JP5719279B2 - 電圧印加装置、超音波観測装置及び内視鏡処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量型超音波振動子を備える超音波内視鏡に着脱可能な電圧印加装置、超音波観測装置及び内視鏡処理装置に関する。

生体等の被検体内において超音波断層像を取得する超音波内視鏡に設けられる超音波振動子の一例として、静電容量型超音波トランスデューサ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer；以下、ｃ−ＭＵＴと記す）が知られている。ｃ−ＭＵＴは、例えば特許文献１に開示されている。

ｃ−ＭＵＴの動作にはＤＣバイアス電圧の印加が必要である。例えば特許文献１は、ｃ−ＭＵＴに帯電可能な浮遊電極を設けることによって内部においてＤＣバイアス電圧を発生させ、外部からのＤＣバイアス電圧の印加を不要または低減する技術を開示している。

特開２００９−２７２８２４号公報

特許文献１に開示されているような、ＤＣバイアス電圧源として帯電部材を内包するｃ−ＭＵＴにおいては、帯電部材の帯電量の変化によってＤＣバイアス電圧が変化し、感度が変動する可能性がある。例えば、帯電部材の帯電量が低下すれば、ｃ−ＭＵＴの感度が低下してしまう。したがって、帯電部材を備えるｃ−ＭＵＴを有する超音波内視鏡は、帯電部材の帯電量が所定の値以上に保たれた状態で使用されることが好ましい。

本発明は、超音波内視鏡のｃ−ＭＵＴに備えられた帯電部材の帯電量を、使用時において所定の値以上に保つための、電圧印加装置、超音波観測装置及び内視鏡処理装置を提供することを目的とする。

本発明の電圧印加装置は、超音波内視鏡の超音波振動子と電気的に接続可能に構成された接続部と、前記接続部に接続された前記超音波内視鏡の前記超音波振動子が、静電容量型超音波トランスデューサであるか否かを判定する判定部と、前記超音波振動子が静電容量型超音波トランスデューサである場合に、前記接続部を介して前記超音波振動子に直流電圧を印加する印加部と、前記印加部が前記超音波振動子に直流電圧を印加している状態であることを報知する報知部とを備える。また、本発明の内視鏡処理装置は、前記電圧印加装置を備える。

また、本発明の超音波観測装置は、超音波内視鏡が着脱可能であって、前記超音波内視鏡の超音波振動子と電気的に接続可能に構成された接続部と、前記接続部を介して前記超音波振動子に駆動信号を送信する送信部と、前記接続部を介して前記超音波振動子から出力される受信信号を受信する受信部と、前記超音波振動子が、静電容量型超音波トランスデューサであるか否かを判定する判定部と、前記超音波振動子が静電容量型超音波トランスデューサである場合に、前記接続部を介して前記超音波振動子に直流電圧を印加する印加部と、を備える。

本発明によれば、超音波内視鏡のｃ−ＭＵＴに備えられた帯電部材の帯電量を、使用時において所定の値以上に保つことが可能である。

第１の実施形態の電圧印加装置の構成を説明する図である。 静電容量型超音波トランスデューサの構成を説明する断面図である。 第１の実施形態の電圧印加装置のフローチャートである。 第２の実施形態の超音波観測装置の構成を説明する図である。 第２の実施形態の超音波観測装置における電圧印加処理のフローチャートである。 第３の実施形態の超音波観測装置における電圧印加処理のフローチャートである。 第４の実施形態の内視鏡処理装置の構成を説明する図である。 第５の実施形態の超音波振動子の構成を説明する断面図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。図１は、本実施形態の電圧印加装置１の概略的な構成を示す図である。電圧印加装置１は、接続部２、判定部３、印加部４、報知部５及び制御部６を含んで構成されている。電圧印加装置１は、接続部２を介して、超音波内視鏡１０１と電気的に接続可能に構成されている。

まず以下では、電圧印加装置１に電気的に接続可能な超音波内視鏡１０１の概略的な構成の一例を説明する。超音波内視鏡１０１は、人体等の被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位の超音波断層像を取得する構成を有する。なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。

概略的には、超音波内視鏡１０１は、被検体の体内に導入される挿入部１０２と、挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とを具備して主に構成されている。

挿入部１０２は、先端に配設される先端部１２０、先端部１２０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０８、及び湾曲部１０８の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０９が連設されて構成されている。なお、超音波内視鏡１０１は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。

挿入部１０２の先端部１２０には、超音波振動子１２１が配設されている。超音波振動子１２１は、詳しくは後述するが、一般に静電容量型超音波トランスデューサ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer；以下、ｃ−ＭＵＴと記す）と称される形態を有している。

また、挿入部１０２には、図示しないが、光学像を撮像するための撮像部や、撮像部の視野を照明するための照明光を出射する照明光出射部等が設けられている。操作部１０３には、湾曲部１０８の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１１１が設けられている。

ユニバーサルコード１０４の基端部には図示しない外部装置である光源装置に接続される内視鏡コネクタ１０４ａが設けられている。本実施形態の超音波内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３及び挿入部１０２に挿通された光ファイバーケーブルを具備しており、光源装置から発せられた照明光を、先端部１２０に設けられた照明光出射部から出射する。なお、超音波内視鏡１０１は、ＬＥＤ等の光源装置を先端部１２０に備える構成であってもよい。

また、内視鏡コネクタ１０４ａには、図示しない外部装置であるカメラ制御装置に接続されるビデオコネクタ１０４ｂ、及び図示しない外部装置である超音波観測装置に接続される超音波コネクタ１０４ｃが設けられている。

ビデオコネクタ１０４ｂは、先端部１２０に設けられた撮像部と、画像処理装置とを電気的に接続するためのものである。画像処理装置は、撮像部によって撮像された画像を画像表示装置に出力するための映像信号を生成する。

超音波コネクタ１０４ｃは、先端部１２０に設けられた超音波振動子１２１と、超音波観測装置とを電気的に接続するためのものである。超音波コネクタ１０４ｃは、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３及び挿入部１０２に挿通された電気ケーブル１０６を介して、超音波振動子１２１に電気的に接続されている。超音波観測装置は、超音波コネクタ１０４ｃを介して超音波振動子１２１に電気的に接続され、超音波振動子１２１を駆動する。

なお、図１では、ビデオコネクタ１０４ｂ及び超音波コネクタ１０４ｃは、内視鏡コネクタ１０４ａから延出するケーブルの端部に設けられているが、ビデオコネクタ１０４ｂ及び超音波コネクタ１０４ｃの少なくとも一方は、内視鏡コネクタ１０４ａと一体に構成されていてもよい。例えば、内視鏡コネクタ１０４ａと超音波コネクタ１０４ｃが一体に構成される場合には、超音波振動子１２１は、内視鏡コネクタ１０４ａが接続された光源装置を介して超音波観測装置に電気的に接続される。

超音波振動子１２１は、機械式走査または電子式走査により超音波ビームを送出し、かつ超音波を受信するためのものである。超音波振動子１２１による超音波ビームの走査の形態は、コンベックス走査、ラジアル走査、または３次元走査等が適用可能であり、特に限られるものではない。

次に、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１の構成について説明する。なお、ｃ−ＭＵＴは公知の技術であるため、詳細な説明は省略するものとする。超音波振動子１２１は、１つ又は複数の超音波振動子セル１３０によって構成されている。図２は、超音波振動子１２１が、複数の超音波振動子セル１３０を有して構成されている場合の断面図である。

本実施形態では一例として、超音波振動子セル１３０は、シリコン基板１３１上に配設された第１電極１３２と、第１電極１３２上に配設された第１絶縁膜１３６と、第１絶縁膜１３６上に所定の距離だけ離間して配設された第２絶縁膜１３７と、第２絶縁膜１３７上に配設された第２電極１３３と、を有して構成されている。言い換えれば、超音波振動子セル１３０は、空隙部１３４を挟んで第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７が配設されており、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７のそれぞれの空隙部１３４とは反対側に、第１電極１３２及び第２電極１３３が配設されている。

第１電極１３２及び第２電極１３３は、略平行に配設された金属等の導電性の材料からなる薄膜であり、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｒｕ、ＡｌまたはＴｉ等の金属またはこれらを含む合金、もしくは、ＭｏまたはＷ等の高融点金属または高融点金属とシリコンの化合物である高融点金属シリサイドからなる。第１電極１３２及び第２電極１３３は、単一の材料からなる層によって構成される形態であってもよいし、複数の材料からなる層が積層される形態であってもよい。

第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、酸化シリコンや窒化シリコン等の電気絶縁性の材料からなる。第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、同一の材料によって構成されるものであってもよいし、異なる材料によって構成されるものであってもよい。また、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、それぞれが単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。本実施形態では一例として、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、それぞれ、単層の窒化シリコン膜からなる。

また、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、それぞれの帯電容量が異なるように形成されている。第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電容量に差異を生じさせることは、例えば両者の厚さを異ならせる、両者の材料を異ならせる、もしくはこれらの組み合わせによって実現可能である。

本実施形態では一例として、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の厚さが異なっており、これにより第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電容量に差異が生じている。なお、第１絶縁膜１３６が第２絶縁膜１３７よりも厚い形態であってもよいし、第１絶縁膜１３６が第２絶縁膜１３７よりも薄い形態であってもよい。空隙部１３４は、犠牲層エッチングやウェハ接合等の公知の技術によって形成される。

以上に説明した超音波振動子セル１３０においては、第２絶縁膜１３７及び第２電極１３３の空隙部１３４上に重なる領域が、振動膜１４０として機能する。また、第２電極１３３上には、電気絶縁性の保護膜１３８が配置されている。

そして、超音波振動子セル１３０を有してなる超音波振動子１２１では、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７がそれぞれ帯電している場合に、第１電極１３２及び第２電極１３３の間に電位差が生じる。すなわち、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１は、帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７を備え、第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７は、双方が帯電している場合に、第１電極１３２及び第２電極１３３間にＤＣバイアス電圧を与える。

このように、本実施形態のｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１は、ＤＣバイアス電圧源となる帯電部材としての第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７を備えていることから、外部からのＤＣバイアス電圧の印加を不要とする、もしくは低減することができる。そして、帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７への帯電は、第１電極１３２及び第２電極１３３間に、所定の直流電圧を印加することにより実現可能である。

本実施形態のように、外部からのＤＣバイアス電圧の印加を不要、もしくは低減することができる超音波振動子１２１は、駆動時の消費電力が低いため小型化が容易であり、超音波内視鏡１０１での使用に好適である。

また、図示しないが、超音波内視鏡１０１に配設された超音波振動子１２１上には、被検体とのインピーダンスマッチングを行うための音響整合層や、超音波ビームを形成するための音響レンズが配設される。より詳細には、本実施形態のｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１は、直径が４５ｎｍの超音波振動子セル１３０を有して構成されている。本実施形態では、第１絶縁膜１３６は、ＬＰＣＶＤ法によって成膜された厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜であり、第２絶縁膜１３７は、プラズマＣＶＤ法によって成膜された厚さ５００ｎｍの窒化シリコン膜である。第１電極１３２は、高温のプロセスに耐え得る厚さ５００ｎｍのモリブデン膜であり、第２電極１３３は、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜である。また、保護膜１３８は、ＬＰＣＶＤ法によって成膜された厚さ１μｍの窒化シリコン膜である。また、本実施形態の超音波振動子１２１の帯電部材としての第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７に帯電させる処理は、約１５０Ｖの直流電圧を数十秒間印加することで実施している。以上のような本実施形態の超音波振動子１２１は、図示しない音響レンズを付与した場合のエコー波形が、中心周波数７．５ＭＨｚを示した。

また、超音波内視鏡１０１には、識別符号部１０５が配設されている。識別符号部１０５は、少なくとも、超音波内視鏡１０１が備える超音波振動子がｃ−ＭＵＴであるか否かを外部装置が判定可能とするための符号を、表示または送出するためのものである。前記符号とは、超音波振動子がｃ−ＭＵＴであるか否かを直接的に表す二値の情報であってもよいし、超音波内視鏡１０１の製品名、型式、または各個体に付加された一意の文字列等の、超音波振動子がｃ−ＭＵＴであるか否かを間接的に判定可能な情報であってもよい。

また、識別符号部１０５が前記符号を表示または送出する形態は特に限られるものではない。例えば、識別符号部１０５は、印刷や刻印された文字列、バーコードまたは２次元コード等の、外部装置が光学的に認識可能な表示であってもよい。また、識別符号部１０５は、前記符号を記憶したＲＯＭを備え、無線通信手段によって前記符号を送出する、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグのような形態であってもよい。また、識別符号部１０５は、例えば超音波コネクタ１０４ｃに接続される外部機器に設けられた複数の電気接点間の短絡の有無によって前記符号を表す形態であってもよい。なお、識別符号１０５は、例示したような複数の形態のものが併設されていてもよい。

本実施形態では一例として、識別符号部１０５は、ＲＦＩＤタグの形態を有しており、少なくとも超音波内視鏡１０１の型式を表す符号を送出するように構成されている。このようなＲＦＩＤタグは、一般に、超音波内視鏡１０１の使用履歴やメンテナンス履歴等のトレーサビリティの実現のために用いられる。

次に、電圧印加装置１の各部の詳細な構成について説明する。前述したように、電圧印加装置１は、接続部２、判定部３、印加部４、報知部５及び制御部６を含んで構成されている。また、図示しないが、電圧印加装置１には、電源部が配設されている。電源部は、電圧印加装置１の各構成に電力を供給する構成を有している。電源部は、商用電源から電力を得て電圧印加装置１の各構成に電力を供給する構成であってもよいし、一次電池、二次電池又は発電装置を備えてなり、電圧印加装置１の各構成に電力を供給する構成であってもよい。

制御部６は、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ）、補助記憶装置、入出力装置及び電力制御装置等を具備して構成されており、電圧印加装置１の後述する動作を、所定のプログラムに基づいて制御する構成を有している。

接続部２は、超音波内視鏡１０１が具備する超音波振動子１２１と電気的に接続可能に構成されている。接続部２の構成は特に限定されるものではないが、本実施形態では、接続部２は、超音波内視鏡１０１の超音波コネクタ１０４ｃと接続可能なコネクタの形態を有している。

判定部３は、接続部２に接続された超音波内視鏡１０１が備える超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであるか否かを判定する構成を有している。具体的に、本実施形態の判定部３は、超音波内視鏡１０１に設けられた識別符号部１０５が表す符号を認識し、この符号に基づいて、超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであるか否かを判定することが可能な構成を有している。

本実施形態では、超音波内視鏡１０１が備える識別符号部１０５がＲＦＩＤタグであることから、判定部３は、このＲＦＩＤタグから送出される符号を読み取る受信部を備える。そして、判定部３は、符号に含まれる超音波内視鏡１０１の型式の情報と、予め記憶している情報とに基づいて、超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであるか否かを判定する。

なお、判定部３の形態は本実施形態に限られるものではなく、超音波内視鏡１０１に設けられた識別符号部１０５の形態に応じて適宜に定められるものである。例えば、識別符号部１０５が２次元コードであれば、判定部３は、２次元コードを判読可能な２次元コードリーダを備えて構成される。また、識別符号部１０５が、例えば超音波内視鏡１０１の型式を表す文字列の刻印であれば、判定部３は、使用者が文字列を入力するためのキーボード等を備えて構成される。また、判定部３は、超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであるか否かの二値の情報を、使用者が直接入力するスイッチを備える形態であってもよい。

印加部４は、接続部２を介して超音波振動子１２１に電気的に接続可能であり、超音波振動子１２１に、所定の電圧の直流電圧を所定の時間印加する構成を有している。印加部４が、超音波振動子１２１に印加する直流電圧の電圧値及び印加時間は、超音波振動子１２１の帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量がいかなる状態であっても帯電容量の最大値に達するように設定されている。

後述するが、印加部４は、接続部２に超音波内視鏡１０１が接続されており、かつ判定部３によって超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであると判定されている場合にのみ、超音波振動子１２１の第１電極１３２及び第２電極１３３間に直流電圧を印加することが可能なように構成されている。

報知部５は、印加部４が超音波振動子１２１に直流電圧を印加している場合に、印加部４が動作中であることを周囲に報知する構成を有している。報知部５による報知の形態は特に限られるものではなく、音声によるものや、光の明滅によるもの、及び振動によるもの等が適用され得る。本実施形態では一例として、報知部５は、スピーカーを備え、印加部４が動作中である場合に、警報音を発するように構成されている。

以上に説明した構成を有する電圧印加装置１は、制御部６による制御によって、図３に示すフローチャートにしたがった動作を繰り返す。電圧印加装置１は、ステップＳ０１に示すように、接続部２に超音波内視鏡１０１の超音波コネクタ１０４ｃが接続された場合に、ステップＳ０２以降の動作を実行するように構成されている。

接続部２に超音波コネクタ１０４ｃが接続された場合には、ステップＳ０２において、制御部６は、判定部３による判定の結果を参照する。判定部３が、接続部２に接続されている超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであると判定した場合には、ステップＳ０３へ移行する。

ステップＳ０３では、報知部５による報知を開始する。本実施形態では、報知部５から警報音を発する。そして、ステップＳ０４において、印加部４によって、超音波振動子１２１に、所定の電圧の直流電圧を所定の時間印加する。この直流電圧の印加によって、超音波振動子１２１の帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量は最大となる。印加部４による超音波振動子１２１への直流電圧の印加が終了した後に、ステップＳ０５において、報知部５による報知を停止する。

一方、判定部３が、接続部２に接続されている超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴではないと判定した場合には、一旦動作を終了し、再びステップＳ０１の動作を開始する。

以上のように、本実施形態の電圧印加装置１は、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１を備える超音波内視鏡１０１の接続を検知した場合に、超音波振動子１２１に備えられた帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量が最大となるように、直流電圧を超音波振動子１２１に印加する。したがって、超音波内視鏡１０１を診断に使用する前、または後に電圧印加装置１に接続することによって、超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量を所定の値以上とすることができる。また、本実施形態の電圧印加装置１では、電圧印加処理の実施中に報知部５による報知が行われることから、直流電圧を印加する電圧印加処理を、安全に実施することができる。

なお、本実施形態の電圧印加装置１は、超音波内視鏡１０１の外部装置の形態を有しているが、電圧印加装置１は超音波内視鏡１０１内に配設される形態であってもよい。例えば、超音波内視鏡１０１が二次電池等の電源を内蔵する可搬型のものであれば、電圧印加装置１は、超音波内視鏡１０１に内蔵された電源から電力を得て、超音波振動子１２１の帯電部材を帯電させることが可能である。このように、超音波内視鏡１０１が電圧印加装置１を備える場合には、図３に示す動作は、超音波内視鏡１０１の電源投入時に行われ、診断や観察を開始する前に電圧印加処理は終了する。そのため、超音波内視鏡１０１を用いた診断や観察時における、ＤＣバイアス電圧の印加を不要または低減することが可能となる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。

図４に示すように、本実施形態の超音波観測装置２０は、電圧印加装置１ａ、送信部２１、受信部２２、信号処理部２３及び映像信号生成部２４を含んで構成されている。超音波観測装置２０は、超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１を駆動し、超音波振動子１２１からの受信信号に基づいて、超音波断層像として表示するための映像信号を生成する装置である。

超音波観測装置２０における超音波振動子１２１を駆動するための構成や超音波断層像を生成するための構成は公知のものと同等であるため、その詳細な説明は省略するものとする。

送信部２１は、接続部２を介して超音波振動子１２１に電気的に接続可能であり、超音波振動子１２１によって超音波を送信するための所定の波形の送信信号を出力する構成を有している。送信部２１による送信信号の出力タイミング、波形及び強度は、制御部６によって制御される。

受信部２２は、接続部２を介して超音波振動子１２１に電気的に接続可能であり、超音波振動子１２１が受信した超音波に応じて出力する受信信号を受信し増幅する構成を有している。信号処理部２３及び映像信号生成部２４は、受信部２２によって受信された受信信号に所定の処理を施し、超音波断層像となる映像信号を生成し、映像信号を画像表示装置３０または画像処理装置等に出力する。

電圧印加部１ａの構成は、第１の実施形態の電圧印加部１とほぼ同等であるが、制御部６による制御の詳細が異なる。以下に、制御部６によって制御される本実施形態の超音波観測装置２０の動作について説明する。

超音波観測装置２０は、接続された超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１を駆動して超音波断層像を取得し生成する動作が主な動作である。この超音波断層像を取得し生成する動作に関しては、従来の超音波観測装置と同等であるので、説明は省略するものとする。

超音波観測装置２０は、さらに図５に示す電圧印加処理を実行する。電圧印加処理は、ステップＳ１１に示すように、接続部２への超音波コネクタ１０４ｃの接続を検出した場合に、ステップＳ１２以降の動作を１度実行する。すなわち、超音波観測装置２０に超音波内視鏡１０１が接続された際に１度だけ電圧印加処理が行われるのであり、以降、超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されるまで電圧印加処理の実行は禁止される。超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されたことを検出した場合には、再び電圧印加処理の実行が可能となる。

ステップＳ１２では、制御部６は、判定部３による判定の結果を参照する。判定部３が、接続部２に接続されている超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであると判定した場合には、ステップＳ１３へ移行する。一方、判定部３が超音波振動子１２１はｃ−ＭＵＴではないと判定した場合には、電圧印加処理を終了する。

ステップＳ１３では、制御部６は、送信部２１の動作を禁止する。このステップＳ１３の実行によって、超音波振動子１２１への送信信号の出力が禁止されるため、超音波観測装置２０に接続された超音波内視鏡１０１による超音波断層像を取得し生成する動作が禁止される。すなわち、超音波内視鏡１０１による診断が不可能となる。

次に、ステップＳ１４では、報知部５による報知を開始する。本実施形態では、報知部５から警報音を発する。そして、ステップＳ１５において、印加部４によって、超音波振動子１２１に、所定の電圧の直流電圧を所定の時間印加する。この直流電圧の印加によって、超音波振動子１２１の帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量は、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１を駆動するためのＤＣバイアス電圧源として必要な値となる。

印加部４による超音波振動子１２１への直流電圧の印加が終了した後に、ステップＳ１６において、報知部５による報知を停止する。そして、ステップＳ１７において、送信部２１の動作禁止を解除する。ステップＳ１７の実行によって、超音波振動子１２１への送信信号の出力が可能となり、超音波観測装置２０に接続された超音波内視鏡１０１による超音波断層像を取得し生成する動作が可能となる。以上で、電圧印加処理は終了する。

以上に説明したように、本実施形態の超音波観測装置２０は、超音波内視鏡１０１の超音波コネクタ１０４ｃが接続部２に接続された時点で、超音波振動子１２１に備えられた帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量が最大となるように、直流電圧を超音波振動子１２１に印加する。超音波内視鏡１０１を超音波観測装置２０に接続するのは、超音波内視鏡１０１による診断を行う直前であることから、本実施形態の超音波観測装置２０によれば、超音波内視鏡１０１による診断の開始時に、必ず超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量を所定の値以上とすることができる。

また、超音波内視鏡１０１を超音波観測装置２０に接続する操作は、超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を被検体内に導入する前に行われる操作である。そして、本実施形態においては、電圧印加処理は、超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されるまでの期間中に、１回のみの実行が許可されている。したがって、本実施形態の超音波観測装置２０による電圧印加処理は、挿入部１０２及び超音波振動子１２１が被検体の外部にある状態で必ず行われる。言い換えれば、挿入部１０２及び超音波振動子１２１が被検体内に導入されている状態では、電圧印加処理は実行されない。よって、直流電圧を印加する電圧印加処理を、安全に実施することができる。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態を説明する。以下では第２の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第２の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。

本実施形態の超音波観測装置２０は、接続部２に接続されている超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１が有する帯電部材の帯電量を検知する検知部を有している。検知部の構成は、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量を定量的に検知可能な構成であれば、特に限定されるものではない。

本実施形態では一例として、検知部は、超音波振動子１２１から所定の強度の超音波を送信し、超音波振動子１２１上に配置された音響レンズの表面によって反射されて受信した信号の強度に基づいて、帯電部材の帯電量を検知する。前述したように、電圧印加処理は、超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を被検体内に導入する前に行われる。したがって、音響レンズの表面は、空気によって覆われている。音響レンズと空気との界面は、両者の音響インピーダンスの差が大きいことから、超音波の反射率が高いため、後述する帯電部材の帯電量の検知方法に用いやすい。

具体的に、検知部は、所定の電圧及び所定のパルス幅の送信信号を送信部から出力し、超音波振動子１２１を駆動する。そして検知部は、この送信信号に応じて超音波振動子１２１から送信される超音波が音響レンズの表面によって反射されたことによる受信信号の強度を受信部２２及び信号処理部２３において検出し、受信信号の強度が所定の値未満であれば、超音波振動子１２１の帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量が所定の値未満であると判定する。判定に用いる受信信号が音響レンズによって反射されたものであることは、超音波の送信から受信までの時間によって判断する。

この検知部による判定方法は、ｃ−ＭＵＴの受信感度が、ＤＣバイアス電圧の値に応じて変化することを根拠としている。例えば、帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量が低ければ、ＤＣバイアス電圧の値も低なり超音波振動子１２１の受信感度は低下する。なお、超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量が所定の値未満であると判定するための、受信信号の強度の閾値は、例えば予め実験を行うことにより決定可能である。なお、本実施形態では、検知部は、音響レンズの表面（音響レンズと空気との界面）によって反射された超音波の受信信号の強度を用いて超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量を検知する構成としているが、音響レンズの表面以外の音響整合層や空気等の他の物質の界面において反射された超音波の受信信号の強度を用いて帯電量を検知する構成であってもよい。

以上に説明した、本実施形態の超音波観測装置２０の検知部は、超音波振動子を駆動するための送信部２１、受信部２２及び信号処理部２３と、受信信号の強度を所定の値と比較するための制御部６によって構成される。すなわち、検知部は、従来の超音波観測装置が備える構成に、新たに制御部６による制御動作を加えることによって実現可能である。

以下に、以上に説明した検知部を備える本実施形態の超音波観測装置２０による電圧印加処理の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態の超音波観測装置２０は、第２の実施形態と同様に、接続部２への超音波コネクタ１０４ｃの接続を検出した場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）に、ステップＳ２２以降の動作を１度だけ実行する。そして、１度電圧印加処理を行った超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されるまで、電圧印加処理の実行が禁止される。超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されたことを検出した場合には、電圧印加処理の実行を許可する。

ステップＳ２２では、制御部６は、判定部３による判定の結果を参照する。判定部３が、接続部２に接続されている超音波内視鏡１０１の超音波振動子１２１がｃ−ＭＵＴであると判定した場合には、ステップＳ２３へ移行する。一方、判定部３が超音波振動子１２１はｃ−ＭＵＴではないと判定した場合には、電圧印加処理を終了する。

ステップＳ２３では、制御部６は、検知部による超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量の検知動作を実行する。そして、検知部によって検知された超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量が、所定の値未満である場合（ステップＳ２４のＹＥＳ）には、ステップＳ２５へ移行する。一方、検知部によって検知された超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量が、所定の値以上である場合（ステップＳ２４のＮＯ）には、電圧印加処理を終了する。

ステップＳ２５では、制御部６は、送信部２１の動作を禁止する。このステップＳ２５の実行によって、超音波振動子１２１への送信信号の出力が禁止されるため、超音波観測装置２０に接続された超音波内視鏡１０１による超音波断層像を取得し生成する動作が禁止される。すなわち、超音波内視鏡１０１による診断が不可能となる。

次に、ステップＳ２６では、報知部５による報知を開始する。本実施形態では、報知部５から警報音を発する。そして、ステップＳ２７において、印加部４によって、超音波振動子１２１に、所定の電圧の直流電圧を所定の時間印加する。この直流電圧の印加によって、超音波振動子１２１の帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量は最大となる。

印加部４による超音波振動子１２１への直流電圧の印加が終了した後に、ステップＳ２８において、報知部５による報知を停止する。そして、ステップＳ２９において、送信部２１の動作禁止を解除する。ステップＳ２９の実行によって、超音波振動子１２１への送信信号の出力が可能となり、超音波観測装置２０に接続された超音波内視鏡１０１による超音波断層像を取得し生成する動作が可能となる。以上で、電圧印加処理は終了する。

以上に説明したように、本実施形態の超音波観測装置２０は、超音波内視鏡１０１の超音波コネクタ１０４ｃが接続部２に接続された時点で、超音波振動子１２１に備えられた帯電部材である第１絶縁膜１３６及び第２絶縁膜１３７の帯電量を検知し、帯電量が所定の値未満である場合に、直流電圧を超音波振動子１２１に印加する。超音波内視鏡１０１を超音波観測装置２０に接続するのは、超音波内視鏡１０１による診断を行う直前であることから、本実施形態の超音波観測装置２０によれば、超音波内視鏡１０１による診断の開始時に、必ず超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量を所定の値以上とすることができる。

また、超音波内視鏡１０１を超音波観測装置２０に接続する操作は、超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を被検体内に導入する前に行われる操作である。そして、本実施形態においては、電圧印加処理は、超音波内視鏡１０１が超音波観測装置２０から取り外されるまでの期間中に、１回のみの実行が許可されている。したがって、本実施形態の超音波観測装置２０による電圧印加処理は、挿入部１０２及び超音波振動子１２１が被検体の外部にある状態で必ず行われる。言い換えれば、挿入部１０２及び超音波振動子１２１が被検体内に導入されている状態では、電圧印加処理は実行されない。よって、直流電圧を印加する電圧印加処理を、安全に実施することができる。

なお、本実施形態では、検知部によって検知された超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量が所定の値未満である場合に自動的に直流電圧を超音波振動子１２１に印加する形態であるが、直流電圧の超音波振動子１２１への印加動作を使用者からの指示入力を待って実行する形態であってもよい。この場合、検知部によって検知された帯電部材の帯電量が所定の値未満である場合には、使用者に対して電圧印加を行うように促す警告を報知部５によって発する。

（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態を説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。

図７に示すように、本実施形態の内視鏡処理装置４０は、電圧印加装置１ｂを有して構成されている。内視鏡処理装置４０は、使用後の超音波内視鏡１０１に対して、洗浄処理、消毒処理、滅菌処理及びすすぎ処理のうちの１つまたは複数の処理を施す装置である。

内視鏡処理装置４０における、超音波内視鏡１０１に対する処理を実施するための構成は公知のものと同等であるため、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態では一例として、内視鏡処理装置４０は、処理槽４１、薬液貯留部４３、及びポンプ４４等を有して構成されている。処理槽４１は、内部に超音波内視鏡１０１を収容可能である。本実施形態の内視鏡処理装置４０は、処理槽４１内において、薬液貯留部４３に貯留されている薬液４２や水道設備４５から供給される水道水等の液体状の処理流体を用いて、超音波内視鏡１０１に対して洗浄処理、消毒処理、及びすすぎ処理を実施可能に構成されている。なお、薬液４２は、処理の内容に応じて定められるものであり、例えば洗浄液及び消毒液のように、複数種類であってもよい。

なお、内視鏡処理装置４０が超音波内視鏡１０１に対して実施する処理の形態や、実施する処理の数は特に限られるものではない。内視鏡処理装置４０は、超音波内視鏡に対して高温高圧の水蒸気を用いた滅菌処理を施す形態であってもよい。また、内視鏡処理装置４０は、処理流体として気体及び液体を所定の比率で混合した気液二相流体を用いた洗浄処理を施す形態であってもよい。

また、内視鏡処理装置４０は、処理の実施中に超音波内視鏡１０１の内視鏡コネクタ１０４ａ、ビデオコネクタ１０４ｂ及び超音波コネクタ１０４ｃに被せるためのコネクタキャップ４６ａ、４６ｂ及び４６ｃを備えている。コネクタキャップ４６ａ、４６ｂ及び４６ｃは、超音波内視鏡１０１への処理流体の浸入を防ぐために用いられる。

内視鏡処理装置４０が備える電圧印加部１ｂの構成は、第１の実施形態の電圧印加部１とほぼ同等であるが、接続部２が、超音波コネクタ１０４ｃに被せられるコネクタキャップ４６ｃに設けられている点が異なる。

コネクタキャップ４６ｃに接続部２が設けられていることにより、内視鏡処理装置４０を用いて超音波内視鏡１０１に対して処理を実施する際には、必ず接続部２が超音波コネクタ１０４ｃと電気的に接続される。超音波内視鏡１０１は、使用後に内視鏡処理装置４０によって処理を施されるものであることから、本実施形態の内視鏡処理装置４０を用いれば、使用後の超音波内視鏡１０１は必ず電圧印加装置１ｂに接続され、超音波振動子１２１の帯電部材の帯電量が所定の値以上となる。

（第５の実施形態）
ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１を、半導体製造工程を用いて製造する場合、超音波振動子１２１を駆動するために必要な信号増幅回路等の電子回路の一部または全部を、超音波振動子１２１と同一の基板上に、同一の半導体製造工程を用いて形成すれば、製造コストを低減することができ、望ましい。

そこで、図８に示すように、ｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１とＭＯＳＦＥＴ１５０を、同一のシリコン基板１３１上に形成したものを、第５の実施形態として説明する。ＭＯＳＦＥＴ１５０は、例えば超音波振動子１２１の受信信号を増幅する信号増幅回路の一部を構成する。

ＭＯＳＦＥＴ１５０は、シリコン基板１３１に形成されたソース拡散層１５１及びドレイン拡散層１５２と、これらに接続されたソース電極１５３及びドレイン電極１５４と、シリコン基板１３１上のゲート領域に形成されたゲート酸化膜１５５及びゲート電極１５６を含んで構成されている。

一方、超音波振動子１２１を構成する複数の超音波振動子セル１３０は、シリコン基板１３１上に形成されたフィールド酸化膜１６０上に形成されている。本実施形態においては、絶縁膜１３５の膜厚は、ＭＯＳＦＥＴ１５０のゲート酸化膜１５５の膜厚よりも厚い。

超音波振動子セル１３０は、フィールド酸化膜１３５上に形成された第１電極１３２と、第１電極１３２上に形成され、内部に空隙部１３４を有する窒化シリコンからなる絶縁膜１３９と、絶縁膜１３９上に形成された第２電極１３３と、を含んで構成されている。絶縁膜１３９は、空隙部１３４を挟んで第１電極１３２側の領域が第１絶縁膜１３６であり、第２電極１３３側の部分が第２絶縁膜１３７となる。

そして、本実施形態では、超音波振動子セル１３０の第１電極１３２と、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極１５６が、モリブデンまたはタングステン等の高融点金属、もしくは高融点金属とシリコンの化合物である高融点金属シリサイドからなり、同一の工程で形成される。

また、超音波振動子セル１３０の第２電極１３３と、ＭＯＳＦＥＴ１５０のソース電極１５３及びドレイン電極１５４が、アルミニウム、アルミニウム化合物、もしくは銅からなり、同一の行程で形成される。

本実施形態のように、同一のシリコン基板１３１上にｃ−ＭＵＴである超音波振動子１２１とＭＯＳＦＥＴ１５０を半導体製造工程によって形成し、これらを構成する薄膜の一部を同一の行程において形成するようにすれば、製造コストを低減することが可能である。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電圧印加装置、超音波観測装置及び内視鏡処理装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

上述のように、本発明は、ｃ−ＭＵＴを備える超音波内視鏡と共に用いられる機器に対して好適である。

１ 電圧印加装置、
１ａ 電圧印加装置、
１ｂ 電圧印加装置、
２ 接続部、
３ 判定部、
３ 印加部、
４ 印加部、
５ 報知部、
６ 制御部、
２０ 超音波観測装置、
２１ 送信部、
２２ 受信部、
２３ 信号処理部、
２４ 映像信号生成部、
３０ 画像表示装置、
４０ 内視鏡処理装置、
４１ 処理槽、
４２ 薬液、
４３ 薬液貯留部、
４４ ポンプ、
４５ 水道設備、
１０１ 超音波内視鏡、
１０２ 挿入部、
１０３ 操作部、
１０４ ユニバーサルコード、
１０４ａ 内視鏡コネクタ、
１０４ｂ ビデオコネクタ、
１０４ｃ 超音波コネクタ、
１０５ 識別符号部、
１０６ 電気ケーブル、
１０８ 湾曲部、
１０９ 可撓管部、
１１１ アングル操作ノブ、
１２０ 先端部、
１２１ 超音波振動子、
１３０ 超音波振動子セル、
１３１ シリコン基板、
１３２ 第１電極、
１３３ 第２電極、
１３４ 空隙部、
１３５ フィールド酸化膜、
１３６ 第１絶縁膜、
１３７ 第２絶縁膜、
１３８ 保護膜、
１３９ 絶縁膜、
１４０ 振動膜、
１５０ ＭＯＳＦＥＴ、
１５１ ソース拡散層、
１５２ ドレイン拡散層、
１５３ ソース電極、
１５４ ドレイン電極、
１５５ ゲート酸化膜、
１５６ ゲート電極。

Claims (10)

1. 超音波内視鏡の超音波振動子と電気的に接続可能に構成された接続部と、
   前記接続部に接続された前記超音波内視鏡の前記超音波振動子が、静電容量型超音波トランスデューサであるか否かを判定する判定部と、
   前記超音波振動子が静電容量型超音波トランスデューサである場合に、前記接続部を介して前記超音波振動子に直流電圧を印加する印加部と、
   前記印加部が前記超音波振動子に直流電圧を印加している状態であることを報知する報知部と
   を備えることを特徴とする電圧印加装置。
2. 前記接続部は、前記超音波内視鏡と着脱可能に構成されており、
   前記判定部及び前記印加部は、前記接続部への前記超音波内視鏡の接続が検出された際に動作することを特徴とする請求項１に記載の電圧印加装置。
3. 前記超音波振動子が備える帯電部材の帯電量を検知する検知部を備え、
   前記印加部は、前記帯電量が所定の値未満である場合に、前記超音波振動子に直流電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の電圧印加装置。
4. 前記検知部は、
   前記接続部を介して前記超音波振動子に駆動信号を送信する送信部と、
   前記接続部を介して前記超音波振動子から出力される受信信号を受信する受信部と、
   を備え、
   前記受信信号の強度に基づいて、前記超音波振動子の帯電量を検知することを特徴とする請求項３に記載の電圧印加装置。
5. 超音波内視鏡が着脱可能であって、前記超音波内視鏡の超音波振動子と電気的に接続可能に構成された接続部と、
   前記接続部を介して前記超音波振動子に駆動信号を送信する送信部と、
   前記接続部を介して前記超音波振動子から出力される受信信号を受信する受信部と、
   前記超音波振動子が、静電容量型超音波トランスデューサであるか否かを判定する判定部と、
   前記超音波振動子が静電容量型超音波トランスデューサである場合に、前記接続部を介して前記超音波振動子に直流電圧を印加する印加部と、
   を備えることを特徴とする超音波観測装置。
6. 前記印加部が前記超音波振動子に直流電圧を印加している状態である場合に、前記送信部の駆動を禁止する制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波観測装置。
7. 前記超音波振動子が備える帯電部材の帯電量を検知する検知部を備え、
   前記印加部は、前記帯電量が所定の値未満である場合に、前記超音波振動子に直流電圧を印加することを特徴とする請求項５または６に記載の超音波観測装置。
8. 前記検知部は、
   前記受信信号の強度に基づいて、前記超音波振動子の帯電量を検知することを特徴とする請求項７に記載の超音波観測装置。
9. 前記印加部が前記超音波振動子に直流電圧を印加している状態であることを報知する報知部を備えることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の超音波観測装置。
10. 請求項２から４のいずれか一項に記載の電圧印加装置を備える内視鏡処理装置。

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