(57)【要約】【課題】音響素子ユニットの揺動原点への復帰制御を容易且つ高速に行うことが出来る超音波探触子を提供する。【解決手段】超音波探触子の角度検出器は、所定ピッチの開口を有する第１のスリット２０、および揺動範囲（Ｒ）内に設けられた揺動原点（Ｏ）を境としてどちらか片側の揺動範囲以上の開口長を有する第２のスリット２４が同心円状に配置されたスリット板２３と、スリット板に光を照射する光源２１と、光源から第１のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して角度信号を出力する第１の受光素子２２と、光源から第２のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して原点信号を出力する第２の受光素子２５とを含み、角度信号および原点信号に基いて、音響素子ユニットの揺動原点への復帰制御が行われる。【選択図】　図２
2004135966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する複数の音響素子が配列された音響素子ユニットと、該音響素子ユニットを往復揺動させるためのモータと、揺動する前記音響素子ユニットの揺動角度および揺動原点を検出する角度検出器とを有する超音波探触子であって、
前記角度検出器は、１相以上のロータリエンコーダパルス信号を角度信号として出力し、揺動範囲内に設けられた揺動原点を境としてどちらか片側の揺動範囲以上の間、所定論理レベルの原点復帰用信号を出力し、前記角度信号と前記原点信号に基いて、前記音響素子ユニットの揺動原点への復帰制御が行われることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記角度検出器は、
所定ピッチの開口を有する第１のスリット、および前記揺動原点を境としてどちらか片側の揺動範囲以上の開口長を有する第２のスリットが同心円状に配置されたスリット板と、
前記スリット板に光を照射する光源と、
前記光源から第１のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して前記角度信号を出力する第１の受光素子と、
前記光源から第２のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して前記原点復帰用信号を出力する第２の受光素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子
【請求項３】
前記角度検出器は、それぞれ分離して構成された揺動角度検出器と揺動原点検出器からなり、前記揺動角度検出器は、所定のピッチで着磁された磁気マグネットドラムと、該磁気マグネットドラムの着磁パターンを検出して前記角度信号を出力する磁気抵抗素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記磁気マグネットドラムは、前記音響素子ユニットに直接固定された揺動軸上に設けられたことを特徴とする請求項３記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、医療用の超音波診断装置に接続される超音波探触子に関し、特に超音波送受波素子（音響素子）を機械的に揺動させ超音波走査面を可変する超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、従来の超音波探触子では、音響素子の揺動角度を検出するために、角度検出器７０が設けられている。角度検出器７０は、支持軸７１と一体回転するように固定され、外周囲にスリットが多数設けられたスリット板７２と、スリット板７２に凹部が遊挿された光学式カウンタ７３とで構成される。光学式カウンタ７３は、スリット板７２を境として一方側で発光を行い、他方側でスリットを通過した光を受光し、この受光カウント数によりスリット板７２の回転角度、すなわち音響素子の揺動角度を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１８４５３２号公報（第（３）頁右欄４０−４８行、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の超音波探触子においては、角度検出器がスリットを通過した受光カウンタ数により回転角度を検出するものであり、この角度検出器を用いて、原点検出や原点復帰動作を行うことができない。このため、超音波探触子に対して電源投入を行った際に、音響素子の位置検出、特に原点復帰動作が複雑となり、復帰のための時間が遅くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、原点復帰制御を容易且つ高速に行うことが出来る超音波探触子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波探触子の第１の構成は、超音波を送受波する複数の音響素子が配列された音響素子ユニットと、音響素子ユニットを往復揺動させるためのモータと、揺動する音響素子ユニットの揺動角度および揺動原点を検出する角度検出器とを有する超音波探触子であって、角度検出器は、１相以上のロータリエンコーダパルス信号を角度信号として出力し、揺動範囲内に設けられた揺動原点を境としてどちらか片側の揺動範囲以上の間、所定論理レベルの原点復帰用信号を出力し、角度信号と原点信号に基いて、前記音響素子ユニットの揺動原点への復帰制御が行われることを特徴とする。
【０００７】
この第１の構成によれば、揺動原点は、原点信号の立ち上りエッジまたは立ち下りエッジを基準に設定することが可能であり、且つ超音波探触子に対して電源投入を行った際に、音響素子ユニットが揺動原点に対して左右どちら側の位置に停止していたのかを、原点信号の論理レベルを検出することで、即座に見つけ出すことが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る超音波探触子の第２の構成は、上記第１の構成において、角度検出器は、所定ピッチの開口を有する第１のスリット、および揺動原点を境としてどちらか片側の揺動範囲以上の開口長を有する第２のスリットが同心円状に配置されたスリット板と、スリット板に光を照射する光源と、光源から第１のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して角度信号を出力する第１の受光素子と、光源から第２のスリットを透過した光を検出し電気信号に変換して原点復帰用信号を出力する第２の受光素子とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この第２の構成によれば、１つのスリット板で音響素子ユニットの揺動角度と揺動原点を容易に検出することができ、精度の高い角度検出を達成できる。
【００１０】
また、本発明に係る超音波探触子の第３の構成は、上記第１の構成において、角度検出器は、それぞれ分離して構成された揺動角度検出器と揺動原点検出器からなり、揺動角度検出器は、所定のピッチで着磁された磁気マグネットドラムと、磁気マグネットドラムの着磁パターンを検出して角度信号を出力する磁気抵抗素子とを含むことが好ましい。
【００１１】
この第３の構成によれば、揺動角度検出器を超音波伝播液中に設置しても、揺動角度を検出することができ、超音波探触子内に設置される角度検出器の配置を広範囲に設定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る超音波探触子の第４の構成は、上記第３の構成において、磁気マグネットドラムは、音響素子ユニットに直接固定された揺動軸上に設けられたことを特徴とする。
【００１３】
この第４の構成によれば、駆動伝達機構によるバックラッシュ等の伝達誤差を回避し、音響素子ユニットの揺動角度を高精度に検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の構造を示す断面図である。図１において、複数の音響素子（不図示）が配列された音響素子ユニット１３が、揺動軸止め１０によって揺動軸１４に固定されている。音響素子ユニット１３の揺動は、駆動源であるモータ２の回転伝達を受け動作する。揺動軸１４への回転伝達は、モータ軸３に取り付けられた回転プーリー５と揺動軸１４に取りつけられた揺動プーリー７との間に、伝達ベルト８を巻き付けて行われる構成である。モータ２は、液シール用のオイルシール４を介してフレーム１５に固定されており、音波伝播媒体液１２の侵入を防いでいる。モータ軸３は、軸受けベアリング６によって押えられている。また、揺動軸１４は、フレーム１５に固定されたベアリング９によって押えられている。
【００１６】
音響素子ユニット１３の揺動角度および揺動原点の検出は、モータ２と一体に取り付けられた角度検出器１によって行われる。音響素子ユニット１３は、超音波伝播液１２の中で揺動し、超音波伝播液１２は音響ウインドウ１１によって封じられている。また、筐体１６が、フレーム１５、モータ２、および角度検出器１全体をカバーしている。
【００１７】
図２は、図１に示す角度検出器１の詳細構成図である。図２において、角度検出器１は、光学式のロータリーエンコーダとして構成されている。スリット板２３には、揺動角度検出のための第１のスリット２０と、原点復帰制御のための第２のスリット２４とが同心円上に設けられている。光源２１からの光は、第１のスリット２０の位置に当てられ、第１のスリット２０を通過した光Ｌ１は、第１の受光素子２２によってその光量が検出される。また、光源２１からの光は、第２のスリット２４の位置にも当てられ、第２のスリット２４を通過した光Ｌ２は、第２の受光素子２５によってその光量が検出される。尚、揺動角度の検出分解能は、第１のスリット２０の数が多いほど高いことは周知である。また、図示しないが、更なるスリットを同心円状に９０度位相差を付けて設けることで、両スリットからの情報信号により検出分解能を更に高めることが出来る。
【００１８】
次に、本発明の特徴である第２のスリット２４について説明する。同心円状に設けられた第２のスリット２４は、揺動範囲の中心である揺動原点Ｏを境に揺動範囲Ｒのどちらか片側の端（揺動範囲限）まで、またはそれを超えて開口が切られた形状になっている。これより、音響素子ユニット１３が、揺動原点Ｏに対して、左右どちらに位置しているかを、第２のスリット２４からの光を第２の受光素子２５により検出するだけで判断することができ、容易に原点復帰制御をさせることができる。
【００１９】
尚、スリット板２３を、ガラス板に黒色の格子を設けて構成することでも、同様の機能を果すことは言うまでもない。また、本実施形態では、角度検出器１を構成するロータリーエンコーダとして、光学式による透過型を例示および説明したが、反射型でも同様の機能を果すことができる。
【００２０】
図３は、揺動角度の検出分解能を高めるために、第１のスリット２０と同心円状に９０度位相差を付けた第３のスリット（不図示）を設けた場合における、図１の角度検出器１により、第１のスリット２０、第３のスリット、第２のスリット２４に対してそれぞれ得られた検出信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２を示すタイミングチャートである。
【００２１】
図３において、検出信号（角度信号）Ｓ１、Ｓ３は、揺動角度検出のための２相のパルス信号である。検出信号（原点信号）Ｓ２により、揺動範囲における揺動原点Ｏの検出と原点復帰制御を容易に行わせることができる。すなわち、揺動範囲Ｒ内の原点Ｏに対してどちら側に揺動位置があるかを、原点信号Ｓ２が論理ハイレベルであるか論理ローレベルであるかを検出することで、即座に判別すことが可能である。
【００２２】
ここで、揺動原点Ｏは、検出信号Ｓ２の論理ハイレベルから論理ローレベルへの立ち下がりエッジに対応し、閾値を任意に設定することも可能である。
【００２３】
また、揺動角度検出器がＡ相のみの場合は、Ａ相の周期Ｔに対してＴ／２、Ａ相およびＢ相の２つの相の場合は、周期Ｔに対してＴ／４という高い精度で停止制御ができる。揺動角度検出の分解能はスリット数により決定される。本実施形態においては、５００パルスのエンコーダで、１相の時は、揺動角度の範囲が６０度であることにより、揺動範囲で８３パルスとなり、６０／８３＝０．７２度／パルスの分解能となる。また、Ａ相、Ｂ相（位相差９０度）の２相の時は、０．１８度／パルスの分解能となる。
【００２４】
図４は、本実施形態の超音波探触子３１を用いて揺動制御を行って、被検体の超音波断層診断を行うための回路構成を示すブロック図である。図４において、角度検出器３２は、揺動角度検出器３４と原点検出器３６とで構成され、揺動角度検出器３４からの角度信号Ｓ１、Ｓ３と、原点検出器３６からの原点信号Ｓ２は、診断装置本体３３の角度検出信号処理回路３５へ送られる。角度検出信号処理回路３５は、揺動角度検出器３４からの角度信号Ｓ１、Ｓ３、および原点検出器３６からの原点信号Ｓ２に基いて、揺動制御を行うための制御信号Ｓ４を生成して、揺動駆動制御回路３９に送り、揺動駆動制御回路３９は、生成した駆動信号Ｓ５によりモータ２を駆動制御する。これにより、モータ軸３の回転が、揺動伝達機構３７により音響素子ユニット１３に伝えられ揺動動作および原点復帰制御が行われる。
【００２５】
また、角度検出信号処理回路３５は、制御信号Ｓ６を送受信回路３８に送り、音響素子ユニット１３に対する超音波駆動信号／受信信号Ｓ７のタイミングも制御する。画像処理回路５０により、音響素子ユニット１３からの超音波信号Ｓ８が画像信号Ｓ９に変換されて、画像信号Ｓ９に応じた被検体の断層画像がモニタ５１に表示される。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、１つのスリット板で音響素子ユニットの揺動角度と揺動原点を容易に検出することができ、精度の高い角度検出を達成できる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る超音波探触子の構造を示す断面図である。本実施形態では、揺動角度検出には磁気式ロータリーエンコーダを用い、原点検出には光学式ロータリーエンコーダを用いて、それぞれ分離して構成した場合について説明する。なお、図５において、第１の実施形態を示す図１と同じ要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図５において、揺動角度検出器４０は、揺動軸１４に取り付けられた磁気マグネットドラム４１と、フレーム１５に取り付けられた磁気抵抗素子４２とで、磁気式エンコーダとして構成される。このように、揺動角度検出器４０を磁気式ロータリーエンコーダとして構成することで、超音波伝播液１２の中でも揺動角度の検出が可能になる。原点検出器１ａは、モータ２と同軸上に取り付けられ、光学式ロータリーエンコーダーとして構成される。なお、原点検出器１ａは、図２に示す構成から第１のスリット２０と第１の受光素子２２を削除した構成をとり、動作については、図４に示す原点検出器３６と同じである。
【００２９】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、揺動角度検出器４０からの角度信号と原点検出器１ａからの原点信号により、容易に原点復帰制御を行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、第１の実施形態とは異なり、角度検出器４０が、音響素子ユニット１３に直接固定された揺動軸１４に設けられているので、ベルト８、回転プーリー５および揺動プーリー７からなる伝達機構を介さず、直接、音響素子ユニット１３の揺動角度を検出することが可能となる。これによって、伝達機構によるバックラッシュ等の伝達誤差の影響を回避し、音響素子ユニット１３の揺動角度を高精度に検出することが出来る。
【００３１】
また、揺動軸１４を音響素子ユニット１３に直接固定することにより、揺動半径を小さくでき、音響素子ユニット１３の揺動走査角に対して音響ウインドウ１１の大きさを小さく構成できるとともに、揺動軸１４に対する慣性モーメントを小さくすることができ、モータ２の低トルク化が図れる。
【００３２】
図６は、図５に示す揺動角度検出器４０の詳細構成図である。図６に示すように、磁気マグネットドラム４１の表面４３には、所定のピッチで着磁パターンが形成され、この着磁パターンを磁気抵抗素子４２で検出し、得られる検出信号により揺動角度検出が行われる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音響素子ユニットの揺動原点の位置を容易に把握することが可能となり、これより原点復帰動作を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の構造を示す断面図
【図２】図１に示す角度検出器１の詳細構成図
【図３】本発明の第１の実施形態における角度検出器１により得られる角度信号Ｓ１、Ｓ３、および原点信号Ｓ２のタイミングチャート
【図４】本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子３１を用いて揺動制御を行って、被検体の超音波断層診断を行うための回路構成を示すブロック図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る超音波探触子の構造を示す断面図
【図６】図５に示す揺動角度検出器４０の詳細構成図
【図７】従来の角度検出器の構成図
【符号の説明】
１　角度検出器
２　モータ
３　モータ軸
４　オイルシール
５　回転プーリー
６　軸受けベアリング
７　揺動プーリー
８　伝達ベルト
９　ベアリング
１０　揺動軸止め
１１　音響ウインドウ
１２　超音波伝播液
１３　音響素子ユニット
１４　揺動軸
１５　フレーム
１６　筐体
２０　第１のスリット
２１　光源
２２　第１の受光素子
２３　スリット板
２４　第２のスリット
２５　第２の受光素子
３１　超音波探触子
３２　角度検出器
３４　揺動角度検出器
３５　角度検出信号処理回路
３６　原点検出器
３７　揺動伝達機構
３８　送受信回路
３９　揺動駆動制御部
１ａ　原点検出器
４０　揺動角度検出器
４１　磁気マグネットドラム
４２　磁気抵抗素子
５０　画像処理回路
５１　モニタ
【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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