(57)【要約】物理的振動を除去または検出する双方向式物理−電気変換器において、中央本体（４）は周囲のフレームワーク（２）内において弾性的な圧電性の少なくとも一つの遊動支持構造体（３）に遊動状態で支持される。遊動支持構造体（３）および中央本体（４）は、該遊動支持構造体（３）は、別個の扇形部材によって送出および受信をほぼ同時に行うことができるように、扇形部材に分割され且つ各扇形部材（５）用の別個の信号伝送用導体を有する。また、中央本体（４）自体が圧電要素を備えていてもよい。
2004500951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的振動を放出または検出する双方向式物理−電気変換器であって、順々に周囲のフレームワーク（２）に取付けられた、弾性的な圧電性の少なくとも一つの遊動支持構造体（３）に遊動状態で支持される中央本体（４）と、該遊動支持構造体に接続された信号伝送用導体（８）とを具備する双方向式物理−電気変換器において、
上記遊動支持構造体（３）および中央本体（４）は、該遊動支持構造体（３）を扇形部材に分割することによって物理的振動の送出およびその物理的振動の受信をほぼ同時に行うのに適し、上記遊動支持構造体（３）は各扇形部材（５）のための別個の信号伝送用導体を有することを特徴とする双方向式物理−電気変換器。
【請求項２】
上記遊動支持構造体（３）の少なくとも一つの扇形部材（５）が送出を行うように作動するのと同時に、少なくとも一つの別の扇形部材（５）が上記送出を基として生ずる反響信号を受信する請求項１に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項３】
上記中央本体（４）は検査中に組織表面に押し付けられるように使用されるのに適しており、これにより上記扇形部材（５）に引張力が加えられ、同時に、信号の送出および信号の受信がより指向的になるように上記扇形部材が傾くことを特徴とする請求項２に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項４】
上記中央本体（４）には物理的振動の送出および場合によっては物理的振動の受信のために、少なくとも一つの圧電要素（１０、１１）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項５】
受信機能を備えた個々の上記扇形部材（５）、および場合によっては上記中央本体（４）の受信用の圧電素子（１１）は、ノイズ除去のために、所望でない特定の周波数を電子的に組込むように接続されることを特徴とする請求項１または４に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項６】
上記周囲のフレームワーク（２）は弾性的な外側の遊動支持構造体（７）によって外側フレーム（６）に遊動状態で支持され、該外側の遊動支持構造体は、受信用の上記扇形部材（５）からの受信信号および場合によっては上記中央本体（１４）の受信用の圧電要素（１１）からの受信信号に組込むことによってノイズ除去に使用することができる受信信号を提供する圧電要素を備えることを特徴とする請求項１または４に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項７】
受信機能を備える上記扇形部材（５）は、所望でないノイズを発生させる特定の信号を除去するために、特定の外部センサからの電気信号を受信するように作動することを特徴とする請求項１または４に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項８】
指向的送出および指向的受信を行うために、上記扇形部材（５）へまたは該扇形部材からの信号の位相調整のための機器が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項９】
上記中央本体（４）は、エコー・ドップラー検査を行うために、場合によっては上記遊動支持構造体の少なくとも一つの扇形部材（５）を聴診に用いると同時にエコー・ドップラー検査を行うために、周波数帯域が５〜１０ＭＨｚである超音波信号を送出するための一つの圧電要素（１０）と、反射した上記超音波信号を受信するための別個の圧電要素（１１）とを有することを特徴とする請求項４に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項１０】
上記中央本体（４）は、上記遊動支持構造体（３）の後方に配設された緊張用構造体（１２、１３、１５、１６、１７）に緊張可能に取付けられ、これにより上記扇形部材（５）を引張って傾いた位置にするように上記中央本体（４）を後方に向かって引張ることができることを特徴とする請求項１に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項１１】
上記緊張用構造体（１２、１３、１５、１６、１７）は上記周囲のフレームワーク（２）に堅固に取付けられることを特徴とする請求項１０に記載の双方向式物理−電気変換器。
【請求項１２】
上記緊張用構造体（１２、１３、１５、１６、１７）は外側フレーム（６）に堅固に取付けられ、上記周囲のフレームワーク（２）は弾性的な外側の遊動支持構造体（７）によって遊動状態で支持され、上記遊動支持構造体の扇形部材（５）および上記弾性的な外側の遊動支持構造体は、上記中央本体が引張られたときに、引張られて傾いた位置にされることを特徴とする請求項１０に記載の双方向式物理−電気変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、振動状態のパラメータに対応する電気信号を供給および送出すると共に音響振動または機械振動を付与および検出することに関する。より詳細には、本発明は、付与される振動および検出した振動にそれぞれ対応する少なくとも一つの電気信号を供給および送出すると共に、振動を付与および検出するための物理−電気変換器に関する。
【０００２】
物理的エネルギ（振動、力、加速度）と電気的エネルギとの間の変換器には多くの用途があり、このような変換器は様々な実施形態で存在している。通常、例えば、バネシステム内に遊動状態で支持（以下、「遊動支持」と称す）された質量体をそれぞれ基準フレームに対して移動させることによって三つの直交する方向における加速度を検出するのに、二つまたは三つの別個の変換器が使用される。
【０００３】
英国特許第２０５５０１８号公報（ＧＢ２．０５５．０１８）および欧州特許第１１８３２９号公報（ＥＰ１１８．３２９）のように、可撓性を有する圧電性「薄膜（ｌａｍｅｌｌａｓ）」または圧電性フィラメントの中央に遊動状態で支持された質量体を備える変換器が既に知られており、地震検知または音響検知に利用されている。
【０００４】
関連する技術が記載された英国特許第２１６６０２２号公報（ＧＢ２．１６６．０２２）には、拡声器の形態、すなわち電気信号から音響信号へ変換する形態が示されており、ここでは、径方向に切断されることで幾つかの薄膜状領域に分割されている薄い圧電性拡声器用ダイアフラムの中央に浮動支持された質量体が用いられている。一般にマイクロホンとして拡声器を使用することができることが知られているので、最後に説明した公報は双方向性変換器を記載したものとして扱わなければならない。しかしながら、この公報における中央本体の要点は、拡声器の有用な周波数帯域が中央の質量体を加えることによって下げられることにある。
【０００５】
本発明は、既に公知の解決法よりも良好に、特に生物組織のエコー検査に関して、指向性効果をもって作動し且つ放出および検出が改良された双方向性変換器を提供することを目的とする。
【０００６】
ここで、本発明によれば、特許請求の範囲の請求項１に正確に定義されたような双方向性物理−電気変換器が提供される。本発明の好適な実施形態は、特許請求の範囲の従属請求項から明らかである。
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、例示的な実施形態によってさらに本発明を鮮明にする。
【０００８】
図１に、本発明の変換器１の第一実施形態を示す。環状のフレームワーク２内において、平坦な遊動支持構造体３内に中央本体４が遊動状態で支持（以下、「遊動支持」と称す）され、遊動支持構造体３は扇形状の複数の弾性シート５（本実施形態では８つの扇形部材）の形態を有する。
【０００９】
図１に示した実施形態では、フレームワーク２は弾性的な糸状部材７の形態である弾性的な外側の遊動支持構造体により外側フレーム６内に遊動支持されるが、このような外側の遊動支持構造体を備えた外側フレーム６は本発明にとって必須ではない。
【００１０】
信号伝送用導体８は扇形部材５へ、および場合によっては中央本体４へ通じており、コネクタ９が外側フレーム６に配設される。導体８は、フレーム２の内部においては詳細に図示されていないが、各扇形部材５へ且つ場合によっては中央本体４へ通じている。
【００１１】
各扇形シート５は、その外縁部においてリング２の二つの部分の間に取付けられ、その内側の「先端部」において中央本体４を構成する二つの半球体の間に取付けられる。扇形シート５は、例えば、圧電特性を有する材料であるＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン樹脂）で形成され、電気入力信号を変換器の前方（上方）の媒体（例えば、身体組織）に伝わる振動に変換することができ、且つ一つの扇形部材（またはそれ以上の扇形部材）に当たる振動波を電気出力信号に変換することができる。各扇形部材５は別個の導体８に別々に向けられる。
【００１２】
この第一実施形態では、中央本体４は単なる質量体であり、変換器が例えば手持ち検査ユニットの前方部分として取付けられた場合、例えば変換器の中央部分が後方に押されるように患者の皮膚の表面と係合する。これにより、扇形部材５は負荷が加えられていない場合の位置に対して幾分角度が付けられ、この状態では例えば図１に示したように焦点合わせ効果（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が得られる。なお、図１に示したような弾性タイプの外側遊動支持構造体７においても、下方への撓みが起こる。外側遊動支持構造体のない実施形態では、扇形部材はより大きい傾斜角度が付けられる。
【００１３】
図示したタイプの変換器では、一つの扇形部材または幾つかの扇形部材で振動を送出し、同時に、別の一つの扇形部材または別の幾つかの扇形部材で、反射してきた振動、すなわちエコーを受信することができる。
【００１４】
また、後処理において異なる複数の扇形部材からの受信信号を用いることで、望まれない信号、すなわちノイズを除去することができるという利点がある。さらに、逆位相のノイズ信号を例えば特定の一つの扇形部材の信号伝送用導体に組込んで、当該扇形部材の受信信号のノイズ部分を消去することができる。組込むべきノイズ信号は、例えば外側遊動支持構造体にあってノイズ信号を受信する圧電要素から、または別個に配設されたセンサから発せられる。
【００１５】
図２に示した実施形態では、中央本体４は「自己作動的」であり、すなわち中央本体自体が圧電要素１０および１１を備えており、この場合、圧電要素１０は振動を送出するためのものであり、圧電要素１１は反射してきた振動を受信するためのものである。その他の点については、変換器は図１に関して説明したように構成される。中央本体の圧電要素への信号伝送用導体は、図２に示されていないが、中央本体４まで扇形部材５上の通路を辿る。
【００１６】
図示した実施形態では、圧電要素１０および１１は埋め込まれた（ｃａｓｔ−ｉｎ）「半月」状の圧電材料である。ここで説明したような実施形態を用いる場合は、例えば、エコー・ドップラー検査をするために、中央本体の圧電要素１０が高周波数、好ましくは５〜１０ＭＨｚ（しかしながら、この帯域に限定されるものではない）の振動を送出する場合である。そして、反射されてきた振動が圧電要素１１によって感知される。
【００１７】
中央本体４によるエコー・ドップラー検査と同時に、扇形部材５またはそのうちの幾つかは、通常の聴診、すなわち身体からの音響振動を純粋に聞くことに使用されてもよい。
【００１８】
図３ａおよび図３ｂには、本発明の変換器の一つの実施形態を示す。この実施形態では、（上述した傾斜姿勢に比べて）扇形部材の傾斜姿勢（表面に対して中央本体４を押すことによって得られる）を変化させることおよび制御することができる。このことは、延長された後方部分１４を備えるように中央本体４を設計し、スリーブ１５が下方ボール（図示せず）または後方部分１４の拡大部周りで回転することができるように後方部分１４をスリーブ１５によって掴持／保持させ、スリーブ１５が回転しながら下方へ移動したときに後方部分（および同時に中央本体）が引下げられるようにすることによって達成される。このように回転しながら下方へ移動することは、ヘッド１３を回すことによって行われ、このとき複数の支持部材１２を保持する内側にネジの付いた部分１６は、鉛直方向への移動が生じるように、ボルト１７のネジ山と協働する。このようにして、扇形部材の角度付けおよび緊張の程度が調整される。
【００１９】
図３ａ、ｂに示したように、扇形部材５を備えた変換器の主要部分のみの緊張に影響を及ぼすように、支持部材１２はリング２に取付けられる。しかしながら、図４ａおよび図４ｂには、支持部材１２が外側リング６に取付けられている変更例を示す。このことは、外側遊動支持構造体が調整システム１２〜１７によって緊張させられ且つ傾斜させられることを意味する。
【００２０】
支持部１２は湾曲しているのが適切であるが、このことは必須ではない。
【００２１】
さらに、図３および図４に示した変更例の変換器は、上述したように図１および図２の実施形態において説明したのと同じ原理で作動する。
【００２２】
図５には、個々の圧電性扇形部材に加える信号を細かく制御することによって、送出する物理的振動波の方向を制御することができるようにした実施形態を概略的に示す。例えば携帯電話の分野におけるアンテナ技術から知られる原理が用いられており、この原理とは、幾つかのアンテナ要素から成るアンテナが互いに対して僅かな遅れまたは小さな位相差で「発信（ｆｉｒｅ）」すると、アンテナ全体から所望の方向へは干渉による強め合いが得られることである（この原理は受信／聞取りにおいても用いられ、すなわち「位相調整された連続性」において付属の受信器において「聞取り窓」が開かれ、特定の方向において聞取りが効果的に行われるように部分信号が加えられる）。
【００２３】
したがって、物理的振動波の指向的送出および位相調整式送出は、制御ユニット２１が位相のずれた（且つ場合によっては強度の調整された）信号を、マルチワイヤケーブル２０およびコネクタ１９および９および信号伝送用導体８を介して、各扇形部材５の接触点１８に送ることによって行われ、これにより各扇形部材は位相制御された信号を受信する（圧電性扇形部材の能動領域を更に周方向に分割することによって更に細かく制御することができる）。なお、信号伝送用導体８および接触点１８は概略的に示しただけであり、例えば、全ての信号伝送用導体８が接触部９に達するように示されているわけではないが、もちろんこれは意図的である。また、図５では、簡単に説明するために、変換器は外側フレームのない実施形態が示されているが、もちろん、残りの図にあるような外側フレーム６が上記「位相」実施形態で使用されてもよい。
【００２４】
受信／聞取りはもちろん同じ位相原理で行われる。制御ユニット２１内のコンピュータ／計算ユニットは、プログラムされたアルゴリズムによって、送出および受信される信号の位相調整を扱う。
【図面の簡単な説明】
【図１】遊動支持用扇形部材が送出機能および受信機能を備えている本発明の変換器の第一実施形態を示す。
【図２】能動的な中央本体を示す。
【図３】中央本体の緊張用構造体を備えた第一実施形態を示す。
【図４】第二実施形態を示す。
【図５】信号の位相調整を行う実施形態を概略的に示す。
【図５】
2004500951.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2004500951.tif 000004
2004500951.tif 000005
2004500951.tif 000006
2004500951.tif 000007
2004500951.tif 000008
2004500951.tif 000009
2004500951.tif 000010
2004500951.tif 000011
2004500951.tif 000012
2004500951.tif 000013
2004500951.tif 000014
2004500951.tif 000015
2004500951.tif 000016
2004500951.tif 000017
2004500951.tif 000018
2004500951.tif 000019
【国際調査報告】
2004500951.tif 000020
2004500951.tif 000021