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1. WO2020090787 - ULTRASOUND DETECTION DEVICE

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明 細 書

発明の名称 超音波検出装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

発明の概要

0005   0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108  

符号の説明

0109  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

明 細 書

発明の名称 : 超音波検出装置

技術分野

[0001]
 本開示は、超音波検出装置に関する。

背景技術

[0002]
 超音波の反射を利用して血管内部の断層画像を取得可能な血管内超音波検査法(IVUS:Intravascular Ultrasound)の実行が可能な超音波検出装置が知られている。
[0003]
 この超音波検出装置は、一般に、超音波探触子(プローブ部)と、信号の送受信を行う送受信部を含むパルサレシーバと、がカテーテル内を挿通しているケーブルによって電気的に接続されている構成を有する。超音波検出装置では、例えば、パルサレシーバが、カテーテル内の信号用のケーブルを介して大きな電圧の駆動用の送信信号をプローブ部の振動子に付与すると、振動子が超音波を発生する。このとき、振動子は、血管の各部で反射した超音波を受けて微弱な受信信号を生じる。この微弱な受信信号は、プローブ部内の増幅回路で増幅された上でカテーテル内の信号用のケーブルを介してパルサレシーバに送られる。また、振動子に電圧を付与するために、例えば、振動子の第1の電極に信号用の配線(信号線ともいう)が電気的に接続され、振動子の第2の電極に電圧の基準となる電位を付与する配線(基準線ともいう)が電気的に接続される。基準線は、例えば、接地されている配線(接地線ともいう)を含む。
[0004]
 このような超音波検出装置については、例えば、プローブ部内において、増幅回路の前段に送信信号の通過を阻止し、微弱な受信信号を通過させる回路(スイッチ回路ともいう)を設ける技術が提案されている(例えば、特開2011-229630号公報の記載を参照)。これにより、例えば、大きな電圧の送信信号の入力によってプローブ部内の増幅回路が壊れる不具合が生じにくい。スイッチ回路は、例えば、ダイオードブリッジ回路などを含む。

発明の概要

[0005]
 超音波検出装置が開示される。
[0006]
 超音波検出装置の一態様は、プローブ部と、送受信部と、第1配線と、第2配線と、を備えている。前記プローブ部は、対象物との間で超音波の送受波を行うことができる。前記送受信部は、前記プローブ部との信号の送受信および前記プローブ部に対する電源電圧の付与を行うことができる。前記第1配線は、前記送受信部と前記プローブ部とを電気的に接続している状態にあり且つ前記送受信部による前記プローブ部への基準電位の付与を行うことができる。前記第2配線は、前記送受信部と前記プローブ部とを電気的に接続している状態にあり且つ前記送受信部から前記プローブ部への電圧信号の送信および前記プローブ部から前記送受信部への電流信号の送信を行うことができる。前記プローブ部は、第1振動子と、第2振動子と、双方向ダイオードと、増幅回路と、を有する。前記第1振動子は、前記電圧信号の付与に応答して前記対象物に超音波を送ることができる。前記第2振動子は、前記対象物からの超音波を受けて電気信号に変換することができる。前記双方向ダイオードは、前記第2配線と前記第1振動子とを接続している状態にある。前記増幅回路は、前記電気信号に応答して電流を増幅して電流信号を前記第2配線に出力することができる。前記第2振動子は、前記第1配線に電気的に接続している状態にある第1電極と、第2電極と、を含む。前記増幅回路は、第1トランジスタと、第1抵抗素子と、第2トランジスタと、第2抵抗素子と、第1容量素子と、を有する。前記第1トランジスタは、第3電極、第4電極および第5電極、を含み且つソース接地またはエミッタ接地の状態にある。前記第3電極は、前記第1配線に接続している状態にあり且つソースもしくはエミッタである。前記第4電極は、前記第2振動子の前記第2電極に電気的に接続している状態にあり且つゲートもしくはベースである。前記第5電極は、前記第4電極に対して抵抗素子を介して電気的に接続している状態にあり且つドレインもしくはコレクタである。前記第1抵抗素子は、前記第5電極と前記第2配線とを電気的に接続している状態にある。前記第2トランジスタは、第6電極、第7電極および第8電極を含むとともに、前記第1トランジスタとは異なる導電型を有し且つドレイン接地もしくはコレクタ接地の状態にあるか、あるいは前記第1トランジスタと同一の導電型を有し且つソース接地もしくはエミッタ接地の状態にある。前記第6電極は、前記第1配線に接続している状態にある。前記第7電極は、前記第5電極に電気的に接続している状態にあり且つゲートもしくはベースである。前記第2抵抗素子は、前記第8電極と前記第2配線とを電気的に接続している状態にある。前記第1容量素子は、前記第8電極と前記第2配線とを接続している状態にある。前記送受信部は、内部抵抗によって前記電流信号に応じた電圧を検出することができる。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 図1は、第1実施形態に係る超音波検出装置の構成の一例を示す図である。
[図2] 図2(a)は、図1のIIa部におけるカテーテル部の先端部分を含む構成の一例を示す図である。図2(b)は、図2(a)のIIb-IIb線に沿ったカテーテル部の仮想的な切断面部の一例を示す図である。
[図3] 図3は、第1実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の一例を示す図である。
[図4] 図4は、第1実施形態に係る増幅回路の動作を説明するための図である。
[図5] 図5は、第1実施形態に係る増幅回路の動作を説明するための図である。
[図6] 図6は、第2実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の一例を示す図である。
[図7] 図7は、第3実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の一例を示す図である。
[図8] 図8は、第4実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の一例を示す図である。
[図9] 図9は、第5実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第1例を示す図である。
[図10] 図10は、第5実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第2例を示す図である。
[図11] 図11は、第6実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第1例を示す図である。
[図12] 図12は、第6実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第2例を示す図である。
[図13] 図13は、第6実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第3例を示す図である。
[図14] 図14は、第6実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の第4例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0008]
 例えば、超音波の反射を測定することで血管内部の断層画像をリアルタイムで見ることができる血管内超音波検査法(IVUS)を実行可能な超音波検出装置が知られている。
[0009]
 この超音波検出装置は、一般に、プローブ部と、このプローブ部との間で信号の送受信を行う送受信部を含むパルサレシーバと、がカテーテル内のケーブルで電気的に接続されている構成を有する。超音波検出装置では、例えば、プローブ部内の振動子が、パルサレシーバによるカテーテル内の信号用のケーブルを介した-100Vあるいは+100V程度の大きな電圧の駆動用の送信信号の付与に応答して、超音波を発生する。そして、振動子は、血管の各部で反射した超音波を受けて微弱な受信信号を生じる。この微弱な受信信号は、プローブ部内の増幅回路で増幅された上でカテーテル内の信号用のケーブルを介してパルサレシーバに送られる。これにより、受信信号のS/N比が改善される。また、振動子に電圧を付与するために、例えば、振動子は、信号線が電気的に接続された第1の電極と、電圧の基準となる電位を付与する接地線などの基準線が電気的に接続された第2の電極と、を有する。
[0010]
 このような構成を有する超音波検出装置については、例えば、プローブ部内において、増幅回路の前段に送信信号の通過を阻止し、微弱な受信信号を通過させる、ダイオードブリッジ回路などのスイッチ回路を設けることが考えられる。これにより、例えば、大きな電圧の送信信号の入力によってプローブ部内の増幅回路が壊れる不具合が生じにくい。
[0011]
 ところで、プローブ部内に増幅回路およびスイッチ回路が存在している場合には、信号線および基準線を含む2本の配線に加えて、増幅回路およびスイッチ回路を駆動させるための電圧を付与する少なくとも2本の電源線をカテーテル内に挿通させる形態が考えられる。この場合には、例えば、パルサレシーバと1つの振動子とを用いて、送信信号および受信信号の送受信を行うために、少なくとも4本の配線をカテーテル内に挿通される必要がある。また、例えば、プローブ部内の振動子、増幅回路およびスイッチ回路などの素子および回路の数の増加に伴って、カテーテル内に挿通される配線の本数が増加し得る。そして、配線の本数の増加によってカテーテルの径が増大すれば、例えば、カテーテルを挿入可能な血管の径が限定され得る。
[0012]
 また、このような問題は、IVUSを実行可能な超音波検出装置だけに限られず、送受信部とプローブ部との間における配線の数を減らしたいような用途で使用される超音波検出装置一般に共通する。
[0013]
 そこで、本開示の発明者らは、超音波検出装置について、送受信部とプローブ部との間における配線の数を減らすことができる技術を創出した。
[0014]
 これについて、以下、各種実施形態を図面に基づいて説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。図2(a)および図2(b)には、右手系のXYZ座標系が付されている。このXYZ座標系では、カテーテル部2における先端2tpに向けた長手方向が第1方向としての-X方向とされ、カテーテル部2の径方向に沿った第2方向が+Y方向とされ、+X方向と+Y方向との両方に直交する第3方向が+Z方向とされている。
[0015]
 <1.第1実施形態>
 第1実施形態に係る超音波検出装置100は、人体を含む生体用のカテーテルを用いた検査装置である。第1実施形態に係る超音波検出装置100について、図1から図5に基づいて説明する。
[0016]
  <1-1.超音波検出装置の概略的な構成>
 図1で示されるように、超音波検出装置100は、例えば、ガイドワイヤ1、カテーテル部2、ケーブル部3、本体制御ユニット4および駆動機構5を備えている。
[0017]
 ガイドワイヤ1は、生体のうちの処理の対象物としての管状体の蛇行および湾曲している管腔における所望の場所にカテーテル部2を導くための線状の部材である。ここで、管状体は、例えば、蛇行および湾曲している血管などを含み得る。このような血管は、例えば、心臓冠動脈、脳の血管あるいは足の血管などを含み得る。管状体が血管である場合には、管腔は、血管の内腔である。
[0018]
 カテーテル部2は、対象物としての管状体に対して各種の処理を行うことが可能な細い管状の医療器具である。図2(a)および図2(b)で示されるように、カテーテル部2は、例えば、細長い管状体20と、この管状体20の内部空間(管腔ともいう)2is内に位置している細長いセンサ部21と、を有する。
[0019]
 管状体20は、先端2tpにおいて、ガイドワイヤ1の先端1tpを基準としてガイドワイヤ1が管状体20の管腔2is内に向けて挿通している状態にある孔部2thを有する。また、管状体20は、ガイドワイヤ1が管腔2isから外部に引き出されるように挿通している孔部2opを有する。このため、ガイドワイヤ1に沿って管状体20を摺り動かすことができる。これにより、例えば、血管内にガイドワイヤ1を挿入し、このガイドワイヤ1に沿って血管に管状体20を挿入することができる。そして、例えば、この管状体20に沿わせて病変部などの対象箇所までセンサ部21を到達させることができる。
[0020]
 センサ部21は、例えば、管状体20の管腔2is内において、管状体20の長手方向において管状体20に沿って移動可能である。また、センサ部21は、例えば、このセンサ部21の先端部21tpの近傍に位置している超音波探蝕子(プローブ部ともいう)22と、配線部W1と、を有する。プローブ部22は、例えば、対象物としての管状体との間で超音波の送受波を行うことができる。具体的には、プローブ部22は、例えば、本体制御ユニット4からケーブル部3および配線部W1を介して入力された電気信号に応答して、センサ部21の長手方向に沿った仮想的な軸(仮想軸ともいう)Ax2に交差する方向に向けて超音波を送り出すことができる。これにより、プローブ部22は、例えば、対象物としての管状体に対して超音波を送る動作(送波ともいう)を実現することができる。また、プローブ部22は、例えば、超音波を受けて、この超音波を電気信号に変換することができる。このプローブ部22は、電気信号を増幅処理した上で、配線部W1を介して本体制御ユニット4に送ることができる。
[0021]
 ケーブル部3は、例えば、長手方向の第1の端部でカテーテル部2に接続している状態にある。また、ケーブル部3は、例えば、長手方向の第2の端部において本体制御ユニット4に着脱可能に接続している状態にあるコネクタ3cを有する。このため、例えば、本体制御ユニット4は、ケーブル部3を介して、カテーテル部2との間で各種の信号の送受信が可能である。また、本体制御ユニット4は、例えば、ケーブル部3を介して、カテーテル部2に電力を供給してもよい。
[0022]
 駆動機構5は、例えば、管状体20の管腔2is内に位置しているセンサ部21を、このセンサ部21の長手方向に沿った仮想軸Ax2を中心として機械的に回転せることができる。このため、例えば、プローブ部22は、仮想軸Ax2を中心として1回転するごとに、対象物としての管状体の長手方向における1箇所について断層構造に係る電気信号を得ることができる。このようにして、機械的な回転によってプローブ部22が回転する方式は、機械式と称される。
[0023]
 本体制御ユニット4は、例えば、超音波検出装置100における各部の動作を制御することができる。この本体制御ユニット4は、例えば、入力部41、出力部42および送受信部4pなどを有する。
[0024]
 入力部41は、例えば、本体制御ユニット4を使用するユーザの動作などに応じた信号を入力することができる。入力部41は、例えば、操作部、マイクおよび各種センサなどを含み得る。操作部は、ユーザの操作に応じた信号を入力することができるマウスおよびキーボードなどを含み得る。マイクは、ユーザの音声に応じた信号を入力することができる。各種センサは、ユーザの動きに応じた信号を入力することができる。
[0025]
 出力部42は、例えば、各種情報を出力することができる。出力部42は、例えば、表示部およびスピーカなどを含み得る。表示部は、例えば、各種情報をユーザが認識可能な態様で可視的に出力することができる。ここで、表示部は、入力部41の少なくとも一部と一体化されたタッチパネルの形態を有していてもよい。スピーカは、例えば、各種情報をユーザが認識可能な態様で可聴的に出力することができる。出力部42が出力する各種情報は、例えば、センサ部21を用いて得られた、対象物としての管状体の断層構造に係る画像情報などを含み得る。
[0026]
 送受信部4pは、例えば、プローブ部22との間における電気信号の送受信およびプローブ部22に対する電源電圧の付与を実行することができる。送受信部4pとプローブ部22との間において送受信される電気信号は、例えば、電圧信号および電流信号を含み得る。送受信部4pは、例えば、パルサレシーバとも称される。また、送受信部4pは、内部抵抗を有しており、この内部抵抗によって、プローブ部22から受信する電流信号に応じた電圧を検出することができる。内部抵抗の電気抵抗は、例えば、50Ω程度の所定の値に設定される。送受信部4pは、電流信号を増幅した後に、増幅後の電流信号に応じて内部抵抗によって電圧を検出するためのアンプ、あるいは電流信号に応じて内部抵抗で発生させた電圧を増幅した後に検出するためのアンプ、を有していてもよい。
[0027]
  <1-2.超音波検出装置における回路の構成>
 図3で示されるように、配線部W1は、第1配線W1fおよび第2配線W1sを含む。
[0028]
 第1配線W1fは、例えば、送受信部4pとプローブ部22とを電気的に接続している状態にある。この第1配線W1fは、例えば、送受信部4pによってプローブ部22に基準の電位(基準電位ともいう)Voを付与することができる。第1実施形態では、基準電位Voは、例えば、所定の正の電位である+10Vなどに設定される。基準電位Voには、例えば、+1Vから+30V程度の所定の正の電位が適用されてもよい。別の観点から言えば、第1配線W1fは、例えば、プローブ部22に対して電源を供給するための配線(電源線ともいう)としての機能を有する。
[0029]
 第2配線W1sは、例えば、送受信部4pとプローブ部22とを電気的に接続している状態にある。この第2配線W1sは、例えば、送受信部4pからプローブ部22への電気信号の送信と、プローブ部22から送受信部4pへの電気信号の送信と、を実行することができる。第1実施形態では、例えば、第2配線W1sを介して送受信部4pからプローブ部22に送信される電気信号は、電圧信号であり、第2配線W1sを介してプローブ部22から送受信部4pへ送信される電気信号は、電流信号である。
[0030]
 図3で示されるように、プローブ部22は、例えば、第1振動子Ut1と、第2振動子Ut2と、双方向ダイオードDd1と、増幅回路22aと、を有する。
[0031]
   <1-2-1.第1振動子>
 第1振動子Ut1は、例えば、送受信部4pからプローブ部22への電気信号としての電圧信号の付与に応答して、対象物としての管状体に超音波を送る送波を実行することができる。第1振動子Ut1には、例えば、圧電素子などが適用される。第1実施形態では、第1振動子Ut1は、例えば、1A電極E1aと、1B電極E1bと、を有する。1A電極E1aは、例えば、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。1B電極E1bは、例えば、双方向ダイオードDd1を介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。
[0032]
   <1-2-2.第2振動子>
 第2振動子Ut2は、例えば、対象物としての管状体からの超音波を受けて、この超音波を電気信号に変換することができる。第2振動子Ut2には、例えば、圧電素子などが適用される。第1実施形態では、第2振動子Ut2は、例えば、第1電極としての2A電極E2aと、第2電極としての2B電極E2bと、を有する。2A電極E2aは、例えば、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。
[0033]
   <1-2-3.双方向ダイオード>
 双方向ダイオードDd1は、例えば、第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。この双方向ダイオードDd1は、例えば、第1振動子Ut1に向けて電気信号としての電圧信号を通過させることができる。また、この双方向ダイオードDd1は、例えば、閾値未満の強度の電気信号を通過させることができない。双方向ダイオードDd1は、例えば、電気的に並列に接続している、第1ダイオードD1と、第2ダイオードD2と、を有する。第1ダイオードD1は、第1方向に電流を流すことができる。第2ダイオードD2は、第1方向とは逆の第2方向に電流を流すことができる。このような構成および機能を有する双方向ダイオードDd1は、TRスイッチとも称される。
[0034]
 第1実施形態では、第1方向は、第1振動子Ut1から送受信部4pへ向けた方向である。第2方向は、送受信部4pから第1振動子Ut1へ向けた方向である。このため、第1実施形態では、例えば、送受信部4pから第1振動子Ut1に向けて、負の電位を呈する信号が、第1ダイオードD1を通過することができる。ここでは、例えば、第1配線W1fの正の基準電位Voに対して絶対値が相対的に大きな負の最小の電位(最小電位ともいう)Vminを呈する電圧信号s1が、送受信部4pから第1ダイオードD1を通過して第1振動子Ut1の1B電極E1bに印加され得る。この電圧信号s1には、例えば、絶対値が大きな負の最小電位Vminを呈するスパイクパルスなどが適用され得る。電圧信号s1の最小電位Vminは、例えば、-100Vなどに設定される。
[0035]
 ここで、第1振動子Ut1は、例えば、双方向ダイオードDd1を通過したスパイクパルスに応答して、超音波を発生させることができる。また、第1振動子Ut1は、例えば、対象物としての管状体からの超音波を受けて電気信号に変換することができる。このとき、第1振動子Ut1で発生する電気信号が、双方向ダイオードDd1の閾値未満の強度を有するものであれば、第1振動子Ut1で発生する電気信号は、双方向ダイオードDd1で遮蔽されて、第2配線W1sに到達しない。閾値は、例えば、電気信号の電圧を含み得る。
[0036]
   <1-2-4.増幅回路>
 増幅回路22aは、例えば、電気信号に応答して、電流を増幅して電流信号を第2配線W1sに出力することができる。換言すれば、増幅回路22aは、いわゆるトランスコンダクタンスアンプの機能を有する。
[0037]
 図3で示されるように、増幅回路22aは、例えば、第1トランジスタTr1と、第1抵抗素子Er1と、第2トランジスタTr2と、第2抵抗素子Er2と、第1容量素子Ec1と、を有する。また、第1実施形態では、増幅回路22aは、例えば、第3抵抗素子Er3と、第2容量素子Ec2と、を有する。
[0038]
 第1トランジスタTr1は、例えば、第3電極としての3A電極E3aと、第4電極としての3B電極E3bと、第5電極としての3C電極E3cと、を含む。3A電極E3aは、例えば、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。3B電極E3bは、例えば、第2振動子Ut2の2B電極E2bに電気的に接続している状態にある。3C電極E3cは、例えば、3B電極E3bに対して抵抗素子Er0を介して電気的に接続していることでダイオード接続を形成している状態にある。抵抗素子Er0は、例えば、10kΩなどの電気抵抗を有する。第1実施形態では、第1トランジスタTr1は、多数キャリアが正孔であるp型チャンネルを形成することができるMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を有するトランジスタ(PMOSトランジスタともいう)である。換言すれば、第1トランジスタTr1は、多数キャリアが正孔である第1導電型のトランジスタである。また、ここで、例えば、3A電極E3aは、ソース電極としての役割を有する。例えば、3B電極E3bは、ゲート電極としての役割を有する。例えば、3C電極E3cは、ドレイン電極としての役割を有する。この場合には、第1トランジスタTr1は、ソース接地の状態にあるMOSトランジスタ(第1MOSトランジスタともいう)である。また、第1実施形態では、第1トランジスタTr1は、例えば、3A電極E3aに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極としての3D電極E3dを有する。
[0039]
 第1抵抗素子Er1は、例えば、第1トランジスタTr1の3C電極E3cと第2配線W1sとを電気的に接続している状態にある。換言すれば、3C電極E3cは、第1抵抗素子Er1を介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第1実施形態では、3C電極E3cは、第1抵抗素子Er1と、第3抵抗素子Er3と、をこの記載の順に介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1は、例えば、1000Ω程度に設定される。第1抵抗素子Er1には、例えば、高い電圧の付与に対して壊れにくい性質(高耐圧性ともいう)を有する拡散抵抗もしくはウェル抵抗、あるいは十分な厚さの絶縁膜の上に形成された状態にあるポリシリコンの抵抗などが適用され得る。
[0040]
 第2トランジスタTr2は、例えば、第6電極としての4A電極E4aと、第7電極としての4B電極E4bと、第8電極としての4C電極E4cと、を含む。4A電極E4aは、例えば、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。4B電極E4bは、例えば、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続している状態にある。第1実施形態では、第2トランジスタTr2は、多数キャリアが電子であるn型チャンネルを形成することができるMOS構造を有するトランジスタ(NMOSトランジスタともいう)である。換言すれば、第2トランジスタTr2は、多数キャリアが電子である第2導電型のトランジスタである。ここで、4A電極E4aは、例えば、ドレイン電極としての役割を果たし得る。4B電極E4bは、例えば、ゲート電極としての役割を果たし得る。4C電極E4cは、例えば、ソース電極としての役割を果たし得る。この場合には、第2トランジスタTr2は、ドレイン接地の状態にあるMOSトランジスタ(第2MOSトランジスタ)である。また、第1実施形態では、第2トランジスタTr2は、例えば、4C電極E4cに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極としての4D電極E4dを有する。
[0041]
 ここで、例えば、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2が、それぞれMOSトランジスタであれば、増幅回路22aのより多くの素子を含む部分を微細化の技術で1枚の半導体チップにおいて実現することができる。
[0042]
 第2抵抗素子Er2は、例えば、第2トランジスタTr2の4C電極E4cと第2配線W1sとを電気的に接続している状態にある。換言すれば、4C電極E4cは、第2抵抗素子Er2を介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第1実施形態では、4C電極E4cは、第2抵抗素子Er2と、第3抵抗素子Er3と、をこの記載の順に介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第2抵抗素子Er2の電気抵抗R2は、例えば、第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1よりも小さな値に設定され得る。この場合には、例えば、第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1が1000Ω程度であれば、第2抵抗素子Er2の電気抵抗R2は、500Ω程度に設定され得る。第2抵抗素子Er2には、例えば、第1抵抗素子Er1と同様に、高耐圧性を有する拡散抵抗もしくはウェル抵抗、あるいは十分な厚さの絶縁膜の上に形成された状態にあるポリシリコンの抵抗などが適用され得る。第3抵抗素子Er3の電気抵抗R3は、例えば、50Ω程度の小さな値に設定される。
[0043]
 第1容量素子Ec1は、例えば、第2トランジスタTr2の4C電極E4cと第2配線W1sとを接続している状態にある。換言すれば、4C電極E4cは、第1容量素子Ec1を介して第2配線W1sに接続している状態にある。第1実施形態では、第1容量素子Ec1は、例えば、第9電極としての5A電極E5aと、第10電極としての5B電極E5bと、を含む。5A電極E5aは、例えば、第2トランジスタTr2の4C電極E4cに電気的に接続している状態にある。5B電極E5bは、例えば、第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第1容量素子Ec1の静電容量C1は、例えば、75pF程度に設定される。
[0044]
 そして、ここでは、例えば、4C電極E4cを基準とすれば、第2配線W1sに向けて、第2抵抗素子Er2および第3抵抗素子Er3を介して電流が流れ得る経路と、第1容量素子Ec1を介して電流が流れ得る経路と、が分岐して別ルートで存在している。
[0045]
 第2容量素子Ec2は、例えば、第11電極としての6A電極E6aと、第12電極としての6B電極E6bと、を含む。6A電極E6aは、例えば、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。6B電極E6bは、例えば、第3抵抗素子Er3を介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。第2容量素子Ec2の静電容量C2は、例えば、1つの半導体チップ上に形成することが可能である、いわゆるオンチップで形成することが可能である大きな値に設定され得る。第1実施形態では、6B電極E6bは、第3抵抗素子Er3を介して第2配線W1sに電気的に接続している状態にある。また、6B電極E6bは、第1抵抗素子Er1を介して抵抗素子Er0、3C電極E3cおよび4B電極E4bのそれぞれに電気的に接続している状態にある。さらに、6B電極E6bは、第2抵抗素子Er2を介して4C電極E4cおよび5A電極E5aのそれぞれに電気的に接続している状態にある。ここで、第3抵抗素子Er3および第2容量素子Ec2は、例えば、送受信部4pから第2配線W1sを介して増幅回路22aに入力される電圧信号s1の高周波成分をカットして、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2に付与するローパスフィルタとしての役割を果たし得る。これにより、例えば、増幅回路22aに付与される電圧の変化を緩やかにすることができる。その結果、例えば、電圧信号s1の付与に対する増幅回路22aの高耐圧性が向上し得る。
[0046]
  <1-3.増幅回路における電流の増幅>
   <1-3-1.第2振動子が超音波を受波していない基準状態>
 まず、例えば、図4で示されるように、送受信部4pによって第1配線W1fがプローブ部22に一定の基準電位Vo(例えば、+10V)を付与し、第2配線W1sが送受信部4pからプローブ部22に電圧信号s1を付与していない状態を、基準状態とする。この基準状態では、例えば、第1配線W1fと、送受信部4pが接地されている部分(接地部ともいう)と、の間に、電圧Vo(例えば、+10V)が付与されている状態にある。このとき、第1配線W1fから接地部に向けて、増幅回路22aと、第2配線W1sと、送受信部4pの内部抵抗と、を介して、定常電流が流れている状態にある。ここで、第2配線W1sを流れる定常電流をi0とすると、定常電流i0は、電圧Voを、増幅回路22aの全体の電気抵抗(第1合成抵抗ともいう)Rt1と送受信部4pの内部抵抗の電気抵抗Ri(例えば、50Ω)とを合算した抵抗値(第2合成抵抗値ともいう)Rt2で除した値を呈する。換言すれば、i0=Vo/Rt2の式で定常電流i0が表される。
[0047]
 ここで、増幅回路22aの第1合成抵抗Rt1においては、第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1(例えば1000Ω)よりも第2抵抗素子Er2の電気抵抗R2(例えば500Ω)の方が大きなウエイトを占める。例えば、第2合成抵抗Rt2は、電気抵抗R2と電気抵抗Riとを合算した値に近似した値を呈する。換言すれば、[第2合成抵抗Rt2]≒[電気抵抗R2]+[電気抵抗Ri]の関係式が成立する。ここで、例えば、第2合成抵抗Rt2が500Ωであり、電気抵抗Riが50Ωである場合には、第2合成抵抗Rt2は、約550Ωである。この場合には、定常電流i0は、約18mA(≒10V/550Ω)である。そして、第2配線W1sの電位Vsは、約900mV(≒50Ω×18mA)である。
[0048]
 ところで、この基準状態では、例えば、ダイオード接続によって、第1トランジスタTr1の3B電極E3bと3C電極E3cとが短絡している。このため、3A電極E3aよりも3B電極E3bの方が、電位が低い。これにより、ソース電極である3A電極E3aとゲート電極である3B電極E3bとの間の電圧Vgsが負の値を呈する。そして、第1トランジスタTr1は、ソース電極である3A電極E3aとドレイン電極である3C電極E3cとの間に、定常的な直流電流i0aが流れている状態にある。このとき、第1トランジスタTr1の電圧Vgsは、直流電流i0aに応じた値を呈する。ここで、第1トランジスタTr1の電圧Vgsは、式1よび式2で示すように、ソース-ドレイン間の電流Iに応じた値となる。
[0049]
  Vgs=√{(2×I)/β}+Vth ・・・(式1)
  β=μ×Cox×(W/L) ・・・(式2)。
[0050]
 式1および式2では、Vthは、第1トランジスタTr1の閾値電圧を示す。μは移動度を示す。Coxは、ゲート酸化膜の単位面積当たりの静電容量(単位ゲート酸化膜容量ともいう)を示す。ゲート酸化膜を構成する酸化物の誘電率をεoxとし、ゲート酸化膜の厚さをtoxとすれば、単位ゲート酸化膜容量Coxは、Cox=εox/toxの式で示される。Wは、チャンネルの幅を示す。Lは、チャンネルの長さを示す。
[0051]
 また、基準状態では、第1トランジスタTr1において定常的な直流電流i0aが流れている場合には、3C電極E3cに接続している、第2トランジスタTr2のゲート電極である4B電極E4bには、正の電位V0が付与されている状態にある。このため、第2トランジスタTr2では、ドレイン電極である4A電極E4aとソース電極である4C電極E4cとの間には、定常的な直流電流i0bが流れている状態にある。これにより、基準状態においては、増幅回路22aは、定常的に直流電流i0(=i0a+i0b)が流れている状態にある。
[0052]
   <1-3-2.第2振動子が超音波を受波している状態>
 ここで、例えば、図5で示されるように、第2振動子Ut2が、超音波を受波して、この超音波を電気信号に変換することで、第1トランジスタTr1のゲート電極としての3B電極E3bに電位Vinを付与する場合を想定する。この場合には、第1トランジスタTr1では、3B電極E3bへの電位Vinの付与に応じて、ソース電極である3A電極E3aとドレイン電極である3C電極E3cとの間に流れる電流i1が生じる。この電流i1は、式3で示される。
[0053]
  i1=gm1×Vin ・・・(式3)。
[0054]
 式3では、gm1は、第1トランジスタTr1に係るトランスコンダクタンス(相互コンダクタンスともいう)を示す。相互コンダクタンスgm1は、例えば、30mS程度に設定される。
[0055]
 このとき、第2トランジスタTr2のゲート電極である4B電極E4bには、第1トランジスタTr1に対する電位Vinの入力に応じた電位V1が付与される。この電位V1は、式4で示される。
[0056]
  V1=gm1×Vin×R1 ・・・(式4)。
[0057]
 式4では、gm1は、第1トランジスタTr1に係るトランスコンダクタンス(相互コンダクタンスともいう)を示す。R1は、第1抵抗素子Er1の電気抵抗を示す。ここでは、例えば、電位V1の出力に対する抵抗(出力抵抗ともいう)Ro1を考慮して、電圧Vinを電圧V1に増幅する電圧利得Av1は、Av1=gm1×{1/(1/R1+1/Ro1)}の式で示されてもよい。この場合には、第2トランジスタTr2のゲート容量をCg2とすれば、電圧Vinを電圧V1に増幅可能な信号強度の帯域幅(単に帯域ともいう)ωc1は、ωc1=1/〔{1/(1/R1+1/Ro1)}×Cg2〕の式で示され得る。ここで、相互コンダクタンスgm1は、30mS程度に設定され、出力抵抗Ro1は、700Ω程度に設定される。
[0058]
 第2トランジスタTr2では、4B電極E4bへの電位V1の付与に応じて、ドレイン電極である4A電極E4aとソース電極である4C電極E4cとの間に流れる電流i2が生じる。ここで、例えば、第2トランジスタTr2と第2抵抗素子Er2とは、ソース接地(ソースフォロアともいう)の回路を形成している。このため、第2トランジスタTr2では、ゲート電極である4B電極E4bへ入力される電位V1と、ソース電極である4C電極E4cから出力される電位V2と、がほぼ等しくなる。電位V2は、式5で示される。また、電流i2は、式6で示される。ここでは、例えば、第2トランジスタTr2について、相互コンダクタンスをgm2とし、電位V2の出力抵抗をRo2とすると、電圧V1を電圧V2に増幅する電圧利得Av2は、Av2=(gm2×Ro2)/{1+(gm2×Ro2)}で示されてもよい。この場合には、電圧V1を電圧V2に増幅可能な信号強度の帯域ωc2は、ωc2=gm2/C2の式で示され得る。C2は、上述したように、第2容量素子Ec2の静電容量である。ここで、相互コンダクタンスgm2は、例えば、133mS程度に設定され、出力抵抗Ro2は、例えば、680Ω程度に設定される。このとき、電圧利得Av2は、ほぼ1となる。
[0059]
  V2≒V1=gm1×Vin×R1 ・・・(式5)
  i2=V2/R2≒gm1×Vin×(R1/R2)・・・(式6)。
[0060]
 ここで、電流i2と電流i1とは、式3および式6から、式7で示される関係を有する。
[0061]
  i2=V2/R2≒gm1×Vin×(R1/R2)=(R1/R2)×i1 ・・・(式7)。
[0062]
 ここで、例えば、第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1が1000Ωであり、第2抵抗素子Er2の電気抵抗R2が500Ωであれば、i2=2×i1の関係が成立する。
[0063]
 また、このとき、第1容量素子Ec1では、5A電極E5aに電位V2が印加され、5B電極E5bに0Vの電位が印加されて、第1容量素子Ec1を流れる交流成分である電流i3が生じる。この電流i3は、式8で示される。
[0064]
  i3=V2×jωC1 ・・・(式8)。
[0065]
 式8では、jωCは、第1容量素子Ec1のアドミタンスを示す。より具体的には、jは、虚数単位を示す。ωは、角周波数を示す。このωは、2πfと等価である。fは、交流の周波数を示す。また、C1は、第1容量素子Ec1の静電容量を示す。
[0066]
 そして、電流i3は、式8のV2に式5を代入し、さらに式3を代入することで、式9で示される。
[0067]
  i3=V2×jωC1=gm1×Vin×(R1×jωC1)=(R1×jωC1)×i1 ・・・(式9)。
[0068]
 ここで、例えば、電気抵抗R1が1000Ωであり、静電容量C1が75pFであり、印加される交流の電圧Vinの周波数fが60MHzであれば、i3≒28.2×i1の関係が成立する。このとき、電流i3が、電流i1に対して約28.2倍に増幅された関係を有する。
[0069]
 そして、増幅回路22aから第2配線W1sを介して送受信部4pに向けて、電流i1と電流i2と電流i3との和である電流(信号電流ともいう)i4の電流信号が流れる。ここでは、例えば、電気抵抗R1、電気抵抗R2および静電容量C1を、それぞれ適宜に大きな値に設定すれば、増幅回路22aから出力される信号電流i4を増大させることができる。例えば、上記一例では、信号電流i4は、電流i1の約30.2倍である。このため、増幅回路22aは、例えば、電流i1を約30倍まで増幅した信号電流i4を出力することができる。これにより、例えば、送受信部4pにおいて内部抵抗によって生じる電流信号に応じた電圧が増幅されるような状態となる。
[0070]
 そして、このとき、送受信部4pは、例えば、定常的な直流電流i0に応じた電圧を基準として、第2振動子Ut2による超音波の受波に応答した電位Vinに応じて流れる信号電流i4の増減に応じた電圧の変化を検出することができる。これにより、送受信部4pは、例えば、対象物としての管状体の断層構造に係る情報を得ることができる。
[0071]
 上述したように、超音波検出装置100では、例えば、送受信部4pとプローブ部22との間には、接地用の専用の配線ならびにスイッチ回路を駆動させるための電源線がなく、第1配線W1fおよび第2配線W1sを含む2本の配線しか存在していない。このような構成であっても、電圧信号の付与に応答した第1振動子Ut1による超音波の送波と、第2振動子Ut2による超音波の受波に応答した電気信号の出力と、増幅回路22aによる電気信号に応答して増幅された電流信号の出力と、が実現可能である。したがって、例えば、超音波検出装置100では、送受信部4pとプローブ部22との間における配線の数を減らすことができる。
[0072]
  <1-4.増幅回路のその他の性質>
   <1-4-1.増幅回路における高耐圧性と高い相互コンダクタンスとの両立>
 仮に、例えば、増幅回路を構成するトランジスタを、高い電圧の付与に対して壊れにくい性質(高耐圧性)を有するMOSトランジスタとする場合には、ゲートの酸化膜をかなり厚くすることが考えられる。しかしながら、ゲートの酸化膜の厚さが増大すれば、利得の低下ならびに増幅可能な信号強度の帯域の減少が生じ得る。このため、例えば、増幅回路における高耐圧性と高い相互コンダクタンスとを両立させる点で、改善の余地がある。
[0073]
 第1実施形態に係る増幅回路22aでは、第1配線W1fと第2配線W1sとの間に、基準電位Voと、電圧信号s1の最小電位Vminとの差分としての電圧が最大の電圧(最大電圧ともいう)として印加され得る。
[0074]
 第1実施形態に係る増幅回路22aにおいて、例えば、第1トランジスタTr1に流れる電流の最大値(第1最大電流値ともいう)Imax1は、式10で示される。
[0075]
  Imax1=V/R=(Vo+|Vmin|)/{(1/gm1)+R1+R3} ・・・(式10)。
[0076]
 また、例えば、第2トランジスタTr2に流れる電流の最大値(第2最大電流値ともいう)Imax2は、式11で示される。
[0077]
  Imax2=V/R=(Vo+|Vmin|)/{(1/gm2)+(1/2πfC1)}・・・(式11)。
[0078]
 ここで、例えば、基準電位Voを+10Vとし、電圧信号s1の最小電位Vminを-100Vとし、相互コンダクタンスgm1を30mSとし、電気抵抗R1を1000Ωとし、電気抵抗R3を50Ωとすると、式10から算出される第1最大電流値Imax1は、約110mAとなる。また、例えば、相互コンダクタンスgm2を133mSとし、第1容量素子Ec1を流れる交流の周波数fを60MHzとし、第1容量素子Ec1の静電容量C1を75pFとすると、式11から算出される第2最大電流値Imax2は、約2.5Aとなる。
[0079]
 上記式1および式2で示されたように、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2におけるゲート-ソース間の電圧Vgsは、それぞれソース-ドレイン間の電流Iに応じた値となる。このため、例えば、第1実施形態では、第1トランジスタTr1において、第1最大電流値Imax1の電流が流れることで変動する電圧Vgsの変動量ΔVgsが、第1トランジスタTr1のゲート酸化膜の絶縁破壊が生じ得る電圧(絶対最大定格ともいう)未満となるように、(W/L)が設定されればよい。第1トランジスタTr1では、例えば、数値βはMOSトランジスタの製造プロセスに応じて決まる。具体的には、第1トランジスタTr1において、例えば、移動度μが5.4×10 -2/(V・s)である場合には、ゲート酸化膜を構成する酸化物の誘電率εoxを3.45×10 -11F/mとし、ゲート酸化膜の厚さtoxを7.8×10 -9mとし、チャンネルの幅Wを500μmとし、チャンネルの長さLを0.35μmとすれば、「(変動量ΔVgs)<(絶対最大定格)」の関係を満たし得る。また、例えば、第1実施形態では、第2トランジスタTr2において、第2最大電流値Imax2の電流が流れることで変動する電圧Vgsの変動量ΔVgsが、第2トランジスタTr2のゲート酸化膜の絶縁破壊が生じ得る電圧(絶対最大定格)未満となるように、(W/L)が設定されればよい。第2トランジスタTr2では、例えば、移動度μが2.7×10 -2/(V・s)である場合には、ゲート酸化膜を構成する酸化物の誘電率εoxを3.45×10 -11F/mとし、ゲート酸化膜の厚さtoxを7.8×10 -9mとし、チャンネルの幅Wを1500μmとし、チャンネルの長さLを0.35μmとすれば、「(変動量ΔVgs)<(絶対最大定格)」の関係を満たし得る。
[0080]
 このように、第1実施形態では、例えば、増幅回路22aの回路の構成によって、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2のそれぞれにおけるゲート酸化膜が薄くても、絶対最大定格未満の電圧Vgsの変動量ΔVgsならびに高い相互コンダクタンスgm1,gm2が実現され得る。これにより、例えば、増幅回路22aにおける高耐圧性と高い相互コンダクタンスとが両立し得る。
[0081]
 また、例えば、第1実施形態に係る第2トランジスタTr2では、ソース電極としての4C電極E4cとバックゲート電極としての4D電極E4dとが、電気的に接続している状態にある。換言すれば、例えば、第2トランジスタTr2のバックゲート電極が第2配線W1sに直接接続されることなく、ソース電極としての4C電極E4cに接続されている状態にある。これにより、例えば、第1振動子Ut1から超音波を発生させるための絶対値が大きな最小電位Vminを呈する電圧信号s1を、第1振動子Ut1に印加する際に、第2トランジスタTr2が不具合を生じにくい。
[0082]
   <1-4-2.増幅回路における低消費電力>
 図3から図5で示されるように、第1配線W1fから増幅回路22aを経由して第2配線W1sに電流が流れる経路には、3つの経路がある。この3つの経路は、次の第1経路、第2経路および第3経路を含む。
[0083]
 [第1経路]第1配線W1fから、第1トランジスタTr1、第1抵抗素子Er1および第3抵抗素子Er3を経由して、第2配線W1sに至る経路。
[0084]
 [第2経路]第1配線W1fから、第2トランジスタTr2、第2抵抗素子Er2および第3抵抗素子Er3を経由して、第2配線W1sに至る経路。
[0085]
 [第3経路]第1配線W1fから、第2トランジスタTr2、第1容量素子Ec1を経由して、第2配線W1sに至る経路。
[0086]
 これらの3つの経路のうち、第1経路および第2経路には直流電流が流れ得る。このため、増幅回路22aは、第1経路および第2経路において、第2配線W1sを介して送受信部4pに直流結合(DC結合ともいう)の方式で接続している状態となる。また、上記の3つの経路のうち、第3経路には直流電流は流れずに交流電流が流れる。このため、増幅回路22aは、第3経路において、第2配線W1sを介して送受信部4pに交流結合(AC結合ともいう)の方式で接続している状態となる。
[0087]
 ところで、第2振動子Ut2が超音波を受波していない基準状態では、図4で示されたように、例えば、第1経路の直流電流i0aと第2経路の直流電流i0bとの和である直流電流i0が、第1配線W1fから増幅回路22aを介して第2配線W1sに流れる。また、第2振動子Ut2が超音波を受波している状態では、図5で示されたように、増幅回路22aでは、例えば、第1経路の電流i1に対して、第2経路の電流i2が小さな増幅率(R1/R2倍)で増幅された関係を有し、第3経路の交流の電流i3が大きな増幅率(R1×jωC1倍)で増幅された関係を有する。このため、増幅回路22aは、主に交流電流を増幅して出力する機能を有する。これにより、例えば、増幅回路22aにおいて定常的に流れる直流電流i0は小さなものとなり得る。その結果、増幅回路22aにおいて定常的に流れる直流電流i0に応じて消費される電力も小さなものとなり得る。したがって、例えば、超音波検出装置100では、消費電力を低減することができる。
[0088]
  <1-5.第1実施形態のまとめ>
 第1実施形態に係る超音波検出装置100では、例えば、送受信部4pとプローブ部22との間には、接地用の専用の配線ならびにスイッチ回路を駆動させるための電源線がなく、第1配線W1fおよび第2配線W1sを含む2本の配線が存在している。このような構成が採用されても、例えば、第1振動子Ut1が電圧信号の付与に応答して超音波を送り、第2振動子Ut2が超音波の受波に応答して電気信号を出力し、増幅回路22aが電気信号に応答して増幅された電流信号を出力することができる。したがって、例えば、超音波検出装置100において、送受信部4pとプローブ部22との間における配線の数を減らすことができる。
[0089]
 <2.他の実施形態>
 本開示は上述の第1実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。
[0090]
  <2-1.第2実施形態>
 上記第1実施形態において、例えば、第3抵抗素子Er3および第2容量素子Ec2のうちの第2容量素子Ec2が省略されてもよい。
[0091]
 例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22の代わりに、図6で示されるプローブ部22Aが採用されてもよい。プローブ部22Aは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22を基本構成として、増幅回路22aの代わりに、この増幅回路22aから第2容量素子Ec2が省略された増幅回路22aAを有する。この場合にも、例えば、第3抵抗素子Er3は、送受信部4pから第2配線W1sを介して増幅回路22aに入力される電圧信号s1を、この電圧信号s1の高周波成分をカットして、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2に付与し得る。これにより、例えば、増幅回路22aAに付与される電圧信号s1における電圧の変化を緩やかにすることができる。その結果、例えば、電圧信号s1の付与に対する増幅回路22aAの高耐圧性が向上し得る。また、この場合には、例えば、微細化の技術で1枚の半導体チップにおいて増幅回路22aAを実現することが容易となる。
[0092]
  <2-2.第3実施形態>
 上記第1実施形態において、例えば、第3抵抗素子Er3および第2容量素子Ec2の両方の素子が省略されてもよい。例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22の代わりに、図7で示されるプローブ部22Cが採用されてもよい。プローブ部22Cは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22を基本構成として、増幅回路22aの代わりに、この増幅回路22aから第3抵抗素子Er3および第2容量素子Ec2が省略された増幅回路22aCを有する。この場合にも、例えば、送受信部4pとプローブ部22Cとの間における配線の数を減らすことができる。
[0093]
  <2-3.第4実施形態>
 上記各実施形態において、例えば、正負の極性が全て逆であってもよい。
[0094]
 例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22の代わりに、図8で示されるプローブ部22Dが採用されてもよい。この場合には、例えば、第1配線W1fがプローブ部22Dに付与する基準電位Voが所定の負の電位とされ、第2配線W1sがプローブ部22Dに付与する電圧信号s1が絶対値が大きな正の最大電位Vmaxを呈するパルスとされる。ここで、基準電位Voは、例えば、-10Vなどに設定される。基準電位Voには、例えば、-1Vから-30V程度の所定の負の電位が適用されてもよい。最大電位Vmaxは、例えば、+100Vなどに設定される。
[0095]
 ここでは、プローブ部22Dは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22を基本構成として、増幅回路22aの代わりに、図8で示される増幅回路22aDを有する。増幅回路22aDは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係る増幅回路22aを基本構成として、第1トランジスタTr1が、第1MOSトランジスタとしてのNMOSトランジスタに置換され、第2トランジスタTr2が、第2MOSトランジスタとしてのPMOSトランジスタに置換されたものである。ここで、NMOSトランジスタは、ソース接地の状態にあり且つ多数キャリアが電子である第2導電型のトランジスタである。PMOSトランジスタは、ドレイン接地の状態にあり且つ多数キャリアが正孔である第1導電型のトランジスタである。ここでも、第1トランジスタTr1は、ソース電極の役割を有する第3電極としての3A電極E3aと、ゲート電極の役割を有する第4電極としての3B電極E3bと、ドレイン電極の役割を有する第5電極としての3C電極E3cと、3A電極E3aに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極である3D電極E3dと、を含む。第2トランジスタTr2は、例えば、ドレイン電極の役割を有する第6電極としての4A電極E4aと、ゲート電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、ソース電極の役割を有する第8電極としての4C電極E4cと、4C電極E4cに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極である4D電極E4dと、を含む。
[0096]
 第4実施形態に係る超音波検出装置100では、例えば、増幅回路22aDを流れる電流i1,i2,i3および第2配線W1sを流れる信号電流i4の向きあるいは正負が、上記第1実施形態における増幅回路22aを流れる電流i1,i2,i3および第2配線W1sを流れる信号電流i4とは逆となる。
[0097]
 このような構成が採用されても、例えば、第1振動子Ut1が電圧信号の付与に応答して超音波を送り、第2振動子Ut2が超音波の受波に応答して電気信号を出力し、増幅回路22aDが電気信号に応答して増幅された電流信号を出力することができる。したがって、例えば、超音波検出装置100において、送受信部4pとプローブ部22との間における配線の数を減らすことができる。
[0098]
 また、ここでも、例えば、第2実施形態および第3実施形態と同様に、第3抵抗素子Er3および第2容量素子Ec2の少なくとも一方の素子が省略されてもよい。
[0099]
  <2-4.第5実施形態>
 上記各実施形態において、例えば、第2トランジスタTr2が、第1トランジスタTr1と同一の導電型を有するソース接地の状態にあるMOSトランジスタに置換されてもよい。
[0100]
 例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22の代わりに、図9で示されるプローブ部22Eが採用されてもよい。このプローブ部22Eは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22を基本構成として、増幅回路22aの代わりに、増幅回路22aEを有する。この増幅回路22aEは、第1実施形態に係る増幅回路22aの第2トランジスタTr2がソース接地の状態にあり且つ多数キャリアが正孔である第1導電型のトランジスタである第2MOSトランジスタとしてのPMOSトランジスタとされたものである。この場合には、第2トランジスタTr2は、ソース電極の役割を有する第6電極としての4A電極E4aと、ゲート電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、ドレイン電極の役割を有する第8電極としての4C電極E4cと、を含む。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続された状態にある。また、第2トランジスタTr2は、4A電極E4aに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極である4D電極E4d、を有する。ここでは、例えば、第1抵抗素子Er1の電気抵抗R1を基準として、さらに第2抵抗素子Er2の電気抵抗R2を相対的に低下させてもよい。この場合には、例えば、電圧V1を電圧V2に増幅する増幅率が低下し、電圧V1を電圧V2に増幅可能な信号強度の帯域ωc2が大きくなり得る。その結果、例えば、第1容量素子Ec1の駆動能力としての静電容量C1を増加させることができる。
[0101]
 また、例えば、図8で示された第4実施形態に係るプローブ部22Dの代わりに、図10で示されるプローブ部22Fが採用されてもよい。このプローブ部22Fは、図10で示された第4実施形態に係るプローブ部22Dを基本構成として、増幅回路22aDの代わりに、増幅回路22aFを有する。この増幅回路22aFは、第4実施形態に係る増幅回路22aDの第2トランジスタTr2がソース接地の状態にあり且つ多数キャリアが電子である第2導電型のトランジスタである第2MOSトランジスタとしてのNMOSトランジスタとされたものである。この場合には、第2トランジスタTr2は、ソース電極の役割を有する第6電極としての4A電極E4aと、ゲート電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、ドレイン電極の役割を有する第8電極としての4C電極E4cと、を含む。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続された状態にある。また、第2トランジスタTr2は、4A電極E4aに電気的に接続された状態にあるバックゲート電極である4D電極E4d、を有する。
[0102]
  <2-5.第6実施形態>
 上記各実施形態において、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2を構成するMOSトランジスタは、例えば、バイポーラトランジスタとされてもよい。このような構成が採用されれば、例えば、バイポーラトランジスタは、MOSトランジスタとは異なり、絶縁破壊が生じ得るゲート酸化膜が存在していない。このため、例えば、第1振動子Ut1から超音波を発生させるための絶対値が大きな最小電位Vminあるいは最大電位Vmaxを呈する電圧信号s1を、第1振動子Ut1に印加する際に、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2に問題が生じにくい。
[0103]
 この場合には、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22の代わりに、図11で示されるプローブ部22Gが採用されてもよい。このプローブ部22Gは、例えば、図3から図5で示された第1実施形態に係るプローブ部22を基本構成として、増幅回路22aの代わりに、増幅回路22aGを有する。この増幅回路22aGは、第1実施形態に係る増幅回路22aを基本構成として、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2が、それぞれMOSトランジスタからバイポーラトランジスタに置換されたものである。ここでは、第1トランジスタTr1には、例えば、エミッタ接地の状態にある第1導電型のトランジスタとしてのPNP型のトランジスタが適用される。第2トランジスタTr2には、例えば、コレクタ接地の状態にある第2導電型のトランジスタとしてのNPN型のトランジスタが適用される。この場合には、第1トランジスタTr1は、エミッタ電極の役割を有する第3電極としての3A電極E3aと、ベース電極の役割を有する第4電極としての3B電極E3bと、コレクタ電極の役割を有する第5電極としての3C電極E3cと、を含む。3A電極E3aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。3B電極E3bは、第2振動子Ut2の第2電極としての2B電極E2bに電気的に接続している状態にある。3C電極E3cは、3B電極E3bに対して抵抗素子Er0を介して電気的に接続していることでダイオード接続を形成している状態にある。第2トランジスタTr2は、第6電極としての4A電極E4aと、ベース電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、第8電極としての4C電極E4cと、を含む。ここで、4A電極E4aは、例えば、コレクタ電極としての役割を果たし得る。4C電極E4cは、例えば、エミッタ電極としての役割を果たし得る。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続している状態にある。
[0104]
 また、例えば、図8で示された第4実施形態に係るプローブ部22Dの代わりに、図12で示されるプローブ部22Hが採用されてもよい。このプローブ部22Hは、例えば、図8で示された第4実施形態に係るプローブ部22Dを基本構成として、増幅回路22aDの代わりに、増幅回路22aHを有する。この増幅回路22aHは、第4実施形態に係る増幅回路22aDを基本構成として、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2が、それぞれMOSトランジスタからバイポーラトランジスタに置換されたものである。ここでは、第1トランジスタTr1には、例えば、エミッタ接地の状態にある第2導電型のトランジスタとしてのNPN型のトランジスタが適用される。第2トランジスタTr2には、例えば、コレクタ接地の状態にある第1導電型のトランジスタとしてのPNP型のトランジスタが適用される。この場合には、第1トランジスタTr1は、エミッタ電極の役割を有する第3電極としての3A電極E3aと、ベース電極の役割を有する第4電極としての3B電極E3bと、コレクタ電極の役割を有する第5電極としての3C電極E3cと、を含む。そして、3A電極E3aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。3B電極E3bは、第2振動子Ut2の第2電極としての2B電極E2bに電気的に接続している状態にある。3C電極E3cは、3B電極E3bに対して抵抗素子Er0を介して電気的に接続していることでダイオード接続を形成している状態にある。第2トランジスタTr2は、第6電極としての4A電極E4aと、ベース電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、第8電極としての4C電極E4cと、を含む。ここで、4A電極E4aは、コレクタ電極としての役割を果たし得る。4C電極E4cは、例えば、エミッタ電極としての役割を果たし得る。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続している状態にある。
[0105]
 また、例えば、図9で示された第5実施形態に係るプローブ部22Eの代わりに、図13で示されるプローブ部22Iが採用されてもよい。このプローブ部22Iは、例えば、図9で示された第5実施形態に係るプローブ部22Eを基本構成として、増幅回路22aEの代わりに、増幅回路22aIを有する。この増幅回路22aIは、第5実施形態に係る増幅回路22aEを基本構成として、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2が、それぞれMOSトランジスタからバイポーラトランジスタに置換されたものである。ここでは、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2には、例えば、エミッタ接地の状態にある第1導電型のトランジスタとしてのPNP型のトランジスタが適用される。第1トランジスタTr1は、エミッタ電極の役割を有する第3電極としての3A電極E3aと、ベース電極の役割を有する第4電極としての3B電極E3bと、コレクタ電極の役割を有するである第5電極としての3C電極E3cと、を含む。そして、3A電極E3aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。3B電極E3bは、第2振動子Ut2の第2電極としての2B電極E2bに電気的に接続している状態にある。3C電極E3cは、3B電極E3bに対して抵抗素子Er0を介して電気的に接続していることでダイオード接続を形成している状態にある。第2トランジスタTr2は、第6電極としての4A電極E4aと、ベース電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、第8電極としての4C電極E4cと、を含む。ここで、4A電極E4aは、例えば、エミッタ電極としての役割を果たし得る。4C電極E4cは、例えば、コレクタ電極としての役割を果たし得る。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続している状態にある。
[0106]
 また、例えば、図10で示された第5実施形態に係るプローブ部22Fの代わりに、図14で示されるプローブ部22Jが採用されてもよい。このプローブ部22Jは、例えば、図10で示された第5実施形態に係るプローブ部22Fを基本構成として、増幅回路22aFの代わりに、増幅回路22aJを有する。この増幅回路22aJは、第5実施形態に係る増幅回路22aFを基本構成として、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2が、それぞれMOSトランジスタからバイポーラトランジスタに置換されたものである。ここでは、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2には、例えば、それぞれエミッタ接地の状態にある第2導電型のトランジスタとしてのNPN型のトランジスタが適用される。この場合には、第1トランジスタTr1は、エミッタ電極の役割を有する第3電極としての3A電極E3aと、ベース電極の役割を有する第4電極としての3B電極E3bと、コレクタ電極の役割を有する第5電極としての3C電極E3cと、を含む。そして、3A電極E3aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。3B電極E3bは、第2振動子Ut2の第2電極としての2B電極E2bに電気的に接続している状態にある。3C電極E3cは、3B電極E3bに対して抵抗素子Er0を介して電気的に接続していることでダイオード接続を形成している状態にある。第2トランジスタTr2は、第6電極としての4A電極E4aと、ベース電極の役割を有する第7電極としての4B電極E4bと、第8電極としての4C電極E4cと、を含む。ここで、4A電極E4aは、例えば、エミッタ電極としての役割を果たし得る。4C電極E4cは、例えば、コレクタ電極としての役割を果たし得る。そして、4A電極E4aは、第1配線W1fに電気的に接続している状態にある。4B電極E4bは、第1トランジスタTr1の3C電極E3cに電気的に接続している状態にある。
[0107]
  <2-6.その他>
 上記各実施形態に係る超音波検出装置100は、例えば、配管内もしくは狭い空間において、周囲に位置している物体の断層画像を見るような、血管内部の断層画像を見る用途以外に適用されてもよい。この場合には、超音波検出装置100は、例えば、細長いセンサ部21と、送受信部4pと、を有していればよい。
[0108]
 上記各実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

符号の説明

[0109]
 22,22A,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22J プローブ部
 22a,22aA,22aC,22aD,22aE,22aF,22aG,22aH,22aI,22aJ 増幅回路
 4p 送受信部
 100 超音波検出装置
 Dd1 双方向ダイオード
 E2a 2A電極
 E2b 2B電極
 E3a 3A電極
 E3b 3B電極
 E3c 3C電極
 E3d 3D電極
 E4a 4A電極
 E4b 4B電極
 E4c 4C電極
 E4d 4D電極
 E5a 5A電極
 E5b 5B電極
 Ec1 第1容量素子
 Er0 抵抗素子
 Er1 第1抵抗素子
 Er2 第2抵抗素子
 Tr1 第1トランジスタ
 Tr2 第2トランジスタ
 Ut1 第1振動子
 Ut2 第2振動子
 Vo 基準電位
 W1f 第1配線
 W1s 第2配線
 i4 信号電流
 s1 電圧信号

請求の範囲

[請求項1]
 対象物との間で超音波の送受波を行うことできるプローブ部と、
 該プローブ部との信号の送受信および前記プローブ部に対する電源電圧の付与を行うことができる送受信部と、
 該送受信部と前記プローブ部とを電気的に接続している状態にあり且つ前記送受信部による前記プローブ部への基準電位の付与を行うことができる第1配線と、
 前記送受信部と前記プローブ部とを電気的に接続している状態にあり且つ前記送受信部から前記プローブ部への電圧信号の送信および前記プローブ部から前記送受信部への電流信号の送信を行うことができる第2配線と、を備え、
 前記プローブ部は、
 前記電圧信号の付与に応答して前記対象物に超音波を送ることができる第1振動子と、
 前記対象物からの超音波を受けて電気信号に変換することができる第2振動子と、
 前記第2配線と前記第1振動子とを接続している状態にある双方向ダイオードと、
 前記電気信号に応答して電流を増幅して電流信号を前記第2配線に出力することができる増幅回路と、を有し、
 前記第2振動子は、前記第1配線に電気的に接続している状態にある第1電極と、第2電極と、を含み、
 前記増幅回路は、
 前記第1配線に接続している状態にあり且つソースもしくはエミッタである第3電極、前記第2電極に電気的に接続している状態にあり且つゲートもしくはベースである第4電極、および該第4電極に対して抵抗素子を介して電気的に接続している状態にあり且つドレインもしくはコレクタである第5電極、を含むとともに、ソース接地またはエミッタ接地の状態にある第1トランジスタと、
 前記第5電極と前記第2配線とを電気的に接続している状態にある第1抵抗素子と、
 前記第1配線に接続している状態にある第6電極、前記第5電極に電気的に接続している状態にあり且つゲートもしくはベースである第7電極、および第8電極、を含むとともに、前記第1トランジスタとは異なる導電型を有し且つドレイン接地もしくはコレクタ接地の状態にあるか、あるいは前記第1トランジスタと同一の導電型を有し且つソース接地もしくはエミッタ接地の状態にある第2トランジスタと、
 前記第8電極と前記第2配線とを電気的に接続している状態にある第2抵抗素子と、
 前記第8電極と前記第2配線とを接続している状態にある第1容量素子と、を有し、
 前記送受信部は、内部抵抗によって前記電流信号に応じた電圧を検出することができる、超音波検出装置。
[請求項2]
 請求項1に記載された超音波検出装置であって、
 前記双方向ダイオードは、前記第2配線から前記第1振動子に向けて、前記電圧信号を通過させるとともに閾値未満の強度の信号を通過させない、超音波検出装置。
[請求項3]
 請求項1または請求項2に記載された超音波検出装置であって、
 前記第1容量素子は、前記第8電極に電気的に接続している状態にある第9電極と、前記第2配線に電気的に接続している状態にある第10電極と、を含む、超音波検出装置。
[請求項4]
 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載された超音波検出装置であって、
 前記第1トランジスタは、第1導電型を有し、
 前記第6電極が、ドレインまたはコレクタを含み、
 前記第8電極が、ソースまたはエミッタを含み、
 前記第2トランジスタは、ドレイン接地またはコレクタ接地の状態にある第2導電型のトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項5]
 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載された超音波検出装置であって、
 前記第1トランジスタは、第2導電型を有し、
 前記第6電極が、ドレインまたはコレクタを含み、
 前記第8電極が、ソースまたはエミッタを含み、
 前記第2トランジスタは、ドレイン接地またはコレクタ接地の状態にある第1導電型のトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項6]
 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載された超音波検出装置であって、
 前記第1トランジスタは、第1導電型を有し、
 前記第6電極が、ソースまたはエミッタを含み、
 前記第8電極が、ドレインまたはコレクタを含み、
 前記第2トランジスタは、ソース接地もしくはエミッタ接地の状態にある前記第1導電型のトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項7]
 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載された超音波検出装置であって、
 前記第1トランジスタは、第2導電型を含み、
 前記第6電極が、ソースまたはエミッタを含み、
 前記第8電極が、ドレインまたはコレクタを含み、
 前記第2トランジスタは、ソース接地もしくはエミッタ接地の状態にある前記第2導電型のトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項8]
 請求項4に記載の超音波検出装置であって、
 前記第3電極は、ソースを含み、
 前記第4電極は、ゲートを含み、
 前記第5電極は、ドレインを含み、
 前記第1トランジスタは、前記第1導電型の第1MOSトランジスタを含み、
 前記第6電極は、ドレインを含み、
 前記第7電極は、ゲートを含み、
 前記第8電極は、ソースを含み、
 前記第2トランジスタは、前記第2導電型の第2MOSトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項9]
 請求項5に記載の超音波検出装置であって、
 前記第3電極は、ソースを含み、
 前記第4電極は、ゲートを含み、
 前記第5電極は、ドレインを含み、
 前記第1トランジスタは、前記第2導電型の第1MOSトランジスタを含み、
 前記第6電極は、ドレインを含み、
 前記第7電極は、ゲートを含み、
 前記第8電極は、ソースを含み、
 前記第2トランジスタは、前記第1導電型の第2MOSトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項10]
 請求項6に記載の超音波検出装置であって、
 前記第3電極は、ソースを含み、
 前記第4電極は、ゲートを含み、
 前記第5電極は、ドレインを含み、
 前記第1トランジスタは、前記第1導電型の第1MOSトランジスタを含み、
 前記第6電極は、ソースを含み、
 前記第7電極は、ゲートを含み、
 前記第8電極は、ドレインを含み、
 前記第2トランジスタは、前記第1導電型の第2MOSトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項11]
 請求項7に記載の超音波検出装置であって、
 前記第3電極は、ソースを含み、
 前記第4電極は、ゲートを含み、
 前記第5電極は、ドレインを含み、
 前記第1トランジスタは、前記第2導電型の第1MOSトランジスタを含み、
 前記第6電極は、ソースを含み、
 前記第7電極は、ゲートを含み、
 前記第8電極は、ドレインを含み、
 前記第2トランジスタは、前記第2導電型の第2MOSトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項12]
 請求項8または請求項9に記載の超音波検出装置であって、
 前記第2MOSトランジスタは、前記第8電極に電気的に接続している状態にあるバックゲート電極、を含む、超音波検出装置。
[請求項13]
 請求項1から請求項7の何れか1つの請求項に記載の超音波検出装置であって、
 前記第1トランジスタは、エミッタ接地の状態にあるバイポーラトランジスタを含み、
 前記第2トランジスタは、前記第1トランジスタとは異なる導電型を有するコレクタ接地の状態にあるバイポーラトランジスタ、あるいは前記第1トランジスタと同一の導電型を有するエミッタ接地の状態にあるバイポーラトランジスタを含む、超音波検出装置。
[請求項14]
 請求項1から請求項13の何れか1つの請求項に記載の超音波検出装置であって、
 前記増幅回路は、前記第1抵抗素子および前記第2抵抗素子のそれぞれを前記第2配線に電気的に接続している状態にある第3抵抗素子、をさらに有する、超音波検出装置。
[請求項15]
 請求項14に記載の超音波検出装置であって、
 前記増幅回路は、第2容量素子、をさらに有し、
 前記第1容量素子は、前記第8電極と接続している状態にある第9電極と、前記第2配線に接続している状態にある第10電極と、を含み、
 前記第2容量素子は、前記第1配線に電気的に接続している状態にある第11電極と、前記第3抵抗素子を介して前記第2配線に電気的に接続している第12電極と、を含む、超音波検出装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]