(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子群の回転角の検出機構を簡素化して基準位置の検出を容易にしフレキシブル基板の欠損を防止する。【解決手段】短冊状とした複数の圧電素子が長軸方向に並べられて圧電素子と電気的に接続するフレキシブル基板が短軸方向の少なくとも一端側から延出した圧電素子群と、長軸方向を中心として圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転機構部と、圧電素子群の短軸方向での基準位置を検出する基準位置検出センサと、基準位置センサと連動して回転機構部を駆動する制御シャフト及びステップモータからなる超音波探触子において、制御シャフトには光遮蔽部と光透過部との境界領域を有する基準位置センサ用の光学回転板が結合し、光遮蔽部及び光透過部は境界領域を基準として光学回転板の中心から互いに反対方向に所定の角度で連続して形成されるとともに光学回転板は境界領域を基準として所定の角度未満で回転する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊状とした複数の圧電素子が長軸方向に並べられて前記圧電素子と電気的に接続するフレキシブル基板が短軸方向の少なくとも一端側から延出した圧電素子群と、前記長軸方向を中心として前記圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転機構部と、前記圧電素子群の短軸方向での基準位置を検出する基準位置検出センサと、前記基準位置センサと連動して前記回転機構部を駆動する制御シャフト及びステップモータからなる超音波探触子において、前記制御シャフトには光遮蔽部と光透過部との境界領域を有する前記基準位置センサ用の光学回転板が結合し、前記光遮蔽部及び前記光透過部は前記境界領域を基準として前記光学回転板の中心から互いに反対方向に所定の角度で連続して形成されるとともに前記光学回転板は前記境界領域を基準として前記所定の角度未満で回転し、前記境界領域は前記光遮蔽部と前記光透過部とによる光の透過又は遮蔽によって検出され、前記境界領域に基づいて前記圧電素子群の基準位置が設定されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１において、前記基準位置は前記圧電素子群の短軸方向の中心が、前記圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転角を二等分する中心線上とし、前記所定の角度は少なくとも４５度以上とした超音波探触子。
【請求項３】
請求項１において、前記回転機構部は前記圧電素子群を上面に保持して前記長軸方向の両端側となる下面に脚部を有する保持板と、前記脚部を結ぶ直線上の両端側で周壁が結合して前記脚部を回転自在として前記フレキシブル基板が密閉されて底壁から外部に導出した凹状のケースと、前記脚部の一方の内面に固定して円弧状の歯を有する第１かさ歯車と、前記第１かさ歯車と歯合して水平方向に回転する第２かさ歯車と、前記ステップモータによって回転されて前記第２かさ歯車に軸着するとともに前記底壁から密閉されて導出した前記制御シャフトとを備え、前記第２かさ歯車上には前記フレキシブル基板との接触を防止する、前記底壁に固定されて前記第２かさ歯車を覆う保護カバーが設けられた超音波探触子。
【請求項４】
短冊状とした複数の圧電素子が長軸方向に並べられて前記圧電素子と電気的に接続するフレキシブル基板が短軸方向の少なくとも一端側から延出した圧電素子群と、前記長軸方向を中心として前記圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転機構部と、前記圧電素子群の短軸方向での基準位置を検出する基準位置検出センサと、前記基準位置センサと連動して前記回転機構部を駆動するモータとを少なくとも有する超音波探触子において、前記回転機構部は前記圧電素子群を上面に保持して前記長軸方向の両端側となる下面に脚部を有する保持板と、前記脚部を結ぶ直線上の両端側で周壁が結合して前記脚部を回転自在として前記フレキシブル基板が密閉されて底壁から外部に導出した凹状のケースと、前記脚部の一方の内面に固定して円弧状の歯を有する第１かさ歯車と、前記第１かさ歯車と歯合して水平方向に回転する第２かさ歯車と、前記モータによって回転されて前記第２かさ歯車に軸着するとともに前記底壁から密閉されて導出した制御シャフトとを備え、前記第２かさ歯車上には前記フレキシブル基板との接触を防止する前記底壁に固定されて前記第２かさ歯車を覆う保護カバーが設けられた超音波探触子。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記カバーはＬ字状又はコ字状である超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電素子群を短軸方向に遥動して立体画像を得る超音波探触子（以下、短軸遥動探触子とする）を技術分野とし、特にパルスモータを用いた簡易機構の短軸遥動探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
短軸遥動探触子は圧電素子群を長軸方向に電子走査し、短軸方向に機械的に走査（遥動）して立体画像を得るものとして知られる（特許文献１及び２）。このことから、例えば圧電素子を縦横に配列して二次元方向に電子走査するマトリクス型等に比較し、例えば配線（結線）及び走査回路を容易にするので、現実化されている。
【０００３】
（従来技術の一例）第３図は一従来例（特許文献１参照）を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。
【０００４】
短軸遥動探触子は圧電素子群１と回転機構部２と回転角検出機構３とを備える。圧電素子群１は短冊状とした複数の圧電素子１ａの幅方向を長軸方向に一致させ、長さ方向を短軸方向として図示しないバッキング材上に並べてなる。バッキング材は長軸方向に凸面の曲面状とした基台４上に固着されて、圧電素子群１を長軸方向にコンベックス状に湾曲する。
【０００５】
そして、長軸方向の全領域にわたって圧電素子群１と電気的に接続したフレキシブル基板５が、短軸方向の一端側から下方に向かって導出する。但し、フレキシブル基板５の導電路５ａと圧電素子１ａの図示しない駆動電極とが電気的に接続する。図では直接的に接続されているが、例えば銀箔及び導線によって駆動電極と導電路５ａとが間接的に接続されることもある。
【０００６】
回転機構部２は保持板６、ケース７、第１かさ歯車８ａ、第２かさ歯車８ｂ、制御シャフト９、及び駆動モータ１０からなる。保持板６は長軸方向となる両端側の下面に脚部６（ａｂ）を有し、圧電素子群１を有する基台４を上面に固定する。両端側の脚部６（ａｂ）には、各脚部６（ａｂ）を貫通する長軸方向（水平方向の直線Ｘ−Ｘ上）に各中心軸１１（ａｂ）が設けられる。脚部６（ａｂ）は中心軸１１（ａｂ）に対して回転自在とする。
【０００７】
ケース７は上面を開口した凹状として、脚部６（ａｂ）から突出した中心軸１１（ａｂ）の突出端を周壁にて結合（固定）する。底壁には長軸方向にスリット１２を有し、圧電素子群１からのフレキシブル基板５を外部に導出する。スリット１２には例えば樹脂１３を埋設して密閉する。
【０００８】
第１かさ歯車８ａは一方の脚部６ａの中心軸１１（ａｂ）より下方の脚部内面に設けられ、垂線方向の下端を頂点とした円弧状（扇状）の歯を有する。第２かさ歯車８ｂは中心軸１１（ａｂ）（直線Ｘ−Ｘ）に対して直交する垂直方向（直線Ｙ−Ｙ）の制御シャフト９に先端側が軸着し、第１かさ歯車８ａと歯合して水平方向に回転する。制御シャフト９はケース７の底壁からシールリング１４によって密閉されて外部に導出し、他端側が駆動モータ１０と例えばギア結合する。
【０００９】
回転角検出機構３は光学的エンコーダとし（第４図参照）、制御シャフト９と一体化した光学回転板３ａと、光学回転板３ａの外周部が挿入されたコ字状の光学カウンタ３ｂとからなる。光学回転板３ａの外周囲には多数の小孔３ｃが設けられ、光学カウンタ３ｂは対面する脚部に発光部及び受光部を有する。
【００１０】
そして、発光部からの小孔３ｃを経ての透過光を受光部によって検出し、透過光のカウント数によって圧電素子群１の基準位置からの回転角を検出する。基準位置は例えば短軸方向を二等分する中心線上として、これらとは別個の光学あるいは磁気センサ等によって検出される。なお、ケース７には圧電素子群１を覆う図示しないカバーが設けられて圧電素子群１等を密閉封入し、オイル等の超音波媒質が充填される。
【００１１】
このようなものでは、回転機構部２における第２かさ歯車８ｂの水平方向の左右の回転によって、第１かさ歯車８ａは垂直面に対し、頂点を中心として左右の斜め上方に遥動する。すなわち、頂点を中心として垂直方向の左右に回転して遥動する。そして、保持板６の脚部６ｂは中心軸１１（ａｂ）に対して左右に回転遥動し、圧電素子群１は短軸方向にこれとは反対方向の左右に回転遥動する。そして、回転角検出機構３によって短軸方向の回転角を検出し、被検体（生体）の正確な位置からの生体情報を得る。
【特許文献１】特許第２００９５８９号
【特許文献２】特開２００３−１７５０３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の短軸遥動探触子では、回転角検出機構３としての光学的エンコーダによって圧電素子群１の基準位置からの短軸方向の回転角を検出するので、機構的（構造的）にも複雑化して高価になる問題があった。そこで、例えば特許文献２では、駆動モータ１０をパルスによって間欠的に回転するステップモータとして、圧電素子群１の基準位置からのパルスの数をカウントすることによって回転角を検出し、光学的エンコーダを排除することが開示されている。
【００１３】
そして、特許文献２では、第５図（ａ）に示したように、圧電素子群１の短軸方向の中央に磁石１５ａを設けて、カバー１６の中央に設けたホールセンサ１５ｂとの相互作用によって、圧電素子群１の基準位置を検出する。要するに、圧電素子群１の基準位置は回転中心Ｏからの短軸方向を二等分する中心線ＯＰがカバー１６の中央に一致した点と（中心線ＯＰが垂線方向）する。換言すると、基準位置は圧電素子群１の短軸方向の中心が、圧電素子群１を短軸方向に左右に回転して遥動する回転角を二等分する中心線ＯＰ上とする。そして、これを磁気センサとした基準位置検出センサによって検出する。
【００１４】
しかし、この場合には、短軸遥動探触子の例えば動作開始時に圧電素子群１が中心から右方向にθ度回転していたとすると「第５図（ｂ）」、ずれ方向が右か左か不明なことから、基準位置に設定するための圧電素子群１の回転方向も不明となる。このことから、基準位置の検出（及び設定）を面倒にする問題があった。
【００１５】
また、いずれにしても、圧電素子群１を短軸方向に回転遥動するため、圧電素子群１から延出したフレキシブル基板５はケース７内では撓みを持たせて密封される。このため、フレキシブル基板５が回転機構部２の特に第２かさ歯車８ａと接触し、フレキシブル基板５の欠損をさせて例えば導電路を断線させるおそれがあった。
【００１６】
（発明の目的）
本発明は、短軸遥動探触子における圧電素子群の回転角の検出機構を簡素化して基準位置の検出を容易にすることを第１目的とし、フレキシブル基板の欠損を防止することを第２目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に示したように、短冊状とした複数の圧電素子が長軸方向に並べられて前記圧電素子と電気的に接続するフレキシブル基板が短軸方向の少なくとも一端側から延出した圧電素子群と、前記長軸方向を中心として前記圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転機構部と、前記圧電素子群の短軸方向での基準位置を検出する基準位置検出センサと、前記基準位置センサと連動して前記回転機構部を駆動する制御シャフト及びステップモータからなる超音波探触子において、前記制御シャフトには光遮蔽部と光透過部との境界領域を有する前記基準位置センサ用の光学回転板が結合し、前記光遮蔽部及び前記光透過部は前記境界領域を基準として前記光学回転板の中心から互いに反対方向に所定の角度で連続して形成されるとともに前記光学回転板は前記境界領域を基準として前記所定の角度未満で回転し、前記境界領域は前記光遮蔽部と前記光透過部とによる光の透過又は遮蔽によって検出され、前記境界領域に基づいて前記圧電素子群基準位置が設定された構成とする。
【００１８】
また、第２目的を達成するため、同請求項４に示したように、短冊状とした複数の圧電素子が長軸方向に並べられて前記圧電素子と電気的に接続するフレキシブル基板が短軸方向の少なくとも一端側から延出した圧電素子群と、前記長軸方向を中心として前記圧電素子群を短軸方向に左右に回転して遥動する回転機構部と、前記圧電素子群の短軸方向での基準位置を検出する基準位置検出センサと、前記基準位置センサと連動して前記回転機構部を駆動するモータとを少なくとも有する超音波探触子において、前記回転機構部は前記圧電素子群を上面に保持して前記長軸方向の両端側となる下面に脚部を有する保持板と、前記脚部を結ぶ直線上の両端側で周壁が結合して前記脚部を回転自在として前記フレキシブル基板が密閉されて底壁から外部に導出した凹状のケースと、前記脚部の一方の内面に固定して円弧状の歯を有する第１かさ歯車と、前記第１かさ歯車と歯合して水平方向に回転する第２かさ歯車と、前記モータによって回転されて前記第２かさ歯車に軸着するとともに前記底壁から密閉されて導出した制御シャフトとを備え、前記第２かさ歯車上には前記フレキシブル基板との接触を防止する前記底壁に固定されて前記第２かさ歯車を覆う保護カバーが設けられた構成とする。
【発明の効果】
【００１９】
（請求項１に係る発明）
請求項１の構成であれば、制御シャフトに結合した光学回転板の境界領域を光の透過又は遮蔽で検出して圧電素子群の基準位置が設定（特定）される。これにより、ステップモータを回転するパルスの数をカウントすることにより、光学的エンコーダを使用することなく、基準位置からの圧電素子群の短軸方向の位置（回転角）を把握できる。これにより、圧電素子群の短軸方向における検出機構を簡易にできる。
【００２０】
ここでは、基準位置センサ用の光学回転板は境界領域から互いに反対方向に所定の角度で連続した光遮蔽部及び光透過部を有し、さらに光学回転板は境界領域を基準として所定の角度未満で回転する。したがって、光学回転板の回転中には境界領域は一点のみとなるので、基準位置を特定する境界領域を確実に検出できる。
【００２１】
そして、動作開始時に圧電素子群が基準位置からいずれの方向にずれていたとしても、基準位置に対応した光学回転板の境界領域からの両側は遮光部と透過部なので、ずれ方向を確実に検知できる。したがって、例えば透過部にずれていた場合には遮光部側に回転し、遮光部側にずれていた場合には透過部側に回転すればよいので、圧電素子群の基準位置を容易に検出できる。換言すれば、圧電素子群を基準位置に容易に設定できる。
【００２２】
（請求項４に係る発明）
請求項４の構成であれば、フレキシブル基板と第２かさ歯車との接触を防止する保護カバーが第２かさ歯車を覆う。したがって、フレキシブル基板の欠損、特に導電路が断線するおそれを排除できる。この場合、ステップモータに拘わらず、いずれのモータでも同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１（ａｂ）図は本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は基準位置検出センサを示す短軸遥動探触子の一部図、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００２４】
短軸遥動探触子は、前述同様に長軸方向に並べられてフレキシブル基板５が延出した圧電素子群１及び短軸方向に回転遥動する回転機構部３を有する（前第３図参照）。そして、ここでは、駆動モータ１をパルスによって間欠的に回転するステップモータとし、回転角検出機構３を排除し、制御シャフト９には基準位置検出センサ１７が設けられる。
【００２５】
基準位置検出センサ１７は制御シャフト９に一体的に結合した光学回転板１７ａ、及び前述同様にコ字状として送受光部を有する光検知器１７ｂからなる。光学回転板１７ａは半円形として、光遮蔽部１８ａと光透過部１８ｂとからなり、両者間に線状の境界領域Ｐを有する。換言すると、光遮蔽部１８ａと光透過部１８ｂとは、境界領域Ｐを基準として、光学回転板１７ａの回転中心から互いに反対方向に１８０度ずつ連続して形成される。
【００２６】
そして、光学回転板１７ａは境界領域Ｐを基準として互いに反対方向に１８０度未満の角度で回転が制限される。ここでは互いに反対方向に９０度の角度内で回転が制限される。これは、ステップモータにギア結合した制御シャフト９の回転に依存する。光検知器１７ｂは図示しない止め具によって固定され、光学回転板１７ａの外周が光検知器（コ字部）１７ｂの空間部に挿入される。
【００２７】
光学回転板１７ａの初期位置（基準位置）は、境界領域Ｐがコ字部の空間部に位置し、光検知器１７ｂの送受光部間における光の透過・不透過の切替点とする。この場合、圧電素子群１は、前述したように、回転中心Ｏからの短軸方向を二等分する中心線ＯＰがカバー１６の中央に一致した基準位置即ち中央正面に配置される（前第５図参照）。
【００２８】
そして、ここでは、ケース７の内底面にＬ字状の保護カバー１９を固定し、第２かさ歯車８ｂを覆う。そして、圧電素子群１の短軸方向の一端側から延出したフレキシブル基板５を保護カバー１９で折り返して撓ませ、スリット１２から外部に密閉して導出する。
【００２９】
このようなものでは、短軸遥動探触子の動作は、図示しないスタートボタンを押すことによって開始される。ここで、動作開始前に、例えば第２図（ａ）に示したように、光学回転板１７ａの境界領域Ｐが基準位置より反時計回りに９０度以内に回転して、光検知器１７ｂの空間部には光遮蔽部１８ａが位置していたとする。
【００３０】
この場合は、スタートボタンを押すことによって、先ず、光検知器１７ｂが遮蔽信号を検出する。そして、遮蔽信号に基づき、ステップモータを駆動して光学回転板１７ａを時計回りに回転する。次に、光の遮蔽・透過の境界となる光学回転板１７ａの境界領域Ｐを検出する。そして、ステップモータを停止させて基準位置に設定する。
【００３１】
また、動作開始前に、第２図（ｂ）に示したように、光学回転板１７ａの境界領域Ｐが基準位置より時計回りに９０度以内に回転して、光検知器１７ｂの空間部には光透過部１８ｂが位置していたとする。この場合は、スタートボタンを押すことによって、先ず、光検知器１７ｂが透過信号を検出する。そして、透過信号に基づき、ステップモータを駆動して光学回転板１７ａを反時計回りに回転する。次に、同様にして境界領域Ｐを基準位置に設定する。
【００３２】
これらにより、圧電素子群１は中央正面の基準位置に設定される。そして、パルスモータ及び制御シャフト９に連動した回転機構部２によって、圧電素子群１は基準位置から左右に回転遥動して被検出体に超音波を送受波する。そして、予め設定された正負のパルスの数と回転角との関係から、三次元画像を得る。例えばパルスが正のときに右方向に、負のときに左方向に回転する。
【００３３】
このような構成であれば、光学回転板１７ａは境界領域Ｐを基準として互いに反対方向に９０度以内に制限されて回転する。したがって、光検知器１７ｂが遮蔽信号又は透過信号を検知して、予め設定された通りに時計回り又は反時計回りに回転すると、回転角内には一端側の境界領域Ｐのみが存在することになる。したがって、境界領域Ｐを確実に検出できて基準位置の設定を容易にできる。
【００３４】
また、第２かさ歯車８ｂ上には保護カバー１９を設けたので、圧電素子群１の回転遥動時におけるフレキシブル基板５との接触を防止する。これにより、フレキシブル基板５の欠損及び導電路５ａの断線を防止できる。また、フレキシブル基板５を保護カバー１９上に折り返して撓ませるので、ケース７内に十分な距離を確保して回転遥動をスムーズにする。
【００３５】
（他の事項）
上記実施形態では光学回転板１７ａは半円状としたが、圧電素子群１の基準位置（中央正面）からの回転角は通常では±４５度〜±９０度内であるので、光遮蔽部１８ａ及び光透過部１８ｂが少なくとも±４５度以上は必要とする。また、光透過部１８ｂは光学回転板１７ａを円形として外周に設けた円弧状のスリットであってもよく、要は境界領域Ｐから光遮蔽部１８ａと光透過部１８ｂとが連続して形成されていればよい。
【００３６】
また、圧電素子群１の基準位置は中央正面としたが、これに限らず例えば左右の回転最大角となる位置であってもよく、必要に応じて設定できる。また、保護カバー１９はＬ字上としたが、コ字状等であってもよい。また、制御シャフト９とステップモータとはギア結合としたがプーリー結合等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は基準位置検出センサを示す短軸遥動探触子の一部図、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の動作を説明する特に基準位置センサの平面図である。
【図３】従来例を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。
【図４】従来例を説明する回転角検出機構の図である。
【図５】従来例の基準位置検出センサを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧電素子群、１ａ  圧電素子、２  回転機構部、３  回転角検出機構、３ａ  光学回転板、３ｂ  光学カウンタ、４  基台、５  フレキシブル基板、５ａ  導電路、６  保持台、７  ケース、８ａ  第１かさ歯車、８ｂ  第２かさ歯車、９  制御シャフト、１０  駆動モータ、１１  中心軸、１２  スリット、１３  樹脂、１４  シーリング、１５ａ  磁石、１５ｂ  ホールセンサ、１６  カバー、１７  基準位置センサ、１７ａ  光学回転板、１７ｂ  光検知器、１８ａ  光遮蔽部、１８ｂ  光透過部、１９  保護カバー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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