(57)【要約】  【課題】  小型で電源ＯＮ時に素早く原点復帰することのできるエンコーダを備えた超音波探触子を提供する。  【解決手段】  音響素子１と、音響素子を揺動する駆動部２と、音響素子の回転角を検出するエンコーダ３とを備える。エンコーダは、磁気ドラムと、磁気ドラムが形成する磁界に基づき回転角度を検出する回転角度用磁界検出部と、原点を検出する原点用磁界検出部とを有し、磁気ドラムは、周方向に配列された３つの磁気領域を有し、第１磁気領域には、周方向にＮ極とＳ極の磁性体が交互に配置され、第２磁気領域には、エンコーダの回転軸方向にＮ極とＳ極の磁性体が層状に配置され、第３磁気領域には、磁性体が配置されていない、または、第２磁気領域に対して極性が逆になるようにＮ極とＳ極の磁性体が配置され、音響素子が原点に位置する状態において、第２磁気領域と第３磁気領域の境界を検出するように原点用磁界検出部が配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波と電気信号を相互に変換するトランスデューサと、
前記トランスデューサを揺動する駆動部と、
前記トランスデューサの回転角を検出するエンコーダとを備えた超音波探触子において、
前記エンコーダは、磁気ドラムと、前記磁気ドラムが形成する磁界に基づき回転角度を検出する回転角度用磁界検出部と、揺動範囲の基準位置である原点を検出する原点用磁界検出部とを有し、
前記磁気ドラムは、周方向に配列された第１磁気領域と第２磁気領域と第３磁気領域とを有し、
前記第１磁気領域には、周方向にＮ極とＳ極の磁性体が交互に配置され、
前記第２磁気領域には、前記エンコーダの回転軸方向にＮ極とＳ極の磁性体が層状に配置され、
前記第３磁気領域には、磁性体が配置されていない、または、前記第２磁気領域に対して極性が逆になるようにＮ極とＳ極の磁性体が配置され、
前記トランスデューサが前記原点に位置する状態において、前記第２磁気領域と前記第３磁気領域の境界を検出するように前記原点用磁界検出部が配置されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記駆動部が前記トランスデューサを揺動させる範囲において、前記回転角度用磁界検出部は前記第１磁気領域の磁界を検出し、前記原点用磁界検出部は前記第２磁気領域および前記第３磁気領域に亘る範囲の磁界を検出するように配置された請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
超音波と電気信号を相互に変換するトランスデューサと、
前記トランスデューサを揺動させる駆動部と、
前記トランスデューサの回転角を検出するエンコーダとを備えた超音波探触子において、
前記エンコーダが磁気ドラムと、前記磁気ドラムが形成する磁界に基づき、回転角度を検出するための回転角度用磁界検出部と、原点を検出するための原点用光反射率検出部とを有し、
前記磁気ドラムには、周方向にＮ極、Ｓ極の磁性体が交互に配列され、さらに、前記磁性体を周方向に覆うように、前記磁気ドラムと光反射率の異なる非磁性光反射膜が配置され、
前記回転角度用磁界検出部は、前記磁気ドラムにより生じる磁界を検出し、
前記原点用光反射率検出部は、前記磁気ドラム上の光反射率を検出し、
前記トランスデューサが揺動範囲の基準位置である原点に位置する状態において、前記非磁性光反射膜の一端を検出するように前記原点用光反射率検出部が配置されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
前記原点用光反射率検出部が、反射型フォトインタラプタで構成された請求項３記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信して体内臓器の状態を観察、診断する超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波探触子には、図６のような構造を持つものがある（特許文献１）。幅方向２２に回転するモータ２５と、モータの回転角を検出するエンコーダ２６と、超音波を送波し、モータ２５により機械的に揺動される振動子アレイ２１とで構成されている。モータ２５は、振動子アレイ２１を幅方向２２に揺動させる。揺動された振動子アレイ２１は、焦点距離方向２４に超音波を多段フォーカスさせつつ、配列方向２３にこの超音波を用いて被検体を走査する。振動子アレイ２１は、揺動位置毎に被検体からの反射波を受波し、この複数の受波の位相を同期させ、加算する。
【０００３】
ここで用いられるエンコーダとしては、光学式（特許文献２）と磁気式（特許文献３）とがある。
【０００４】
図７に示すように、光学式エンコーダは、検出対象物の可動側に取り付けられ、回転する可動スケール３１と、エンコーダの固定部分に取り付けられた固定スケール３２と、光源３３と、光源３３の光を感知する受光素子３４とで構成されている。可動スケール３１は、その回転する方向に沿って配置された変位検出相第１スリット３５と、原点を検出するための原点検出用第１スリット３６とを有する。固定スケール３２は、変位検出相第２スリット３７と、原点検出用第２スリット３８とを有する。可動スケール３１と、固定スケール３２とを相対移動させたときに生じる変位検出相光信号をとらえて、検出対象物間の位置または角度の相対移動変位量を検出する。
【０００５】
図８に示すように、磁気式エンコーダは、回転軸に取り付けられる回転子４１と、回転子４１の外周に歯車状に形成された磁性体からなる突歯４２と、その１突歯のみ軸方向に一部分の歯山を無くした欠歯部４３と、磁気抵抗素子４６ａ、４６ｂを有した第１検出部４４と、磁気抵抗素子４７ａ、４７ｂを有した第２検出部４５とで構成されている。第１検出部４４は、回転子４１が回転すると、突歯４２の移動にともなう磁界の変化により角度の変位を検出する。第２検出部４５は、欠歯部４３により回転子４１の原点を検出する。
【特許文献１】特開平７−２３６６４２号公報
【特許文献２】特開平９−３１８３９４号公報
【特許文献３】特開平１１−１５３４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の超音波探触子において、光学式エンコーダを用いた場合は、光源、スケール、受光素子という順に配置する必要があり、エンコーダの厚さを薄くしにくく、超音波探触子を小型化しにくいという問題があった。また、磁気式エンコーダを用いた場合は、角度検出用の着磁パターンと原点検出用の着磁パターンを厚さ方向に並べて配置する必要があり、エンコーダを薄型化できず、超音波探触子を小型化しにくいという問題があった。
【０００７】
また、上記２つのエンコーダは、原点位置が一点でしか出力されないため、電源をＯＮにした時にエンコーダの原点位置からずれている回転方向を検出できず、原点を検出するためにどちらか一方向に揺動させ、揺動リミッタに当接させた後、反対方向に揺動させて原点を検出する必要があった。
【０００８】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、小型で、電源ＯＮ時に素早く原点復帰することができる超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサを揺動する駆動部と、前記トランスデューサの回転角を検出するエンコーダとを備える。上記の問題を解決するために、前記エンコーダは、磁気ドラムと、前記磁気ドラムが形成する磁界に基づき回転角度を検出する回転角度用磁界検出部と、揺動範囲の基準位置である原点を検出する原点用磁界検出部とを有し、前記磁気ドラムは、周方向に配列された第１磁気領域と第２磁気領域と第３磁気領域とを有し、前記第１磁気領域には、周方向にＮ極とＳ極の磁性体が交互に配置され、前記第２磁気領域には、前記エンコーダの回転軸方向にＮ極とＳ極の磁性体が層状に配置され、前記第３磁気領域には、磁性体が配置されていない、または、前記第２磁気領域に対して極性が逆になるようにＮ極とＳ極の磁性体が配置され、前記トランスデューサが前記原点に位置する状態において、前記第２磁気領域と前記第３磁気領域の境界を検出するように前記原点用磁界検出部が配置されたことを特徴とする。
【００１０】
この構成により、角度検出用磁気パターンと、原点検出用パターンを回転軸方向に並べて配置する必要がないので、エンコーダを薄型化する事が可能であり、超音波探触子を小型化することが可能となる。さらに、エンコーダの原点信号の出力によってトランスデューサの原点位置から回転した方向を検出することができるため、トランスデューサを原点に復帰させる際に無駄な動作をする必要がなくなる。
【００１１】
また、前記駆動部が前記トランスデューサを揺動させる範囲において、前記回転角度用磁界検出部は前記第１磁気領域の磁界を検出し、前記原点用磁界検出部は前記第２磁気領域および前記第３磁気領域に亘る範囲の磁界を検出するように配置された構成にすることもできる。
【００１２】
また、本発明の超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサを揺動させる駆動部と、前記トランスデューサの回転角を検出するエンコーダとを備える。前記エンコーダが磁気ドラムと、前記磁気ドラムが形成する磁界に基づき、回転角度を検出するための回転角度用磁界検出部と、原点を検出するための原点用光反射率検出部とを有し、前記磁気ドラムには、周方向にＮ極、Ｓ極の磁性体が交互に配列され、さらに、前記磁性体を周方向に覆うように、前記磁気ドラムと光反射率の異なる非磁性光反射膜が配置され、前記回転角度用磁界検出部は、前記磁気ドラムにより生じる磁界を検出し、前記原点用光反射率検出部は、前記磁気ドラム上の光反射率を検出し、前記トランスデューサが揺動範囲の基準位置である原点に位置する状態において、前記非磁性光反射膜の一端を検出するように前記原点用光反射率検出部が配置されたことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、角度検出用の磁気パターンと原点検出用信号が互いに干渉する事がないので、磁気パターンに重ねて原点検出用の光反射膜を構成することができ、エンコーダを薄型化することが可能となり、超音波探触子を小型化することが可能となる。さらに、原点方向検出部によって、トランスデューサの原点位置からずれている方向を検出することが可能となるので、トランスデューサを原点に復帰させる際に、無駄な動作をする必要がなくなる。
【００１４】
また、前記原点用光反射率検出部が、反射型フォトインタラプタで構成されても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波探触子は、磁気ドラムの同一円周上に着磁方向の直交する２種類の着磁パターンと、無着磁パターンとを有する磁気エンコーダを備えることにより、小型にでき、電源ＯＮ時に、原点復帰の際に無駄な動作をすることがないため、トランスデューサを素早く原点位置に復帰させることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態における超音波探触子について、図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の斜視図である。この超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換する音響素子１と、音響素子１を揺動させるモータ２と、音響素子１の回転角度を検出するエンコーダ３とで構成されている。音響素子１は、超音波と電気信号を相互に変換するトランスデューサのことであり、振動子アレイのことである。また、駆動部は、モータ２で構成されている。
【００１８】
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態におけるエンコーダ３とモータ２の斜視図である。説明のため筐体等は省略している。エンコーダ３は、磁気ドラム４と、回転角度用磁界検出部５と、原点用磁界検出部６とで構成されている。回転角度用磁界検出部５および原点用磁界検出部６は、磁気抵抗素子と抵抗−電圧変換回路（図示せず）で構成され、磁気抵抗素子の抵抗値に比例した電圧を出力する。磁気抵抗素子は、それぞれ磁気ドラム４の回転の中心に対して、対向する位置に配置されている。回転角度用磁界検出部５は、モータ２により回転された磁気ドラム４の回転角度を示す角度信号を検出し、原点用磁界検出部６は、原点検出信号（Ｚ相信号）を検出する。
【００１９】
図２（ｂ）、（ｃ）は、磁気ドラム４の着磁パターンを示した図であり、それぞれ磁気ドラム４を軸方向からの平面図と、半径方向から見た側面図である。図２（ｂ）に示すように、角度を検出するための主着磁７として、円周方向に沿って約半周にわたり、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置されている。
【００２０】
なお、図２（ａ）の回転角度用磁界検出部５には、図面には記載していないが、磁気ドラム４の外側に沿って２つの磁界を検出する磁気抵抗素子が配置されている。その磁気抵抗素子は、主着磁７のＮ極とＳ極が配置されている間隔の１／２に相当する間隔で配置され、Ａ相信号、Ｂ相信号（参照：図３）の２つの角度信号を出力する。回転角度用磁界検出部５は、磁気ドラム４の１／２周に施された主着磁７の磁界を検出し、磁気ドラム４の回転角度を検知する。
【００２１】
また、図２（ｃ）に示すように、原点を検出するための原点検出用着磁８として、約１／４周にわたってＮ極、Ｓ極が回転軸方向に配列されている。残りの約１／４周には、着磁がされていない。原点とは、音響素子が揺動範囲の基準位置にいる際の、音響素子の位置であり、そのときの磁気ドラムの回転位置である。その際、原点用磁界検出部６は、磁気ドラム上の原点検出用着磁の領域と、着磁がされていない領域との境界に対向するように配置されている。
【００２２】
原点用磁界検出部６は、原点検出用着磁がされていない領域では、磁界を検出できず、それに応じた電圧を発生させる。また、原点用磁界検出部６が原点検出用着磁８の領域を検出すると、一定の磁界を検出して、それに応じた電圧を発生させる。原点用磁界検出部６から出力される電圧の違いにより、音響素子の位置が、原点方向に対して、＋の位置にいるのか、あるいは−の位置にいるのかを検知することができる。
【００２３】
磁気ドラム４の１／２周により回転角度の検出が行われ、残りの１／２周により原点方向の検出が行われる。そのため、音響素子の回転範囲は、１８０°以内が好ましい。
【００２４】
図３は、エンコーダの回転角度用磁界検出部５と、原点用磁界検出部６の出力を示したグラフであり、エンコーダの原点位置を０°としている。図３の信号９、１０が回転角度用磁界検出部５から出力されたＡ相信号とＢ相信号であり、信号１１が、原点用磁界検出部６から出力されたＺ相信号である。横軸にエンコーダの回転角度をとり、その回転範囲は１８０°である。縦軸は各相の出力を示し、Ａ相信号またはＢ相信号において、極大値のときに、例えば、左側にＮ極、右側にＳ極となるＮ極とＳ極の境界部に、回転角度用磁界検出部５の磁気抵抗素子が対向している。
【００２５】
回転角度用磁界検出部５の２つの磁気抵抗素子が、主着磁７のＮ極とＳ極が配置されている間隔の１／２に相当する間隔で配置されているため、Ａ相信号９とＢ相信号１０との位相が９０°ずれている。これにより、エンコーダが音響素子の回転している方向を検知することができる。Ｚ相信号１１は、０°から−９０°の間において、０°から９０°の間に出力される電圧（Ｌレベル）よりも高い電圧（Ｈレベル）が出力されており、例えば、原点用磁界検出部６は、０°から−９０°の間において原点検出用着磁８の磁界を検出し、ＨレベルのＺ相信号１１を出力する。
【００２６】
超音波探触子が電源から遮断された状態から通電された際に、Ｚ相信号１１が、Ｈレベルであれば、音響素子が−の回転位置にいて、Ｌレベルであれば、＋の回転位置にいることを、実際に音響素子を揺動させることなく検知する。従って、音響素子を原点に復帰させる際に、モータ２の回転方向を正しく決めることが可能となる。
【００２７】
以上のように、本発明の第１の実施の形態における超音波探触子によれば、エンコーダの磁気ドラムの半周に角度検出用磁気パターンを配置し、残りの半周に原点検出用の着磁領域と無着磁領域を１／４周ずつ配置することにより、薄型化することが可能となる。さらに、原点用磁界検出部６により、音響素子の回転角度位置が原点の左右どちら側かを検出することが可能となり、原点への復帰を素早く行なうことが可能となる。
【００２８】
なお、磁気ドラム４上の着磁を施さなかった領域に、原点検出用着磁８のＮ極、Ｓ極とを反転させたパターンを配置した構成にしても同様の結果を得ることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態における超音波探触子について説明する。エンコーダ以外の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【００３０】
図４（ａ）は、第２の実施の形態における超音波探触子のモータ２とエンコーダ３とを示した斜視図である。図４（ｂ）は、第２の実施の形態における磁気ドラム４を示した斜視図である。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、エンコーダ３は、磁気ドラム４と、回転角度用磁界検出部５と、光を照射しその反射を検出する反射型フォトインタラプタ１２（原点用光反射率検出部）とで構成されている。図４（ｂ）に示すように、磁気ドラム４は、光反射率を抑えるために略黒色のプラスチックマグネットで構成され、回転角度を検出するためにＮ極、Ｓ極が磁気ドラム４の円周上に交互に配置された主着磁１３が、全周にわたって施されている。さらに磁気ドラム４の半周に、原点方向を検出するための非磁性光反射膜（例えば金の薄膜等）１４が配置されている。原点とは、音響素子が揺動範囲の基準位置にいる際の、音響素子の位置であり、磁気ドラムの回転位置である。その際、フォトインタラプタ１２は、非磁性光反射膜１４の一端を検出できる位置に配置されている。
【００３２】
回転角度用磁界検出部５は、磁気抵抗素子で構成され、主着磁１３により生じる磁界を検出し、音響素子の回転角度を検出する。図４（ａ）の回転角度用磁界検出部５は、図面には記載していないが、磁気ドラム４の外側に沿って２つの磁気抵抗素子が配置されている。その磁気抵抗素子は、主着磁１３のＮ極とＳ極が配置されている間隔の１／２に相当する間隔で配置され、Ａ相信号、Ｂ相信号の２つの角度信号を出力する。この２つの角度信号により、磁気ドラム４の回転方向と角度とを検知することができる。
【００３３】
フォトインタラプタ１２は、光を磁気ドラム４に照射し、非磁性光反射膜１４の有無による反射波を検出し、原点位置検出用のＺ相信号を出力することにより、原点方向を検出する。フォトインタラプタ１２が非磁性光反射膜１４を検出すると、フォトインタラプタ１２は、反射波を検出し、非磁性光反射膜１４を検出できなければ、反射波を検出できない。これにより、例えば、フォトインタラプタ１２が反射波を検出すれば、出力が大きく（Ｈレベル）、検出できなければ小さく（Ｌレベル）なる。そのため、音響素子の回転位置が原点の左右どちらにあるか判別することができる。
【００３４】
この構造では、磁気ドラム４の同一円周上に回転角度と原点検出の両方のパターンを配置することができる。そのため、フォトインタラプタ１２が、非磁性光反射膜１４の原点を検出するための部分以外のもう一端の部分を検出しない回転範囲内において、磁気ドラムの回転範囲を決めることができる。
【００３５】
以上のように構成された超音波探触子の動作を、図５を用いて、その動作を説明する。
【００３６】
図５は、回転角度用磁界検出部５とフォトインタラプタ１２の出力を示したグラフであり、横軸はエンコーダの回転角度を示し、その原点位置を０°としている。図５の信号１５、１６は、回転角度用磁界検出部５から出力されたＡ相信号とＢ相信号であり、信号１７は、フォトインタラプタ１２から出力されたＺ相信号である。エンコーダの回転範囲は、−１６０°〜１６０°の合計３２０°である。縦軸は各相の出力を示し、たとえば、極大値のときに回転角度用磁界検出部５は、左側にＮ極、右側にＳ極となるＮ極とＳ極の境界部を検出する。
【００３７】
回転角度用磁界検出部５の２つの磁気抵抗素子が、主着磁１３のＮ極とＳ極が配置されている間隔の１／２に相当する間隔で配置されているため、Ａ相信号１５とＢ相信号１６との位相が９０°ずれている。これにより、エンコーダが音響素子の回転している向きを検知することができる。Ｚ相信号１７は、０°から−１６０°の間においてＨレベルの電圧であり、０°から１６０°の間においてＬレベルの電圧が出力されており、例えば、フォトインタラプタ１２が０°から−１６０°の間において、非磁性光反射膜１４を検出する。
【００３８】
超音波探触子が電源から遮断された状態から通電された際に、超音波探触子がＺ相信号１７を観測することにより、Ｚ相信号の電圧がＨレベルであれば、０°から−１６０°の回転位置にいて、電圧がＬレベルであれば、０°から１６０°の間の回転位置にいることを、実際に音響素子を揺動させることなく検知する。従って、音響素子を０°に復帰させる際に、モータ２の回転方向を正しく決めることが可能となる。
【００３９】
以上のように、本発明の第２の実施の形態における超音波探触子では、回転角度検出用の磁気エンコーダの磁気ドラム４に非磁性光反射膜１４を形成し、フォトインタラプタ１２で原点検出を行なう構成とすることにより、小型で素早く原点復帰動作する事が可能な超音波探触子を得ることが可能となる。
【００４０】
なお、本発明では光反射率の低い磁気ドラムに光反射率の高い金の薄膜を形成したが、光反射率の高い磁気ドラムに光反射率の低い薄膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、磁気ドラム上の非磁性光反射膜を施していない領域に、非磁性光非反射膜を施しても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、図４（ａ）において、フォトインタラプタ１２は、磁気ドラム４の回転の中心に対して、回転角度用磁界検出部５と対向する位置に配置されている。しかし、磁気ドラム４が原点位置にあるとき、非磁性光反射膜１４の一端が、フォトインタラプタ１２により検出されるように、フォトインタラプタ１２と非磁性光反射膜１４が配置されていれば、フォトインタラプタ１４は、回転角度用磁界検出部５に対してどこの位置にあっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の超音波探触子は、小型で、電源ＯＮ時に原点復帰が速いという効果を有し、超音波診断装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の斜視図
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるエンコーダとモータの斜視図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態における磁気ドラムの着磁パターンを軸方向から見た平面図、（ｃ）本発明の第１の実施の形態における磁気ドラムの着磁パターンを半径方向から見た側面図
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるエンコーダの出力波形図
【図４】（ａ）本発明の第２の実施の形態におけるエンコーダとモータの斜視図、（ｂ）本発明の第２の実施の形態における磁気ドラムの斜視図
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるエンコーダの出力波形図
【図６】従来の超音波探触子の斜視図
【図７】従来の光学式エンコーダの斜視図
【図８】従来の磁気式エンコーダの斜視図
【符号の説明】
【００４５】
１  音響素子
２、２５  モータ
３、２６  エンコーダ
４  磁気ドラム
５  回転角度用磁界検出部
６  原点用磁界検出部
７、１３  主着磁
８  原点検出用着磁
９、１５  Ａ相信号
１０、１６  Ｂ相信号
１１、１７  Ｚ相信号
１２  フォトインタラプタ
１４  非磁性光反射膜
２１  振動子アレイ
２２  幅方向
２３  配列方向
２４  焦点距離方向
３１  可動スケール
３２  固定スケール
３３  光源
３４  受光素子
３５  変位検出相第１スリット
３６  原点検出用第１スリット
３７  変位検出相第２スリット
３８  原点検出用第２スリット
４１  回転子
４２  突歯
４３  欠歯部
４４  第１検出器
４５  第２検出器
４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ  磁気抵抗素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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