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JPS5952390B2 - Ultrasonic beamformer - Google Patents
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JPS5952390B2 - Ultrasonic beamformer - Google Patents

Ultrasonic beamformer

Info

Publication number
JPS5952390B2
JPS5952390B2 JP54021836A JP2183679A JPS5952390B2 JP S5952390 B2 JPS5952390 B2 JP S5952390B2 JP 54021836 A JP54021836 A JP 54021836A JP 2183679 A JP2183679 A JP 2183679A JP S5952390 B2 JPS5952390 B2 JP S5952390B2
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JP
Japan
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transmission
signal
time
down counter
ultrasonic
Prior art date
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Application number
JP54021836A
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Japanese (ja)
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Inventor
健三 市川
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5952390B2 publication Critical patent/JPS5952390B2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341Circuits therefor
    • G10K11/346Circuits therefor using phase variation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置等に用いられる超音波ビームフ
ォーマの改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in ultrasonic beam formers used in ultrasonic diagnostic equipment and the like.

゛超音波診断装置は発生時間の限られたパルス状の
超音波のビームを体内にあてて、そのエコーを検出し、
プラン管等に表示するものである。
゛Ultrasonic diagnostic equipment shines a pulsed ultrasound beam with a limited generation time into the body and detects the echoes.
This is displayed on the plan pipe, etc.

従って、表示像の解像度をあげるためには超音波ビーム
は極力細く絞る必要がある。
Therefore, in order to increase the resolution of the displayed image, it is necessary to focus the ultrasonic beam as narrowly as possible.

しかしながら、通常用いられている超音波振動子(以下
振動子と略記する)の指向性は弱いものであるため、1
個の振動子で前述の様な極めて細く絞られた超音波ビー
ムを得る事は不可能であった。
However, since the directivity of commonly used ultrasonic transducers (hereinafter abbreviated as transducers) is weak,
It was impossible to obtain the extremely narrow ultrasonic beam as described above using a single transducer.

そのため、多数の振動子を多数個直線上に並べ、各振動
子から同一の超音波信号を送出することによって、各超
音波信号の干渉作用を利用したビームフォーマが提案さ
れている。
Therefore, a beamformer has been proposed that utilizes the interference effect of each ultrasonic signal by arranging a large number of transducers in a straight line and transmitting the same ultrasonic signal from each transducer.

即ち、各振動子から送出される超音波信号の位相を調整
して、所望の一点に於ける各超音波信号の位相を一致さ
せることで、極めて尖鋭な超音波ビームを得るものであ
る。
That is, by adjusting the phase of the ultrasonic signals sent out from each vibrator and matching the phases of the ultrasonic signals at a desired point, an extremely sharp ultrasonic beam is obtained.

(フェーズドアレイ方式) 従来より実施されているこの様なビームフォーマの一例
を第1図に示す。
(Phased Array Method) An example of such a beamformer that has been conventionally used is shown in FIG.

同図に於てDVは駆動信号を発生する駆動装置でありD
Ll、DL2.・・・。
In the figure, DV is a drive device that generates a drive signal, and D
Ll, DL2. ....

DLnは前述の駆動信号にその都度法められる量2の遅
延を与える可変形の遅延素子である。
DLn is a variable delay element that provides a delay of 2 to the above-mentioned drive signal, which is determined each time.

【力、Trl、Tr2.・・・Tr、は電気信号を超音
波信号に変換する振動子であり、SG1.SG2.・・
・SGoは前記遅延が与えられた駆動信号に応動して送
波信号を前記振動子Tr−の各々へ送出する送波信号発
生器である。
[Force, Trl, Tr2. ...Tr is a vibrator that converts an electric signal into an ultrasonic signal, and SG1. SG2.・・・
-SGo is a transmission signal generator that transmits a transmission signal to each of the vibrators Tr- in response to the delayed drive signal.

ここで、前記振動子Tr1.Tr2.・・・Trnは直
線上に配列され、その各々には対応する送波信号発生器
SG−さらには遅延素子DL−が継続に接続されている
Here, the vibrator Tr1. Tr2. . . . Trn are arranged in a straight line, and each of them is continuously connected to a corresponding transmission signal generator SG and furthermore a delay element DL.

この様に1つのチャンネルは夫々1個の振動子Tr−1
送波信号発生器5G−1遅延素子DL−を備えており、
n個のチャンネルは同−の駆動装置DVによって駆動さ
れる。
In this way, each channel has one resonator Tr-1.
Equipped with a transmission signal generator 5G-1 delay element DL-,
The n channels are driven by the same driver DV.

前記各遅延素子DL−に於ける遅延量の決定は次の様に
して行われる。
The amount of delay in each delay element DL- is determined as follows.

例えば超音波ビームを点P1に集束する場合には、先ず
、点P1から振動子Tr4.Tr2.・・・、Troを
配列した直線に向けておろした垂線の足までの距離に等
しい半径で円弧R1を描き、各振動子Tr−からこの円
弧R1までの距離を計算する。
For example, when focusing an ultrasound beam on point P1, first, from point P1 to transducer Tr4. Tr2. ..., draw an arc R1 with a radius equal to the distance to the foot of the perpendicular line drawn toward the straight line on which Tro is arranged, and calculate the distance from each vibrator Tr- to this arc R1.

その距離しこよって各振動子Tr−から送出された超音
波信号が円弧R1の位置まで到達するまでの時間t1.
t2・・・tnを算出し、その中から最大のものtnを
選び出す。
Due to this distance, it takes time t1 for the ultrasonic signal sent out from each transducer Tr- to reach the position of the circular arc R1.
t2...tn are calculated, and the maximum value tn is selected from among them.

各チャンネルの遅延素子DL−に於てはこの最大値t。This maximum value t in the delay element DL- of each channel.

から自チャンネルの伝達時間を−を差引いた値を遅延時
間としてセットする。
Set the value obtained by subtracting - from the transmission time of the own channel as the delay time.

従って、遅延素子DL1には(t、−tl)、 DL2
には(t n tz)、 DL3には(tn ta
)・・・、 DL、にはtn(この場合t1は振動子T
r、が円弧R□に接しているためt。
Therefore, delay element DL1 has (t, -tl), DL2
(t n tz), DL3 (tn ta)
)..., DL, is tn (in this case, t1 is the oscillator T
t because r is in contact with the arc R□.

−〇=1n)、・・・、 DL、には(tn−tn=o
)が夫々セットされる。
−〇=1n), ..., DL has (tn-tn=o
) are set respectively.

従って、駆動装置DVから駆動信号が送出されると、第
nチャンネルに於ては遅延素子DL訂こ於ける遅延量が
“0“であるため直ちに送波信号発生器SGoから送波
信号が発生し、これにより振動子Trnより超音波信号
が送出される。
Therefore, when a drive signal is sent from the drive device DV, the delay amount in the delay element DL is "0" in the n-th channel, so a transmission signal is immediately generated from the transmission signal generator SGo. As a result, an ultrasonic signal is transmitted from the transducer Trn.

以下同様にして遅延時間の短いチャンネルから順にその
遅延時間経過する毎に超音波信号が送出されてゆき、例
えば“4t、 t、91秒後には第1チヤンネルより
、また“4tnt291秒後には第2チヤンネルより超
音波信号が送出され、最後にtnn後後第1チヤンネル
より超音波信号が送出される。
Similarly, ultrasonic signals are transmitted from the channel with the shortest delay time each time the delay time elapses. An ultrasonic signal is sent out from the channel, and finally, after tnn, an ultrasonic signal is sent out from the first channel.

従って、この時点に於ける各超音波信号の先頭部分はこ
の円弧R1に接することになり、ここから同一距離伝播
した21点に於ては全ての超音波信号が同一位相で到来
することになる。
Therefore, the leading portion of each ultrasonic signal at this point will be in contact with this arc R1, and all the ultrasonic signals will arrive at the same phase at the 21 points that have propagated the same distance from here. .

即ち、このP。点に於ては全ての超音波信号が加算され
ることになるのでこの部分の超音波信号は極度に強力な
ものとなり、等価的に尖鋭な超音波ビームとなる。
That is, this P. Since all the ultrasonic signals are added at this point, the ultrasonic signals at this part become extremely strong and equivalently become a sharp ultrasonic beam.

次に、超音波ビームを別の点P2に集束する場合には、
前述の場合と同様にして描いた円弧R2までの到達時間
T1.T2.・・・、Tnを算出し、その各々とその最
大値(この場合T1)との差をとって、これを各遅延素
子DL1.DL2.・・・DLnに遅延時間としてセッ
トする。
Next, when focusing the ultrasound beam on another point P2,
Arrival time T1 to arc R2 drawn in the same manner as in the above case. T2. , Tn is calculated, and the difference between each of them and its maximum value (T1 in this case) is calculated, and this is applied to each delay element DL1 . DL2. ...Set DLn as a delay time.

その後駆動装置DVから駆動信萼が送出されると、前記
遅延時間に基いて次々に振動子Tr−から超音波信号が
発振され、22点に於て全振動子Tr−からの超音波信
号が同位相となって加算される事となり、等価的に尖鋭
な超音波ビームとなる。
After that, when the driving signal calyx is sent out from the driving device DV, ultrasonic signals are oscillated from the transducers Tr- one after another based on the delay time, and the ultrasonic signals from all the transducers Tr- are emitted at 22 points. They are added in the same phase, resulting in an equivalently sharp ultrasonic beam.

この様にこれまで一般に用いられていた超音波ビームフ
ォーマに於ては各チャンネル毎に設けられている遅延素
子としては遅延量を任意に設定できる必要があり、この
遅延量の可変きざみ幅が細かな場合には高精度の可変遅
延線が必要となり、それが高価なものであるため、各チ
ャンネル毎にこれを設ける事は経剤的に大きな負担とな
り、また一般的な可変遅延素子を用いた場合にも遅延量
を設定制御するための機構は必須のものであり、選択数
が多くなるとその機構も複雑化して高価なものとなる。
In this way, in the ultrasonic beamformer that has been commonly used until now, it is necessary to be able to set the delay amount arbitrarily for the delay element provided for each channel, and the variable step width of this delay amount is fine. In such cases, a high-precision variable delay line is required, and it is expensive, so providing one for each channel is a major medical burden, and it is difficult to use a general variable delay element. In this case, a mechanism for setting and controlling the delay amount is essential, and as the number of selections increases, the mechanism becomes complicated and expensive.

本発明はパルス法を用いるフェーズドアレイの送信に際
して、各チャンネルの送信遅延時間と送信パルス幅との
各チャンネル毎に用意したカウンタと一致回路とを用い
て同時に制御することで前述の様な欠点を除去した超音
波ビームフォーマを提供するものであり、以下詳細に説
明する。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks when transmitting a phased array using the pulse method by simultaneously controlling the transmission delay time and transmission pulse width of each channel using a counter and a matching circuit prepared for each channel. It provides a removed ultrasound beamformer, and will be described in detail below.

第2図は本発明の詳細な説明するためのブロック図であ
って、同図に於てCNTは送られて来るプリセット情報
PSIがプリセット可能なダウンカウンタ、CMPは一
方の入力端子Aに比較情報CPIが入力され、他方の入
力端子Bに前記ダウンカウンタCNTの出力が与えられ
、両者の一致検出を行う一致回路である。
FIG. 2 is a block diagram for explaining the present invention in detail. In the same figure, CNT is a down counter that can be preset with the sent preset information PSI, and CMP is a down counter that can be preset with the received preset information PSI. This is a coincidence circuit which receives CPI as input, and the output of the down counter CNT is given to the other input terminal B, and detects coincidence between the two.

ここで、プリセット情報PSIは送信パルス波数と送信
遅延数の和に相当する値Mk+Lを、また比較情報CP
Iは送信パルス波数に相当する値Mkを示す情報である
Here, the preset information PSI is a value Mk+L corresponding to the sum of the transmission pulse wave number and the transmission delay number, and the comparison information CP
I is information indicating a value Mk corresponding to the transmission pulse wave number.

この送信パルス波数Mk、送信遅延数りは次の様に定義
される量である。
The transmission pulse wave number Mk and the transmission delay number are quantities defined as follows.

即ち、送信パルス波数は送波出力信号の継続時間Tをダ
ウンカウンタCNTのタロツクCKの周期△dで除した
ものに等しく、Mk=T/△dであり整数で表わされる
That is, the transmission pulse wave number is equal to the duration T of the transmission output signal divided by the cycle Δd of the tarlock CK of the down counter CNT, Mk=T/Δd, and is expressed as an integer.

また、送信遅延数は、ビームフォーミングに必要なチャ
ンネル間の相対的な遅延時間、即ち最も早く送波される
チャンネルに対する遅れ時間τを前記クロックCKの周
期△dで除したものに等しく、L=τ/△dである。
In addition, the number of transmission delays is equal to the relative delay time between channels required for beamforming, that is, the delay time τ for the earliest channel to be transmitted, divided by the period Δd of the clock CK, L= τ/Δd.

この様にこの両者は第2図の送波出力信号波形に示すパ
ルス幅と遅延時間とをクロッ久CKの周期△dで正規化
したものである。
In this way, both of them are obtained by normalizing the pulse width and delay time shown in the transmission output signal waveform of FIG. 2 by the period Δd of the clock pulse CK.

同図において、夕゛ウンカウンタはMk+Lをカウント
し終った後、送信ストップ信号rsを発生する。
In the figure, after the evening counter finishes counting Mk+L, it generates a transmission stop signal rs.

また一致回路CMPは、CPIとして入力されたMkと
前記ダウンカウンタCNTの出力を比較し、当該出力が
Mkと一致したとき、すなわちダウンカウンタが送信遅
延数りをカウントし終えたとき送信スタート信号stを
発生する。
Further, the coincidence circuit CMP compares Mk input as CPI with the output of the down counter CNT, and when the output matches Mk, that is, when the down counter has finished counting the number of transmission delays, the transmission start signal st occurs.

また、同図に於いてSSGは当該−数回路CMPの送信
スタート信号stによって起動され、ダウンカウンタC
NTの送信ストップ信号rsによってリセットされる送
波信号発生器である。
In addition, in the same figure, SSG is activated by the transmission start signal st of the minus number circuit CMP, and the down counter C
This is a transmission signal generator that is reset by the transmission stop signal rs of the NT.

これら諸装置が各チャンネル毎に用意され振動子(図示
せず)に接続されている。
These devices are prepared for each channel and connected to a vibrator (not shown).

送信起動がかかると同時にタロツクパルスCKがカウン
タCNTに供給され、カウンタCNTはその計数を開始
する。
At the same time as the transmission is activated, a tarlock pulse CK is supplied to the counter CNT, and the counter CNT starts counting.

カウンタCNTは計数の進行に従って前記プリセットさ
れた値を順次更新しながらその内容を一致回路CMPへ
転送する。
The counter CNT sequentially updates the preset value as the count progresses and transfers its contents to the coincidence circuit CMP.

一致回路CMPでは比較情報CPIとこの情報との一致
検出を行い、一致を検出すると同時に送信スタート信号
stを出力する。
The coincidence circuit CMP detects a coincidence between the comparison information CPI and this information, and outputs a transmission start signal st at the same time as detecting the coincidence.

即ち、カウンタCNTは送信遅延数Mを計数して、一致
を検出すると同時に送信スタート信号stを出力する。
That is, the counter CNT counts the number of transmission delays M, and outputs the transmission start signal st at the same time as detecting a match.

即ち、カウンタCNTは送信遅延数Mを計数して、プリ
セットされた送信パルス波数と送信遅延数のNk+Mが
送信パルス波数Nkにまで変化した時に一致回路CMP
より送信スタート信号stが送出される。
That is, the counter CNT counts the number of transmission delays M, and when the preset number of transmission pulse waves and the number of transmission delays (Nk+M) has changed to the number of transmission pulse waves Nk, the coincidence circuit CMP is activated.
A transmission start signal st is sent out.

送波信号発生器SSGはこの送信スタート信号stによ
って起動され、送波出力信号の送出を開始する。
The transmission signal generator SSG is activated by the transmission start signal st and starts transmitting the transmission output signal.

カウンタCNTはひきつづきクロックパルスCKの計数
を行い、その後送信パルス波数Nkだけ計数すると送信
ストップ信号rsを送出する。
The counter CNT continues to count the clock pulses CK, and after counting the number of transmission pulse waves Nk, sends out a transmission stop signal rs.

送波信号発生器SSGはこの送信ストップ信号rsによ
ってその動作を停止し、送波出力信号の送出を終了する
The transmission signal generator SSG stops its operation in response to the transmission stop signal rs, and ends the transmission of the transmission output signal.

これによって、送波信号発生器SSGの出力端子からは
図示の様な駆動が開始されてから送信遅延数に応じた遅
延時間を有し、所望のパルス波数の送波出力信号が送出
される。
As a result, from the output terminal of the transmission signal generator SSG, a transmission output signal having a desired number of pulse waves is sent out with a delay time corresponding to the number of transmission delays after the drive as shown is started.

次に、この様なダウンカウンタCNTおよび一致回路C
MPに必要なビット数について検討する。
Next, such a down counter CNT and matching circuit C
Consider the number of bits required for MP.

ここで要求される整数Mの最大値をX(≦2ジ、送信遅
延数りの最大値をY(52m1)とし、送信遅延数の分
解ステップ1/(2m2)ステップとする。
Let the maximum value of the integer M required here be X (≦2 ji, the maximum value of the number of transmission delays be Y (52 m1), and the decomposition step of the number of transmission delays is 1/(2 m2) steps.

前に述べた本発明の原理説明からもわかる通り、カウン
タCNTおよび一致回路CMPが送出すべき制御信号は
次の2種類である。
As can be seen from the above explanation of the principle of the present invention, there are two types of control signals to be sent by the counter CNT and the coincidence circuit CMP.

i) 送信終了信号 (例えばダウンカウンタCNTの値がaとなった時に送
出) 11) 送信開始信号 (例えばダウンカウンタCNTの値がbとなった時に送
出) この時のダウンカウンタCNTの数直線を第3図に示す
i) Transmission end signal (for example, sent when the value of the down counter CNT becomes a) 11) Transmission start signal (for example, sent when the value of the down counter CNT becomes b) The number line of the down counter CNT at this time is It is shown in Figure 3.

同図で゛はダウンカウンタCNTのダイナミックレンジ
を太線で示しており、通常21091→”111.
@HOT“→”1“という計数を繰返している。
In the same figure, the dynamic range of the down counter CNT is indicated by a bold line, and normally 21091→"111.
@HOT “→”1” is repeated.

ここで最左端にある60゛はダウンカウンタCNTが全
”1゛′となり次のタロツクで零復帰することを示すも
のであり、最右端の0”と同一のものである。
Here, 60' at the leftmost end indicates that the down counter CNT becomes all "1's" and returns to zero at the next tarok, and is the same as 0 at the rightmost end.

次に、この数直線上に前述の値aを割当てる。Next, the aforementioned value a is assigned on this number line.

この値aは任意の点に割当てる事ができるが、送信終了
信号の出し易さを考慮すると0゛点に割当てるのが妥当
である。
This value a can be assigned to any point, but considering the ease of issuing a transmission end signal, it is appropriate to assign it to the 0' point.

すると、値すは値aを割当てた点゛0゛から送信パルス
波数を差引いた位置に割当てることになる。
Then, the value will be assigned to the position obtained by subtracting the transmission pulse wave number from the point ``0'' to which the value a was assigned.

さらに、送信駆動開始の点はこの値すからさらに送信遅
延数を差引いた値Cに対応する点に割当てることになる
が、この点が0“点を越えるような事があってはならな
い。
Further, the point at which the transmission drive starts is assigned to the point corresponding to the value C obtained by subtracting the number of transmission delays from this value, but this point must not exceed the 0'' point.

従って、このダウンカウンタCNTで送信パルス波数と
送信遅延数の整数部分を計数するための部分には 10g2(X 十Y)510g2(2N+2m1)≦m
aj(N、 ml) −1−1 ビットの容量が必要となる。
Therefore, the part for counting the integer part of the transmission pulse wave number and the transmission delay number in this down counter CNT is 10g2(X 10Y)510g2(2N+2m1)≦m
A capacity of aj(N, ml) −1−1 bits is required.

ここで記号majはmaj (A、 B) = (A
(A>B〕時)/B (A〈Bの時) を示すものである。
Here the symbol maj is maj (A, B) = (A
(When A>B)/B (When A<B).

また、このダウンカウンタCNTで送信遅延数の小数部
を計数するための部分には 10g2(2m2)−m2 ビットの容量が必要となる。
Further, the part for counting the decimal part of the number of transmission delays in the down counter CNT requires a capacity of 10g2 (2m2)-m2 bits.

従って、ダウンカウンタCNT全体としては (m2+maj (N、 I□) + 1 )ビットの
計数容量が必要となる。
Therefore, the down counter CNT as a whole requires a counting capacity of (m2+maj (N, I□) + 1) bits.

ここで、前述の様に送信終了信号の出し易さを考慮に入
れるならば、さらにもう1ビツト追加して (m2+maj (N、 ITh) +2 )ビットと
しておく方がペターである。
Here, if the ease of issuing the transmission end signal is taken into account as described above, it is better to add one more bit to make it (m2+maj (N, ITh) +2) bit.

また追加したこの1ビツトは結果的には送信イネイブル
/ディスエイプル(enable/disable、以
下e / dと略記する)信号用としても使用すること
ができる。
Furthermore, this added 1 bit can also be used as a transmission enable/disable (hereinafter abbreviated as e/d) signal.

一方、一致回路CMPの必要ビット数は、第3図の数直
線上の1点をテ゛コードできればよいので゛、 (maj (N、 ml) +1 ) となる。
On the other hand, the required number of bits for the matching circuit CMP is (maj (N, ml) +1) since it is enough to code one point on the number line in FIG.

ココテ、N’=maj (N、 ml) とおくこと
によって、以上の結果をまとめて次の様に書直すことか
で゛きる。
By setting N'=maj (N, ml), we can summarize the above results and rewrite them as follows.

1) ダウンカウンタCNTの必要ビット数(N’+m
2+2 )ビット 」i) 一致回路CMPの必要ビット数(N’+1)
ビット 以下、第4図に示す実施例を基に本発明の詳細な説明す
る。
1) Required number of bits of down counter CNT (N'+m
2+2) bits"i) Required number of bits for matching circuit CMP (N'+1)
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIG.

第4図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
5図はその動作を説明するな。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 5 does not explain its operation.

めのタイムチャートである。This is a time chart.

第4図に於て、CNTはダウンカウンタで、整数Mと送
信遅延数の整数部分との和に相当する値がプリセットさ
れる(N’+2)ビットの整数部カウンタcntiと送
信遅延数の小数部分に相当する値がプリセットされ。
In FIG. 4, CNT is a down counter, which is preset to a value corresponding to the sum of an integer M and the integer part of the number of transmission delays, and a (N'+2) bit integer part counter cnti and a decimal number of the number of transmission delays. The value corresponding to the part is preset.

るm2ビツトの小数部カウンタcntdを縦続すること
によって構成されたものである。
It is constructed by cascading m2-bit decimal counters cntd.

この整数部カウンタcntiおよび小数部カウンタcn
tdとしてはアップカウンタを用いており、さらに整数
部カウンタcntiの最上位ビットMSBには送信e/
d信号がプリセットされる。
This integer part counter cnti and decimal part counter cn
An up counter is used as td, and the most significant bit MSB of the integer part counter cnti is the transmission e/
d signal is preset.

また、CMPは一方の入力端子Aに比較情報CPIとし
て人力された送信パルス波数に相当する値(N’+1)
ビットと、他方の入力端子Bに前記整数カウンタcnt
iから送られて来るその最上位ビットMSBを除<
(N’+1)ビットの計数情報とを比較し、その一致を
検出した時に出力としてセット信号stを送出する一致
回路であり、G1.G2はカウンタCMTが零復帰する
時に送出する送信終了信号rsあるいは送信駆動の開始
を指示するスタート信号STによってクロックパルスC
Kをゲートし、所望の時間間隔のみのクロックパルスC
KとしてカウンタCNTへ供給するゲートである。
In addition, CMP is a value (N'+1) corresponding to the number of transmission pulse waves manually inputted to one input terminal A as comparison information CPI.
bit and the integer counter cnt to the other input terminal B.
Excluding its most significant bit MSB sent from i<
(N'+1) bits of count information, and when a match is detected, outputs a set signal st. G2 generates a clock pulse C by the transmission end signal rs sent when the counter CMT returns to zero or by the start signal ST instructing the start of transmission drive.
Gating K and clock pulses C only for desired time intervals
This is a gate that supplies the signal K to the counter CNT.

さらに、SSGは送波信号発生器であって、2ビツトの
テ゛イジタル入力信号を所定のレベルのアナログ信号に
変換するD/A変換器dac、一致回路CMPからのセ
ット信号stによってセットされ、整数部カウンタcn
tiの最上位ピッ)MSBから出力される送信終了信号
rsの否定信号によってリセットされて、その肯定側の
出力端子Qからの出力信号すを前記A/D変換器adc
の下位入力端子りに供給するフリッププロップff、お
よび出力端子Qより出力信号によって前記小数部カウン
タcntdから出力される交番信号fをゲートし、その
出力信号aを前記A/D変換器dacの上位入力端子U
へ供給するゲートgによって構成される送波信号発生器
である。
Furthermore, SSG is a transmission signal generator, which is set by a D/A converter dac that converts a 2-bit digital input signal into an analog signal of a predetermined level, and a set signal st from a matching circuit CMP, and an integer part. counter cn
It is reset by the negation signal of the transmission end signal rs output from MSB (the most significant pin of ti), and the output signal from the output terminal Q on the positive side is outputted from the A/D converter adc.
The alternating signal f outputted from the decimal part counter cntd is gated by the flip-flop ff supplied to the lower input terminal of the input terminal FF, and the output signal from the output terminal Q, and the output signal a is sent to the upper half of the A/D converter dac. Input terminal U
This is a transmission signal generator constituted by a gate g that supplies signals to the transmitter.

次にその動作について第5図を参照しながら説明する。Next, its operation will be explained with reference to FIG.

最初にダウンカウンタCNTの内容はクリアされている
ものとする。
It is assumed that the contents of the down counter CNT are initially cleared.

送信ストップ信号rsの発生タイミングを前述の如くダ
ウンカウンタCNTの計数値の零復帰時点に設定すると
、送信開始信号、即ち送信スタート信号stの発生タイ
ミングは整数部カウンタcntiの計数値がNの2に対
する補数(以下TCCM)の記号を使用する)となった
時である。
If the generation timing of the transmission stop signal rs is set to the point in time when the count value of the down counter CNT returns to zero as described above, the generation timing of the transmission start signal, that is, the transmission start signal st, is determined when the count value of the integer part counter cnti corresponds to 2 of N. This is when the complement number (hereinafter referred to as TCCM) is used.

従って一致回路CMPの入力端子Aへの比較入力情報C
PIとしては、TCを入力しておく必要がある。
Therefore, comparison input information C to input terminal A of coincidence circuit CMP
As PI, it is necessary to input TC.

また、このタイミングは送信遅延数が”0゛の場合に相
当するものであり、従って、このダウンカウンタCNT
へのプリセット情報PSIは、イネーブル状態を表示し
た”1゛レベルの送信e/d信号と TC(M) +TC(L) =TC(M+L) となる。
Moreover, this timing corresponds to the case where the number of transmission delays is "0", so this down counter CNT
The preset information PSI for the PSI is a "1" level transmission e/d signal indicating the enable state and TC(M) +TC(L) =TC(M+L).

このプリセット信号PSIは下のm2ビツトと上の(N
’+2)ビットに分割され、TC(L)の小数部分がm
2ビツトの小数部カウンタcntdに、TC(M十L)
の整数部が整数部カウンタcntiの下位(N’+1)
ビットに、送信e / d信号が整数部カウンタcnt
iの最上位ピッ)MSHに夫々ロード信号LDによりプ
リセットされる。
This preset signal PSI has lower m2 bits and upper (N
'+2) bits, and the fractional part of TC(L) is m
TC (M x L) is input to the 2-bit decimal counter cntd.
The integer part of is the lower part of the integer part counter cnti (N'+1)
bit, the transmitted e/d signal is the integer part counter cnt
The most significant bit of i) MSH is preset by the load signal LD, respectively.

全チャンネルへのプリセット終了後、スタート信号ST
が第5図に示すタイミングで1′になると、ゲートG1
が開かれてクロックパルスCKがゲートG2へ供給され
る。
After presetting all channels, start signal ST
becomes 1' at the timing shown in FIG.
is opened and a clock pulse CK is supplied to gate G2.

前述の如く、整数部カウンタcntiの最上位ピッl−
MSBは“1“レベルとなっているため、ゲ゛−トG2
も開かれており、従ってゲートG1を通過したクロック
パルスCKは計数信号CKとして小数部カウンタcnt
dへ供給される。
As mentioned above, the most significant bit of the integer part counter cnti is
Since MSB is at “1” level, gate G2
Therefore, the clock pulse CK passing through the gate G1 is sent to the decimal counter cnt as the counting signal CK.
d.

小数部カウンタcntdには前述の如くTC(送信遅延
数)の小数部がプリセットされているため、小数部カウ
ンタcntdはこの送信遅延数の小数部分に相当する計
数信号CKを計数すると一旦零復帰し、以下通常の計数
動作によって交番信号fを出力し、整数部カウンタcn
tiはこの交番信号fを計数する。
Since the decimal part of the TC (transmission delay number) is preset in the decimal part counter cntd as described above, the decimal part counter cntd returns to zero once it counts the count signal CK corresponding to the decimal part of the transmission delay number. , and then outputs an alternating signal f by normal counting operation, and then outputs an alternating signal f to the integer part counter cn.
ti counts this alternating signal f.

整数部カウンタcntiは常時その下位(N’+1)ビ
ットを一致回路CMPへ送っており、一致回路CMPは
入力端子Bに到来するこの情報と入力端子Aに与えられ
ている比較情報CPIとの一致検出を行っている。
The integer part counter cnti always sends its lower (N'+1) bits to the coincidence circuit CMP, and the coincidence circuit CMP checks whether this information arriving at the input terminal B matches the comparison information CPI given to the input terminal A. Detection is in progress.

前述の如く、整数部カウンタcntiの下位(N’+1
)ビットにはTC(M十L)の整数部分がプリセットさ
れているため、送信遅延数の整数部分に相当する数の交
番信号fを計数すると、その計数内容はTC(M)とな
る。
As mentioned above, the lower part of the integer part counter cnti (N'+1
) bit is preset with the integer part of TC(M+L), so when the number of alternating signals f corresponding to the integer part of the transmission delay number is counted, the counted content becomes TC(M).

ここで前記比較情報CPIは前述の如<TC(M)であ
るから一致回路CMPの面入力端子A、 Bの情報が一
致するため、その出力端子から送信スタート信号stが
送出される。
Here, since the comparison information CPI is <TC(M) as described above, the information on the surface input terminals A and B of the matching circuit CMP match, and therefore the transmission start signal st is sent from the output terminal.

送波信号発生回路SSGに於ては、この送信スタート信
号stによってプリップフロップffがセットされ、そ
の肯定出力端、+Qよりの出力が”1“となるためゲー
トgが開かれる。
In the transmission signal generation circuit SSG, the transmission start signal st sets the flip-flop ff, and since the output from its positive output terminal +Q becomes "1", the gate g is opened.

従って、カウンタCNTより送られて来た交番信号fが
ゲートされて出力信号aとして出力され、A/D変換器
adcの上位入力端子Uへ供給される。
Therefore, the alternating signal f sent from the counter CNT is gated and output as an output signal a, which is supplied to the upper input terminal U of the A/D converter adc.

またこのA/D変換器adcの下位入力端子りへはフリ
ップフロップffの肯定出力端子Qよりの出力信号すが
供給される。
Further, the output signal from the positive output terminal Q of the flip-flop ff is supplied to the lower input terminal of the A/D converter adc.

このA/D変換器adcは入力端子UおよびLの入力レ
ベルが0゛@l 191の場合には負レベル、°1“1
. H094の場合にはOレベル、”l 99.
te l I9の場合には正レベルの信号を出力する。
This A/D converter adc is at a negative level when the input levels of input terminals U and L are 0゛@l 191;
.. In the case of H094, O level, "l 99.
In the case of tel I9, a positive level signal is output.

従って、フリップフロップffがセットされると、前記
交番信号fに同期して正負に交番するバースト信号OU
Tが出力される。
Therefore, when the flip-flop ff is set, the burst signal OU alternates between positive and negative in synchronization with the alternating signal f.
T is output.

カウンタCNTはその後も計数動作を継続し、さらに送
信波パルス数に相当する数の交番信号fを計数すると零
復帰する。
The counter CNT continues its counting operation thereafter, and returns to zero after counting the number of alternating signals f corresponding to the number of transmission wave pulses.

そのため、最上位ビットMSBから出力されている送信
終了信号rsが44011となり、ゲートG2を閉じて
ブロック信号CKを停止するとともに、端子CLにその
否定信号が供給されているフリップフロップffをリセ
ットする。
Therefore, the transmission end signal rs outputted from the most significant bit MSB becomes 44011, and the gate G2 is closed to stop the block signal CK, and the flip-flop ff whose negative signal is supplied to the terminal CL is reset.

従って、カウンタCNTは計数動作を停止し、バースト
信号OUTも0レベルに復旧する。
Therefore, the counter CNT stops counting, and the burst signal OUT also returns to 0 level.

このようにして全チャンネルの送信が終了した後スター
ト信号STは“0゛に落ちこの状態は次のプリセット情
報PSIがカウンタCNTにプリセットされ、スタート
信号STが発生するまで持続する。
After the transmission of all channels is completed in this way, the start signal ST falls to "0" and this state continues until the next preset information PSI is preset in the counter CNT and the start signal ST is generated.

以上詳細に述べた様に、本発明による超音波ビームフォ
ーマによれば、各チャンネル毎にカウンタと一致回路と
いう簡単なテ゛イジタル回路を設備するだけであるため
、高精度の遅延線を用いた従来のものに比べて極めて安
価に実現できるばかりか、送信遅延数および送信パルス
数に応じた値をカウンタにセットするという極めて簡単
な操作のみで、遅延時間およびパルス幅を任意に設定す
ることができる。
As described in detail above, according to the ultrasonic beamformer according to the present invention, only a simple digital circuit such as a counter and a matching circuit is provided for each channel. Not only can it be realized at an extremely low cost compared to the conventional method, but also the delay time and pulse width can be arbitrarily set by simply setting a value corresponding to the number of transmission delays and the number of transmission pulses in a counter.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は超音波ビームフォーマを説明するための図、第
2図は本発明の原理を示すための図、第3図はカウンタ
のビット容量を説明するための数直線、第4図は本発明
の一実施例を示すブロック図、第5図はその動作を説明
するタイムチャートである。 CNT・・・・・・ダウンカウンタ、cnti・・・・
・・整数部カウンタ、cntd・・・・・・小数部カウ
ンタ、MSB・・・・・・最上位ビット、CMP・・・
・・・一致回路、SSG・・・・・・送波信号発生器、
ff・・・・・・フリップフロップ、adc・・・・・
・D/A変換器、g、G1.G2・・・・・・ゲート。
Figure 1 is a diagram to explain the ultrasonic beamformer, Figure 2 is a diagram to illustrate the principle of the present invention, Figure 3 is a number line to explain the bit capacity of the counter, and Figure 4 is a diagram to explain the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing one embodiment of the invention and a time chart explaining its operation. CNT...down counter, cnti...
...Integer part counter, cntd... Decimal part counter, MSB... Most significant bit, CMP...
... Matching circuit, SSG ... Transmission signal generator,
ff...Flip-flop, adc...
・D/A converter, g, G1. G2...Gate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数の超音波振動子からなる振動子アレイを用い、
当該各振動子を駆動する送信パルス信号の相対送信時間
(以下「遅延時間」という)量を制御して、所望の方向
に超音波ビームを形成する超音波ビームフオームにおい
て、 当該各振動子を駆動する駆動回路が、前記遅延時間τと
送信パルス信号時間幅Tの和T+τをカウントし、当該
時間をカウントし終えたときに送信ス1ヘツプ信号を発
生するダウンカウンタと、当該ダウンカウンタが前記遅
延時間τをカウントし終えたことを検出し送信スタート
信号を発生する一致回路と、当該−数回路が発生する送
信スタート信号により送信を開始し、前記ダウンカウン
タが発生する送信ストップ信号で送信を終了する送信信
号発生器からなり、 前記ダウンカウンタを駆動するクロック周期△dを前記
送信信号の搬送波の周期(搬送周波数の逆数)△Cの整
数分の1にとって、△c=l(△d(kは1以上の整数
)とし、前記遅延時間をτ−L△d、送信パルス信号時
間幅をT=M・△Cに選んで、前記ダウンカウンタにM
k+Lをセットすることにより、各駆動回路毎に、送信
遅延時間τ及び送信信号パルス時間幅Tをディジタル的
に制御することを特徴とする超音波ビームフォーマ。
[Claims] 1. Using a transducer array consisting of a plurality of ultrasonic transducers,
Drive each transducer in an ultrasound beamform that forms an ultrasound beam in a desired direction by controlling the relative transmission time (hereinafter referred to as "delay time") of the transmission pulse signal that drives each transducer. a down counter that counts the sum T+τ of the delay time τ and the transmission pulse signal time width T, and generates a transmission step signal when the counting of the time is finished; A matching circuit detects that the time τ has been counted and generates a transmission start signal, and the transmission is started by the transmission start signal generated by the minus number circuit, and the transmission is ended by the transmission stop signal generated by the down counter. If the clock period △d for driving the down counter is an integer fraction of the carrier wave period (reciprocal of the carrier frequency) △C of the transmission signal, △c=l(△d(k is an integer greater than or equal to 1), the delay time is selected as τ-L△d, the transmission pulse signal time width is selected as T=M・△C, and M is set in the down counter.
An ultrasonic beamformer characterized in that a transmission delay time τ and a transmission signal pulse time width T are digitally controlled for each drive circuit by setting k+L.
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