调相加法运算器以及超声波探头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够维持所取得的信号的SNR并有效地抑制电力消耗的调相加法运算装置以及超声波探头。具备：延迟电荷传送部，根据分别具有生成与所输入的超声波的声压相应的电荷的压电体的多个压电元件中分别产生的电荷，取得未被放大而得到的量的信号电荷，分别保持期望的时间；以及延迟加法运算部，对在延迟电荷传送部中分别被保持了期望的时间的信号电荷的量进行调相加法运算。
【专利说明】调相加法运算器以及超声波探头
【技术领域】
[0001] 该发明涉及调相加法运算器以及超声波探头。
【背景技术】
[0002] 以往，存在对被检体内部照射超声波，接收其反射波并分析，从而进行内部结构的 检查的超声波诊断装置。在超声波诊断中，能够非破坏、非侵入地对被检体进行调查，因此， 广泛地用于医疗目的的检查或建筑物内部的检查那样的各种用途。
[0003] 在超声波诊断装置中，将接收到的超声波变换为与其强度相应的电信号而取得。 在该超声波的接收中，使用压电元件那样的变换器（transducer)，基于超声波的声压的压 电元件的机械变形（伸缩）被变换为与其变形量相应的电信号（电荷量）而被检测。此 时，来自检查对象点（point)的反射波通过多个压电元件分别接收的定时偏离，因此各自 设定适合的延迟时间并进行加法运算，从而能够取得与来自该检查对象点的反射波有关的 数据。
[0004] 近年来，在超声波诊断装置中，由于伴随图像的高精度化的接收用压电元件数的 增加和接收数据的采样率（sampling rate)的增大，电力的消耗正在增大。因此，在专利文 献1中，公开了以下技术：对于分别对各压电元件并联地设置的不同的传输栅（gate)数的 CCD(Charge Coupled Device,电荷f禹合器件）延迟元件中的任一个选择性地输出电信号， 将与多个压电元件有关的电荷数据分别延迟适当的阶数并进行加法运算的调相加法运算 之后，在一个FGA (Floating Gate Amlifier,浮栅放大器）中变换为电压数据，从而减少以往 对调相加法运算前的各数据使用的FGA的数而实现消耗电力的降低。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :(日本）专利第4557575号公报
[0008] 可是，根据这样的在超声波诊断时所接收的超声波的强度，通过变换器得到的电 信号的强度非常�。虼耍ǔ８玫缧藕旁诒浠黄魅〉弥螅⒓幢桓髯苑糯蠛螅淮洳� 处理。此时，在不提高噪声电平而放大信号的低噪声放大器（LNA)中，存在以下课题：由于 根据噪声的削减量而供给电流增大，因此以往难以兼顾信号噪声比（SNR)的提高和电力消 耗的抑制。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，提供能够维持所取得的信号的SNR并有效地控制电力消耗的 调相加法运算装置以及超声波探头。
[0010] 用于解决课题的手段
[0011] 为了达成上述目的，技术方案1记载的发明是调相加法运算器，该调相加法运算 器的特征在于，具备：
[0012] 延迟电荷传送部，根据分别具有生成与所输入的超声波的声压相应的电荷的压电 体的多个压电元件中分别产生的电荷，取得未被放大而得到的量的信号电荷，分别保持期 望的时间；以及
[0013] 延迟加法运算部，对在所述延迟电荷传送部中分别被保持了所述期望的时间的所 述信号电荷的量进行调相加法运算。
[0014] 技术方案2记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的调相加法运算器中，
[0015] 所述信号电荷的量与设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所述压电体两端 的电极中感应的电荷量对应。
[0016] 技术方案3记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的调相加法运算器中，具 备：开关部，该开关部具有连接到规定的偏置电压发生部的源区域和决定该源区域与所述 延迟电荷传送部之间的导通状态的栅电极，
[0017] 所述栅电极连接到设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所述压电体两端的 电极中的一方，
[0018] 所述延迟电荷传送部基于根据在所述压电体中产生的电荷而变化的所述栅电极 的电位，从所述源区域取得所述信号电荷。
[0019] 技术方案4记载的发明的特征在于，在技术方案3记载的调相加法运算器中，
[0020] 所述偏置电压与在所述压电体中产生的电荷量的变动周期同步地施加。
[0021] 技术方案5记载的发明的特征在于，在技术方案1?4的任一项记载的调相加法 运算器中，
[0022] 在所述延迟电荷传送部中，使用CXD。
[0023] 技术方案6记载的发明的特征在于，在技术方案1?4的任一项记载的调相加法 运算器中，
[0024] 所述延迟电荷传送部经由中介层与设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所 述压电体两端的电极连接。
[0025] 技术方案7记载的发明是超声波探头，其特征在于，具备：
[0026] 技术方案1?4的任一项记载的调相加法运算器；
[0027] 所述压电元件，分别连接到该调相加法运算器；
[0028] 信号放大器，将进行了所述调相加法运算的电荷量作为电压信号进行放大；以及
[0029] 信号输出部，输出进行了该放大的电压信号。
[0030] 技术方案8记载的发明的特征在于，在技术方案7记载的超声波探头中，
[0031] 所述信号输出部具备：无线通信部，通过无线将所述信号输出至外部设备。
[0032] 技术方案9记载的发明的特征在于，在技术方案7记载的超声波探头中，具备：
[0033] 发送驱动部，使所述压电元件输出规定的波长的超声波；以及
[0034] 发送接收切换驱动部，根据控制信号，将所述发送驱动部和所述延迟电荷传送部 中的任一个与所述压电元件择一地连接。
[0035] 发明的效果
[0036] 根据本发明，存在以下效果：在调相加法运算器以及超声波探头中，能够维持所取 得的信号的SNR并有效地抑制电力消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1是表示包含本发明的实施方式的超声波探头的超声波诊断装置的整体结构 的图。
[0038] 图2是表示超声波探头的内部结构的方框图。
[0039] 图3是说明基于超声波探头的超声波的接收的截面图。
[0040] 图4(a)?（d)是说明基于C⑶的电荷的运送步骤的图。
[0041] 图5是说明调相加法运算器的图。
[0042] 图6(a)?（b)是说明第二实施方式的超声波探头的内部结构、以及基于超声波探 头的超声波的接收的图。
[0043] 图7(a)?（b)是说明第三实施方式的超声波探头的内部结构、以及基于超声波探 头的超声波的接收的图。
[0044] 图8a是表示将加法运算部与延迟电荷传送部一体地构成的例子的示意图。
[0045] 图8b是示意性地表示在通过传送电极按每个沟道传送电荷的状态下的动作原理 的图。
[0046] 图8c是示意性地表示在通过加法运算电极而邻接沟道的电荷被传送且进行了加 法运算的状态下的动作原理的图。
[0047] 图9是表示加法运算部的其他的例子的具体的结构的图。
[0048] 标号说明
[0049] 1 超声波诊断装置主体
[0050] 2 超声波探头
[0051] 18 操作输入部
[0052] 19 输出显示部
[0053] 21 振子排列
[0054] 21c 振子排列
[0055] 22 接收部
[0056] 23 发送部
[0057] 24 驱动控制部
[0058] 25 通信部
[0059] 26 天线
[0060] 27 电源部
[0061] 28 发送接收切换部
[0062] 210 振子
[0063] 210c 振子
[0064] 211 压电体
[0065] 212 电极
[0066] 212c 电极
[0067] 213 电极
[0068] 213c 电极
[0069] 214 导电部件
[0070] 215 中介层基板
[0071] 220 调相加法运算器
[0072] 220b调相加法运算器
[0073] 220c调相加法运算器
[0074] 2201半导体基板
[0075] 2202 N 型区域
[0076] 2203 P 型区域
[0077] 2204 绝缘层
[0078] 221 CCD
[0079] 2216 IG 电极
[0080] 2217a ?2219a、2217b、2218b 传送电极
[0081] 222 加法运算部
[0082] 223 LNA
[0083] 224 ADC
[0084] S 超声波诊断装置
【具体实施方式】
[0085] 以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0086] 图1是表示包含本实施方式的超声波探头2的超声波诊断装置S的整体结构的 图。
[0087] 该超声波诊断装置S由超声波诊断装置主体1和超声波探头2构成。超声波诊断 装置主体1具备：操作输入部18、输出显示部19、省略图示的控制部以及通信部。超声波诊 断装置主体1的控制部基于对于操作输入部18的键盘或鼠标等的来自外部的输入操作，经 由通信部将控制信号输出给超声波探头2并使其输出超声波，此外，从超声波探头2接收超 声波的输入检测数据并进行各种处理，根据需要使输出显示部19的液晶画面等显示结果 等。
[0088] 超声波探头2对被检体发送超声波（在此为1?30MHz左右），并且接收在发送的 超声波之中通过被检体反射而返回来的反射波（echo,回波）。该超声波探头2通过无线通 信在与超声波诊断装置主体1之间进行控制信号和数据的交换。
[0089] 图2是表示超声波探头2的内部结构的方框图。
[0090] 超声波探头2具备：振子排列21、接收部22、发送部23 (发送驱动部）、驱动控制 部24、通信部25 (信号输出部、无线通信部）、天线26、电源部27、发送接收切换部28 (发送 接收切换驱动部）等。
[0091] 振子排列21是具备压电元件的多个振子210的排列，该压电元件具有压电体和设 置在由于其变形（伸缩）而出现电荷的两端的电极，这些振子210例如在规定的方向上排 列为一维阵列状。在振子210上施加电压脉冲（脉冲信号），从而压电体变形，以与该电压 的大小相应的振幅发送超声波。此外，若规定的频带的超声波传到振子210,则通过其声压， 压电元件的压电体的厚度变动（振动），从而出现与该变动量相应的电荷，在压电元件两端 的电极中感应与该电荷相应的量的电荷。
[0092] 作为用于振子210的压电体的压电部件，举出例如PZT (锆钛酸铅）。或者，也可 以使用其他的各种压电部件，例如作为单晶体的LiNb03、LiTa03、KNbO3、水晶等，作为多晶 体的Pb (Mg1/3Nb2/3) 03、（Pb、Sm) TiO3等，作为弛豫强电介质的PMN-PT (铅镁铌酸-钛酸铅）、 PZN-PT (锆钛酸铅-钛酸铅）等，或者作为有机部件的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、尼龙9或者尼龙11那样的奇数尼龙、芳香族 尼龙、脂环族尼龙、聚乳酸、PHB(聚羟基丁酸酯）那样的聚羟基羧酸、纤维素衍生物、聚脲等 之中的任一个。此外，也可以使用兼用了无机压电材料和有机压电材料的混合材料。
[0093] 本实施方式的超声波探头2在振子排列21中，具有例如192个振子210。或者， 各振子210也可以排列为二维阵列状而取得三维超声波图像。此外，振子210的个数能够 根据分辨率、消耗电力、以及数据传输可能速度等的各种条件而适当地设定。超声波探头2 也可以米用电子扫描方式和机械扫描方式中的任一个。此外，作为扫描方式，也可以米用线 性（Linear)扫描方式、扇形（Sector)扫描方式和凸面（Convex)扫描方式中的任一个。此 夕卜，能够任意地设定超声波探头2中的带宽。
[0094] 此外，该超声波诊断装置S可以设为能够根据诊断对象将不同的多个超声波探头 2中的任一个与超声波诊断装置主体1进行组合而利用的结构。
[0095] 接收部22将在振子排列21的各振子210中伴随超声波的输入而感应到的电荷 变换为与其电荷量相应的电压信号，并在进行了放大后，以规定的采样频率进行数字变换 后的数据作为接收信号输出。该接收部22具备：调相加法运算部220、LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器）223 (信号放大部）、以及ADC (模拟/数字变换器）224等（参照 图5)。关于该接收部22,在后面进行叙述。
[0096] 发送部23将用于使从根据来自驱动控制部24的控制信号而指定的振子210输出 规定振幅以及频率的超声波的电压脉冲信号输出给该振子210。
[0097] 发送接收切换部28基于来自驱动控制部24的控制信号，对振子排列21连接发送 部23和接收部22中的任一个，从发送部23发送与振子210的驱动有关的电压脉冲信号， 或者将与输入到振子210的超声波有关的电信号发送到接收部22。
[0098] 驱动控制部24根据从通信部25输入的控制信号将控制信号发送到发送接收切换 部28并将向振子排列21的连接切换设定到发送部23和接收部22中的任一个，并且使发 送部23动作而从各振子210输出超声波，或者从振子排列21将与在该超声波输出的期间 内输入到各振子210的超声波相应的电荷信号输出到接收部22,从接收部22取得接收信 号。此外，驱动控制部24将该超声波的接收信号从通信部25以及天线26发送到超声波诊 断装置主体1。
[0099] 通信部25是用于在与超声波诊断装置主体1之间进行控制信号或取得数据的发 送接收的通信接口。作为该通信接口，使用用于进行各种众所周知的无线通信方法之中的 任一种的通信的接口。作为该无线通信方法，举出与充分得到从超声波探头2向超声波 诊断装置主体1的数据传送速度的通信规格有关的方法，例如基于无线LAN(IEEE802. Iln 等）、Bluetooth通信（注册商标：Bluetooth)、体域网（BAN ;ΙΕΕΕ802· 15. 6)的各频带中的 通信方式。
[0100] 天线26是通信部25在与超声波诊断装置主体1的通信部之间进行无线通信时， 用于发送接收通信电波的天线，使用与通信频率和超声波探头2的大小相应的尺寸和形状 的天线。
[0101] 电源部27是用于对超声波探头2的各部分供给电力并使其动作的电源。该电源 27没有特别限定，包括通常的干电池。此外，该电源部27可以构成为：具备升压回路，根据 来自振子210的超声波输出使干电池的输出电压升压至适合的电压后供给至振子210。
[0102] 接着，说明本实施方式的超声波探头2中的超声波的接收。
[0103] 图3是说明本实施方式的超声波探头2的超声波接收的截面图。该截面是以包含 一个振子210和与其对应的(XD221的面来切断半导体基板2201的面。
[0104] 在本实施方式的超声波探头2中，振子210连接到设置在半导体基板2201上的电 路而配置。该半导体基板2201为P型基板。设置在振子210的压电体211的一端的电极 212连接到设置在半导体基板2201的上面的N型区域2202。此外，设置在压电体211的另 一端的电极213经由导电部件214连接到半导体基板2201。该连接部分通过B (硼元素） 等的杂质离子的掺杂而成为杂质浓度升高的P型区域2203,在与金属的导电部件214之间 形成欧姆接触，使得在导电部件214和半导体基板2201之间电流流动。
[0105] 电极212、213优选电阻小的导体，例如使用铝。在此，铝的标准气压下的凝固点约 为660°C。在本实施方式的超声波探头2中，在半导体基板2001或其上部按顺序叠层形成 各区域、电极、振子210。因此，该叠层形成之后的工序中的热平衡影响通过先前的工序所形 成的部分。即，在半导体基板2201上形成电路后，进而，在叠层形成振子210的情况下，需要 压电部件的压电相（强电介质的情况下为强介质）在该凝固点以下的温度（例如，650°C ) 生成。
[0106] 作为P型基板的半导体基板2201和N型区域2202进行PN结合而成为二极管结 构。N型区域2202是掺杂了例如P(磷）或As(砷）那样的杂质离子的导电区域。若振子 210通过超声波变形而出现电荷，则在电极212、213中，分别感应相反极性的电荷。
[0107] 在半导体基板2201的区域的上部中，设置绝缘层2204,在该绝缘层2204中，排列 多个电极。在这些电极中，包含设置在N型区域2202 -侧的IG(输入栅）电极2216、传送 电极2217a?2219a、2217b、2218b。由这些电极和半导体基板2201中的该电极的下部区 域形成CCD(Charge Coupled Device,电荷稱合器件）221，按照对各电极按顺序施加的电 压，依次传送根据在电极212、213中感应的电荷而从N型区域2202被导入的信号电荷（电 子）。
[0108] 图4是说明基于(XD221的电子的运送步骤的图。相对于与各电极对应的位置（横 轴），纵轴向下示出了半导体基板2201的该电极下部中的电位。
[0109] 在N型区域2202中电子被蓄积（a0,斜线部分）的情况下，若以对传送电极2217a、 2217b施加了正的电压Vcpl的状态，进一步对IG电极2216施加正的电压VIG，则电子通过 在IG电极2216的下部形成的沟道（channel)区域而从N型区域2202流入至半导体基板 2201中在传送电极2217a的下部形成的电位的势阱（al)(图4(a))。
[0110] 接着,解除IG电极2216中施加的正电压，从N型区域2202切离电位的势阱（al) (图4(b))。其后，若对传送电极2218a、2218b施加正的电位V(p2,则电位的势阱（al)扩展 至传送电极2217a、2218a的区域（cl)，电子大致均匀地分布在该电位的势阱内（图4(c))。
[0111] 其后，进而，若解除对传送电极2217a、2217b所施加的正电压，则电位的势阱（cl) 被缩窄为仅传送电极2218的下部的区域，由此，位于传送电极2217a的下部的电子汇集到 在传送电极2218a的下部形成的电位的势阱（dl)内。即，在该阶段，图4(b)中所示的电位 的势阱（al)内的电子移动到右侧一个的传送电极下部。这样，在CCD221中，通过对传送电 极施加正的电压的位置发生偏移（shift)，从而依次传送电位的势阱中所捕获到的电子。
[0112] 各电位的势阱中所捕获到的电荷的量能够选择性地读取。此时的读取没有特别的 限制，但是并不直接取出电位的势阱中所捕获的电荷，而是非破坏地通过镜像（mirroring) 等而进行。即，通过设为这样的结构，能够从多个电位的势阱以不同的延迟阶数（延迟时 间）而多次读取同一数据。被传送到与CCD221中的最后的传送电极有关的电位的势阱的 电荷，根据向OG (输出栅）电极的施加电压VOG而基板接地并被释放。
[0113] 图5是说明接收部22中的数据的流向的方框图。
[0114] 调相加法运算器220具备：分别传送从各振子210取得的电荷的多个(XD221 (延 迟电荷传送部）、将通过各CCD221而规定阶段传送的电荷量进行累加（调相加法运算）的 加法运算部222 (延迟加法运算部）。由调相加法运算器220累加的电荷变换为电压值（例 如，浮动扩散（floating diffusion))通过LNA223放大后，输出至ADC224并以规定的采样 频率变换为数字值。
[0115] 如图3以及图4A?图4D所示那样，在本实施方式的调相加法运算器220中，不放 大与根据各振子210的变形而在两端的电极212、213中感应的电荷对应的量的电荷，直接 从N型区域2202取入至(XD221。取入的电荷在(XD221中形成的多个电位的势阱之间被 传送后，根据延迟时间选择性地从其中一个电位的势阱读取。即，在该调相加法运算器220 中，对每个CCD221设定要读取电荷量的电位的势阱的位置，从而独自地设定与调相加法运 算有关的延迟阶数。另外，在(XD221中能够形成的电位的势阱的数、即延迟阶数被适当地 设定，但是，由于随着数变多而电荷的损失以及传送电力增大，因此优选为不要太大（例 如，10步以下）。
[0116] 从与一个加法运算部222对应的多个(XD221读取到的电荷在加法运算部222中 进行累加。累加后的电荷量变换为电压值后，汇总地通过LNA223进行放大。即，从多个振 子210取得的数据，并不是分别独自地放大，而是累加后仅放大一次。
[0117] 在图8a?c以及图9中表示加法运算部222的具体的结构的例子。图8a是表示 将加法运算部222与作为延迟电荷传送部的(XD221 -体地构成的例子的示意图。在本实 施方式中，将通过多个CCD221传送来的电荷，以与该CCD221中的电荷传送相同的原理，通 过横跨邻接沟道的加法运算电极2221来传送，从而进行加法运算。图8b以及图8c是示意 性地表示本方式的动作原理的图，图8b示出了通过传送电极按图8a的每个沟道传送电荷 的状态，图8c示出了通过加法运算电极2221而邻接沟道的电荷被传送且进行了加法运算 的状态。
[0118] 此外，图9是表示加法运算部222的其他的实施方式的示意图。在本实施方式中， 在通过(XD221的传送电极按每个沟道对电荷进行了传送后，从NSD2222 (N+的注入区域） 将电荷提取作为电流，通过加法运算放大器（LNA223)进行加法运算。LNA223也可以在与 (XD221共同的基板上作为一个半导体芯片而构成，也可以设为与(XD221独立的电路。
[0119] 这样，本实施方式的调相加法运算器220具备：(XD221，在具有与输入的超声波 的声压相应的电荷出现的压电体211的振子210的各自中，不放大与根据通过输入的超声 波而出现的电荷的量在电极212中感应的电荷有关的电荷量，而是直接作为信号电荷而取 得，保持规定的时间；以及加法运算部222,对与在各CCD221中分别被保持规定的时间而产 生了延迟时间的信号电荷有关的电荷量进行调相加法运算。即，在该调相加法运算器220 中，不分别放大从各振子210取得的电荷信号，因此，能够降低以往与对应于多个振子210 而设置的低噪声放大器的动作有关的电力消耗。另一方面，由于直接将从各振子210取得 的电荷信号进行加法运算，因此能够降低热噪声对于电荷信号的电平的比例，提高SNR。因 此，能够抑制电力消耗并且维持检测数据的精度。
[0120] 此外，尤其，作为信号电荷而根据设置在振子210中的电极212、213中感应的电荷 量，从N型区域2202将电荷直接导入到(XD221，因此，通过简便并且损失少的结构，能够取 得与各振子210中检测到的超声波的声压相应的信号。
[0121] 此外，设为以下结构：通过使用（XD221(在此为三相（XD)，根据对传送电极 2217a?2219a、2217b、2218b按顺序施加的电压模式（pattern)，将信号电荷导入到半导体 基板2201中的该传送电极的下部区域中形成的电位的势阱，在该电位的势阱之间移动规 定次数后读取并将该电荷量发送到加法运算部222。因此，能够利用以往已知的结构并且能 够进行低噪声且低成本地简单地抑制电力消耗的超声波检测。
[0122] 此外，本实施方式的超声波探头2具备：调相加法运算器220、分别连接到各调 相加法运算器220的振子210、将进行了调相加法运算的电荷量作为电压信号进行放大的 LNA223、输出与放大后的电压信号相关的数据信号的通信部25。即，一起提高信号电平和 S/N比的LNA223对进行了调相加法运算的数据各设置一个，因此，与对振子210独自设置的 情况相比，能够降低电力消耗并且高效地取得精度良好的超声波检测数据。此外，由此能够 降低超声波探头2中的发热量，因此，能够防止超声波探头2在活体检查中上升至不适当的 温度。
[0123] 此外，由于将进行了调相加法运算后的数据发送至超声波诊断装置主体1，因此， 能够不会降低取得图像精度并且防止数据传送量的不必要的增大。
[0124] 此外，由于通信部25是通过无线LAN或Bluetooth通信等的无线通信将数据信号 输出到超声波诊断装置主体1的无线通信部，因此，在超声波检查时能够不烦恼于电缆的 长度或配置而简单地进行检查。
[0125] 此外，尤其省略在进行对数据传输量产生限制的无线通信的数据传输的超声波探 头2中的信号放大那样的消耗电力大的处理，并且进行超声波诊断所需的适当的数据处 理，从而能够降低数据传输量。
[0126] 此外，具备：从振子210输出规定的波长的超声波的发送部23、根据来自驱动控制 部24的控制信号，将发送部23和接收部22的调相加法运算器220中的任一个与振子210 择一地连接的发送接收切换部28。因此，能够在超声波的发送接收中兼用地使用振子210， 因此能够抑制超声波探头2的尺寸的增大。
[0127] [第二实施方式]
[0128] 接着，说明第二实施方式的超声波探头。
[0129] 图6是说明第二实施方式的超声波探头2的内部结构的方框图（图6 (a))，以及是 说明与第二实施方式的超声波探头2的调相加法运算器220b的超声波的接收有关的结构 的截面图（图6(b))。
[0130] 本实施方式的超声波探头2如图6 (a)所示那样，除了第一实施方式中的调相加法 运算器220被置换为调相加法运算器220b的点以外，与第一实施方式的超声波探头2相 同，赋予相同的标号并省略说明。
[0131] 本实施方式的调相加法运算器220b如图6(b)所示那样，除了 IG电极2216(栅 电极）连接到设置在压电体211的一端的电极212,此外，半导体基板2201的N型区域 2202 (源区域）连接到电源部27的电源Vdd (偏置电压发生部）以外，与第一实施方式的调 相加法运算器220相同，对相同部分赋予相同的标号并省略说明。在此，由IG电极2216和 N型区域2202构成开关部。
[0132] 在本实施方式的调相加法运算器220b中，超声波输入到振子210且通过其声压而 压电体211变形，若出现电荷，则电极212以及IG电极2216的电位相对于接地的电极213 发生变化。由此，在IG电极2216下形成沟道，N型区域2202和与(XD221中的第一传送电 极2217a有关的电位的势阱之间导通。
[0133] 另一方面，从电源Vdd周期性地输出电压脉冲（在此为方波）。由此对N型区域 2202供给电子，供给的电子经由IG电极2216下的沟道而传送到传送电极2217a下部的电 位的势阱。该脉冲电压的输出周期与检测对象的超声波的频率对应地设定，即与形成沟道 而成为电荷能够流出的定时对应地设定。
[0134] 在此，在电极212、213中感应的电荷量左右的电荷导入至调相加法运算器220b即 可，即，在本实施方式的超声波探头2中，不放大向调相加法运算器220输入的电荷量，因此 不需要将电源Vdd相对于接地电压设定为不必要地高的电压。此外，通过设为这样的电压 设定，能够抑制电力消耗的增大。
[0135] 如上那样，第二实施方式的超声波探头2构成为：具备调相加法运算器220b，在 该调相加法运算器220b中，设置IG电极2216、和与在电源部27中产生规定的偏置电压的 电源Vdd连接的N型区域2202, IG电极2216与设置在振子210的一方的电极212连接， 基于根据压电体211中出现的电荷而变化的IG电极2216的电位来决定N型区域2202和 CDD221的区域之间的导通状态。因此，不放大与超声波的输入相应的信号也能够取得适当 的模拟的电信号，与该电信号有关的电荷之和进行调相加法运算，从而进行精度良好的超 声波诊断。即，该调相加法运算器220b以及超声波探头2能够节省与LNA的放大有关的电 力消耗，有效地实现消耗电力的降低。
[0136] 此外，与根据输入超声波的频率在压电体211中出现的电荷量的变动周期，即通 过IG电极2216形成沟道的周期同步地施加偏置电压的电源Vdd，因此将能够通过IG电极 2216流过的最大的电荷量决定为规定的值，能够将精度良好的电荷量输出到CCD221。
[0137] [第三实施方式]
[0138] 接着，说明第三实施方式的超声波探头。
[0139] 图7是表示第三实施方式的超声波探头2的内部结构的方框图（图7(a))，以及是 说明通过第三实施方式的超声波探头2具备的调相加法运算器220c接收超声波时的关于 该接收的结构的图（图7(b))。
[0140] 本实施方式的超声波探头2如图7 (a)所示，除了第一实施方式的超声波探头2中 振子排列21以及调相加法运算器220分别置换为振子排列21c以及调相加法运算器220c 的点以外，与第一实施方式的超声波探头2相同，针对相同的结构赋予相同的标号而省略 说明。
[0141] 本实施方式的超声波探头2中的振子排列21c具备振子210c。振子210c如图 7(b)所示，压电体211的两端的电极212c、213c分别经由中介层基板215连接到半导体基 板2201的N型区域2202以及P型区域2203。其他的结构和与第一实施方式的超声波探头 2有关的结构相同，赋予相同的记号而省略说明。
[0142] 中介层基板215是众所周知的，例如是Si中介层。振子210c的压电体211的大 小根据要检测的超声波的频率或敏感度而设定，与此相对，半导体基板2201上的电路能够 以根据成本决定的尺寸来形成，因此通过夹着中介层基板215,从而能够独自地设计、形成 振子排列21c和半导体基板2201。在该中介层基板215形成的连接布线期望配置为：不将 传送到N型区域2202的电信号衰减到需要以上，且尽量不产生在邻接的布线之间的寄生电 容。即，通过从振子210c向半导体基板2201的电信号的传递率成为规定的比例（例如， 50% )以上那样的长度、材质、以及布线来形成中介层基板215。
[0143] 以上那样，第三实施方式的超声波探头2具备中介层基板215,与在半导体基板 2201设置的调相加法运算器220c有关的电路经由该中介层基板215与振子210c的电极 212c、213c连接。因此，能够独自地制造振子210c和调相加法运算器220c，使用中介层基 板215组装超声波探头2,因此能够改善超声波探头2的成品率。
[0144] 此外，由于独自地制造所要求的间距不同的振子排列21c和调相加法运算器 220c，从而能够更简单地进行各自的设计以及制造，因此容易实现成本的削减。
[0145] 另外，本发明不限于上述的实施方式，能够进行各种变更。
[0146] 例如，上述实施方式中，设为利用CXD(电位的势阱）作为电荷的延迟传送路径， 但是也可以利用与其他的延迟传送有关的结构，例如BBD(Bucket Brigade Device,斗链器 件）（电容器）。
[0147] 此外，在上述实施方式中，说明了与超声波诊断装置主体1进行无线通信的超声 波探头2,但是不限定于此。即使是进行了有线连接的超声波探头2、或与从超声波诊断装 置主体1直接输出超声波，此外检测超声波的探针（probe)体型的超声波诊断装置中的超 声波的接收有关的部分，通过应用本发明，也能够降低消耗电力。
[0148] 此外，在上述实施方式中，构成为使用相同的振子210进行超声波的发送和接收 的双方，但是也可以构成为独自地设置用于超声波发送的振子和用于接收的振子并分别使 其动作。由此，能够减少开关的控制，或者防止接收时伴随与发送侧电路有关的寄生电容的 发生的损失。
[0149] 此外，上述实施方式中，构成为全都基于来自超声波诊断装置主体1的控制信号 而使超声波探头2的各部分驱动动作，但是也可以通过驱动控制部24进行一部分的控制。
[0150] 此外，包含与本发明有关的超声波探头2的超声波诊断装置S除了用于活体或结 构物等的非破坏检查之外，也可以用于超声波CT检查或光声检查那样的各种用途。
[0151] 另外，上述实施方式所示的具体的结构或配置等的细节在不脱离本发明的主旨的 范围内能够进行适当变更。
【权利要求】
1. 一种调相加法运算器，其特征在于，具备： 延迟电荷传送部，根据分别具有生成与所输入的超声波的声压相应的电荷的压电体的 多个压电元件中分别产生的电荷，取得未被放大而得到的量的信号电荷，分别保持期望的 时间；以及 延迟加法运算部，对在所述延迟电荷传送部中分别被保持了所述期望的时间的所述信 号电荷的量进行调相加法运算。
2. 如权利要求1所述的调相加法运算器，其特征在于， 所述信号电荷的量与设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所述压电体两端的电 极中感应的电荷量对应。
3. 如权利要求1所述的调相加法运算器，其特征在于，具备： 开关部，该开关部具有连接到规定的偏置电压发生部的源区域和决定该源区域与所述 延迟电荷传送部之间的导通状态的栅电极， 所述栅电极连接到设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所述压电体两端的电极 中的一方， 所述延迟电荷传送部基于根据在所述压电体中产生的电荷而变化的所述栅电极的电 位，从所述源区域取得所述信号电荷。
4. 如权利要求3所述的调相加法运算器，其特征在于， 所述偏置电压与在所述压电体中产生的电荷量的变动周期同步地施加。
5. 如权利要求1?4的任一项所述的调相加法运算器，其特征在于， 在所述延迟电荷传送部中，使用（XD。
6. 如权利要求1?4的任一项所述的调相加法运算器，其特征在于， 所述延迟电荷传送部经由中介层与设置于在所述压电元件中产生所述电荷的所述压 电体两端的电极连接。
7. -种超声波探头，其特征在于，具备： 权利要求1?4的任一项所述的调相加法运算器； 所述压电元件，分别连接到该调相加法运算器； 信号放大器，将进行了所述调相加法运算的电荷量作为电压信号进行放大；以及 信号输出部，输出进行了该放大的电压信号。
8. 如权利要求7所述的超声波探头，其特征在于， 所述信号输出部具备：无线通信部，通过无线将所述信号输出至外部设备。
9. 如权利要求7所述的超声波探头，其特征在于，具备： 发送驱动部，使所述压电元件输出规定的波长的超声波；以及 发送接收切换驱动部，根据控制信号，将所述发送驱动部和所述延迟电荷传送部中的 任一个与所述压电元件择一地连接。
【文档编号】G01N29/36GK104274206SQ201410327914
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】中山雄太 申请人:柯尼卡美能达株式会社
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