JPS61155951A - 超音波走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸を存するロータとを具え、回転軸の周
りで揺動するためロータをステータ上に回動自在に配設
し、 ロータ上に配設した超音波トランスジューサと、ロータ
を回転軸の周りで揺動するロータ揺動手段とを具えた超
音波走査装置に関する。

超音波“Ａスキャナ”では超音トランスジューサによっ
て音圧信号を発生し、これを物体中に直線状に投影する
。投影された信号はその伝播路に沿って散乱され、その
結果、エコー音圧信号が発生する。エコー音圧信号は伝
播路に沿った物体の性質に関する情報を含んでいる。超
音波トランスジューサはエコー音圧信号を受信し、これ
を電気エコー信号に変換する。

物体中の断面の２次元画像は超音波“Ａスキャナ”にお
いては、断面層を走査するため超音トランスジューサを
選択された角度範囲にわたり回動することによって得ら
れる。各電気エコー信号は当該断普層における半径方向
直線の画像を示し、すべての電気エコー信号により物体
のパイ状断面層の画像が表わされる。電気エコー信号を
適切に処理することにより当該層の画像を、例えば、陰
極線管スクリーン上に表示できる。

実際上超音波トランスジューサは選択された角度範囲を
１回だけ回動させるのではない。実際上超音波トランス
ジューサは前後に多数回揺動させる。超音波トランスジ
ューサの多数回の反復揺動に当り毎回の揺動により物体
の断面層の新たな画像が発生するので、断面層の実時間
イメージングが達成される。

超音波トランスジューサを揺動させるのに使用するモー
タは（ｉ）トランスジューサの回転方向を周期的に反転
するため、（ｉｉ）例えば、典型的にはトランスジュー
サが浸漬される液体の粘性抵抗に起因する摩擦損に打ち
勝つため、（ｉｉｉ　）サーボ制御装置を使用した場合
トランスジューサをして基準信号を追跡させるため、ト
ルクを供給する必要がある。摩擦損に打ち勝つために必
要なトルクは通常比較的小さい。更に、トランスジュー
サのトルクは走査中一定にして追跡（トラッキング）ト
ルクが不要になるようにすると好適である。従って超音
波走査装置に必要なトルクの７５〜９０％は方向反転に
必要なトルクである。

方向反転に必要なトルクは第１図について説明すること
ができ、この図では揺動トランスジューサの角変位θを
時間の関数として示しである。毎回の方向反転に当りト
ランスジューサは時間Δｔにわたり加速されその方向を
反転する。

本発明の目的は、比較的小さいトルクを供給することに
よってその走査°方向を反転できる揺動形超音波走査装
置を提供するにある。

本発明の他の目的は、短い時間Δｔにおいてその走査方
向を反転できる揺動形超音波走査装置を提供するにある
。

かかる目的を達成するため本発明の超音波走査装置は、
ロータが回転軸から離間配置されかつ互いに離間配置さ
れた２個の弾性バンパ停止部を有し、かつ 超音波走査装置がステータに取付けられかつ弾性バンパ
停止部の間に配設される弾性バンパを具えたことを特徴
とする。

またかかる目的を達成するため本発明の超音波走査装置
は、ステータが回転軸から離間配置されかつ互いに離間
配置された２個の弾性バンパ停止部を有し、かつ 超音波走査装置がロータに取付けられかつ弾性ベンパ停
止部の間に配設される弾性バンパを具えたことを特徴と
する。なお、本明細書において用語“弾性”バンパ及び
“弾性”バンパ停止部は、ステータ及びロータが衝突で
き、かつ衝突以前のロータの運動エネルギーのかなりの
部分を衝突後ロータに戻す任意のバンパ及びバンパ停止
部をそれぞれ意味する。

本発明によれば、ロータの方向を反転するのに必要なト
ルクが、一方向におけるロータの運動エネルギーを位置
エネルギーに変換し、次いで位置エネルギーを反対方向
における運動エネルギーに再び変換することによって有
利に低減される。まず、一方向におけるロータの運動エ
ネルギーを、期間中弾性バンパにおいて位置エネルギー
に変換する。運動エネルギーの大部分が位置エネルギー
に変換される。次に、弾性バンパに蓄積された位ロータ
を反対方向に加速することによりロータにおいて運動エ
ネルギーに戻される。蓄積された位置エネルギーの大部
分が運動エネルギーに変換される。弾性バンパ及び弾性
バンパ停止部の剛度を増大することによ反転時間Δｔを
所望の如く短縮できる。

本発明においては各弾性バンパ停止部は平坦表面とする
ことができる。また弾性バンパ停止部の平坦表面を回転
軸及び弾性バンパの間に位置する直線に沿って交ささせ
るようにするとかできる。

ロータの揺動のピーク振幅を調整するため弾性バンパは
ロータに向って又はロータから遠ざかるよう変位できる
ようにすると好適である。また弾性バンパは回転軸から
半径方向に沿って変位できるようにすると好適である。

弾性バンパ及び弾性バンパ停止部はエネルギー損失を最
小にするため最小内部減衰を有する鋼で構成すると好適
である。使用可能な他の材料としてヘリリウムー鋼、燐
青銅又はセラミック又はガラス状材料があるが、これら
に限定されるものではない。更に成る程度の内部減衰を
許容できる場合には、天然又は合成ゴムを使用できる。

代案として弾性バンパは片持ばりばね、例えば、板ばね
とすることができる。

本発明の他の変形例では、弾性バンパ及び弾性ハンパ停
止部を磁化して弾性バンパ停止部が弾性バンパ上に反撥
力を及ぼすようにする。

本発明の他の変形例で゛は磁気回路を構成する透磁性ス
テータ及びロータを用いる。また磁気回路において磁束
を発生する手段を設けて、ロータの縁部がステータの極
面まで揺動するとロータの方向が反転されるようにする
。

ロータの正確な制御が所望される場合には本発明におい
ては、ロータの所望角度位置又は所望角速度を示す基準
信号を発生する基準信号発生手段と、ロータの実際の角
度位置又は角速度を示す位置信号を発生する手段とを具
えることができる。

基準信号及び位置又は角速度信号の間の差に応動する手
段によって口」夕を、所望態様において回転軸の周りで
揺動させるようにする。

基準信号がロータの所望角速度を示す場合には基準信号
発生手段に、弾性バンパが弾性バンパ停止部と接触する
毎に基準信号の符号を変化させる手段を設ける。

基準信号がロータの所望角度位置を示す場合には、基準
信号の勾配の絶対値は一定とする。その場合基準信号発
生手段には、弾性バンパが弾性バンパ停止部と接触する
毎に基準信号の勾配の符号を変化させる手段を設ける。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

第２．３及び４図は本発明の超音波走査装置の第１実施
例を示す。本例装置はステータ１０及びロータ１２を具
える。ロータ１２は回転軸１６の周りで回動できるよう
軸１４上に配設する。軸１４の一端はステータ１０の凹
部においてステータに装着する。軸１４の他端はステー
タ１０における孔に配設する。代案として、ロータ１２
は球軸受又は他の軸受を介してステータ１０上に回動自
在に装着することができる。

本例の超音波走査装置が超音波医療装置の一部である場
合には、ロータ１２の上側表面上に超音波トランスジュ
ーサ１８を配設する。ロータ１２が回転軸１６の周りで
揺動すると、超音波トランスジューサもロータと共に回
転する。

ロータ１２及び垣音波トランスジューサ１８はモータ２
０（第２図において筒略化して図示）により回転軸１６
の周りで揺動させる。モータ２０はその回転方向を周期
的に反転できる任意の既知のモータとすることができ、
例えば、米国特許第４０９２８６７号明細書に記載され
たものを使用できる。

第２〜４図に示したように、本例のロータ１２はその底
部を切除した３角形状溝を有する。この溝は、この溝の
側面からなる２個の弾性バンパ停止部２２を有する。こ
れら弾性バンパ停止部２２は回転軸１６から離間し、か
つ互に離間する。

本例の走査装置は弾性バンパ停止部２４も具える。

ハンパ２４はバンパ停止部２２の間に配置する。バンパ
２４はねじ付軸２６を介してステータ１０に取付ける。

第２図に示したように、ねじ付軸２６はステータ１０の
基部におけるねじ孔に挿通する。ねじ付軸２６を（手動
又は電動機によって）回転することにより弾性バンパ２
４を、精密に制御された態様においてロータ１２に向っ
て変位するか又はロータ１２から遠ざかるように変位す
ることができる。

第３及び４図から明らかなように、回転軸１６の周りで
のロータ１２の最大角度変位はねじ付軸２６を介して弾
性バンパ２４を上昇又は下降させることによって制御で
きる。この目的のため各バンパ停止部２２は平坦表面と
することができる。第３及び４図に示したバンパ停止部
表面は回転軸１６及び弾性バンパ２４の間に位置する直
線に沿って互に交さする。かかる構成が好適であるが、
同様な結果を得るため他の構成を使用することもできる
。

また、変位可能なバンパ２４を使用した場合バンパを回
転軸１６からの半径に沿って変位できるようにすると好
適である。同じく、この構成が好適であるが、同様な結
果を得るため他の構成を使用すねこともできる。

本例ではバンパ２４は変位可能であるが、揺動の振幅が
一定の場合には、ハンバ２４を変位する必要は全くない
。

第２〜４図に示した超音波走査装置の作動に当り、パン
パ停止部２２が弾性バンパ２４と物理的に接触する毎に
ロータ１２の回転方向を反転する。代案として、バンパ
停止部２２及びバンパ２４を磁化してバンパ停止部２２
がバンパ２４に反撥力を加えるようにすることができる
。この磁気反撥力をロータ１２の角運動量に対し十分大
きくすると、弾性バンパ停止部２２が弾性バンパ２４と
物理的に接触する前にロータ１２の回転方向を反転でき
る。

特に有利な磁気ハンパ構成を第６及び７図に示す。この
構成ではステータ１０及びロータ１２が高透磁性でり、
磁気回路を形成する（第７図に示す如く）。ロータ１２
が極片（ステータ１０）の端面（バンパ２４）の間で揺
動する際、磁気回路の磁気抵抗は変化しない。従って磁
気回路はロータ１２の揺動に影響を及ぼす力を発生しな
い。

しかしロータ１２の縁部２２（バンパ停止部）の一方が
ステータエ０の端面２４の間を通過する程にまで回転し
ようとすると、磁気回路の磁気抵抗が急激に著しく増大
する。その結果磁気回路がロータ１２の運動に対抗する
強い力を発生する。かかる力によりロータ１２の回転方
向が反転される。

磁束はコイル２８に電流を流すか、又は磁気回路に永久
磁石を挿入することによって発生できる。

本発明の超音波走査装置では走査中トランスジューサの
角速度を一定にする必要がありピーク角変位に到達する
毎に方向を変化させる必要がある。

かかる要件を満足するためサーボ制御装置を使用するこ
とができる。

第５図は速度帰還を用いたサーボ制御装置の簡単な実施
例を示す。回転軸１６の周り番こおけるロータ１２の所
望角速度を示す基準信号を発生させ、これからロータ１
２の実際の角速度を示す信号を減算して差信号を発生さ
せ、差信号を補正して安定状態ならしめるため、モータ
２０を駆動する駆動信号を発生するようにする。

基準信号は時間軸の周りで対称な方形波信号である。弾
性バンパ停止部２２が弾性バンパ２４に接触する毎に、
接触信号によりスイッチ３０が付勢される。スイッチ３
０は信号発生器３４によって発生した定電圧信号（ステ
ップ関数）３２の符号を変化させて基準信号３６を発生
する。

バンパ停止部２２及び弾性バンパ２４０間の接触を示す
信号は接触信号発生器３８によって発生し、接触信号発
生器の動作は次の通りである。バンパ２４及びロータ１
２は導電材料で構成することがてき、これらのバンパ及
びロータの間に電位を加える。

従ってバンパ及びロータが接触する毎に電流パルスが発
生する。

いわゆる“接触信号”は磁気バンパの場合にはホール効
果近接センサを使用することによって、又は磁気回路に
おける磁気抵抗の変化を感知することによって発生させ
ることができる。いずれのセンサを使用した場合でも、
ロータがその所望ピーク振幅に到達する以前、例えばロ
ータがそのピ一り振幅の９０％に到達したとき、“接触
信号”を送出するよう調整する必要がある。

角速度信号はいずれかの普通の位置センサと、センサ出
力を微分する装置とを具える実際値発生器４０によって
発生させることができる。

代案としてサーボ制御装置は位置帰還方式のものとする
ことができる。この場合基準信号は時間軸の周りで対称
な３角波形４２である。弾性バンパ停止部２２が弾性バ
ンパ２４と接触する毎に、スイ・ノチ３０が付勢される
。スイッチ３０は信号発生器３４によって発生したラン
プ波形信号４４の勾配（時間の関数としての変化率）の
符号を変化させて基準信号４２を発生する。この場合実
際値発生器４０は位置信号を発生する普通の位置センサ
を具える。

減算器４６により、実際値発生器４０によって発生した
信号から基準信号を減算する。減算器４６の出力端子は
駆動回路４８の入力端子に接続し、この駆動回路がモー
タ２０を駆動する駆動信号を発生する。

以上本発明を、ロータ上に設けたバンパ停止部及びステ
ータ上に設けたバンパにつき詳細に説明したが、これら
要素を互に交換できることは当業者には明らかである。

例えば、第８図に示したように、バンパ停止部２２をス
テータ１０上に設け、かつバンパ２４をロータ１２上に
設けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波走査装置におけるロータの典型的な角度
変位を時間の関数として示す図、第２図は本発明の第１
実施例の一部を図的に示す正面図、 第３図は第２図の側面図、 第４図は第２図のＴＶ−ＩＶ線上断面図第５図は本発明
の超音“波走査装置におけるロータの揺動運動を制御す
るサーボ制御装置の一例のブロック図、 第６図は本発明の第２実施例の要部正面図、第７図は第
６図の側面図、 第８図は本発明の第３実施例の要部正面図である。 １０・・・ステータ　　　　　１２・・・ロータ１４・
・・軸　　　　　　　　１６・・・回転軸１８・・・超
音波トランスジユーサ ２０・・・モータ　　　　　　２２・・・弾性バンパ停
止部２４・・・弾性バンパ　　　　２６・・・ねじ付軸
２８・・・コイル　　　　　　３０・・・スイッチ３２
・・・定電圧信号　　　　３４・・・信号発生器３６・
・・方形波基準信号　　３８・・・接触信号発生器４０
・・・実際値発生器　　　４２・・・３角形状基準体号
４４・・・ランプ波形信号　　４６・・・減算器４８・
・・駆動回路 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランベンファブリケン 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステータと、 回転軸を有するロータとを具え、回転軸の周りで揺動す
   るためロータをステータ上に回動自在に配設し、 ロータ上に配設した超音波トランスジュー サと、 ロータを回転軸の周りで揺動するロータ揺 動手段とを具えた超音波走査装置において、ロータが回
   転軸から離間配置されかつ互い に離間配置された２個の弾性バンパ停止部を有し、かつ 超音波走査装置がステータに取付けられか つ弾性バンパ停止部の間に配設される弾性バンパを具え
   たことを特徴とする超音波走査装置。 ２、各弾性バンパ停止部が平坦表面であり、弾性バンパ
   をロータに向って又はロータから遠ざかるよう変位でき
   る特許請求の範囲第１項記載の超音波走査装置。 ３、弾性バンパ停止部の平坦表面が回転軸及び弾性バン
   パの間に位置する直線に沿って交さする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波走査装置。 ４、弾性バンパ及び弾性バンパ停止部を磁化して弾性バ
   ンパ停止部が弾性バンパ上に反撥力を及ぼすようにする
   特許請求の範囲第１項記載の超音波走査装置。 ５、ステータに、端面を有する透磁性極片を設け、ロー
   タに、ロータが揺動する際ステータの端面間を通過する
   よう配置した透磁性部材を設け、ステータ及びロータが
   磁気回路を形成し、 超音波走査装置が磁気回路において磁束を 発生する手段を具える特許請求の範囲第１項記載の超音
   波走査装置。 ６、回転軸の周りにおけるロータの所望角速度を示す基
   準信号を発生する基準信号発生手段と、 回転軸の周りにおけるロータの実際の角速 度を示す速度信号を発生する手段と、 基準信号及び速度信号の間の差に応動して ロータ揺動手段を駆動する手段と を具える特許請求の範囲第１項乃至第５項中のいずれか
   一項記載の超音波走査装置。 ７、基準信号発生手段に弾性バンパ及びバンパ停止部間
   の接触を示す接触信号を発生する手段と、 ステップ関数電気信号発生手段と、 接触信号に応動してステップ関数電気信号 の符号を変化する手段と を設ける特許請求の範囲第１項乃至第６項中のいずれか
   一項記載の超音波走査装置。 ８、回転軸の周りにおけるロータの所望角度位置を示す
   基準信号を発生する基準信号発生手段と、 回転軸の周りにおけるロータの実際の角度 位置を示す位置信号を発生する手段と、 基準信号及び位置信号の間の差に応動して ロータ揺動手段を駆動する手段と を具える特許請求の範囲第１項乃至第７項中のいずれか
   一項記載の超音波走査装置。 ９、基準信号発生手段に弾性バンパ及びバンパ停止部間
   の接触を示す接触信号を発生する手段と、 時間の関数として一定変化率で変化する電 気信号を発生する手段と、 基準信号に応動して時間の関数として基準 信号の変化率の符号を変化する手段と を設ける特許請求の範囲第８項記載の超音波走査装置。 １０、ステータと、 回転軸を有するロータとを具え、回転軸の周りで揺動す
   るためロータをステータ上に回動自在に配設し、 ロータ上に配設した超音波トランスジュー サと、 ロータを回転軸の周りで揺動するロータ揺 動手段とを具えた超音波走査装置において、ステータが
   回転軸から離間配置されかつ互 いに離間配置された２個の弾性バンパ停止部を有し、か
   つ 超音波走査装置がロータに取付けられかつ 弾性バンパ停止部の間に配設される弾性バンパを具えた
   ことを特徴とする超音波走査装置。 １１、各弾性バンパ停止部が平坦表面であり、弾性バン
   パをロータに向って又はロータから遠ざかるよう変位で
   きる特許請求の範囲第１０項記載の超音波走査装置。 １２、弾性バンパ及び弾性バンパ停止部を磁化して弾性
   バンパ停止部が弾性バンパ上に反発力を及ぼすようにす
   る特許請求の範囲第１０項記載の超音波走査装置。 １３、ロータに、端面を有する透磁性極片を設け、ステ
   ータに、ロータの端面間に配置した透磁性部材を設け、
   ステータ及びロータが磁気回路を形成し、 超音波走査装置が磁気回路において磁束を 発生する手段を具える特許請求の範囲第１０項記載の超
   音波走査装置。 １４、回転軸の周りにおけるロータの所望角速度を示す
   基準信号を発生する基準信号発生手段と、 回転軸の周りにおけるロータの実際の角速 度を示す速度信号を発生する手段と、 基準信号及び速度信号の間の差に応動して ロータ揺動手段を駆動する手段と を具える特許請求の範囲第１０項乃至第１３項中のいず
   れか一項記載の超音波走査装置。 １５、基準信号発生手段に弾性バンパ及びバンパ停止部
   間の接触を示す接触信号を発生する手段と、 ステップ関数電気信号発生手段と、 接触信号に応動してステップ関数電気信号 の符号を変化する手段と を設ける特許請求の範囲第１０項乃至第１４項中のいず
   れか一項記載の超音波走査装置。 １６、回転軸の周りにおけるロータの所望角度位置を示
   す基準信号を発生する基準信号発生手段と、 回転軸の周りにおけるロータの実際の角度 位置を示す位置信号を発生する手段と、 基準信号及び位置信号の間の差に応動して ロータ揺動手段を駆動する手段と を具える特許請求の範囲第１０項乃至第１５項中のいず
   れか一項記載の超音波走査装置。 １７、基準信号発生手段に弾性バンパ及びバンパ停止部
   間の接触を示す接触信号を発生する手段と、 時間の関数として一定変化率で変化する電 気信号を発生する手段と、 基準信号に応動して時間の関数として基準 信号の変化率の符号を変化する手段と を設ける特許請求の範囲第１６項記載の超音波走査装置
   。