲波診斷裝 置主體1直接輸出超聲波，此外檢測超聲波的探針（probe)體型的超聲波診斷裝置中的超 聲波的接收有關的部分，通過應用本發明，也能夠降低消耗電力。
[0148] 此外，在上述實施方式中，構成為使用相同的振子210進行超聲波的發送和接收 的雙方，但是也可以構成為獨自地設置用于超聲波發送的振子和用于接收的振子并分別使 其動作。由此，能夠減少開關的控制，或者防止接收時伴隨與發送側電路有關的寄生電容的 發生的損失。
[0149] 此外，上述實施方式中，構成為全都基于來自超聲波診斷裝置主體1的控制信號 而使超聲波探頭2的各部分驅動動作，但是也可以通過驅動控制部24進行一部分的控制。
[0150] 此外，包含與本發明有關的超聲波探頭2的超聲波診斷裝置S除了用于活體或結 構物等的非破壞檢查之外，也可以用于超聲波CT檢查或光聲檢查那樣的各種用途。
[0151] 另外，上述實施方式所示的具體的結構或配置等的細節在不脫離本發明的主旨的 范圍內能夠進行適當變更。
【權利要求】
1. 一種調相加法運算器，其特征在于，具備： 延遲電荷傳送部，根據分別具有生成與所輸入的超聲波的聲壓相應的電荷的壓電體的 多個壓電元件中分別產生的電荷，取得未被放大而得到的量的信號電荷，分別保持期望的 時間；以及 延遲加法運算部，對在所述延遲電荷傳送部中分別被保持了所述期望的時間的所述信 號電荷的量進行調相加法運算。
2. 如權利要求1所述的調相加法運算器，其特征在于， 所述信號電荷的量與設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所述壓電體兩端的電 極中感應的電荷量對應。
3. 如權利要求1所述的調相加法運算器，其特征在于，具備： 開關部，該開關部具有連接到規定的偏置電壓發生部的源區域和決定該源區域與所述 延遲電荷傳送部之間的導通狀態的柵電極， 所述柵電極連接到設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所述壓電體兩端的電極 中的一方， 所述延遲電荷傳送部基于根據在所述壓電體中產生的電荷而變化的所述柵電極的電 位，從所述源區域取得所述信號電荷。
4. 如權利要求3所述的調相加法運算器，其特征在于， 所述偏置電壓與在所述壓電體中產生的電荷量的變動周期同步地施加。
5. 如權利要求1?4的任一項所述的調相加法運算器，其特征在于， 在所述延遲電荷傳送部中，使用（XD。
6. 如權利要求1?4的任一項所述的調相加法運算器，其特征在于， 所述延遲電荷傳送部經由中介層與設置于在所述壓電元件中產生所述電荷的所述壓 電體兩端的電極連接。
7. -種超聲波探頭，其特征在于，具備： 權利要求1?4的任一項所述的調相加法運算器； 所述壓電元件，分別連接到該調相加法運算器； 信號放大器，將進行了所述調相加法運算的電荷量作為電壓信號進行放大；以及 信號輸出部，輸出進行了該放大的電壓信號。
8. 如權利要求7所述的超聲波探頭，其特征在于， 所述信號輸出部具備：無線通信部，通過無線將所述信號輸出至外部設備。
9. 如權利要求7所述的超聲波探頭，其特征在于，具備： 發送驅動部，使所述壓電元件輸出規定的波長的超聲波；以及 發送接收切換驅動部，根據控制信號，將所述發送驅動部和所述延遲電荷傳送部中的 任一個與所述壓電元件擇一地連接。
【文檔編號】G01N29/36GK104274206SQ201410327914
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】中山雄太 申請人:柯尼卡美能達株式會社
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