(57)【要約】【課題】超音波振動子アセンブリの揺動原点復帰を高速に且つ安価に実現できる超音波探触子を提供すること。【解決手段】超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリと、前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動体と、前記超音波振動子アセンブリの揺動相対角度を検出するエンコーダと、前記超音波振動子アセンブリの揺動原点を検出する原点検出手段と、前記超音波振動体の揺動原点復帰手段を有する超音波探触子において、エンコーダの揺動相対角度信号が揺動原点を境にして異なる信号列となるよう構成する。この信号列は、揺動原点を境にしてエンコーダのスリット板２１に小スリット２２と大スリット２３を形成し出力レベルが異なる信号列に構成することも可能である。【選択図】図３
2007185416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリと、
前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動体と、
前記超音波振動子アセンブリの揺動相対角度を検出するエンコーダと、
前記超音波振動子アセンブリの揺動原点を検出する原点検出手段と、
前記超音波振動体の揺動原点復帰手段を有する超音波探触子において、
前記エンコーダの前記揺動相対角度の検出時に生成する信号列は前記揺動原点を境にして異なる信号列であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記エンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列において、出力レベルが前記揺動原点を境にして異なる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】
前記エンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列において、信号間隔が前記揺動原点を境にして異なる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】
前記超音波振動子アセンブリの揺動原点は、前記エンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列を用いることを特徴とする請求項１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、超音波探触子に関し、例えば、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子の配列方向の電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動または揺動させる機械走査とによって、任意の断層画像や立体画像の構築を行うことができる医療用の超音波探触子が知られている。
【０００３】
このような超音波探触子では、原点検出手段と機械走査差に同期して動作をするエンコーダを使用することにより機械走査の位置を正確に検出している。図８に従来のエンコーダの内部詳細図を示す。エンコーダ回転軸３０を中心に回転するスリット板３１には、エンコーダ回転軸３０と同心円状に複数のスリット３２が円周方向に等間隔で形成されている。一対の発光体３３と受光体３４はスリット板の両側でスリット３２と略同一半径上に配置され、スリット３２を検出し規則正しいパルス列である揺動相対角度信号を生成する。このようにしてエンコーダにより機械走査の位置を正確に検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−１８４５３２号公報（第３頁右欄４０−４９行、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の超音波探触子では、電源投入時や機械走査の脱調時において、揺動原点に対する超音波振動子の位置する側を検出するために、専用の検出手段を設ける必要があった。この為の、専用の部品が必要となり、更に部品を配置するためのスペースを確保しなければない為、部品コストや工数が高くなるとともに、機器の小型化が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、部品点数を増やすことなく安価で小型化が可能な構成で、揺動原点に対する超音波振動子の位置する側を検出し、高速に揺動原点復帰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】
【０００６】
本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリと、前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動体と、前記超音波振動子アセンブリの揺動相対角度を検出するエンコーダと、前記超音波振動子アセンブリの揺動原点を検出する原点検出手段と、前記超音波振動体の揺動原点復帰手段を有し、前記エンコーダの前記揺動相対角度の検出時に生成する信号列は前記揺動原点を境にして異なる信号列であるよう構成されている。
【０００７】
この構成により、部品点数を増やすことなく安価で小型化が可能な構成で、揺動原点に対する超音波振動子の位置する側を検出し高速に揺動原点復帰ができる。
【０００８】
また、本発明の超音波探触子は前記エンコーダの揺動相対角度信号の出力レベルが前記揺動原点を境にして異なる信号列であるよう構成されている。
【０００９】
この構成により、出力レベルを比較するだけの簡単な構成で揺動原点に対する超音波アセンブリの位置する側を検出することができる。
【００１０】
また、本発明の超音波探触子は前記エンコーダの揺動相対角度信号の信号間隔が前記揺動原点を境にして異なるよう構成されている。
【００１１】
この構成により、発光体の出力や受光体の感度の管理は容易となり、従って部品の選択性も広く、従って安価な部品で揺動原点に対する超音波アセンブリの位置する側を検出することができる。
【００１２】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波振動子アセンブリの揺動原点が前記エンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列を用いるように構成されている。
【００１３】
この構成により、原点検出手段を単独で設ける必要なく、従って少ない部品点数で安価に揺動原点検出を実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によればエンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列が揺動原点を境にして異なる信号列であるよう構成しているので、部品点数を増やすことなく安価な小型化が可能な構成で、揺動原点に対する超音波振動子の位置する側を検出し高速に揺動原点復帰が可能な超音波探触子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１乃至図４は本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態を示す図である。
【００１７】
まず、構成を説明する。図１において、超音波探触子１１は、複数の超音波振動子（不図示）が配列された超音波振動子アセンブリ１２を備えており、この超音波振動子アセンブリ１２には、超音波の焦点を機械的に定めるレンズ、超音波を送受信する方向に対してその背面へ超音波が伝達することを抑える背面緩衝材、音響インピーダンスを整合する整合層、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部が内蔵されており、超音波振動子と共にこれらの部材が一体的に組立てられている（いずれも不図示）。
【００１８】
揺動軸１３はコンベックス形状を有する超音波振動子アセンブリ１２の弦に相当する曲面長手方向の両端内周部に一体的に結合されており、この揺動軸１３は図示しない支持体に揺動自在に支持されている。また、揺動軸１３には第１のプーリ１４が固定されている。
【００１９】
第１のプーリ１４の下方には駆動体１５が設けられており、この駆動体１５の出力軸１５ａには第２のプーリ１６が固定され、前記第１のプーリ１４と第２のプーリ１６には伝動部材としての可撓性のベルト１７が架け渡されており、ベルト１７は適切な張力で第１のプーリ１４および第２のプーリ１６に摺接している。なお、伝動部材としてはベルト１７に限らず、ワイヤー等を用いても良い。１８は原点検出手段であり、磁石１８aは超音波振動子アセンブリ１２に固定され超音波アセンブリ１２と一体に揺動し、ホール素子１８ｂは筐体（未図示）に固定され上記磁石１８aが近接した際の位置を検出することができる。エンコーダ１９は駆動体１５と一体に構成されており、駆動体１５の回転に同期して回転して揺動相対角度信号を生成する。
【００２０】
このような構成を有する超音波探触子１１は、揺動原点検出手段１８で検出した揺動原点を基準としてエンコーダ１９が生成する揺動相対角度信号を参照としながら、駆動体１５を正逆回動駆動し、これにより第２のプーリ１６、ベルト１７および第１のプーリ１４の順に動力が伝達され、超音波振動子アセンブリ１２が揺動軸１３を中心に揺動する。
【００２１】
したがって、超音波振動子アセンブリ１２を構成する複数の超音波振動子を用いた電子走査と、揺動軸１３を中心とする超音波振動子アセンブリ１２の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を構築することができる。
【００２２】
図２は、図１に示すエンコーダ１９の内部詳細図である。エンコーダ回転軸２０は駆動体出力軸１５a（図1に図示）に連結し、スリット板２１はエンコータ回転軸２０に固定されている。スリット板２１には、開口の小さい小スリット２２と開口の大きな大スリット２３をエンコータ回転軸２１を中心とした略同一半径上に等間隔で形成し、一対の発光体２４と受光体２５をスリット板２１を間に介在して小スリット２２と大スリット２３と略同一半径上に配置している。
【００２３】
図１に示す駆動体１５が回転するとエンコーダ回転軸２０、スリット板２１が回転し、発光体２４受光体２５の間を小スリット２２と大スリット２３が通過する。ここで小スリット２２、大スリット２３の開口面積は受光体２５の受光量が異なるように設定してある。
【００２４】
図３に駆動体１５（図1に図示）が回転しているときのエンコーダ１９（図1に図示）が発生する揺動相対角度信号（中段）とスリット（下段）の関係を示す。ここで上段は図１の原点検出手段１８から生成した揺動原点信号であり、揺動相対角度信号との相対位置は図１に示す超音波振動子アセンブリ１２と駆動体揺動軸１５a間の位置関係で調整する。例えば、図１に示す第１のプーリ１４と揺動軸１３の間の位置の調整固定により、揺動原点信号と揺動相対角度信号との相対位置を調整することができる。
【００２５】
本実施の形態では、小スリット２２列と大スリット２３列の境界Oが発光体２４と受光体２５の間に介在した際に揺動原点検出手段１８が揺動原点信号を発生するように調整している（図３ｂに示す状態）。この状態からスリット板２１が回転し、図３ａに示すようにスリット板２１の小スリット２２が形成されている＋Ａの位置が発光体２４と受光体２５の間に位置すると、受光量が小スリットで制限され出力レベルの低い揺動相対角度信号が生ずる。
【００２６】
一方、図３ｃに示すようにスリット板２１の大スリット２３が形成されている−Ａの位置が発光体２４と受光体２５の間に位置すると、小スリット２２の時と比べで受光量が増加し揺動相対角度信号の出力レベルが増加する。ここで、大スリット２３、小スリット２２は共に等間隔で形成されている為、信号周期は均一となる。このようにして、揺動原点信号を境にして出力レベルが異なり、且つ均一の周期を有する揺動相対角度信号列を生成することができる。
【００２７】
図４は揺動原点復帰手段に関わるブロック図であり、本図を用いて揺動原点復帰手段について説明する。ます駆動制御回路は揺動相対角度信号のレベルの監視を開始し、次に微小角回転信号を発生させ駆動体を微小角回転させる。ここで回転させる微小角はエンコーダが揺動相対角度信号を１パルス出力できるのに相当する角度でよい。例えばエンコーダ１パルス回転するにあたり10msの所要時間で回転させる場合、１から２パルスの出力を得るのに、10msから20msの所要時間で完了できる。
【００２８】
駆動回路はエンコーダが生成した揺動相対角度信号のレベルを検査し、揺動原点に対して超音波振動子アセンブリが位置する側を確定する。ここでパルス列が複数発生した場合は最後に発生したパルスのレベルを検査すれば良い。この結果に基づいて駆動制御回路は回転方向を決定し駆動体に対して回転信号を発生させる。駆動体は回転信号に基づき回転し、図１に示す超音波振動子アセンブリ１２も駆動体１５に同期して回転し揺動原点位置で揺動原点検出手段１８が揺動原点信号を生成する。駆動制御回路は揺動原点信号を検出したのち駆動体を停止させる。このようにして揺動原点復帰が完了する。
【００２９】
尚、ここではエンコーダの揺動相対角度信号の発生に透過型のフォトセンサーとスリット板を使用した例を示したが、反射型のフォトセンサーを用いたり、MRやホール素子などの磁界を利用した検出センサーを用いてもかまわない。
【００３０】
また、本実施の形態では１つの相をもつエンコーダを用いて説明したが、複数の相をもつエンコーダであっても良い。例えば、２相のエンコーダにおいてA相もしくはB相の出力レベルが原点を境にして異なっていても同様の効果がある。
【００３１】
以上のように本発明の第１の実施の形態によればエンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する揺動相対角度信号が前記揺動原点を境にして異なる信号列を生成するよう構成しているので、超音波振動子アセンブリが揺動原点に対して位置する側を揺動相対角度信号のみで検出することができ、したがって部品点数を増やすことなく安価で小型化が可能な構成で、揺動原点に対する超音波振動子の位置する側を検出し高速に揺動原点復帰ができる。
【００３２】
また、揺動相対角度信号が揺動原点を境に出力レベルが異なるよう構成することによって、出力レベルを比較するだけの簡素な構成で揺動原点に対する超音波アセンブリの位置する側を検出することができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。図５に第２の実施の形態における揺動相対角度信号（中段）とスリット（下段）の関係を示す。また、上段は揺動原点信号であり、第１の実施の形態と同様に調整が可能な構成となっている。本実施の形態では図５ｂの状態で揺動原点信号が発生するよう調整している。図５ｂにおいて、スリット板２１の左側にはθ／２間隔でスリットが形成されており、右側にはスリット間隔が、α・θ、（１−α）・θを繰り返えすようスリットが形成されている（α＜１、α≠０．５）。図５a,図５ｃはそれぞれ図５ｂから矢印の方向に回転した状態を示している。揺動相対角度信号はそれぞれの状態に対応して、図５aの状態ではＴ／２間隔のパルスを、図５ｃの状態ではα・Ｔ、（１−α）・Ｔ間隔を繰り返すパルスを発生する（中段参照）。
【００３４】
ここでのパルス間隔に用いられる時間Ｔはスリット形成の間隔に用いられる角度θに対応する。このように生成した揺動相対角度信号は、揺動原点を境に信号間隔が異なっているのでパルス間隔を監視することで超音波振動子アセンブリの位置する側を確定することができる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態において、２相のエンコーダを使用した場合の揺動相対角度信号（上段）とスリット（下段）の関係を図６に示す。ここでスリットは円周方向が水平方向直線状となるように描いてある。スリットＡ相はｄ間隔で形成され、スリットＢ相は原点より右側でｄ／４オフセットし、左側でβ・ｄオフセットするよう形成されている（β＜１、β≠１／４）。このように形成されたスリットから生成されるエンコーダＡ相、Ｂ相の出力波形（中段）のエッジを揺動相対角度信号としている（上段）。このように生成した揺動相対角度信号は、揺動原点を境に信号列間隔が異なっており、従ってパルス間隔を監視することで超音波振動子アセンブリの位置する側を確定することができる。
【００３６】
以上のように、第２の実施の形態によればエンコーダの揺動相対角度信号の信号間が前記揺動原点を境にして異なるよう構成しているので、エンコーダの出力レベルは超音波振動子アセンブリの位置する側の検出に関与せず発光体の出力や受光体の感度の管理は容易となり、従って部品の選択性も広く、安価な部品で揺動原点に対する超音波振動子アセンブリの位置する側を検出することができる。
【００３７】
尚、第２の実施の形態の原点検出手段と原点復帰手段は第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３８】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態はエンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列をもとに揺動原点を規定するものであり、ここでは、信号列の出力レベルが揺動原点を境に異なる場合について説明する。
【００３９】
図７は出力レベルが異なる信号列の境界部で、信号レベルの高い方のパルスのエッジを揺動原点とした例である。このように揺動原点を定めた場合の原点復帰手段について以下に説明する。図７の上段に示すシーケンス１は揺動原点復帰時開始時に揺動相対角度信号が低い出力レベルの場合であり、下段に示すシーケンス２は揺動原点復帰時開始時に揺動相対角度信号が高い出力レベルの場合であり、それぞれスリット板が固定されて発光体と受光体が矢印に示す方向に相対的移動しているものとして示している。
【００４０】
シーケンス１では、図中左から右へ一方向に回転し低い出力レベルから高い出力レベルに切り替わるエッジを検出する。シーケンス２では高い出力レベルから一旦揺動原点を通り過ぎて低出力レベルパルスへ切り替わった後に回転方向を変える。その後はシーケンス１と同様に一方向に回転し低い出力レベルから高い出力レベルに切り替わるエッジを検出する。
【００４１】
このようにして揺動相対角度信号の出力レベルが異なる信号列の境界部で、信号レベルの高い方のパルスのエッジを揺動原点とすることが可能となる。ここで、低い出力パルスのエッジを揺動原点に設定することや、出力パターンが異なる揺動相対角度信号で出力パターン差の切り替わり部を揺動原点に設定することも同様に可能である。
【００４２】
以上のように本発明の第３の実施の形態によれば、超音波振動子アセンブリの揺動原点は、エンコーダの揺動相対角度の検出時に生成する信号列から規定するよう構成しているので、揺動原点検出手段を単独で設ける必要なく、従って少ない部品点数で安価に揺動原点検出を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明に係る超音波探触子は安価な構成で超音波振動子アセンブリの揺動原点位置を容易に検出し高速で揺動原点復帰ができるという効果を有し、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子等として有用である。
【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外観斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるエンコーダの内部詳細図
【図３】本発明の第１の実施の形態における揺動相対角度信号とスリットの関係を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における揺動原点復帰手段に関わるブロック図
【図５】本発明の第２の実施の形態における揺動相対角度信号とスリットの関係を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態における２相のエンコーダの揺動相対角度信号とスリットの関係を示す図
【図７】本発明の第３の実施の形態における超音波探触子の揺動原点を説明する図
【図８】従来の超音波探触子のエンコーダの内部詳細図
【符号の説明】
【００４５】
１１    超音波探触子
１２    超音波振動子アセンブリ
１３    揺動軸
１４    第１のプーリ
１５    駆動体
１５ａ    駆動体出力軸
１６    第２のプーリ
１７    ベルト（伝動部材）
１８    揺動原点検出手段
１８ａ    磁石
１８ｂ    ホール素子
１９    エンコーダ
２０    エンコーダ回転軸
２１    スリット板
２２    小スリット
２３    大スリット
２４    発光体
２５    受光体
３０    エンコーダ回転軸
３１    スリット板
３２    スリット
３３    発光体
３４    受光体
【図１】
2007185416.tif 000003
【図２】
2007185416.tif 000004
【図３】
2007185416.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007185416.tif 000007
【図６】
2007185416.tif 000008
【図７】
2007185416.tif 000009
【図８】
2007185416.tif 000010