JP2691011B2 - Ultrasonic transducer drive - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、たとえばランジュバン型の超音波振動子
を共振点駆動する超音波振動子の駆動装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a driving device of an ultrasonic vibrator, for example, which drives a Langevin type ultrasonic vibrator at a resonance point.
［従来の技術］ 一般に、外科手術用の超音波メスや超音波加工装置な
どに使用されている振動子は、その基本共振周波数もし
くはその近傍において駆動することが望ましい。このよ
うな技術に関し、たとえば振動子への駆動電圧と電流と
の位相を比較して、振動子の駆動周波数を共振周波数と
一致させるように制御するPLL（位相固定ループ）方式
による駆動装置が公知の技術として知られている。第９
図に、上記PLL方式の駆動装置の基本構成を示してい
る。[Prior Art] Generally, it is desirable that a vibrator used in an ultrasonic scalpel for surgical operation, an ultrasonic processing apparatus, or the like be driven at or near its fundamental resonance frequency. With regard to such a technology, for example, a drive device by a PLL (phase locked loop) system is known in which the phase of a driving voltage and a current to a vibrator are compared and the driving frequency of the vibrator is controlled to match the resonance frequency. Known as the technology of. Ninth
The figure shows the basic configuration of the above-mentioned PLL type driving device.
すなわち、この種の振動子は、その共振点近傍におい
て、第10図（ａ）に示すような等価回路として表わすこ
とができる。また、同図（ｂ）には、このインピーダン
スの周波数特性を示している。That is, this type of vibrator can be represented as an equivalent circuit as shown in FIG. 10 (a) near its resonance point. Further, FIG. 11B shows the frequency characteristic of this impedance.
上記のような等価回路において、第11図（ａ）に示す
ように、制動容量CdをキャンセルするためのコイルLdを
振動子に対して並列にまたは直列に接続する。この時、
振動子の特性は共振周波数で純抵抗成分Ｒのみとなるか
ら、電圧と電流との位相差が零となる周波数が振動子の
共振周波数（共振点）frである。この周波数frを中心と
する振動子のインピーダンス特性を同図（ｂ）に示して
いる。しかして、PLL動作によって電圧位相θＶと電流
位相θＩとを比較した際の位相差が零となるように駆動
周波数を制御することにより、装置は共振点frを追尾す
るようになる。In the equivalent circuit as described above, as shown in FIG. 11 (a), the coil Ld for canceling the braking capacity Cd is connected in parallel or in series with the vibrator. At this time,
Since the characteristic of the vibrator is only the pure resistance component R at the resonance frequency, the frequency at which the phase difference between the voltage and the current becomes zero is the resonance frequency (resonance point) fr of the vibrator. The impedance characteristic of the oscillator centered on this frequency fr is shown in FIG. Then, by controlling the drive frequency so that the phase difference when the voltage phase θ V and the current phase θ I are compared by the PLL operation becomes zero, the device follows the resonance point fr.
しかしながら、上記のような構成の駆動装置では、発
振起動時にVCO（電圧制御発振器）の発振周波数が必ず
しも追尾可能周波数f1〜f2の範囲間にあるとは限らな
い。このため、もし起動時の発振周波数が追尾可能周波
数f1以下の場合には、PLL動作が正帰還となってVCOの最
低発振周波数まで振られることになる。同様にして、発
振周波数が追尾可能周波数f2以上の場合には、最高発振
周波数まで振られてしまい、このような状態となるとも
はや共振点frの追尾は不可能となる。However, in the driving device having the above-described configuration, the oscillation frequency of the VCO (voltage controlled oscillator) is not always in the range of the trackable frequencies f 1 to f 2 when the oscillation is started. Therefore, if the oscillation frequency at start-up is equal to or lower than the trackable frequency f 1 , the PLL operation becomes a positive feedback and is oscillated up to the minimum oscillation frequency of the VCO. Similarly, when the oscillation frequency is equal to or higher than the trackable frequency f 2 , the maximum oscillation frequency is swung, and in such a state, tracking of the resonance point fr is no longer possible.
また、振動子には、第12図に示すように、基本共振点
frの他に振動モードの異なる副共振点fra,frbが存在す
る。これらの各副共振点fra,frbにおいても、必ず電圧
−電流位相差が零となる周波数がある。したがって、VC
Oの発振周波数の発振可能な周波数範囲内に、もしも副
共振点fra,frbが存在するような場合、その副共振点fr
a,frbで駆動される可能性がある。このような場合、電
気−機械振動の変換効率が著しく悪くなり、使用不可能
となる。In addition, as shown in Fig. 12, the oscillator has a basic resonance point.
In addition to fr, there are sub-resonance points fra and frb with different vibration modes. Even at each of these sub-resonance points fra and frb, there is always a frequency at which the voltage-current phase difference becomes zero. Therefore, VC
If there are sub-resonance points fra and frb within the oscillating frequency range of O oscillation frequency, the sub-resonance points fr
May be driven by a, frb. In such a case, the conversion efficiency of the electric-mechanical vibration becomes extremely poor, and the device cannot be used.
そこで、たとえば特開昭63−287214号公報に開示され
るように、VCOの入力電圧にリミッタをかけることによ
ってVCOの発振周波数を制限するようにしたものが提案
されている。しかし、この提案では、リミッタの設定が
ドリフトなどによって変動されることがあり、このよう
な場合、VCOの発振周波数が追尾可能周波数f1〜f2の範
囲をはずれてしまったり、あるいは振動子の周波数特性
が変動され、VCOの発振可能な周波数の範囲と追尾可能
周波数f1〜f2の範囲とがずれるという不具合があった。Therefore, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-287214, there has been proposed a device which limits the oscillation frequency of the VCO by applying a limiter to the input voltage of the VCO. However, in this proposal, the limiter setting may be changed due to drift, etc., and in such a case, the oscillation frequency of the VCO goes out of the trackable frequency range f 1 to f 2 , or the oscillator There is a problem that the frequency characteristic is fluctuated and the range of the frequency at which the VCO can oscillate and the range of the trackable frequencies f 1 to f 2 are displaced.
また、たとえば特開昭62−195925号公報に開示される
ように、VCOの発振周波数の発振可能な周波数範囲内に
存在する副共振点fra,frbで駆動されるのを防止できる
程度に上記リミッタの範囲を設定するようにしたもので
は、発振起動時にVCOの発振周波数が追尾可能周波数f1
〜f2の範囲をはずれている場合、共振点frの追尾が不可
能となるという前記欠点を解決できない。Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-195925, the above limiter is prevented to the extent that it can be driven at the sub-resonance points fra and frb existing within the oscillating frequency range of the VCO oscillation frequency. than those to set the range of the oscillation frequency of the VCO during oscillation startup can track the frequency f 1
If it is out of the range of to f 2 , the above-mentioned drawback that the resonance point fr cannot be tracked cannot be solved.
さらに、たとえば米国特許第4,754,186号公報には、V
COを追尾可能周波数f1以下のある周波数f11（第11図
（ｂ）参照）で動作させておき、位相比較入力θV,θＩ
にパルスを加えることによって、見かけ上、検出回路か
らのフィードバック信号の周波数を高くして、VCOの発
振周波数を追尾可能周波数f1〜f2の範囲内に引込むとい
う技術が開示されている。ところが、この場合にも、VC
Oの発振周波数を制限しなければならず、ドリフトなど
でそれが変動したり、また振動子の先端チップによって
新たな副共振点が周波数f11〜frの範囲内に発生した場
合、そこで装置が動作されることが考えられる。Further, for example, in U.S. Pat.No. 4,754,186, V
The CO is operated at a frequency f 11 (see FIG. 11 (b)) which is lower than the trackable frequency f 1 and the phase comparison inputs θ V and θ I
There is disclosed a technique in which the frequency of the feedback signal from the detection circuit is apparently increased by applying a pulse to the VCO to pull the oscillation frequency of the VCO within the trackable frequency range f 1 to f 2 . However, even in this case, VC
The oscillation frequency of O must be limited, and if it fluctuates due to drift, etc., or if a new sub-resonance point occurs within the frequency range f 11 to fr due to the tip of the oscillator, the device will It is possible to be operated.
［発明が解決しようとする課題］ 上記の如く、従来の駆動装置においては、振動子を基
本共振周波数にて確実に駆動することが難しいという欠
点があった。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the conventional drive device has a drawback that it is difficult to reliably drive the vibrator at the fundamental resonance frequency.
そこで、この発明は、簡単な回路構成により、振動子
を基本共振周波数にて確実に駆動することができる超音
波振動子の駆動装置を提供することを目的としている。Therefore, an object of the present invention is to provide a driving device for an ultrasonic vibrator, which is capable of reliably driving the vibrator at a basic resonance frequency with a simple circuit configuration.
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明の超音波振動子
の駆動装置にあっては、超音波振動子を駆動する超音波
振動子駆動用発振器と、この超音波振動子駆動用発振器
より前記超音波振動子へ供給される駆動信号をフィード
バックするフィードバック手段とを有し、前記フィード
バック手段からのフィードバック信号に応じて前記超音
波振動子駆動用発振器を制御することにより、前記超音
波振動子をその共振点で駆動する超音波振動子の駆動装
置において、共振点駆動の基準となる周波数信号を発振
する基準発振器と、この基準発振器からの基準周波数信
号と前記フィードバック手段からのフィードバック信号
とを切換えるスイッチ回路とを具備し、発振起動時には
前記基準発振器からの基準周波数信号に応じて前記超音
波振動子を駆動し、起動後には前記フィードバック手段
からのフィードバック信号に応じて前記超音波振動子を
駆動するよう構成されている。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, an ultrasonic oscillator driving device of the present invention is provided with an ultrasonic oscillator driving oscillator for driving the ultrasonic oscillator, and And a feedback means for feeding back a drive signal supplied from the oscillator for driving the ultrasonic transducer to the ultrasonic transducer, and controlling the oscillator for driving the ultrasonic transducer according to the feedback signal from the feedback means. Thus, in the ultrasonic oscillator driving device that drives the ultrasonic oscillator at its resonance point, a reference oscillator that oscillates a frequency signal that serves as a reference for resonance point drive, a reference frequency signal from this reference oscillator, and the feedback A switch circuit for switching between a feedback signal from the means and a reference frequency signal from the reference oscillator when starting oscillation. Is configured to drive the ultrasonic transducer, and after activation, the ultrasonic transducer is driven according to a feedback signal from the feedback means.
［作 用］ この発明は、上記した手段により、超音波振動子をそ
の基本共振周波数あるいは基本共振周波数近傍の基準周
波数信号にて起動させ、その後、基本共振点駆動時に得
られるフィードバック信号にごく近いフィードバック出
力によって前記振動子を駆動するようにしたものであ
る。[Operation] According to the present invention, the ultrasonic vibrator is activated by the above-mentioned means at the basic resonance frequency or a reference frequency signal in the vicinity of the basic resonance frequency, and thereafter, it is very close to the feedback signal obtained at the time of driving the basic resonance point. The vibrator is driven by a feedback output.
［実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、この発明の超音波振動子の駆動装置の基本
構成を示すものである。この駆動装置は、超音波振動子
１を共振点駆動するための駆動信号（駆動周波数信号）
を発生する駆動回路２、この駆動回路２からの駆動信号
を増幅する増幅器３、この増幅器３を介して前記振動子
１に供給される駆動信号からフィードバック信号を検出
する検出回路（フィードバック手段）４、この検出回路
４からのフィードバック信号または基準発振器５からの
発振基準信号（基準周波数信号）を選択的に前記駆動回
路２に供給するスイッチ回路６、およびこのスイッチ回
路６を制御する制御回路７によって構成されている。FIG. 1 shows a basic configuration of a driving device for an ultrasonic transducer according to the present invention. This drive device is a drive signal (drive frequency signal) for driving the ultrasonic transducer 1 at a resonance point.
A drive circuit 2 for generating a drive signal, an amplifier 3 for amplifying a drive signal from the drive circuit 2, and a detection circuit (feedback means) 4 for detecting a feedback signal from the drive signal supplied to the vibrator 1 via the amplifier 3. A switch circuit 6 for selectively supplying a feedback signal from the detection circuit 4 or an oscillation reference signal (reference frequency signal) from a reference oscillator 5 to the drive circuit 2, and a control circuit 7 for controlling the switch circuit 6. It is configured.
上記基準発振器５は、前記振動子１の基本共振周波数
frあるいはその周波数fr近傍で発振されるようになって
おり、前記基本共振周波数frあるいはその近傍の周波数
に応じた発振基準信号を出力するものである。The reference oscillator 5 has a fundamental resonance frequency of the vibrator 1.
It oscillates at fr or its frequency fr, and outputs an oscillation reference signal according to the frequency of the fundamental resonance frequency fr or its vicinity.
上記制御回路７は、発振起動時には前記基準発振器５
からの発振基準信号を前記駆動回路２のフィードバック
信号入力端子に供給し、また起動後には前記検出回路４
からのフィードバック信号を前記駆動回路２のフィード
バック信号入力端子に供給するように、前記スイッチ回
路６を制御するようになっている。The control circuit 7 controls the reference oscillator 5 when the oscillation is started.
Is supplied to the feedback signal input terminal of the drive circuit 2, and after activation, the detection circuit 4
The switch circuit 6 is controlled so that the feedback signal from the drive circuit 2 is supplied to the feedback signal input terminal of the drive circuit 2.
このような構成において、振動子１を起動させる場
合、制御回路７によってスイッチ回路６がＡ側に制御さ
れ、まず基準発振器５からの発振基準信号が駆動回路２
に供給されるようにする。この状態に設定された後、駆
動回路２が動作されると、振動子１は、前記基準発振器
５からの発振基準信号に応じた周波数（駆動信号）にて
駆動される。すなわち、振動子１は、その基本共振周波
数frあるいはそれに近い周波数により起動されることと
なる。この結果、検出回路４からは、振動子１の基本共
振点駆動時に得られるフィードバック信号にごく近い出
力（フィードバック信号）が検出される。In such a configuration, when the vibrator 1 is activated, the switch circuit 6 is controlled to the A side by the control circuit 7, and the oscillation reference signal from the reference oscillator 5 is first supplied to the drive circuit 2.
To be supplied to. When the drive circuit 2 is operated after being set in this state, the vibrator 1 is driven at a frequency (drive signal) according to the oscillation reference signal from the reference oscillator 5. That is, the oscillator 1 is activated at the fundamental resonance frequency fr or a frequency close thereto. As a result, the detection circuit 4 detects an output (feedback signal) that is very close to the feedback signal obtained when the oscillator 1 is driven at the basic resonance point.
そして、検出回路４により上記出力が得られる状態を
維持した後、つまり振動子１を起動させた後、制御回路
７によってスイッチ回路６がＢ側に制御される。する
と、上記駆動回路２には、検出回路４からの上記振動子
１の基本共振点駆動時に得られるフィードバック信号に
ごく近い出力が供給されることとなり、駆動回路２が振
動子１をその共振点frにて駆動するように動作される。
これにより、上記振動子１を確実に基本共振点frにて駆
動可能となる。Then, after maintaining the state where the output is obtained by the detection circuit 4, that is, after starting the vibrator 1, the control circuit 7 controls the switch circuit 6 to the B side. Then, the drive circuit 2 is supplied with an output from the detection circuit 4, which is very close to the feedback signal obtained when the basic resonance point of the vibrator 1 is driven, and the drive circuit 2 moves the vibrator 1 to the resonance point. It is operated as if driven by fr.
As a result, the vibrator 1 can be reliably driven at the basic resonance point fr.
第２図は、この発明の第１の実施例を示すものであ
る。第２図において、振動子１は、第11図（ｂ）に示す
ような特性となるよう、コイルLdが選択され、接続され
ている。FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the vibrator 1 has the coil Ld selected and connected so as to have the characteristics as shown in FIG. 11 (b).
この駆動装置には、上記振動子１における、振動に応
動した電圧位相θＶおよび電流位相θＩを検出回路（フ
ィードバック手段）４によって検出し、この検出回路４
からの電圧位相θＶとスイッチ回路６を介して供給され
る上記検出回路４からの電流位相θＩとを比較して両者
の位相差を求める位相比較器21、この位相比較器21から
の出力より制御電圧を生成するローパスフィルタ（LP
F）22、このローパスフィルタ22からの制御電圧に応じ
た周波数の駆動信号を発生するVCO（電圧制御発振器）2
3からなるPLL回路2aが設けられており、このPLL回路2a
によって上記振動子１の共振点追尾制御を行うようにな
っている。すなわち、駆動中においては、制御回路７が
スイッチ回路６を制御することにより、検出回路４から
の電圧位相θＶおよび電流位相θＩが位相比較器21に供
給されるようになっている。In this driving device, a voltage phase θ V and a current phase θ I in response to the vibration in the vibrator 1 are detected by a detection circuit (feedback means) 4 and the detection circuit 4
By comparing the current phase theta I from the detecting circuit 4 is supplied via the voltage phase theta V and the switch circuit 6 from the phase comparator 21 for obtaining a phase difference between the output from the phase comparator 21 Low-pass filter (LP
F) 22, VCO (voltage controlled oscillator) 2 that generates a drive signal with a frequency according to the control voltage from this low-pass filter 22
A PLL circuit 2a composed of 3 is provided.
The resonance point tracking control of the vibrator 1 is performed according to. That is, during driving, the control circuit 7 controls the switch circuit 6 so that the voltage phase θ V and the current phase θ I from the detection circuit 4 are supplied to the phase comparator 21.
一方、発振起動時には、検出回路４からの電流位相θ
Ｉに代えて、基準発振器５より振動子１の共振周波数fr
近傍にて発振される発振基準信号fref.が前記位相比較
器21に供給されるよう、制御回路７はスイッチ回路６を
制御するようになっている。On the other hand, when the oscillation is started, the current phase θ from the detection circuit 4
In place of I , the resonance frequency fr of the oscillator 1 from the reference oscillator 5
The control circuit 7 controls the switch circuit 6 so that the oscillation reference signal fref. Oscillated in the vicinity is supplied to the phase comparator 21.
なお、制御回路７によるスイッチ回路６の制御は、た
とえばタイマ回路によって時間的に行うようにしても良
いし、あるいは基準発振器５からの発振基準信号fref.
と検出回路４からの電圧位相θＶとの両者の周波数を比
較し、PLL回路2aが上記発振基準信号fref.に対して完全
にロックした状態となったことが検知された場合に切換
制御するようにしても良い。The control circuit 7 may control the switch circuit 6 temporally by, for example, a timer circuit, or the oscillation reference signal fref.
And the voltage phase θ V from the detection circuit 4 are compared, and switching control is performed when it is detected that the PLL circuit 2a is completely locked with respect to the oscillation reference signal fref. You may do it.
次に、上記構成の動作について説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.
今、上記装置を起動させる場合、PLL回路2aに基準発
振器５からの発振基準信号fref.が供給されるように、
制御回路７によってスイッチ回路６が制御される。する
と、検出回路４からの電圧位相θＶと基準発振器５から
の発振基準信号fref.との位相ロック動作により、PLL回
路2aが発振基準信号fref.にロック状態となる。Now, when activating the above device, the oscillation reference signal fref. From the reference oscillator 5 is supplied to the PLL circuit 2a,
The switch circuit 6 is controlled by the control circuit 7. Then, the phase lock operation of the voltage phase θ V from the detection circuit 4 and the oscillation reference signal fref. From the reference oscillator 5 causes the PLL circuit 2a to be locked to the oscillation reference signal fref.
ここで、上記発振基準信号fref.は振動子１の基本共
振周波数frの近傍で発振されるものであるから、増幅器
３から出力される駆動信号の周波数は振動子１の基本共
振周波数frのごく近傍の値である。したがって、振動子
１は、その基本共振周波数frに対する追尾可能な周波数
f1〜f2の範囲内にある周波数で駆動されることとなる。
この時、検出回路４から得られる電流位相θＩの信号
は、電圧位相θＶの信号に対し、零からあるいはごく少
量の位相差をもった状態となる。Here, since the oscillation reference signal fref. Is oscillated in the vicinity of the basic resonance frequency fr of the vibrator 1, the frequency of the drive signal output from the amplifier 3 is very close to the basic resonance frequency fr of the vibrator 1. It is a value in the vicinity. Therefore, the oscillator 1 has a frequency that can be tracked with respect to its fundamental resonance frequency fr.
It will be driven at a frequency within the range of f 1 to f 2 .
At this time, the signal of the current phase θ I obtained from the detection circuit 4 has a phase difference from zero or a very small amount with respect to the signal of the voltage phase θ V.
この状態において、制御回路７によってスイッチ回路
６を切換えると、PLL回路2aは電圧位相θＶと電流位相
θＩとを比較した際の位相差が常に零となるように働
く。すなわち、PLL回路2aが、振動子１の負荷変動にと
もなう共振点変動にも追尾する共振点駆動の動作にはい
ることになる。したがって、PLL方式を用いた振動子１
の駆動装置において、確実に振動子１をその基本共振周
波数frでロックさせることが可能となる。In this state, when the switch circuit 6 is switched by the control circuit 7, the PLL circuit 2a works so that the phase difference when the voltage phase θ V and the current phase θ I are compared is always zero. That is, the PLL circuit 2a enters into the resonance point drive operation that also tracks the resonance point fluctuation due to the load fluctuation of the vibrator 1. Therefore, the oscillator 1 using the PLL method
In the driving device of (1), it is possible to reliably lock the vibrator 1 at its basic resonance frequency fr.
第３図は、この発明の第２の実施例を示すものであ
る。この第２の実施例においては、各種の振動子1a,1b,
1c,…の基本共振周波数frに応じた種々の発振基準信号f
ref.が得られるように、基準発振器50からの出力を可変
可能に構成している。この場合、各振動子1a,1b,1c,…
ごとに、それぞれの基本共振周波数frに応じた発振基準
信号fref.による起動が可能となるため、複数の異なる
種類の振動子1a,1b,1c,…をそれぞれの基本共振周波数f
rにて確実に駆動することができる。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, various vibrators 1a, 1b,
Various oscillation reference signals f according to the fundamental resonance frequency fr of 1c, ...
The output from the reference oscillator 50 is variable so that ref. can be obtained. In this case, each transducer 1a, 1b, 1c, ...
Since it is possible to start with the oscillation reference signal fref. According to each basic resonance frequency fr, a plurality of different types of vibrators 1a, 1b, 1c, ...
It can be driven reliably with r.
また、振動子１を故意に別モード共振の周波数で起動
させ、この際にPLL回路2aがロック状態となるような発
振基準信号fref.が得られるように、基準発振器50を構
成することもできる。Further, the reference oscillator 50 can be configured so that the oscillator 1 is intentionally activated at the frequency of another mode resonance, and at this time, the oscillation reference signal fref. That brings the PLL circuit 2a into the locked state is obtained. .
第４図は、この発明の他の実施例を示すものである。
この駆動装置の場合、振動子10に、機械的振動に応動し
た振動フィードバック信号が得られるような検出器11が
取付けられている。そして、この検出器11からのフィー
ドバック信号、または上記振動子10の共振周波数fr近傍
にて発振される基準発振器５からの発振基準信号が、制
御回路７の制御によるスイッチ回路６を介して帰還発振
器30に供給されるように構成されている。すなわち、帰
還発振器30が、上記検出器11からのフィードバック信
号、または基準発振器５からの発振基準信号に応じた周
波数で発振されることにより、この帰還発振器30から増
幅器３を介して供給される駆動信号にて上記振動子10は
駆動されるようになっている。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
In the case of this drive device, the oscillator 10 is provided with a detector 11 that can obtain a vibration feedback signal in response to mechanical vibration. The feedback signal from the detector 11 or the oscillation reference signal from the reference oscillator 5 oscillated in the vicinity of the resonance frequency fr of the oscillator 10 is fed back to the feedback oscillator via the switch circuit 6 controlled by the control circuit 7. It is configured to be supplied to 30. That is, the feedback oscillator 30 is oscillated at a frequency according to the feedback signal from the detector 11 or the oscillation reference signal from the reference oscillator 5 to drive the feedback oscillator 30 via the amplifier 3. The vibrator 10 is driven by a signal.
ここで、上記振動フィードバック信号は、振動子10が
その共振点frで駆動された場合に最大振幅となり、しか
もその共振周波数frと同一周波数の信号である。したが
って、この信号が帰還発振器30に供給されると、帰還発
振器30は振動子10を常に共振周波数frにて駆動するよう
に動作する。Here, the vibration feedback signal has a maximum amplitude when the vibrator 10 is driven at its resonance point fr, and has the same frequency as the resonance frequency fr. Therefore, when this signal is supplied to the feedback oscillator 30, the feedback oscillator 30 operates so as to always drive the vibrator 10 at the resonance frequency fr.
このような構成の駆動装置において、発振起動時に
は、帰還発振器30に対して基準発振器５からの発振基準
信号が供給されるように、制御回路７によってスイッチ
回路６が制御される。この場合、上記発振基準信号は、
振動子10の基本共振周波数frの近傍で発振されたもので
あるから、振動子10はその基本共振周波数frのごく近傍
の周波数で駆動されることになる。In the driving device having such a configuration, the switch circuit 6 is controlled by the control circuit 7 so that the oscillation reference signal from the reference oscillator 5 is supplied to the feedback oscillator 30 at the time of starting the oscillation. In this case, the oscillation reference signal is
Since the oscillator 10 is oscillated near the fundamental resonance frequency fr, the oscillator 10 is driven at a frequency very close to the fundamental resonance frequency fr.
この状態において、制御回路７によってスイッチ回路
６を切換え、帰還発振器30に対して検出器11からの振動
フィードバック信号が供給されるようにする。すると、
帰還発振器30が、上記検出器11からの振動フィードバッ
ク信号によって振動子10を共振点frにて駆動するように
働く。したがって、帰還発振器30を用いた駆動装置にお
いて、振動子10をその基本共振周波数frにて確実に駆動
させることができるようになる。In this state, the control circuit 7 switches the switch circuit 6 so that the vibration feedback signal from the detector 11 is supplied to the feedback oscillator 30. Then
The feedback oscillator 30 works to drive the vibrator 10 at the resonance point fr by the vibration feedback signal from the detector 11. Therefore, in the driving device using the feedback oscillator 30, the vibrator 10 can be reliably driven at the basic resonance frequency fr.
第５図乃至第８図は、上記実施例において用いられる
スイッチ回路６の一構成例を示すものである。5 to 8 show an example of the configuration of the switch circuit 6 used in the above-mentioned embodiment.
第５図に示すスイッチ回路60は、３ステートバッファ
60a,60bとインバータ60cとから構成されるものであり、
たとえば制御信号のハイレベル「Ｈ」でＡ側が、ローレ
ベル「Ｌ」でＢ側がそれぞれ出力側と接続されるように
なっている。The switch circuit 60 shown in FIG. 5 is a 3-state buffer.
It is composed of 60a, 60b and an inverter 60c,
For example, the high side "H" of the control signal connects the A side, and the low level "L" connects the B side to the output side.
第６図に示すスイッチ回路61は、アンドゲート61a,61
b、オアゲート61cおよびインバータ61dを組合せたもの
であり、たとえば制御信号のハイレベル「Ｈ」でＡ側
が、ローレベル「Ｌ」でＢ側がそれぞれ出力側と接続さ
れるようになっている。The switch circuit 61 shown in FIG. 6 includes AND gates 61a, 61.
b, an OR gate 61c, and an inverter 61d are combined, and for example, the high level "H" of the control signal connects the A side, and the low level "L" connects the B side to the output side.
第７図に示すスイッチ回路62は、アナログスイッチ62
a,62bとインバータ62cとを用いて構成されるものであ
り、たとえば制御信号のハイレベル「Ｈ」でＡ側が、ロ
ーレベル「Ｌ」でＢ側がそれぞれ出力側と接続されるよ
うになっている。The switch circuit 62 shown in FIG. 7 is an analog switch 62.
It is configured by using a and 62b and an inverter 62c. For example, the high level "H" of the control signal connects the A side, and the low level "L" connects the B side to the output side. .
第８図に示すスイッチ回路63は、機械式のリレーを利
用したものである。The switch circuit 63 shown in FIG. 8 uses a mechanical relay.
上記したように、発振起動時には、振動子の基本共振
周波数あるいはその近傍で発振する発振器からの出力に
応じた駆動信号にて振動子を駆動するようにし、検出回
路によって振動子を基本共振周波数にて駆動した時と同
じようなフィードバック信号が得られる状態にしておい
て、上記発振器の出力を上記検出回路からのフィードバ
ック信号に切換えることにより、振動子を確実に基本共
振点にて駆動できるようにしている。As described above, at the time of starting oscillation, the vibrator is driven by a drive signal corresponding to the output from the oscillator that oscillates at or near the basic resonance frequency of the vibrator, and the vibrator is set to the basic resonance frequency by the detection circuit. By switching the output of the oscillator to the feedback signal from the detection circuit while keeping a feedback signal similar to that obtained when the oscillator is driven, the oscillator can be reliably driven at the fundamental resonance point. ing.
すなわち、振動子の基本共振周波数あるいはその近傍
で発振する発振器と、この発振器の出力とフィードバッ
ク信号とを切換えるスイッチ回路などを付加するだけ
で、振動子をその共振点にて確実に駆動するように、駆
動装置を動作させることができるようにしたものであ
る。That is, by simply adding an oscillator that oscillates at or near the basic resonance frequency of the oscillator and a switch circuit that switches the output of this oscillator and the feedback signal, the oscillator can be reliably driven at its resonance point. The drive device can be operated.
なお、上記実施例においては、基準発振器を振動子の
基本共振周波数あるいはその近傍にて発振するようにし
たが、これに限らず、たとえば追尾可能周波数の範囲で
駆動信号を生成することができるフィードバック信号が
得られるような周波数にて発振するものであれば良い。Although the reference oscillator is oscillated at or near the fundamental resonance frequency of the oscillator in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, a feedback signal that can generate a drive signal in a trackable frequency range. It may be anything that oscillates at a frequency at which a signal can be obtained.
その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種
々変型実施可能なことは勿論である。Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
［発明の効果］ 以上、詳述したようにこの発明によれば、簡単な回路
構成により、振動子を基本共振周波数にて確実に駆動す
ることができる超音波振動子の駆動装置を提供できる。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a driving device for an ultrasonic vibrator that can reliably drive the vibrator at the basic resonance frequency with a simple circuit configuration.
第１図はこの発明の一実施例である超音波振動子の駆動
装置の基本構成を示すブロック図、第２図はこの発明の
第１の実施例を示す駆動装置のブロック図、第３図はこ
の発明の第２の実施例を示す駆動装置のブロック図、第
４図はこの発明の他の実施例を示す駆動装置のブロック
図、第５図乃至第８図はいずれも駆動装置に用いられる
スイッチ回路の構成例を示す図、第９図乃至第12図は従
来技術とその問題点を説明するために示す図である。 １……超音波振動子、２……駆動回路、 2a……PLL回路、４……検出回路（フィードバック手
段）、５……基準発振器、６……スイッチ回路、７……
制御回路。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a drive device for an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the drive device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. Is a block diagram of a drive unit showing a second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a block diagram of a drive unit showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 8 are all used for the drive unit. FIG. 9 to FIG. 12 are diagrams showing a configuration example of a switch circuit used, and FIGS. 9 to 12 are diagrams for explaining the conventional technique and its problems. 1 ... Ultrasonic transducer, 2 ... Drive circuit, 2a ... PLL circuit, 4 ... Detection circuit (feedback means), 5 ... Reference oscillator, 6 ... Switch circuit, 7 ...
Control circuit.
Claims (1)
用発振器と、この超音波振動子駆動用発振器より前記超
音波振動子へ供給される駆動信号をフィードバックする
フィードバック手段をと有し、前記フィードバック手段
からのフィードバック信号に応じて前記超音波振動子駆
動用発振器を制御することにより、前記超音波振動子を
その共振点で駆動する超音波振動子の駆動装置におい
て、 駆動される超音波振動子に対応して予め定められた、前
記超音波振動子の基本共振周波数あるいはこの基本周波
数の近傍の周波数で発振され、前記超音波振動子の共振
点駆動の基準となる周波数信号を出力する基準発振器
と、 この基準発振器からの基準周波数信号と前記フィードバ
ック手段からのフィードバック信号とを切り換えるスイ
ッチ回路とを具備し、 発振起動時には前記基準発振器からの基準周波数信号に
応じて前記超音波振動子を駆動し、起動後には前記フィ
ードバック手段からのフィードバック信号に応じて前記
超音波振動子を駆動することを特徴とする超音波振動子
の駆動装置。1. An ultrasonic oscillator driving oscillator for driving an ultrasonic oscillator, and feedback means for feeding back a drive signal supplied from the ultrasonic oscillator driving oscillator to the ultrasonic oscillator. An ultrasonic transducer driving device that drives the ultrasonic transducer at its resonance point by controlling the ultrasonic transducer driving oscillator according to a feedback signal from the feedback means, Outputs a frequency signal that is oscillated at a basic resonance frequency of the ultrasonic vibrator or a frequency in the vicinity of this basic frequency that is predetermined corresponding to the ultrasonic vibrator and serves as a reference for driving the resonance point of the ultrasonic vibrator. And a switch circuit for switching between the reference frequency signal from the reference oscillator and the feedback signal from the feedback means. The ultrasonic transducer is driven according to a reference frequency signal from the reference oscillator at the time of starting oscillation, and the ultrasonic transducer is driven according to a feedback signal from the feedback means after starting. Drive device for ultrasonic transducer.
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